【量子電腦】

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【量子電腦】

 

 

摘要：

量子電腦是一種基於原子所具有的神秘量子物理特性的裝置，這些特性使得原子能夠通過相互作用起到電腦處理器和存儲器的作用。

量子電腦的基本元件就是原子和分子，IBM的這台量子電腦被認為是朝著具有超高速運算能力的新一代計算裝置邁出的新的一步。

全文：

2000年IBM宣布研製量子電腦

2000年IBM公司宣布研製出利用5個原子作為處理器和存儲器的量子電腦。

雖然電腦處理器正在變得越來越小而使其功能也變得越來越強，但是目前的處理器製造方式(按照moore’s law)預料會在今後10年左右達到極限，現在使用的平版印刷技術無法製造出分子大小的微晶片，這促使研究人員嘗試利用基因鏈或通過開發其他微型技術來製造電腦。

量子電腦是一種基於原子所具有的神秘量子物理特性的裝置，這些特性使得原子能夠通過相互作用起到電腦處理器和存儲器的作用。

量子電腦的基本元件就是原子和分子，IBM的這台量子電腦被認為是朝著具有超高速運算能力的新一代計算裝置邁出的新的一步。

它可以用於(例如)數據庫超高速搜索等方面，還可以用於密碼技術上(即密碼的編制和破譯)。

IBM公司利用這台量子電腦樣機解決了密碼技術中的一個典型的數學問題(即求解函數的周期)。

它可以一次性地解決這一問題的所有例題(然而常規電腦需要重複數次才能解決這樣的問題)。

量子隧道效應…單電子晶體管﹗

微電子技術面臨挑戰，但機械化在挑戰面前並不氣餒，仍在不斷地探索解決問題的新途徑。

美國電話電報公司的貝爾研究室於1988年研製成功隧道三極管﹕這種新型電子元件的基本原理是在兩個半導體之間形成一層很薄的絕緣體(其厚度在1~10奈米之間)，此時電子會有一定的機率穿越絕緣層…這就是量子隧道效應 (一層超薄的絕緣層好像是大山底下的一條隧道，電子可以順利地從山的這邊穿到山的那邊)。

由於巧妙地應用了量子隧道效應，所以元件的尺寸比目前的積體電路小100倍，而運算速度快1000倍﹐功率損耗只有傳統晶體管的1/1000。

顯然體積小╱速度快╱功耗低的嶄新元件，對超越積體電路的物理限制具有重大意義，是電子技術的第五次重大技術突破﹔近年科學家(隨著研究工作的深人發展) 已研製成功單電子晶體管，只要控制單個電子就可以完成特定的功能。

矽晶片在短短幾十年間走過一條高速成長之路。

30奈米晶體管技術將使矽晶片可以容納4億個晶體管，但這種增長不可能永遠持續下去，因為矽晶片將很快走向終結﹗

誰會成為傳統的矽晶片電腦的終結者﹖

目前科學家看好光電腦、生物電腦、量子電腦﹐其中又以量子電腦呼聲最高。

光電腦…光學晶體管龐大而笨拙﹗

光電腦利用光子取代電子進行運算和存儲…它用不同波長的光代表不同數據﹐可快速完成複雜計算﹐然而要想製造光電腦需要開發出可用一條光束控制另一條光束變化的光學晶體管。

現有的光學晶體管龐大而笨拙，用其製造台式電腦將有一輛汽車那麼大，因此光電腦短期內進人實用階段很難。

dna電腦…也很笨拙﹗

dna(脫氧核糖核酸)電腦是美國南加州大學阿德拉曼博士1994年提出的奇思妙想，他提出控制dna分子間的生化反應來完成運算。

但是目前流行的dna計算技術都必須將dna溶於試管液體中，這種電腦由一堆裝著有機液體的試管組成(神奇歸神奇)卻也很笨拙，這一問題得不到解決則 dna電腦在可以預見的未來將難以取代矽晶片電腦。

量子電腦…前景似乎更為光明﹗

量子電腦前景(與前兩者相比)似乎更為光明，一些科學家預言﹕量子電腦將從新一代電腦研製熱潮中脫穎而出。

中國科技大學量子電腦研究專家也提出了這類似的觀點，將量子形容為一種「玄而又玄」的東西並提出了一個比喻﹕如果一只老鼠準備繞過一只貓，則(根據經典物理理論)它不是從左邊就是從右邊穿過﹐然而如今(根據量子理論)卻可以同時從貓的左邊和右邊穿過。

量子這種常人難以理解的特性使得具有5000個量子位的量子電腦，可在約30秒內解決傳統超級電腦要100億年才能解決的大數因子分解問題。

由於意識到量子電腦問世後將對電腦及網絡安全構成巨大衝擊﹕美國科研機構正在密切關注量子電腦的進展﹔不少國家(從國家利益出發)正在量子電腦研究領域展開激烈的角逐﹔日本郵政省於2000年決定增加量子資訊技術的研究投人 。

2000年量子電腦研究捷報頻傳﹕先是中國科學院知識創新工程開放實驗室成功研製出4個量子位的演示用量子電腦﹐之後美國IBM公司又推出5個量子位的演示用量子電腦﹔印度科學家也在緊鑼密鼓地開展此項研究(印度國家研究所的科學家認為量子電腦將2005年問世)﹔在美國加州理工學院的科學家們甚至已經在從事量子因特網的研究。

雖然量子電腦距離實用化還有很長的一段路要走﹐但是取代矽晶片電腦可能只是時間問題。

資料來源：http://www.ntrc.itri.org.tw/dict/content.jsp?newsid=393

 

引自：http://www.cogsh.tp.edu.tw/cti573/bcc2008/handout/quantumpc.htm