前沿报道：20年后量子电脑叫板人脑

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“上帝情结”似乎与人类历史一样久远，神学家试图创造“上帝”，让全人类去信仰；而科学家却创造出越来越像人，至超越人类的具有“智能”和“灵魂”的工具，使人类自己成为工具的“上帝”。

　 　日前，美国IBM利用5个原子作为处理器和存储器，开发出量子计算机的实验机。清华大学量子计算机实验室完成了利用2个原子进行量子计算的实验；1克生 物计算机的DNA所能存储的信息量可与1万亿张CD光盘相当，其“知识水平”远远超过了人脑的极限，但它们始终听从人类的安排。在量子计算机和生物计算机 方面的成就，使人类越来越有了“上帝”的感觉。

　　-硅片时代，2020年终结

　　专家预计利用分子键存储数据的“生物芯片”将在2007年投放市场；使用光子而不是使用电子处理信息的计算机将在2014年进入商业市场：计算机将在2015年利用神经网络执行30%以上的任务……

　　自计算机问世50多年来，运算速度已提高了约10亿倍。在最新一代芯片中，晶体管之间的连接导线的厚度已被蚀刻到只有0.18微米，是人发的1／500。

　　人类对于信息处理更快、更强的追求永无止境。一些科学家认为，正因为其在信息存储和处理上独具优势，量子计算机和生物计算机有可能为计算机进一步发展另辟蹊径。

　 　科学家认为，电路线宽在0.1微米以下将不可避免地达到仅有单个分子大小的物理学极限，并预言，到2020年，传统计算机在信息存和处理方面不可能有大 的发展。日本大规模生产的线宽只有0.13微米的芯片，将在今后两年中得到广泛应用；在今后3—5年内，科学家将攻克0.1微米的壁垒，这就意味着传统计 算机的发展将走入穷途末路。

　　-量子计算机破译最高机密轻而易举

　 　量子计算机突出的优点有两个，一是能够实现量子并行计算，可加快解题速度；二是由于量子叠加效应，n个量子位可存储2的n次方个数据，大大提高了存储能 力。如果对一个400位长的数字进行因子分解，即使使用世界上最快的巨型机也要用10亿年(人类的历史才300多万年)，但如果用量子计算机求解，只要1 年左右的时间就足够了。

　　 量子信息与量子测量教育部重点实验室、清华大学物理系龙桂鲁教授说：“由于量子计算机破译密码的超越性能充分显示了量子计算机的巨大前景，从1994年以 来，世界各国的科学家纷纷涉足这一领域。如果哪一个国家率先研究成功将量子计算机投入实用，对于其他国家来说，国防、银行、网络、商业等一切领域都可能无 密可保！”

　　-量子计算机能替代核实验

　　日前，美国IBM公司研究员、华裔科学家艾萨克·庄领导的科学家小组制成的实验模型仅是装着5个氟原子的一组玻璃试管———利用5个原子作为处理器和存储器开发出的量子计算机实验机。

　　龙桂鲁教授说，该研究小组研究最新成果对外保密，现在我们还不知道实验机的结构。今年2月份，我们已经利用2个原子进行量子计算，并提出了量子相位匹配条件和十几类问题的量子算法。中国科技大学和武汉物理所也取得了显著成果。

　 　艾萨克·庄介绍，量子电脑是利用原子所具有的量子特性进行信息处理的一种全新概念的电脑。它以处于量子状态的原子作为中央处理器和内存，其运算能力比目 前以微型晶体管电路为基础的传统计算机快几亿倍！根据目前正在开发中的量子计算机看，它和现有计算机类似，主要由存储元件和逻辑门构成，但是它又同现在计 算机上使用的这两类元件大不一样。

　　龙桂鲁教授说，量子计算机由于速度快和存储量大，可用来模拟核试验，它能模拟多种变化的复杂情况，只要把准备进行核试验的材料数据输入量子计算机，它就可以很快得出反应结果。

　 　龙桂鲁教授说，我们认为量子计算机要投入实用大概需要成千上百个量子的共同叠加，如果取得关键性技术的突破，实用的量子计算机有可能在5-15年内取得 成功。印度国家研究所的科学家苏达尔尚最近预言，量子计算机将在今后5年内问世，它将在诸多方面突破现有计算机模式。甚至，量子计算机的外形和输入输出方 式也可能与现有的计算机迥然不同。

　　-生物计算机离智能并不遥远

　　与量子计算机一样，生物计算机也是未来新型计算机之一。自从1994年提出DNA计算机概念以来，世界上所有发达国家都在加紧对生物计算机进行研究开发。

　 　美国洛杉矶加州大学研究小组开发出名叫“环连体”(catenane)分子微型开关，这些细如毛发的开关可以重复开启和关闭，从而有可能用来制造随机存 取存储器。随机存取存储器是计算机中的关键设备，这意味着离生产“可以编织在衣料中”的生物计算机时代已经不会太远了！

　　科学家设计的生物计算机模型中DNA绝大多数都是悬浮于充满液体的试管之内来执行运算。与传统电子计算机以“0”和“1”来代表信息不同，在DNA计算机中，信息将以分子代码的形式排列于DNA上，特定的酶可充当“软件”来完成所需的各种信息处理工作。

　 　DNA计算机技术的诱惑力，在于其和传统硅技术相比所具有的巨大存储能力：一克DNA所能存储的信息量，估计可与1万亿张CD光盘相当；数百万亿个 DNA分子拥有可感受和回应周围环境的所有计算结构，可在一个狭小的表面区域通过生物化学反应来协调工作，这一并行处理能力据认为可与目前功能最为强大的 超级电子计算机媲美。

　　-生物计算机代替人进行临床试验

　　对于生物计算机将来的用途，研究人员有种种设想。其中一项就是让它代替人进行新药物临床试验，它通过运算可以模拟人体的多种变化情况，只要把药品的成份描述输入生物计算机，就会得出反应结果。

　　最近日本东京大学科学家，让30个碱基按照不同的排列组合成不同的DNA，并使这些DNA具有不同的数学意义，然后把它们放在试管中进行化学反应，对名叫“3—SAT”的数学难题的演算结果表明，它在一瞬间就区分了正确解和不正确解。

　　研究者指出，将生命活动的指令进行编码的遗传分子DNA和RNA里可储存比常规存储芯片更多的数据，试管状的生物计算机中含有大量遗传物质片段，每一个片段就是一个微型计算工具，因此生物计算机能同时进行数千次甚至上百万次计算。

　　普林斯顿大学副教授劳拉·兰德韦贝说，生物计算机并不能立即投入应用，也有可能永远不会彻底取代以硅芯片为基础的传统计算机，但它的出现丰富了计算机概念：计算机可以是算盘，可以是任何式样的东西，DNA计算机则可谓是计算机的抽象派作品。

　　-“原创科技”———世界领先的机遇

　　“所谓原创科技就是原来没有原理、方法、技术等，所有研究工作都需要从头创起。在传统计算机领域，中国有的专利很少。”北京大学微电子学研究所副所长张兴教授说，“由于高新技术专利的保护，要应用这些技术，每年我们要花大量的钱去国外买技术。”

　　量子计算机、生物计算机现在还不成熟，潜力巨大，谁先研究出来，谁就会被世界共认。龙桂鲁教授说，对于中国来说，如果在基础投资方面跟得上，这将是取得世界领先技术新的机遇和希望。