物理学家现在能预测量子系统会失效的确切时间！

有史以来第一次，物理学家能够准确地预测量子系统的未来，特别是它们将会失效的那一刻，做出预测的时间比实际发生的时间还要早。这项讯息可以在未来被用来产生更准确和可靠的强大量子科技。

如果这让你有点伤脑筋，想想你的智慧型手机。由于科技的关系，你知道有一天它会坏掉。现在想像你可以预测未来手机坏掉的确切时刻，然后在发生之前做出预防。

现在，这是有史以来第一次澳洲物理学家实现这项预测。但不是预测行动电话，而是准确地预测量子系统在未来的失效，而且能够阻止它发生。

预测智慧型手机和预测量子系统，其中最主要的不同是量子系统比智慧型手机更快速地瓦解，而且是随机地。

来自雪梨大学(University of Sydney)的首席研究员麦可‧比尔库克(Michael J. Biercuk)说：有很多种方法手机的个别零件最终会坏掉，量子系统也一样会失效。

但在量子科技中，寿命通常是测量几分之1秒，而不是几年。

量子科技，例如量子电脑，有能力改革我们的生活和工作方式。普通电脑是依赖二进制’位元’是在’开’或’关’的状态(1或0)，来处理资讯。

另一方面，量子位元或量位元(qubit)是由在微小晶片内被捕获的原子所组成的，并且可以是在开或关的状态以及称为叠加(superposition)的第3状态，这使得它们非常的强大。

但是量子技术的一个大问题是它不可靠，因为量子系统周围的环境使它们随机化，造成量子退相干(decoherence)现象。

这意味着在随机的时间点，量子系统能够失去’量子性(quantumness)’，并且突然变得没有用。

直到现在，科学家还没有办法来预测这种情况何时发生，因为它完全受到随机因素的影响，更不用说在不破坏的情况下，甚至无法测量量子系统的事实。

这里是比尔库克所谈论有关预测量子系统的挑战：

比尔库克说：人类例行地在日常经验中使用预测技术，例如在打网球时，根据观察飞行中的球，预测球将在哪里落地。

这是行得通的，因为控制球要往哪里去的规则，例如重力，是可预测和已知的。

比尔库克补充：但如果规则在球要到达你的途中随机改变了呢？在这种情况下，接下来就不可能预测球的未来走向。

然而，这种情况正是我们必须处理的，因为量子系统的瓦解是随机的。此外，在量子领域，观察量子会抹除它的量子性，所以研究小组需要能够猜测系统将如何以及何时毁坏。

在蒙上眼睛时，我们需要有效地摆动随机移动的网球。

为了克服这个问题，雪梨大学研究小组使用机器学习(相同的演算法来挖掘大数据中的模式)，来寻找任何可用的讯息，来预测何时量子位元会失效。

结果是，无论量子系统似乎对我们来说有多么随机，在数据中有足够的讯息使电脑能够猜测一个量子位元在未来如何改变；而且，在没有直接观察的情况下，预测它会失效的时间。

研究小组于是将这些预测与真实量子位元瓦解时间做比较，然后发现是非常准确的。不仅如此，还可以补偿预期的变化，在第一时间来阻止系统瓦解。

展望未来，如果科学家能够即时地做到这一点，它将使得量子位元更加可靠和稳定，并且可能有助于量子电脑尽快地成为真实。

比尔库克说：我们知道构建真正的量子科技将需要在控制和稳定量子位元能力上的重大进展，使它们在应用中是有用的。

我们感到兴奋能够开发新的功能，把量子系统从新颖转变成有用的科技，量子的未来总是看起来更好。

这项研究将在本周的自然通讯(Nature Communications)期刊上发表，而且在资料库预印本网站(arXiv.org)上可以得到完整内容。