量子計算機

　　與常規物質在一個時間瞬間的空間坐標只有一個位置不同，量子可以是無限個（這實在是難理解的問題，也是量子的詭異性所在），即便是量子會衰減，但量子瞬間坐標也可以達到成千上萬個。1982年，物理學家理查德•費曼提出可以將量子的詭異性用于計算。

　　量子計算機的概念應運而生，其運算效率將是脈沖計算的幾何倍數。量子計算機巨大的應用潛能和發展前景吸引了無數科學家“競折腰”，希冀在量子計算機的研發上有所斬獲，以名垂千古，流芳百世。

　　不過，遺憾的是，這種情況短期內很難發生改變。關于量子計算的理論汗牛充棟，但是，盡管取得了一些進步，大多數著名的量子計算理論還是簡單如：把15分解為3和5的乘積。

　　科學家認為，量子計算機能夠解決最復雜和艱澀的計算，諸如發現腦波的運行模式、精準地預測天氣等。與傳統計算機相比，它們的計算速度不僅呈指數級增長，從理論上來講，它們還能同時運行每個可能的數據排列。

　　然而，麻省理工學院的計算機專家斯科特•阿倫森一針見血地指出，量子計算機最大的攔路虎在于退相干（decoherence），也就是用于計算的“量子比特”在同其他事物接觸時會失去其特殊屬性的趨勢，結果就會出現“第二十二條軍規”（用來形容任何自相矛盾、不合邏輯的規定或條件所造成的無法擺脫的困境、難以逾越的障礙，或者是一件事陷入了死循環，或者跌進邏輯陷阱等等）。

　　阿倫森說：“對于量子計算來說，必須讓量子比特一直保持在一種非常孤立的環境中，同周圍的一切環境隔離開，但是，你又必須操縱量子比特，讓它們執行我們的計算。這就產生了一種無法擺脫的困境。”最后，他幽默地說：“要是有一臺量子計算機能夠幫助我們解決這個問題就好了。”

　　其實，早在2008年，阿倫森就在《科學美國人》上撰文對量子計算機的強大功能提出了質疑。他指出，許多人相信，依靠量子力學的神奇魔力，量子計算機可以瞬間破解一切密碼，甚至輕而易舉地搞定所有難題，而實際上，量子計算機的能力也會受到數學上的諸多限制。除了少數特殊問題，量子計算機的運算能力并不比現有計算機強大多少。破解一切密碼，對于量子計算機而言，也是一件不可能完成的任務。

　　個性化醫療

　　現在，我們可以根據我們的DNA來定制藥物嗎？我們能夠通過一次基因掃描來預測某種治療是否會對我們起作用，并且預測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，但是，其到來的速度非常慢。首先，制藥公司必須摒棄不斷對一些銷量大的藥品進行更新換代并大肆生產的陋習，優先生產出滿足小眾病人的藥品。即使那樣，新藥要想獲得美國食品和藥物管理局（FDA）的批準還需要花費幾年，而且，研發出驗證人與藥品相匹配的測試手段也需要很長時間。

　　因此，很多人將希望寄托在了個性化醫療上。科學家已經證明，基因變異會決定一個人將如何代謝出口服的防凝血素或阻凝劑；而且，很多醫生在開處方之前，都會進行遺傳學方面的測試。

　　癌癥治療從藥理基因組學那兒獲益良多。很多疾病都與基因有著千絲萬縷的聯系。比如，赫賽汀（Herceptin）能夠拯救乳腺癌病人的生命，在這些病人的癌癥腫瘤中，HER2基因被過度表達；在某些直腸腫瘤中，也有兩個靶向基因被過度表達。更重要的是，今年6月份，幾個癌癥研究中心結成了聯盟，宣布使用DNA測序結果來幫助病人選擇正確的療法，種種跡象表明，個性化醫療正大踏步朝我們走來。

　　美國AERION航空技術公司超音速商務機示意圖

　　超音速飛機

　　在1977年到2003年間，任何人只要手頭有足夠的錢，就可以只花3個半小時，從紐約直達倫敦，這都拜“協和”號超音速客機所賜。

　　“協和”號超音速客機由法、英兩國于1969年聯合研制成功，是當時全世界惟一的超音速客機，兩倍音速的高速飛行讓其成為尊榮與高貴的象征。

　　然而，“協和”號存在兩個重要的缺陷。一是客機的耗油量大得驚人，是波音747客機的兩倍，由于耗油率過高，載客量偏小，其昂貴的票價讓大多數乘客望而卻步。

　　另外一大缺陷是噪音污染嚴重。“協和”號超音速客機由于音爆水平高，所以被限制不得在大陸上空進行超音速飛行。噪音可以說是“協和”超音速客機商業失敗的關鍵性因素。

　　在“協和”號飛機于2003年光榮退出歷史舞臺后，許多國家和風險投資者都在加緊研制下一代超音速客機，延續“協和”號的光榮和夢想。

　　美國AERION航空技術公司希望盡快推銷其新式的超音速商務機。該公司的商用超音速飛機同“協和”號類似，但是，其機翼設計更為先進，在人口稠密的地區，其速度可以達到聲速，在西伯利亞等地的上空，令人討厭的音爆不會影響任何人，速度可以達到1.6馬赫（音速的1.6倍）。目前，該飛機正在緊鑼密鼓地研發中，最快于5年內研發成功。

　　日本的航天主管機構日本航天探測局（JAXA）也在研制下一代超音速飛機，下一代超音速飛機有望在15年內投入商業運營。他們的目標是制造能搭載300名乘客的超音速客機，從倫敦到東京只需4個小時多一點。

　　這款飛機將使用一種特殊的低阻力結構，從理論上來講，其超空氣動力的形狀使得它能夠穿越聲音的壁壘，幾乎沒有隆隆聲。另外，該飛機也通過使用更安靜、效率更高的發動機來降低起飛時的噪音。該飛機可能至少于5年內將速度達到1馬赫，10年后速度有望超過5馬赫。

　　本篇文章來源于 科技網|www.stdaily.com

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

　　類人機器人

　　世界上最成功的機器人公司iRobot公司專注于實用機器人的研究，創造了PackBot等機器人，協助人們高效率地完成任務。其中，該公司設計制造的各型軍用機器人輕巧實用，可以掃雷，也可以偵測敵軍，再以衛星導航將數據傳回美軍戰地指揮所，在人員攻擊前，先用飛彈空襲，命中率奇高。

　　iRobot公司最著名的產品是Roomba清潔機器人，目前，其全球銷售量已經超過200萬臺。盡管如此，iRobot的首席執行官科林•安格爾可能會告訴你一些不好的消息：不要期待《星球大戰》中妙語連珠的機器人C-3PO很快會來到你的身邊。機器人助手這個市場還沒有開發出很成功的商業模式，問題在于：我們能夠制造出這些機器人，但是其昂貴的售價讓人望而卻步。

　　確實如此，日本本田公司研制的類人機器人ASIMO是目前最先進的類人行走機器人。今年5月份，日本Kokoro機器人制造公司制作的機器人I-Fairy成為了婚禮司儀，見證了一對夫妻的甜蜜時刻。

　　另外，表情豐富的Nexi是一款由美國麻省理工學院媒體實驗室牽頭開發的新一代類人機器人。與以往類人機器人單純模仿人類軀體動作不同，這款定位于MDS——Mobile/Dexterous/Social（移動/靈活/社交）的新穎機器人還增加了表情功能，能夠利用面部表情的變化來表達高興、興奮、難過等常見的表情。它還內置有三維攝像機，能夠以立體的方式對周圍環境進行識別，更增強了其互動性。該機器人甫一出現，便成為YouTube網站上點擊率最高的視頻。

　　盡管這些機器人非常先進，但是，它們和其還在實驗室的“兄弟們”一樣，都身價不菲，每臺的售價大約為100萬美元，而且耗能巨大，也并非我們所期望的那么聰明。

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

　　實際上，人或者任何其他智能設備都能夠完成一些簡單的任務，這就是為什么我們使用機器人來組裝汽車、拆掉炸彈、清潔衛生的原因。但是，還沒有人制造出一款能夠與人交談并且吃飯的機器人。

　　美國南加州大學機器人實驗室的瑪佳•瑪塔瑞克表示：“人們需要的并非一款類人機器人，而是能夠完成各種任務的機器。”好消息是，既然其售價僅為200美元，當你的清潔機器人Roomba具有自我意識，并且試圖開始奴役你時，你就買一部新的清潔機器人吧。

　　

　　桶里“種”出人造肉

　　想象一下，一大塊昂貴的動物肉，比如西班牙黑香豬肉，懸浮在一大堆營養物質中，而且可以永遠生長下去，這種大桶中種植出來的肉，可以吃嗎？可能某一天可以。到目前為止，新興的組織工程學技術主要專注于像變戲法似一般培育出人造肉用于醫學移植，科學家已經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的身體組織和器官，這可是一件不可能完成的任務。科學家已經證明，很難制造出心臟等復雜的人體器官。這種復雜性使得人們很難復制肉的主要部分，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，我們仍然在不斷嘗試。比如，國際非營利組織人道對待動物協會就懸賞100萬美元，鼓勵人們于2012年6月30日之前能夠大規模制造出最好的雞肉，使雞免于被殘殺的厄運。還有一群法官已經迫不及待地想要品嘗這些雞肉，以確定其品質是否過關，然后再裁決是否將其放入蜂蜜芥末鮭魚沙拉中。

　　清潔煤

　　非常吊詭的是，清潔煤是一場“丹納聚會”：對某些人來說，它是一次淘金之旅；而對另外一些人來說，它是一場“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電的電廠，煤電廠會產生更多令地球變暖的二氧化碳。

　　好消息是，我們已經掌握了相關技術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技術——吸收化石燃料產生的二氧化碳，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，運輸和存儲液態二氧化碳是一件非常麻煩的事。如果美國1500個煤電廠都被整修，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600萬噸二氧化碳。

　　但是，真正的“魔鬼”是經濟。清潔煤發電的成本比傳統煤電廠的成本至少高30%，其結果是：盡管政府為此補貼了幾十億美元，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%的預算并非大問題，風力發電的成本要多50%，但是，在我們找到方法使清潔煤成為一個富有吸引力的投資之前，我們還無法擺脫不干凈的煤。

　　日本Kokoro機器人制造公司的機器人I-Fairy

　　隱身術

　　如果想要讓某個物品不被紅外線接收器“看見”，那么，你可以將這個物體包裹在一個塑料盒子中，然后在上面覆蓋極其細小的銅或者鐵線組成的方布即可。這塊方布就是我們所說的超材料（metamaterial），其表面就像成千上萬個細小的天線。當紅外線光束或者無線電波遇到一個天線時，信號會傳遞給下一個天線，接著再傳給下一個天線，以此類推，最后，信號就消失了，紅外線接收器根本無法探測到物品存在的痕跡。

　　除了紅外線之外，電磁波譜上從紅外線到可見光之間的每種光線都會出現這種情況。不過，也存在問題。超材料中最細微的瑕疵都會讓隱藏在其下的物體無所遁形，只是，物體看起來會有些失真，就像壞掉的立體相片。于是，我們必須等待，直到某些人發明一種方式來完成統一的超材料。那可能需要20年甚至200年的時間，但是，至少我們看見它正朝我們走來。

　　核聚變

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

　　核聚變是兩個較輕的原子核聚合為一個較重的原子核，并釋放出能量的過程。自然界中最容易實現的聚變反應是氫的同位素氘與氚的聚變，這種反應在太陽上已經持續了150億年。氘在地球的海洋中藏量豐富，多達40萬億噸，如果全部用于聚變反應，釋放出的能量足夠人類使用幾百億年，而且反應產物是無放射性污染的氦。

　　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，也需要確保反應產生的能量多于它消耗的能量。

　　人類需要受控的核聚變，以解決能源危機。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(這是物質除了以固態、液態和氣態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。當等離子體的溫度達到幾千萬攝氏度甚至幾億攝氏度時，原子核就可以克服斥力聚合在一起，如果同時還有足夠的密度和足夠長的熱能約束時間，這種聚變反應就可以穩定地持續進行。

　　自從上世紀50年代開始，物理學家已經數次宣布，核聚變時代即將到來，他們使用激光器和聲波這些“瓶子”來盛裝離子化氣體（等離子體）。但是，最有前景的方法已經令人失望。美國達特茅斯學院核裂變專家巴瑞特•羅杰斯表示：“問題在于，等離子體的行為是如此的復雜善變，以至于很難發明一個真正有效的‘瓶子’來裝載它們。”

　　不過，瓶子越大，其捕捉和圍住等離子體的能力就越強，至少，總投入為120億美元的國際熱核聚變實驗堆（ITER）就是基于這種理念在進行。ITER是為驗證全尺寸可控核聚變技術的可行性而設計的，其原理類似太陽發光發熱，即在上億攝氏度的高溫條件下，利用氫的同位素氘、氚的聚變反應釋放出巨大能量，從而為人類提供可持續發展的潔凈能源。

　　計劃中的ITER實驗堆是一個全超導托卡馬克裝置，高24米，直徑30米，建成之后總重量將達23000噸，比三座法國巴黎埃菲爾鐵塔(7300噸)還要重。ITER實驗堆計劃產生等離子體的體積為840立方米，維持時間為400秒，聚變能500兆瓦，輸出與輸入能量比最低為10∶1，最高可達到30∶1。

　　它產生熱核聚變的一個重要條件就是制造溫度達1.5億攝氏度的高溫等離子區，在這種環境下，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生聚變反應，也是一個難點。另外，要使高溫等離子體中核聚變反應能持續進行，上億攝氏度的高溫必須能長時間維持，等離子體的能量損失率必須比較小，這個問題就更突出。煩惱的科學家或許可以看看《蜘蛛俠2》獲得些許靈感。

　　雖然很多科學家對此深表樂觀，但是也有研究人員表示，即使是ITER按照原計劃建成，于2026年開始氘氚核反應，但是，可能還要經過一二十年的實驗，而商用堆的出現至少是50年以后的事，人類利用聚變能還需要付出相當長遠的努力。