第1176章 馬約拉納費米子與量子糾纏的退相干
更新時間:2019-09-06 作者:晨星LL
學霸的黑科技系統 第1176章 馬約拉納費米子與量子糾纏的退相干
如果電能在傳輸過程中沒有衰減會怎樣？ 如果一臺計算機具有指數級的運行速度和完美的精度又會怎樣？ 關于這個問題，鄧肯·霍爾丹教授曾經給過一個標準的回答。并且在2016年的秋天，這位物理學家和另外兩名同伴，因為“發現物質的拓撲相變和拓撲相”而獲得了本年的諾貝爾物理學獎！ 簡單來說，他們通過嚴謹的實驗，發現即使是最小規模的微觀物質，也可以展現出宏觀性質，并且具有拓撲相。 這聽起來有些難懂，想要弄懂，就不得不理解拓撲這個概念。 眾所周知的是，數學家看待問題的方式往往和一般人不太一樣，他們往往習慣于透過現象看本質。而拓撲便是這么一門學科，它研究的便是幾何圖形或空間在連續改變形狀后還能保持不變的一些性質。 一個最經典的例子表示，對于一名拓撲學家而言，甜甜圈和咖啡杯看起來都是一樣的，因為它們都擁有一個洞。 因為只有一個洞，你可以通過一個平滑的形變過程將甜甜圈變成一個咖啡杯，反過來也是一樣……即便這在一般人眼中看來可能會有些難以理解，甚至于莫名其妙，但事實上因為這一數學方法，已經其他領域的學者發現了不少有趣的東西。 尤其是在物理領域和材料領域，八十年代許多驚人的發現都是源自于拓撲學的方法，提供了理論基礎。 只是一直以來，人們雖然習慣于將拓撲學應用于解決宏觀世界的問題，卻對于拓撲學是否可以被用于對電子、光子這類亞原子粒子而一籌莫展。 因為它們都受到量子物理學奇特規律的影響，導致其大小、位置甚至是形態都處在不確定的狀態。 然而16年的諾貝爾物理學獎卻對這一命題給出了一個肯定的答復。 即使是這些微觀世界的亞原子，也是符合拓撲學特性的！ 這一理論對于日常生活顯然沒有任何影響，但對于電子工程領域而言，確實推開了新世界的大門！ 在奇妙的量子世界中，這些性質在物質的某種特殊階段表現出具有驚人的穩定性和一些顯著的特性。其中最典型的例子就是拓撲絕緣體。 尤其是在石墨烯材料中發現的這一特性，直接導致了SG1超導材料、以及碳基芯片的誕生。 而與此同時，這一性質同樣推動著量子計算的研究。 根據量子計算機的原理，其主要是通過亞原子粒子可以同時處在不同狀態的這一性質，將信息存儲在一個叫量子位（qubit）的東西里。也正是因為這一特性，量子計算機相比起傳統電腦，能以指數級的速度解決問題。 然而問題就在于，存儲數據的亞原子粒子非常的脆弱，和穩定的原子不同，即使是輕微的擾動也有可能改變它所處的狀態。 也就是量子力學中所謂的“退相干”——任何環境的影響都可能導致量子比特的糾纏態的坍塌！ 想要解決問題，要么降噪，要么抗干擾，亦或者兩者一起上，無論是采取哪一條技術路線，都必須得讓亞原子粒子穩定下來才行。 而這，也是量子計算機研發的核心難題之一。 同時也是陸舟這些天來一直在研究的課題…… 金陵高等研究院，地下三層的實驗室。 原本被用作備用樣品室的空房間里，此刻正被一大堆新購置的設備填滿。 這其中包括多功能物性測量系統、臺階儀、振動樣品磁強計、高低溫磁電阻測試儀、以及原位冷凍干燥機等等，雖然算不上陣容的豪華，但也可以說是麻雀雖小五臟俱全了。 另外，除了這些對于研究碳材料而言必不可少的設備之外，還有一臺最高精度可達8微米的光固化3D打印機，主要用來打印實驗需要用到的塑料模具。 將一枚拇指大小的薄膜小心翼翼地放進了磁控濺射原子層沉積設備中，陸舟仔細地對照著實驗表格上的數據，在電腦上設置了新的實驗參數。 做完了所有的這一切工作，終于松了口氣的他，在鍵盤上敲下了的按鈕。 綠色的信號燈亮起，實驗室里的設備開始運轉。 端著咖啡回到了旁邊的辦公椅上坐下，陸舟看了一眼手表，正想著用什么東西打發一會兒無聊的時間，這時小艾控制著無人機從旁邊晃悠悠地竄了過來。 小艾：主人主人！就在剛才的一瞬間！發生了一件超驚喜的事情！φ(≧ω≦) 視線在小電視前半米的空中聚焦，陸舟抬了下眼皮，有些意外地說道。 “你升級了？” 小艾：誒？你都知道了？！Σ(°△°)︴ 陸舟：“……” 這家伙到底是升級了還是降級了…… 在心中嘆了口氣，陸舟沒有理會它，閉上眼睛進入了系統空間中。 分支科技作為系統任務的支線，人工智能的經驗累積和信息學經驗是同步的。就在小艾的等級升到LV4的瞬間，他的信息學等級也從LV4提升到了LV5。 而升級的瞬間，即使是沒有進入系統空間，也是能看到對話框提示的…… G.信息學：LV5（0/30萬） 確認了一遍變更之后的屬性面板，陸舟若有所思地摸了摸下巴。 果然正如他推測的那樣，通過對玩家在虛擬現實世界中各種行為的觀察，可以加速進度條的積累。也就是說，事實上人工智能分支需要的經驗，其實是一種社會學經驗？ 不過，現在陸舟倒是沒有太多的心思放在小艾身上，進了系統空間只是看了一眼自己的屬性面板還有分支科技的進度條之后，便將意識轉回到了現實世界中。 睜開雙眼，只見那盯著四旋翼的小電視已經在他的面前晃了半天。 小艾：主人主人，不夸一夸小艾嗎？(/ω＼) 陸舟：“嗯，干得漂亮。” 小艾：好敷衍！QAQ “……時間好像差不多了。” 裝作沒有看見小電視上的對話框，陸舟低頭看了一眼手表上的時間，自言自語地嘀咕了一句。 仿佛是印證了他的這句話一樣，不遠處的儀器上，信號燈從綠色跳到了紅色。 見狀，陸舟立刻下令道。 “小艾，打開原位冷凍干燥機。” 小艾：收到！（○｀3′○） 雖然極其不情愿，但小艾還是聽話地照辦了。 只是不知道是不是他的錯覺，總感覺這小家伙的反應似乎越來越情緒化了……或者換句話說，越來越像人？ 陸舟也說不好這到底是不是一件好事兒， 說到底，人工智能對信息的處理方式和人腦完全是兩套截然不同的規則，一個是由邏輯決定情緒，而另一個則是由情緒支配邏輯。 也許它的存在會就此誕生一個全新的物種也說不定？ 當然，現在說這些還太早了。 身為它的“監護人”，陸舟也只能說盡到自己的責任，走一步看一步了。 至少就目前的表現來看，小家伙還是相當乖巧聽話的，無論是在生活上還是在研究中都扮演著小助手的角色，對他的命令也是絕對服從不打折扣。 自己的擔心似乎也有些多余了？ 在小艾的幫助下，陸舟將樣品從磁控濺射原子層沉積設備，轉移到了原位冷凍干燥機上，對碳基芯片樣品進行了凍干處理，接著借助金相顯微鏡對這一層薄膜狀的芯片進行了仔細地觀察，并且將實驗數據記錄在一旁的本子上。 現在他的積分有三萬多，根據系統開出的價碼，想要兌換全套的量子計算機技術需要十二萬的積分。 然而事實上，這個估值中其實是包含了許多水分的。 如果將問題拆分，在那些已經被學術界解決的問題的基礎上，提出未解決的問題，消耗的積分可以削減五倍不止！ 到目前為止，他已經花費了兩萬點積分，用來攻克研究中幾個關鍵的瓶頸，而剩下的部分都是他結合自己對碳材料、莫特絕緣體、馬約拉納費米子的了解，通過查閱一些前人的研究成果，并在此基礎上完成的一些推廣性工作。 比如，包含有馬約拉納費米子的拓撲絕緣體碳材料，以及在不影響馬約拉納費米子穩定性的前提下，在上面疊加了一層單原子寬度的超導體層。 在這種特殊的拓撲相材料中，亞原子可以得到保護。 換而言之，在這種拓撲相之下形成的量子比特，不會因為一些小的或者局部的干擾而發生改變。它遠比一般量子位更加穩定，可以讓我們的量子計算以更精確、更高效的方式，處理我們想得到的答案的問題。 這些工作至少為陸舟節約了十萬積分不止。 也正是這些工作，才使得他有機會將積分用在刀刃上。 這也算是“知識就是力量”這話的一種體現了。 小心翼翼地完成了所有試驗工作的最后一步，陸舟將一層薄如蟬翼的半透明石墨烯片，放在了事先準備好的電路模具上。 就像是在端詳著一件完美的藝術品，他的臉上露出了由衷的笑容。 “各項性能檢測符合預期。” “賣相也無可挑剔，堪稱完美！” “……果然馬約拉納費米子是制造量子計算機的最完美選擇！” 剩下的，就是驗證這些天來的努力，還有他花費掉的兩萬積分，是否值得了。 按下了通電的按鈕，陸舟的心臟幾乎提到了嗓子眼。 幾乎是一瞬間的事情。 就在他按下按鈕的同一時間，預先設定好的程序在這張薄膜上完成了運行。通過邏輯電路處理并輸出的信號傳達到顯示屏，很快在顯示屏上呈現出了一行字清晰的字符—— 看著屏幕上跳動的字符，陸舟心頭驟然一喜，拳頭死死地捏緊了，激動地差點沒蹦起來。 “成功了！” 下意識地將心中的激動喊了出來，結果搞得陸舟被自己的行為給嚇了一跳，趕忙手忙腳亂地檢查起了設備的運行狀況。 當看到穩定運行的這層“薄膜”狀芯片，并沒有因為自己的這超過八十分貝的歡呼而導致“量子比特糾纏態的坍塌”時，陸舟的臉上終于露出了由衷而放心的笑容。 看來這一次…… 是真的成了！ 學霸的黑科技系統 第1176章 馬約拉納費米子與量子糾纏的退相干
如果電能在傳輸過程中沒有衰減會怎樣？ 如果一臺計算機具有指數級的運行速度和完美的精度又會怎樣？ 關于這個問題，鄧肯·霍爾丹教授曾經給過一個標準的回答。并且在2016年的秋天，這位物理學家和另外兩名同伴，因為“發現物質的拓撲相變和拓撲相”而獲得了本年的諾貝爾物理學獎！ 簡單來說，他們通過嚴謹的實驗，發現即使是最小規模的微觀物質，也可以展現出宏觀性質，并且具有拓撲相。 這聽起來有些難懂，想要弄懂，就不得不理解拓撲這個概念。 眾所周知的是，數學家看待問題的方式往往和一般人不太一樣，他們往往習慣于透過現象看本質。而拓撲便是這么一門學科，它研究的便是幾何圖形或空間在連續改變形狀后還能保持不變的一些性質。 一個最經典的例子表示，對于一名拓撲學家而言，甜甜圈和咖啡杯看起來都是一樣的，因為它們都擁有一個洞。 因為只有一個洞，你可以通過一個平滑的形變過程將甜甜圈變成一個咖啡杯，反過來也是一樣……即便這在一般人眼中看來可能會有些難以理解，甚至于莫名其妙，但事實上因為這一數學方法，已經其他領域的學者發現了不少有趣的東西。 尤其是在物理領域和材料領域，八十年代許多驚人的發現都是源自于拓撲學的方法，提供了理論基礎。 只是一直以來，人們雖然習慣于將拓撲學應用于解決宏觀世界的問題，卻對于拓撲學是否可以被用于對電子、光子這類亞原子粒子而一籌莫展。 因為它們都受到量子物理學奇特規律的影響，導致其大小、位置甚至是形態都處在不確定的狀態。 然而16年的諾貝爾物理學獎卻對這一命題給出了一個肯定的答復。 即使是這些微觀世界的亞原子，也是符合拓撲學特性的！ 這一理論對于日常生活顯然沒有任何影響，但對于電子工程領域而言，確實推開了新世界的大門！ 在奇妙的量子世界中，這些性質在物質的某種特殊階段表現出具有驚人的穩定性和一些顯著的特性。其中最典型的例子就是拓撲絕緣體。 尤其是在石墨烯材料中發現的這一特性，直接導致了SG1超導材料、以及碳基芯片的誕生。 而與此同時，這一性質同樣推動著量子計算的研究。 根據量子計算機的原理，其主要是通過亞原子粒子可以同時處在不同狀態的這一性質，將信息存儲在一個叫量子位（qubit）的東西里。也正是因為這一特性，量子計算機相比起傳統電腦，能以指數級的速度解決問題。 然而問題就在于，存儲數據的亞原子粒子非常的脆弱，和穩定的原子不同，即使是輕微的擾動也有可能改變它所處的狀態。 也就是量子力學中所謂的“退相干”——任何環境的影響都可能導致量子比特的糾纏態的坍塌！ 想要解決問題，要么降噪，要么抗干擾，亦或者兩者一起上，無論是采取哪一條技術路線，都必須得讓亞原子粒子穩定下來才行。 而這，也是量子計算機研發的核心難題之一。 同時也是陸舟這些天來一直在研究的課題…… 金陵高等研究院，地下三層的實驗室。 原本被用作備用樣品室的空房間里，此刻正被一大堆新購置的設備填滿。 這其中包括多功能物性測量系統、臺階儀、振動樣品磁強計、高低溫磁電阻測試儀、以及原位冷凍干燥機等等，雖然算不上陣容的豪華，但也可以說是麻雀雖小五臟俱全了。 另外，除了這些對于研究碳材料而言必不可少的設備之外，還有一臺最高精度可達8微米的光固化3D打印機，主要用來打印實驗需要用到的塑料模具。 將一枚拇指大小的薄膜小心翼翼地放進了磁控濺射原子層沉積設備中，陸舟仔細地對照著實驗表格上的數據，在電腦上設置了新的實驗參數。 做完了所有的這一切工作，終于松了口氣的他，在鍵盤上敲下了的按鈕。 綠色的信號燈亮起，實驗室里的設備開始運轉。 端著咖啡回到了旁邊的辦公椅上坐下，陸舟看了一眼手表，正想著用什么東西打發一會兒無聊的時間，這時小艾控制著無人機從旁邊晃悠悠地竄了過來。 小艾：主人主人！就在剛才的一瞬間！發生了一件超驚喜的事情！φ(≧ω≦) 視線在小電視前半米的空中聚焦，陸舟抬了下眼皮，有些意外地說道。 “你升級了？” 小艾：誒？你都知道了？！Σ(°△°)︴ 陸舟：“……” 這家伙到底是升級了還是降級了…… 在心中嘆了口氣，陸舟沒有理會它，閉上眼睛進入了系統空間中。 分支科技作為系統任務的支線，人工智能的經驗累積和信息學經驗是同步的。就在小艾的等級升到LV4的瞬間，他的信息學等級也從LV4提升到了LV5。 而升級的瞬間，即使是沒有進入系統空間，也是能看到對話框提示的…… G.信息學：LV5（0/30萬） 確認了一遍變更之后的屬性面板，陸舟若有所思地摸了摸下巴。 果然正如他推測的那樣，通過對玩家在虛擬現實世界中各種行為的觀察，可以加速進度條的積累。也就是說，事實上人工智能分支需要的經驗，其實是一種社會學經驗？ 不過，現在陸舟倒是沒有太多的心思放在小艾身上，進了系統空間只是看了一眼自己的屬性面板還有分支科技的進度條之后，便將意識轉回到了現實世界中。 睜開雙眼，只見那盯著四旋翼的小電視已經在他的面前晃了半天。 小艾：主人主人，不夸一夸小艾嗎？(/ω＼) 陸舟：“嗯，干得漂亮。” 小艾：好敷衍！QAQ “……時間好像差不多了。” 裝作沒有看見小電視上的對話框，陸舟低頭看了一眼手表上的時間，自言自語地嘀咕了一句。 仿佛是印證了他的這句話一樣，不遠處的儀器上，信號燈從綠色跳到了紅色。 見狀，陸舟立刻下令道。 “小艾，打開原位冷凍干燥機。” 小艾：收到！（○｀3′○） 雖然極其不情愿，但小艾還是聽話地照辦了。 只是不知道是不是他的錯覺，總感覺這小家伙的反應似乎越來越情緒化了……或者換句話說，越來越像人？ 陸舟也說不好這到底是不是一件好事兒， 說到底，人工智能對信息的處理方式和人腦完全是兩套截然不同的規則，一個是由邏輯決定情緒，而另一個則是由情緒支配邏輯。 也許它的存在會就此誕生一個全新的物種也說不定？ 當然，現在說這些還太早了。 身為它的“監護人”，陸舟也只能說盡到自己的責任，走一步看一步了。 至少就目前的表現來看，小家伙還是相當乖巧聽話的，無論是在生活上還是在研究中都扮演著小助手的角色，對他的命令也是絕對服從不打折扣。 自己的擔心似乎也有些多余了？ 在小艾的幫助下，陸舟將樣品從磁控濺射原子層沉積設備，轉移到了原位冷凍干燥機上，對碳基芯片樣品進行了凍干處理，接著借助金相顯微鏡對這一層薄膜狀的芯片進行了仔細地觀察，并且將實驗數據記錄在一旁的本子上。 現在他的積分有三萬多，根據系統開出的價碼，想要兌換全套的量子計算機技術需要十二萬的積分。 然而事實上，這個估值中其實是包含了許多水分的。 如果將問題拆分，在那些已經被學術界解決的問題的基礎上，提出未解決的問題，消耗的積分可以削減五倍不止！ 到目前為止，他已經花費了兩萬點積分，用來攻克研究中幾個關鍵的瓶頸，而剩下的部分都是他結合自己對碳材料、莫特絕緣體、馬約拉納費米子的了解，通過查閱一些前人的研究成果，并在此基礎上完成的一些推廣性工作。 比如，包含有馬約拉納費米子的拓撲絕緣體碳材料，以及在不影響馬約拉納費米子穩定性的前提下，在上面疊加了一層單原子寬度的超導體層。 在這種特殊的拓撲相材料中，亞原子可以得到保護。 換而言之，在這種拓撲相之下形成的量子比特，不會因為一些小的或者局部的干擾而發生改變。它遠比一般量子位更加穩定，可以讓我們的量子計算以更精確、更高效的方式，處理我們想得到的答案的問題。 這些工作至少為陸舟節約了十萬積分不止。 也正是這些工作，才使得他有機會將積分用在刀刃上。 這也算是“知識就是力量”這話的一種體現了。 小心翼翼地完成了所有試驗工作的最后一步，陸舟將一層薄如蟬翼的半透明石墨烯片，放在了事先準備好的電路模具上。 就像是在端詳著一件完美的藝術品，他的臉上露出了由衷的笑容。 “各項性能檢測符合預期。” “賣相也無可挑剔，堪稱完美！” “……果然馬約拉納費米子是制造量子計算機的最完美選擇！” 剩下的，就是驗證這些天來的努力，還有他花費掉的兩萬積分，是否值得了。 按下了通電的按鈕，陸舟的心臟幾乎提到了嗓子眼。 幾乎是一瞬間的事情。 就在他按下按鈕的同一時間，預先設定好的程序在這張薄膜上完成了運行。通過邏輯電路處理并輸出的信號傳達到顯示屏，很快在顯示屏上呈現出了一行字清晰的字符—— 看著屏幕上跳動的字符，陸舟心頭驟然一喜，拳頭死死地捏緊了，激動地差點沒蹦起來。 “成功了！” 下意識地將心中的激動喊了出來，結果搞得陸舟被自己的行為給嚇了一跳，趕忙手忙腳亂地檢查起了設備的運行狀況。 當看到穩定運行的這層“薄膜”狀芯片，并沒有因為自己的這超過八十分貝的歡呼而導致“量子比特糾纏態的坍塌”時，陸舟的臉上終于露出了由衷而放心的笑容。 看來這一次…… 是真的成了！ 學霸的黑科技系統 第1176章 馬約拉納費米子與量子糾纏的退相干
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