（工程技术，剑桥）
你能把电脑做到多小？这是很多电脑工程师近年来一直都在思考的问题，最简单的答案是：电脑可以做到很小很小。2013年，一部能够正常工作的电脑即可达到沙粒般大小，能够植入人的眼睛里，用于监测青光眼，制作者根据圣经典故不失机智地将其命名为微“木屑”（“Mote”）。[1] 该装置配有处理器、数据储存器、无线连接等设备，由照射在眼睛上的阳光提供驱动力。
欧盟2005年启动了Pico-Inside项目，曾经开发出一个简单的逻辑门组件，尺寸比“木屑”还要小得多，仅由30个原子构成，但是拥有14个晶体管的逻辑能力。这意味着即使是最高倍的光学显微镜也看不到它，只能用最先进的扫描隧道显微镜和原子力显微镜才能观察到它。换言之，一个“木屑”青光眼检测器内可放置大约一兆个这样的微处理器！
早在20世纪60年代，电脑业的先驱及英特尔创始人戈登·摩尔（Gordon Moore）就曾注意到一个惊人的事实。1958年，科学家将两个晶体管一起连入集成电路并放进硅晶体里，制造出世界上第一块“硅芯片”。从那以后，摩尔注意到芯片上的晶体管数量每年都会翻一番；与此同时，电子设备的尺寸也在逐年递减。这就是著名的“摩尔定律”。
虽然电子电脑业的“微型化”脚步近年来有所放缓，晶体管数量的增长每两年才会翻一番，但我们今天还是拥有了为数众多且功能惊人的“智能”设备。有些不久前只有超级计算机才拥有的功能如今已经成为平板电脑和智能手机的常规功能。每当有人声称微型化已经走到了尽头的时候，电脑科技研发人员似乎总能想出办法将电子元件塞进更小的空间。
问题是，这种微型化趋势到底还能走多远？如果换个角度也可以这样问：你为什么想要所有东西都变得更小呢？
看上去我们目前好像已经到了传统晶体管所能达到的极限，因为现在已经达到了纳米级，即十亿分之一米，已经差不多和病毒一样大小。如果想要再小，很有可能会遇到不少问题。晶体管的作用相当于“大门”，可以控制电子流的开和关。制造晶体管的“半导体”材料通过开和关放行或阻止电子的流动。一旦这些屏障的尺寸降低到纳米级别就会产生量子效应，会出现量子隧穿现象。量子隧穿指电子隧道能够穿越屏障，从而使屏障名存实亡。（实际上并不存在这样的隧道，只不过是电子在屏障的一侧消失，然后在另一侧重新出现。）如果量子隧穿导致门户无法起到阻挡电子的作用，则晶体管就无法正常工作。鉴于目前最小的晶体管只有30纳米多一点，所以或许很快就会达到极限。
晶体管所提供的逻辑门是电脑运作的基础，能够定义最基本的逻辑关系：是/非、与/或、0/1。如果晶体管达到极限的话，还能用其他方法制造出可以超越这一量子极限的逻辑门吗？Pico-Inside项目团队和其他科学家的任务就是要寻找这一问题的答案。他们不是想方设法将电子元件放入更小的空间，而是从最基础开始，尝试用原子一点一点地构建出一部电脑，这样就可以从量子效应中受益，而不是被其打败。他们制造这样的电脑需要借助原子力显微镜才能将原子移动到位。除了由30个原子构成的逻辑门之外，他们目前已经成功地用原子组合出单分子构造的车辆、传动装置、车轮，甚至还有发动机。当然，距离成功组装出一部可正常运作的电脑还有很长一段路要走，但其可行性也是显而易见的。
这种纳米级的电脑所面临的最大问题不是处理能力，而是周边设备。试问这些电脑应该如何驱动？如何散热降温？如何与其他设备连接？就算到时真的能制造出分子大小的电脑，如果必须配备比它大一兆倍的无线插件来传输数据，甚至需要更大功能的太阳能电池才能让它正常工作，那又有什么用处呢？况且太阳能电池在不见天日的暗处也毫无用武之地。如果真的想要将纳米电脑变成现实的话，那就必须先解决所有这些问题才行。
如果放弃晶体管化电脑所提供的简单的逻辑门，用“量子计算”来代替，这倒有可能开发出比纳米电脑更先进的产品。但这样做的目的不是要制造出更小的电脑，而是要充分利用量子效应来达到更快的速度，最后殊途同归达到同样的目的，使电脑的体积大幅降低。因为想要制造出量子电脑就必须将一切降至量子效应能够发挥作用的级别，即原子、电子，甚至是光子级别。如果有朝一日真的能够制造出量子电脑，那么处理器一定是原子粒子或亚原子粒子级别的了。
传统电脑使用比特，即只有0或1。如果使用量子比特，量子效应所产生的叠加不仅会产生0或1，还有可能同时出现0和1。传统电脑进行计算的时候会按顺序运行所有可能性；而量子比特则可以同时运行所有的可能。这就意味着相比传统电脑，量子电脑因为可以同时处理多个任务，解决问题的速度就会快几百万倍。
2014年，加拿大公司D-Wave声称制造出全球首个商业量子电脑，并因此登上《时代》杂志的封面。D-Wave电脑在外形上很像一个大衣柜，不过没有人能够断言它是否为真正意义上的量子电脑，也不能肯定这种电脑到底有什么实际用处。据称该电脑因为运算速度超快所以能够为金融交易赢得先机，从而创造真正的商业价值。至于它对人类还有哪些别的用处目前尚未有定论。
这也是微型电脑所面临的问题之一：尺寸降到这么小到底为了什么？要知道，现在有些纤薄型手机放家里都有可能一个不小心就找不到了，那我们为什么还想要沙粒般大小的电脑呢？我认为至少有两个原因。
首先，手机般大小的电脑设备能使运算能力大幅提高，从而实现目前做不到的很多神奇功能。不过也有评论家认为不应该从这个角度看问题，因为我们不需要提高单个电脑的运行能力，而是应该提高连接效率，从而使一部电脑拥有连接到同一网络所有电脑的计算能力，正如云计算的运行原理一样。这样一来，个人终端的运算能力就不需要很大，因为它所拥有的是整个云上的总运算能力。
其次，纳米电脑让我们可以在纳米级别对事物进行操控，其中最激动人心的要数人体控制这一领域。我在上文中提到过可植入人眼的青光眼检测器；此外，纳米电脑还可植入血管对血液流动进行监控或者帮助医生从体内进行疾病诊断。单个的微型电脑能够做的事情或许十分有限，但是如果将一大批纳米电脑放在药丸里一口吞下就有可能分解血液中的胆固醇或者进入肾脏迅速去除那里的结石。
此外，有些科学家还在研究如何增强有机分子的能力，制造出可生物降解的电脑植入活体细胞，用以消灭癌细胞或者将药物直接送达某些指定的细胞。
有朝一日人类可以用小到匪夷所思的微型电脑从人体内部持续修补出问题的器官，这一发展前景虽然有些令人不安，但总的来说还算诱人，一旦成为现实必将成为人类医学史上最惊人的突破。此外，纳米电脑的用途十分广泛，既可以用于管道内部的清理工作，也可以逐个分子逐个分子地构建新药物。
当然，要将这些设想变成现实还有很长一段路要走，如何制造、连接这些设施，以及如何为其提供动力等一系列问题也亟待解决。但是，看一下身边这些我们现在已经习以为常的电子设备，通过一部小小的手机就能从世界各地几乎每个角落联入互联网，六十年前有谁能想到人类可以制造出功能如此强大、规格如此小的电脑呢？
就个人而言，我做不出比算盘更小、更复杂的电脑，但有些人做得到。不过我有个更好的办法：我可以造出目前为止最精良、高效的电脑——人类的大脑。即使对成年人来说，大脑所占人体的比例也非常之小，但其功能却是人类目前已知最为强大的。所以亲爱的，今晚咱俩一起造部超级电脑怎么样？
【注释】
[1]“为什么看见你弟兄眼中的木屑，却不理会自己眼中的梁木呢？”（马太福音7:3）
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