科学

一个研究小组开发出了一种电线制作办法,造出了迄今为止全世界最小的电线,直径只有 4 个原子,小到可以驻留在硅片内。这种电线自身要比目前大部分微处理器所用的铜线薄 20 倍。

这些电线由磷原子组成,是一个原子接着一个原子嵌入到硅晶片里面的。这种方法比传统的蚀刻法更具优势,因为磷线被包裹到晶片里面,意味着电子不会接触到附近任何的表面,从而使得电阻比现在的电线要低,其发热因而要比纳米级的铜线还要低。

一旦单原子的晶体管面世,研究者希望这些电线有助于量子计算的发展。研究的主持人 Michelle Simmons 说:“我们已经意识到,要想造出实用的量子计算机,互连的电线也得是原子级。”

非常有趣的是,这种电线的研发对于量子计算的未来究竟意味着什么,大家对此存在一些争议。讽刺的是这是由于实验的成功。由于这一串磷电子的高密度,电流的表现非常典型,遵从欧姆定律。这一点非常的奇怪,因为在这一量级上预期应该是量子效应占主导的。的确,这正是为什么物理学家,包括著名未来学家及物理学家加来道雄(Michio Kaku)在内,均认为计算机工程师正接近摩尔定律的终点的原因。然而,如果传统的效应能够在纳米级占主导的话,那一预测也许并没有根据。

由于欧姆定律在这种级别上还起效,使得物理学家 David Ferry 认为这对于量子计算来说是个坏消息。他说,对于摩尔定律而言,缺乏量子相干(Quantum coherence)是个好消息,而对于必须量子相干的量子计算来说却是糟糕的事。这会使得量子计算实现的可能性降低。

欧姆定律

在同一电路中,导体中的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻阻值成反比,这就是欧姆定律,基本公式是I=U/R。欧姆定律由乔治·西蒙·欧姆提出,为了纪念他对电磁学的贡献,物理学界将电阻的单位命名为欧姆,以符号Ω表示。

摩尔定律

摩尔定律是由英特尔(Intel)创始人之一戈登·摩尔(Gordon Moore)提出来的。其内容为:当价格不变时,集成电路上可容纳的晶体管数目,约每隔 18 个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。换言之,每一美元所能买到的电脑性能,将每隔 18 个月翻两倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度

量子计算

量子计算是一种依照量子力学理论进行的新型计算,量子计算的基础和原理以及重要量子算法为在计算速度上超越图灵机模型提供了可能。

量子相干

量子计算机需要一些重要的量子性质。其一是“量子相干性”。

量子相干性,或者说“态之间的关联性”。其其一是爱因斯坦和其合作者在 1935 年根据假想实验作出的一个预言。这个假想实验时这样的:高能加速器中,由能量生成的一个电子和一个正电子朝着相反的方向飞行,在没有人观测时,两者都处于向右和向左自旋的叠加态而进行观测时,如果观测到电子处于向右自旋的状态,那么正电子就一定处于向左自旋的状态。这是因为,正电子和电子本是通过能量无中生有而来,必须遵守守恒定律。这也就是说,“电子向右自旋”和“正电子向左自旋”的状态是相关联的,称作“量子相干性”。这种相干性只有用量子理论才能说明。

要在量子计算机中实现高效率的并行运算,就要用到量子相干性。彼此有关的量子比特串列,会作为一个整体动作。因此,只要对一个量子比特进行处理,影响就会立即传送到串列中多余的量子比特。这一特点,正是量子计算机能够进行高速运算的关键。

Via:FORBES