量子隨機漫步是根據“隨機漫步”理論，每完成一階段的拋硬幣後確定的位置，很少出現偏離原始出發點太左或太右的情況。隨機漫步這種現象可在許多現代科學領域（如布朗運動）中發現，在量子物理世界中，類似現象則有一個新的有趣特性，也叫做“量子漫步”。
基本介紹
- 中文名：量子隨機漫步
- 外文名：Quantum random walk
- 簡稱：量子漫步
簡介,硬幣實驗,實驗結果,隨機漫步,研究意義,
簡介
量子漫步或多或少還只是一個理論架構，波恩大學的物理學家終於首次實際執行了這樣的量子漫步。經過數次這樣的“量子漫步”後就基本上延伸到了任何地方。只有當你去觀測時才會得到確定的位置。其位置的出現機率主要由量子力學的第二效應決定。這是基於原子的兩個部分能自我加強或是自我毀滅，光物理學家稱這種現象為干擾。
硬幣實驗
你扔出一枚硬幣，硬幣要么正面朝上，要么背面朝上。但是在微觀情況下，事情並非完全那么確定。如果你扔出的是一枚“原子”硬幣，那么你得到的可能是一種正面和反面的疊加態。但是，這樣的情況只是發生在你不在觀察硬幣的時候。如果你去觀察，在你眼前的可以是正面也可以是反面，隨你喜歡而定。如果你像拋硬幣一樣扔出一個量子粒子，你就會看到不同尋常的效應。德國波恩大學的物理學家首次在銫原子實驗中展示了這種效應。
我們來假設下面的實驗：將一枚硬幣放在一名測試者手中，我們權且將這名測試者叫做小王，小王的任務就是把硬幣多拋幾次。當硬幣正面朝上時，小王就向右跨一步；相反，當硬幣背面朝上時，小王就向左跨一步。小王拋完10次硬幣後，我們來觀察小王的位置在哪裡。這時，我們會看到小王距離第一次拋出硬幣的地方並不會太遠，因為通常情況下硬幣出現正面和反面的機會大致相等。如果小王想要拋完10次硬幣後，往右走出10步，這樣的情況一般都不會發生。
我們再來假設小王是一個非常耐心的人。他非常耐心地成功拋完了1000次硬幣。每走一步，他都會記下自己的位置。當實驗結束時，我們將結果做成一個圖表，得到的將會是一個典型的鐘形曲線（亦稱常態分配曲線）。每扔完10次，小王都會發現自己接近於原始出發點，很少發現自己偏離原始出發點太左或太右。
實驗結果
這個實驗被稱為“隨機漫步”，這種現象可在許多現代科學領域（如布朗運動）中發現。在量子物理世界中，類似現象則有一個新的有趣特性，叫做“量子漫步”。 量子漫步從理論到現實直到當下，量子漫步或多或少還只是一個理論架構，波恩大學的物理學家終於首次實際執行了這樣的量子漫步。 實驗通過使用雷射束組成的光鑷操縱一個銫原子來實現，雷射束同時扮演漫步者和硬幣的角色。銫原子能呈現出不同的量子力學態，這有點像硬幣的正面或是反面朝上。但在微觀層面，情況要稍許複雜一些，因為量子粒子能夠以不同狀態的疊加態存在。這種情形基本上就是一種“有一點正面朝上，又有一點反面朝上”的狀態。物理學家將其稱為“態疊加”。
通過使用雷射束組成的傳送帶，波恩大學的物理學家將銫原子拉向兩個相反方向，“正面”部分向右，“反面”部分向左，如此將兩個狀態分開了近數千分之一微米。之後，科學家們再次“拋出硬幣”，將兩種狀態的每一個都變成了正面和反面的疊加態。 銫原子經過數次這樣的“量子漫步”後就基本上延伸到了任何地方。只有當你去觀測時才會得到確定的位置。其位置的出現機率主要由量子力學的第二效應決定。這是基於原子的兩個部分能自我加強或是自我毀滅，光物理學家稱這種現象為干擾。
隨機漫步
就像小王投擲硬幣的例子一樣，這樣的量子漫步也可多次執行，然後，科學家們就可以得到反映原子存在機率的曲線圖。多次量子漫步的記錄顯示曲線高峰在兩翼。這個曲線與傳統的隨機漫步得出的結果具有明顯的不同。但是，如果每“扔”一次就破壞量子態疊加，量子漫步就變成了隨機漫步，銫原子的行為就跟小王的無異。
研究意義
波恩大學迪特爾·梅賽德教授的研究小組多年致力於量子計算機的研究。量子漫步的實現對研發量子計算機具有開創性的重大意義，通過它新的算法就可以得到套用。比如，在現代技術中，要從一串0中找出某一個0，人們必須檢查每個數位，所需的時間隨0的總體數量的增加而線性增加。如果使用量子漫步算法，漫步者可以同時在多處搜尋，“大海撈針”的速度就被極大地提高了。
