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的發揮。聯接CPU和其他周邊設備、數據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，延長了數據的傳輸距離，這不僅浪費處理時間和資源，而且當大量數據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，現在用的手機、電腦，數據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這四種狀態中的一種。雖然現在計算機運行的還算挺好，但是這也意味著計算機數據處理容量非常有限。

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計算機系統，硅芯片是不能疊放的，因為在制造期間，硅芯片會發熱到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，傳統的計算機系統就像是一個個有著無數平房的鄉村，空間狹小，又擁擠。那么，如果將計算機系統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，數量達到百萬個的導孔發揮著微型的電子“電梯”的作用，這樣，比起傳統的電路，數據就能走更短的路程。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。據預測，這種先進的摩天大樓芯片比傳統的計算機系統快了將近1000倍。

比現在快1000倍的電腦，當然讓我們這些電腦發燒友們很興奮，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。

猛犸D-Wave量子計算機：快1億倍

當互聯網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，傳統電腦里的比特要么是0，要么是1，只能存在這一種狀態。但量子比特是微小的粒子，神奇地懸在極度寒冷的環境里，一小部分是處于絕對零度上，所以可以處于一種“疊加”狀態，就是說，一個既是0又是1的狀態。

這也就意味著傳統的兩個相連的比特，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。

這個數據顯然令人振奮，正是由于超強的數據處理能力，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據進行分析，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現了大約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過。當這種情況發生的時候，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據，而且能夠動用現在的、過去的所有天文數據，同時進行龐大而復雜的計算，從而發現更多的行星，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現系外行星。

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，現在科技界的巨頭，像微軟、IBM公司、谷歌都已經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。