众所周知。
光刻机很重要,因为它可以在芯片上刻下电路,然后放置晶体管,从功能上来说,就是一个开关。结合半导体的特性,实现阻挡或允许电流通过。
这两种不同信号,便组成了数据,即比特。
对于传统计算机数据来说,比特只有两种,代表不允许电流通过的“0”,和代表允许电流通过的“1”。无数个0和1,就组成了成千上万的数据。cpu中的制程越小,容下的比特越多,数据表达越快,运算速度自然也越快。所以芯片才不断追求更小的纳米制程,从到5nm再到现在的3nm。
但到了3nm之后,几乎就达到了物理极限了,因为再小下去,量子力学就开始凸显,会发生一种神奇的现象量子隧道效应。
说到这个量子隧道效应。
就要知道物理是什么科学,物理是描述物质运动规律和物质结构的学科。
譬如我们在宏观世界描述一个人的位置,我们会用物理语言去描述他此人在某时某地出现并以多大速度向什么方向运动,这样就给出了这个人的确定性。
如果要用数学语言去描述,那么就是此人在这里的概率是100%,不在这里的概率是0%,十分确定。
对应的修辞语言就是此人“必然”出现在某地,和“绝无可能”出现在其它地方。
然而在微观世界,一切都将发生变化,我们再也不能给出一个粒子的确定性描述,我们再也不能预测这个粒子出现的位置,只能预测它出现在这个位置的概率。
譬如电子在原子中的位置,我们就无法确定。
用数学语言去描述,就是这个电子出现在这里的概率不为0%,但也不为100%,只是它所有位置出现的概率加起来,一定是1,表示它的确在原子中,但有可能出现任何位置。所以你再去描述电子的位置时,就不能用“必然”和“绝无可能”,而是用“一切皆有可能”。
于是,就产生了量子隧道效应。
让一个只能跳19m高的人,跳过2m高的墙,那么他“必然”跳不过去,你观察一万次,他还是跳不过去(不考虑肾上腺素爆发的极端情况)。
然而让一个只能跳19nm高的电子,跳过2nm高的墙,那么它就不再是“必然”跳不过去,而是“有一定可能”跳过去。你对这个电子观察一万次,总会发现有那么几次,电子竟然跳过去了。仿佛这个电子可以在墙上打洞,然后以一定的概率钻过去一样。
电子是在原子中通行。
原子的大小通常在零点几纳米左右。
所以当cpu的纳米制程继续深入,达到乃至更小的时候,一个晶体管可能就是几个原子铺在一起的大小。
量子隧道效应这时候就开始发生,明明应该挡住一个电子通过的晶体管,却忽然挡不住了。表达0的比特,忽然变成了表达1的比特,0和1颠倒,数据表达错误,计算结果也会立刻发生错误。
这就是传统计算机达到极限,必须转向量子计算机的原因。
……
听完一位凝聚态大牛的报告。
杜恪夹着一本笔记,跟随人群一起离开,在他身旁的是一位头发都快花白的年老科学