對于如今的電腦一族來說，遇到電腦速度太慢或者死機(jī)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(shí)，如果電腦硬件和運(yùn)行原理沒有多大革新的話，新的電腦也無濟(jì)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(jī)里的許多重要設(shè)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(shè)備、數(shù)據(jù)輸入和輸出可都是它們的職責(zé)。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地布置，這就意味著這些小小的芯片很占主板地方。
更糟糕的是，這樣并排的芯片結(jié)構(gòu)，延長了數(shù)據(jù)的傳輸距離，這不僅浪費(fèi)處理時間和資源，而且當(dāng)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(jī)。
當(dāng)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(jī)、電腦，數(shù)據(jù)的運(yùn)算和信息的編碼都是用二進(jìn)制比特來表示。這些比特是二進(jìn)制的，是因?yàn)樗鼈冎荒芴幱趦煞N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(jì)算機(jī)運(yùn)行的還算挺好，但是這也意味著計(jì)算機(jī)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(xué)家們自有妙招。
蓋一棟摩天大樓
20世紀(jì)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，過于擁擠，怎么辦呢？那就向上發(fā)展，建設(shè)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)，硅芯片是不能疊放的，因?yàn)樵谥圃炱陂g，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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)建設(shè)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(xué)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(shè)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(dāng)然了，每個阻變式存儲器和碳納米管層，都有一個叫做導(dǎo)孔的設(shè)備進(jìn)行連接，數(shù)量達(dá)到百萬個的導(dǎo)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(shè)備會議上，斯坦福大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)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(yù)測，這種先進(jìn)的摩天大樓芯片比傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)快了將近1000倍。
比現(xiàn)在快1000倍的電腦，當(dāng)然讓我們這些電腦發(fā)燒友們很興奮，不過，這項(xiàng)技術(shù)要真正得到應(yīng)用，還需要時間。研究人員正在尋找大量的資金支持，讓這項(xiàng)技術(shù)真正投產(chǎn)。
猛犸D-Wave量子計(jì)算機(jī)：快1億倍
當(dāng)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(shí)驗(yàn)，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(dāng)更多的量子比特被添加，計(jì)算機(jī)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(jié)果來自谷歌的一次模擬實(shí)驗(yàn)，研究者們用標(biāo)準(zhǔn)的電腦芯片和猛犸D-Wave2X一起比賽做算術(shù)，結(jié)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(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，量子計(jì)算機(jī)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(yù)報(bào)，只能叫做預(yù)報(bào)，是因?yàn)榧词褂蟹浅＜舛说姆治鰷囟群蜌鈮旱墓ぞ?，天氣預(yù)測系統(tǒng)還是具有很大的不確定性，但量子計(jì)算機(jī)可以在同一時間對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，準(zhǔn)確地告訴我們天氣情況如何。
對于天文愛好者來說，量子計(jì)算機(jī)也無疑成了探尋宇宙生命的絕佳工具。我們知道，天文學(xué)家們利用開普勒太空望遠(yuǎn)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(zhǔn)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(dāng)這種情況發(fā)生的時候，行星會投下陰影，天文學(xué)家借此進(jìn)行分析和預(yù)測其大氣環(huán)境是否適合生命生存。
那么，量子計(jì)算機(jī)會怎么做呢？它們可以處理任何望遠(yuǎn)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(jìn)行龐大而復(fù)雜的計(jì)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響中發(fā)現(xiàn)系外行星。
雖然將量子轉(zhuǎn)換為實(shí)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(xué)家，去破解量子計(jì)算機(jī)的密碼，而且據(jù)微軟公司預(yù)計(jì)，未來十年內(nèi)，人類將制造出一臺可用的量子計(jì)算機(jī)。
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