量子计算机

　　与常规物质在一个时间瞬间的空间坐标只有一个位置不同，量子可以是无限个（这实在是难理解的问题，也是量子的诡异性所在），即便是量子会衰减，但量子瞬间坐标也可以达到成千上万个。1982年，物理学家理查德•费曼提出可以将量子的诡异性用于计算。

　　量子计算机的概念应运而生，其运算效率将是脉冲计算的几何倍数。量子计算机巨大的应用潜能和发展前景吸引了无数科学家“竞折腰”，希冀在量子计算机的研发上有所斩获，以名垂千古，流芳百世。

　　不过，遗憾的是，这种情况短期内很难发生改变。关于量子计算的理论汗牛充栋，但是，尽管取得了一些进步，大多数著名的量子计算理论还是简单如：把15分解为3和5的乘积。

　　科学家认为，量子计算机能够解决最复杂和艰涩的计算，诸如发现脑波的运行模式、精准地预测天气等。与传统计算机相比，它们的计算速度不仅呈指数级增长，从理论上来讲，它们还能同时运行每个可能的数据排列。

　　然而，麻省理工学院的计算机专家斯科特•阿伦森一针见血地指出，量子计算机最大的拦路虎在于退相干（decoherence），也就是用于计算的“量子比特”在同其他事物接触时会失去其特殊属性的趋势，结果就会出现“第二十二条军规”（用来形容任何自相矛盾、不合逻辑的规定或条件所造成的无法摆脱的困境、难以逾越的障碍，或者是一件事陷入了死循环，或者跌进逻辑陷阱等等）。

　　阿伦森说：“对于量子计算来说，必须让量子比特一直保持在一种非常孤立的环境中，同周围的一切环境隔离开，但是，你又必须操纵量子比特，让它们执行我们的计算。这就产生了一种无法摆脱的困境。”最后，他幽默地说：“要是有一台量子计算机能够帮助我们解决这个问题就好了。”

　　其实，早在2008年，阿伦森就在《科学美国人》上撰文对量子计算机的强大功能提出了质疑。他指出，许多人相信，依靠量子力学的神奇魔力，量子计算机可以瞬间破解一切密码，甚至轻而易举地搞定所有难题，而实际上，量子计算机的能力也会受到数学上的诸多限制。除了少数特殊问题，量子计算机的运算能力并不比现有计算机强大多少。破解一切密码，对于量子计算机而言，也是一件不可能完成的任务。

　　个性化医疗

　　现在，我们可以根据我们的DNA来定制药物吗？我们能够通过一次基因扫描来预测某种治疗是否会对我们起作用，并且预测治疗所需药物的剂量是多少吗？

　　更加“聪明”的药品正向我们走来，但是，其到来的速度非常慢。首先，制药公司必须摒弃不断对一些销量大的药品进行更新换代并大肆生产的陋习，优先生产出满足小众病人的药品。即使那样，新药要想获得美国食品和药物管理局（FDA）的批准还需要花费几年，而且，研发出验证人与药品相匹配的测试手段也需要很长时间。

　　因此，很多人将希望寄托在了个性化医疗上。科学家已经证明，基因变异会决定一个人将如何代谢出口服的防凝血素或阻凝剂；而且，很多医生在开处方之前，都会进行遗传学方面的测试。

　　癌症治疗从药理基因组学那儿获益良多。很多疾病都与基因有着千丝万缕的联系。比如，赫赛汀（Herceptin）能够拯救乳腺癌病人的生命，在这些病人的癌症肿瘤中，HER2基因被过度表达；在某些直肠肿瘤中，也有两个靶向基因被过度表达。更重要的是，今年6月份，几个癌症研究中心结成了联盟，宣布使用DNA测序结果来帮助病人选择正确的疗法，种种迹象表明，个性化医疗正大踏步朝我们走来。

　　美国AERION航空技术公司超音速商务机示意图

　　超音速飞机

　　在1977年到2003年间，任何人只要手头有足够的钱，就可以只花3个半小时，从纽约直达伦敦，这都拜“协和”号超音速客机所赐。

　　“协和”号超音速客机由法、英两国于1969年联合研制成功，是当时全世界惟一的超音速客机，两倍音速的高速飞行让其成为尊荣与高贵的象征。

　　然而，“协和”号存在两个重要的缺陷。一是客机的耗油量大得惊人，是波音747客机的两倍，由于耗油率过高，载客量偏小，其昂贵的票价让大多数乘客望而却步。

　　另外一大缺陷是噪音污染严重。“协和”号超音速客机由于音爆水平高，所以被限制不得在大陆上空进行超音速飞行。噪音可以说是“协和”超音速客机商业失败的关键性因素。

　　在“协和”号飞机于2003年光荣退出历史舞台后，许多国家和风险投资者都在加紧研制下一代超音速客机，延续“协和”号的光荣和梦想。

　　美国AERION航空技术公司希望尽快推销其新式的超音速商务机。该公司的商用超音速飞机同“协和”号类似，但是，其机翼设计更为先进，在人口稠密的地区，其速度可以达到声速，在西伯利亚等地的上空，令人讨厌的音爆不会影响任何人，速度可以达到1.6马赫（音速的1.6倍）。目前，该飞机正在紧锣密鼓地研发中，最快于5年内研发成功。

　　日本的航天主管机构日本航天探测局（JAXA）也在研制下一代超音速飞机，下一代超音速飞机有望在15年内投入商业运营。他们的目标是制造能搭载300名乘客的超音速客机，从伦敦到东京只需4个小时多一点。

　　这款飞机将使用一种特殊的低阻力结构，从理论上来讲，其超空气动力的形状使得它能够穿越声音的壁垒，几乎没有隆隆声。另外，该飞机也通过使用更安静、效率更高的发动机来降低起飞时的噪音。该飞机可能至少于5年内将速度达到1马赫，10年后速度有望超过5马赫。

　　本篇文章来源于 科技网|www.stdaily.com

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

　　类人机器人

　　世界上最成功的机器人公司iRobot公司专注于实用机器人的研究，创造了PackBot等机器人，协助人们高效率地完成任务。其中，该公司设计制造的各型军用机器人轻巧实用，可以扫雷，也可以侦测敌军，再以卫星导航将数据传回美军战地指挥所，在人员攻击前，先用飞弹空袭，命中率奇高。

　　iRobot公司最著名的产品是Roomba清洁机器人，目前，其全球销售量已经超过200万台。尽管如此，iRobot的首席执行官科林•安格尔可能会告诉你一些不好的消息：不要期待《星球大战》中妙语连珠的机器人C-3PO很快会来到你的身边。机器人助手这个市场还没有开发出很成功的商业模式，问题在于：我们能够制造出这些机器人，但是其昂贵的售价让人望而却步。

　　确实如此，日本本田公司研制的类人机器人ASIMO是目前最先进的类人行走机器人。今年5月份，日本Kokoro机器人制造公司制作的机器人I-Fairy成为了婚礼司仪，见证了一对夫妻的甜蜜时刻。

　　另外，表情丰富的Nexi是一款由美国麻省理工学院媒体实验室牵头开发的新一代类人机器人。与以往类人机器人单纯模仿人类躯体动作不同，这款定位于MDS——Mobile/Dexterous/Social（移动/灵活/社交）的新颖机器人还增加了表情功能，能够利用面部表情的变化来表达高兴、兴奋、难过等常见的表情。它还内置有三维摄像机，能够以立体的方式对周围环境进行识别，更增强了其互动性。该机器人甫一出现，便成为YouTube网站上点击率最高的视频。

　　尽管这些机器人非常先进，但是，它们和其还在实验室的“兄弟们”一样，都身价不菲，每台的售价大约为100万美元，而且耗能巨大，也并非我们所期望的那么聪明。

　　即使更简单的机器人——宠物机器人，其成本和能力之间也存在巨大的鸿沟。索尼公司的爱宝（AIBO）机器狗尽管有很多“山寨版”，但是，这款售价2500美元机器人的表现却并不尽如人意，因此，其销量也并不可观，不过这并不能抵挡人们对机器人的热情，市场上出现了各式各样的宠物机器人。

　　实际上，人或者任何其他智能设备都能够完成一些简单的任务，这就是为什么我们使用机器人来组装汽车、拆掉炸弹、清洁卫生的原因。但是，还没有人制造出一款能够与人交谈并且吃饭的机器人。

　　美国南加州大学机器人实验室的玛佳•玛塔瑞克表示：“人们需要的并非一款类人机器人，而是能够完成各种任务的机器。”好消息是，既然其售价仅为200美元，当你的清洁机器人Roomba具有自我意识，并且试图开始奴役你时，你就买一部新的清洁机器人吧。

　　桶里“种”出人造肉

　　想象一下，一大块昂贵的动物肉，比如西班牙黑香猪肉，悬浮在一大堆营养物质中，而且可以永远生长下去，这种大桶中种植出来的肉，可以吃吗？可能某一天可以。到目前为止，新兴的组织工程学技术主要专注于像变戏法似一般培育出人造肉用于医学移植，科学家已经成功地制造出了人的皮肤和血管等。

　　如果要想制造出更加精细的身体组织和器官，这可是一件不可能完成的任务。科学家已经证明，很难制造出心脏等复杂的人体器官。这种复杂性使得人们很难复制肉的主要部分，比如肉的组织、滋味以及肌肉和脂肪之间的完美平衡等。

　　但是，我们仍然在不断尝试。比如，国际非营利组织人道对待动物协会就悬赏100万美元，鼓励人们于2012年6月30日之前能够大规模制造出最好的鸡肉，使鸡免于被残杀的厄运。还有一群法官已经迫不及待地想要品尝这些鸡肉，以确定其品质是否过关，然后再裁决是否将其放入蜂蜜芥末鲑鱼沙拉中。

　　清洁煤

　　非常吊诡的是，清洁煤是一场“丹纳聚会”：对某些人来说，它是一次淘金之旅；而对另外一些人来说，它是一场“死亡之旅”。即使我们不介意有毒的灰尘，相比于用其他燃料发电的电厂，煤电厂会产生更多令地球变暖的二氧化碳。

　　好消息是，我们已经掌握了相关技术可以很好地使用这些煤，不需要融化极地的冰帽，这就是碳捕获和存储技术——吸收化石燃料产生的二氧化碳，然后将其紧缩成液体，重新埋入地下。

　　那么，我们面临的难题是什么呢？首先，运输和存储液态二氧化碳是一件非常麻烦的事。如果美国1500个煤电厂都被整修，燃烧清洁煤，以便于我们更好地捕捉二氧化碳，我们每天仍然需要处置约600万吨二氧化碳。

　　但是，真正的“魔鬼”是经济。清洁煤发电的成本比传统煤电厂的成本至少高30%，其结果是：尽管政府为此补贴了几十亿美元，但私人投资却少得可怜。如果我们想要阻止气候变暖，多出30%的预算并非大问题，风力发电的成本要多50%，但是，在我们找到方法使清洁煤成为一个富有吸引力的投资之前，我们还无法摆脱不干净的煤。

　　日本Kokoro机器人制造公司的机器人I-Fairy

　　隐身术

　　如果想要让某个物品不被红外线接收器“看见”，那么，你可以将这个物体包裹在一个塑料盒子中，然后在上面覆盖极其细小的铜或者铁线组成的方布即可。这块方布就是我们所说的超材料（metamaterial），其表面就像成千上万个细小的天线。当红外线光束或者无线电波遇到一个天线时，信号会传递给下一个天线，接着再传给下一个天线，以此类推，最后，信号就消失了，红外线接收器根本无法探测到物品存在的痕迹。

　　除了红外线之外，电磁波谱上从红外线到可见光之间的每种光线都会出现这种情况。不过，也存在问题。超材料中最细微的瑕疵都会让隐藏在其下的物体无所遁形，只是，物体看起来会有些失真，就像坏掉的立体相片。于是，我们必须等待，直到某些人发明一种方式来完成统一的超材料。那可能需要20年甚至200年的时间，但是，至少我们看见它正朝我们走来。

　　核聚变

　　将等离子加热到1.5亿摄氏度，并且控制它，这难道不是一个很伟大的想法吗？既然星星能够做到这一点，为什么我们不能呢？对核聚变抱着美好想象的人如是认为。他们相信，人类使用熔融的原子核，能够制造出几乎用之不竭的能源。

　　核聚变是两个较轻的原子核聚合为一个较重的原子核，并释放出能量的过程。自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素氘与氚的聚变，这种反应在太阳上已经持续了150亿年。氘在地球的海洋中藏量丰富，多达40万亿吨，如果全部用于聚变反应，释放出的能量足够人类使用几百亿年，而且反应产物是无放射性污染的氦。

　　热核炸弹也依靠核聚变。将核聚变用于和平目的的技巧在于很好地控制它；另外，也需要确保反应产生的能量多于它消耗的能量。

　　人类需要受控的核聚变，以解决能源危机。聚变的第一步是要使燃料（氘和氚的混合物)处于等离子体态(这是物质除了以固态、液态和气态存在之外的第四种存在形式)，然后再用电与磁的方法束缚、控制它们。当等离子体的温度达到几千万摄氏度甚至几亿摄氏度时，原子核就可以克服斥力聚合在一起，如果同时还有足够的密度和足够长的热能约束时间，这种聚变反应就可以稳定地持续进行。

　　自从上世纪50年代开始，物理学家已经数次宣布，核聚变时代即将到来，他们使用激光器和声波这些“瓶子”来盛装离子化气体（等离子体）。但是，最有前景的方法已经令人失望。美国达特茅斯学院核裂变专家巴瑞特•罗杰斯表示：“问题在于，等离子体的行为是如此的复杂善变，以至于很难发明一个真正有效的‘瓶子’来装载它们。”

　　不过，瓶子越大，其捕捉和围住等离子体的能力就越强，至少，总投入为120亿美元的国际热核聚变实验堆（ITER）就是基于这种理念在进行。ITER是为验证全尺寸可控核聚变技术的可行性而设计的，其原理类似太阳发光发热，即在上亿摄氏度的高温条件下，利用氢的同位素氘、氚的聚变反应释放出巨大能量，从而为人类提供可持续发展的洁净能源。

　　计划中的ITER实验堆是一个全超导托卡马克装置，高24米，直径30米，建成之后总重量将达23000吨，比三座法国巴黎埃菲尔铁塔(7300吨)还要重。ITER实验堆计划产生等离子体的体积为840立方米，维持时间为400秒，聚变能500兆瓦，输出与输入能量比最低为10∶1，最高可达到30∶1。

　　它产生热核聚变的一个重要条件就是制造温度达1.5亿摄氏度的高温等离子区，在这种环境下，带正电的氘核和氚核得以克服静电斥力互相碰撞。

　　ITER面临的问题包括使用什么方法及如何加热气体，使得等离子体温度能上升到1.5亿摄氏度。在这样的高温条件下，怎么防止高温等离子体逃逸或飞散，让这些原子核能够充分地产生聚变反应，也是一个难点。另外，要使高温等离子体中核聚变反应能持续进行，上亿摄氏度的高温必须能长时间维持，等离子体的能量损失率必须比较小，这个问题就更突出。烦恼的科学家或许可以看看《蜘蛛侠2》获得些许灵感。

　　虽然很多科学家对此深表乐观，但是也有研究人员表示，即使是ITER按照原计划建成，于2026年开始氘氚核反应，但是，可能还要经过一二十年的实验，而商用堆的出现至少是50年以后的事，人类利用聚变能还需要付出相当长远的努力。