Почему говорят, что без квантовой механики у нас не было бы современных компьютеров?

Причина очень проста. Компьютеры зависят от электроники. Даже первые диоды и триоды, из которых состояли первые громоздкие компьютеры , зависели от квантово-механической природы материи. Нынешние устройства с технологией чипов напрямую зависят от уровней энергии, полос проводимости и т. д. в используемой электронике. Полупроводимость — это квантово-механическое явление.

Изменить после редактирования вопроса

Я имею в виду, в какой момент наше современное понимание квантовой механики привело к технологическому развитию, настолько фундаментальному для современных компьютеров, что мы не могли заставить его работать по-другому?

Решающим моментом, когда квантово-механические расчеты стали необходимы, стало использование транзисторной технологии, которая трансформировалась в технологию чипов. Именно с изобретением транзистора контроль над квантово-механическими вычислениями стал необходим для скачков в прогрессе, которые мы сделали. Для ламповых компьютеров в этом не было необходимости, кроме как для объяснения существования ламп. Конструкции микросхем дошли до того, что даже необходимо предвидеть эффект Казимира (вакуум QM между заряженными пластинами).

Почему недостаточно Максвелла, Бора, Лоренца (Льенара)?

Максвелла недостаточно, потому что классическая теория не может объяснить атомы, молекулы и твердое тело. Бора недостаточно, потому что примитивные вычисления нельзя было использовать в сложных решетках. Лоренц не имеет отношения к физике твердого тела, энергии ионов и электронов малы.

Я нахожу это довольно неточным крылатым выражением. Это так же правильно, как сказать, что без квантовой механики не было бы атомов, потому что электроны падали бы на ядра.

Были бы компьютеры, но не такие, как современные. Первые (электрические) не зависели от квантово-механических эффектов, они использовали электронные лампы вместо транзисторов. Не говоря уже о том, что вы можете заставить механические компьютеры работать даже на воде (я имею в виду сигнал вместо электрического тока). Хотя и не очень эффективно.

Вероятно, они имели в виду, что квантовые эффекты лежат в основе полупроводниковых и твердотельных транзисторов, которые привели к настоящей электронной революции. Они сделали компьютеры доступными, как автомобили Форда, и сделали производство массовым и дешевым.

РЕДАКТИРОВАТЬ: Когда вы добавляете «современный». Для меня это очень расплывчатый термин. Современные, как в немеханических - электронные ВК, использующие высокоинтегрированные микросхемы (твердотельные транзисторы), или нынешние современные?

Я не уверен, использовали ли изобретатели транзистора модели QM для объяснения своей работы или изобретатели первого микрочипа. Может быть, им и не нужно было, им просто нужно было найти хорошие материалы. Тем не менее, без использования КМ это невозможно объяснить, но эти знания и не нужны для того, чтобы что-то работало или изобреталось и развивалось.

Кроме того, я уверен, что сегодня теории квантовой механики необходимы и используются для разработки лучших и меньших по размеру транзисторов. Эти теории используются для моделирования и проектирования большинства основных строительных блоков самых передовых микросхем, которые производятся в настоящее время.

Добавление слова «современный» к названию вопроса полностью меняет его. В современных компьютерах вам нужны полупроводники, а вся теория физики твердого тела (зонные структуры, легирование и т. д.) основана на фундаменте квантовой механики, поскольку электроны в полупроводниковых твердых телах ведут себя более волнообразно, чем частицы. например, каждый электрон занимает свое собственное состояние. Чтобы полупроводник работал хорошо, требуется глубокое понимание этих вещей.

Квантовая механика привела к более глубокому пониманию автоэлектронной эмиссии , которая сыграла важную роль в развитии теории электронных энергетических зон и, в частности, в понимании ширины запрещенной зоны. Это позволило нам разработать физику полупроводников и разработать модели для выбора и улучшения полупроводниковых материалов и методов обработки.

Ключевое слово, делающее утверждение приблизительно верным, — «современный». Есть много вычислительных устройств, которые могут быть созданы (и были созданы) с использованием предтранзисторных компонентов. Паскаль и Лейбниц сконструировали счетные устройства с шестернями. Бэббидж спроектировал (но не построил) программируемый компьютер с шестернями, рычажными механизмами и металлическими пластинами с отверстиями. Полностью механические калькуляторы, которые могли складывать, были повсеместно распространены до Второй мировой войны, и были доступны различные другие устройства, такие как табуляторы и калькуляторы, которые могли умножать (по относительно высокой цене).

Классическим документом, который считается началом современной эры вычислительной техники, является магистерская диссертация Клода Шеннона 1937 года, в которой продемонстрировано, что булева алгебра может использоваться для проектирования релейных цепей (которые широко использовались в телефонных коммутационных сетях). В первых компьютерах использовалась некоторая комбинация электромеханических реле, ламповых диодов и триодов, конструкция которых зависит от электронной баллистики, которая является действительно классической моделью (хотя и включает квантовые частицы).

Областью активных исследований в настоящее время являются биохимические вычисления, которые программируют петли белковой обратной связи в бактериях кишечной палочки для выполнения (чрезвычайно простых) логических вычислений. И люди дурачатся, строя логические части из игрушек-механиков, механических и гидравлических переключателей.

Но... транзистор, и особенно МОП-транзистор, являются единственными устройствами, которые у нас есть в настоящее время, которые мы можем надежно производить миллиардами или триллионами. Таким образом, почти все современные (скажем, после 1965 года или около того) компьютеры состоят почти исключительно из транзисторов.

Первые программируемые ЭВМ с хранимой памятью были изготовлены на триодах. Им не нужна квантовая механика, чтобы объяснить их работу. Ли де Форест изобрел триод в 1906 году http://en.wikipedia.org/wiki/Lee_De_Forest . Полевой транзистор был изобретен Лилиенфельдом в 1926 году http://en.wikipedia.org/wiki/Julius_Edgar_Lilienfeld , и, поскольку это устройство с большинством носителей, его работу можно объяснить инженеру-электрику, который спроектирует его и с ним очень хорошо, даже не прибегая к помощи. ни к чему, кроме феноменологических уравнений Максвелла в низкочастотном пределе. Когда дело доходит до биполярных транзисторов с их дырками, неосновными носителями и т.д., то нужно qm.

Я слышал это во многих докладах и лекциях по квантовой механике, тем не менее, я, кажется, не понимаю идею, стоящую за этим.

За этим не стоит никакой «идеи». Обычная пустая болтовня, вроде утверждения, что у нас не было бы лампочки без закона Ома (Факт: лампочки существовали до того, как Ом формализовал свой закон, и первые практические лампочки Лебедя-Эдисона имели одну особенность — высокое сопротивление — производное от закона Ома, среди многих других нововведений (омическое сопротивление для лампочки вообще не принципиально).

Я имею в виду, в какой момент наше современное понимание квантовой механики привело к технологическому развитию, настолько фундаментальному для современных компьютеров, что мы не могли заставить его работать по-другому?

Вы смешиваете существование квантовой механики с ее пониманием . В физике теория обычно следует за наблюдениями (за исключением нескольких драматических случаев). Современные компьютеры основаны на работе полупроводниковых транзисторов, что объясняется теорией квантовой механики. Теория КМ позволила усовершенствовать транзисторы (например, предсказать, какие легирующие материалы будут оказывать какое влияние на какие подложки). Это хоть и хорошо, но не принципиальнок вычислениям или компьютерам вообще. Могли ли мы заставить его работать по-другому? Определенно да. Можно ли конкурировать с сегодняшними компьютерами с неполупроводниковой техникой? Это гипотетический вопрос! Могли ли союзники проиграть Вторую мировую войну? Да, но они этого не сделали. То же самое и с полупроводниками — они были (и остаются) лучшим доступным механизмом для дешевых и повсеместных вычислений.

Почему недостаточно Максвелла, Бора, Лоренца (Льенара)?

Достаточно Ньютона, Кулона/Гаусса, Фарадея и Ван-дер-Ваальса. Это зависит только от вашего определения «современного». Например, представьте себе усовершенствованную машину Бэббиджа, построенную из наночастиц, с молекулярными шестернями и винтиками. Теперь представьте себе указанную машину с электрическими связями (с использованием динамо-машин и конденсаторов), чтобы имитировать распиновку процессора. Может ли эта машина заменить Core i5 и запустить Facebook? Абсолютно. Есть ли у нас такие машины? Нет.

Нет. У нас были «твердотельные» устройства задолго до того, как мы их поняли. Селеновый выпрямитель и диод с «кошачьими усами» были коммерчески доступны задолго до того, как мы поняли их на квантовом уровне… 19 век, если я прав.

Почему говорят, что без квантовой механики у нас не было бы современных компьютеров?

Я подозреваю, что это утверждение часто произносят люди, которым нравится подчеркивать важность квантовой механики (а иногда и их работы). Компьютеры широко признаны полезными машинами даже среди неспециалистов, что делает их эффективными для использования в качестве молотка в дискуссии, когда кто-то выражает свои сомнения по поводу квантовой теории.

Действительно, квантовые теории использовались и используются при изучении материалов и разработке сложных устройств. Однако не следует забывать, что это использование осуществляется в форме простых эффективных моделей, частично вдохновленных квантовыми идеями. Никто не строит транзисторы на основе решения уравнения Шредингера для частиц 6E23.

Трудно ответить на вопрос, можно ли построить современный компьютер без знания квантовой теории, потому что современный компьютер — это результат десятилетий эволюции и работы тысяч людей. Изолировать их от квантовых теорий в контролируемом эксперименте, где они будут стремиться построить современный компьютер, будет очень сложно.

Таким образом, пока что поговорка является предположением.