宇宙計算機

將近50年前，Intel公司的創始人之一戈登·摩爾提出了一條定律，這就是現在廣為人知的摩爾定律：集成電路芯片的集成度每18個月提高一倍。迄今為止，半導體工業仍然忠實地按照摩爾定律的方向前進。然而，人們仍然在不停的懷疑，摩爾定律到底能夠維持多久？

要預測10年或是100年後的芯片製造技術決非易事──想想看，10年前你絕不會相信今天的3D遊戲會如此的逼真；20年前，一台今天來説極普通的家用電腦都能稱得上超級電腦。誰能知道10年後我們會使用什麼樣的電腦呢？

但是，給技術的發展確定一個極限卻絕非不可能。另外一個例子是田徑運動的紀錄。如果俄國撐杆跳運動員布勃卡每次把紀錄提高1釐米，撐杆跳的記錄存在上限嗎？當然存在，我們可以下結論：布勃卡最多跳150億光年高──那是我們這個宇宙的大小。同樣，根據愛因斯坦的相對論，100米跑的成績極限是100m/c（c為真空光速），運動員無論如何也不能像閃電那麼快。

這種結論毫無疑問會令人暈倒。誇張，太誇張了。然而，從理論上，這些結論無懈可擊。難道不是嗎？布勃卡跳不出宇宙（其實我們還能進一步確定這個上限：只要計算一下布勃卡體內到底能儲存多少能量），劉易斯也不能追上光。當然，這種結論也可能毫無用處。

不過，確定這種物理極限也是一種嚴肅的研究項目。在6月10日出版的《物理評論快報》上，麻省理工學院的賽斯·勞埃德（Seth Lloyd）；計算出了我們能夠建造的──不過恐怕誰也不相信它能被建造出來──最大計算機的性能。這個計算機，就是宇宙。

大約在兩年前，勞埃德在《自然》雜誌上發表了一篇文章，計算了一台“終極筆記本電腦”的性能。他所依據的不是任何已知的計算機制造技術，而是基本的物理規律：光速、普朗克常數、萬有引力常數。

每一個物理系統，例如一塊水果糖；一杯水、一罐氧氣，都由粒子組成。信息論認為，粒子的狀態能夠用來存儲0或者1。也就是説，物理系統可以看作一種“存儲器”。如果粒子狀態改變了，0或1也就相應的改變，這可以視為一種“運算”。按照這種觀點，任何物質都能被視為一台計算機。

假設有這樣一台“終極筆記本電腦”，它的質量是1千克，體積是1升，這差不多是一台主流筆記本電腦的質量和體積。勞埃德使用物理定律確定了這枱筆記本電腦的性能上限。計算過程可能有點讓人費解，簡單説來是這樣的。對於計算機，進行計算需要能量；還需要時間。“終極筆記本電腦”所包含的能量可以通過愛因斯坦的質能關係計算出，那大約是（10的17次方）焦耳（無論如何也不能再多了，即便這台電腦擁有最新型號的鋰離子電池）。根據它所包含的能量，再加上量子物理學的原理，勞埃德最終得出了一個數字：每秒運算（10的51次方）次。

勞埃德説，這一結論表明，宇宙計算機的程序可以被視作原始量子漲落，它相當於產生星系的“種子”，但是“它不運行Windows或者Linux，我們應該希望它永遠不會。”

其他的科學家還從這一成果中看到的宇宙的短處。北加利福尼亞大學的Y. Jack Ng認為，勞埃德的結論表明，宇宙計算機不太“聰明”，它的效率不高，一次操作只能處理一個比特。

當然，這個看起來十分古怪的理論還有另外一個用途。根據勞埃德的“終極筆記本電腦”理論，250年之後，摩爾定律將達到它最終的極限。