約瑟夫遜效應(yīng)，約瑟夫遜效應(yīng)有哪些應(yīng)用

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1，約瑟夫遜效應(yīng)有哪些應(yīng)用
2，什么是喬瑟芬效應(yīng)
3，什么是BCS理論
4，計(jì)算機(jī)的未來(lái)發(fā)展會(huì)怎樣
5，計(jì)算機(jī)控制方法設(shè)計(jì)
6，未來(lái)的計(jì)算機(jī)

1，約瑟夫遜效應(yīng)有哪些應(yīng)用

約瑟夫遜效應(yīng)主要用于： ① 用約瑟夫遜效應(yīng)制成高靈敏度磁強(qiáng)計(jì)，靈敏度達(dá)10□高斯，可測(cè)量人體心臟跳動(dòng)和人腦內(nèi)部的磁場(chǎng)變化，作出“心磁圖”和“腦磁圖”。在物理研究和地質(zhì)探礦等方面也得到應(yīng)用。 ② 在計(jì)量方面，70年代初期研制出電壓基準(zhǔn)監(jiān)視系統(tǒng)。約瑟夫遜效應(yīng)還用于制作高精度檢流計(jì)、電壓比較儀、電流比較儀和用于射頻電壓、電流、功率及衰減的精密測(cè)量。 ③ 用作毫米波、亞毫米波的檢波器和混頻器，其優(yōu)點(diǎn)是噪聲低、頻帶寬、損耗小。 ④ 約瑟夫遜結(jié)可用作計(jì)算機(jī)中的開關(guān)和記憶元件。開關(guān)速度已達(dá)到10皮秒，功耗也很小。

約瑟夫遜效應(yīng)有哪些應(yīng)用

2，什么是喬瑟芬效應(yīng)

正確叫約瑟夫遜效應(yīng)　在線形量子力學(xué)中，由于電子等微觀粒子具有波粒二象性，當(dāng)兩塊金屬被2113一層厚度為幾十至幾百A的絕緣介質(zhì)5261隔開時(shí)，電子等都可穿越勢(shì)壘而運(yùn)動(dòng)。加電壓后，可形成隧道電流，這種現(xiàn)象稱為隧道效應(yīng)。若把上述裝置中的兩塊金屬換成超導(dǎo)體后，當(dāng)其介質(zhì)層厚度減少到30A左右時(shí)，由超導(dǎo)電子對(duì)的長(zhǎng)程4102相干效應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生隧道效應(yīng)，稱為約瑟夫遜效應(yīng) 　　1962年，B.D.約瑟夫遜計(jì)算了兩邊都是超導(dǎo)體結(jié)的隧道效應(yīng)，得到以下1653重要結(jié)果：①在超導(dǎo)結(jié)中電子對(duì)可以通過(guò)氧化層形成超導(dǎo)電流，而結(jié)上并不出現(xiàn)電壓，內(nèi)稱為直流約瑟夫遜效應(yīng)。在外磁場(chǎng)中，超導(dǎo)結(jié)的最大超導(dǎo)電流隨磁場(chǎng)出現(xiàn)規(guī)律性的變化。②當(dāng)結(jié)上加有電壓U時(shí)，產(chǎn)生高頻超導(dǎo)電流,效率為2電子伏／時(shí)，這稱為交流約瑟夫遜效應(yīng)。　　1963年，C.D.安德森和容J.H.羅厄爾在實(shí)驗(yàn)中觀察到直流約瑟夫遜效應(yīng)。羅厄爾又在實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了最大超導(dǎo)電流與磁場(chǎng)的關(guān)系，約瑟夫遜的理論遂得到完全的證實(shí)。

唉，刀疤鼠殺了迷亂村統(tǒng)治者呢，吃了它的boff，這個(gè)刷圖也知道，這個(gè)列瑟芬應(yīng)該在國(guó)外代表著什么含義，感覺(jué)用故事的角度去玩的話，會(huì)有不同的趣味，給人更想探索的感覺(jué)。

什么是喬瑟芬效應(yīng)

3，什么是BCS理論

1957年，依利諾伊大學(xué)的巴丁、庫(kù)柏和施里弗提出了一個(gè)理論，后來(lái)稱之為BCS理論(取自三人姓名的字頭)。該理論較好地解釋了超導(dǎo)現(xiàn)象。BCS理論是用量子力學(xué)來(lái)描述超導(dǎo)體系統(tǒng)狀態(tài)的理論。正常態(tài)的電子是互相排斥的，超導(dǎo)態(tài)時(shí)，電子相互作用，使電子兩兩相互吸引，形成電子對(duì)，稱之庫(kù)柏對(duì)。含有庫(kù)柏對(duì)電子的金屬具有較低的能態(tài)。量子力學(xué)可以說(shuō)明電子對(duì)的總動(dòng)量在與金屬正離子碰撞時(shí)不損失，在低能態(tài)下，庫(kù)柏對(duì)電子就像無(wú)阻力的流體一樣易于流動(dòng)。后來(lái)，吉埃弗觀察到電子在超導(dǎo)體之間的隧道現(xiàn)象，即電子從一個(gè)超導(dǎo)體穿過(guò)薄絕緣層到達(dá)另一超導(dǎo)體。隨后，英國(guó)的約瑟夫遜推測(cè)BCS理論提到的庫(kù)柏對(duì)也可通過(guò)薄絕緣層，這個(gè)預(yù)言很快被貝爾實(shí)驗(yàn)室所證實(shí)。1962年，當(dāng)時(shí)是劍橋大學(xué)研究生的約瑟夫遜分析了由極薄絕緣層(厚度約為百萬(wàn)分之一毫米)隔開的兩個(gè)超導(dǎo)體斷面處發(fā)生的現(xiàn)象。他預(yù)言，超導(dǎo)電流可以穿過(guò)絕緣層，并且，只要超導(dǎo)電流不超過(guò)某一臨界值，則電流穿過(guò)絕緣層時(shí)將不產(chǎn)生電壓。他還預(yù)言，如果有電壓的話，則通過(guò)絕緣層的電壓將產(chǎn)生高頻交流電。這些預(yù)言在1963年被羅威爾等人用試驗(yàn)證實(shí)了，這就是所謂的約瑟夫遜效應(yīng)。約瑟夫遜效應(yīng)是超導(dǎo)體的電子學(xué)應(yīng)用的理論基礎(chǔ)。1957年，前蘇聯(lián)物理學(xué)家阿伯里柯索夫就預(yù)言，一定存在著具有更好性能的新超導(dǎo)體材料，這些材料即使處在很高的磁場(chǎng)中也能實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)化，磁通線可以穿透材料，但磁通線之間的區(qū)域?qū)](méi)有電阻地?cái)y帶著電流。阿伯里柯索夫稱之為第n類的超導(dǎo)體材料，為開發(fā)商品化的超導(dǎo)磁體提供了理論基礎(chǔ)。不久，即1960年昆磁勒和他的同事在貝爾實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)一組超導(dǎo)化合物和合金(第Ⅱ類超導(dǎo)體)，它們可以攜帶極高的電流，而且在強(qiáng)磁場(chǎng)中仍具超導(dǎo)性。使人們又重新恢復(fù)對(duì)超導(dǎo)磁體和超導(dǎo)強(qiáng)電部件的濃厚興趣。

原子核

什么是BCS理論

4，計(jì)算機(jī)的未來(lái)發(fā)展會(huì)怎樣

發(fā)展電腦和人腦連接(生化科技進(jìn)入信息時(shí)代)

基于集成電路的計(jì)算機(jī)短期內(nèi)還不會(huì)退出歷史舞臺(tái)。但一些新的計(jì)算機(jī)正在躍躍欲試地加緊研究，這些計(jì)算機(jī)是：超導(dǎo)計(jì)算機(jī)、納米計(jì)算機(jī)、光計(jì)算機(jī)、DNA計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)等。 1.超導(dǎo)計(jì)算機(jī) 芯片的集成度越高，計(jì)算機(jī)的體積越小，這樣才不致因信號(hào)傳輸而降低整機(jī)速度。但這樣一來(lái)就使機(jī)器發(fā)熱嚴(yán)重。解決問(wèn)題的出路是研制超導(dǎo)計(jì)算機(jī)。電流在超導(dǎo)體中流過(guò)時(shí)，電阻為零，介質(zhì)不發(fā)熱。1962年，英國(guó)物理學(xué)家約瑟夫遜提出了“超導(dǎo)隧道效應(yīng)”，即由超導(dǎo)體—絕緣體—超導(dǎo)體組成的器件（約瑟夫遜元件），當(dāng)對(duì)其兩端加電壓時(shí)，電子就會(huì)像通過(guò)隧道一樣無(wú)阻擋地從絕緣介質(zhì)穿過(guò)，形成微小電流，而該器件兩端的壓降幾乎為零。與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體計(jì)算機(jī)相比，使用約瑟夫遜器件的超導(dǎo)計(jì)算機(jī)的耗電量?jī)H為其幾千分之一，而執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間卻要快100倍。 1999年11月，日本超導(dǎo)技術(shù)研究所與企業(yè)合作，制作了由1萬(wàn)個(gè)約瑟夫遜元件組成的超導(dǎo)集成電路芯片。據(jù)悉，該所定于2003年生產(chǎn)這種超導(dǎo)芯片，2010年前后制造出這種超導(dǎo)計(jì)算機(jī)。 2.納米計(jì)算機(jī) 在納米尺度下，由于有量子效應(yīng)，硅微電子芯片便不能工作。其原因是這種芯片的工作，依據(jù)的是固體材料的整體特性，即大量電子參與工作時(shí)所呈現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)平均規(guī)律。如果在納米尺度下，利用有限電子運(yùn)動(dòng)所表現(xiàn)出來(lái)的量子效應(yīng)，可能就能克服上述困難。可以用不同的原理實(shí)現(xiàn)納米級(jí)計(jì)算，目前已提出了四種工作機(jī)制：1）電子式納米計(jì)算技術(shù)；2）基于生物化學(xué)物質(zhì)與DNA的納米計(jì)算機(jī)；3 ）機(jī)械式納米計(jì)算機(jī)；4）量子波相干計(jì)算。它們有可能發(fā)展成為未來(lái)納米計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)。 3.光計(jì)算機(jī) 與傳統(tǒng)硅芯片計(jì)算機(jī)不同，光計(jì)算機(jī)用光束代替電子進(jìn)行計(jì)算和存儲(chǔ)：它以不同波長(zhǎng)的光代表不同的數(shù)據(jù)，以大量的透鏡、棱鏡和反射鏡將數(shù)據(jù)從一個(gè)芯片傳送到另一個(gè)芯片。研制光計(jì)算機(jī)的設(shè)想早在20世紀(jì)50年代后期就已提出。1986年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的戴維.米勒研制成功小型光開關(guān)，為同實(shí)驗(yàn)室的艾倫.黃研制光處理器提供了必要的元件。1990年1月，黃的實(shí)驗(yàn)室開始用光計(jì)算機(jī)工作。光計(jì)算機(jī)有全光學(xué)型和光電混合型。上述貝爾實(shí)驗(yàn)室的光計(jì)算機(jī)就采用了混合型結(jié)構(gòu)。相比之下，全光學(xué)型計(jì)算機(jī)可以達(dá)到更高的運(yùn)算速度。研制光計(jì)算機(jī)，需要開發(fā)出可用一條光束控制另一條光束變化的光學(xué)“晶體管”。現(xiàn)有的光學(xué)“晶體管”龐大而笨拙，若用它們?cè)斐膳_(tái)式計(jì)算機(jī)將有輛汽車那么大。因此，要想短期內(nèi)使光學(xué)計(jì)算機(jī)實(shí)用化還很困難。 4.DNA計(jì)算機(jī) 1994年11月，美國(guó)南加州大學(xué)的阿德勒曼博士用DNA堿基對(duì)序列作為信息編碼的載體，在試管內(nèi)控制酶的作用下，使DNA堿基對(duì)序列發(fā)生反應(yīng)，以此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)運(yùn)算。阿德勒曼在《科學(xué)》上公布了DNA計(jì)算機(jī)的理論，引起了各國(guó)學(xué)者的廣泛關(guān)注。阿德勒曼的計(jì)算機(jī)的計(jì)算與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)不同，計(jì)算不再只是簡(jiǎn)單的物理性質(zhì)的加減操作，而又增添了化學(xué)性質(zhì)的切割、復(fù)制、粘貼、插入和刪除等種種方式。 DNA計(jì)算機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)在于其驚人的存儲(chǔ)容量和運(yùn)算速度：1立方厘米的DNA存儲(chǔ)的信息比一萬(wàn)億張光盤存儲(chǔ)的還多；十幾個(gè)小時(shí)的DNA計(jì)算，就相當(dāng)于所有電腦問(wèn)世以來(lái)的總運(yùn)算量。更重要的是，它的能耗非常低，只有電子計(jì)算機(jī)的一百億分之一。與傳統(tǒng)的“看得見(jiàn)、摸得著”計(jì)算機(jī)不同，目前的DNA計(jì)算機(jī)還是躺在試管里的液體。它離開發(fā)、實(shí)際應(yīng)用還有相當(dāng)?shù)木嚯x，尚有許多現(xiàn)實(shí)的技術(shù)性問(wèn)題需要去解決。如生物操作的困難，有時(shí)輕微的振蕩就會(huì)使DNA斷裂；有些DNA會(huì)粘在試管壁、抽筒尖上，從而就在計(jì)算中丟失了預(yù)計(jì)，10到20年后，DNA計(jì)算機(jī)才可能進(jìn)入實(shí)用階段。 5.量子計(jì)算機(jī) 量子計(jì)算機(jī)以處于量子狀態(tài)的原子作為中央處理器和內(nèi)存，利用原子的量子特性進(jìn)行信息處理。由于原子具有在同一時(shí)間處于兩個(gè)不同位置的奇妙特性，即處于量子位的原子既可以代表0或1，也能同時(shí)代表0和1以及0和1之間的中間值，故無(wú)論從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)還是處理的角度，量子位的能力都是晶體管電子位的兩倍。對(duì)此，有人曾經(jīng)作過(guò)這樣的比喻：假設(shè)一只老鼠準(zhǔn)備繞過(guò)一只貓，根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)理論，它要么從左邊過(guò)，要么從右邊過(guò)，而根據(jù)量子理論，它卻可以同時(shí)從貓的左邊和右邊繞過(guò)量子計(jì)算機(jī)在外形上有較大差異，它沒(méi)有盒式外殼；看起來(lái)像是一個(gè)被其它物質(zhì)包圍的巨大磁場(chǎng)；它不能利用硬盤實(shí)現(xiàn)信息的長(zhǎng)期存儲(chǔ)；但高效的運(yùn)算能力使量子計(jì)算機(jī)具有廣闊的應(yīng)用前景。

5，計(jì)算機(jī)控制方法設(shè)計(jì)

是論文嗎？是的話？看下面這個(gè)，謝謝基于集成電路的計(jì)算機(jī)短期內(nèi)還不會(huì)退出歷史舞臺(tái)。但一些新的計(jì)算機(jī)正在躍躍欲試地加緊研究，這些計(jì)算機(jī)是：超導(dǎo)計(jì)算機(jī)、納米計(jì)算機(jī)、光計(jì)算機(jī)、dna計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)等。 1.超導(dǎo)計(jì)算機(jī) 芯片的集成度越高，計(jì)算機(jī)的體積越小，這樣才不致因信號(hào)傳輸而降低整機(jī)速度。但這樣一來(lái)就使機(jī)器發(fā)熱嚴(yán)重。解決問(wèn)題的出路是研制超導(dǎo)計(jì)算機(jī)。電流在超導(dǎo)體中流過(guò)時(shí)，電阻為零，介質(zhì)不發(fā)熱。1962年，英國(guó)物理學(xué)家約瑟夫遜提出了“超導(dǎo)隧道效應(yīng)”，即由超導(dǎo)體—絕緣體—超導(dǎo)體組成的器件（約瑟夫遜元件），當(dāng)對(duì)其兩端加電壓時(shí)，電子就會(huì)像通過(guò)隧道一樣無(wú)阻擋地從絕緣介質(zhì)穿過(guò)，形成微小電流，而該器件兩端的壓降幾乎為零。與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體計(jì)算機(jī)相比，使用約瑟夫遜器件的超導(dǎo)計(jì)算機(jī)的耗電量?jī)H為其幾千分之一，而執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間卻要快100倍。 1999年11月，日本超導(dǎo)技術(shù)研究所與企業(yè)合作，制作了由1萬(wàn)個(gè)約瑟夫遜元件組成的超導(dǎo)集成電路芯片。據(jù)悉，該所定于2003年生產(chǎn)這種超導(dǎo)芯片，2010年前后制造出這種超導(dǎo)計(jì)算機(jī)。 2.納米計(jì)算機(jī) 在納米尺度下，由于有量子效應(yīng)，硅微電子芯片便不能工作。其原因是這種芯片的工作，依據(jù)的是固體材料的整體特性，即大量電子參與工作時(shí)所呈現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)平均規(guī)律。如果在納米尺度下，利用有限電子運(yùn)動(dòng)所表現(xiàn)出來(lái)的量子效應(yīng)，可能就能克服上述困難。可以用不同的原理實(shí)現(xiàn)納米級(jí)計(jì)算，目前已提出了四種工作機(jī)制：1）電子式納米計(jì)算技術(shù)；2）基于生物化學(xué)物質(zhì)與dna的納米計(jì)算機(jī)；3 ）機(jī)械式納米計(jì)算機(jī)；4）量子波相干計(jì)算。它們有可能發(fā)展成為未來(lái)納米計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)。 3.光計(jì)算機(jī) 與傳統(tǒng)硅芯片計(jì)算機(jī)不同，光計(jì)算機(jī)用光束代替電子進(jìn)行計(jì)算和存儲(chǔ)：它以不同波長(zhǎng)的光代表不同的數(shù)據(jù)，以大量的透鏡、棱鏡和反射鏡將數(shù)據(jù)從一個(gè)芯片傳送到另一個(gè)芯片。研制光計(jì)算機(jī)的設(shè)想早在20世紀(jì)50年代后期就已提出。1986年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的戴維.米勒研制成功小型光開關(guān)，為同實(shí)驗(yàn)室的艾倫.黃研制光處理器提供了必要的元件。1990年1月，黃的實(shí)驗(yàn)室開始用光計(jì)算機(jī)工作。光計(jì)算機(jī)有全光學(xué)型和光電混合型。上述貝爾實(shí)驗(yàn)室的光計(jì)算機(jī)就采用了混合型結(jié)構(gòu)。相比之下，全光學(xué)型計(jì)算機(jī)可以達(dá)到更高的運(yùn)算速度。研制光計(jì)算機(jī)，需要開發(fā)出可用一條光束控制另一條光束變化的光學(xué)“晶體管”。現(xiàn)有的光學(xué)“晶體管”龐大而笨拙，若用它們?cè)斐膳_(tái)式計(jì)算機(jī)將有輛汽車那么大。因此，要想短期內(nèi)使光學(xué)計(jì)算機(jī)實(shí)用化還很困難。 4.dna計(jì)算機(jī) 1994年11月，美國(guó)南加州大學(xué)的阿德勒曼博士用dna堿基對(duì)序列作為信息編碼的載體，在試管內(nèi)控制酶的作用下，使dna堿基對(duì)序列發(fā)生反應(yīng)，以此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)運(yùn)算。阿德勒曼在《科學(xué)》上公布了dna計(jì)算機(jī)的理論，引起了各國(guó)學(xué)者的廣泛關(guān)注。阿德勒曼的計(jì)算機(jī)的計(jì)算與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)不同，計(jì)算不再只是簡(jiǎn)單的物理性質(zhì)的加減操作，而又增添了化學(xué)性質(zhì)的切割、復(fù)制、粘貼、插入和刪除等種種方式。 dna計(jì)算機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)在于其驚人的存儲(chǔ)容量和運(yùn)算速度：1立方厘米的dna存儲(chǔ)的信息比一萬(wàn)億張光盤存儲(chǔ)的還多；十幾個(gè)小時(shí)的dna計(jì)算，就相當(dāng)于所有電腦問(wèn)世以來(lái)的總運(yùn)算量。更重要的是，它的能耗非常低，只有電子計(jì)算機(jī)的一百億分之一。與傳統(tǒng)的“看得見(jiàn)、摸得著”計(jì)算機(jī)不同，目前的dna計(jì)算機(jī)還是躺在試管里的液體。它離開發(fā)、實(shí)際應(yīng)用還有相當(dāng)?shù)木嚯x，尚有許多現(xiàn)實(shí)的技術(shù)性問(wèn)題需要去解決。如生物操作的困難，有時(shí)輕微的振蕩就會(huì)使dna斷裂；有些dna會(huì)粘在試管壁、抽筒尖上，從而就在計(jì)算中丟失了預(yù)計(jì)，10到20年后，dna計(jì)算機(jī)才可能進(jìn)入實(shí)用階段。 5.量子計(jì)算機(jī) 量子計(jì)算機(jī)以處于量子狀態(tài)的原子作為中央處理器和內(nèi)存，利用原子的量子特性進(jìn)行信息處理。由于原子具有在同一時(shí)間處于兩個(gè)不同位置的奇妙特性，即處于量子位的原子既可以代表0或1，也能同時(shí)代表0和1以及0和1之間的中間值，故無(wú)論從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)還是處理的角度，量子位的能力都是晶體管電子位的兩倍。對(duì)此，有人曾經(jīng)作過(guò)這樣的比喻：假設(shè)一只老鼠準(zhǔn)備繞過(guò)一只貓，根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)理論，它要么從左邊過(guò)，要么從右邊過(guò)，而根據(jù)量子理論，它卻可以同時(shí)從貓的左邊和右邊繞過(guò) 量子計(jì)算機(jī)在外形上有較大差異，它沒(méi)有盒式外殼；看起來(lái)像是一個(gè)被其它物質(zhì)包圍的巨大磁場(chǎng)；它不能利用硬盤實(shí)現(xiàn)信息的長(zhǎng)期存儲(chǔ)；但高效的運(yùn)算能力使量子計(jì)算機(jī)具有廣闊的應(yīng)用前景。如何實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算，方案并不少，問(wèn)題是在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)對(duì)微觀量子態(tài)的操縱確實(shí)太困難了。這些計(jì)算機(jī)機(jī)異常敏感，哪怕是最小的干擾--比如一束從旁邊經(jīng)過(guò)的宇宙射線--也會(huì)改變機(jī)器內(nèi)計(jì)算原子的方向，從而導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果。目前，量子計(jì)算機(jī)只能利用大約5個(gè)原子做最簡(jiǎn)單的計(jì)算。要想做任何有意義的工作都必須使用數(shù)百萬(wàn)個(gè)原子。參考資料：打邊鼓黑膠綢廣泛眼

6，未來(lái)的計(jì)算機(jī)

基于集成電路的計(jì)算機(jī)短期內(nèi)還不會(huì)退出歷史舞臺(tái)。但一些新的計(jì)算機(jī)正在躍躍欲試地加緊研究，這些計(jì)算機(jī)是：超導(dǎo)計(jì)算機(jī)、納米計(jì)算機(jī)、光計(jì)算機(jī)、DNA計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)等。 1.超導(dǎo)計(jì)算機(jī) 芯片的集成度越高，計(jì)算機(jī)的體積越小，這樣才不致因信號(hào)傳輸而降低整機(jī)速度。但這樣一來(lái)就使機(jī)器發(fā)熱嚴(yán)重。解決問(wèn)題的出路是研制超導(dǎo)計(jì)算機(jī)。電流在超導(dǎo)體中流過(guò)時(shí)，電阻為零，介質(zhì)不發(fā)熱。1962年，英國(guó)物理學(xué)家約瑟夫遜提出了“超導(dǎo)隧道效應(yīng)”，即由超導(dǎo)體—絕緣體—超導(dǎo)體組成的器件（約瑟夫遜元件），當(dāng)對(duì)其兩端加電壓時(shí)，電子就會(huì)像通過(guò)隧道一樣無(wú)阻擋地從絕緣介質(zhì)穿過(guò)，形成微小電流，而該器件兩端的壓降幾乎為零。與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體計(jì)算機(jī)相比，使用約瑟夫遜器件的超導(dǎo)計(jì)算機(jī)的耗電量?jī)H為其幾千分之一，而執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間卻要快100倍。 1999年11月，日本超導(dǎo)技術(shù)研究所與企業(yè)合作，制作了由1萬(wàn)個(gè)約瑟夫遜元件組成的超導(dǎo)集成電路芯片。據(jù)悉，該所定于2003年生產(chǎn)這種超導(dǎo)芯片，2010年前后制造出這種超導(dǎo)計(jì)算機(jī)。 2.納米計(jì)算機(jī) 在納米尺度下，由于有量子效應(yīng)，硅微電子芯片便不能工作。其原因是這種芯片的工作，依據(jù)的是固體材料的整體特性，即大量電子參與工作時(shí)所呈現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)平均規(guī)律。如果在納米尺度下，利用有限電子運(yùn)動(dòng)所表現(xiàn)出來(lái)的量子效應(yīng)，可能就能克服上述困難。可以用不同的原理實(shí)現(xiàn)納米級(jí)計(jì)算，目前已提出了四種工作機(jī)制：1）電子式納米計(jì)算技術(shù)；2）基于生物化學(xué)物質(zhì)與DNA的納米計(jì)算機(jī)；3 ）機(jī)械式納米計(jì)算機(jī)；4）量子波相干計(jì)算。它們有可能發(fā)展成為未來(lái)納米計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)。 3.光計(jì)算機(jī) 與傳統(tǒng)硅芯片計(jì)算機(jī)不同，光計(jì)算機(jī)用光束代替電子進(jìn)行計(jì)算和存儲(chǔ)：它以不同波長(zhǎng)的光代表不同的數(shù)據(jù)，以大量的透鏡、棱鏡和反射鏡將數(shù)據(jù)從一個(gè)芯片傳送到另一個(gè)芯片。研制光計(jì)算機(jī)的設(shè)想早在20世紀(jì)50年代后期就已提出。1986年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的戴維.米勒研制成功小型光開關(guān)，為同實(shí)驗(yàn)室的艾倫.黃研制光處理器提供了必要的元件。1990年1月，黃的實(shí)驗(yàn)室開始用光計(jì)算機(jī)工作。光計(jì)算機(jī)有全光學(xué)型和光電混合型。上述貝爾實(shí)驗(yàn)室的光計(jì)算機(jī)就采用了混合型結(jié)構(gòu)。相比之下，全光學(xué)型計(jì)算機(jī)可以達(dá)到更高的運(yùn)算速度。研制光計(jì)算機(jī)，需要開發(fā)出可用一條光束控制另一條光束變化的光學(xué)“晶體管”。現(xiàn)有的光學(xué)“晶體管”龐大而笨拙，若用它們?cè)斐膳_(tái)式計(jì)算機(jī)將有輛汽車那么大。因此，要想短期內(nèi)使光學(xué)計(jì)算機(jī)實(shí)用化還很困難。 4.DNA計(jì)算機(jī) 1994年11月，美國(guó)南加州大學(xué)的阿德勒曼博士用DNA堿基對(duì)序列作為信息編碼的載體，在試管內(nèi)控制酶的作用下，使DNA堿基對(duì)序列發(fā)生反應(yīng)，以此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)運(yùn)算。阿德勒曼在《科學(xué)》上公布了DNA計(jì)算機(jī)的理論，引起了各國(guó)學(xué)者的廣泛關(guān)注。阿德勒曼的計(jì)算機(jī)的計(jì)算與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)不同，計(jì)算不再只是簡(jiǎn)單的物理性質(zhì)的加減操作，而又增添了化學(xué)性質(zhì)的切割、復(fù)制、粘貼、插入和刪除等種種方式。 DNA計(jì)算機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)在于其驚人的存儲(chǔ)容量和運(yùn)算速度：1立方厘米的DNA存儲(chǔ)的信息比一萬(wàn)億張光盤存儲(chǔ)的還多；十幾個(gè)小時(shí)的DNA計(jì)算，就相當(dāng)于所有電腦問(wèn)世以來(lái)的總運(yùn)算量。更重要的是，它的能耗非常低，只有電子計(jì)算機(jī)的一百億分之一。與傳統(tǒng)的“看得見(jiàn)、摸得著”計(jì)算機(jī)不同，目前的DNA計(jì)算機(jī)還是躺在試管里的液體。它離開發(fā)、實(shí)際應(yīng)用還有相當(dāng)?shù)木嚯x，尚有許多現(xiàn)實(shí)的技術(shù)性問(wèn)題需要去解決。如生物操作的困難，有時(shí)輕微的振蕩就會(huì)使DNA斷裂；有些DNA會(huì)粘在試管壁、抽筒尖上，從而就在計(jì)算中丟失了預(yù)計(jì)，10到20年后，DNA計(jì)算機(jī)才可能進(jìn)入實(shí)用階段。 5.量子計(jì)算機(jī) 量子計(jì)算機(jī)以處于量子狀態(tài)的原子作為中央處理器和內(nèi)存，利用原子的量子特性進(jìn)行信息處理。由于原子具有在同一時(shí)間處于兩個(gè)不同位置的奇妙特性，即處于量子位的原子既可以代表0或1，也能同時(shí)代表0和1以及0和1之間的中間值，故無(wú)論從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)還是處理的角度，量子位的能力都是晶體管電子位的兩倍。對(duì)此，有人曾經(jīng)作過(guò)這樣的比喻：假設(shè)一只老鼠準(zhǔn)備繞過(guò)一只貓，根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)理論，它要么從左邊過(guò)，要么從右邊過(guò)，而根據(jù)量子理論，它卻可以同時(shí)從貓的左邊和右邊繞過(guò) 量子計(jì)算機(jī)在外形上有較大差異，它沒(méi)有盒式外殼；看起來(lái)像是一個(gè)被其它物質(zhì)包圍的巨大磁場(chǎng)；它不能利用硬盤實(shí)現(xiàn)信息的長(zhǎng)期存儲(chǔ)；但高效的運(yùn)算能力使量子計(jì)算機(jī)具有廣闊的應(yīng)用前景。如何實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算，方案并不少，問(wèn)題是在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)對(duì)微觀量子態(tài)的操縱確實(shí)太困難了。這些計(jì)算機(jī)機(jī)異常敏感，哪怕是最小的干擾--比如一束從旁邊經(jīng)過(guò)的宇宙射線--也會(huì)改變機(jī)器內(nèi)計(jì)算原子的方向，從而導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果。目前，量子計(jì)算機(jī)只能利用大約5個(gè)原子做最簡(jiǎn)單的計(jì)算。要想做任何有意義的工作都必須使用數(shù)百萬(wàn)個(gè)原子。參考資料：打邊鼓黑膠綢廣泛眼參考資料：http://wenwen.sogou.com/z/q793653970.htm?si=1