編者按：都知道量子電腦有強大的計算能力， 但似乎很少有人提及它的缺陷：由於量子電腦的本質原因， 你不可以在上面保存或者複製資訊。 這是由量子電腦的本質所決定的， 思考一下， 量子態永遠是處於概率之中， 一旦有觀測就會發生坍塌， 所以， 複製自然是不可能的了。 如今， 科學家們正致力於解決這個問題， 其中一種方案就是使用DNA來存儲資訊。 讓我們來一起瞭解一下。
你肯定聽到過這種炒作：量子電腦的革命時代正在到來。 物理學家們說， 這些電腦的速度快到可以破解銀行現在使用的每一種加密模式。
但是存在一個大問題：由於量子電腦的本質原因， 你不可以在上面保存或者複製資訊。 如果不能夠備份自己的工作成果， 那麼再強大的計算能力也沒有什麼用武之地。 你可以轉變一下量子數據， 然後把它放在一個傳統的儲存設備裡，
量子電腦之所以如此強大， 正是因為它們的資料密度。 一台傳統的電腦閱讀、儲存、控制比特：1和0。 但是量子電腦使用的是量子比特：一種在你觀察的時候可以同時存在兩種狀態的小小的量子物質——0和1。 而如果你可以在兩種狀態疊加的情況下控制量子微粒， 那麼你就可以平行處理多項任務。 這能夠提高與計算有關的特定任務的處理速度。 這種速度不會讓你的Netflix觀看體驗更好， 也不能讓你的微軟Excel承受能力更強。 但是它在運行搜索演算法或是和有機物質或人腦相似的類比複雜系統時，
但是量子力學擁有不可思議的能力的同時也存在一定的缺點。 它的法則允許疊加， 但是同時也禁止任何其他人複製量子微粒。 “這叫做‘不可克隆原理， ’”加拿大西蒙弗雷澤大學的物理學家Stephanie Simmons說。 她說量子電腦會把原子程式設計為特定的原子狀態， 代表了一連串的數字。 想讓電腦給另一個原子編出完全一樣的原子狀態在物理上幾乎是不可能的。 所以Simmons提出了一個比較婉轉的儲存量子數據的方式：首先， 你要把它轉化為二進位資料——把描述出原子疊加的數字翻譯成簡單的0和1。 然後， 再用傳統的存儲形式把這些轉化過來的資料存儲起來。 換句話說：硬碟驅動器。 一個超級壓縮的硬碟驅動器，
為了儲存如此巨大的資料， 量子電腦的開發者們需要新的資料存儲科技， Simmons說。 現在商業化的驅動器壓縮程度還不夠。 一個單一量子檔會占到一個固態硬碟驅動器上一張郵票大小的地方。
所以DNA是可供選擇的儲存方案。 《科學》雜誌本月早些時候發表稱， 科學家已經證明1克DNA可以儲存215兆百萬位元組， 或者說2.15億千百萬位元組的資料。 在這種密度下， 兩輛皮卡車就可以裝下人類所有的資料。 和傳統的硬碟驅動器只在二維表面上儲存資料不同， DNA是在三維分子上儲存資料的。 多出來的那個垂直維度使得DNA每單位存儲的資訊要多得多。
而且， 它可以持續很長時間。 “想一想你90年代買的CD， ”哥倫比亞大學的電腦科學家Yaniv Erlich說， 他正在研究這一領域。 “它們可能有些地方被刮花了， 而你已經不能準確地讀出那些資料了。 但是DNA卻可以在很長一段時間內儲存資訊。 我們現在可以非常準確地讀出幾千年前的骨骼上的DNA。
另一種超壓縮技術將比特編譯在了單一原子上。 IBM的研究人員上個星期發表文章說他們把比特儲存在了一個單一原子上， 然後又把資料成功地讀了出來。 為了做到這一點， 他們把鈥原子嵌在了一塊晶片上， 然後利用電子設備控制每一個原子產生的內在磁場的方向。 他們發現， 當原子之間的距離有1毫微米的時候， 他們就可以獨立控制原子。 所以基本上可以在每個原子上編譯1比特。 不可能超過這種密度了，IBM的物理學家Chris Lutz說。商業化的硬碟驅動器在至少100,000個原子上儲存1比特——就算是DNA的堿基對都是由30個原子組成的。
這兩種技術都和量子電腦本身一樣，距離商業化還需要一定的年份。DNA的合成非常昂貴，而且讀取時間也很長。而要在單一原子上儲存資料，你需要保持原子處於極度低溫的狀態——大概接近絕對零度——因為不然的話，原子會彼此干擾並覆蓋它們的資料。除此之外，大量的量子運算還需要開發出一些演算法以便把量子數據高效地壓縮轉化為二進位——然後還要設計出能夠執行這些演算法的硬體。
就算穀歌打算運行它的49量比的量子電腦，他們其實也不清楚量子電腦到底該如何備份資訊。“我看到前路上還存在著許多巨大的挑戰。” Simmons說。因為如果量子電腦不能夠備份自己的資料，那麼自動保存也將於事無補。
不可能超過這種密度了，IBM的物理學家Chris Lutz說。商業化的硬碟驅動器在至少100,000個原子上儲存1比特——就算是DNA的堿基對都是由30個原子組成的。這兩種技術都和量子電腦本身一樣，距離商業化還需要一定的年份。DNA的合成非常昂貴，而且讀取時間也很長。而要在單一原子上儲存資料，你需要保持原子處於極度低溫的狀態——大概接近絕對零度——因為不然的話，原子會彼此干擾並覆蓋它們的資料。除此之外，大量的量子運算還需要開發出一些演算法以便把量子數據高效地壓縮轉化為二進位——然後還要設計出能夠執行這些演算法的硬體。
就算穀歌打算運行它的49量比的量子電腦，他們其實也不清楚量子電腦到底該如何備份資訊。“我看到前路上還存在著許多巨大的挑戰。” Simmons說。因為如果量子電腦不能夠備份自己的資料，那麼自動保存也將於事無補。