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第423章 目光所及,皆为可能!从原子到星辰的计算畅想!

“如果我能精确追踪和调控这杯水中每一个水分子的运动轨迹和相互作用,或者至少是它们的系综统计分布,”秦风的眼神越来越亮,“是否就能利用它们来进行某种‘流体动力学模拟计算’,或者模拟某些复杂的非平衡态物理过程,例如湍流的形成、蛋白质的折叠?甚至……利用水分子之间那独特的、具有方向性和可重构性的氢键网络,来构建某种液态的、具有自修复能力的、甚至能够进行‘形态计算’的‘分子逻辑网络’?”

秦风的目光又落在了窗台上,那里因为几天没有打扫,积了一层薄薄的灰尘。在透过窗格的阳光的照射下,可以清晰地看到无数微小的尘埃颗粒,在空气中做着不规则的、永不停歇的“之”字形舞蹈。这是典型的布朗运动,是微观粒子无规则热运动的宏观体现。

但在秦风眼中,这些看似“肮脏”和“无用”的尘埃,却也可能隐藏着计算的奥秘。“这些尘埃颗粒,每一个都由亿万个原子构成。而每一个原子内部,电子都在围绕原子核高速旋转,并时刻受到来自真空量子涨落的微扰。这些微观的、永不停歇的量子涨落,是否也蕴含着某种可以被‘提取’和‘利用’的、真正的随机性资源?如果我能设计出一种极其灵敏的装置,能够精确地测量和放大这些尘埃颗粒因量子涨落而产生的微小位移或状态变化,是否就能构建出一种基于‘真随机数’的、用于密码学安全、蒙特卡洛模拟、或者某些需要引入随机性的优化算法的‘量子噪声计算机’?甚至,利用大量尘埃颗粒在特定外场(如声场或电磁场)驱动下的集体行为,来实现某种‘群体智能计算’?”

秦风的思维,如同挣脱了所有缰绳的野马,开始在“万物皆可计算”的广阔无垠的草原上肆意驰骋!他的目光所及,不再是冰冷的物质,而是充满了潜在计算能力的信息载体!

从原子到星辰:匪夷所思的“自然计算”畅想

他的目光,不再局限于身边触手可及的平凡事物,而是开始向着更微观的原子尺度,以及更宏观的宇宙尺度,进行着一场场匪夷所思的“计算畅想”。

在微观的量子世界:

“一个孤立的原子,其核外电子在不同量子化能级之间的跃迁,本身就可以被视为一种天然的、完美的‘量子比特’。通过精确控制外加电磁场(如激光或微波)的频率、强度和相位,我们就可以实现对这些‘原子量子比特’的初始化、逻辑门操控和最终态读取。那么,一块普通的金属,或者一杯普通的电解质溶液,其中蕴含的原子数量何止亿万京兆?如果我能找到一种方法,将这些海量的、看似杂乱无章的原子‘组织’起来,利用它们之间固有的相互作用(如偶极-偶极相互作用、交换相互作用等),或者通过外加的调控场,让它们协同进行大规模的并行量子计算,那其等效的运算能力,岂不是要突破天际?这不就是某种形式的‘固态量子计算机’或‘液态核磁共振量子计算机’的终极形态吗?”

“DNA分子,那由腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)、鸟嘌呤(G)四种脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接而成的、具有独特双螺旋结构的生物大分子,本身就是一种经过数十亿年自然选择进化出来的、极其高效和稳定的信息存储和复制系统。其信息存储密度之高,远超目前任何人工存储介质。而生物体内的各种限制性内切酶、连接酶、聚合酶等,在DNA链上进行精确的剪切、粘贴、复制、转录等操作,不就是一种天然的、高度并行的、并且具有极高特异性的‘分子级逻辑运算’吗?阿德勒曼在1994年利用DNA分子成功解决了七个节点的‘哈密尔顿路径问题’(一种经典的NP完全问题),已经雄辩地证明了用DNA分子进行计算的可行性。那么,我是否可以借鉴这种思路,结合我之前对拓扑学和图论的理解,设计出一种能够利用DNA自组装、链取代反应、以及特定酶催化反应,来进行大规模并行搜索、组合优化、或者复杂模式识别的‘可编程生物分子计算机’?甚至,利用DNA折纸术(DNA Origami)构建出纳米尺度的、具有特定计算功能的‘分子机器人’?”

在宏观的经典世界与宇宙尺度:

“一杯正在冷却的热咖啡,从刚泡好的滚烫状态,逐渐向室温冷却,其内部无数咖啡分子的动能和势能分布,以及它们所形成的宏观温度场,都在发生着不可逆的演化。这个过程,不就是一个典型的、趋向于热力学平衡态的‘弛豫过程’吗?在这个过程中,系统的熵在不断增加,其宏观有序度在不断降低,自由能在不断减少。如果我能将某个复杂的优化问题的解空间,巧妙地映射到这个咖啡系统的某个能量极小状态(例如,将着名的‘旅行商问题’的最短路径,编码为咖啡中某些特殊示踪粒子在冷却过程中形成的某种能量最低的排列构型),那么,通过让这杯咖啡在精确控制的条件下自然冷却,是否就能以一定的概率,‘退火’到一个接近全局最优解的状态?这不就是大名鼎鼎的‘模拟退火算法’(Simulated Annealing)的某种物理实现吗?虽然效率可能不高,但其原理却充满了‘道法自然’的智慧!”

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