第303章 葉華最「失敗」的一次演講

  當在場的學生們知道他要講的主題是跟量子力學有關的時候，頓時一大片的文科生未聽先懵一會兒，因為他們知道只要涉及道量子力學，絕對是勸退系列，太難懂了。

  文科生們對量子力學最熟悉的，也許就是那隻既是死貓也是活貓的「薛丁格的貓」了吧。然後，懵逼了一會兒，還能同時存在兩種狀態，既是死的也是活的？

  這場演講也是在校內論壇直播，調皮的評論已經開始「打擾了」。

  倒是在場的理工男們，興致使然，尤其是專精計算機學科的學生們，都穩如老狗，表示毫無壓力。

  舞台上，葉華侃侃而道：

  「……我們現在做研究，是應用在計算機上的超導技術，叫做約瑟夫森結，從名字就看得出來，約瑟夫森就是開拓者了。很神奇，本身超導就很神奇，我儘量講的通俗易懂一點，那什麼是超導呢？大家應該都知道，簡單說就是沒有電阻，超導現象在一百多年前就被人類發現了，那肯定是量子效應，微觀層面的，因為宏觀不會出現這種現象。」

  「超導的CBS微觀理論……為了照顧其他非專業的同學們，咱們就不去深入探究這個CBS是什麼，它說的是超導現象的形成是金屬當中某兩個電子可以形成，這兩個電子彼此自旋和動量相反。可以在晶格中無損耗移動，所以才有了超導電流，在此基礎上人們開始進行更深一步的研究，當然我們也有科研團隊在深入研究。」

  「有人就發現，在某些特殊的情況下，超導體即使沒有電壓也可以通過電流，這不難理解，因為沒有電阻嘛，但具體是怎麼形成的？」

  「兩個超導體中間用一個很薄的材料連起來，而這個材料可以是絕緣體，也可以是正常的導體，還可以是削弱過的超導體，比如中間某一段給它弄細一點，這三種情況下只要電流通過超導了，之後就不用再繼續施加電壓了，電流就不斷的流過這個設備，這就是所謂的約瑟夫森結。」

  「可能有大家會疑問了，絕緣了怎麼還能繼續導電呢？哎！它還就是了，量子世界就是這麼神奇，在業內的術語，這就叫量子的隧穿效應，也叫量子的隧道效應。」

  「對於一個量子而言，即使它前面是堅硬緻密的牆，也能在極高概率上傳過去，這才是對沒有密不透風的牆的最佳詮釋，就是量子隧穿。」

  「這個效應很重要，如果沒有量子隧穿效應，地球上很可能就不會具備誕生生命的條件，因為太陽就不會那麼熱，太陽內部的輻射就是通過量子隧穿效應達到外部的。」

  「值得一提的是再次做出卓絕貢獻的科學家約瑟夫森，他晚年比較奇怪，也不晚，中年吧大概，他自從看到了貝爾不等式之後，就覺得量子糾纏這種『鬼魅般的超距作用』太神奇了，著了迷一般無法自拔，自那以後他就開始去研究心靈感應、意念控制這些神奇玩意。」

  「在當時的物理學家們都覺得這個聰明的腦袋已經被物理學給毀了，著實可惜。」

  「當傳統的晶片精度已經做到了極致，摩爾定律已經失效了，半導體產業陷入了停滯，人們堅信下一個突破就是量子晶片、量子計算機了。」

  「那麼關於量子計算機，這個就說來話長了，涉及的專業知識也非常的多，這裡我就簡單的說一說迪文森這個學者為量子計算機定下的標準，也就是所謂的迪文森標準，說實現量子計算機必須要同時具備五條標準，哪五條？」

  「第一條：具有可以良好表徵的量子比特並且可拓展。」

  「可拓展就是可以集成，集成電路我們當然都熟悉，而良好表徵用計算機術語來說，就是每個量子比特必須能夠單獨尋址，這很重要。」

  「第二條：必須要有一種方法能夠在計算之前將所有的量子比特設置為0。」

  「也就是初始化，這事情說起來簡單，做起來非常不容易。現在的技術基本上都是對每個量子比特單獨操作，因為少嘛，但問題是多了之後呢？你怎麼去一鍵初始化？目前還沒有辦法，問題找到了，那解決問題就是我們科研部門攻克的主題。」

  「第三條：要有一套通用的量子邏輯門。」

  「什麼意思？我們知道在經典計算機中是用電晶體的狀態來表示1或0的，這個狀態具體怎麼實現？就是電平的高和低，然後通過一系列的邏輯門進行運算，邏輯門也就是電晶體，通過特殊的布置就能實現邏輯運算。」

  「打個比方，如果兩個高電平打過來，它代表兩個1，然後通過一個與門，最後輸出一個高電平，代表1，那整體的過程就是真（1）與真（1）=真（1）。」

  「計算機為什麼會產生熱量呢？因為我原來兩個比特的兩個信息1，通過與門之後變成了1個比特的信息了，而丟掉了1個比特，所以產生了熱量。」

  「注意，產生熱量和丟失信息有關，而且是直接原因，和這個過程中與是否可逆是沒有必然聯繫的，什麼意思？」

  「就比如說剛剛的例子，那麼現在有一道題，或有兩個電平打過來了，但是不知道高低，通過一個與門之後，輸出了一個1，那請問兩個輸入的信息是什麼？」

  「通過與門輸出1，就只能是輸入兩個1啊，所以這個過程你能輕鬆推出答案，因此它是可逆的。」

  「但為什麼又說與門還是不可逆門呢？」

  「改一下就行了，比如說兩個輸入打過來了，通過與門輸出的結果是0，那輸入是什麼？它可能都是0，可能上面是1下面是0，也可能上面是0下面是1，所以就會發現，確定不了那就無法明確一對一映射回輸入了，這就情況就是不可逆。」

  「但是『非門』就不一樣，你只要告訴我輸出，不管是什麼，我都知道輸入是和輸出相反的，所以與門是不可逆門，非門是可逆門。」

  「那可逆門有什麼特點？就是你輸入多少我就輸出多少，沒有丟失信息，所以在計算機的過程中不會產生熱量。」

  「可能有同學就要質疑了，說非門怎麼可能不產生熱量？通電流怎麼可能不產生熱量呢？難不成我上的是假的物理課？」

  場下一大波文科生在懵逼中順帶一起鬨笑，不少人一臉不明覺厲，而一部分妹紙根本就不在乎聽不聽得懂，反正是過來看心中那個偶像的說。

  「當然大家學的物理都沒錯，但是要注意，我這裡說的是在計算的過程中不因丟失信息而產生熱量，而丟失信息所產生的熱量是CPU產生熱量的最主要來源。所以我們發現只要一用電腦，產生大量信息傳輸時CPU就會越來越熱，就是這個原因。」

  非專業的學生，大部分文科生頓時一臉恍然，電腦大家可都在用，再熟悉不過的電產品了，知道電腦的CPU會發熱已經是一種常識，但為什麼會發熱，原因在那裡卻很多人不知道，葉華這麼一說現在知道了。

  「那能不能把經典計算機中的不可逆門變成可逆門呢？還真有人在理論上給出了幾種方案，你比如說一種是把邏輯門的輸入和輸出都改成三個，再比如一種邏輯運算叫異或運算，與之對應的就是異或門，二進位的加法就是通過它來完成的。」

  「異或門和與門可以組成半加器，異或門的可逆版本就叫受控非門，在量子算法中很重要的一個量子邏輯門就是雙量子比特的受控非門，但是要注意一點，這裡是通過量子糾纏來實現了，而不是通過傳統電路來實現。」

  「那量子計算機都是量子了，而不是電晶體了，所以沒有電路。」

  「第四條：要有一種有效解決退相干問題的辦法。」

  「也就是量子編碼原理。」

  「最後一條：必須要能通過測量量子比特得到想要的信息答案。」

  「這就隱藏了一個所謂效率問題了，著名的量子秀爾算法可以做到在測量上想要的結果相干相長，不想要的結果相干相消。但過程是需要通過反覆測量才能得到，換句話說你測量的次數越多，結果就越準確，但理論上無法給出100%的正確答案，只能無限接近，所以有沒有更好的辦法通過計算之後的量子比特得出答案呢？」

  「這是我們的團隊正在主攻的研究方向，也是全世界業內的研究機構或團隊都在試圖揭開的一大謎底。」

  「到目前為止，世界上還沒有任何一台機器能夠同時完美的滿足以上五條標準，所以量子計算機的研究任重而道遠。」

  舞台上，臨近尾聲，葉華看向全場不由得自侃笑道：「好吧，我覺得今天這場演講是我有講以來最失敗的一次，因為下面一大片人都聽得昏昏欲睡。」

  頓時，全場迎來一陣鬨笑聲，理工科的學生表示聽的毫無壓力，旁邊要是有文科生，莫名的感到得意，就膨脹一下。

  台上的葉華繼續說道：「不管怎麼說，我更願意把自己標榜為一名科技工作者並以此為榮，今天這場演講算是一場通俗易懂的科普演講吧，其實我覺得科技工作者或者科學家們除了埋頭搞研究，為廣大民眾科普是我們這個群體的義務。」

  「我們國家就是科普工作做的還不夠好，我看到網上一些關於科學的文章，拉到評論區的時候看到的留言都是懵逼的點進進來，然後懵逼的走了。」

  又是引來一陣鬨笑聲，葉華說道：「這就導致一個很不好的現象，科學就給民眾的感覺跟他們毫無關係，好遙遠，神秘，所以才有這麼多懵逼來懵逼走的評論留言。」

  「我覺得這對培養廣大群眾的科學興趣與愛好是很不利的。其實科學很簡單，科學也很有趣，很奇妙，只有你去了解它，才會發現它的美，它不神秘，因為你沒去了解當然神秘了，了解之後其實就是那麼一回事，科學就是一個求真的過程。」

  「總的來說，這是做了一場科普式的演講，說了說當下世界最前沿熱門的超導技術、量子計算機這些，由於時間關係只能聊到這兒了。」

  「超導技術是量子計算機的眾多技術中的一大熱門技術之一，量子計算機的研究任重道遠，但如果按照以往的歷史規律來看，到了今天這個時間節點也該差不多出現一個馮諾依曼、狄拉克這樣的科學界天才大神，給所有人打開一扇門，非常期待這位天才的誕生，也許就是在座的各位同學中的某一個，誰知道呢？要知道我們復大可是出了很多量子領域的高材生啊，比如張首晟先生。」

  「但我想該出現這麼一位新的大神級人物了，我們拭目以待。」

  ……