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   量子計(jì)算機(jī)

　　與常規(guī)物質(zhì)在一個(gè)時(shí)間瞬間的空間坐標(biāo)只有一個(gè)位置不同，量子可以是無(wú)限個(gè)（這實(shí)在是難理解的問(wèn)題，也是量子的詭異性所在），即便是量子會(huì)衰減，但量子瞬間坐標(biāo)也可以達(dá)到成千上萬(wàn)個(gè)。1982年，物理學(xué)家理查德•費(fèi)曼提出可以將量子的詭異性用于計(jì)算。

　　量子計(jì)算機(jī)的概念應(yīng)運(yùn)而生，其運(yùn)算效率將是脈沖計(jì)算的幾何倍數(shù)。量子計(jì)算機(jī)巨大的應(yīng)用潛能和發(fā)展前景吸引了無(wú)數(shù)科學(xué)家“競(jìng)折腰”，希冀在量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)上有所斬獲，以名垂千古，流芳百世。

　　不過(guò)，遺憾的是，這種情況短期內(nèi)很難發(fā)生改變。關(guān)于量子計(jì)算的理論汗牛充棟，但是，盡管取得了一些進(jìn)步，大多數(shù)著名的量子計(jì)算理論還是簡(jiǎn)單如：把15分解為3和5的乘積。

　　科學(xué)家認(rèn)為，量子計(jì)算機(jī)能夠解決最復(fù)雜和艱澀的計(jì)算，諸如發(fā)現(xiàn)腦波的運(yùn)行模式、精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)天氣等。與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)相比，它們的計(jì)算速度不僅呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，從理論上來(lái)講，它們還能同時(shí)運(yùn)行每個(gè)可能的數(shù)據(jù)排列。

　　然而，麻省理工學(xué)院的計(jì)算機(jī)專(zhuān)家斯科特•阿倫森一針見(jiàn)血地指出，量子計(jì)算機(jī)最大的攔路虎在于退相干（decoherence），也就是用于計(jì)算的“量子比特”在同其他事物接觸時(shí)會(huì)失去其特殊屬性的趨勢(shì)，結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)“第二十二條軍規(guī)”（用來(lái)形容任何自相矛盾、不合邏輯的規(guī)定或條件所造成的無(wú)法擺脫的困境、難以逾越的障礙，或者是一件事陷入了死循環(huán)，或者跌進(jìn)邏輯陷阱等等）。

　　阿倫森說(shuō)：“對(duì)于量子計(jì)算來(lái)說(shuō)，必須讓量子比特一直保持在一種非常孤立的環(huán)境中，同周?chē)囊磺协h(huán)境隔離開(kāi)，但是，你又必須操縱量子比特，讓它們執(zhí)行我們的計(jì)算。這就產(chǎn)生了一種無(wú)法擺脫的困境。”最后，他幽默地說(shuō)：“要是有一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)能夠幫助我們解決這個(gè)問(wèn)題就好了。”

　　其實(shí)，早在2008年，阿倫森就在《科學(xué)美國(guó)人》上撰文對(duì)量子計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能提出了質(zhì)疑。他指出，許多人相信，依靠量子力學(xué)的神奇魔力，量子計(jì)算機(jī)可以瞬間破解一切密碼，甚至輕而易舉地搞定所有難題，而實(shí)際上，量子計(jì)算機(jī)的能力也會(huì)受到數(shù)學(xué)上的諸多限制。除了少數(shù)特殊問(wèn)題，量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力并不比現(xiàn)有計(jì)算機(jī)強(qiáng)大多少。破解一切密碼，對(duì)于量子計(jì)算機(jī)而言，也是一件不可能完成的任務(wù)。

　　個(gè)性化醫(yī)療

　　現(xiàn)在，我們可以根據(jù)我們的DNA來(lái)定制藥物嗎？我們能夠通過(guò)一次基因掃描來(lái)預(yù)測(cè)某種治療是否會(huì)對(duì)我們起作用，并且預(yù)測(cè)治療所需藥物的劑量是多少嗎？

　　更加“聰明”的藥品正向我們走來(lái)，但是，其到來(lái)的速度非常慢。首先，制藥公司必須摒棄不斷對(duì)一些銷(xiāo)量大的藥品進(jìn)行更新?lián)Q代并大肆生產(chǎn)的陋習(xí)，優(yōu)先生產(chǎn)出滿(mǎn)足小眾病人的藥品。即使那樣，新藥要想獲得美國(guó)食品和藥物管理局（FDA）的批準(zhǔn)還需要花費(fèi)幾年，而且，研發(fā)出驗(yàn)證人與藥品相匹配的測(cè)試手段也需要很長(zhǎng)時(shí)間。

　　因此，很多人將希望寄托在了個(gè)性化醫(yī)療上?？茖W(xué)家已經(jīng)證明，基因變異會(huì)決定一個(gè)人將如何代謝出口服的防凝血素或阻凝劑；而且，很多醫(yī)生在開(kāi)處方之前，都會(huì)進(jìn)行遺傳學(xué)方面的測(cè)試。

　　癌癥治療從藥理基因組學(xué)那兒獲益良多。很多疾病都與基因有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。比如，赫賽?。℉erceptin）能夠拯救乳腺癌病人的生命，在這些病人的癌癥腫瘤中，HER2基因被過(guò)度表達(dá)；在某些直腸腫瘤中，也有兩個(gè)靶向基因被過(guò)度表達(dá)。更重要的是，今年6月份，幾個(gè)癌癥研究中心結(jié)成了聯(lián)盟，宣布使用DNA測(cè)序結(jié)果來(lái)幫助病人選擇正確的療法，種種跡象表明，個(gè)性化醫(yī)療正大踏步朝我們走來(lái)。

　　美國(guó)AERION航空技術(shù)公司超音速商務(wù)機(jī)示意圖

　　超音速飛機(jī)

　　在1977年到2003年間，任何人只要手頭有足夠的錢(qián)，就可以只花3個(gè)半小時(shí)，從紐約直達(dá)倫敦，這都拜“協(xié)和”號(hào)超音速客機(jī)所賜。

　　“協(xié)和”號(hào)超音速客機(jī)由法、英兩國(guó)于1969年聯(lián)合研制成功，是當(dāng)時(shí)全世界惟一的超音速客機(jī)，兩倍音速的高速飛行讓其成為尊榮與高貴的象征。

　　然而，“協(xié)和”號(hào)存在兩個(gè)重要的缺陷。一是客機(jī)的耗油量大得驚人，是波音747客機(jī)的兩倍，由于耗油率過(guò)高，載客量偏小，其昂貴的票價(jià)讓大多數(shù)乘客望而卻步。

　　另外一大缺陷是噪音污染嚴(yán)重。“協(xié)和”號(hào)超音速客機(jī)由于音爆水平高，所以被限制不得在大陸上空進(jìn)行超音速飛行。噪音可以說(shuō)是“協(xié)和”超音速客機(jī)商業(yè)失敗的關(guān)鍵性因素。

　　在“協(xié)和”號(hào)飛機(jī)于2003年光榮退出歷史舞臺(tái)后，許多國(guó)家和風(fēng)險(xiǎn)投資者都在加緊研制下一代超音速客機(jī)，延續(xù)“協(xié)和”號(hào)的光榮和夢(mèng)想。

　　美國(guó)AERION航空技術(shù)公司希望盡快推銷(xiāo)其新式的超音速商務(wù)機(jī)。該公司的商用超音速飛機(jī)同“協(xié)和”號(hào)類(lèi)似，但是，其機(jī)翼設(shè)計(jì)更為先進(jìn)，在人口稠密的地區(qū)，其速度可以達(dá)到聲速，在西伯利亞等地的上空，令人討厭的音爆不會(huì)影響任何人，速度可以達(dá)到1.6馬赫（音速的1.6倍）。目前，該飛機(jī)正在緊鑼密鼓地研發(fā)中，最快于5年內(nèi)研發(fā)成功。

　　日本的航天主管機(jī)構(gòu)日本航天探測(cè)局（JAXA）也在研制下一代超音速飛機(jī)，下一代超音速飛機(jī)有望在15年內(nèi)投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。他們的目標(biāo)是制造能搭載300名乘客的超音速客機(jī)，從倫敦到東京只需4個(gè)小時(shí)多一點(diǎn)。

　　這款飛機(jī)將使用一種特殊的低阻力結(jié)構(gòu)，從理論上來(lái)講，其超空氣動(dòng)力的形狀使得它能夠穿越聲音的壁壘，幾乎沒(méi)有隆隆聲。另外，該飛機(jī)也通過(guò)使用更安靜、效率更高的發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)降低起飛時(shí)的噪音。該飛機(jī)可能至少于5年內(nèi)將速度達(dá)到1馬赫，10年后速度有望超過(guò)5馬赫。

　　本篇文章來(lái)源于 科技網(wǎng)|www.stdaily.com

　　原文鏈接：http://www.stdaily.com/kjrb/content/2010-10/19/content_238330.htm

　　類(lèi)人機(jī)器人

　　世界上最成功的機(jī)器人公司iRobot公司專(zhuān)注于實(shí)用機(jī)器人的研究，創(chuàng)造了PackBot等機(jī)器人，協(xié)助人們高效率地完成任務(wù)。其中，該公司設(shè)計(jì)制造的各型軍用機(jī)器人輕巧實(shí)用，可以掃雷，也可以偵測(cè)敵軍，再以衛(wèi)星導(dǎo)航將數(shù)據(jù)傳回美軍戰(zhàn)地指揮所，在人員攻擊前，先用飛彈空襲，命中率奇高。

　　iRobot公司最著名的產(chǎn)品是Roomba清潔機(jī)器人，目前，其全球銷(xiāo)售量已經(jīng)超過(guò)200萬(wàn)臺(tái)。盡管如此，iRobot的首席執(zhí)行官科林•安格爾可能會(huì)告訴你一些不好的消息：不要期待《星球大戰(zhàn)》中妙語(yǔ)連珠的機(jī)器人C-3PO很快會(huì)來(lái)到你的身邊。機(jī)器人助手這個(gè)市場(chǎng)還沒(méi)有開(kāi)發(fā)出很成功的商業(yè)模式，問(wèn)題在于：我們能夠制造出這些機(jī)器人，但是其昂貴的售價(jià)讓人望而卻步。

　　確實(shí)如此，日本本田公司研制的類(lèi)人機(jī)器人ASIMO是目前最先進(jìn)的類(lèi)人行走機(jī)器人。今年5月份，日本Kokoro機(jī)器人制造公司制作的機(jī)器人I-Fairy成為了婚禮司儀，見(jiàn)證了一對(duì)夫妻的甜蜜時(shí)刻。

　　另外，表情豐富的Nexi是一款由美國(guó)麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室牽頭開(kāi)發(fā)的新一代類(lèi)人機(jī)器人。與以往類(lèi)人機(jī)器人單純模仿人類(lèi)軀體動(dòng)作不同，這款定位于MDS——Mobile/Dexterous/Social（移動(dòng)/靈活/社交）的新穎機(jī)器人還增加了表情功能，能夠利用面部表情的變化來(lái)表達(dá)高興、興奮、難過(guò)等常見(jiàn)的表情。它還內(nèi)置有三維攝像機(jī)，能夠以立體的方式對(duì)周?chē)h(huán)境進(jìn)行識(shí)別，更增強(qiáng)了其互動(dòng)性。該機(jī)器人甫一出現(xiàn)，便成為YouTube網(wǎng)站上點(diǎn)擊率最高的視頻。

　　盡管這些機(jī)器人非常先進(jìn)，但是，它們和其還在實(shí)驗(yàn)室的“兄弟們”一樣，都身價(jià)不菲，每臺(tái)的售價(jià)大約為100萬(wàn)美元，而且耗能巨大，也并非我們所期望的那么聰明。

　　即使更簡(jiǎn)單的機(jī)器人——寵物機(jī)器人，其成本和能力之間也存在巨大的鴻溝。索尼公司的愛(ài)寶（AIBO）機(jī)器狗盡管有很多“山寨版”，但是，這款售價(jià)2500美元機(jī)器人的表現(xiàn)卻并不盡如人意，因此，其銷(xiāo)量也并不可觀，不過(guò)這并不能抵擋人們對(duì)機(jī)器人的熱情，市場(chǎng)上出現(xiàn)了各式各樣的寵物機(jī)器人。

　　實(shí)際上，人或者任何其他智能設(shè)備都能夠完成一些簡(jiǎn)單的任務(wù)，這就是為什么我們使用機(jī)器人來(lái)組裝汽車(chē)、拆掉炸彈、清潔衛(wèi)生的原因。但是，還沒(méi)有人制造出一款能夠與人交談并且吃飯的機(jī)器人。

　　美國(guó)南加州大學(xué)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的瑪佳•瑪塔瑞克表示：“人們需要的并非一款類(lèi)人機(jī)器人，而是能夠完成各種任務(wù)的機(jī)器。”好消息是，既然其售價(jià)僅為200美元，當(dāng)你的清潔機(jī)器人Roomba具有自我意識(shí)，并且試圖開(kāi)始奴役你時(shí)，你就買(mǎi)一部新的清潔機(jī)器人吧。

　　桶里“種”出人造肉

　　想象一下，一大塊昂貴的動(dòng)物肉，比如西班牙黑香豬肉，懸浮在一大堆營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)中，而且可以永遠(yuǎn)生長(zhǎng)下去，這種大桶中種植出來(lái)的肉，可以吃嗎？可能某一天可以。到目前為止，新興的組織工程學(xué)技術(shù)主要專(zhuān)注于像變戲法似一般培育出人造肉用于醫(yī)學(xué)移植，科學(xué)家已經(jīng)成功地制造出了人的皮膚和血管等。

　　如果要想制造出更加精細(xì)的身體組織和器官，這可是一件不可能完成的任務(wù)?？茖W(xué)家已經(jīng)證明，很難制造出心臟等復(fù)雜的人體器官。這種復(fù)雜性使得人們很難復(fù)制肉的主要部分，比如肉的組織、滋味以及肌肉和脂肪之間的完美平衡等。

　　但是，我們?nèi)匀辉诓粩鄧L試。比如，國(guó)際非營(yíng)利組織人道對(duì)待動(dòng)物協(xié)會(huì)就懸賞100萬(wàn)美元，鼓勵(lì)人們于2012年6月30日之前能夠大規(guī)模制造出最好的雞肉，使雞免于被殘殺的厄運(yùn)。還有一群法官已經(jīng)迫不及待地想要品嘗這些雞肉，以確定其品質(zhì)是否過(guò)關(guān)，然后再裁決是否將其放入蜂蜜芥末鮭魚(yú)沙拉中。

　　清潔煤

　　非常吊詭的是，清潔煤是一場(chǎng)“丹納聚會(huì)”：對(duì)某些人來(lái)說(shuō)，它是一次淘金之旅；而對(duì)另外一些人來(lái)說(shuō)，它是一場(chǎng)“死亡之旅”。即使我們不介意有毒的灰塵，相比于用其他燃料發(fā)電的電廠，煤電廠會(huì)產(chǎn)生更多令地球變暖的二氧化碳。

　　好消息是，我們已經(jīng)掌握了相關(guān)技術(shù)可以很好地使用這些煤，不需要融化極地的冰帽，這就是碳捕獲和存儲(chǔ)技術(shù)——吸收化石燃料產(chǎn)生的二氧化碳，然后將其緊縮成液體，重新埋入地下。

　　那么，我們面臨的難題是什么呢？首先，運(yùn)輸和存儲(chǔ)液態(tài)二氧化碳是一件非常麻煩的事。如果美國(guó)1500個(gè)煤電廠都被整修，燃燒清潔煤，以便于我們更好地捕捉二氧化碳，我們每天仍然需要處置約600萬(wàn)噸二氧化碳。

　　但是，真正的“魔鬼”是經(jīng)濟(jì)。清潔煤發(fā)電的成本比傳統(tǒng)煤電廠的成本至少高30%，其結(jié)果是：盡管政府為此補(bǔ)貼了幾十億美元，但私人投資卻少得可憐。如果我們想要阻止氣候變暖，多出30%的預(yù)算并非大問(wèn)題，風(fēng)力發(fā)電的成本要多50%，但是，在我們找到方法使清潔煤成為一個(gè)富有吸引力的投資之前，我們還無(wú)法擺脫不干凈的煤。

　　日本Kokoro機(jī)器人制造公司的機(jī)器人I-Fairy

　　隱身術(shù)

　　如果想要讓某個(gè)物品不被紅外線接收器“看見(jiàn)”，那么，你可以將這個(gè)物體包裹在一個(gè)塑料盒子中，然后在上面覆蓋極其細(xì)小的銅或者鐵線組成的方布即可。這塊方布就是我們所說(shuō)的超材料（metamaterial），其表面就像成千上萬(wàn)個(gè)細(xì)小的天線。當(dāng)紅外線光束或者無(wú)線電波遇到一個(gè)天線時(shí)，信號(hào)會(huì)傳遞給下一個(gè)天線，接著再傳給下一個(gè)天線，以此類(lèi)推，最后，信號(hào)就消失了，紅外線接收器根本無(wú)法探測(cè)到物品存在的痕跡。

　　除了紅外線之外，電磁波譜上從紅外線到可見(jiàn)光之間的每種光線都會(huì)出現(xiàn)這種情況。不過(guò)，也存在問(wèn)題。超材料中最細(xì)微的瑕疵都會(huì)讓隱藏在其下的物體無(wú)所遁形，只是，物體看起來(lái)會(huì)有些失真，就像壞掉的立體相片。于是，我們必須等待，直到某些人發(fā)明一種方式來(lái)完成統(tǒng)一的超材料。那可能需要20年甚至200年的時(shí)間，但是，至少我們看見(jiàn)它正朝我們走來(lái)。

　　核聚變

　　將等離子加熱到1.5億攝氏度，并且控制它，這難道不是一個(gè)很偉大的想法嗎？既然星星能夠做到這一點(diǎn)，為什么我們不能呢？對(duì)核聚變抱著美好想象的人如是認(rèn)為。他們相信，人類(lèi)使用熔融的原子核，能夠制造出幾乎用之不竭的能源。

　　核聚變是兩個(gè)較輕的原子核聚合為一個(gè)較重的原子核，并釋放出能量的過(guò)程。自然界中最容易實(shí)現(xiàn)的聚變反應(yīng)是氫的同位素氘與氚的聚變，這種反應(yīng)在太陽(yáng)上已經(jīng)持續(xù)了150億年。氘在地球的海洋中藏量豐富，多達(dá)40萬(wàn)億噸，如果全部用于聚變反應(yīng)，釋放出的能量足夠人類(lèi)使用幾百億年，而且反應(yīng)產(chǎn)物是無(wú)放射性污染的氦。

　　熱核炸彈也依靠核聚變。將核聚變用于和平目的的技巧在于很好地控制它；另外，也需要確保反應(yīng)產(chǎn)生的能量多于它消耗的能量。

　　人類(lèi)需要受控的核聚變，以解決能源危機(jī)。聚變的第一步是要使燃料（氘和氚的混合物)處于等離子體態(tài)(這是物質(zhì)除了以固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)存在之外的第四種存在形式)，然后再用電與磁的方法束縛、控制它們。當(dāng)?shù)入x子體的溫度達(dá)到幾千萬(wàn)攝氏度甚至幾億攝氏度時(shí)，原子核就可以克服斥力聚合在一起，如果同時(shí)還有足夠的密度和足夠長(zhǎng)的熱能約束時(shí)間，這種聚變反應(yīng)就可以穩(wěn)定地持續(xù)進(jìn)行。

　　自從上世紀(jì)50年代開(kāi)始，物理學(xué)家已經(jīng)數(shù)次宣布，核聚變時(shí)代即將到來(lái)，他們使用激光器和聲波這些“瓶子”來(lái)盛裝離子化氣體（等離子體）。但是，最有前景的方法已經(jīng)令人失望。美國(guó)達(dá)特茅斯學(xué)院核裂變專(zhuān)家巴瑞特•羅杰斯表示：“問(wèn)題在于，等離子體的行為是如此的復(fù)雜善變，以至于很難發(fā)明一個(gè)真正有效的‘瓶子’來(lái)裝載它們。”

　　不過(guò)，瓶子越大，其捕捉和圍住等離子體的能力就越強(qiáng)，至少，總投入為120億美元的國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）就是基于這種理念在進(jìn)行。ITER是為驗(yàn)證全尺寸可控核聚變技術(shù)的可行性而設(shè)計(jì)的，其原理類(lèi)似太陽(yáng)發(fā)光發(fā)熱，即在上億攝氏度的高溫條件下，利用氫的同位素氘、氚的聚變反應(yīng)釋放出巨大能量，從而為人類(lèi)提供可持續(xù)發(fā)展的潔凈能源。

　　計(jì)劃中的ITER實(shí)驗(yàn)堆是一個(gè)全超導(dǎo)托卡馬克裝置，高24米，直徑30米，建成之后總重量將達(dá)23000噸，比三座法國(guó)巴黎埃菲爾鐵塔(7300噸)還要重。ITER實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃產(chǎn)生等離子體的體積為840立方米，維持時(shí)間為400秒，聚變能500兆瓦，輸出與輸入能量比最低為10∶1，最高可達(dá)到30∶1。

　　它產(chǎn)生熱核聚變的一個(gè)重要條件就是制造溫度達(dá)1.5億攝氏度的高溫等離子區(qū)，在這種環(huán)境下，帶正電的氘核和氚核得以克服靜電斥力互相碰撞。

　　ITER面臨的問(wèn)題包括使用什么方法及如何加熱氣體，使得等離子體溫度能上升到1.5億攝氏度。在這樣的高溫條件下，怎么防止高溫等離子體逃逸或飛散，讓這些原子核能夠充分地產(chǎn)生聚變反應(yīng)，也是一個(gè)難點(diǎn)。另外，要使高溫等離子體中核聚變反應(yīng)能持續(xù)進(jìn)行，上億攝氏度的高溫必須能長(zhǎng)時(shí)間維持，等離子體的能量損失率必須比較小，這個(gè)問(wèn)題就更突出。煩惱的科學(xué)家或許可以看看《蜘蛛俠2》獲得些許靈感。

　　雖然很多科學(xué)家對(duì)此深表樂(lè)觀，但是也有研究人員表示，即使是ITER按照原計(jì)劃建成，于2026年開(kāi)始氘氚核反應(yīng)，但是，可能還要經(jīng)過(guò)一二十年的實(shí)驗(yàn)，而商用堆的出現(xiàn)至少是50年以后的事，人類(lèi)利用聚變能還需要付出相當(dāng)長(zhǎng)遠(yuǎn)的努力。