未來的電腦，速度飛起來

陳奇思

對于如今的電腦一族來說，遇到電腦速度太慢或者死機的問題，好象成了家常便飯，脾氣火爆的可能常常想著砸掉舊電腦，再來臺新的。其實，如果電腦硬件和運行原理沒有多大革新的話，新的電腦也無濟于事。

被卡住的傳統(tǒng)電腦

我們知道，電腦的硬件決定著電腦的性能。這其中，主板的作用最大。

別小看這塊面積不大的方形物，電腦主機里的許多重要設備像 CPU、顯卡、聲效卡、存儲器等等，都得依靠主板提供位置來工作。不過，主板上面還有另外一些密密麻麻的東西，它們是什么呢？

它們就是芯片組，這些看起來很扎眼的小東西，決定著主板的性能，影響著整個電腦系統(tǒng)的發(fā)揮。聯(lián)接CPU和其他周邊設備、數(shù)據(jù)輸入和輸出可都是它們的職責。所以，許多人在將中央處理器CPU比作人的大腦時，會將芯片比作一個人的軀干。

問題是，現(xiàn)在我們使用的硅芯片，通常是并排放置，例如，處理器和存儲器的硅芯片彼此相鄰布置，這就意味著這些小小的芯片很占主板地方。

更糟糕的是，這樣芯片的并排結構，延長了數(shù)據(jù)的傳輸距離，這不僅浪費處理時間和資源，而且當大量數(shù)據(jù)試圖穿過相同的電路板時，很容易讓電腦死機。

當然，芯片的擺放還只是問題的一個方面。芯片的存儲信息方式也是另一個讓人頭疼的問題。我們知道，現(xiàn)在用的手機、電腦，數(shù)據(jù)的運算和信息的編碼都是用二進制比特來表示。這些比特是二進制的，是因為它們只能處于兩種狀態(tài)之一，要么是0要么是1。例如，如果有兩個比特，它們只能是00、01、10、11這四種狀態(tài)中的一種。雖然現(xiàn)在計算機運行的還算挺好，但是這也意味著計算機數(shù)據(jù)處理容量非常有限。

怎么解決這些問題呢？聰明的科學家們自有妙招。

蓋一棟摩天大樓

20世紀初期，美國紐約曼哈頓的居民感覺到生活在一片狹小的土地上，過于擁擠，怎么辦呢？那就向上發(fā)展，建設高層住宅。由此，有了我們今天看到的到處聳立著的摩天大樓。

我們正在使用的傳統(tǒng)計算機系統(tǒng)，硅芯片是不能疊放的，因為在制造期間，硅芯片會發(fā)熱到1000攝氏度左右，把兩塊這么高溫的芯片疊放在一起，又不損壞下面的一個芯片，這幾乎是不可能的。因此，傳統(tǒng)的計算機系統(tǒng)就像是一個個有著無數(shù)平房的鄉(xiāng)村，空間狹小，又擁擠。那么，如果將計算機系統(tǒng)建設得更像是一個城市，里面有許多超高效的摩天大樓呢？

現(xiàn)在，斯坦福大學的研究人員們用碳納米管晶體管（碳納米管）取代傳統(tǒng)的硅晶體管，這些不僅是比硅晶體管快，而且它們在制造過程中不需要這樣高的溫度，它們也可以在不造成任何損害的前提下，將存儲芯片一個個疊放起來，就像我們一層層蓋摩天大樓，以更低的能源利用和更高的速度，建設一座電腦世界里的大都市。

不過，這些疊加的芯片是怎么連接的呢？摩天大樓里有電梯，才能去高層，它們之間也有嗎？

當然了，每個阻變式存儲器和碳納米管層，都有一個叫做導孔的設備進行連接，數(shù)量達到百萬個的導孔發(fā)揮著微型的電子“電梯”的作用，這樣，比起傳統(tǒng)的電路，數(shù)據(jù)就能走更短的路程。而且在每一層“房間”之間還安裝了散熱層，以確保產(chǎn)生的熱量不會聚集。

2014年國際電子設備會議上，斯坦福大學的研究團隊展示了一個四層的電腦摩天大樓雛形，它是由兩層阻變式存儲器和兩層碳納米管疊加而成。據(jù)預測，這種先進的摩天大樓芯片比傳統(tǒng)的計算機系統(tǒng)快了將近1000倍。

比現(xiàn)在快1000倍的電腦，當然讓我們這些電腦發(fā)燒友們很興奮，不過，這項技術要真正得到應用，還需要時間。研究人員正在尋找大量的資金支持，讓這項技術真正投產(chǎn)。

猛犸D-Wave量子計算機：快1億倍

當互聯(lián)網(wǎng)的巨人谷歌與專攻宇宙航天的美國宇航局碰撞在一起時，會擦出什么火花呢？那就是量子電腦工程。

如果你曾經(jīng)聽說過薛定諤的貓這個著名的思維實驗，一定還記得那只既死又活的貓，對貓適用的邏輯在這里依然適用。我們知道，傳統(tǒng)電腦里的比特要么是0，要么是1，只能存在這一種狀態(tài)。但量子比特是微小的粒子，神奇地懸在極度寒冷的環(huán)境里，一小部分是處于絕對零度上，所以可以處于一種“疊加”狀態(tài)，就是說，一個既是0又是1的狀態(tài)。

這也就意味著傳統(tǒng)的兩個相連的比特，通常只能得到一個值，它們只能是00、01、10、11這四種狀態(tài)中的一種。但兩個相連的量子比特，你可以得到四個值，而如果有三個相連的量子，你可以得到8個比特值，以此類推，你猜會怎么樣，當更多的量子比特被添加，計算機的處理能力就會以指數(shù)的方式成倍增加。最終電腦會有多快？是目前電腦的1億倍！這個結果來自谷歌的一次模擬實驗，研究者們用標準的電腦芯片和猛犸D-Wave2X一起比賽做算術，結果顯示后者會快1億倍。

這個數(shù)據(jù)顯然令人振奮，正是由于超強的數(shù)據(jù)處理能力，量子計算機對于世界來說，將帶來革命性的改變。

例如，我們今天的天氣預報，只能叫做預報，是因為即使有非常尖端的分析溫度和氣壓的工具，天氣預測系統(tǒng)還是具有很大的不確定性，但量子計算機可以在同一時間對所有數(shù)據(jù)進行分析，準確地告訴我們天氣情況如何。

對于天文愛好者來說，量子計算機也無疑成了探尋宇宙生命的絕佳工具。我們知道，天文學家們利用開普勒太空望遠鏡在我們生活的太陽系之外發(fā)現(xiàn)了大約2000顆行星，開普勒搜索需要對準這些系外行星，并且還要等到他們從其歸屬的恒星前經(jīng)過。當這種情況發(fā)生的時候，行星會投下陰影，天文學家借此進行分析和預測其大氣環(huán)境是否適合生命生存。

那么，量子計算機會怎么做呢？它可以處理任何望遠鏡視野中的數(shù)據(jù)，而且能夠動用現(xiàn)在的、過去的所有天文數(shù)據(jù)，同時進行龐大而復雜的計算，從而發(fā)現(xiàn)更多的行星，并迅速識別出最有可能存有生命體的行星，它甚至可以從舊的影像中發(fā)現(xiàn)系外行星。

雖然將量子轉換為實際科技還有一段很長的路要走，但值得高興的是，現(xiàn)在科技界的巨頭，像微軟、IBM公司、谷歌都已經(jīng)聚集了世界最頂級的量子物理學家，去破解量子計算機的密碼，而且據(jù)微軟公司預計，未來十年內，人類將制造出一臺可用的量子計算機。