数字逻辑门的救星 ：半导体晶体管

计 算 机 的 历 史 可 以 追 溯 到 19 世 纪 英 国 人 查 尔 斯· 巴 贝 （Charles Babbage）发明的差分机。在经历了二十世纪三四十年代短暂的模拟计算机（包括图灵破解德军 ENIGMA 密码机用的自制计算机）阶段之后，计算机就进入了数字计算机阶段。数字计算机用比特（0 或 1）作为组成信息的最小单元，采用二进制计数法，用输入比特来操作输出比特的结果，从而实现各种数字逻辑门的功能。表1所示为一些典型的数字逻辑门。

表 1 一些典型的数字逻辑门

第一台数字计算机是 1946 年诞生于美国的 ENIAC，它使用了大量的真空电子管来实现二进制数字逻辑门，占地面积一百多平方米，质量达到 2.8万千克。现在把程序的错误称为 Bug，其实就来自于 Bug 的本意“虫子”。 当年这些庞大的电子管计算机经常因为飞进去的虫子而短路，所以修理计算机的工作就是到处清理这些虫子，即Debug。

半导体的出现才让数字计算机变小变轻并最终进入千家万户。利用半导体制成的晶体管，可以通过施加电压来控制其中的电流和其两端的电压，即输入比特用 0 表示不施加电压，用 1 表示施加电压 ；输出比特用 0 表示没有电压，用 1 表示有电压。图 1所示为用晶体管实现任意数字逻辑门的例子，输入比特（Input A，B）作为电压可以控制输出比特（Output C）的值。

图 1少量半导体晶体管就可以实现任意数字逻辑门

在半导体晶圆上刻制大量的晶体管逻辑门，实现通用二进制数字计算功能，就是集成电路，也就是通常所说的芯片。集成电路的重要性不必多说， 它是所有电子设备的核心，没有它就没有计算机和手机，甚至没有收音机和电视机，也就没有了信息时代（见图 2）。从晶体管到集成电路的历史就是一部硅谷诞生的历史。

图 2任何电子产品都有集成电路， 集成电路可以分解为晶体管

----摘自《大话量子通信》