Der Grund ist sehr einfach. Computer sind auf Elektronik angewiesen. Sogar die ersten Dioden und Trioden, aus denen die ersten sperrigen Computer bestehen, hängen von der quantenmechanischen Natur der Materie ab. Die vorliegenden mit der Chip-Technologie hängen direkt von den Energieniveaus und Leitungsbändern usw. in der verwendeten Elektronik ab. Die Halbleiterfähigkeit ist ein quantenmechanisches Phänomen.

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Ich meine, an welchem ​​Punkt ist das unsere Moderne Das Verständnis der Quantenmechanik führte zu einer technologischen Entwicklung, die für die heutigen Computer so grundlegend ist, dass wir sie nicht anders hätten einsetzen können?

Der entscheidende Punkt, an dem quantenmechanische Berechnungen notwendig wurden, war die Verwendung von Transistortechnologie, die sich in Chiptechnologie verwandelt hat. Mit der Erfindung des Transistors war die Steuerung quantenmechanischer Berechnungen für die von uns gemachten Sprünge notwendig. Für die Vakuumröhrencomputer war es nur zur Erklärung der Existenz der Röhren erforderlich. Die Chip-Designs haben sogar den Punkt erreicht, an dem der Casimir-Effekt (QM-Vakuum zwischen geladenen Platten) vorhergesehen werden muss.

Warum reicht es bei Maxwell, Bohr, Lorentz (Liénard) nicht aus?

Maxwell reicht nicht aus, weil die klassische Theorie Atommoleküle und Festkörper nicht erklären kann. Bohr reicht nicht aus, da die primitiven Berechnungen nicht in komplizierten Gittern verwendet werden konnten. Lorenz ist für die Festkörperphysik irrelevant, die Energien der Ionen und Elektronen sind niedrig.

Ich finde das ein ziemlich ungenauer Slogan. Es ist so richtig wie zu sagen, dass es ohne Quantenmechanik keine Atome geben würde, weil Elektronen auf Kerne gefallen wären.

Es würde Computer geben, aber nicht wie die modernen. Die ersten (elektrischen) waren nicht von quantenmechanischen Effekten abhängig, sondern verwendeten Vakuumröhren anstelle von Transitoren. Ganz zu schweigen davon, dass Sie mechanische Computer auch auf Wasser laufen lassen können (ich meine für Signal anstelle von elektrischem Strom). Nicht sehr effizient.

Sie meinten wahrscheinlich, dass Quanteneffekte auf der Grundlage von Halbleiter- und Festkörpertransistoren liegen, die zu einer echten elektronischen Revolution führten. Sie stellten Computer zur Verfügung, ähnlich wie von Ford hergestellte Autos, die sowohl in Massenproduktion als auch billig hergestellt wurden.

BEARBEITEN: Wenn Sie "modern" hinzufügen. Es ist ein sehr vager Begriff für mich. Modern wie nicht mechanisch - VC elektronisch, mit hochintegrierten Chips (Festkörpertransistoren) oder heutzutage modern?

Ich bin mir nicht sicher, ob Erfinder von Transistoren QM-Modelle zur Erklärung ihrer Arbeit verwendeten oder die Erfinder des 1. Mikrochips. Vielleicht mussten sie nicht, sie mussten nur gute Materialien finden. Trotzdem kann es nicht ohne QM erklärt werden, aber dieses Wissen wird nicht benötigt, damit Dinge funktionieren oder sie erfinden und entwickeln.

Ich bin mir auch sicher, dass heute QM-Theorien benötigt werden und verwendet, um bessere und kleinere Transistoren zu entwickeln. Diese Theorien werden verwendet, um die grundlegendsten Bausteine ​​der fortschrittlichsten Chips, die heutzutage hergestellt werden, zu simulieren und zu entwerfen.

Durch Hinzufügen des Wortes "modern" zum Titel der Frage wird dies vollständig geändert. In modernen Computern benötigen Sie Halbleiter, und die gesamte Theorie der Festkörperphysik (Bandstrukturen, Dotierung usw.) basiert auf einer Grundlage der Quantenmechanik - da sich Elektronen in halbleitenden Festkörpern wellenartiger verhalten als Teilchen - wie, wobei jedes Elektron seinen eigenen Zustand einnimmt. Damit ein Halbleiter gut funktioniert, muss man diese Dinge genau verstehen.

Die Quantenmechanik führte zu einem tieferen Verständnis der Feldelektronenemission, das maßgeblich zur Entwicklung der Theorie der Elektronenenergiebänder und insbesondere zur Einschätzung der Bandlücke beitrug . Auf diese Weise konnten wir die Physik von Halbleitern erarbeiten und Modelle zur Auswahl und Verfeinerung von Halbleitermaterialien und -behandlungen entwickeln.

Das Schlüsselwort, das die Aussage annähernd wahr macht, ist "modern". Es gibt viele Computergeräte, die unter Verwendung von Vor-Transistor-Teilen erstellt werden können (und wurden). Pascal und Leibniz konstruierten Zusatzgeräte mit Zahnrädern. Babbage entwarf (aber baute nicht) einen programmierbaren Computer mit Zahnrädern, Gestängen und Metallplatten mit Löchern. Vollständig mechanische Taschenrechner, die hinzugefügt werden konnten, waren vor dem Zweiten Weltkrieg allgegenwärtig, und verschiedene andere Geräte wie Tabulatoren und Taschenrechner, die sich vermehren konnten, waren verfügbar (zu einem relativ hohen Preis).

Das klassische Papier, das als begonnen gilt Die moderne Ära des Rechnens ist die Masterarbeit von Claude Shannon von 1937, die zeigte, dass die Boolesche Algebra zum Entwerfen von Relaisschaltungen verwendet werden kann (die in Telefonvermittlungsnetzen mit Bedacht verwendet wurden). . Die ersten Computer verwendeten eine Kombination aus elektromechanischen Relais und Vakuumröhrendioden und -trioden, deren Design von der Elektronenballistik abhängt. Dies sind wirklich klassische Modelle (obwohl es sich um Quantenteilchen handelt).

Ein Bereich von Aktive Forschung ist jetzt das biochemische Rechnen, das Protein-Rückkopplungsschleifen in E-Coli-Bakterien programmiert, um (extrem einfache) boolesche Berechnungen durchzuführen. Und die Leute spielen damit herum, logische Teile aus Bastelspielzeug, Mechano und Hydraulikschaltern zu bauen.

Aber ... der Transistor und insbesondere der MOSFET sind die einzigen Geräte, mit denen wir derzeit zuverlässig herstellen können die Milliarden oder Billionen. Daher bestehen fast alle modernen Computer (etwa nach 1965 oder so) fast ausschließlich aus Transistoren.

Die ersten programmierbaren elektronischen Speichercomputer wurden mit Trioden hergestellt. Sie brauchen keine Quantenmechanik, um ihre Funktionsweise zu erklären. Lee de Forest erfand die Triode 1906 http://en.wikipedia.org/wiki/Lee_De_Forest. Der FET wurde 1926 von Lilienfeld http://en.wikipedia.org/wiki/Julius_Edgar_Lilienfeld erfunden damit sehr gut, ohne jemals auf etwas zurückzugreifen, das über die phänomenologischen Maxwellschen Gleichungen in der Niederfrequenzgrenze hinausgeht. Wenn es um Bipolartransistoren mit ihren Löchern, Minoritätsträgern usw. geht, dann braucht man qm.

Ich habe dies in vielen quantenmechanischen Vorträgen und Vorträgen gehört, aber ich scheine die Idee dahinter nicht zu verstehen.

Dahinter steckt keine „Idee“ es. Nur allgemeines Flusengespräch, wie zu sagen, wir hätten die Glühbirne ohne Ohmsches Gesetz nicht (Fakt: Glühbirnen existierten, bevor Ohm sein Gesetz formalisierte, und die ersten praktischen Swan-Edison-Glühbirnen hatten eine Eigenschaft - hoch Widerstand - abgeleitet aus dem Ohmschen Gesetz, neben vielen anderen Neuerungen. Ohmscher Widerstand ist für eine Glühbirne überhaupt nicht wesentlich.

Ich meine, an diesem Punkt ist unser modernes Verständnis der Quantenmechanik führte zu einer technologischen Entwicklung, die für die heutigen Computer so grundlegend ist, dass wir sie nicht anders hätten einsetzen können?

Sie mischen die Existenz der Quantenmechanik mit Verständnis davon. In der Physik folgt die Theorie normalerweise der Beobachtung (mit Ausnahme einiger dramatischer Fälle). Heutige Computer hängen von der Halbleiter-Transistor-Wirkung ab, was durch die QM-Theorie erklärt wird. Die QM-Theorie ermöglichte die Verfeinerung von Transistoren (z. B. Vorhersage, welche Dotierungsmaterialien welche Auswirkungen auf welche Substrate haben würden). Dies ist zwar gut, aber für Computer oder Computer überhaupt nicht grundlegend . Ob wir es anders hätten machen können? Definitiv Ja. Ob es möglich ist, mit heutigen Computern mit Nicht-Halbleitertechnologie zu konkurrieren? Das ist eine hypothetische Frage! Könnten die Alliierten den Zweiten Weltkrieg verloren haben? Ja, aber sie haben es nicht getan. So ist es auch mit Halbleitern - sie waren (und sind) der beste verfügbare Mechanismus für billiges, allgegenwärtiges Computing.

Warum reicht es bei Maxwell, Bohr, Lorentz nicht aus? , (Liénard)?

Mit Newton, Coulomb / Gauss, Faraday und van der Waals ist es genug. Es hängt nur davon ab, wie Sie „modern“ definieren. Stellen Sie sich zum Beispiel eine fortschrittliche Babbage-Maschine vor, die aus Nanopartikeln mit molekularen Zahnrädern und Zahnrädern besteht. Stellen Sie sich nun die Maschine mit elektrischen Verbindungen (unter Verwendung von Dynamos und Kondensatoren) vor, um eine CPU-Pinbelegung nachzuahmen. Kann dieser Computer einen Core i5 ersetzen und Facebook ausführen? Absolut. Haben wir solche Maschinen ? Nein.

Nein. Wir hatten Festkörpergeräte, lange bevor wir sie verstanden haben. Der Selengleichrichter und die "Katzenwhisker" -Diode sind im Handel erhältlich, lange bevor wir sie auf Quantenebene verstanden haben ... 19. Jahrhundert, wenn ich richtig bin.

Warum heißt es, dass wir ohne Quantenmechanik keine modernen Computer hätten?

Ich vermute, dass diese Behauptung oft von Leuten ausgesprochen wird, die gerne betonen, wie Quantenmechanik (und manchmal ist ihre Arbeit wichtig. Computer sind selbst von Laien weithin anerkannte nützliche Maschinen, was es effizient macht, sie als Hammer in einer Diskussion zu verwenden, in der jemand seine Zweifel an der Quantentheorie zum Ausdruck bringt.

Es ist wahr, dass Quantentheorien haben und beim Lernen verwendet werden Materialien und Entwicklung komplizierter Geräte. Man sollte jedoch nicht vergessen, dass diese Verwendung in Form einfacher effektiver Modelle erfolgt, die teilweise von Quantenideen inspiriert sind. Niemand konstruiert Transistoren basierend auf der Lösung der Schrödinger-Gleichung für 6E23-Teilchen.

Die Frage, ob moderne Computer ohne Kenntnis der Quantentheorie konstruiert werden könnten, ist schwer zu beantworten, da moderne Computer ein Ergebnis jahrzehntelanger Evolution sind und Arbeit von Tausenden von Menschen. Es wäre sehr schwer, sie von Quantentheorien in einem kontrollierten Experiment zu isolieren, in dem sie nach dem Aufbau eines modernen Computers streben würden.

Bisher ist das Sprichwort eine Spekulation.