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捉摸不定的技术革命 量子纳米成热点(4)

  量子计算机

  量子力学中模糊的不确定性还有很多其他的用武之地。美国麻省理工学院(MIT)的赛斯·罗伊德(Seth Lloyd)就是众多想要开发量子力学新用途的科学家之一,他说,“量子力学十分诡异,但它就是这样。生活给我们的是个怪现象,我们是否可以研究出怪用途呢?”罗伊德所谓的怪用途,是指量子计算机。

  科学家正在研制的量子计算机内部是个金铜质装置,这也许和你家的笔记本电脑不太一样,但是它们用的是同一种语言,即“二进位码”。电脑语言是由0与1所组成的,称为“位元”(bit),也就是说最小的信息单位是位元。电脑所做的事情就是把信息打碎成最小的位元单位,然后再进行快速计算。量子计算机也是以位元为单位来处理数据的,但是与传统的位元不同,传统的位元只能是0或1,量子位元则更有弹性。物体的位置能表示为一个位元,而如果可以做到同时处于不同位置的话,我们就得到了一个量子位元(quantum bit)。

  就如电子自旋可以是顺时针与逆时针的混合体,量子位元也是一种混合体,能既是0又是1,所以量子位元可以“多功处理”,即同时进行多项处理,这样就能够以超乎人类大脑所想象的方式进行计算。理论上,量子位元可以由任何一种以量子形式存在的物质组成,比如电子或原子。量子计算机的核心部分是小型的超导线圈,由纳米科技打造,可以同时双向运作。

  既然量子位元十分擅长多工处理,如果可以做到让量子位元协同计算的话,电脑的运算速度将会有指数级增长。举个例子说明一下量子计算机的强大之处,想象你被困在了一个篱笆迷宫里,你想要尽快找到出口。问题是,可以走的路太多了,而你却只能一次试一条路,这就意味着要走很多死胡同,碰好多次墙,转错好多个弯,直到你终于幸运地找到了出口。这就是现今所有电脑解决问题的方式,虽然它们的运算速度的确很快,但一次只能执行一个任务,就像你一次只能走迷宫中的一条路一样。而如果你可以同时尝试所有路径,那么情况就不同了。简单来说,量子计算机就是这么运作的,因为粒子可以同时处于多个位置,电脑就可以同时分析处理大量的路线与解法,并在短时间内找到答案。

  传统电脑的运算速度已经够快,但是想象一下拥有千万上亿种可能性的问题,比如预报天气、地震、飓风等等的自然灾害,目前想做到这一点几乎是不可能的,因为这会极大地增加电脑的体积。而一台量子计算机可以只动用数百个原子就能解决问题,所以量子计算机的核心将会比一粒沙子还要小。

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