當10億赫茲仍嫌太慢時
物理和資訊理論匯流自量子力學中心準則：自然根本是離散而不連續的。用有限數目的位元就可描述一個物理系統。系統中每個粒子的作用類似電腦裡的邏輯閘。粒子的自旋「軸」會指向兩個方向之一，因而記錄一個位元資訊，也可藉由翻轉而執行一個簡單的運算操作。

系統的時間也是離散而不連續的。翻轉一個位元只需最少量的時間。決定實際所需時間的定理，是以兩位資訊處理物理的先驅為名─麻省理工學院的馬枸勒斯（Norman Margolus）與波士頓大學的萊維汀（Lev Levitin）。該定理與海森堡測不準原理有關（海森堡測不準原理是指測量位置與動量，或時間與能量等物理量時，其準確性會有得失平衡），認為翻轉一個位元所需的時間t，取決於所施加的能量E。施加愈多的能量，所需時間就愈少。此規則以數學表示為t≧h /4E，h 是量子理論的主要參數︰普朗克常數。例如，某種實驗性的量子電腦以質子儲存位元，以磁場使它們翻轉。運算的操作會在馬枸勒斯–萊維汀定理所允許的最短時間內完成。

這個定理可以導出大量的結論，涉及範圍從時空幾何的界限，到宇宙整體的運算能力等。我們現在以普通物質運算能力的限制，做為熱身活動。假設有個體積一公升而質量一公斤的物質，我們稱此裝置為終極筆記型電腦。

此電腦的電池就是這個物質本身，依照愛因斯坦的著名公式E＝mc2，將質量直接轉換成能量。若將此能量全部用來翻轉位元，這個電腦每秒可執行1051個運算，速率會隨著能量的降低而減緩。此機器的記憶容量可用熱力學計算出來。當一公斤的物質在一公升的體積內轉化為能量時，溫度將到達絕對溫度10億K。它的熵（與能量除以溫度的值成正比）相當於1031位元的資訊。終極筆記型電腦利用其內部基本粒子的微觀運動與快速變換的位置儲存資訊。每一個被熱力學定律所允許的位元，都派上用場。

每當粒子交互作用時，可能會導致對方翻轉。這個過程可以使用如C或Java等程式語言來想像：粒子就像變數，它們的交互作用則是類似加法的運算。每個位元每秒可翻轉1020次，大約比振盪頻率10億赫茲的時鐘快1000億倍。事實上，此系統實在太快了，根本無法以中央時鐘控制。翻轉一個位元所需的時間，大約等於將訊號由一個位元傳到它鄰近位元的時間。所以，終極筆記型電腦是高度平行化的：它不是以單一處理器運作，而是以廣大的處理器陣列、每個處理器幾乎獨立運作，但結果是處理器之間的傳輸溝通相對較為緩慢。

對照之下，傳統的電腦每秒可翻轉位元109次，儲存1012位元並含有一個處理器。假如摩爾定律可繼續維持下去，你的後代子孫大約可在23世紀來臨前買到這種終極筆記型電腦。工程師必須找到在比太陽核心還熱的電漿中，精確控制粒子交互作用的方法，而且大部份的通訊頻寬將被用來控制電腦以及處理誤差。還有，工程師也必須能解決某些錯綜複雜的套裝問題。

在某種意義上，如果你認識正確的人，你早已能夠買到這種裝置。一公斤大小的物質完全轉化為能量─這正是一顆2000萬噸氫彈的實際定義。一個爆炸中的核子武器可說是正在處理巨量的資訊，它的初始配置就是輸入，而它所散發的輻射就是輸出。

來自 http://www.sciam.com.tw/read/read...=590&DocNo=949