用钻石做芯片 运算能力超量子计算机

2011-04-06 10:18:05来源: 中国经济周刊

  “钻石恒久远,一颗永流传。”不仅妙龄女郎迷恋钻石,科学家们也爱上了钻石。

  他们目前正在做的最重要工作之一,就是把像笔记本电脑一样小巧轻便、运算能力却超过巨型计算机的量子计算机,送到我们的日常生活中。而最新研究显示,钻石或许是量子计算机芯片的最好选择。

  3月22日,美国物理协会达拉斯会议上,科学家们展开大讨论,试图给量子计算机一颗最合适的心。

  量子计算机是什么,它有什么好处?用一句诗意的话来回答就是,如果当前的普通计算机是单一乐器,量子计算机就像交响乐团,可以同时进行多种演奏。

  我们知道,当前的计算机几乎都采用二进制系统,数据在计算机中的呈现无非是0或1,而量子计算机的取值可以同时既为0又为1,这使得它具备无与伦比的运算能力。

  例如,一个非常复杂的密码体系,要解开它,就必须从几十万亿种可能答案中选出一个正确的答案。用目前的普通计算机,要算1000年才能算出来,而用量子计算机,就只需几分钟。

  未来的量子计算机几乎在瞬间就能从庞大的数据库中找出重要信息。科学家们形容它能在“稻草堆中找到—根针”。眼下的信息时代,全球存储的电子数据呈爆炸级增长,量子计算机可以让人们从“信息海”里更轻易地精确搜寻到自己想要的信息。

  同时,量子计算机的超级运算能力,可能极大地促进物理、化学、材料科学及生物学的发展。科学家们认为它应当首先被用于研究和设计用普通电脑无法模拟的复杂分子,比如新药和高分子材料,随后就应该能运用于更普通的消费产品上。

  令人激动的种种应用前景,使全世界掀起了量子计算机研究热潮,美国、日本等国投入了大量科研经费,惠普、IBM等公司也参与其中,希望在未来竞争中占据先机。

  2009年11月15日,世界首台量子计算机在美国正式诞生。这台量子计算机的核心部件是铝晶片,其计算准确率达到79%。

  在3月22日美国物理协会达拉斯会议上,加州大学圣巴巴拉分校的学者大卫·艾维萨洛姆(David Awschalom)指出,量子计算机的准确率完全可能达到85%~95%,如果人们把量子计算机芯片材料换成钻石。

  不过,用作芯片的钻石,与珠宝店里熠熠生辉的钻石可不一样。“完美的钻石并不是我们需要的。有瑕疵才是这项技术的关键所在。”大卫说。

  了解珠宝的人知道,钻石中最常见的杂质是氮,氮会让钻石颜色发黄。而氮也能让钻石成为绝佳的量子计算机芯片材料。

  做芯片当然不会是一整颗钻石,而是用现代材料技术制备出的钻石薄膜大约几百纳米厚,几平方厘米大小。大卫介绍说,科学家们在钻石上故意制造出原子大小的瑕疵,再充入氮原子。这些充氮钻石的信息储量是目前硅芯片系统的数百万倍,同时信息处理速度也是后者的数十倍。

  而且,钻石的高度稳定性,可以让以它为芯片的量子计算机在常温下工作,而目前正在开发的其他量子系统,有时需要温度接近绝对零度。

  不过,钻石芯片的寿命并不“恒久远”,但是也足够长,IBM阿尔马登研究中心的物理学家塞巴斯蒂安·罗斯(Sebastian Loth)说,“只需几毫秒,就够你做数百万次操作了。”

关键字:钻石芯片  量子计算机

编辑:赵思潇 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2011/0406/article_5587.html
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