當在場的學生們知道他要講的主題是跟量子力學有關的時候,頓時一大片的文科生未聽先懵一會兒,因為他們知道只要涉及道量子力學,絕對是勸退系列,太難懂了。一筆閣 www.yibige。com 更多好看小說
文科生們對量子力學最熟悉的,也許就是那隻既是死貓也是活貓的「薛定諤的貓」了吧。然後,懵逼了一會兒,還能同時存在兩種狀態,既是死的也是活的?
這場演講也是在校內論壇直播,調皮的評論已經開始「打擾了」。
倒是在場的理工男們,興致使然,尤其是專精計算機學科的學生們,都穩如老狗,表示毫無壓力。
舞台上,葉華侃侃而道:
「……我們現在做研究,是應用在計算機上的超導技術,叫做約瑟夫森結,從名字就看得出來,約瑟夫森就是開拓者了。很神奇,本身超導就很神奇,我儘量講的通俗易懂一點,那什麼是超導呢?大家應該都知道,簡單說就是沒有電阻,超導現象在一百多年前就被人類發現了,那肯定是量子效應,微觀層面的,因為宏觀不會出現這種現象。」
「超導的cbs微觀理論……為了照顧其他非專業的同學們,咱們就不去深入探究這個cbs是什麼,它說的是超導現象的形成是金屬當中某兩個電子可以形成,這兩個電子彼此自旋和動量相反。可以在晶格中無損耗移動,所以才有了超導電流,在此基礎上人們開始進行更深一步的研究,當然我們也有科研團隊在深入研究。」
「有人就發現,在某些特殊的情況下,超導體即使沒有電壓也可以通過電流,這不難理解,因為沒有電阻嘛,但具體是怎麼形成的?」
「兩個超導體中間用一個很薄的材料連起來,而這個材料可以是絕緣體,也可以是正常的導體,還可以是削弱過的超導體,比如中間某一段給它弄細一點,這三種情況下只要電流通過超導了,之後就不用再繼續施加電壓了,電流就不斷的流過這個設備,這就是所謂的約瑟夫森結。」
「可能有大家會疑問了,絕緣了怎麼還能繼續導電呢?哎!它還就是了,量子世界就是這麼神奇,在業內的術語,這就叫量子的隧穿效應,也叫量子的隧道效應。」
「對於一個量子而言,即使它前面是堅硬緻密的牆,也能在極高概率上傳過去,這才是對沒有密不透風的牆的最佳詮釋,就是量子隧穿。」
「這個效應很重要,如果沒有量子隧穿效應,地球上很可能就不會具備誕生生命的條件,因為太陽就不會那麼熱,太陽內部的輻射就是通過量子隧穿效應達到外部的。」
「值得一提的是再次做出卓絕貢獻的科學家約瑟夫森,他晚年比較奇怪,也不晚,中年吧大概,他自從看到了貝爾不等式之後,就覺得量子糾纏這種『鬼魅般的超距作用』太神奇了,着了迷一般無法自拔,自那以後他就開始去研究心靈感應、意念控制這些神奇玩意。」
「在當時的物理學家們都覺得這個聰明的腦袋已經被物理學給毀了,着實可惜。」
「當傳統的晶片精度已經做到了極致,摩爾定律已經失效了,半導體產業陷入了停滯,人們堅信下一個突破就是量子晶片、量子計算機了。」
「那麼關於量子計算機,這個就說來話長了,涉及的專業知識也非常的多,這裏我就簡單的說一說迪文森這個學者為量子計算機定下的標準,也就是所謂的迪文森標準,說實現量子計算機必須要同時具備五條標準,哪五條?」
「第一條:具有可以良好表徵的量子比特並且可拓展。」
「可拓展就是可以集成,集成電路我們當然都熟悉,而良好表徵用計算機術語來說,就是每個量子比特必須能夠單獨尋址,這很重要。」
「第二條:必須要有一種方法能夠在計算之前將所有的量子比特設置為0。」
「也就是初始化,這事情說起來簡單,做起來非常不容易。現在的技術基本上都是對每個量子比特單獨操作,因為少嘛,但問題是多了之後呢?你怎麼去一鍵初始化?目前還沒有辦法,問題找到了,那解決問題就是我們科研部門攻克的主題。」
「第三條:要有一套通用的量子邏輯門。」
「什麼意思?我們知道在經典計算機中是用電晶體的狀態來表示1或0的,這個狀態具體怎麼實現?就是電平的高和低,然後通過一系列的邏輯門進行運算,邏輯門也就是電晶體,通過特殊的佈置就能實現邏輯運算。」
「打個比方,如果兩個高電平打過來,它代表兩個1,然後通過一個與門,最後輸出一個高電平,代表1,那整體的過程就是真(1)與真(1)=真(1)。」
「計算機為什麼會產生熱量呢?因為我原來兩個比特的兩個信息1,通過與門之後變成了1個比特的信息了,而丟掉了1個比特,所以產生了熱量。」
「注意,產生熱量和丟失信息有關,而且是直接原因,和這個過程中與是否可逆是沒有必然聯繫的,什麼意思?」
「就比如說剛剛的例子,那麼現在有一道題,或有兩個電平打過來了,但是不知道高低,通過一個與門之後,輸出了一個1,那請問兩個輸入的信息是什麼?」
「通過與門輸出1,就只能是輸入兩個1啊,所以這個過程你能輕鬆推出答案,因此它是可逆的。」
「但為什麼又說與門還是不可逆門呢?」
「改一下就行了,比如說兩個輸入打過來了,通過與門輸出的結果是0,那輸入是什麼?它可能都是0,可能上面是1下面是0,也可能上面是0下面是1,所以就會發現,確定不了那就無法明確一對一映射回輸入了,這就情況就是不可逆。」
「但是『非門』就不一樣,你只要告訴我輸出,不管是什麼,我都知道輸入是和輸出相反的,所以與門是不可逆門,非門是可逆門。」
「那可逆門有什麼特點?就是你輸入多少我就輸出多少,沒有丟失信息,所以在計算機的過程中不會產生熱量。」
「可能有同學就要質疑了,說非門怎麼可能不產生熱量?通電流怎麼可能不產生熱量呢?難不成我上的是假的物理課?」
場下一大波文科生在懵逼中順帶一起鬨笑,不少人一臉不明覺厲,而一部分妹紙根本就不在乎聽不聽得懂,反正是過來看心中那個偶像的說。
「當然大家學的物理都沒錯,但是要注意,我這裏說的是在計算的過程中不因丟失信息而產生熱量,而丟失信息所產生的熱量是cpu產生熱量的最主要來源。所以我們發現只要一用電腦,產生大量信息傳輸時cpu就會越來越熱,就是這個原因。」
非專業的學生,大部分文科生頓時一臉恍然,電腦大家可都在用,再熟悉不過的電產品了,知道電腦的cpu會發熱已經是一種常識,但為什麼會發熱,原因在那裏卻很多人不知道,葉華這麼一說現在知道了。
「那能不能把經典計算機中的不可逆門變成可逆門呢?還真有人在理論上給出了幾種方案,你比如說一種是把邏輯門的輸入和輸出都改成三個,再比如一種邏輯運算叫異或運算,與之對應的就是異或門,二進制的加法就是通過它來完成的。」
「異或門和與門可以組成半加器,異或門的可逆版本就叫受控非門,在量子算法中很重要的一個量子邏輯門就是雙量子比特的受控非門,但是要注意一點,這裏是通過量子糾纏來實現了,而不是通過傳統電路來實現。」
「那量子計算機都是量子了,而不是電晶體了,所以沒有電路。」
「第四條:要有一種有效解決退相干問題的辦法。」
「也就是量子編碼原理。」
「最後一條:必須要能通過測量量子比特得到想要的信息答案。」
「這就隱藏了一個所謂效率問題了,著名的量子秀爾算法可以做到在測量上想要的結果相干相長,不想要的結果相干相消。但過程是需要通過反覆測量才能得到,換句話說你測量的次數越多,結果就越準確,但理論上無法給出100的正確答案,只能無限接近,所以有沒有更好的辦法通過計算之後的量子比特得出答案呢?」
「這是我們的團隊正在主攻的研究方向,也是全世界業內的研究機構或團隊都在試圖揭開的一大謎底。」
「到目前為止,世界上還沒有任何一台機器能夠同時完美的滿足以上五條標準,所以量子計算機的研究任重而道遠。」
舞台上,臨近尾聲,葉華看向全場不由得自侃笑道:「好吧,我覺得今天這場演講是我有講以來最失敗的一次,因為下面一大片人都聽得昏昏欲睡。」
頓時,全場迎來一陣鬨笑聲,理工科的學生表示聽的毫無壓力,旁邊要是有文科生,莫名的感到得意,就膨脹一下。
台上的葉華繼續說道:「不管怎麼說,我更願意把自己標榜為一名科技工作者並以此為榮,今天這場演講算是一場通俗易懂的科普演講吧,其實我覺得科技工作者或者科學家們除了埋頭搞研究,為廣大民眾科普是我們這個群體的義務。」
「我們國家就是科普工作做的還不夠好,我看到網上一些關於科學的文章,拉到評論區的時候看到的留言都是懵逼的點進進來,然後懵逼的走了。」
又是引來一陣鬨笑聲,葉華說道:「這就導致一個很不好的現象,科學就給民眾的感覺跟他們毫無關係,好遙遠,神秘,所以才有這麼多懵逼來懵逼走的評論留言。」
「我覺得這對培養廣大群眾的科學興趣與愛好是很不利的。其實科學很簡單,科學也很有趣,很奇妙,只有你去了解它,才會發現它的美,它不神秘,因為你沒去了解當然神秘了,了解之後其實就是那麼一回事,科學就是一個求真的過程。」
「總的來說,這是做了一場科普式的演講,說了說當下世界最前沿熱門的超導技術、量子計算機這些,由於時間關係只能聊到這兒了。」
「超導技術是量子計算機的眾多技術中的一大熱門技術之一,量子計算機的研究任重道遠,但如果按照以往的歷史規律來看,到了今天這個時間節點也該差不多出現一個馮諾依曼、狄拉克這樣的科學界天才大神,給所有人打開一扇門,非常期待這位天才的誕生,也許就是在座的各位同學中的某一個,誰知道呢?要知道我們復大可是出了很多量子領域的高材生啊,比如張首晟先生。」
「但我想該出現這麼一位新的大神級人物了,我們拭目以待。」
……
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