第161章 量子纠错

众所周知。

光刻机很重要，因为它可以在芯片上刻下电路，然后放置晶体管，从功能上来说，就是一个开关。结合半导体的特性，实现阻挡或允许电流通过。

这两种不同信号，便组成了数据，即——比特。

对于传统计算机数据来说，比特只有两种，代表不允许电流通过的“0”，和代表允许电流通过的“1”。无数个0和1，就组成了成千上万的数据。CPU中的制程越小，容下的比特越多，数据表达越快，运算速度自然也越快。所以芯片才不断追求更小的纳米制程，从14nm到7nm到5nm再到现在的3nm。

但到了3nm之后，几乎就达到了物理极限了，因为再小下去，量子力学就开始凸显，会发生一种神奇的现象——量子隧道效应。

说到这个量子隧道效应。

就要知道物理是什么科学，物理是描述物质运动规律和物质结构的学科。

譬如我们在宏观世界描述一个人的位置，我们会用物理语言去描述他——此人在某时某地出现并以多大速度向什么方向运动，这样就给出了这个人的确定性。

如果要用数学语言去描述，那么就是——此人在这里的概率是100%，不在这里的概率是0%，十分确定。

对应的修辞语言就是——此人“必然”出现在某地，和“绝无可能”出现在其它地方。

然而在微观世界，一切都将发生变化，我们再也不能给出一个粒子的确定性描述，我们再也不能预测这个粒子出现的位置，只能预测它出现在这个位置的概率。

譬如电子在原子中的位置，我们就无法确定。

用数学语言去描述，就是——这个电子出现在这里的概率不为0%，但也不为100%，只是它所有位置出现的概率加起来，一定是1，表示它的确在原子中，但有可能出现任何位置。所以你再去描述电子的位置时，就不能用“必然”和“绝无可能”，而是用“一切皆有可能”。

于是，就产生了量子隧道效应。

让一个只能跳1.9m高的人，跳过2m高的墙，那么他“必然”跳不过去，你观察一万次，他还是跳不过去。

然而让一个只能跳1.9nm高的电子，跳过2nm高的墙，那么它就不再是“必然”跳不过去，而是“有一定可能”跳过去。你对这个电子观察一万次，总会发现有那么几次，电子竟然跳过去了。仿佛这个电子可以在墙上打洞，然后以一定的概率钻过去一样。

电子是在原子中通行。

原子的大小通常在零点几纳米左右。

所以当CPU的纳米制程继续深入，达到2nm、1nm乃至更小的时候，一个晶体管可能就是几个原子铺在一起的大小。

量子隧道效应这时候就开始发生，明明应该挡住一个电子通过的晶体管，却忽然挡不住了。表达0的比特，忽然变成了表达1的比特，0和1颠倒，数据表达错误，计算结果也会立刻发生错误。

这就是传统计算机达到极限，必须转向量子计算机的原因。

……

听完一位凝聚态大牛的报告。

杜恪夹着一本笔记，跟随人群一起离开，在他身旁的是一位头发都快花白的年老科学家。

“Charles教授，您是量子领域的专家，参与过悬铃木量子计算机的开发，你能介绍一下目前为止，谷歌有解决16量子位以上的量子纠错吗？”

Charles教授摊了摊手：“我们在53量子位基础上，寻求更多进行量子纠错，但是量子纠缠态非常脆弱，即便我们多次编写纠错码，依然难以将所有的错误纠正……”

这位Charles教授，是IBM研发中心物理学家，量子密码学三巨头之一，现代量子信息理论的创始人之一，通信领域最高奖-香农奖得主。

要如何形容他的牛叉呢，大概潘校长在他面前，立刻就从大犇降为大牛。

杜恪与Charles教授一边向餐厅走去，一边闲聊：“那么您认为利用分数量子霍尔效应，在一个强关联系统中，是否可以实现对电子量子纠缠太的约束？”

“我有在你的演讲中听到这个方案，不过这是拓扑学的内容，我对此研究并不多……但这的确是我们解决量子纠缠误差的重要途径。”

电子有两种自旋，自旋向上或自旋向下，那么在量子计算机中，可以用自旋向上表达“0”，自旋向下表达“1”，而量子叠加态告诉我们，一个电子可以同时处在“0”和“1”的叠加态。

这样，我们用两个电子纠缠在一起，就可以表达四种状态——“00”、“01”、“10”和“11”。

如果是三个电子纠缠在一起，就能表达“000”到“111”八种状态；如果是四个电子纠缠在一起，就能表达“0000”到“1111”十六种状态。

以此类推，N个电子纠缠在一起，就能表达2的N次方种状态，并对应这么多个信号。谷歌开发的悬铃木量子计算机，就是53量子位，用53个量子比特，表达2的53次方个信息。

量子计算机不需要那么多0和1的比特去排列，只用53个量子比特搞定一切，计算能力可想而知。

当然具体运算十分复杂，在某些简单运算中，复杂的量子纠缠态，反而没有传统计算机运算快。但是在保密程度上，以及对并行场景的计算中，量子计算机非常强大。

就好比传统计算机一口一口吃饭再去计算，五十年后终于计算出来某个结果；量子计算机，一口气把五十年的饭吃光，然后立刻给你一个计算结果。53量子位的悬铃木量子计算机，基本已经达到超算的水准，每提升一位，计算能力都是指数级增长，秒杀超算轻轻松松。

但量子纠缠态很脆弱，容易崩溃，一旦崩溃……

就要纠错。

量子位越多，崩溃越厉害，纠错也就越难，这大大制约了量子计算机的发展。

……

和Charles教授一路聊到餐厅里，杜恪还不尽兴，难得与量子通信巨头交流，自然要多聊一会。不过很快他就发现自己的助理田澜走了过来。

“老板，ASML的总裁约您见面，他就在海边公园附近的三只鸟餐厅等着。”

“ASML总裁？”杜恪挑眉，“找我什么事？”

“他没有说。”

杜恪想了想，说道：“那就去见一面吧。”