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对于如今的电脑一族来说，遇到电脑速度太慢或者死机的问题，好象成了家常便饭，脾气火爆的可能常常想着砸掉旧电脑，再来台新的。其实，如果电脑硬件和运行原理没有多大革新的话，新的电脑也无济于事。 被卡住的传统电脑 我们知道，电脑的硬件决定着电脑的性能。这其中，主板的作用最大。 别小看这块面积不大的方形物，电脑主机里的许多重要设备像 CPU、显卡、声效卡、存储器等等，都得依靠主板提供位置来工作。不过，主板上面还有另外一些密密麻麻的东西，它们是什么呢？ 它们就是芯片组，这些看起来很扎眼的小东西，决定着主板的性能，影响着整个电脑系统的发挥。联接CPU和其他周边设备、数据输入和输出可都是它们的职责。所以，许多人在将中央处理器CPU比作人的大脑时，会将芯片比作一个人的躯干。 问题是，现在我们使用的硅芯片，通常是并排放置，例如，处理器和存储器的硅芯片彼此相邻地布置，这就意味着这些小小的芯片很占主板地方。 更糟糕的是，这样并排的芯片结构，延长了数据的传输距离，这不仅浪费处理时间和资源，而且当大量数据试图穿过相同的电路板时，很容易让电脑死机。 当然，芯片的摆放还只是问题的一个方面。芯片的存储信息方式也是另一个让人头疼的问题。我们知道，现在用的手机、电脑，数据的运算和信息的编码都是用二进制比特来表示。这些比特是二进制的，是因为它们只能处于两种状态之一，要么是0要么是1。例如，如果有两个比特，它们只能是00、01、10、11这四种状态中的一种。虽然现在计算机运行的还算挺好，但是这也意味着计算机数据处理容量非常有限。 怎么解决这些问题呢？聪明的科学家们自有妙招。 盖一栋摩天大楼 20世纪初期，美国纽约曼哈顿的居民感觉到生活在一片狭小的土地，过于拥挤，怎么办呢？那就向上发展，建设高层住宅。由此，有了我们今天看到的到处耸立着的摩天大楼。 我们正在使用的传统计算机系统，硅芯片是不能叠放的，因为在制造期间，硅芯片会发热到1000摄氏度左右，把两块这么高温的芯片叠放在一起，又不损坏下面的一个芯片，这几乎是不可能的。因此，传统的计算机系统就像是一个个有着无数平房的乡村，空间狭小，又拥挤。那么，如果将计算机系统建设得更像是一个城市，里面有许多超高效的摩天大楼呢？ 现在，斯坦福大学的研究人员们用碳纳米管晶体管（碳纳米管）取代传统的硅晶体管，这些不仅是比硅晶体管快，而且它们在制造过程中不需要这样高的温度，它们也可以在不造成任何损害的前提下，将存储芯片一个个叠放起来，就像我们一层层盖摩天大楼，以更低的能源利用和更高的速度，建设一座电脑世界里的大都市。 不过，这些叠加的芯片是怎么连接的呢？摩天大楼里有电梯，才能去高层，它们之间也有吗？ 当然了，每个阻变式存储器和碳纳米管层，都有一个叫做导孔的设备进行连接，数量达到百万个的导孔发挥着微型的电子“电梯”的作用，这样，比起传统的电路，数据就走更短的路程。而且在每一层“房间”之间还安装了散热层，以确保产生的热量不会聚集。 2014年国际电子设备会议上，斯坦福大学的研究团队展示了一个四层的电脑摩天大楼雏形，它是由两层阻变式存储器和两层碳纳米管叠加而成。据预测，这种先进的摩天大楼芯片比传统的计算机系统快了将近1000倍。 比现在快1000倍的电脑，当然让我们这些电脑发烧友们很兴奋，不过，这项技术要真正得到应用，还需要时间。研究人员正在寻找大量的资金支持，让这项技术真正投产。 猛犸D-Wave量子计算机：快1亿倍 当互联网的巨人谷歌与专攻宇宙航天的美国宇航局碰撞在一起时，会擦出什么火花呢？那就是量子电脑工程。 如果你曾经听说过薛定谔的猫这个著名的思维实验，一定还记得那只既死又活的猫，对猫适用的逻辑在这里依然适用。我们知道，传统电脑里的比特要么是0，要么是1，只能存在这一种状态。但量子比特是微小的粒子，神奇地悬在极度寒冷的环境里，一小部分是处于绝对零度上，所以可以处于一种“叠加”状态，就是说，一个既是0又是1的状态。 这也就意味着传统的两个相连的比特，通常只能得到一个值，它们只能是00、01、10、11这四种状态中的一种。但两个相连的量子比特，你可以得到四个值，而如果有三个相连的量子，你可以得到8个比特值，以此类推，你猜会怎么样，当更多的量子比特被添加，计算机的处理能力就会以指数的方式成倍增加。最终电脑会有多快？是目前电脑的1亿倍！这个结果来自谷歌的一次模拟实验，研究者们用标准的电脑芯片和猛犸D-Wave2X一起比赛做算术，结果显示后者会快1亿倍。 这个数据显然令人振奋，正是由于超强的数据处理能力，量子计算机对于世界来说，将带来革命性的改变。 例如，我们今天的天气预报，只能叫做预报，是因为即使有非常尖端的分析温度和气压的工具，天气预测系统还是具有很大的不确定性，但量子计算机可以在同一时间对所有数据进行分析，准确地告诉我们天气情况如何。 对于天文爱好者来说，量子计算机也无疑成了探寻宇宙生命的绝佳工具。我们知道，天文学家们利用开普勒太空望远镜在我们生活的太阳系之外发现了大约2000颗行星，开普勒搜索需要对准这些系外行星，并且还要等到他们从其归属的恒星前经过。当这种情况发生的时候，行星会投下阴影，天文学家借此进行分析和预测其大气环境是否适合生命生存。 那么，量子计算机会怎么做呢？它们可以处理任何望远镜视野中的数据，而且能够动用现在的、过去的所有天文数据，同时进行庞大而复杂的计算，从而发现更多的行星，并迅速识别出最有可能存有生命体的行星，它甚至可以从旧的影响中发现系外行星。 虽然将量子转换为实际科技还有一段很长的路要走，但值得高兴的是，现在科技界的巨头，像微软、IBM公司、谷歌都已经聚集了世界最顶级的量子物理学家，去破解量子计算机的密码，而且据微软公司预计，未来十年内，人类将制造出一台可用的量子计算机。 |
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