量子计算机：十亿分之一秒的『篮球运动』

作者: 曹稳(湖南)

一说到量子计算机,奥秘精灵知道它的好处多多:运算速度是传统计算机的几百亿倍,功能更加神奇,存储信息量更大,计算更加精确……但具体到它的工作原理和研究进程,奥秘精灵还是一头雾水。大博士解释了半天,奥秘精灵才了解了一些,但怎么向读者们描述这一个玄妙的高科技“东东”呢?对了,大家不是喜欢玩篮球吗?就用它来打比方吧!

“运球技巧”

量子计算机需要“搬运”电子,如果将它比喻为打篮球的话,那么科学家现在已改进了 “运球技巧”。他们目前能够控制在充满液氦的“水道”上运动的只有几个电子宽的线状电子流。这个进步使研究人员就像迈克尔·乔丹飞身上篮一样,向研制世界第一台量子计算机迈出了关键的

1934年物理学家尤金·威格纳提出,在低温条件下,电子将会结晶,它们携带的负电荷将使其均匀分布。此后,科学家花费了大约60年的时间,“生产”出了“威格纳晶体”,并开始意识到,这可能是量子计算机诞生的基础。

现在,英国科学家成功研制出“威格纳导线”,实现了对小型电子信息包的分离和控制。为了有效捕捉和控制电子,科学家们先在半导体晶片上蚀刻出微米大小的超微通道,然后将其灌满冷却至不足绝对温度1度的液氦,再利用位于晶片上下两端的电极将电子束缚在通道中。为了探明这些电子的结晶状况,研究小组给通道通电,当电流达到临界值时,电阻发生了突变,而这种现象只能在电子形成结晶后才可能出现。

这一项成果表明,人类已有可能控制只有几十个电子宽的“威格纳晶体”,而以往科学家最少只能分离和控制数千个电子。当然,科学家只有具备移动和控制单个电子的能力,才有可能最终制造出量子计算机。也就是说,人类现在的“运球技术”已经有了长足进步,只是还没有“上篮得分”!

(量子计算机:十亿分之一秒的“篮球运动”)

“上篮速度”

玩篮球时,速度快才能晃开防守队员,上篮得分。对于那些研制量子计算机的人员来说,速度也是非常重要的,因为量子数据从出现到消失的时间只有十亿分之一秒,这样短的时间对于想把握和处理它的科学家来说实在是太短了。现在有科学家宣称已经有了处理这种超高速数据的手段。这个发现虽然很小但是却非常重要,它的运算速度将会使目前的超级计算机成为历史,好像一个篮球运动员的运球和上篮速度将影响整个比赛的节奏一样,人类处理这些难以想象的高速数据的手段也是量子计算机进步的关键!

至今无人“得分”

IBM公司曾经声称研制成功了 5个量子位(比特)的量子计算机,在国际上引起轰动。由于人们对量子计算机这一科技前沿领域理解的困难,许多人都以为量子计算机已经被研制成功。

但科学家认为,目前还没有真正意义上的量子计算机,目前出现的只是演示用的“量子计算机”。他们说,正如一个三轮车不是一辆真正的汽车那样,现在出现的演示用量子计算机,只是为了向人们展示量子计算机具有的某些优异特性,还无法实际应用。有人声称5年内能研制成功,这只是美好幻想,实现它非常困难。目前量子计算机还在探索、掌握技术阶段,到目前为止人们还没有找到合适的量子系统。但量子计算机的研究工作进展很快,也许会在10年、20年或者是50年后研制出来。但要给出确切的时间表很难。他们指出,对科学的发展不要太天真,但一定要有信心。前几年人们认为量子计算机压根不可能实现,因为困难很大。但现在回头看,5年前人们意想不到的许多事情,现在都出现了。量子密码几乎达到可以销售的程度了,下一步就是量子存储、纠错、总集成的问题了。

这是一场艰苦的“篮球赛”,只有等到若干年后我们才能看到有一群伟大的“篮球运动员”掌握了高超的“运球技术”以后,用难以想象的速度“上篮”,得到那令人无比激动的“分数”——量子计算机!

奥秘精灵说到这里,恐怕很多人对量子计算机还是“云里雾里”,没关系,到未来的某一天,我们每人都拥有一台量子计算机的时候,就用不着我大费口舌地解释啦!