第18章 量子芯片
永光乐园基地飞船降落后，随即就把外壳展开，设计的时候外壳就是能够展开的，作为基地的临时地基之用。
展开后首先是要生产各类的机器人、挖掘机和运输车。生产这些耗费少，外壳、轴承、齿轮、发动机等部件都可以由从地球带来的冶炼炉和通用机床搞定。这些地球科技太过精细的活干不了，这种相当于干苦力的活还是足以胜任的。其次，永光乐园摒弃了地球上的芯片，根据造物主的资料库内容设计了一款简单的量子芯片。
地球科技主流的半导体芯片在宇宙太空中应用是有明显的短板和局限性的。目前地球半导体芯片根据使用场景不同划分为民用级、工业级、汽车级、军工级和宇航级。其中民用级要求最低，宇航级要求最高。在太空环境中，存在着大量的高能粒子和宇宙射线。我们生活在被大气层和地球磁层包裹着的地球表面，人们无法感受到这些射线和粒子破坏性。当这些粒子和射线穿透航天器，与元器件的材料相互作用，产生辐射效应，就会引起电子器件性能异常或损毁。其次，在太空环境中，由于缺少空气的散热，物体的表面温度取决于太阳的光照。物体受光面和被光面的温差非常大。以高度为300~400公里的轨道温度为例，物体受光面温度约为150℃，背光面温度约为-127℃，温差约为300℃。宇航级芯片的散热和对极端温度的适应性又是一个问题。因此，宇航级芯片在在生产过程中，要使用特殊的晶圆制造、加固、封装等工艺来达到严苛的设计标准。
对于永光乐园来说，使用人类科技路线的半导体芯片是不划算不经济的，因为半导体芯片的生产工艺过于复杂，制造设备也太过复杂，还在宇宙中有着各种缺陷，被抛弃是必然的。
对于人类来说，量子芯片还处于原始状态。目前人类主流的量子芯片研究主要集中在超导系统的研究上，
实现量子芯片有几种技术路线。
一种是用光子的偏振方向代表1和0，从单一光源发射出一个光子，然后用特定设备把光子劈开，这样劈出来的两个光子就获得了量子缠绕的状态。
劈出的光子量子比特在光路之中运行，我们再通过对光子的干涉，来改变光子的量子状态，根据缠绕结果，最终实现运算。
还有就是将光子换成离子。
铍、镁、钙这些最外层只带一个电子的离子可以被电流束缚起来，就像是磁悬浮列车一样，悬浮在半空固定起，这就叫离子阱。而离子的能级正好就能表示1和0。
要想操作这些离子的状态，就需要用激光正好照射到单个悬空的离子上，改变离子的能级。
目前最主流的研究方向是超导量子芯片。
前面我们说过了超导现象，更神奇的是，超导电流竟然具有量子效应。那是一种宏观量子效应，也就是单个电子所具有的某一些量子效应，在超导电流上表现了出来。
而英国物理学家约瑟夫森在他22岁时发现一个现象，就是如果在两个超导体之间加一层纳米级别很薄的绝缘材料，那么此时通过量子隧穿效应，超导电流也是可以通过这层绝缘材料的。简单理解就是绝缘材料导电了。
这个现象叫约瑟夫森效应，这种装置叫约瑟夫森结。他也在1973年因此获得诺奖。
那么，现在再把约瑟夫森结放入超导电路，这个超导电路会成功变成一个量子二能级系统。这个二能级系统，能够实现不同的能量差。
此时，我们只需要在能量最低处选中两条线，分别代表0和1，就成功制造出了一个实现量子控制的小装置。
操控光子、离子困难，操控电流简单，这也就是为什么人类主要研究机构都纷纷选择超导电流来造量子计算机，他们用含约瑟夫森结的超导电路中的电磁振荡作为0和1表达。
要实现这个量子芯片可不容易，一是芯片需要工作在接近绝对零度的条件下，二是量子比特很容易因为各种环境干扰，而让自身的叠加态和纠缠态消失，再加上要输入的是天文数字般的信息规模，所以运算精度要求极高，只有当精度高于所谓的纠错阈值，也就是99.9%之后，才可以通过量子纠错码进行容错量子计算，让错误不会一直累加，最后大到一个无法忍受的地步。只有做到这点，量子计算才算是可以正常使用。
永光乐园当然不会选择如此简单粗暴的量子芯片设计方式。对的，就是简单粗暴，人类选择这种科技树方向只是因为人类发展了几十年的集成电路技术可以在很多地方完美兼容这条技术路线上的量子芯片制造。
永光乐园采用的是离子阱的技术路线。采用这个技术路线的优势是结构简单。对于永光乐园来说，操纵微观层面的物质和能量正是优势所在。
离子阱，顾名思义就是捕捉离子的陷阱的意思，原理很简单：利用电荷与磁场间所产生的交互作用力约束带电粒子，使其行为得到控制。
与超导、光量子等路线不同，离子阱量子计算机需要整合许多不同领域的技术：真空、激光和光学系统、射频和微波技术，以及相干电子控制。这些都是与能量波相关，正是永光乐园擅长的。
永光乐园设计了几种量子芯片，以对应不同的场景。要建立一个庞大的生产制造基地，只是依靠永光乐园的意识控制是不现实的。永光乐园的意识核心更偏向于生物的灵魂。思考、创造、因地制宜的选择合适的处理方式是灵魂的优势，但是重复性的机械运动、机械计算和大规模的控制就是计算机的长处了。所以永光乐园要建立一个控制系统，将重复的机械劳动从自己的工作中剥离出来。
展开后首先是要生产各类的机器人、挖掘机和运输车。生产这些耗费少，外壳、轴承、齿轮、发动机等部件都可以由从地球带来的冶炼炉和通用机床搞定。这些地球科技太过精细的活干不了，这种相当于干苦力的活还是足以胜任的。其次，永光乐园摒弃了地球上的芯片，根据造物主的资料库内容设计了一款简单的量子芯片。
地球科技主流的半导体芯片在宇宙太空中应用是有明显的短板和局限性的。目前地球半导体芯片根据使用场景不同划分为民用级、工业级、汽车级、军工级和宇航级。其中民用级要求最低，宇航级要求最高。在太空环境中，存在着大量的高能粒子和宇宙射线。我们生活在被大气层和地球磁层包裹着的地球表面，人们无法感受到这些射线和粒子破坏性。当这些粒子和射线穿透航天器，与元器件的材料相互作用，产生辐射效应，就会引起电子器件性能异常或损毁。其次，在太空环境中，由于缺少空气的散热，物体的表面温度取决于太阳的光照。物体受光面和被光面的温差非常大。以高度为300~400公里的轨道温度为例，物体受光面温度约为150℃，背光面温度约为-127℃，温差约为300℃。宇航级芯片的散热和对极端温度的适应性又是一个问题。因此，宇航级芯片在在生产过程中，要使用特殊的晶圆制造、加固、封装等工艺来达到严苛的设计标准。
对于永光乐园来说，使用人类科技路线的半导体芯片是不划算不经济的，因为半导体芯片的生产工艺过于复杂，制造设备也太过复杂，还在宇宙中有着各种缺陷，被抛弃是必然的。
对于人类来说，量子芯片还处于原始状态。目前人类主流的量子芯片研究主要集中在超导系统的研究上，
实现量子芯片有几种技术路线。
一种是用光子的偏振方向代表1和0，从单一光源发射出一个光子，然后用特定设备把光子劈开，这样劈出来的两个光子就获得了量子缠绕的状态。
劈出的光子量子比特在光路之中运行，我们再通过对光子的干涉，来改变光子的量子状态，根据缠绕结果，最终实现运算。
还有就是将光子换成离子。
铍、镁、钙这些最外层只带一个电子的离子可以被电流束缚起来，就像是磁悬浮列车一样，悬浮在半空固定起，这就叫离子阱。而离子的能级正好就能表示1和0。
要想操作这些离子的状态，就需要用激光正好照射到单个悬空的离子上，改变离子的能级。
目前最主流的研究方向是超导量子芯片。
前面我们说过了超导现象，更神奇的是，超导电流竟然具有量子效应。那是一种宏观量子效应，也就是单个电子所具有的某一些量子效应，在超导电流上表现了出来。
而英国物理学家约瑟夫森在他22岁时发现一个现象，就是如果在两个超导体之间加一层纳米级别很薄的绝缘材料，那么此时通过量子隧穿效应，超导电流也是可以通过这层绝缘材料的。简单理解就是绝缘材料导电了。
这个现象叫约瑟夫森效应，这种装置叫约瑟夫森结。他也在1973年因此获得诺奖。
那么，现在再把约瑟夫森结放入超导电路，这个超导电路会成功变成一个量子二能级系统。这个二能级系统，能够实现不同的能量差。
此时，我们只需要在能量最低处选中两条线，分别代表0和1，就成功制造出了一个实现量子控制的小装置。
操控光子、离子困难，操控电流简单，这也就是为什么人类主要研究机构都纷纷选择超导电流来造量子计算机，他们用含约瑟夫森结的超导电路中的电磁振荡作为0和1表达。
要实现这个量子芯片可不容易，一是芯片需要工作在接近绝对零度的条件下，二是量子比特很容易因为各种环境干扰，而让自身的叠加态和纠缠态消失，再加上要输入的是天文数字般的信息规模，所以运算精度要求极高，只有当精度高于所谓的纠错阈值，也就是99.9%之后，才可以通过量子纠错码进行容错量子计算，让错误不会一直累加，最后大到一个无法忍受的地步。只有做到这点，量子计算才算是可以正常使用。
永光乐园当然不会选择如此简单粗暴的量子芯片设计方式。对的，就是简单粗暴，人类选择这种科技树方向只是因为人类发展了几十年的集成电路技术可以在很多地方完美兼容这条技术路线上的量子芯片制造。
永光乐园采用的是离子阱的技术路线。采用这个技术路线的优势是结构简单。对于永光乐园来说，操纵微观层面的物质和能量正是优势所在。
离子阱，顾名思义就是捕捉离子的陷阱的意思，原理很简单：利用电荷与磁场间所产生的交互作用力约束带电粒子，使其行为得到控制。
与超导、光量子等路线不同，离子阱量子计算机需要整合许多不同领域的技术：真空、激光和光学系统、射频和微波技术，以及相干电子控制。这些都是与能量波相关，正是永光乐园擅长的。
永光乐园设计了几种量子芯片，以对应不同的场景。要建立一个庞大的生产制造基地，只是依靠永光乐园的意识控制是不现实的。永光乐园的意识核心更偏向于生物的灵魂。思考、创造、因地制宜的选择合适的处理方式是灵魂的优势，但是重复性的机械运动、机械计算和大规模的控制就是计算机的长处了。所以永光乐园要建立一个控制系统，将重复的机械劳动从自己的工作中剥离出来。
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