量子摩尔定律问世(量子定律是谁提出的)

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量子电脑会取代硅芯片电脑吗

2000年,IBM公司宣布研制出利用5个原子作为处理器和存储器的量子计算机,即量子电脑。

按摩尔定律,电脑处理器正在变得越来越小,其功能则正在变得越来越强。但是,目前的处理器制造方式预料会在今后10年左右达到极限。现在使用的平版印刷技术无法制造出分子大小的微器件,这促使研究人员尝试利用基因链或通过开发其他微型技术来制造电脑。

量子计算机是一种基于原子所具有的神秘量子物理特性的装置,这些特性使得原子能够通过相互作用起到电脑处理器和存储器的作用。量子计算机的基本元件就是原子和分子。IBM的这台量子计算机被认为是朝着具有超高速运算能力的新一代计算装置迈出的新的一步。它可以用于诸如数据库超高速搜索等方面,还可以用于密码技术上,即密码的编制和破译。IBM公司利用这台量子电脑样机解决了密码技术中的一个典型的数学问题,即求解函数的周期。它可以一次性地解决这一问题的任何例题,而常规电脑需要重复数次才能解决这样的问题。

微电子技术面临挑战,但传统的制造业在挑战面前并不气馁,仍在不断地探索解决问题的新途径。美国电话电报公司的贝尔研究室于1988年研制成功了隧道三极管。这种新型电子器件的基本原理是在两个半导体之间形成一层很薄的绝缘体,其厚度为1~10纳米之间,此时电子会有一定的概率穿越绝缘层。这就是量子隧道效应。一层超薄的绝缘层好像是大山底下的一条隧道,电子可以顺利地从山的这边穿到山的那边。由于巧妙地应用了量子隧道效应,所以器件的尺寸比目前的集成电路小100倍,而运算速度提高1000倍,功率损耗只有传统晶体管的千分之一。显然,体积小,速度快,功耗低的崭新器件,对超越集成电路的物理限制具有重大意义。随着研究工作的深入发展,近年科学家已研制成功单电子晶体管,只要控制单个电子就可以完成特定的功能。

在过去短短几十年中,硅芯片走过一条高速成长之路。30纳米晶体管技术将使硅芯片可以容纳4亿个晶体锋。但这种增长不可能永远持续下去。因为,硅芯片将很快走向终结。谁会成为传统的硅芯片电脑的终结者?目前科学家看好光电脑、生物电脑和量子电脑,其中又以量子电脑呼声最高。

光电脑利用光子取代电子进行运算和存储,它用不同波长的光代表不同数据,可快速完成复杂计算。然而要想制造光电脑,需要开发出可用一条光束控制另一条光束变化的光学晶体管。现有的光学晶体管庞大而笨拙,用其制造台式电脑,将有一辆汽车那么大,因此,光电脑短期内进入实用阶段很难。

DNA(脱氧核糖核酸)电脑是美国南加州大学阿德勒曼博士1994年提出的奇思妙想,他提出通过控制DNA分子间的生化反应来完成运算。

DNA是生物遗传的物质基础,它通过4种核苷酸的排列组合存储生物遗传信息。将运算信息排列于DNA上,并通过特定DNA片段之间的相互作用来得出运算结果,是DNA计算机工作的主要原理。

网德勒曼教授是DNA计算机研究领域的先驱。他于1994年在实验中演示,DNA计算机可以解决著名的“推销员问题”,首次论证了这种计算技术的可行性。“推销员问题”用数学语言来说,是求得在7个城市间寻找最短的路线,这一问题相对简单,心算就可以给出答案。

但这次阿德勒曼教授用DNA计算机演示的新问题难度就大多了,靠人脑的计算能力基本无法处理,这个问题可以形象化地表述如下:假设你走进一个有100万辆汽车的车行,想买一辆称心的车。你向销售员提出了一大堆条件,如“想买一辆4座和自动档的”,“敞篷和天蓝色的”,“宝马车”等等,加起来多达24项。在整个车行中,能满足你所有条件的车只有一辆。从理论上说,销售员必须一辆辆费劲地找。传统的电子计算机采用的就是这种串行计算的办法来求解。

阿德勒曼等设计的DNA计算机则对这一问题进行了并行处理。他们首先利用DNA片段编码了100万种可能的答案,然后将其逐一通过不同容器,每个容器都放入了代表24个限制条件之一的DNA。每通过一个容器,满足特定限制条件的DNA分子经反应后被留下,并进入下一个容器继续接受其他限制条件的检验,不满足的则被排除出去。

从解决这个问题的过程中可以看出,理论上,DNA计算机的运算策略和速度将优于传统的电子计算机。阿德勒曼教授说,虽然他们的新实验进一步提高了DNA计算机模型的运算能力,但总的来说,DNA计算机错误率还是太高;要真正超越电子计算机,还需要在DNA大分子操纵技术等方面有大的突破。而且目前流行的DNA计算技术都必须将DNA溶于试管液体中。这种电脑由一堆装着有机液体的试管组成,神奇归神奇,却也很笨拙。这一问题得不到解决,DNA电脑在可以预见的未来将难以取代硅芯片电脑。与前两者相比,量子电脑前景似乎更为光明。一些科学家预言,量子电脑将从新一代电脑研制热潮中脱颖而出。

中国科技大学量子电脑研究专家也提出了与此类似的观点,将量子形容为一种“玄而又玄”的东西,提出了一个比喻:如果一只老鼠准备绕过一只猫,根据经典物理理论,它要么从左边、要么从右边穿过。而根据量子理论,它可以同时从猫的左边和右边穿过。量子这种常人难以理解的特性使得具有5000个量子位的量子电脑,可在约30秒内解决传统超级电脑要100亿年才能解决的大数因子分解问题。由于意识到量子电脑问世后将对电脑及网络安全构成巨大冲击,美国科研机构正在密切关注量子电脑的进展。不少国家从国家利益出发,正在量子电脑研究领域展开激烈的角逐。

以日本为例,日本邮政省于2000年决定增加量子信息技术的研究投入,预计到2010年将达到400亿日元。按照日本邮政省的预计,量子信息技术将在2030午步人实用化阶段。2000年,量子电脑研究捷报频传。先是中国科学院知识创新工程开放实验室成功研制出4个量子位的演示用量子电脑。之后,美国IBM公司又推出5个量子位的演示用量子电脑。印度科学家也在紧锣密鼓地开展此项研究,印度国家研究所的科学家说,量子电脑将于2005年问世。在美国加州理工学院,科学家们甚至已经在从事量子因特网的研究。

量子电脑虽然威力无比,妙不可言,但要真正为人类造福还需耐心期待。由于量子电脑的原理与构造和传统计算机截然不同,科学家的研制工作几乎是从零开始,十分艰难。而量子电脑运行时所需的绝对低温、原子测控等苛刻条件更使这种“魔法”般玄妙的神物目前不可能像个人电脑机一样走人寻常百姓家。但人们也不必失望,几十年以后,当量子电脑走出实验室,真正可以实际应用时,普通人完全可以通过互联网访问远程的量子主机,指挥它于这于那,共享这项神奇的发明。

可以预料,虽然量子电脑距离实用化还有很长的一段路要走,但它取代硅芯片电脑可能只是时间问题。

什么是量子定律

你说的是量子论吗?

量子论是现代物理学的两大基石之一。量子论提供了新的关于自然界的表述方法和思考方法。量子论揭示了微观物质世界的基本规律,为原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学奠定了理论基础。它能很好地解释原子结构、原子光谱的规律性、化学元素的性质、光的吸收与辐射等。

现在看上去存在量子位的摩尔定律

现在看上去存在量子位的摩尔定律如下:

量子摩尔定律,是IBM于2019年3月在美国物理学会三月会议上抛出的概念。2019年1月,在CES上,全球首台商用量子计算一体机IBM Q System One提供了“迄今为止最高的量子体积”。2019年3月,在2019年美国物理学会三月会议上,IBM抛出了量子摩尔定律概念。

摩尔定律由英特尔创始人之一的戈登·摩尔提出,即:集成电路上可容纳的晶体管数目,约每隔两年便会增加一倍。摩尔定律问世,量子体积每年翻番,10年内实现量子霸权。IBM发布了量子性能的“摩尔定律”,宣布其“量子霸权”时间表:为了在10年内实现量子霸权,需要每年将量子体积至少增加一倍。

量子摩尔效应就是摩尔效应的在量子计算机上面的对应。在量子计算机里面,与晶体管(经典比特)相对于的东西就是量子比特。由于2010年以来,陆续有些不同的公司和实验室宣布演示了量子计算,所以人们逐渐获得了量子比特集成数量的经验数据。其中基于量子绝热计算(量子退火机)的量子计算机数据最早,在2010年左右就开始有了。

量子摩尔定律,意味着电脑正在被重新发明一次!

什么是摩尔定律?

摩尔定律,在计算机行业可谓是顶顶大名,早在1965年戈登摩尔提出来了。

它的意思其实非常简单,就是意指计算机硬件性能每隔一段时间要翻一倍。

而这种性能翻倍,得益于计算机的集成电路上,可容纳的元器件的数量,每隔一段时间增加一倍。

这个时间大概在18到24个月,也就是一年半到两年之间。

人们还惊喜的发现,除了集成电路之外,还有很多硬件技术都遵循类似的原理,例如LED技术、闪存技术、硬盘存储技术等。

从诞生开始,摩尔定律一直在为研发人员指路,于是有了今天繁荣的计算机技术。

什么是量子摩尔定律?

简单来说,就是人们惊讶的发现,在量子计算机的研发上居然也遵循摩尔定律。

IBM是全球最热衷于量子计算机研究的公司,他们对量子计算机的研究很早就开始了。

2019年1月份还发布了一台名为Q System One的量子计算机,并表示该计算机有很大商用潜力。

当他们把几年的量子计算机研究进展数据进行对比,发现了量子摩尔定律,就迫不及待的公布了这个发现。

伴随着发现的公布,IBM以量子计算机的量子体积为计算能力的标准,跟当年以晶体管数目为标准,把量子摩尔定律和晶体管的摩尔定律做比较:

同时再比较一下当年的计算机和现在的量子计算机。

可见两个电脑都是又大又笨,而且发展速度确实很类似。

IBM正是从两个对比中发现了量子摩尔定律。

IBM似乎没有公布新的量子计算机到底有多快,但可以推测速度应该与现在成熟的电脑技术慢。

指尖科技说我脑袋一歪,突然发现:量子摩尔定律预示了电脑正在被重新发明一次。

但量子摩尔定律实现难度其实非常大:

1.现在暂时只有三年数据,还不能得到最终肯定量子摩尔定律;

2.即使是可行的,也还是需要很长时间;

摩尔定律预示了未来的发展方向,但是现实可能并不一定能发展那么顺利;有可能时间会比我们想象的晚;在技术成熟之前,甚至有可能根本达不到我们想象的那么厉害的计算能力。

3.量子计算机面临的不仅仅是材料和技术问题,还需要科技基础研究的配合。

例如,量子计算机之所以这么大,很可能是因为它仍在使用低温超导体。

而低温超导体的使用环境,需要液氮的低温,于是整个装置可能都充满液氮。

这就决定了量子计算机肯定要很大,除非超导体的研究有突破,出现常温超导体,才能使计算机尺寸减小。

4.另外量子计算机未来对我们的作用会比计算机大多少?

其实说不准。是不是真的能在计算能力上有质的飞越?

5.即使未来开发成功高速量子计算机,现有计算机软件是否都要重新开放?

6.人们会不会那么容易接受?

人们接受计算机都花了很多年时间。

决定投入到计算机科学,也花了很多年。

人们对windows同一个软件系统的更新换代都会不舒服,更别说换了整个硬件系统了。

理想虽然很丰满,但是现实却有点骨感。

这些困难都说明,至少在现在,量子计算机的开发还需要很高的开发成本。

也许IBM是想通过这次的发布,希望有更多人和钱投入到量子计算机的研发中来。

戈登摩尔告诉我们“摩尔定律也不是一个定律,它是一个机遇”;

同样IBM也想告诉我们:量子摩尔定律也不是一个定律,它是一个机遇。

回头再看看摩尔定律

到今天硬件上的摩尔定律在集成电路上已经失效,几乎是公认了。

于是还有人提出了AI的摩尔定律,认为未来AI的发展也会指数级增长。

指尖科技树说我其实很希望量子摩尔定律实现,因为它其实预示未来的发展是指数级的,这也是我们每个人都期待的。

OK,本文到此结束,希望对大家有所帮助。