以物理學角度展望信息技術的發展

劉星宇

摘 要：本文將從物理學知識點出發，對上個世紀以來信息技術的飛速發展進行分析與探究，并從中展望兩者之間未來的發展與聯系。

關鍵詞：物理學；信息技術；量子處理；人工智能

在經濟飛速發展的今天，信息技術的一次次更新引發了新一代的信息革命。掌握信息技術的核心領域，對一個國家來說，就是站在了時代的前沿。然而，是什么使信息技術得到如此迅猛的發展？那就是物理學理論的不斷突破。因此，物理學與信息技術發展有著緊密的聯系，展望兩者之間的聯系，重視理論知識的研究與發現，具有一定的現實意義。

一、物理學與信息技術的聯系

在近代物理學史上，出現了兩位劃時代的人物，他們分別開啟了物理學的兩扇大門，直接引領了近現代以來科學技術的兩次大革命。一位是在蘋果樹下發現萬有引力定律的牛頓，他所提出的力學三大定律和萬有引力定律，對宏觀物體的運動給出了精準地描述，為18世紀的工業革命及其以后的機器時代籌備了科學理論，使得人類生產力水平大幅度提高。另外一位偉大的物理學家，就是愛因斯坦，他提出了狹義相對論，揭示了能量守恒定律，掀開了微觀物理學的新篇章。自此以后，量子力學、電磁學等理論相繼噴涌而出，原本處于瓶頸期的理論物理學頓時煥發了新生。這一次物理學的突破，為信息時代的來臨埋下了伏筆，從1942年第一臺電子計算機的發明，到后來的存儲盤、無線網絡、手機等等，信息技術的更新速度，變得越來越快。人人都知道，美國如今是信息技術的領軍者，他們有微軟、蘋果、高通、英特爾這些聞名世界的著名企業，掌握著信息時代的核心利器。但是，如果沒有普林斯頓大學、加州理工學院、麻省理工學院這些高等級學府為其提供最前沿的理論知識和頂尖人才，相信這些企業達不到現在的高度。所以說，物理學的理論知識，就好比一塊塊基石，為信息技術這棟摩天大樓，打下了堅實的基礎。

二、信息技術的發展趨勢

（一）高速化、大容量化

第一臺電子計算機的出現，標志著信息時代的來臨。在經歷過一次次的演變之后，電子計算機從粗笨的臺式機變成了手提電腦，進而升級為掌上電腦，體積在不斷地變小，運算速度卻在飛速提高，存儲容量更是指數級的增加。從一開始的龐然大物，逐漸變成了企業單位、平民百姓的必備工具，給社會生活帶來了翻天覆地的改變，人類也從以前的機器時代快速過渡到了信息時代。從目前的發展趨勢來看，運行速度進一步的高速化、存儲功能的大容量化，是信息技術發展的潮流所在，相信在不久的將來，小型化、多功能大容量化的高速信息處理工具，將成為人類進行大量數據運算的首選工具。

（二）數字化

在以往的工業生產中，生產一臺模擬設備需要花很多時間，模擬電路的每一個單獨部分都要進行單獨設計單獨調測，而數字設備是單元式的，設計非常簡單，便于大規模生產，可大大降低成本。數字電路由二進制電路組成，非常便于綜合，數字化的處理模式，將使得工業生產的效率將大大提升，使得人類的科技生產能力進一步獲得飛躍。

（三）信息資源共享化

在21世紀的今天，物聯網、互聯網、大數據等各種信息技術創造的結晶，深刻的推動了傳統行業新的變革，促使著網絡生態經濟的迅速繁榮。之所以取得如此大的成就，除了由社會進步帶來了經濟格局的改變，信息資源的共享，也是重大的推手之一。當然，可以想象，在未來的科技發展趨勢下，個人信息資源的互享，以及信息資源的全球化，是人類科技進步的必然趨勢。

三、物理學與信息技術發展的展望

（一）量子處理工具的出現

量子力學一直是物理學家在微觀領域的重點研究對象。在信息技術已經高度發展的今天，電子計算機已經成為人們進行信息處理的必備工具，它的高速計算能力、多樣化的功能，使得人類從繁瑣的數據計算中解脫出來，有更多的精力處理更重要的事情，同時，快速的運算功能也使得生產效率迅速提升，造就了今日的經濟繁榮。然而，電子計算處理工具也有它局限的一面，眾所周知，電子計算機能夠高效運轉，歸功于它的芯片，雖然芯片也在不斷的更新換代，性能越發強大，但是發熱問題始終是芯片處理數據能力的瓶頸所在。如果人類想要更進一步的取得發展，物理學的理論創新是推動信息技術發展的重要來源。從目前物理學的發展大趨勢來看，量子處理工具的出現，應該是大勢所趨。量子處理工具，可以完成傳統計算機所不具備的一些功能，它是對傳統計算功能的一種補充，而不是取代，未來的量子處理工具，可能會與傳統計算機一樣，成為人類信息技術發展的左右手，以信息技術的再一次飛躍拉動社會的進步。

（二）人工智能的迅速普及

電子計算處理工具將人類從繁瑣枯燥的數據中解放出來，使得社會生產力水平的大幅度提升，而在可預見的將來，人工智能將會代替人們從事繁重的生產生活，使得人們能夠做一些更有意義的事情，長遠來看，這也是信息時代發展的必然趨勢。人類在物理學領域的研究，譬如電磁學、量子力學這些領域，一旦獲得突破，必將對人工智能的發展造成強力的推動，使得其能夠迅速的普及到社會生活的各個角落。技術的成熟必然依托于理論的支撐，兩者之間相互促進、共同發展。人工智能要想形成大規模的、工廠化生產的格局，有待于微觀領域的物理理論的進一步成熟。

四、結語

總而言之，物理學與信息技術的發展是相輔相成的。展望未來，量子計算、人工智能等信息技術的發展，是社會發展的大潮流所在，而近年來，物理學在微觀領域不斷獲得突破，將是信息技術發展的助力所在，有了發展，才有更多的人去研究，而研究出的新成就新理論，必將使得信息技術不斷地革新、進步，引領人類的社會生產發展走向更繁榮的一面。