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与此同时,赵学成还带领着大家完善天罗地网防御系统。得益于可控核聚变技术的进步,他启动了一个新的研发项目——能量防护罩。
能量防护罩是一种使用强大磁场来抵御爆炸冲击波的防护装置。它的原理是,在关键设施四周布置强大的磁铁,在受到爆炸威胁时启动系统,在设施周围形成强大的磁场屏障。这种磁场能够偏转并吸收爆炸产生的大部分冲击波和高热能量,防止其对设施造成伤害。
具体来说,这套系统使用了种花国自主研发的超导磁铁来提供极强的磁场。这种超导磁铁使用新型高温超导材料,可以在液氮温度下达到极高的磁场强度。种花国的物理学家在磁性体材料的配方和结构上做了大量优化,终于合成出一种全新的钴基超导材料。这种材料的关键突破在于采用了全新设计的缠结层结构,可以提高电子对的移动能力,从而在较高温度下也保持超导特性。在液氮环境下,这种新型超导线圈的抗磁能力可以达到50T以上,远超过普通超导磁铁的2-3T。
在这种强大磁场的作用下,能量防护罩形成的磁场力量是极大的。具体来说,在检测到来袭导弹后,系统会自动启动。分布在设施四周的数十个超导磁铁会同时对设施形成一个半径达一公里的巨大磁场球体,最大磁感应强度超过20特斯拉。这已经达到了让普通物质发生相变的强度。为了抵御如此强大的磁场,设施本身也需要有极高的抗磁能力,所有属于设施的建筑都会在建造时就考虑到磁场防护的需要。窗户会用特殊非磁性玻璃,墙体也会在混凝土中掺入抗磁材料。就这样,当超导磁铁启动时,整个设施都会被一个巨大的磁场球体完全包裹。
当导弹在空中爆炸时,大量的爆炸能会以冲击波和高热的形式释放出来。据估算,一枚典型的巡航导弹爆炸时能产生数十万焦耳的能量转换为冲击波,威力巨大。这时,强大的磁场就会发挥作用,吸收和偏转大部分冲击波,将其能量转化为磁能储存在系统中。具体来说,当冲击波穿过磁场时,会引起磁场线发生扭曲和振动。这种振动所带来的变化磁通,会在超导线圈中感应出巨大电流,相当于吸收了冲击波的能量。残余的冲击波在通过磁场后也会被进一步削弱和抵消。整个过程就像石头投入水中的涟漪被岸边的海藻层层吸收。这样,设施内部就不会遭到毁灭性的直接打击。
不仅是冲击波受到削弱,连高温和射线也会被磁场隔绝。强磁场本身可以偏转射线轨迹,减弱其强度。另外,磁场在吸收冲击波能量的同时也将大量的热量转化成无害的磁能,减小了传向设施内部的热量。如果有细小射线穿透,设施表面的特殊涂层也能提供屏蔽。
总体来说,在能量防护罩的作用下,设施内部所受冲击波、高热和辐射的总体作用不超过百分之一。所有关键部位都将安然无恙。这套系统为设施提供了近乎完美的防护,大大提高了存活率。
要实现如此高水准的防护,能量防护罩系统的工作参数必须达到极高精度。这需要种花国自主研发的先进监控系统进行精确控制。具体来说,设施上空和四周会布置精密的探测器,对任何威胁进行实时监测,比如探测到的热辐射、压力变化等,都会被系统捕捉并判断威胁等级。一旦达到启动标准,自动系统就会激活磁铁开始产生防护磁场。
与此同时,对磁场大小和分配也要做到精确把控。如果磁场过弱,防护效果会打折扣。但如果过强,对设施本身也有损害。所以磁场控制系统可以根据实时测量参数,对磁铁通量进行精确调节,使磁场始终保持在最佳工作状态。另外,还要控制磁场的均匀度,避免局部过强过弱,保证整体防护。这需要环绕设施设置大量的磁强传感器进行全时监测。所有这些精密设备的工作都由种花国自主研发的量子计算机进行协调和优化,做到完美配合。
能量防护罩这一概念最初是赵学成根据物理定律提出的设想。他意识到强磁场的偏转作用可以用来构建防护屏障。磁偏转板这个设想一直存在,但是由于技术难题太多,一直难以实现。直到种花国掌握了高温超导技术和精密控制系统,这一设想才得以转化为现实。
从原理提出到实际落地,能量防护罩项目经历了近十年。光是基础科学研究就用了大量时间,需要深入理解爆炸冲击波与强磁场的相互作用规律。另外材料学上的难题也非常大,要获得理想的抗冲击和抗磁性能并不容易。还需要解决巨大的热量转化问题,确保磁场吸收的大量能量可以转换储存而不会破坏系统。各项系统之间的匹配问题也非常复杂。
在赵学成的坚持下,种花国组建了一个由物理学家、材料专家、工程师组成的大团队,通过分工协作逐步攻克了各种难题。经过反复论证、仿真、试制和测试,终于将这一前沿技术转化为可可靠的实用系统。
如今,这套系统已经通过多次实验验证,达到设计的防护指标。它将安装在种花国重要的政治、军事和经济设施上,对导弹攻击实现有效防御。相比种花国目前的天罗系统来说,能量防护罩是一种全新的概念,提供了最后一道生存保障。它与高空拦截的天罗系统可谓双管齐下,大大提高了种花国的整体防御能力。
与此同时,赵学成还在加速新型超级计算机的研发步伐。这一次,他的目标是朝着量子计算机的方向突破。量子计算机利用量子缠结和量子叠加等效应,可以实现远超传统计算机的强大算力。其基本原理是,量子位可以同时代表0和1两个状态,而传统计算机中的比特则只能是0或1其中之一。
种花国的科学家们正在研究如何利用量子缠结的特征来代表和传递信息。他们设计了能够准确操控个别量子粒子的量子芯片,并研发了相应的量子编程语言。量子计算机能够同时对海量信息进行复杂的并行处理,这对破解密码算法具有革命性的意义。
要实现可大规模运作的量子计算机,其中的核心就是量子位的操控。量子位是量子信息的基本载体,相当于传统计算机中的比特。但是不同的是,量子位可以代表叠加态,也就是0和1两种状态的叠加。这种叠加状态蕴含了巨大的并行处理潜力。量子计算机就是利用量子叠加原理,来进行大规模的并行运算。
但是量子状态非常脆弱,一旦受到外界环境干扰就会坍缩成某一个确定态,失去叠加态的计算优势。这就是德科格猫悖论。所以量子计算机必须在超低温条件下工作,隔绝一切噪声干扰,同时要能够精确操控量子位的状态。
为此,种花国的科学家们设计了多种量子位的实现方案,其中最有前景的就是超导量子位。它使用超导环路中的约瑟夫森电流,编码量子信息。靠着超低温和超高真空,可以将量子噪声降到最小,实现对量子状态的精确控制。同时也设计了用微波脉冲进行量子门操作的系统,来实现对量子位状态的旋转等操控。
在这个基础上,研究人员开发了可编程的量子芯片,它包含了由超导量子位组成的量子寄存器,以及负责量子门操作的微波控制电路。这些量子芯片可以堆叠组合,扩充为具有更多量子位的处理器,就是量子计算机的“CPU”。
除了量子芯片,量子计算机还需要相应的程序来控制运行。为此,研究人员设计了量子编程语言及编译系统,可以将人类可理解的程序,编译成量子芯片可以执行的门序列指令。这种语言包含了专门的量子算法相关指令。
在语言和芯片的配合下,量子计算可以执行一些传统计算机无法完成的复杂运算。例如并行搜索、复杂集合优化等。更重要的是,量子计算机可用来破解目前绝大多数的公钥密码算法,具有极其重要的战略意义。
当然,要研制一个可靠的全功能量子计算机仍需巨大努力,需要突破量子纠缠时间、量子门操作精准度、量子误差校正等多项核心技术。量子计算机的商业化运用仍需要数年乃至更长的时间。但是种花国的科学家们对此充满信心,他们有望在不久的将来突破关键技术难关,让这一全新的计算平台投入实用。
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