下世纪初计算机面临一场革命

随着科学技术的发展，科学家们对计算机的运算速度要求越来越高。虽然目前有高达几百亿次甚至上千亿次运算速度的超级计算机，去年美国又有世界上第一台千兆级（即计算速度为万亿次，简称Tflops）并行高性能计算机（也有人称之为“极限”计算机）问世，其峰值计算速度高达1．8万亿次／秒，但是美国能源部制订的气候模拟计划，希望2000年能提供10万亿次以上的并行高性能计算机。其他如计算流体动力学、理论物理学、计算化学、生物学、等离子物理学等等对计算机的运算速度都提出了极高的要求。

要提高计算机的速度，目前唯一的办法就是缩小集成电路块内电子元器件的尺寸。而现在缩小尺寸的潜力已十分有限，以64兆位存储芯片为例，在一块手指甲大小的面积上已集成了1．4亿只电子元件，而连接它们的电路线宽只有0．4微米，仅为人的头发丝直径的千分之四，如今又进一步发展到亚微米技术，电路线宽就更小了，电路技术已步入微观世界。

科学家认为，当电路线宽小于0．1微米时，电子就不那么老老实实在电路里运动了，它们很有可能从电路里跳出来，从而使电路内的电子元件有序的排列被搅乱，这就是由于电路线宽太窄而产生的电子波动性。为了解决这一问题，科学家提出，避免电子波动性带来不便的根本方法正是利用其电子的波动性。也就是说，利用电子的波动性就可设计出一种集成度很高的特殊芯片，用这种量子芯片制作的计算机就称之为量子计算机。

量子计算机的概念出现于八十年代初，美国加州理工学院已故著名物理学家理查德·范曼是其先驱之一。他建立了一个原则上显示量子体系可用来进行计算的抽象模型。他还证明量子计算机可用作量子物理学的模拟器。

牛津大学物理学家戴维·多伊奇声称，量子计算机代表一种飞跃，因为它依赖于自然界中目前未被利用的领域。这些领域与在量子或原子水平上发现的奇异物质特性有关。美国电话电报公司贝尔实验室的计算机程序员彼得·肖尔几年前就已设计了第一套量子计算法则，它具有强大的应用功能。

量子计算机中的基本元素被称作量子点。建造一台完整的量子计算机需要在一块芯片上使用大约10万个量子点，这是目前的技术水平所无法达到的。有关量子计算机的计算时间也存在着很大的困难。量子点中的电子保持受激态的时间只有大约1毫秒，这严重限制了量子计算的长度。在知道了肖尔的算法之后，多伊奇与牛津的同事阿瑟·埃克特和阿德里亚诺·巴伦科设法找到解决这些问题的方法，他们注意到，通过删除许多电路可以简化肖尔算法的计算。结果他们搞出了一台机器，起名为“因子化引擎”。

目前，量子点还难以制造，因为它的大小一般只有1个毫微米，大约是10个原子加起来那么大。不过，日本、美国仍取得一些进展。日立公司正在研制量子点，以期制造新一代超高密度的存储芯片。东京大学正在实验把几种材料的仅有几个原子厚的显微层结合在一起，使它比较容易让电子四处流动。他们把这种新化合物叫做实验性的“量子芯片”。

日本富士通公司已研制出一种实验型的量子芯片，每秒运算速度可达1万亿次。而用硅芯片直到不久前才制作出万亿次超级计算机，因此，量子芯片有着广阔的发展前景。

美国加州大学已研制出一种微型量子线路网络，这些微型电子线的厚度只有一根头发丝的600万分之一，看上去似乎只有长和宽两个尺寸。他们认为，这只不过是作为“量子结构”的一批新型电子元件的样品，它将为计算机和其他电子设备更高程度的微型化开辟道路。