你能想象得到，未來的計算機可能會比我們現在所用的設備要快足足10萬倍嗎？一個研究團隊宣稱自己發現了這種可能性，因為他們在所謂的“光波電子學”領域上獲得了突破。

據了解，該科學家團隊已經將他們的研究成果發表在了科學雜志上。研究者讓僅僅100飛秒（1飛秒等于一千萬億分之一秒）激光脈沖通過一個半導體晶體，并且做到控制它。

科學家們的這個突破非常重要，因為計算機所產生的熱應該歸咎于電子的碰撞，產生能量。這種新的方法能夠讓電子以快到不可思議的速度移動，但同時又非常精準，讓它們在工作中不至于互相碰撞。

“在過去的幾年中，我們和其他的小組發現，超短激光脈沖形成的振蕩電場能讓電子在固體中來回移動。”帶領此次實驗的德國雷根斯堡大學物理學教授魯伯特·胡貝爾（Rupert Huber）說，“這件事馬上就讓所有人都興奮了起來，因為我們未來或許可以利用這種特性，來打造一種時鐘頻率快得史無前例的未來計算機 —— 它的速度甚至比今天最先進的電子設備還要快上萬倍，十萬倍。”

就目前來說，我們普通消費者能夠接觸到的最好的處理器應該就是英特爾的第七代Core i7了吧。它最大的時鐘頻率（或者說計算速度）是4．2GHz，相當于每秒4200000000次時鐘周期。如果說能夠讓計算機的處理速度快上10倍，這就已經算是突破性的進展了；如果是10萬倍，那將會導向怎么樣的未來，真的是難以想象。

量子的世界

在所謂的光波電子學概念里，科學家們提出的理論是電子能夠用超快的激光脈沖來引導，而這很有可能將帶來量子計算機領域上突破。

我們都知道，傳統的計算機世界是0和1的世界，也就是開和關。盡管計算機技術發展多年，看似性能上從來都是在不斷突飛猛進，但幾十年來它所基于的原理相同，也就談不上真正的科學突破。

然而量子計算機卻不同，它所利用的是量子理論，能夠提供近乎無限的可能性，因為人們能夠“激活”一個電子，讓它同時處于多個狀態，或多個位置上。這就是所謂的“疊加（Superposition）”。

“我們嘗試讓一個電子同時通過兩個激發通道，這在古典的計算機理論里是不可能發生的，”美國密歇根大學發表該研究結果的聯合作者馬克基洛·奇拉（Mackillo Kira）描述說。“這就是量子世界……在量子世界里，什么怪事兒都可能會發生。”

當一個電子處于激發態的時候，它會表現得就像一束波。當來自它的兩個狀態的波互相干涉時，就會在飛秒級別的脈沖下留下所謂的“指紋”。奇拉表示，這種真實的量子效應將被視為一種全新的，可控的振蕩頻率和方向。而最關鍵的就在于，飛秒級別的激光脈沖足夠快速，能夠在電子進入激發態的間隙攔截它，讓它的疊加能夠被加以利用，實現更多的運算。

計算機的現狀

我們知道，微處理器由不同材質的幾個疊層構成，它們有序地堆積在一起就成為了電子元件。這些電子元件非常小，小到只能使用顯微鏡才能夠看到。它們在方形網格中充當開關，控制計算。因為電子元件間的距離是用納米來計算的，所以它們彼此之間的距離越小，一個芯片里能夠放置的東西也就越多。

為什么制程工藝變得越來越小以后，不僅性能可以變得更加強大，能耗也會變低呢？縮短電子元件之間的距離會使得晶體管終端的電流容量降低，提升交換頻率。晶體管在切換電子信號的時候，它的能耗和電流容量直接相關，因此能耗自然會更低。

然而現在我們要面臨的問題就在于，盡管廠商們現在仍然可以通過不斷提高制程工藝，不斷優化架構來獲得性能以及能耗上的提升，但這樣的提升是非常緩慢，而且有限的。首先，受制于切割工藝，在不破壞硅原子的前提下，芯片制造是有理論極限的，那就是0．5納米。然而0．5納米實際上幾乎可以說是不可行的，比這大得多的制程都出現了良品率低和漏電率低的問題。

另外還有一個完全不能忽略的現象，那就是所謂的量子隧穿。當芯片工藝小于一定程度的時候，半導體就將不能再將電子束縛住，后者突然開始暢通無阻。我們需要對電子的控制，以實現開和關，也就是0和1。如果無法實現“0”了，那么現代計算機賴以維持的體系就將不復存在。根據業內人士的說法，這個界限應該就是卡在5納米上。

當然了，如今各個大廠都已經意識到了這個問題的存在，并且正在著手解決中。英特爾此前就公開了一種新材料，據說能夠比現有的半導體性能更加優越，使得工藝繼續變小的同時防止量子隧穿的發生。如果不出意外，摩爾定律在未來一段時間里還將繼續適用。

然而不管怎么說，我們現在能夠做到的仍然只是在已有技術的基礎上不斷優化，還無法做到真正的突破。好在科學家已經在不斷努力，而且讓人們看到了成果。