| 出版日期：2000-01-10 总期号：891 本年期号：03 |
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下一代技术革命
晓梅 随着科技的不断进步，人类正在面临着一场新的技术革命。在这次革命中，各种人类科学，包括物理、化学、生物技术和计算机科学，将融合在一起，创造出仅有原子大小的计算机和分子大小的微型机械装置。在这次技术革命中涌现出的许多新兴学科，比如纳米技术和量子计算，将创造无限的计算能力。 面对这场技术革命的到来，有人预测，采用这些新技术，人类就能够在一个只有蔗糖晶体大小的设备中集成强大的计算能力。这种设备的运算能力比目前世界上性能最好的计算机还要高。在不远的将来，或许是2020年，但肯定在2050年之前，人类将创造出一种超强的计算设备。它的计算能力能够达到每秒钟进行10的24次方次逻辑运算，相当于10亿台pentium计算机的计算能力。 这些技术给人类社会带来的变化将难以估量。相比之下，大型主机、微型计算机以及个人电脑对人类造成的影响都会黯然失色。 智能化 信息时代发展到现在，人类已经实现了大范围的分布式数据连接和处理。在未来的10年中，人们将开始对单个原子进行处理，创造出智能化的、能够自我复制的微型机器。 美国某研究中心的高级研究科学家认为，现在，纳米技术和量子计算对于人类的意义就像当年个人电脑的出现那样，必将对人类的进步产生深远的影响。从目前的情况来看，用来实现这些技术的基础知识和原料都已经得到广泛的认可。 随着技术的成熟，一个崭新的工业将展现在人们面前。这种工业生产的原子计算设备将被嵌入到各种设备当中。到那时，计算机不会再像现在这样摆放在桌面上，而是以各种人们熟悉的形象出现。桌子本身可能就是一台计算机；汽车的轮胎可以在行驶过程中计算汽车的速度以及刹车的力度。更加令人不可思议的是，医生还可以把微型机器人注射到人的血液中来消除肿瘤。 尽管这个时代对现在来说更像是一部科幻小说，但是大多数专家都认为，到2020年，人类在这些领域将会取得巨大的突破。 实际上，研究人员在过去5年中取得的成绩已经足以令人惊叹了。例如，ibm公司已经制作出一个量子计算机的初步原型，nasa也在纳米碳管（一种微型、中空的碳原子管）的基础上模拟了晶体管的可行性。 像鼻涕虫一样聪明 ibm、motorola、xerox、lucent以及sun等大型公司早已开始了对纳米技术可行性的研究。同样，许多高等学府和政府科研机构，比如加州大学伯克利分校、麻省理工大学和nasa，也在积极从事这方面的工作。 但是，有关纳米技术的研究涉及到许多边缘学科，所以，很多公司和研究机构都采取了联合开发的策略。比如，ibm和lucent已经联合建立了一个研究中心，研究内容覆盖物理、化学、生物等多个领域，并且期望把这些技术应用到计算机科学之中。 现在，人们正在逐渐认识到，即使是最原始的生物组织也比人类制造的最先进的超级计算机要复杂得多。因为，即使是最简单的生物体也能够学习、存储和传递信息，而且能够自我复制，而计算机在这些方面却表现得无能为力。 科学家在过去的15年中一直在研究鼻涕虫的各种生活习性。他们说：“鼻涕虫的神经系统非常简单。这种神经系统会定时触发一种钙信号波形。当鼻涕虫受到外界刺激时，这种波形将发生变化。不过，即使是这种简单的神经系统也是一个高度智能化的网络。如果我们能够研究出生物体存储信息的方法，对于计算机科学的发展将起到难以估量的促进作用。” 许多公司和科研机构关注这些领域的一个原因是出于对摩尔定律的怀疑。摩尔定律指出，每过18个月，芯片中晶体管的数目就会增加一倍。按照这种发展速度，到2012年，每个晶体管将只有三个原子大小。 针对这种情况，有人指出，按照传统的观点，到2012年，摩尔定律肯定不能再适应技术的发展。当我们开始研制仅有原子大小的设备时，我们将开始使用量子定律。 量子的飞跃 量子计算早已超越了传统计算机的束缚。它可以在一个单独的硬件设备中同时处理多路运算。而且，量子计算机不再使用电子比特，而是使用量子机械比特，或者称为“qubits”。 很早以前人们就知道可以制造量子计算机，但是，直到at＆t实验室的petershor发明了因数分解算法，量子计算机才有了第一个重要的应用领域。 尽管计算机在处理乘法运算时非常有效，但是，在处理乘法的逆运算，即因数分解时，计算机就显得比较笨拙了。因数分解是一项非常复杂的工作，在得到最终答案之前，需要计算出一个数的所有因子组合。但是，如果使用量子计算机，就可以同时测试多种因子组合，从而极大地缩短计算结果的时间。 由于使用传统的计算机很难实现因数分解，所以，现在许多计算机加密技术都是基于大数的因数分解原理。但是，当量子计算机出现后，可以很快地完成大数的因数分解，那么，即使是最复杂的加密算法都将变得毫无用处。1996年，科学家又发明了量子计算机的第二种重要用途：数据库搜索。 但是，科学家也指出，在构造量子计算机时还存在着许多困难。其中的一个问题是，由于周围的环境会改变量子的特性，所以每一个量子微粒都必须完全隔离，这条定律称为“量子纠缠”。 由于周围的环境会改变量子比特，如果考虑某个量子的状态改变，将有可能发明一种新的量子加密技术。当信息在传送过程中被窃取时，存储信息的量子比特的状态将会立刻改变。这样一来，信息的发送者会马上知道信息已经遭到破坏。采用这种加密技术将会万无一失。 尽管量子计算机距离大范围的生产还很遥远，不过，一些融合量子技术的专用计算设备可能会很快出现。 高速发展 同样，纳米技术也正在以令人惊异的速度迅速发展。 纳米技术也称为分子制造技术。merkle认为，纳米技术涵盖了系统的设计、建模和制造过程，采用这种技术能够以较低的花费制造出具有原子尺寸精度的产品。例如，采用纳米技术可以把分子逻辑单元连接成某种复杂模式，进而形成分子计算机。 化学家较早地在他们的研究中采用了纳米技术，借助这项技术来制造扫描探测显微镜，使用这种显微镜能够准确地排列原子的位置。但是，由于每个原子都必须单独排列，排列的过程非常复杂，所以，这项研究的进展比较缓慢。 现在，研究人员最急需的是一种能够简单而且快速地构造纳米设备和原料的装置，这种装置被他们称为“装配机”，使用它能够制造出具有原子精度的原料或者构造任意的原子排列结构。一旦这种装置研制成功，我们就能够使它实现自我复制，这也正是纳米技术体现巨大经济价值的地方。 构造纳米设备的一个基本部件是纳米碳管，这是一种由碳原子形成的空心管，由日本nec公司的科学家sumio iijma于1991年发现。纳米碳管的直径大约是人类头发直径的万分之一，能够传导高强度电流，而且非常坚固。纳米碳管应当是一种更有前途的技术。 尽管纳米设备和量子计算机的广泛应用还需要经历一段相当长的时间，我们还是可以大胆地预测，在未来的发展中，将有多种学科和工业参与到纳米设备和量子计算机的研究当中。到2010年，人们肯定能够看到采用这些新兴技术的产品问世。 |
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