认识达内从这里开始

北京时间1月19日消息 据国外媒体报道，过去50年间，标准计算机处理器的速度不断提升。但近年来，这项技术的局限逐渐开始显露：芯片已经无法做得更小，元件也无法排得更紧，否则就会因重叠而短路。如果各大公司想继续提高计算机速度，就必须做出某些改变。

量子物理可谓是未来的一大希望。量子计算机的速度预计将远超信息时代的任何发明。但一项近期研究显示，量子计算机自身同样存在局限，并提出了一些突破这些局限的方法。

理解的局限

在物理学家看来，人类生活在所谓的“经典”世界中。大多数人仅称之为“世界”，并凭着本能理解物理现象。比如将球抛向空中，它一定会沿着抛物线轨迹落地。就算是在更复杂的情况下，人们对物体运作的原理依然一知半解。大多数人只知道汽车通过内燃机燃烧汽油产生能量，然后通过齿轮与轴承转动轮胎，使汽车向前行进。

按照经典物理学法则，上述过程必然存在理论局限，但这种上限高得难以企及。例如，我们知道汽车永远无法超越光速。无论地球上有多少燃料，也无论路有多长、建造工艺有多强，车速甚至连光速的十分之一都达不到。

人类永远无法达到实际的物理上限，但这些上限的确存在，并可以通过研究计算出来。不过，研究人员最近隐隐约约地意识到，虽然量子物理也存在局限，但却不知道如何将其运用到真实世界中。

海森堡不确定性原理

物理学家认为量子理论最早提出于1927年。当时德国物理学家维尔纳·海森堡(Werner Heisenberg)发现，经典物理学对极小的物体(即单个原子级别)并不适用。例如，如果把一个球抛向空中，很容易判断球所处位置和运动速度。但海森堡指出，对原子和亚原子粒子而言，这是行不通的。观察者要么只能看到它的位置，要么只能判断它的运动速度，但无法同时获得两项信息。

意识到这一点令人颇为不安。自从海森堡解释了这一概念，爱因斯坦和其他科学家就感到十分不快。要知道，这种“量子不确定性”并非由测量设备或工程缺陷导致，而是和我们大脑的运作方式有关。我们已经习惯了“经典世界”的运作规律，因此“量子世界”的物理机制难免超出了我们的接受范围。

进入量子世界

在量子世界中，如果一个物体从某处运动到另一处，研究人员无法确定它离开和到达的具体时刻。这一物理局限导致探测存在轻微时延。因此无论运动时间多短，我们总要稍过一会儿才能探测到这一变化。(这里所说的时间极为短暂，只有一秒的1015分之一，但这期间可进行数万亿次计算机运算。)

而这一时延无疑大大降低了量子计算机可能达到的运算速度，因此被我们称为“量子速度限制”。

过去几年的研究显示，在不同条件下，量子速度限制也会有所不同，如使用不同类型的材料、采用不同的磁场和电场等。情况改变时，量子速度限制有时会稍高一些，有时则会稍低一些。

令人吃惊的是，科学家发现一些意想不到的因素也有助于提高运算速度，且常常与直觉相悖。

为理解这种情况，让我们想象一个粒子在水中的运动过程。在水中穿过时，粒子会将水分子推开。之后，水分子会立即回到原有位置，没留下任何粒子穿过的痕迹。

再想象一下粒子从蜂蜜中穿过的情景。蜂蜜比水粘稠得多，质地更厚重，流动得更慢，因此在粒子穿过后，蜂蜜分子要花更长时间才能回到原处。但在量子世界中，蜂蜜回流时会产生压力，推动粒子向前运行。这就使得粒子的实际运动速度与观察者预期的稍有不同。

设计量子计算机

随着研究人员对量子速度限制的理解愈发深入，量子计算机处理器的设计也自然会受其影响。就像此前的工程师设法缩小晶体管体积、将它们紧密排布在传统计算机芯片上一样，科学家需要进一步创新，才能使量子计算机系统达到最快，尽可能接近速度上限。

研究人员还有很多工作要做。目前，我们还不清楚量子速度限制是否高得难以企及，就像汽车永远达不到光速一样。我们对环境中的意外因素对量子运动的加速原理也不甚明白(比如上文列举的蜂蜜)。随着以量子物理为基础的技术愈发普遍，我们必须找出量子物理的真正局限，从而最大化地利用手头掌握的知识。

IT开发作为2018最有前景的行业，很多人都在毕业之后首先选择了这个行业。世界互联网大会给了人们巨大的希望，面对这个万人过独木桥的情景，我们更应该尽早的武装好自己。达内时代科技集团致力于培养几大方向中高端软件人才课程与少儿教育课程。合肥IT培训助你一臂之力，更多免费训练营让你从零起步。

【免责声明】本文系本网编辑部分转载，转载目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如涉及作品内容、版权和其它问题，请在30日内与管理员联系，我们会予以更改或删除相关文章，以保证您的权益！