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  • 1 # 明月照山崗

    理論上說是可以的。上世紀80年代,量子計算理論就被論證了。但是能不能造出來或者什麼時候造出來,這個就很難說了。從理論到產品,這個中間隔了一個銀河系,比方說用什麼材料,還是用半導體嗎?半導體是實現量子計算最優的材料嗎?這個加工工藝是什麼樣的?量子晶片計算是快,但是用什麼方法把資料快速送入晶片裡呢?是用現在這種計算機架構還是需要一種完全不同的計算機架構呢?在實際應用中有什麼影響因素,這些影響因素會導致什麼問題?如何規避可能的問題?

  • 2 # 中士弓

    人類進入了量子誤區,走入了量子歧途,量子的本質特點就是不確定性,即測不準原理。量子領域是屬於超現代科學的特異領域,箱子裡既死又活的薛定諤的貓的死活是由開箱者的狀態隨機決定的,所以特異功能研究一直不能取得穩定的結果。量子計算機恐怕最終也是海市蜃樓。

  • 3 # 惠忠說科技

    日前,華為被美國無端打壓、斷供,引發了人們對中國晶片製造的關注,希望我國能儘早用先進的量子技術來製造晶片,打破美國的封鎖、走出困境。

    其實,量子技術依賴的是物理學,而不是數學。它是基於光子的應用,和它們周圍有的量子屬性來作為最有前途的、高頻寬通訊介質和資訊載體,與晶片的製造、功能、作用方向都不一樣。

    首先,依據量子物理基本原理,整個世界就是由量子組成。因為所有的基本粒子,包括電子、光子都是量子。而其中的單光子具有不可分割性和量子態的不可複製性,所以能在金鑰分發時,保證資訊的不可竊聽和不可破解,有較高的安全性。

    但如用量子技術製造晶片,需對光子進行分割,植入資料、資訊和運用的演算法,使之整合模組或模組。這在理論上行不通、技術上亦做不到。所以,用量子技術製造晶片還比較遙遠。因為“理想很美好、技術很骨感”。

    其次,量子技術目前主要使用的是超導材料。使用時要對量子處理器採取嚴格措施進行遮蔽,防止“消相干”。而製造晶片,需用特定裝置將幾千萬個、甚至上億個微電子植入特殊材質製成的模片內進行矩陣設定,相互連線後發揮儲存、運算功能,目前現有的技術還無法做到這種“消相干”的要求。

    還有,量子技術雖然採用平行計算、並以指數形式儲存數字,還可同時進行計算、分析,並確保運算具備精準性。但這種量子技術是以所謂的“疊加態”出發來求解問題,利用量子糾纏和量子干涉的性質,使量子演化到我們所需的正確答案。

    如用量子技術製造晶片,會使量子這種特性喪失。故在現有技術條件下,無法使量子固化來製造晶片。

    隨著拓撲物態理論和材料的逐步應用,從理論上說,不久的將來用量子技術製造晶片,或許也有可能。

    因為量子技術在所有創新技術中,可能性是最豐富的,前途不可限量。因為:“誰也無法預測會發生什麼”。

  • 4 # 郭哥聊科學

    量子技術製造晶片可以嗎?

    這個問題問得很好,因為這說明了我們的教育實在是太不給力了,這麼基本的問題都沒有說明白。這裡我給您做出非常肯定的回答——目前所有的晶片都是採用量子技術製造的。在可以預見的未來,不論採用什麼材料,同樣是用量子力學來設計製造新的晶片。

    晶片的發展經歷了電晶體、積體電路、大規模積體電路、超大規模積體電路等幾個階段,其中電晶體是最最基本的電路單元。電晶體就是利用量子力學原理製造的。為了說明這個問題,下面老郭帶您親手做一個發光二級管,並解釋其中的量子力學原理。

    一、LED發光二極體的原理

    電爐子通電後是可以發光的,同時發出熱量。LED發光二極體的原理與電阻絲不一樣,它不是利用熱效應發光,而是透過電子在不同能級之間的躍遷來發光。能級、躍遷都是量子力學中的物理概念。

    在量子力學中,原子核外的電子處於不同的能級上,當電子從高能級跳躍到低能級的時候,它就會釋放出相當於這兩個能級之間能量差的光子,並滿足能量守恆定律。

    當我們把很多個同樣的原子排列在一起,組成一個半導體晶體的時候,單個原子中的外層電子會受到其它原子核的影響,使得它們的能級自發地分成兩組,這些新形成的能級被稱為“能帶”。

    其中能量較低的能帶被稱為“價帶”,能量較高的能帶被稱為“導帶”,通常導帶是空空如野的。在兩個能帶之間,有一個非常關鍵的空隙,叫做“能隙”或者叫做“禁帶”。在禁帶中沒有任何能級,也就是說,電子不能待在這裡。

    由於禁帶的存在,位於價帶的電子想要到達導帶就是一件很困難的事情,這需要電子從外界獲取能量。

    如果我們需要這個半導體發光,就需要電子從導帶躍遷到價帶,由於能量守恆,電子就會釋放出光子,這個能量等於能帶的寬度。

    為了把電子提升到導帶上去,就需要在半導體中摻入一些物質,這個工藝叫做“摻雜”。比如我們往純淨的矽中摻入一點磷,這些原子比矽多出一個最外層電子,所以當它們取代了一些矽原子之後,晶體中就會多出一些自由電子來。

    這些自由電子由於價帶已經滿了,根據泡利不相容原理,每個能級只能容納兩個電子,所以只能移動到導帶。這種半導體叫做N型半導體,因為電子帶負電。

    另外一種半導體是P型半導體,同樣是採用摻雜的手段,比如加入鋁或者硼這種外層電子比矽少一個電子的原子,這時候就會製造出一個電子的空穴出來。空穴等效於帶正電的粒子。

    當我們把這兩種半導體緊密貼在一起時,N型半導體內的電子就可以補充到P型半導體的空穴中,就可以發光了。

    但是這種發光如果沒有能量的補充是不能持續的,一旦兩種半導體中的電子和空穴都用完了,就會形成一個所謂的“耗盡層”。這個層會阻礙N型半導體中的自由電子進入P型半導體的空穴與之複合。

    為了能夠讓這個新的半導體持續發光,我們需要將N型半導體接到電源的負極,把P型半導體接入到電源的正極,這樣,在電源的驅動下,這個新的半導體,即LED發光二極體就可以持續工作啦。

    二、親手製作一隻發光二極體

    我們需要的材料是,一個可以調節電壓的直流電源、兩根銅導線、一塊碳化矽礦石。這些東西某寶上都有賣的。

    當一切準備齊全之後,我們把礦石用導線接到電源正極上,另一根導線接到電源的負極上,調整電源電壓為10伏以上,用負極銅導線接觸礦石的表面。

    操作的時候需要注意的是,只有礦石上少數地方能發光,有些特別光滑有彩色的地方不能發光,因為那些地方覆蓋著一層二氧化矽薄層,不導電,從而阻礙了發光二極體的形成。

    這樣操作的碳化矽礦石之所以能夠發光,是因為在礦石中還有很多鋁和鐵的雜質,這些雜質使得礦石中有很多空穴形成。所以碳化矽礦石可以看做是一個P型半導體。而銅導線雖然沒有能隙,所有的能級都是緊密靠在一起的,沒有導帶和價帶的分別。但銅裡面有很多自由電子,所以我們把銅線看做一種特殊的N型半導體。

    當銅導線中的電子,在電源的驅動下,進入到碳化矽礦石中時,電子就與礦石中的空穴產生複合,從而發光。發光的點就在銅線與礦石的接觸點位置。

    結束語

    積體電路(晶片)中的每一個小單元都是一個二極體,每個二極體的工作原理都與我們親手製作的那個發光二極體的原理類似,都是在量子理論的基礎之上研發出來的產品。

    不僅晶片的原理是基於量子力學,即使是晶片的加工製作工藝(曝光和摻雜)同樣是基於量子力學原理來自作的。

    如果您有興趣按照前面介紹的方法制作一個LED發光二極體,你就會發現,其實量子力學就在我們身邊,它並不是遙不可及的空中理論,而是實實在在的身邊科學。

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