盘点那些靠“诡异的”量子力学诞生的现代尖端(2)

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摘要：纳米是一个长度单位。1纳米是百万分之一毫米，即1毫微米，或10-9米。1纳米约有45个原子串起来那么长。形象一点说，把1纳米长的物体放在足球上，就好

纳米是一个长度单位。1纳米是百万分之一毫米，即1毫微米，或10-9米。1纳米约有45个原子串起来那么长。形象一点说，把1纳米长的物体放在足球上，就好比把一个足球放在地球上一样。所以我们用肉眼看不见几纳米长的物质。

当物质尺寸小到纳米级时，会出现许多人们意料不到的奇异特性，很多在宏观和微观的物理规律不再适用。例如，电学里的欧姆定律就不适用于纳米材料；过去常常用来描述原子集体行为的概念也不再适用。这类奇异的特性还很多。到纳米级时，物质的光学性质（超微颗粒都呈黑色）、热学性质（熔点降低）、磁学性质（矫顽力增加）以及力学性质（韧性增加）等等都与宏观状态的不同，千奇百怪，让人眼花缭乱。还有量子力学中的尺寸效应和隧道效应，也都改变着纳米材料的性质，为实际技术应用带来了广泛的可能性。纳米狂飙将横扫传统经济的各个行业，让它们爆发出巨大的能量。

研究表明，适宜的纳米材料（如碳原子构成的小管子）可以制造出防护性能更好的装甲、更轻的武器和不被雷达发现的涂料。还有，“智能灰尘”“武装苍蝇”的研究，已经不是秘密，这些新型武器能使敌对方防不胜防。一旦把智能灰尘撒到敌方，其传感器就能神不知鬼不觉地执行侦察任务。

总之，纳米材料的应用范围没有限制，会引起各行各业革命性转变。正因为如此，各国政府都在高度关注和积极从事这方面的研究和开发。

量子计算机

量子力学中模糊的不确定性还有很多其他的用武之地。美国麻省理工学院（MIT）的赛斯·罗伊德（Seth Lloyd）就是众多想要开发量子力学新用途的科学家之一，他说，“量子力学十分诡异，但它就是这样。生活给我们的是个怪现象，我们是否可以研究出怪用途呢？”罗伊德所谓的怪用途，是指量子计算机。

科学家正在研制的量子计算机内部是个金铜质装置，这也许和你家的笔记本电脑不太一样，但是它们用的是同一种语言，即“二进位码”。电脑语言是由0与1所组成的，称为“位元”（bit），也就是说最小的信息单位是位元。电脑所做的事情就是把信息打碎成最小的位元单位，然后再进行快速计算。量子计算机也是以位元为单位来处理数据的，但是与传统的位元不同，传统的位元只能是0或1，量子位元则更有弹性。物体的位置能表示为一个位元，而如果可以做到同时处于不同位置的话，我们就得到了一个量子位元（quantum bit）。

就如电子自旋可以是顺时针与逆时针的混合体，量子位元也是一种混合体，能既是0又是1，所以量子位元可以“多功处理”，即同时进行多项处理，这样就能够以超乎人类大脑所想象的方式进行计算。理论上，量子位元可以由任何一种以量子形式存在的物质组成，比如电子或原子。量子计算机的核心部分是小型的超导线圈，由纳米科技打造，可以同时双向运作。

既然量子位元十分擅长多工处理，如果可以做到让量子位元协同计算的话，电脑的运算速度将会有指数级增长。举个例子说明一下量子计算机的强大之处，想象你被困在了一个篱笆迷宫里，你想要尽快找到出口。问题是，可以走的路太多了，而你却只能一次试一条路，这就意味着要走很多死胡同，碰好多次墙，转错好多个弯，直到你终于幸运地找到了出口。这就是现今所有电脑解决问题的方式，虽然它们的运算速度的确很快，但一次只能执行一个任务，就像你一次只能走迷宫中的一条路一样。而如果你可以同时尝试所有路径，那么情况就不同了。简单来说，量子计算机就是这么运作的，因为粒子可以同时处于多个位置，电脑就可以同时分析处理大量的路线与解法，并在短时间内找到答案。

传统电脑的运算速度已经够快，但是想象一下拥有千万上亿种可能性的问题，比如预报天气、地震、飓风等等的自然灾害，目前想做到这一点几乎是不可能的，因为这会极大地增加电脑的体积。而一台量子计算机可以只动用数百个原子就能解决问题，所以量子计算机的核心将会比一粒沙子还要小。

文章来源：《现代信息科技》 网址: http://www.xdxxkjzz.cn/zonghexinwen/2022/0111/1987.html

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