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计算中的“神谕”

摘要：本文通过回顾对计算工具的发展历史和人类对计算本质认识的历史，

提出量子计算系统的发展和成熟，会为最终解开量子世界的“神谕”提供工具和思

考方法。并且提出了人类认识未知世界的规律：“计算工具不断发展——整体思

维能力的不断增强——公理系统的不断扩大——旧的神谕被解决——新的神谕

不断产生”不断循环。

关键词：计算工具；图灵模型；量子计算；哥德尔不完备定理；神谕

一、引言与计算的产生

在人类社会的早期时代，加减乘除的概念就被人们所认识到。随着人类

文明的发展和技术的进步，对求方程的解，求函数的微分和积分等概念也纳入了

计算的范畴。伴随人类生产活动的不断增加，人们对计算的要求也越来越大，计

算工具也再不断的改进。

二、远古的计算工具

人们开始产生计算之日，便不断寻求能方便进行和加速计算的工具。因此，

计算和计算工具是息息相关的。

早在公元前5世纪，中国人已开始用算筹作为计算工具，并在公元前3世纪

得到普遍的采用，一直沿用了二千年。后来，人们发明了算盘，并在15世纪得

到普遍采用，取代了算筹。它是在算筹基础上发明的，比算筹更加方便实用，同

时还把算法口诀化，从而加快了计算速度。因此源用至今，并流传到海外，成为

一种国际性的计算工具。

三、近代计算系统

近代的科学发展促进了计算工具的发展：在1614年，对数被发明以后，

乘除运算可以化为加减运算，对数计算尺便是依据这一特点来设计。1620年，

冈特最先利用对数计算尺来计算乘除。1850年，曼南在计算尺上装上光标，因

此而受到当时科学工作者，特别是工程技术人员所广泛采用。

机械式计算器是与计算尺同时出现的，是计算工具上的一大发明。帕斯

卡于1642年发明了帕斯卡加法器。在1671年，莱布尼茨发明了一种能作四则运

算的手摇计算器，是长1米的大盒子。自此以后，经过人们在这方面多年的研究，

特别是经过托马斯、奥德内尔等人的改良后，出现了多种多样的手摇计算器，并

风行全世界。

四、电动计算机

英国的巴贝奇于1834年，设计了一部完全程序控制的分析机，可惜碍于

当时的机械技术所限制而没有制成，但已包含了现代计算的基本思想和主要的组

成部分了。

此后，由于电力技术有了很大的发展，电动式计算器便慢慢取代以人工为动

力的计算器。1941年，德国的楚泽采用了继电器，制成了第一部通用过程控制

计算器，实现了100多年前巴贝奇的理想。

五、电子计算机

20世纪初，电子管的出现，使计算器的改革有了新的发展，并由于二次

大战的迫切的军事需要，美国宾夕法尼亚大学和有关单位在1946年制成了第一

台电子计算器。

电子计算机的出现和发展，让人类进入了一个全新的时代。它极大影响了经

济社会发展，并彻底改变了人们的生活。电子计算机是二十世纪最伟大的发明之

一，也当之无愧地被认为是迄今为止由科学和技术所创造的最具影响力的现代工

具。

在电子计算机和信息技术高速发展过程中，因特尔公司的创始人之一戈

登·摩尔(GodonMoore)对电子计算机产业所依赖的半导体技术的发展作出预

言：半导体芯片的集成度将每两年翻一番。事实证明，自二十世纪60年代以后

的数十年内，芯片的集成度和电子计算机的计算速度实际是每十八个月就翻一

番，而价格却随之降低一倍。这种奇迹般的发展速率被公认为“摩尔定律”。

六、“摩尔定律”与“计算的极限”

人类是否可以将电子计算机的运算速度永无止境地提升?传统计算机计

算能力的提高有没有极限?对此问题，学者们在进行严密论证后给出了否定的答

案。

如果电子计算机的计算能力无限提高，最终地球上所有的能量将转换为计算

的结果——造成熵的降低，这种向低熵方向无限发展的运动被哲学界认为是禁止

的，因此，传统电子计算机的计算能力必有上限。

而以IBM研究中心朗道(R.Landauer)为代表的理论科学家认为到二十一世

纪三十年代，芯片内导线的宽度将窄到纳米尺度(1纳米=10-9米)，此时，导

线内运动的电子将不再遵循经典物理规律——牛顿力学沿导线运行，而是按照量

子力学的规律表现出奇特的“电子乱窜”的现象，从而导致芯片无法正常工作；同

样，芯片中晶体管的体积小到一定临界尺寸(约5纳米)