主题：【科普知识】光 子 计 算 机 -- 不爱吱声
家园 【科普知识】光 子 计 算 机 光子计算大势所趋
虽然每一代计算机在性能上都比前一代强很多，但是研究人员希望利用光来制造一种崭新的机器。他们的目标是冲破传统计算机设计的束缚，从而选出一台不仅胜过当今的巨型计算机而且最终能够挑战甚至超过人脑的机器。
这样一台计算机将使用一些能够以光速处理信息的线路取代常规的电子线路。目前的计算机使用电子传送信息，但是新线路将使用光子传递信息。这种方法有望使计算机的速度增加100倍，并且光子计算机使用的电能将是电子计算机的百分之一。
前景：两大因素推动光子计算机诞生；将真正模拟人脑又比人脑快数千倍
德国达姆施塔特大学的科尔内利娅?登茨博士说：“光子运算有着巨大的潜力。光子计算能够做常规计算无法办到的事。”她正在负责研究光学技术，这些技术在光子计算机中是必需的。设在德国小镇耶拿的另外一个实验室也在使用光开发计算机，这种计算机具有一种能够像人脑那样工作的存储器。这种联合存储器可让计算机执行模式匹配，以及其他一些人脑执行起来容易但是对常规计算机来说不仅困难而且耗时的任务。
计算机设计师采用光学设计不仅有望建成能够在其他方面模拟人脑行为的计算机系统，并且将比人脑的处理速度快数千倍。如果是这样的话，光电技术也许将为人们带来真正的人工智能。
有两个主要的因素决定第一台光子计算机有望在未来十年内投入商业使用。到2015年，目前快速发展的硅半导体技术将止步不前，很多研究人员认为，等不到2015年基本的物理规律就会阻碍科学家制造更高性能的芯片。与此同时，对推动着因特网发展的更多数据和更快速度的需求，迫使人们采用速度更快的路由器，而采用常规电子设计的路由器是远远无法达到所需速度的。
光子技术目前已成为因特网的基础。一度是实验室新奇事物的光纤现在为因特网和电话网络传送着几乎所有的信号。只是在用户和电话交换局之间才使用电信号。原因是，与老式的电缆相比光纤不仅能够传输多得多的信息，而且传输的距离也更远。
电子：其速度是影响传输的瓶颈；可连接在硅芯片上的导线数限制了输入输出的数据量
今天，很大一部分因特网设备把光纤中的光信号转换成电信号，以便这些信号能够方便地在电缆之间传送。这―过程限制了这类设备处理数据的速度，因此工程师正在试图利用光子本身做更多的事。
德国海因里希一赫兹学院的研究人员已开发出一种新型的光纤交换器，这种交换器将使新一代的
万亿比特网络成为可能。在这种网络中，每根光纤的数据传输速度可达每秒钟 l万亿比特，当今网络的传输速度只可能达到这一速度的 l／25。
当前光子研究的很大一部分工作集中在可把微处理器的计算能力与光纤的信息传输能力结合在一起的混合设备上。信号在计算机中的传输距离与其在因特网通信中的传输距离相比是微不足道的，但是即使传输距离只有几厘米，电子的速度也会变成影响传输的瓶颈。
随着芯片的速度越来越快，芯片间需要更多的连接以获得足够的数据。仅仅使用电子连接会使提高速度变得非常困难。电子在金属中的传输速度只是光子在空气中传播速度的 l／10。当电子在电路板上的导线中移动时，其他因素也会降低电子的速度。
另外一个问题是在一块硅芯片上连接的导线数也是有限制的。为了让更多的数据传入或者传出芯片，计算机设计人员要么必须加快电子的速度(这在目前是不可能的)，要么
必须把数据分配到更多的导线中。即使是第二种方法也有其局限性。
芯片一直在变小，在芯片和电路板之间安排多少连接是有限的。目前，这个限度大约是每块芯片1000个连接。为了节约成本，实际的连接数远远达不到这个限度。
光子：无需连接，光子通过空气五达芯片；光束相交叉，不会相互影响
如果使用光，就有可能把这个限度扩大9倍。这是计算机设计师的梦想。这样，不仅信号的传输速度加快，而且数据可分散到更多的连接中，从而达到更快的速度。芯片的表面将排满激光器，这些激光器把信号发送到另外一个装有接收器的芯片上。没有必要通过光纤把芯片连接起来。把芯片对齐后，光子能够穿过空气直接到达下一块芯片。与完全电子化的计算机不同，这些芯片不是贴在电路板上的，而是安装在一块壁板上，所以芯片的整个表面都可安装激光器和探测器。
光子优于电子的另外一个方面是，如果两束光子的路线相交叉，它们不会相互影响。只是在两束光子照射到同一个探测器上时，才会有影响。电路板设计要求电路分离，以避免短路，而光束则能够在计算机里的二维空间或者三绝空间中穿行。
通过引进能够在芯片之间指引光路的装置，有可能制造出比电子装置网络密度大很多倍的网络。这也是研究人员指望使用光子计算机制造新一代神经网络的原因。神经网络模拟大脑中神经元的行为。但是，单纯的电子设计无法像大脑细胞那样形成数量巨大的神经系统联系。把电线换成可导向的光束之后，科学家就能够朝着模拟大脑行为的方向迈进一步，但是光信号的传输速度要比生物电信号的速度快很多倍。
光子技术不会很快就用在一般的台式计算机中，但对巨型计算机来说则是另外一回事。很多巨型计算机使用一种称为并行处理的技术，在这种计算机中，成百甚至成千的芯片联合处理一顶任务。在当前的电子系统中，成问题的是通信速度，而使用一堆激光器就能轻而易举地解决这个问题。
虽然可合用电子设备和光子设备以解决通信瓶颈，但是信号在两者之间转换要花时间。另外，激发电子开关也需要时间。为了达到最大速度，最好是一个电子设备也不使用。随着光子在系统内飞行，所有的计算都由它们做出。这些计算机所需的是一种光开关，这种开关要和在硅芯片上的电子开关一样小。这个问题要靠采用另外一种技术――全息图来解决。?
通宝推：蚂蚁不爱搬家,家园 耶拿是马克思获博士学位的地方呀 家园 【担心】如果人脑成了瓶颈怎么办？ 家园 真正的Matrix 家园 【科普知识】量 子 计 算 机 电 子 可 算 是 令 人 讨 厌 的 高 尔 夫 球 了 。 它 们 的 行 为 的 确 是 过 份 乖 僻 。 当 一 个 高 尔 夫 球 滚 过 草 地 停 下 来 的 时 候 ， 它 或 者 地 洞 里 或 者 不 在 洞 里 。 而 电 子 则 不 同 ， 在 某 一 时 刻 ， 它 在 很 多 地 方 ― ― 在 洞 里 、 在 洞 旁 边 以 及 在 草 地 的 边 缘 ， 都 有 可 能 出 现 。 和 所 有 微 观 粒 子 相 似 ， 一 个 电 子 的 行 为 处 于 一 种 朦 胧 的 “ 电 子 云 ” 中 。 你 不 可 能 每 时 每 刻 确 定 它 所 在 的 位 置 。 用 量 子 力 学 ， 我 们 能 算 出 电 子 呆 在 一 个 指 定 地 点 的 概 率 。 但 在 某 个 东 西 作 用 于 它 之 前 ， 电 子 不 会 呆 在 一 个 地 点 。 这 种 不 守 规 则 的 偶 然 与 不 精 确 相 结 合 将 破 坏 一 场 “ 高 尔 夫 球 赛 ” 。 但 物 理 学 家 和 计 算 机 科 学 家 正 在 发 现 他 们 能 利 用 电 子 的 量 子 特 性 来 破 解 那 些 长 期 以 来 认 为 不 能 解 决 的 问 题 。 由 此 产 生 的 性 能 卓 越 的 量 子 计 算 机 ― ― 可 能 在 大 约15-20 年 出 现 ― ― 将 加 速 发 现 新 药 、 使 气 象 预 报 人 员 准 确 地 报 告 天 气 、 帮 助 芯 片 厂 商 设 计 现 在 不 可 以 设 计 的 复 杂 电 路 （ 遗 憾 的 是 量 子 计 算 机 强 大 的 计 算 性 能 也 将 使 黑 客 能 破 译 现 有Internet 上 保 护 安 全 通 信 的 密 码 。 ）
今 天 的 计 算 机 仍 然 是 用ENIAC(Electronic Numerical Integrator and Calculator, 电 子 数 字 数 学 积 分 器 和 计 算 器) 计 算 机 在1945 年 用 的 周 样 方 法 解 决 问 题 。 它 一 步 步 地 执 行 指 令 。 它 的 忠 心 耿 耿 已 把 人 类 从 单 调 乏 味 的 数 学 计 算 机 中 解 放 出 来 ， 给 通 信 、 娱 乐 和 科 学 研 究 带 来 了 变 化 ， 这 是ENIAC 的 发 明 家 们 做 梦 也 没 想 到 的 。
但 它 们 的 尽 职 尽 责 也 就 是 它 们 的 无 所 作 为 ， 因 为 ， 很 多 重 要 的 问 题 都 不 能 靠 遵 循 规 则 来 有 效 地 解 决 。 例 如 ， 要 在 一 个 不 按 字 母 顺 序 排 列 的 电 话 簿 上 查 一 个 名 字 ， 一 台 普 通 计 算 机 必 须 每 次 查 一 个 在 册 姓 名 看 看 是 否 相 符 。 对 于 一 个 足 够 大 的 “ 电 话 簿 ” ― ― 比 如 说 人 类 基 因 的 全 部 可 能 组 合 的 数 据 库 ― ― 这 个 尝 试 的 过 程 ， 即 使 在 最 快 的 巨 型 机 上 也 要 用 几 个 世 纪 。 这 是 因 为 任 何 普 通 计 算 机 都 必 须 用 一 系 列 的 “0 ” 和 “1 ” 来 代 表 一 个 在 册 姓 名 。
相 反 ， 一 个 量 子 计 算 机 可 同 时 检 查 所 有 在 册 姓 名 ， 用 量 子 “ 高 尔 夫 球 ” 取 代 开 和 关 。 方 法 是 这 样 的 ： 如 果 一 个 球 在 洞 内 ， 让 我 们 把 它 叫 作1 ， 在 洞 外 叫 作0 。 利 用 量 子 粒 子 的 “ 到 处 都 可 能 出 现 ” 的 性 质 ， 我 们 不 需 要 把 每 个 球 叫 作1 或0 。 相 反 ， 我 们 可 以 给 它 指 定 个 概 率 ， 比 如 说 它 有50% 的 机 会 在 洞 里 ，50% 在 洞 外 。 当 这 些 概 率 对 半 的 量 子 球 足 够 多 时 ， 我 们 可 以 表 达 电 话 簿 里 所 有 的 姓 名 。
这 就 是 给 量 子 计 算 机 的 输 入 ― ―10 亿 或 更 多 的 名 字 ， 每 个 名 字 都 用 相 同 的 概 率 表 示 。 计 算 机 程 序 推 进 和 形 成 概 率 “ 云 ” ， 同 时 检 查 所 有 在 册 的 名 字 来 寻 找 要 找 的 名 字 。 量 子 计 算 编 程 人 员 的 任 务 是 控 制 胜 率 ， 从 迅 速 得 到 正 确 答 案 这 个 意 义 上 事 先 决 定 胜 败 。
IBM 的 量 子 计 算 计 划 经 理Nabil Amer 预 测 ， 这 种 亚 原 子 赌 博 给 复 杂 的 模 拟 任 务 带 来 巨 大 的 益 处 。 工 程 师 和 药 物 设 计 师 可 以 完 成 任 务 。 构 思 一 种 包 含 全 部 已 知 化 学 品 相 互 作 用 规 律 的 数 据 库 。 一 个 量 子 计 算 机 能 在 瞬 间 详 细 检 查 ， 以 找 到 各 种 适 应 所 需 药 物 特 性 的 分 子 。
然 而 ， 制 造 这 些 设 备 中 的 任 何 一 个 都 是 很 大 的 挑 战 。 而 且 在 世 界 上 正 在 出 现 迥 然 不 同 的 设 计 。 在 美 国 国 家 标 准 和 技 术 研 究 所 里 ， 科 学 家 们 用 激 光 的 瞬 时 脉 冲 照 射 在 接 近 绝 对 零 度 的 铍 原 子 上 来 进 行 量 子 计 算 。 在 两 面 镜 子 之 间 振 荡 的 光 子 与 加 州 技 术 研 究 所 试 验 中 的 “ 量 子 高 尔 夫 球 ” 起 同 样 的 作 用 。 而 在NEC 的 基 础 研 究 实 验 室 里 ， 则 把 一 块 很 小 的 超 导 体 附 到 普 通 的 硅 芯 片 上 产 生1-0 混 合 状 态 。
迄 今 ， 最 成 功 的 设 计 是 在IBM 的Almaden 研 究 中 心Isaac Chuang 的 实 验 室 里 完 成 的 。 一 只 充 满 几 百 万 丙 氨 酸 分 子 黄 色 液 体 的 铅 笔 大 小 的 玻 璃 管 放 在 核 磁 共 振 设 备 （ 一 种 小 于 医 院 常 见 的 核 磁 共 振 设 备 的 机 型 ） 中 。 每 个 丙 氨 酸 分 子 是 一 个 微 小 的 量 子 计 算 机 ， 它 的3 个 碳 原 子 起 着 工 作 存 储 器 的 作 用 。 计 算 时 ，Chuang 利 用 一 串 核 磁 共 振 脉 冲 进 行 敲 击 和 抖 动 以 改 变 原 子 的 概 率 。0 。1 秒 以 后 ， 最 后 一 个 脉 冲 迫 使 这 些 原 子 作 出 决 定 并 得 出 答 案 。
Chuang 喜 欢 开 玩 笑 说 他 拥 有 世 界 上 能 运 行 的 最 大 的 计 算 机 。 但 他 爽 快 地 承 认 他 的 机 器 还 远 不 具 备 实 用 的 能 力 。 由 于 每 个 分 子 只 有 三 个 可 操 纵 的 原 子 ， 它 能 检 索 只 有8 个 名 字 的 电 话 簿 。 要 检 索 一 个 更 大 的 名 录 ，Chuang 需 要 一 个 更 大 的 分 子 。
Chuang 公 司 贝 尔 实 验 室 和 密 执 安 大 学 的 研 究 人 员 建 议 用 不 同 的 方 法 解 决 这 个 问 题 。 他 们 相 信 能 使 任 意 数 量 的 电 子 漂 在 一 层 液 体 氦 上 ， 然 后 用 一 组 精 确 安 排 顺 序 的 微 波 来 完 成 他 们 的 计 算 。
不 论 我 们 是 否 想 要 量 子 计 算 机 ， 我 们 可 能 发 现 我 们 需 要 它 们 。 随 着 普 通 计 算 机 电 路 的 继 续 缩 小 ， 它 们 实 际 上 将 达 到 量 子 力 学 的 尺 度 ， 届 时 ， 它 们 的 特 性 将 彻 底 改 变 。 计 算 机 产 业 的 很 多 人 把 这 个 尺 寸 极 限 ― ― 预 计 在2012 年 左 右 达 到 ― ― 视 为 一 个 障 碍 ， 但Chuang 却 把 它 叫 做 可 望 而 不 可 及 的 量 子 力 学 金 奖 怀 。 他 若 有 所 思 地 说 ： “ 我 们 正 在 从 终 点 开 始 ， 返 回 身 来 走 向 文 明 。 ”
通宝推：蚂蚁不爱搬家,家园 【科普知识】再论量子信息学(稍深) 量子力学和计算机这两个看似互不相干的理论，其结合却产生了一门也许会从根本上影响人类未来发展的新兴学科――量子信息学，通常人们通俗地称之为“量子计算机”。本文将简要的介绍量子信息理论的基本概念和历史背景，量子计算机的研究进展，及对这一学科未来发展前景的展望。
在介绍量子信息论的专业知识之前，先谈谈量子计算机的提出及其产生过程。众所周知，20世纪后半页计算机技术大行其道，人类进入信息时代。随着计算机芯片的集成度越来越高元件越做越小，集成电路技术现在正逼近其极限，科学家们看到传统的计算机结构必将有终结的一天，而且尽管计算机的运行速度与日俱增，但是有一些难题是计算机根本无法解决的，例如大数的因式分解，理论上只要一个数足够大，这个难题够目前最快的计算机忙几亿年的。
几十年前，一些先驱者，如美国IBM公司的Charles H. Bennett等人就开始研究信息处理电路未来的去向问题，他们指出，当计算机元件的尺寸变得非常之小时，我们不得不面对一个严峻的事实：必须用量子力学来对它们进行描述。八十年代初期，一些物理学家证明一台计算机原则上可以以纯粹的量子力学的方式运行，之后很长一段时间，这一研究领域渐趋冷清，因为科学家们不能找到实际的系统可供进行量子计算机的实验，而且还尚不清楚量子计算机解决数学问题是否会比常规计算机快。
进入20世纪90年代，实验技术和理论模型的进步为量子计算机的实现提供了可能。尤其值得一提的是1994年美国贝尔实验室的Peter W. Shor证明运用量子计算机竟然能有效地进行大数的因式分解。这意味着以大数因式分解算法为依据的电子银行、网络等领域的RSA公开密钥密码体系在量子计算机面前不堪一击，几年后Grover提出“量子搜寻算法”，可以破译DES密码体系。于是各国政府纷纷投入大量的资金和科研力量进行量子计算机的研究，如今这一领域已经形成一门新型学科――量子信息学。
量子信息的存储――量子比特（q-bit）
量子计算机为什么会有这么大的威力呢？其根本原因在于构成量子计算机的基本单元――量子比特（q-bit），它具有奇妙的性质，这种性质必须用量子力学来解释，因此称为量子特性。为了更好地理解什么是量子比特，让我们看看经典计算机的比特与量子计算机的量子比特有什么不同。我们现在所使用的计算机采用二进制来进行数据的存储和运算，在任何时刻一个存储器位代表0或1，例如在逻辑电路中电压为5V表示1，0V表示0，如果出现其他数值计算机就会以为是出错了。
而量子比特是由量子态相干叠加而成，一个具有两种状态的系统可以看作是一个“二进制”的量子比特，对量子力学有了解的人都知道，在量子世界里物质的状态是捉摸不定的，如电子的位置可以在这里同时也可以在那里，原子的能级在某一时刻可以处于激发态，同时也可以处于基态。我们就采用有两个能级的原子来做量子计算机的q-bit。规定原子在基态时记为 |0〉，在激发态时原子的状态记为 |1〉 ，而原子具体处于哪个态我们可以通过辨别原子光谱得以了解。微观世界的奇妙之处在于，原子除了保持上述两种状态之外，还可以处于两种态的线性叠加，记为 |φ〉=a |1〉+ b |0〉 ，其中a，b分别代表原子处于两种态的几率幅。如此一来，这样的一个q-bit不仅可以表示单独的“0”和“1”（a=0时只有“0”态，b=0时只有“1”态），而且可以同时既表示“0”，又表示“1”（a,b都不为0时）。
外链图片需谨慎，可能会被源头改三个量子比特的系统，点击放大
图片引自http://helios.hampshire.edu/lspector/aaai-99-www/sld033.htm
举一个简单的例子，假如有一个由三个比特构成的存储器，如果是由经典比特构成则能表示000，001，010，011，100，101，110，111这8个二进制数，即0~7这8个十进制数，但同一时刻只能表示其中的一个数。若此存储器是由量子比特构成，如果三个比特都只处于 |0〉或 |1〉则能表示与经典比特一样的存储器，但是量子比特还可以处于 |0〉与 |1〉的叠加态，假设三个q-bit每一个都是处于( |0〉+ |1〉) / (√2) 态，那么它们组成的量子存储器将表示一个新的状态，用量子力学的符号，可记做：
|0〉|0〉|0〉+ |0〉|0〉|1〉+ |0〉|1〉|0〉+ |0〉|1〉|1〉+ |1〉|0〉|0〉+ |1〉|0〉|1〉+ |1〉|1〉|0〉+ |1〉|1〉|1〉
不难看出，上面这个公式表示8种状态的叠加，既在某一时刻一个量子存储器可以表示8个数。
量子信息的运算――量子算法
接下来我们看看量子计算机如何对这些态进行运算。假设现在我们想求一个函数f(n)，(n＝0~7)的值，采用经典计算的办法至少需要下面的步骤：
存储器清零→赋值运算→保存结果→再赋值运算→再保存结果……
对每一个n都必须经过存储器的赋值和函数f(n)的运算等步骤，而且至少需要8个存储器来保存结果。如果是用量子计算机来做这个题目则在原理上要简洁的多，只需用一个量子存储器，把各q-bit制备到( |0〉+ |1〉) / (√2)态上就一次性完成了对8个数的赋值，此时存储器成为态 |φ〉，然后对其进行相应的幺正变换以完成函数f(n)的功能，变换后的存储器内就保存了所需的8个结果。这种能同时对多个态进行操纵，所谓“量子并行计算”的性质正是量子计算机巨大威力的奥秘所在。
可能有人会还担心我们怎么把所需要的数据从8个或更多个结果中挑选出来呢？对具体的问题这就要要采用相应的量子算法，例如Shor提出的大数因式分解算法，和Grover的量子搜索算法漂亮地解决了两类问题。按照Shor算法，对一个1000位的数进行因式分解只需几分之一秒，同样的事情由目前最快的计算机来做，则需1025年！而Grover的搜索算法则被形象地称为“从稻草堆中找出一根针”！尽管量子算法已经很多了，但是到目前为止真正的量子计算机才只做到5个q-bit，只能做很简单的验证性实验。
除了最基本的量子位，量子计算，量子超空间传送等概念，在量子计算机的研究中还有许多有趣的现象和新的概念，如量子编码，量子逻辑门和量子网络，量子纠缠交换等。
量子计算机能做什么
量子计算机可以进行大数的因式分解，和Grover搜索破译密码，但是同时也提供了另一种保密通讯的方式。在利用EPR对进行量子通讯的实验中中我们发现，只有拥有EPR对的双方才可能完成量子信息的传递，任何第三方的窃听者都不能获得完全的量子信息，正所谓解铃还需系铃人，这样实现的量子通讯才是真正不会被破解的保密通讯。此外量子计算机还可以用来做量子系统的模拟，人们一旦有了量子模拟计算机，就无需求解薛定愕方程或者采用蒙特卡罗方法在经典计算机上做数值计算，便可精确地研究量子体系的特征。
外链图片需谨慎，可能会被源头改图片引自http://www.amd1.com/quantum_computers.html
展望
现在用原子实现的量子计算机只有5个q-bit，放在一个试管中而且配备有庞大的外围设备，只能做1+1=2的简单运算，正如Bennett教授所说，“现在的量子计算机只是一个玩具，真正做到有实用价值的也许是5年，10年，甚至是50年以后”，我国量子信息专家中国科技大学的郭光灿教授则宣称，他领导的实验室将在5年之内研制出实用化的量子密码，来服务于社会！科学技术的发展过程充满了偶然和未知，就算是物理学泰斗爱因斯坦也决不会想到，为了批判量子力学而用他的聪明大脑假想出来的EPR态，在六十多年后不仅被证明是存在的，而且还被用来做量子计算机。
参考文献
1.量子力学 曾谨言 科学出版社 1986
2.量子信息讲座 郭光灿 中国科技大学 1999
3.量子力学新进展 北京大学出版社 2000.7
4.2001年量子信息国际会议论文集 中国 黄山 2001年9月
5.量子计算机 刘正东 林宇 曾亮 自然杂志 20卷2期1998
6.C.H.Bennett, et al. ,PRL, 70(1993)2360
7.D.Bouwmeester, et al. , Nature, 390(1997)575
8.P.W.Shor, Phys. Rev. A52(1995)R2493
9.L.K.Grover, Proc. of the 28th Annual ACM Symposium on Theory of Computing (1996)
通宝推：蚂蚁不爱搬家,家园 我有点想晕倒。。。 家园 我已经晕了
家园 有点“易”的意思。 家园 量子计算机眼下最先进的才达到7位 与实际应用相差太远。每位之间相互干扰的问题总是难以克服。上次开会碰到一个搞这方面的人，说是要等大概30年才有可能投入应用。
家园 如何解决计算中的误差非线性增长的问题？
家园 【科普知识】生物计算机 生物计算机：摸得着的未来
硅元素与计算机的关系如此密切，以至于大多数人可能更容易将它与加利福尼亚的高技术谷而不是元素周期表联系起来。但是随着高速运算超越芯片和机器的局限，将试管、承物玻璃片、溶液甚至脱氧核糖核酸( DNA)等生物化学和遗传学工具包括在内，这种想法可能很快就要做出根本性的修正了。
DNA的吸引力
每一种有机生命体中都存在着DNA，这种分子作为一种超级计算机装置的吸引力在于其已经得到证实的存储大量信息的能力――事实上复制生命所需的全部指令都存储在 DNA中。尽管这种化学物质不会在短期内取代个人计算机，但是科学家组成的两个研究小组上个月已经向人们演示了这些满载信息的分子也许可以通过怎样的方式，在未来的计算机中执行计算任务。
今年1月，威斯康星大学的科学家在《自然》杂志上发表研究报告指出，他们已经发现了一种利用附着在镀金物体表面的 DNA分子链完成简单计算的方法。以前科学家在进行 DNA计算实验的时候总是让 DNA分子自由地漂浮在试管中，但是威斯康星大学研究小组的负责人、化学家劳埃德?史密斯希望他的方法可以让计算所需的化学湿选步骤自动进行。史密斯在谈到自己的实验时指出：“这是按比例放大 DNA的运算能力以解决更大问题的途径。”
国际象棋和化学
普林斯顿大学生物学家劳拉?兰德韦伯领导的另一个研究小组报告了一种利用核糖核酸( RNA，DNA的一种化学同类物)完成类似计算的方法。为了证明他们的技术确实行得通，兰德韦伯的研究小组利用只NA分子对解决一个经过简化的传统象棋难题(被称为“马问题”)的方案进行了计算。计算机必须决定棋手可以将“马”放在棋盘的哪些位置上才能使这些“马”无法相互攻击。科学家让每一条 RNA分子链代表一种可能出现的“马”在棋盘上的布局。然后，他们在试管中完成了一系列的实验步骤――用化学药品排除那些代表错误答案的 RNA分子链，随后他们又对剩下的 RNA分子链进行分析，看看它们是否全都与正确的答案相对应。假定“正确”的分子链中有近98％确实与正确的棋子布局相对应――这一成功率对于一项初步实验来说高得有些令人吃惊。
目前，利用个人计算机进行此类运算仍然比使用生物计算机快得多。但是，硅芯片计算机之所以会具有不可思议的运算能力，只不过是因为它能够以电流的速度一个一个地检验所有可能解决问题的方案。因为 DNA拥有存储信息的能力――几克 DNA也许就可以存储这个世界上已知的所有信息――所以一些科学家认为这种生化物质最终将会成为效率最高的存储和处理信息的媒介。但是与传统计算机相比，DNA计算机真正的优势在于它可以同时对整个分子库里的所有分子(或答案)进行处理，而不必按照次序一个一个地分析所有可能的答案。
硅材料不会退出舞台
尽管兰德韦伯对这种技术将来可以达到100％准确率的能力持乐观态度，但是她与其他研究人员很快就指出，与传统运算方法相比，他们研究的课题还处于刚刚起步的阶段，而且对于许多应用领域来说，硅树料制成的微芯片总是会略胜一筹。生物分子运算研究协会会长、杜克大学计算机科学家约翰?赖夫指出：“硅运算技术不会退出历史舞台，硅运算技术的应用也―样。”
生物计算机研究领域里的大多数研究人员都认为，他们真正需要的是一个特别适合 DNA运算技术解决问题方式的“非常能够说明问题”的应用领域。此类现实世界中的问题可能会涉及大量军事信息的加密，或者关系到硅运算技术和 DNA运算技术在某种程度上的结合。
通宝推：蚂蚁不爱搬家,家园 哇，这简直是人脑的复制呀。搞不好，真正该开发的是人脑本身。