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人类技术的障碍在哪里? 如果屏障没有被打破,人类可能无法离开银河系

核心提示:随着人类科学技术的不断进步,我们周围的一些东西越来越大,比如建筑,有些越来越小,比如电脑。自1960年以来,计算机计算能力成倍增长,同...

随着人类科学技术的不断进步,我们周围的一些东西越来越大,比如建筑,有些越来越小,比如电脑。自1960年以来,计算机计算能力成倍增长,同时变得越来越小。但今天,这种变化越来越慢,很快就会达到人类物理的极限——计算机部件正越来越接近原子大小。因此,我们必须关注一个可能会出现的问题:人类面临的技术障碍在哪里?

0和1

计算机最重要的组成部分就是芯片,而芯片最重要的组成部分是逻辑门,它由晶体管构成。晶体管是能令计算机处理数据的基本单元,就像一个开关,可以允许或阻挡信号的通过。这些信号组成的数据就叫比特,对于一个比特来说,它可以变化为0或1,也可以通过逢二进一的方式,让这组数看起来更加复杂。

虽晶体管被用来组成各种逻辑门,但他们的工作仍然非常简单。比如,在与逻辑门中只有两个输入信号都为1时输出1,其余时间均输出为0,再将逻辑门组合在一起(屏幕前的你无需理解),这样的工作更类似把两个数字相加,既然数值能相加,自然也能相乘,当它们的数量到达一定规模,甚至能计算出宇宙的规模。

障碍

但随着基本元件的体积越来越小,量子物理学原理导致这些元件特性发生了显著变化。总之,晶体管就是个小开关,从电流微观层次上看,这个开关可以阻挡运动中的电子。现在一个普通的晶体管大小已经可以达到14纳米以下,比人体血红细胞还要小500倍。在这种尺寸之下,有时一颗电子会无视阻挡,直接通过一个关闭中的晶体管,这种现象就叫量子隧道效应。

在量子尺寸上,许多物理现象尤为反常,所以基于传统物理学的计算机会无法正常工作,这也是我们遇到的真正意义上的物理壁垒,它阻碍了人类科技的继续发展。为了能解决这个问题,科学家正在尝试发现更多量子物理的特性,用于制造出量子计算机。如果一个比特只有0或1两种状态,那么量子比特就可能出现多种状态,也被称为量子叠加态,仅20位量子比特就可以表示百万种不同的组合。

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