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半導體“革命者” 的量子芯片

點擊︰1090  添加時間︰2015-12-31 15:55:00

半導體“革命者” 的量子芯片

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  計算機已經成為凯时日常生活中的必備工具,如果問一句“你的計算機CPU用的是什麼芯片?是Intel,還是AMD呢?”其實無論是Intel還是AMD,它們在本質上一樣,都屬于半導體芯片,基本單元都是半導體晶體管。未來,電腦芯片或許要多一個選擇了︰量子芯片。

  半導體芯片是在半導體片材上進行浸蝕、布線、制成的能實現某種功能的半導體器件,主要包括砷化鎵、 和 鍺等半導體材料。隨著人們對更小電子Kb88凯时尺寸要求的提出,晶體管集成度越來越高,單個晶體管的尺寸也越來越小。據科學家推算,大約到2020年,每個晶體管將小到只有一個電子,即單電子晶體管。然而,一旦晶體管體積在不斷變小的進程中出現“量子隧穿效應”,電子就可以直接從晶體管中“穿”過去,經典邏輯運算將不復存在。

  據了解,目前世界上主要的計算機芯片生產企業仍在想辦法避免量子隧穿效應。從長遠來看,與其避免不如加以利用,發展使用“量子運算”的半導體量子芯片。

  量子計算機將興起

  近年來,科學家利用量子效應在單電子晶體管上開展量子計算與量子信息技術研究,期待能夠研制出實用化的量子計算機。量子計算機是一類遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。當某個裝置處理和計算的是量子信息、運行的是量子算法時,它就是量子計算機。

  現在或許還無法準確預測“量子計算時代”何時到來,但在科學家看來,已經沒有什麼原理性的困難可以阻擋這種革命性Kb88凯时的誕生。科學家所研究的半導體量子芯片,就是能夠進行邏輯運算和處理量子信息過程的量子處理器,是研制量子計算機的核心器件,類比于經典計算機全電控的半導體中央處理器(CPU)。

  對于現代計算機而言,通過控制晶體管電壓的高低電平,從而決定一個數據到底是“1”還是“0”,采用“1”或“0”的二進制數據模式,俗稱經典比特。而量子計算機采用的是量子比特,它的每個數據位用微觀的量子態表示。根據量子力學原理,量子比特同時可以處于“1”和“0”兩種狀態的疊加態,量子計算的輸入和輸出都是概率性的,這是量子力學的奇特性質之一。正是由于這種疊加狀態的存在,量子計算機就可以同時進行很多條路徑的計算,經過多次運算就可以獲得精確的結果。

  這一特性讓量子計算機擁有超強的計算能力。采用量子計算機進行一些復雜的計算任務,如密碼破譯、氣候模擬和生物醫學模擬等,量子計算機的運算速度可比傳統計算機快數萬倍。

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