@ 2015.10.11 , 15:00

大突破:量子计算在硅材料上可行

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量子计算听起来像很遥远的事情,量子力学本身是科学的一个问题,即使是最有头脑的物理学家也感到棘手。然而澳大利亚新南威尔士州大学的一组研究人员却对量子计算有了新的认识,他们已经证明,使用硅进行基本量子计算是可行的,这为超快速计算机系统铺平了道路,这项研究发表在Nature杂志上。

全世界的计算机计算能力正在蓬勃发展,而且每年我们希望计算机计算能力呈指数级增长。著名的摩尔定律指出,晶体管的数量与计算机的的计算能力大致相似,目前微芯片上晶体管的数量每18-24个月翻倍。当然,芯片空间有限,你不能不断增加的晶体管数量,除非芯片做得更小。

这些年来,用来测量微芯片和晶体管的单位达到了百万分之一毫米,或纳米(一英寸等于2500万纳米)。据经济学家报道,即使是在2002年,一美元可以买260万个长度只有180纳米(大约一英寸的百万分之一)的晶体管。今天,同样的价格,你可以买1900万个晶体管(长度不超过16纳米的大小)。

微芯片无法一直保持以这种方式缩小尺寸,虽然,使用标准的材料,并按照日益强大的芯片缩小处理能力,可以造成越来越小的芯片,最终这些芯片将达到一个原子的大小......但我们总不能让一个芯片比原子还小,对不对?

错了,这时候就是量子计算登场的时候了。普通的电脑使用二进制语言存储和收发信息,最小字符叫比特,是由1和0的数据形式组成,1或0超长字符串形成电脑可以使用的数据流。在量子计算,比特由量子位取代。

量子颗粒实际上可以两种物理状态同时存在,也被称为叠加(superpositioning),颗粒的两种可能的状态被(叠加)后仍可通过仪器检测出它们的分离状态。以同样的方式,一个量子位可以以1和0的标准二进制状态存在,也可以两个叠加的方式存在:这将是0和1同时存在。

因此,标准的计算机,它只可以在两种分开的状态下存储信息,而量子计算机可以同时存储多个状态的信息,因此它可以比其它计算机每秒多出百万次计算。

虽然量子计算已经被证明在冷却超导体上可行,但价格极其昂贵,与此相比较新型硅材料却便宜得多,材料也容易获取。

如果量子计算在最新研究的基础上能够全面研发,并代替了传统计算,这将彻底改变世界,医学研究,复杂的物理模拟、监控和处理犯罪、天气和金融模型以及数据加密技术等都会获得突破性进展。

本文译自 iflscience,由译者 amor 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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