让电脑更快的新方法
让电脑更快的新方法
1943年12月的一个雾天，世界上首台可编程的数字电子计算机在伦敦西郊诞生了。二战期间，它为盟军快速破译纳粹的密码电报，立下了汗马功劳。在这台名为“巨人”的计算机上，指令以打孔的形式“写”在纸带上，它每小时要“吃”进去数英里的纸带。
自那以后，计算机已经走过了70多个的"春秋。尽管今天普通的手机只有“巨人”体积的10万分之一，速度快了近100万倍，但其工作原理一直没变——通过操控电荷(主要是电子)来实现运算。唯一的区别是，元件越做越小了。
但是，了瓶颈。事实上，当晶体管做到几个纳米量级时，我们已经控制不了电子。雪上加霜的是，电荷的移动必然要产生热量，而在芯片那么一个密集着数亿晶体管的“弹丸之地”上，散热成了一个大难题。这些问题阻碍了电脑的进一步发展。
事情到了这一步，就需要我们反思了：难道电脑的一切操作非得依赖操控电荷来实现吗?有没有其他替代的办法?
这样，电子的另一种特性——与磁性有关的自旋，就被许多人寄予了厚望。如果电脑的工作原理，由过去的操控电荷改换到操控自旋，那将带来一场巨大的革命。
粒子的基本属性——自旋
自旋是包括电子在内的基本粒子拥有的一种量子属性。电子的自旋经常被描述为一个带电小球绕着自己的轴在转。尽管这幅图像很直观，但带有很大的误导性。宏观的一个球可以在任意方向上以任意速度自转，但电子的自旋被严格限定只有两种朝向，通常称作“上”和“下”;而且，其自旋角动量是一个固定值。
事实上，如果电子真是我们想像中的一个自转小球的话，那根据计算，它表面的转动速度比光速还快好几倍呢，而这违反了爱因斯坦的相对论。
关于自旋，我们知道它与磁密切相关。在一块永磁体中，无数电子的自旋被调整到朝同一个方向，于是就产生了磁场，否则它们的效果两两抵消，就显不出磁性。如果施加一个足够强的反向磁场，这些电子的自旋方向就会发生翻转，使得磁体的南北极互换。
