量子計(jì)算機(jī)

自從1958年世界上出現(xiàn)第一塊半導(dǎo)體平面集成電路至今，微電子技術(shù)以世人震驚的速度發(fā)展著，元器件的集成度越來越高，其結(jié)構(gòu)特征也越來越趨于微型化，由此而發(fā)展的微電子微細(xì)加工技術(shù)已成了提高集成度和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器密度的關(guān)鍵之一，也是人類迄今為止所能達(dá)到的精度最高的加工技術(shù)。權(quán)威人士認(rèn)為，盡管在每個(gè)芯片上集成數(shù)十億個(gè)元器件的目的可以實(shí)現(xiàn)，但微型化已趨近極限。如再要小下去，已超越微電子技術(shù)理論的宏觀極限。因此要支撐計(jì)算機(jī)的繼續(xù)發(fā)展，就需要另辟蹊徑。

21世紀(jì)初大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)表明，電子與光子一樣，不僅具有粒子性，同時(shí)還具有波動(dòng)性，即所謂的波粒兩象性。當(dāng)電子所處的空間較大時(shí)（例如一般的集成電路線路），波動(dòng)的性質(zhì)可以忽略，電子可以作為粒子看待。當(dāng)電子所處的空間很小時(shí)，例如線寬在0．1微米以下（已接近目前集成電路線寬的極限）時(shí)，電子就會(huì)表現(xiàn)出明顯的波動(dòng)性，這種波動(dòng)性所表現(xiàn)出來的種種現(xiàn)象就是量子效應(yīng)。利用量子效應(yīng)所制作的元器件就是“量子器件”。

量子器件不僅體積小，而且工作原理和現(xiàn)有的半導(dǎo)體電子器件完全不一樣。迄今為止，各種硅半導(dǎo)體電子器件都是通過控制電子的數(shù)目來實(shí)現(xiàn)信息處理的。例如，開關(guān)元件通過有無電子流來控制電路的通、斷，或表示狀態(tài)“1”或“0”；放大元件是控制所通過電子的多少來實(shí)現(xiàn)放大功能的。

然而，量子器件不單純通過控制電子數(shù)量的變化，而主要是通過控制電子波動(dòng)的相位來進(jìn)行工作的，它能實(shí)現(xiàn)更高的響應(yīng)速度和更低的電力消耗。因此，量子器件的出現(xiàn)，人們就有可能研制出比現(xiàn)有最小的電子器件還要小的、由單個(gè)電子構(gòu)成的元器件。據(jù)報(bào)道，美國(guó)威斯康星大學(xué)的材料科學(xué)家根據(jù)量子力學(xué)理論已制造出了一些可容納單個(gè)電子的被稱為“量子點(diǎn)”的微小結(jié)構(gòu)。這種量子點(diǎn)非常微小，在一個(gè)針尖上就可容納幾十億個(gè)。這將為制造更微型化的微處理器和更高容量的存儲(chǔ)器開拓了美好的前景?？茖W(xué)家認(rèn)為，量子力學(xué)的理論將會(huì)對(duì)整個(gè)電子工業(yè)產(chǎn)生重大的影響，就是產(chǎn)生量子計(jì)算機(jī)。

所謂量子計(jì)算機(jī)，是指建立在量子力學(xué)理論基礎(chǔ)上的計(jì)算機(jī)，它有兩個(gè)含義：一是指它所用的微處理器是一種量子器件；二是指它的計(jì)算過程將利用量子力學(xué)理論。

量子計(jì)算機(jī)除了所用的器件同現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)不同外，其工作原理也不一樣，且可以快速完成復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)。如要對(duì)一個(gè)巨大的數(shù)進(jìn)行因子分解，使用現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)時(shí)，不僅需要完成大量的除法操作，且操作次數(shù)可迅速呈指數(shù)上升，而量子計(jì)算機(jī)卻可迅速完成這一工作。

量子計(jì)算機(jī)

但是迄今為止，世界上還沒有真正意義上的量子計(jì)算機(jī)。但是，世界各地的許多實(shí)驗(yàn)室正在以巨大的熱情追尋著這個(gè)夢(mèng)想。研究量子計(jì)算機(jī)的目的不是要用它來取代現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)。量子計(jì)算機(jī)使計(jì)算的概念煥然一新，這是量子計(jì)算機(jī)與其他計(jì)算機(jī)如光計(jì)算機(jī)和生物計(jì)算機(jī)等的不同之處。