第1174章 马约拉纳费米子与量子纠缠的退相干
如果电能在传输过程中没有衰减会怎样？
如果一台计算机具有指数级的运行速度和完美的精度又会怎样？
关于这个问题，邓肯·霍尔丹教授曾经给过一个标准的回答。并且在2016年的秋天，这位物理学家和另外两名同伴，因为“发现物质的拓扑相变和拓扑相”而获得了本年的诺贝尔物理学奖！
简单来说，他们通过严谨的实验，发现即使是最小规模的微观物质，也可以展现出宏观性质，并且具有拓扑相。
这听起来有些难懂，想要弄懂，就不得不理解拓扑这个概念。
众所周知的是，数学家看待问题的方式往往和一般人不太一样，他们往往习惯于透过现象看本质。而拓扑便是这么一门学科，它研究的便是几何图形或空间在连续改变形状后还能保持不变的一些性质。
一个最经典的例子表示，对于一名拓扑学家而言，甜甜圈和咖啡杯看起来都是一样的，因为它们都拥有一个洞。
因为只有一个洞，你可以通过一个平滑的形变过程将甜甜圈变成一个咖啡杯，反过来也是一样……即便这在一般人眼中看来可能会有些难以理解，甚至于莫名其妙，但事实上因为这一数学方法，已经其他领域的学者发现了不少有趣的东西。
尤其是在物理领域和材料领域，八十年代许多惊人的发现都是源自于拓扑学的方法，提供了理论基础。
只是一直以来，人们虽然习惯于将拓扑学应用于解决宏观世界的问题，却对于拓扑学是否可以被用于对电子、光子这类亚原子粒子而一筹莫展。
因为它们都受到量子物理学奇特规律的影响，导致其大小、位置甚至是形态都处在不确定的状态。
然而16年的诺贝尔物理学奖却对这一命题给出了一个肯定的答复。
即使是这些微观世界的亚原子，也是符合拓扑学特性的！
这一理论对于日常生活显然没有任何影响，但对于电子工程领域而言，确实推开了新世界的大门！
在奇妙的量子世界中，这些性质在物质的某种特殊阶段表现出具有惊人的稳定性和一些显著的特性。其中最典型的例子就是拓扑绝缘体。
尤其是在石墨烯材料中发现的这一特性，直接导致了sg-1超导材料、以及碳基芯片的诞生。
而与此同时，这一性质同样推动着量子计算的研究。
根据量子计算机的原理，其主要是通过亚原子粒子可以同时处在不同状态的这一性质，将信息存储在一个叫量子位（qubit）的东西里。也正是因为这一特性，量子计算机相比起传统电脑，能以指数级的速度解决问题。
然而问题就在于，存储数据的亚原子粒子非常的脆弱，和稳定的原子不同，即使是轻微的扰动也有可能改变它所处的状态。
也就是量子力学中所谓的“退相干”——任何环境的影响都可能导致量子比特的纠缠态的坍塌！
想要解决问题，要么降噪，要么抗干扰，亦或者两者一起上，无论是采取哪一条技术路线，都必须得让亚原子粒子稳定下来才行。
而这，也是量子计算机研发的核心难题之一。
同时也是陆舟这些天来一直在研究的课题……
金陵高等研究院，地下三层的实验室。
原本被用作备用样品室的空房间里，此刻正被一大堆新购置的设备填满。
这其中包括多功能物性测量系统、台阶仪、振动样品磁强计、高低温磁电阻测试仪、以及原位冷冻干燥机等等，虽然算不上阵容的豪华，但也可以说是麻雀虽小五脏俱全了。
另外，除了这些对于研究碳材料而言必不可少的设备之外，还有一台最高精度可达8微米的光固化3d打印机，主要用来打印实验需要用到的塑料模具。
将一枚拇指大小的薄膜小心翼翼地放进了磁控溅射原子层沉积设备中，陆舟仔细地对照着实验表格上的数据，在电脑上设置了新的实验参数。
做完了所有的这一切工作，终于松了口气的他，在键盘上敲下了回车的按钮。
绿色的信号灯亮起，实验室里的设备开始运转。
端着咖啡回到了旁边的办公椅上坐下，陆舟看了一眼手表，正想着用什么东西打发一会儿无聊的时间，这时小艾控制着无人机从旁边晃悠悠地窜了过来。
小艾：【主人主人！就在刚才的一瞬间！发生了一件超惊喜的事情！φ(≧w≦*)♪】
视线在小电视前半米的空中聚焦，陆舟抬了下眼皮，有些意外地说道。
“你升级了？”
小艾：【诶？你都知道了？！Σ(°△°|||)︴】
陆舟：“……”
这家伙到底是升级了还是降级了……
在心中叹了口气，陆舟没有理会它，闭上眼睛进入了系统空间中。
分支科技作为系统任务的支线，人工智能的经验累积和信息学经验是同步的。就在小艾的等级升到lv4的瞬间，他的信息学等级也从lv4提升到了lv5。
而升级的瞬间，即使是没有进入系统空间，也是能看到对话框提示的……
【……】
【g.信息学：lv5（030万）】
确认了一遍变更之后的属性面板，陆舟若有所思地摸了摸下巴。
果然正如他推测的那样，通过对玩家在虚拟现实世界中各种行为的观察，可以加速进度条的积累。也就是说，事实上人工智能分支需要的经验，其实是一种社会学经验？
不过，现在陆舟倒是没有太多的心思放在小艾身上，进了系统空间只是看了一眼自己的属性面板还有分支科技的进度条之后，便将意识转回到了现实世界中。
睁开双眼，只见那盯着四旋翼的小电视已经在他的面前晃了半天。
小艾：【主人主人，不夸一夸小艾吗？(*w＼*)】
陆舟：“嗯，干得漂亮。”
小艾：【好敷衍！qaq】
“……时间好像差不多了。”
装作没有看见小电视上的对话框，陆舟低头看了一眼手表上的时间，自言自语地嘀咕了一句。
仿佛是印证了他的这句话一样，不远处的仪器上，信号灯从绿色跳到了红色。
见状，陆舟立刻下令道。
“小艾，打开原位冷冻干燥机。”
小艾：【收到！（○｀3′○）】
虽然极其不情愿，但小艾还是听话地照办了。
只是不知道是不是他的错觉，总感觉这小家伙的反应似乎越来越情绪化了……或者换句话说，越来越像人？
陆舟也说不好这到底是不是一件好事儿，
说到底，人工智能对信息的处理方式和人脑完全是两套截然不同的规则，一个是由逻辑决定情绪，而另一个则是由情绪支配逻辑。
也许它的存在会就此诞生一个全新的物种也说不定？
当然，现在说这些还太早了。
身为它的“监护人”，陆舟也只能说尽到自己的责任，走一步看一步了。
至少就目前的表现来看，小家伙还是相当乖巧听话的，无论是在生活上还是在研究中都扮演着小助手的角色，对他的命令也是绝对服从不打折扣。
自己的担心似乎也有些多余了？
在小艾的帮助下，陆舟将样品从磁控溅射原子层沉积设备，转移到了原位冷冻干燥机上，对碳基芯片样品进行了冻干处理，接着借助金相显微镜对这一层薄膜状的芯片进行了仔细地观察，并且将实验数据记录在一旁的本子上。
现在他的积分有三万多，根据系统开出的价码，想要兑换全套的量子计算机技术需要十二万的积分。
然而事实上，这个估值中其实是包含了许多水分的。
如果将问题拆分，在那些已经被学术界解决的问题的基础上，提出未解决的问题，消耗的积分可以削减五倍不止！
到目前为止，他已经花费了两万点积分，用来攻克研究中几个关键的瓶颈，而剩下的部分都是他结合自己对碳材料、莫特绝缘体、马约拉纳费米子的了解，通过查阅一些前人的研究成果，并在此基础上完成的一些推广性工作。
比如，包含有马约拉纳费米子的拓扑绝缘体碳材料，以及在不影响马约拉纳费米子稳定性的前提下，在上面叠加了一层单原子宽度的超导体层。
在这种特殊的拓扑相材料中，亚原子可以得到保护。
换而言之，在这种拓扑相之下形成的量子比特，不会因为一些小的或者局部的干扰而发生改变。它远比一般量子位更加稳定，可以让我们的量子计算以更精确、更高效的方式，处理我们想得到的答案的问题。
这些工作至少为陆舟节约了十万积分不止。
也正是这些工作，才使得他有机会将积分用在刀刃上。
这也算是“知识就是力量”这话的一种体现了。
小心翼翼地完成了所有试验工作的最后一步，陆舟将一层薄如蝉翼的半透明石墨烯片，放在了事先准备好的电路模具上。
就像是在端详着一件完美的艺术品，他的脸上露出了由衷的笑容。
“各项性能检测符合预期。”
“卖相也无可挑剔，堪称完美！”
“……果然马约拉纳费米子是制造量子计算机的最完美选择！”
剩下的，就是验证这些天来的努力，还有他花费掉的两万积分，是否值得了。
按下了通电的按钮，陆舟的心脏几乎提到了嗓子眼。
几乎是一瞬间的事情。
就在他按下按钮的同一时间，预先设定好的程序在这张薄膜上完成了运行。通过逻辑电路处理并输出的信号传达到显示屏，很快在显示屏上呈现出了一行字清晰的字符——
【helloworld】
看着屏幕上跳动的字符，陆舟心头骤然一喜，拳头死死地捏紧了，激动地差点没蹦起来。
“成功了！”
下意识地将心中的激动喊了出来，结果搞得陆舟被自己的行为给吓了一跳，赶忙手忙脚乱地检查起了设备的运行状况。
当看到稳定运行的这层“薄膜”状芯片，并没有因为自己的这超过八十分贝的欢呼而导致“量子比特纠缠态的坍塌”时，陆舟的脸上终于露出了由衷而放心的笑容。
看来这一次……
是真的成了！
如果一台计算机具有指数级的运行速度和完美的精度又会怎样？
关于这个问题，邓肯·霍尔丹教授曾经给过一个标准的回答。并且在2016年的秋天，这位物理学家和另外两名同伴，因为“发现物质的拓扑相变和拓扑相”而获得了本年的诺贝尔物理学奖！
简单来说，他们通过严谨的实验，发现即使是最小规模的微观物质，也可以展现出宏观性质，并且具有拓扑相。
这听起来有些难懂，想要弄懂，就不得不理解拓扑这个概念。
众所周知的是，数学家看待问题的方式往往和一般人不太一样，他们往往习惯于透过现象看本质。而拓扑便是这么一门学科，它研究的便是几何图形或空间在连续改变形状后还能保持不变的一些性质。
一个最经典的例子表示，对于一名拓扑学家而言，甜甜圈和咖啡杯看起来都是一样的，因为它们都拥有一个洞。
因为只有一个洞，你可以通过一个平滑的形变过程将甜甜圈变成一个咖啡杯，反过来也是一样……即便这在一般人眼中看来可能会有些难以理解，甚至于莫名其妙，但事实上因为这一数学方法，已经其他领域的学者发现了不少有趣的东西。
尤其是在物理领域和材料领域，八十年代许多惊人的发现都是源自于拓扑学的方法，提供了理论基础。
只是一直以来，人们虽然习惯于将拓扑学应用于解决宏观世界的问题，却对于拓扑学是否可以被用于对电子、光子这类亚原子粒子而一筹莫展。
因为它们都受到量子物理学奇特规律的影响，导致其大小、位置甚至是形态都处在不确定的状态。
然而16年的诺贝尔物理学奖却对这一命题给出了一个肯定的答复。
即使是这些微观世界的亚原子，也是符合拓扑学特性的！
这一理论对于日常生活显然没有任何影响，但对于电子工程领域而言，确实推开了新世界的大门！
在奇妙的量子世界中，这些性质在物质的某种特殊阶段表现出具有惊人的稳定性和一些显著的特性。其中最典型的例子就是拓扑绝缘体。
尤其是在石墨烯材料中发现的这一特性，直接导致了sg-1超导材料、以及碳基芯片的诞生。
而与此同时，这一性质同样推动着量子计算的研究。
根据量子计算机的原理，其主要是通过亚原子粒子可以同时处在不同状态的这一性质，将信息存储在一个叫量子位（qubit）的东西里。也正是因为这一特性，量子计算机相比起传统电脑，能以指数级的速度解决问题。
然而问题就在于，存储数据的亚原子粒子非常的脆弱，和稳定的原子不同，即使是轻微的扰动也有可能改变它所处的状态。
也就是量子力学中所谓的“退相干”——任何环境的影响都可能导致量子比特的纠缠态的坍塌！
想要解决问题，要么降噪，要么抗干扰，亦或者两者一起上，无论是采取哪一条技术路线，都必须得让亚原子粒子稳定下来才行。
而这，也是量子计算机研发的核心难题之一。
同时也是陆舟这些天来一直在研究的课题……
金陵高等研究院，地下三层的实验室。
原本被用作备用样品室的空房间里，此刻正被一大堆新购置的设备填满。
这其中包括多功能物性测量系统、台阶仪、振动样品磁强计、高低温磁电阻测试仪、以及原位冷冻干燥机等等，虽然算不上阵容的豪华，但也可以说是麻雀虽小五脏俱全了。
另外，除了这些对于研究碳材料而言必不可少的设备之外，还有一台最高精度可达8微米的光固化3d打印机，主要用来打印实验需要用到的塑料模具。
将一枚拇指大小的薄膜小心翼翼地放进了磁控溅射原子层沉积设备中，陆舟仔细地对照着实验表格上的数据，在电脑上设置了新的实验参数。
做完了所有的这一切工作，终于松了口气的他，在键盘上敲下了回车的按钮。
绿色的信号灯亮起，实验室里的设备开始运转。
端着咖啡回到了旁边的办公椅上坐下，陆舟看了一眼手表，正想着用什么东西打发一会儿无聊的时间，这时小艾控制着无人机从旁边晃悠悠地窜了过来。
小艾：【主人主人！就在刚才的一瞬间！发生了一件超惊喜的事情！φ(≧w≦*)♪】
视线在小电视前半米的空中聚焦，陆舟抬了下眼皮，有些意外地说道。
“你升级了？”
小艾：【诶？你都知道了？！Σ(°△°|||)︴】
陆舟：“……”
这家伙到底是升级了还是降级了……
在心中叹了口气，陆舟没有理会它，闭上眼睛进入了系统空间中。
分支科技作为系统任务的支线，人工智能的经验累积和信息学经验是同步的。就在小艾的等级升到lv4的瞬间，他的信息学等级也从lv4提升到了lv5。
而升级的瞬间，即使是没有进入系统空间，也是能看到对话框提示的……
【……】
【g.信息学：lv5（030万）】
确认了一遍变更之后的属性面板，陆舟若有所思地摸了摸下巴。
果然正如他推测的那样，通过对玩家在虚拟现实世界中各种行为的观察，可以加速进度条的积累。也就是说，事实上人工智能分支需要的经验，其实是一种社会学经验？
不过，现在陆舟倒是没有太多的心思放在小艾身上，进了系统空间只是看了一眼自己的属性面板还有分支科技的进度条之后，便将意识转回到了现实世界中。
睁开双眼，只见那盯着四旋翼的小电视已经在他的面前晃了半天。
小艾：【主人主人，不夸一夸小艾吗？(*w＼*)】
陆舟：“嗯，干得漂亮。”
小艾：【好敷衍！qaq】
“……时间好像差不多了。”
装作没有看见小电视上的对话框，陆舟低头看了一眼手表上的时间，自言自语地嘀咕了一句。
仿佛是印证了他的这句话一样，不远处的仪器上，信号灯从绿色跳到了红色。
见状，陆舟立刻下令道。
“小艾，打开原位冷冻干燥机。”
小艾：【收到！（○｀3′○）】
虽然极其不情愿，但小艾还是听话地照办了。
只是不知道是不是他的错觉，总感觉这小家伙的反应似乎越来越情绪化了……或者换句话说，越来越像人？
陆舟也说不好这到底是不是一件好事儿，
说到底，人工智能对信息的处理方式和人脑完全是两套截然不同的规则，一个是由逻辑决定情绪，而另一个则是由情绪支配逻辑。
也许它的存在会就此诞生一个全新的物种也说不定？
当然，现在说这些还太早了。
身为它的“监护人”，陆舟也只能说尽到自己的责任，走一步看一步了。
至少就目前的表现来看，小家伙还是相当乖巧听话的，无论是在生活上还是在研究中都扮演着小助手的角色，对他的命令也是绝对服从不打折扣。
自己的担心似乎也有些多余了？
在小艾的帮助下，陆舟将样品从磁控溅射原子层沉积设备，转移到了原位冷冻干燥机上，对碳基芯片样品进行了冻干处理，接着借助金相显微镜对这一层薄膜状的芯片进行了仔细地观察，并且将实验数据记录在一旁的本子上。
现在他的积分有三万多，根据系统开出的价码，想要兑换全套的量子计算机技术需要十二万的积分。
然而事实上，这个估值中其实是包含了许多水分的。
如果将问题拆分，在那些已经被学术界解决的问题的基础上，提出未解决的问题，消耗的积分可以削减五倍不止！
到目前为止，他已经花费了两万点积分，用来攻克研究中几个关键的瓶颈，而剩下的部分都是他结合自己对碳材料、莫特绝缘体、马约拉纳费米子的了解，通过查阅一些前人的研究成果，并在此基础上完成的一些推广性工作。
比如，包含有马约拉纳费米子的拓扑绝缘体碳材料，以及在不影响马约拉纳费米子稳定性的前提下，在上面叠加了一层单原子宽度的超导体层。
在这种特殊的拓扑相材料中，亚原子可以得到保护。
换而言之，在这种拓扑相之下形成的量子比特，不会因为一些小的或者局部的干扰而发生改变。它远比一般量子位更加稳定，可以让我们的量子计算以更精确、更高效的方式，处理我们想得到的答案的问题。
这些工作至少为陆舟节约了十万积分不止。
也正是这些工作，才使得他有机会将积分用在刀刃上。
这也算是“知识就是力量”这话的一种体现了。
小心翼翼地完成了所有试验工作的最后一步，陆舟将一层薄如蝉翼的半透明石墨烯片，放在了事先准备好的电路模具上。
就像是在端详着一件完美的艺术品，他的脸上露出了由衷的笑容。
“各项性能检测符合预期。”
“卖相也无可挑剔，堪称完美！”
“……果然马约拉纳费米子是制造量子计算机的最完美选择！”
剩下的，就是验证这些天来的努力，还有他花费掉的两万积分，是否值得了。
按下了通电的按钮，陆舟的心脏几乎提到了嗓子眼。
几乎是一瞬间的事情。
就在他按下按钮的同一时间，预先设定好的程序在这张薄膜上完成了运行。通过逻辑电路处理并输出的信号传达到显示屏，很快在显示屏上呈现出了一行字清晰的字符——
【helloworld】
看着屏幕上跳动的字符，陆舟心头骤然一喜，拳头死死地捏紧了，激动地差点没蹦起来。
“成功了！”
下意识地将心中的激动喊了出来，结果搞得陆舟被自己的行为给吓了一跳，赶忙手忙脚乱地检查起了设备的运行状况。
当看到稳定运行的这层“薄膜”状芯片，并没有因为自己的这超过八十分贝的欢呼而导致“量子比特纠缠态的坍塌”时，陆舟的脸上终于露出了由衷而放心的笑容。
看来这一次……
是真的成了！