机械计算机的未来：从切纸艺术到复杂计算

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机械计算机的未来：从切纸艺术到复杂计算

2024年6月26日，北卡罗来纳州立大学（2024USNews美国大学排名：60）的研究人员开发了一种受切纸艺术启发的机械计算机。这种计算机使用复杂的刚性聚合物立方体结构来存储、检索和擦除数据，而无需依赖电子元件。这一创新不仅展示了机械计算机在数据处理方面的潜力，还为未来的计算技术提供了新的思路。

切纸艺术与机械计算机的结合

切纸艺术是一种古老的艺术形式，通过剪切和折叠纸张来创造复杂的图案和结构。北卡罗来纳州立大学的研究人员受此启发，开发了一种机械计算机，利用刚性聚合物立方体结构来实现数据存储和处理。这种计算机的基本单元是1厘米的塑料立方体，这些立方体可以通过物理或磁性方式推动，从而改变其几何结构，实现数据的存储和检索。

这种设计的一个显著特点是其可逆功能。用户可以控制何时允许编辑数据以及何时将数据锁定。这种功能在数据安全和隐私保护方面具有重要意义，特别是在需要频繁更新和修改数据的应用场景中。

刚性聚合物立方体结构的应用

这种机械计算机的核心是刚性聚合物立方体结构。每个立方体可以表示多个状态，不仅限于二进制的0和1。研究人员展示了一个概念验证系统，其中立方体可以有五种或更多不同的状态。这意味着这种系统不仅可以在二进制框架内工作，还可以进行更复杂的计算。

这些立方体通过弹性胶带连接，组成64个互连立方体的功能单元。通过改变这些功能单元的配置，可以实现数据的存储、检索和擦除。研究人员还探讨了这些元结构在创建三维机械加密或解密系统中的潜力。例如，特定配置的功能单元可以作为3D密码，用于保护敏感信息。

可逆功能与数据编辑

机械计算机的一个重要特点是其可逆功能。用户可以控制何时允许数据编辑以及何时将数据锁定。这种功能在数据安全和隐私保护方面具有重要意义。通过物理推拉或磁场远程操作，这些立方体的几何结构会发生变化，从而实现数据存储和复杂计算。

这种设计不仅在数据存储和检索方面具有优势，还可以用于创建三维机械加密或解密系统。研究人员表示，这种结构的信息密度非常高，可以用于保护敏感数据。

超越二进制：复杂计算的潜力

尽管这项研究主要集中在二进制计算功能上，但其潜力远不止于此。每个立方体可以表示多个状态，这意味着这种机械计算机可以进行更复杂的计算。随着硬件的显著进步和对未来应用的乐观态度，量子计算的兴趣正在稳步增长。量子计算技术有望解决目前经典计算机难以应对的复杂问题，涵盖领域包括制药、材料科学、人工智能、金融服务和密码学等。

量子计算机依赖于量子比特（qubits），这些比特可以存在于叠加状态，与严格二进制的经典比特不同。这一独特的范式使量子计算机能够同时对多种可能性进行并行计算，为解决特定问题提供了指数级的处理能力。此外，这些设备利用纠缠原理，使量子比特相互关联，从而实现复杂的计算和通信协议。

尽管量子计算的广泛可用性时间表仍不确定，但当前的进展表明量子时代已经到来。当前的进展类似于2000年代初期的人工智能，标志着早期阶段的重大发现。量子计算目前面临的挑战包括量子比特的稳定性和错误纠正。