第20章:新的逻辑电路(1/1)

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12月25日圣诞节,备齐材料后炎黄未来实验室开始了一系列的实验,主要是为了论证超导芯片的逻辑电路。

逻辑电路的设定跟原理,魏来早就了解熟知了,可对于现今科学界来说,这还是一个新的尝试,所以想要得到科学界的信服,那必须就要用实验数据来证实可行性,这也是魏来建立实验室的目的。

概略图早已经准备好,今天的实验是一一测试这些逻辑电路,获取各项数据,再跟自己脑海中的信息进行比对。

这些逻辑电路的实验魏来早已了然如心,在电子显微镜的协助下,将提前制作好的约瑟夫森结与超导材料制作成电路,用制冷机将温度降至绝对零度后导入电流。

整个过程一点都不拖泥带水,那种熟练程度根本不像是第一次做实验的人。

在旁边协助魏来打下手的马振春眼都直了,心中感觉自己好像看不懂这个好友了,他怎么会这些的?

这特么的是自己熟悉的魏来吗?他什么时候学会做实验的?这动作跟速度非常娴熟一看就是老手,这什么情况?

虽然事先跟我讲解了实验的目的,但是我怎么就看不懂呢?难不成我们上的不是一个学校?

马振春一脑门子的问号,可惜魏来做实验之前就跟他约法三章,实验期间不得说些废话,有什么问题可以在实验结束后提。马振春强忍着心中的疑问,耐心的陪着魏来继续进行实验,他的主要任务是帮忙记录实验数据,还有使用DV将主要实验过程拍摄下来。

......

魏来知道传统电子元件制造的CPU逻辑上只能表现两种状态,开或者关,或者说让电流变或者不变。这就意味着它的内部只能用1和0做基本单位,这就是二进制。

传统的晶体管芯片在运行时,将输入的信息转换成二进制后再进行运算,比如32位处理器一次最多能把32个1和0变成另外一种0和1。数据再多也得排着队轮流来,这就导致输入信息量规模过于巨大时,运算就跟不上了。

因此传统的半导体计算机非常善于处理计算一些确定性问题,但是这个世界还有存在很多的复杂性问题,虽然传统计算机也可以计算处理复杂性问题,但是所要消耗的时间非常久。

有些科学家认为可以不用电流来表示0和1,可以用量子来模拟二进制,量子的特点是叠加,一个量子比特可以同时包含0和1,也就是两个信息,互相组合一下2个量子比特就是4个信息,3个量子比特就是8个信息,只要增加到50个量子比特的时候就能直接达到传统超级计算机的水平。

如果是300个量子比特时,那么就可以同时表示2∧300个不同的数,这就超过了宇宙中所有原子的数目,或许造物主给这个世界编程的时候,底层架构就是用量子来组成的,也只有量子才能触及本质。

制造一块量子芯片首先需要寻找一种可以进入量子态的物质,比如光子、电子。

可以使用光子的偏振方向代表0和1,从单一光源发射出一个光子,然后用一种设备将光子劈开,这样的话光子就会被劈成两个,这样光子就获得了量子缠绕的状态,劈出的光子量子比特在光路中运行,再通过对光子的干涉来改变光子的量子状态,根据缠绕结果,最终实现运算。

也可以使用离子,铍镁钙这些都是最外层只带一个电子的离子,它们可以被电场束缚起来,就好像磁悬浮列车一样,悬浮在半空固定起来,这种状态就叫做离子阱,而离子的能级正好就能表示0或者1,要想操作这些离子的状态就需要用激光照射到单个悬空的离子上,改变离子的能级,即可将离子转变为一种二进制。

但是这两种方法的困难之处在于光子和离子实在是太小了,很难控制。

光子芯片就跟人类的第一台三十吨重的计算机一样,太复杂太大,不具有实用性,哪怕是实验室使用都不行,实在是太浪费了。

而离子阱芯片,需要用激光操作,过程实在太复杂,暂时只能在实验室里做做实验使用,基本不具备实用效果。

这时超导就派上用处了,有电压代表1无电压代表0,量子计算机就是使用超导电流来制造的,但是这样的量子计算机有一个致命的缺陷。

它只能用于特定的量子计算,无法像传统计算机一样可以进行通用计算,虽然初代的超导计算机的运算速度确实可以超越传统计算机,但是它的功能也很单一。

还有就是比特门精度达不到百分之百,比特门的数量越多这个精度就会越低,这就导致超导芯片无法投入实际运用。

魏来的解决方法就是重新设定逻辑电路,将约瑟夫森结并联在电路中间,用左边环形电路的磁通量作为量子比特,分别以顺时针和逆时针方向的反对称和对称叠加态代表0和1就可以获得一个精度极高的二能级系统,这样一来就大大提高超导芯片计算速度和精度的问题。

原有的逻辑门完全抛弃掉,重新按照超导芯片的特点,对应设置了量子门,分别是双量子门和单量子门,这样一来超导量子计算机就可以像传统计算机一样完成多种运算,再依靠超导的特性真正的在理论上超越传统的计算机。

但是还需要编辑一种特殊的编码以及解码方式,这种方式将可以保护并且纠正计算中产生的精度以及错误,这样一来就可以解决比特门精度这个难题了。而这种特殊的程序纠错算法在实验之前,魏来专门用了几天的时间完成了。

这一次的实验从下午两点一直做到晚上九点多,魏来一直保持着高度集中的状态。

看到魏来这样,马振春也饥肠辘辘咬牙陪着他,按照魏来的指示记录数据。

期间三叔打算来喊两人吃饭,只不过门被从内部锁起来了,而且实验室隔音很好,两人在里面也听不见。

晚上九点多,实验完成,魏来站直了身体,略微活动了下身体。

“哎......呦......总算做完了。”魏来舒展着身体。

“妈哎,可算结束了,憋死我了。”马振春已经憋了半天尿了,因为害怕耽误魏来的实验一直没敢去厕所,见魏来说实验结束,立即夹着双腿奔向厕所。

实验结束了,下面就要撰写论文了。

至于专利的问题,魏来将会委托专利中介公司,尽快将超导芯片逻辑电路专利以及最关键的特殊算法专利在全球进行注册。

魏来正打算一鼓作气,今晚就将论文撰写出来,没成想马振春举着手机大呼小叫的从厕所冲了过来。

“老魏,乐仔打电话过来说茅哥疯了。”

魏来:“?????”