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对量子计算机的认识范文1
【关键词】传统计算机；发展；量子；纳米；新型计算机
自1946年第一台电子传统计算机问世以来，传统计算机技术在元件器件、硬件系统结构、软件系统、应用等方面，均有惊人进步。现代传统计算机系统小到微型传统计算机和个人传统计算机，大到巨型传统计算机及其网络，形态、特性多种多样，已广泛用于科学计算、事务处理和过程控制，日益深入社会各个领域，对社会的进步产生深刻影响。
一、对传统计算机的认识
传统计算机是人类脑力的延伸和扩充，是近代科学的重大成就之一。它按人的要求接收和存储信息，自动进行数据处理和计算，并输出结果信息。
1.系统组成
传统计算机系统的层次结构：内核是硬件系统，是进行信息处理的实际物理装置。最外层是使用传统计算机的人，即用户。人与硬件系统之间的接口界面是软件系统，它大致可分为系统软件、支援软件和应用软件三层。
硬件硬件系统主要由中央处理器、存储器、输入输出控制系统和各种外部设备组成。中央处理器是对信息进行高速运算处理的主要部件，其处理速度可达每秒几亿次以上操作。存储器用于存储程序、数据和文件，常由快速的主存储器（容量可达数百兆字节，甚至数G字节）和慢速海量辅助存储器（容量可达数十G或数百G以上）组成。各种输入输出外部设备是人机间的信息转换器，由输入-输出控制系统管理外部设备与主存储器（中央处理器）之间的信息交换。
软件系统的最内层是系统软件，它由操作系统、实用程序、编译程序等组成。操作系统实施对各种软硬件资源的管理控制。实用程序是为方便用户所设，如文本编辑等。编译程序的功能是把用户用汇编语言或某种高级语言所编写的程序，翻译成机器可执行的机器语言程序。支撑软件有接口软件、工具软件、环境数据库等，它能支持用机的环境，提供软件研制工具。支援软件也可认为是系统软件的一部分。应用软件是用户按其需要自行编写。
2.系统特点
传统计算机系统的特点是能进行精确、快速的计算和判断，而且通用性好，使用容易，还能联成网络。①计算：一切复杂的计算，几乎都可用传统计算机通过算术运算和逻辑运算来实现。②判断：传统计算机有判别不同情况、选择作不同处理的能力，故可用于管理、控制、对抗、决策、推理等领域。③存储：传统计算机能存储巨量信息。④精确：只要字长足够，计算精度理论上不受限制。⑤快速：传统计算机一次操作所需时间已小到以纳秒计。⑥通用：传统计算机是可编程的，不同程序可实现不同的应用。⑦易用：丰富的高性能软件及智能化的人-机接口，大大方便了使用。⑧联网：多个传统计算机系统能超越地理界限，借助通信网络，共享远程信息与软件资源。
3.系统局限
传统计算机，它的心脏依赖的是硅芯片，但是一个芯片的面积总有限。如果继续使用现在的芯片，15年以后，传统计算机的发展将走到尽头。在由上海中国工程院院士中心召开的院士沙龙上，院士们曾预言，10-15年后将是传统传统计算机发展的“死限”，院士呼吁我国应加快研制新型计算机。
二、新型高性能计算机
硅芯片技术高速发展的同时，也意味看硅技术越来越接近其物理极限。为此，世界各国的研究人员正在加紧研究开发新型计算机，计算机的体系结构与技术都将产生一次量与质的飞跃。新型的量子计算机、光子计算机、分子计算机、纳米计算机等，将会在二十一世纪走进我们的生活，遍布各个领域。
1.量子计算机
量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究，量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。量子计算机是基于量子效应基础上开发的，它利用一种链状分子聚合物的特性来表示开与关的状态，利用激光脉冲来改变分子的状态.使信息沿着聚合物移动，从而进行运算。量子计算机中的数据用量子位存储，由于量子叠加效应，一个量子位可以是0或1，也可以既存储0又存储1。因此，一个量子位可以存储2个数据，同样数量的存储位，量子计算机的存储量比通常计算机大许多。同时量子计算机能够实行量子并行计算，其运算速度可能比目前计算机的Pentium DI晶片快10亿倍。除具有高速并行处理数据的能力外，量子计算机还将对现有的保密体系、国家安全意识产生重大的冲击。
无论是量子并行计算还是量子模拟计算，本质上都是利用了量子相干性。世界各地的许多实验室正在以巨大的热情追寻着这个梦想。目前已经提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束缚离子、电子或核自旋共振、量子点操纵、超导量子干涉等。量子编码采用纠错、避错和防错等。量子计算机使计算的概念焕然一新。
2.光子计算机
光子计算机是利用光子取代电子进行数据运算、传翰和存储。光子计算机即全光数字计算机，以光子代替电子，光互连代替导线互连，光硬件代替计算机中的电子硬件，光运算代替电运算。在光子计算机中，不同波长的光代表不同的数据，可以对复杂度高、计算量大的任务实现快速地并行处理。光子计算机将使运算速度在目前基础上呈指数上升。
3.分子计算机
分子计算机体积小、耗电少、运算快、存储量大。分子计算机的运行是吸收分子晶体上以电荷形式存在的信息，并以更有效的方式进行组织排列。分子计算机的运算过程就是蛋白质分子与周围物理化学介质的相互作用过程。转换开关为酶，而程序则在酶合成系统本身和蛋白质的结构中极其明显地表示出来。生物分子组成的计算机具备能在生化环境下，甚至在生物有机体中运行，并能以其它分子形式与外部环境交换。因此它将在医疗诊治、遗传追踪和仿生工程中发挥无法替代的作用。目前正在研究的主要有生物分子或超分子芯片、自动机模型、仿生算法、分子化学反应算法等几种类型。分子芯片体积可比现在的芯片大大减小，而效率大大提高，分子计算机完成一项运算，所需的时间仅为10微微秒，比人的思维速度快100万倍。分子计算机具有惊人的存贮容量，1立方米的DNA溶液可存储1万亿亿的二进制数据。分子计算机消耗的能量非常小，只有电子计算机的十亿分之一。由于分子芯片的原材料是蛋白质分子，所以分子计算机既有自我修复的功能，又可直接与分子活体相联。美国已研制出分子计算机分子电路的基础元器件，可在光照几万分之一秒的时间内产生感应电流。以色列科学家已经研制出一种由DNA分子和酶分子构成的微型分子计算机。预计20年后，分子计算机将进人实用阶段。
4.纳米计算机
纳米计算机是用纳米技术研发的新型高性能计算机。纳米管元件尺寸在几到几十纳米范围，质地坚固，有着极强的导电性，能代替硅芯片制造计算机。“纳米”是一个计量单位，大约是氢原子直径的10倍。纳米技术是从20世纪80年代初迅速发展来的新的前沿科研领域，最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子，制造出具有特定功能的产品。现在纳米技术正从微电子机械系统起步，把传感器、电动机和各种处理器都放在一个硅芯片上而构成一个系统。应用纳米技术研制的计算机内存芯片，其体积只有数百个原子大小，相当于人的头发丝直径的千分之一。纳米计算机不仅几乎不需要耗费任何能源，而且其性能要比今天的计算机强大许多倍。美国正在研制一种连接纳米管的方法，用这种方法连接的纳米管可用作芯片元件，发挥电子开关、放大和晶体管的功能。专家预测，10年后纳米技术将会走出实验室，成为科技应用的一部分。纳米计算机体积小、造价低、存量大、性能好，将逐渐取代芯片计算机，推动计算机行业的快速发展。
科学在发展，人类在进步，历史上的新生事物都要经过一个从无到有的艰难历程。随着一代又一代科学家们的不断努力，我们相信，新型计算机与相关技术的研发和应用，必将推进全球经济社会高速发展，成为二十一世纪科技领域的重大创新，实现人类发展史上的重大突破。人类未来的生活必将在新型计算机的推动下越来越奇妙，越来越优越。
参考文献
[1]刘科伟，黄建国.量子计算与量子计算机[J].计算机工程与应用，2002（38）.
[2]王延汀.谈谈光子计算机[J].现代物理知识，2004（16）.
[3]陈连水，袁凤辉，邓放.分子计算机[J].分子信息学，2005（3）.
对量子计算机的认识范文2
关键词：现代计算机；计算机技术；发展方向；趋势
中图分类号：TP338 文献标识码：A 文章号：1007-9416（2017）01-0242-01
1 计算机技术的概述
1.1 计算机的发展过程
1946年，世界上诞生了第一代计算机，其中应用了18800个真空管，体积占有几个房间，它的出现在一定程度上改变了人类的思维和生活方式，为计算机技术的进一步发展打下了坚实的基础。计算机的发展过程主要包括四个阶段，第一代计算机主要由真空管组成，由于真空管体自身的特性，体积大、内存小，所以，第一代计算机不仅体积庞大，而且耗电量巨大。1954年，世界上第二代计算机诞生了，由美国科学家催迪克研制出来的晶体管计算机。信息产业作为技术与知识密集型产业，为了能适应现代社会建设的需要，第四代计算机应运而生。第四代计算机的出现直接促进了计算机的大量生产，计算机开始出现在人们的日常生活中。
1.2 我国计算机技术的发展现状
随着计算机的迅速发展，我们已进入到了计算机信息技术时代，我们可以直接从网上获取信息资源，这也使我们的生活有了很大的改变。不少发达国家的政治、经济、及文化开始过度依赖于计算机信息技术的基础设施，而同时又出现了强大的黑客攻击，信息技术犹如新型的作战技术，在当前的形式下，计算机技术的安全问题成为了各国面临的巨大挑战，因此，还需进一步加强对计算机技术的安全风险管理[1]。
2 我国计算机技术的发展趋势
如今，计算机信息技术已成为大家关注的一大焦点，连续创造活动的出现、稳定的选择机制使得我国计算机技术有了迅速的发展。由于计算机信息技术的发展给我们的日常生活带来了诸多便利，有效满足了大家的日常及工作需求，不仅提升了个人的工作效率，还保障了整个社会的工作效率，这样才能确保其为我国提供更好的信息服务。我国的计算机技术已成为了社会发展的主要潮流之一，有着广阔的发展前景。
2.1 生物计算机
生物计算机，也被称之为仿生计算机，主要是通过生物工程生产的蛋白质分子作为生物芯片来代替半导体的硅片。由于生物的遗传形状主要是由DNA决定的，DNA是具有基因编码的双链大分子，且蛋白质的结构等信息都储存在DNA的双链分子中，所以，生物计算机具有很强的信息储存能力[2]。另外，由于通过控制脱氧核糖核酸的状态可以有效控制DNA的信息，而且生物计算机具有很强的信息处理能力，这为生物计算机带来了很多优势，不仅表现在功率高体积小，而且存储和芯片也具有一定的可靠性。
2.2 量子计算机
在21世纪的信息社会中，先进的信息科技给人民的生活带来了深刻的变化。信息产业作为技术与知识密集型产业，为了能适应现代社会建设的需要，量子计算机应运而生。量子计算机在进行处理和存储数据时，会根据量子算法，采用一量子比特的形式进行储存数据，所以，量子计算机在数据处理的速度上有了很大的进步。目前，很多专家学者也在不断的研究量子计算机，所以，量子计算机一定会有很好的发展。
2.3 光子计算机
光子计算机主要是通过利用光信号进行信息处理和存储的新型计算机，其在进行数据存储时主要利用的是光子和光运算，而且当对数据处理错误时不会影响到最终的结果。光子计算机还具有很多优势，比如，不会受到电磁场的影响，超大规模的信息存储容量及低能量消耗、低发热量等。光子计算机的这些优势使光子可以任意传输，不会受到电磁场的影响，不需要导线也不会相互影响，而且是在很低的能量下就能正常工作。
2.4 纳米计算机
纳米计算机是用纳米技术研发的新型高性能计算机，体积约是人头发直径的千分之一，性能比传统的计算机强大很多，而且有着极强的导电性[3]。由于纳米技术开始研制成计算机内存芯片，而且其性能也亚远远超过传统计算机的性能，所以，未来的纳米技术将会走出实验室，纳米计算机也会取代芯片计算机。因此，纳米计算机能提供更加全面、客观、公正、高质量的信息与技术。
3 结语
计算机技术的发展改变了人民的生活，比较符合人类的需求，不仅方便了广大人民群众的日常生活，而且成为了提高我国综合国力竞争的重要组成部分，对于到我国信息安全产业的健康发展起到直接推动作用，推动了我国经济和现代文明的进步，所以，还需不断加强人们对计算机技术的认识。从计算机的发展过程及发展现状上来看，我国计算机技术未来的发展趋势将朝着智能化、专业化的方向发展，高性能计算机就是我国计算机科学与技术的主要发展方向。
由于笔者对现代计算机技术的发展方向与趋势只有初步的统整，所以研究还有部分不太严谨的地方，这也是笔者以后继续要努力、探索的方向。
参考文献
[1]王敏.计算机技术的发展方向及进展[J].中小企业管理与科技，2014（1）：312-313.
对量子计算机的认识范文3
[关键词] 网络支付 信息安全 量子计算 量子密码
目前电子商务日益普及,电子货币、电子支票、信用卡等综合网络支付手段已经得到普遍使用。在网络支付中,隐私信息需要防止被窃取或盗用。同时,订货和付款等信息被竞争对手获悉或篡改还可能丧失商机等。因此在网络支付中信息均有加密要求。
一、量子计算
随着计算机的飞速发展，破译数学密码的难度也在降低。若能对任意极大整数快速做质数分解，就可破解目前普遍采用的RSA密码系统。但是以传统已知最快的方法对整数做质数分解，其复杂度是此整数位数的指数函数。正是如此巨额的计算复杂度保障了密码系统的安全。
不过随着量子计算机的出现,计算达到超高速水平。其潜在计算速度远远高于传统的电子计算机，如一台具有5000个左右量子位(qubit)的量子计算机可以在30秒内解决传统超级计算机需要100亿年才能解决的问题。量子位可代表了一个0或1,也可代表二者的结合,或是0和1之间的一种状态。根据量子力学的基本原理,一个量子可同时有两种状态,即一个量子可同时表示0和1。因此采用L个量子可一次同时对2L个数据进行处理,从而一步完成海量计算。
这种对计算问题的描述方法大大降低了计算复杂性，因此建立在这种能力上的量子计算机的运算能力是传统计算机所无法相比的。例如一台只有几千量子比特的相对较小量子计算机就能破译现存用来保证网上银行和信用卡交易信息安全的所有公用密钥密码系统。因此，量子计算机会对现在的密码系统造成极大威胁。不过，量子力学同时也提供了一个检测信息交换是否安全的办法，即量子密码技术。
二、量子密码技术的原理
从数学上讲只要掌握了恰当的方法任何密码都可破译。此外，由于密码在被窃听、破解时不会留下任何痕迹，用户无法察觉，就会继续使用同地址、密码来存储传输重要信息，从而造成更大损失。然而量子理论将会完全改变这一切。
自上世纪90年代以来科学家开始了量子密码的研究。因为采用量子密码技术加密的数据不可破译，一旦有人非法获取这些信息,使用者就会立即知道并采取措施。无论多么聪明的窃听者在破译密码时都会留下痕迹。更惊叹的是量子密码甚至能在被窃听的同时自动改变。毫无疑问这是一种真正安全、不可窃听破译的密码。
以往密码学的理论基础是数学，而量子密码学的理论基础是量子力学，利用物理学原理来保护信息。其原理是“海森堡测不准原理”中所包含的一个特性，即当有人对量子系统进行偷窥时，同时也会破坏这个系统。在量子物理学中有一个“海森堡测不准原理”,如果人们开始准确了解到基本粒子动量的变化，那么也就开始丧失对该粒子位置变化的认识。所以如果使用光去观察基本粒子,照亮粒子的光(即便仅一个光子)的行为都会使之改变路线,从而无法发现该粒子的实际位置。从这个原理也可知，对光子来讲只有对光子实施干扰才能“看见”光子。因此对输运光子线路的窃听会破坏原通讯线路之间的相互关系,通讯会被中断,这实际上就是一种不同于传统需要加密解密的加密技术。在传统加密交换中两个通讯对象必须事先拥有共同信息――密钥，包含需要加密、解密的算法数据信息。而先于信息传输的密钥交换正是传统加密协议的弱点。另外,还有“单量子不可复制定理”。它是上述原理的推论,指在不知道量子状态的情况下复制单个量子是不可能的,因为要复制单个量子就必须先做测量,而测量必然会改变量子状态。根据这两个原理,即使量子密码不幸被电脑黑客获取,也会因测量过程中对量子状态的改变使得黑客只能得到一些毫无意义的数据。
量子密码就是利用量子状态作为信息加密、解密的密钥，其原理就是被爱因斯坦称为“神秘远距离活动”的量子纠缠。它是一种量子力学现象，指不论两个粒子间距离有多远，一个粒子的变化都会影响另一个粒子。因此当使用一个特殊晶体将一个光子割裂成一对纠缠的光子后，即使相距遥远它们也是相互联结的。只要测量出其中一个被纠缠光子的属性，就容易推断出其他光子的属性。而且由这些光子产生的密码只有通过特定发送器、吸收器才能阅读。同时由于这些光子间的“神秘远距离活动”独一无二，只要有人要非法破译这些密码，就会不可避免地扰乱光子的性质。而且异动的光子会像警铃一样显示出入侵者的踪迹，再高明的黑客对这种加密技术也将一筹莫展。
三、量子密码技术在网络支付中的发展与应用
由于量子密码技术具有极好的市场前景和科学价值，故成为近年来国际学术界的一个前沿研究热点，欧洲、北美和日本都进行了大量的研究。在一些前沿领域量子密码技术非常被看好，许多针对性的应用实验正在进行。例如美国的BBN多种技术公司正在试验将量子密码引进因特网，并抓紧研究名为“开关”的设施，使用户可在因特网的大量加密量子流中接收属于自己的密码信息。应用在电子商务中，这种设施就可以确保在进行网络支付时用户密码等各重要信息的安全。
2007年3月国际上首个量子密码通信网络由我国科学家郭光灿在北京测试运行成功。这是迄今为止国际公开报道的惟一无中转、可同时任意互通的量子密码通信网络，标志着量子保密通信技术从点对点方式向网络化迈出了关键一步。2007年4月日本的研究小组利用商业光纤线路成功完成了量子密码传输的验证实验，据悉此研究小组还计划在2010年将这种量子密码传输技术投入使用，为金融机构和政府机关提供服务。
随着量子密码技术的发展，在不久的将来它将在网络支付的信息保护方面得到广泛应用，例如获取安全密钥、对数据加密、信息隐藏、信息身份认证等。相信未来量子密码技术将在确保电子支付安全中发挥至关重要的作用。
参考文献:
[1]王阿川宋辞等:一种更加安全的密码技术――量子密码[J].中国安全科学学报,2007,17(1):107～110
对量子计算机的认识范文4
【关键词】计算机技术；计算机；发展；微型计算机
计算机技术的普及已成为社会发展的必然趋势，在未来的社会发展中，计算机技术必然将朝着超高速、超小型、平行面处理和智能化方向发展。尽管在目前的社会发展中受到物理极限的约束与影响，以硅芯片为主的计算机核心部件和中央处理器性能持续增长。作为Moore定律驱动下不断影响，驱动器不断的发展和优化，并在工作中逐步形成了以晶体管为主的微型处理器，其性能更是高达10万MIPS（1000亿条指令/秒）。这种计算机核心元件的出现对于计算机技术的更进与优化有着十分重要的意义，同时对于全面开展计算机技术工作流程和模式显得更为有效和可靠。在未来计算机技术的发展中，超高速、微型化和智能化的计算机将成为人们工作研究的主要重点，也是在工作中将计算机技术形成多个数据处理的核心理念。基于目前计算机技术的稳定、明显和快速发展，超高速计算机将成为未来计算机得以改变和发展的主要基础，也是在生活中将各种相关因素融入和运用到计算机中的主要方法和手段。
一、计算机技术的发展史
计算机诞生之初，其主要的作用是用于计算导弹的运行弹道。但是由于在过去的工作中计算机成本较为昂贵，在上个世纪五十年代以前，计算机主要应用在军事领域。直到上个世纪六七十年代，计算机成本逐步降低，使得部分单位和企业有能力在工作中采用计算机进行工作，也使得计算机技术得到飞速发展。随着Intel4位中央处理器的诞生以及普及，在1982年，世界上第一台个人计算机诞生，并被成功的应用在家庭。到了上个世纪九十年代末期，计算机技术已经成功的应用在诸多家庭和企业，同时设计领域也逐步广泛企业。在这种社会现状下，计算机技术的发展与应用逐步形成了两个不同的方向和趋势，其一主要指的是被应用在科研机构、军事机构的计算机，由于这些领域往往都是计算困难、计算精度较高的工作环节，因此在计算就发展中对于计算机的计算能力和计算精确度提出了新的要求。其二主要指的是在工作中应用在家庭和中小企业的计算机，这些计算机可以说主要是往实惠、小体积和轻重量的方向发展。纵观计算机发展史我们可以得知，计算机创新能力的推动与普及与人们生活和社会发展紧密相连，其在工作中也推动了整个社会领域的正常进行。
二、计算机现状
计算机技术在当今社会中发挥着不可替代的作用，对于促进社会信息化的实现有着主导作用。伴随着科学技术的深入发展，计算机技术也逐步实现了硬件系统与软件系统同步发展的核心技术观念，也在工作中实现了信息化、现代化的核心技术处理要求。
（一）现代微型处理器的情况
在当前社会中，计算机技术的性能提升和处理主要在于发展微型处理器，这也是目前计算机发展的整体趋势，在计算机发展工作中，其主要的实质在于提高处理器芯片中的晶体线宽与尺寸的大小。一般在研究的过程中，多采用较短的波长来曝光光源，从而做打破掩膜曝光要求。如今的微型处理器发展与计算中，主要是通过紫外线进行运用和曝光光源的管理与申花，并且在工作中对于深层芯片进行全面总结和处理，这种工作流程和工作方式多是采用量子效应与电子行为来进行分析，这种社会分析现状也是微处理器发展的首要基础。所以也就引起专家的注视，紫外线光源对微处理器性能的提升已经没有多大作用了。
（二）以纳米为主的电子科学技术
伴随着科学技术的不断提高，各种先进材料不断的引进，进而对微处理器进行优化和总结。就目前的计算机应用与发展分析而言，在计算机工作中，准确高效的计算机技术和微型化电子元件的需求已成为人们对计算机发展提出的新观念，但就目前的社会现状而言这种目标还远远没有达到。因此在未来的计算机发展中，我们不仅要深入研究计算机处理技术，同时更是要引进各种新材料、新技术。在这种现状之下，以纳米为主的计算机技术已成为目前我们工作和认识的重点形式，也是当前社会发展中存在的核心问题。
三、计算机技术发展趋势预测
伴随着科学技术的不断发展和国民经济的进步，计算机技术在人们生活和工作中发挥着越来越重要的作用。二十一世纪作为一个信息时代，人类在生活、工作中都进入了智能化、信息化时代，对各种先进技术和信息要求都越来越高，以计算机为基础的新技术已成为目前社会发展的关键。
（一）改善计算机的体系结构
计算机是一个组合体。是一个具有不同功能的体系结构。其中，当前计算机主流的体系结构是并行计算，可以同时处理不同的问题，几乎所有的大型工作站或微型电脑都具备此功能；此外，对于大型电脑来说，另一种发展趋势是集群系统，它能够给用户提高可靠性以及相融性。
（二）网络技术的发展
如今计算机的运用越来越广泛，与人们的生活息息相关。这最主要的原因就是网络技术的发展。通过网络。人们可以进行商品的买卖、娱乐、了解更多的信息。因此，大力发展网络技术有利于计算机的发展。随着科技的进步，人们将步人物联网、智能电网的时代。这些都必须基于先进的网络技术。
四、未来计算机发展
1、量子计算机
量子计算机是基于量子效应基础上开发的，它利用一种链状分子聚合物的特性来表示开与关的状态，利用激光脉冲来改变分子的状态，使信息沿着聚合物移动，从而进行运算。量子计算机中数据用量子位存储。由于量子叠加效应，一个量子位可以是0或1，也可以既存储0又存储1。因此一个量子位可以存储2个数据，同样数量的存储位，量子计算机的存储量比通常计算机大许多。同时量子计算机能够实行量子并行计算，其运算速度可能比目前个人计算机的PentiumⅢ晶片快10亿倍。
光子计算机即全光数字计算机，以光子代替电子，光互连代替导线互连，光硬件代替计算机中的电子硬件，光运算代替电运算。
与电子计算机相比，光计算机的“无导线计算机”信息传递平行通道密度极大。一枚直径5分硬币大小的棱镜，它的通过能力超过全世界现有电话电缆的许多倍。光的并行、高速，天然地决定了光计算机的并行处理能力很强，具有超高速运算速度。超高速电子计算机只能在低温下工作，而光计算机在室温下即可开展工作。光计算机还具有与人脑相似的容错性。系统中某一元件损坏或出错时，并不影响最终的计算结果。
对量子计算机的认识范文5
抽象地说，所谓计算，就是从一个符号串f变换成另一个符号串g.比如说，从符号串12+3变换成15就是一个加法计算。如果符号串f是x2,而符号串g是2x,从f到g的计算就是微分。定理证明也是如此，令f表示一组公理和推导规则，令g是一个定理，那么从f到g的一系列变换就是定理g的证明。从这个角度看，文字翻译也是计算，如f代表一个英文句子，而g为含意相同的中文句子，那么从f到g就是把英文翻译成中文。这些变换间有什么共同点？为什么把它们都叫做计算？因为它们都是从己知符号（串）开始，一步一步地改变符号（串），经过有限步骤，最后得到一个满足预先规定的符号（串）的变换过程。
从类型上讲，计算主要有两大类：数值计算和符号推导。数值计算包括实数和函数的加减乘除、幂运算、开方运算、方程的求解等。符号推导包括代数与各种函数的恒等式、不等式的证明，几何命题的证明等。但无论是数值计算还是符号推导，它们在本质上是等价的、一致的，即二者是密切关联的，可以相互转化，具有共同的计算本质。随着数学的不断发展，还可能出现新的计算类型。
2远古的计算工具
人们从开始产生计算之日，便不断寻求能方便进行和加速计算的工具。因此，计算和计算工具是息息相关的。
早在公元前5世纪，中国人已开始用算筹作为计算工具，并在公元前3世纪得到普遍的采用，一直沿用了二千年。后来，人们发明了算盘，并在15世纪得到普遍采用，取代了算筹。它是在算筹基础上发明的，比算筹更加方便实用，同时还把算法口诀化，从而加快了计算速度。
3近代计算系统
近代的科学发展促进了计算工具的发展：在1614年，对数被发明以后，乘除运算可以化为加减运算，对数计算尺便是依据这一特点来设计。1620年，冈特最先利用对数计算尺来计算乘除。1850年，曼南在计算尺上装上光标，因此而受到当时科学工作者，特别是工程技术人员广泛采用。机械式计算器是与计算尺同时出现的，是计算工具上的一大发明。帕斯卡于1642年发明了帕斯卡加法器。在1671年，莱布尼茨发明了一种能作四则运算的手摇计算器，是长1米的大盒子。自此以后，经过人们在这方面多年的研究，特别是经过托马斯、奥德内尔等人的改良后，出现了多种多样的手摇计算器，并风行全世界。
4电动计算机
英国的巴贝奇于1834年，设计了一部完全程序控制的分析机，可惜碍于当时的机械技术限制而没有制成，但已包含了现代计算的基本思想和主要的组成部分了。此后，由于电力技术有了很大的发展，电动式计算器便慢慢取代以人工为动力的计算器。1941年，德国的楚泽采用了继电器，制成了第一部过程控制计算器，实现了100多年前巴贝奇的理想。
5电子计算机
20世纪初，电子管的出现，使计算器的改革有了新的发展，美国宾夕法尼亚大学和有关单位在1946年制成了第一台电子计算机。电子计算机的出现和发展，使人类进入了一个全新的时代。它是20世纪最伟大的发明之一，也当之无愧地被认为是迄今为止由科学和技术所创造的最具影响力的现代工具。
在电子计算机和信息技术高速发展过程中，因特尔公司的创始人之一戈登·摩尔（GodonMoore）对电子计算机产业所依赖的半导体技术的发展作出预言：半导体芯片的集成度将每两年翻一番。事实证明，自20世纪60年代以后的数十年内，芯片的集成度和电子计算机的计算速度实际是每十八个月就翻一番，而价格却随之降低一倍。这种奇迹般的发展速度被公认为“摩尔定律”.
6“摩尔定律”与“计算的极限”
人类是否可以将电子计算机的运算速度永无止境地提升？传统计算机计算能力的提高有没有极限？对此问题，学者们在进行严密论证后给出了否定的答案。如果电子计算机的计算能力无限提高，最终地球上所有的能量将转换为计算的结果--造成熵的降低，这种向低熵方向无限发展的运动被哲学界认为是禁止的，因此，传统电子计算机的计算能力必有上限。
而以IBM研究中心朗道（R.Landauer）为代表的理论科学家认为到21世纪30年代，芯片内导线的宽度将窄到纳米尺度（1纳米=10-9米），此时，导线内运动的电子将不再遵循经典物理规律--牛顿力学沿导线运行，而是按照量子力学的规律表现出奇特的“电子乱窜”的现象，从而导致芯片无法正常工作；同样，芯片中晶体管的体积小到一定临界尺寸（约5纳米）后，晶体管也将受到量子效应干扰而呈现出奇特的反常效应。
哲学家和科学家对此问题的看法十分一致：摩尔定律不久将不再适用。也就是说，电子计算机计算能力飞速发展的可喜景象很可能在21世纪前30年内终止。着名科学家，哈佛大学终身教授威尔逊（EdwardO.Wilson）指出：“科学代表着一个时代最为大胆的猜想（形而上学）。它纯粹是人为的。但我们相信，通过追寻”梦想-发现-解释-梦想“的不断循环，我们可以开拓一个个新领域，世界最终会变得越来越清晰，我们最终会了解宇宙的奥妙。所有的美妙都是彼此联系和有意义的。”
7量子计算系统
量子计算最初思想的提出可以追溯到20世纪80年代。物理学家费曼RichardP.Feynman曾试图用传统的电子计算机模拟量子力学对象的行为。他遇到一个问题：量子力学系统的行为通常是难以理解同时也是难以求解的。以光的干涉现象为例，在干涉过程中，相互作用的光子每增加一个，有可能发生的情况就会多出一倍，也就是问题的规模呈指数级增加。模拟这样的实验所需的计算量实在太大了，不过，在费曼眼里，这却恰恰提供一个契机。因为另一方面，量子力学系统的行为也具有良好的可预测性：在干涉实验中，只要给定初始条件，就可以推测出屏幕上影子的形状。费曼推断认为如果算出干涉实验中发生的现象需要大量的计算，那么搭建这样一个实验，测量其结果，就恰好相当于完成了一个复杂的计算。因此，只要在计算机运行的过程中，允许它在真实的量子力学对象上完成实验，并把实验结果整合到计算中去，就可以获得远远超出传统计算机的运算速度。
在费曼设想的启发下，1985年英国牛津大学教授多伊奇DavidDeutsch提出是否可以用物理学定律推导出一种超越传统的计算概念的方法即推导出更强的丘奇--图灵论题。费曼指出使用量子计算机时，不需要考虑计算是如何实现的，即把计算看作由“神谕”来实现的：这类计算在量子计算中被称为“神谕”（Oracle）。种种迹象表明：量子计算在一些特定的计算领域内确实比传统计算更强，例如，现代信息安全技术的安全性在很大程度上依赖于把一个大整数（如1024位的十进制数）分解为两个质数的乘积的难度。这个问题是一个典型的“困难问题”,困难的原因是目前在传统电子计算机上还没有找到一种有效的办法将这种计算快速地进行。目前，就是将全世界的所有大大小小的电子计算机全部利用起来来计算上面的这个1024位整数的质因子分解问题，大约需要28万年，这已经远远超过了人类所能够等待的时间。而且，分解的难度随着整数位数的增多指数级增大，也就是说如果要分解2046位的整数，所需要的时间已经远远超过宇宙现有的年龄。而利用一台量子计算机，我们只需要大约40分钟的时间就可以分解1024位的整数了。
8量子计算中的神谕
人类的计算工具，从木棍、石头到算盘，经过电子管计算机，晶体管计算机，到现在的电子计算机，再到量子计算。笔者发现这其中的过程让人思考：首先是人们发现用石头或者棍棒可以帮助人们进行计算，随后，人们发明了算盘，来帮助人们进行计算。当人们发现不仅人手可以搬动“算珠”,机器也可以用来搬动“算珠”,而且效率更高，速度更快。随后，人们用继电器替代了纯机械，最后人们用电子代替了继电器。就在人们改进计算工具的同时，数学家们开始对计算的本质展开了研究，图灵机模型告诉了人们答案。
量子计算的出现，则彻底打破了这种认识与创新规律。它建立在对量子力学实验的在现实世界的不可计算性。试图利用一个实验来代替一系列复杂的大量运算。可以说。这是一种革命性的思考与解决问题的方式。
因为在此之前，所有计算均是模拟一个快速的“算盘”,即使是最先进的电子计算机的CPU内部，64位的寄存器（register），也是等价于一个有着64根轴的二进制算盘。量子计算则完全不同，对于量子计算的核心部件，类似于古代希腊中的“神谕”,没有人弄清楚神谕内部的机理，却对“神谕”内部产生的结果深信不疑。人们可以把它当作一个黑盒子，人们通过输入，可以得到输出，但是对于黑盒子内部发生了什么和为什么这样发生确并不知道。
9“神谕”的挑战与人类自身的回应
人类的思考能力，随着计算工具的不断进化而不断加强。电子计算机和互联网的出现，大大加强了人类整体的科研能力，那么，量子计算系统的产生，会给人类整体带来更加强大的科研能力和思考能力，并最终解决困扰当今时代的量子“神谕”.不仅如此，量子计算系统会更加深刻的揭示计算的本质，把人类对计算本质的认识从牛顿世界中扩充到量子世界中。
如果观察历史，会发现人类文明不断增多的“发现”已经构成了我们理解世界的“公理”,人们的公理系统在不断的增大，随着该系统的不断增大，人们认清并解决了许多问题。人类的认识模式似乎符合下面的规律：
对量子计算机的认识范文6
“蛟龙”号下潜突破7000米
？？2012年6月24日上午9时许，“蛟龙”号成功下潜到7020米深海，再创我国载人深潜新纪录。“蛟龙”号7000米的重大突破，标志着我国具备载人到 达全球 99.8%以上海洋深处进行作业的能力，体现了我国在深海技术领域的重大进步。
点评：中国科学院院士汪品先
载人潜水器是人类直接进入深海作科学探索的重要手段。尽管现在深海探索有种种办法，比如“水下机器人”可以完成许多任务，但是科学家亲临海底的考察有着不可替代的意义。2012年的蛟龙潜水无疑是中国科技发展的一件大事。如今，能源匮乏是个大问题，深埋海底的可燃冰被视为石油、天然气最佳的替代能源。中国曾利用从外国租借的钻探船获得可燃冰样品，而“蛟龙号”的深潜能力是获取可燃冰的利器。
“神九”载人飞船与“天宫一号”成功对接
2012年6月16日，中国首位女航天员刘洋搭乘“神舟九号”飞船顺利升空。在13天的太空旅行中，刘洋和同伴完成了“神九”与“天宫一号”目标飞行器的手动交会对接，开展了一系列空间科学实验和技术试验。
点评：国家天文台研究员李竞
虽然太空很遥远，但是我们今天的生活很多都得益于太空探索。比如手机，最早就是基于人类登月的需要才创造出来的。当年美国实施登月计划，在航天事业的带动下，美国的科技与国力一下子与前苏联拉开了距离。如今我国航天领域的飞速发展，必然带动其他领域的进步。
世界首条高寒地区高速铁路运营
2012年12月1日，哈（尔滨）大（连）客运专线正式开通运营，这是我国目前在高纬度严寒地区设计的标准最高的一条高速铁路，也是世界上首条高寒地区建成运营的高速铁路。突破了防冻胀路基、接触网融冰、道岔融雪等国际公认的三大技术难题。
点评：中国工程院院士王梦恕
哈大高铁是我国高寒地区修建的第一条高铁干线，也是世界上第一条新建高寒高速铁路。我国已经掌握了在高寒地区修建高速铁路的技术，已解决了路基“冻胀”控制技术难题，形成了高寒地区高速铁路成套技术。哈大高铁开通运营具有深远而又重要的意义，不仅东三省主要城市间时空距离大大缩短，为东北区域经济一体化创造条件。同时，高铁开通还将会释放东北地区铁路货运能力，大大缓解目前哈大铁路通道运输能力紧张局面。
嫦娥二号7米分辨率全月影像图
2012年2月6日，国防科工委探月工程嫦娥二号月球探测器获得的7米分辨率全月球影像图。目前除中国外，还没有其他国家获得和过优于7米分辨率、100% 覆盖全月球表面的影像图，这表明我国探月工程又取得了一项重大成果。
点评： 探月工程科学应用首席科学家严俊
全月图是基础性的数据，所有的其他的研究一般都要以它作为一个重要的参考。7米分辨率全月球影像图是目前国际上已公布的分辨率最高的全月球影像图，分辨率越高，能看到的撞击坑就越多，这样就可能提供更精细的结果。
在未来登月计划中，我们还可以依据7米分辨率全月图所提供的全面、精细、可靠的地形地貌数据，为着陆器和月球车软着陆，以及载人登月优选着陆区。
首台国产
CPU千万亿次高效能
计算机系统通过验收
CPU是电脑的核心部件，被称为“计算机的心脏”。全部以中国“心脏”构建的千万亿次计算机——“神威蓝光”于去年9月11日通过验收。测试中，它在全过程9个多小时内没有发生一次故障，整个系统的峰值运算速度为1.07千万亿次，比20万台普通笔记本同时运算还要快；其存储容量为2000万亿字节，相当于6个国家图书馆藏书量。
？？据介绍，这台超级计算机共有8704个CPU，全部采用自主设计生产的申威1600处理器。它通过验收标志着我国成为继美国、日本之后第三个能够采用自主CPU构建千万亿次计算机的国家。
点评： 中科院软件所教授张云泉
超级计算机又称高性能计算机、巨型计算机，是世界公认的高新技术制高点和21世纪最重要的科学领域之一。在此方面全国产化的独立自主也标志着我国高性能计算系统已经可以走出国门，向其他国家出口。目前，神威蓝光主要会应用在海洋科学、新药研制、气象预报、金融分析、工业仿真等领域中的一些重点课题。
戊肝疫苗研制成功
中国是戊肝高流行区，但公众对戊肝的了解、认识程度却比较低，戊肝的危害性被严重低估。2012年上半年，戊肝发病率首次超过甲肝，成为我国急性流行性肝炎中的最大杀手。如今，这一杀手有了克星。2012年底，中国原创研发生产的戊肝疫苗“益可宁”实现商品化上市。这是当今世界首支可以直接造福于全人类的戊肝疫苗。
点评：中国工程院院士庄辉
戊肝疫苗经过11万健康志愿者参加Ⅲ期临床试验验证，3针免疫后1年保护率可达100%，且疫苗安全性良好。该疫苗的上市首次提供了有效的戊肝预防工具，还采用大肠杆菌作为表达系统，独创出与酵母、昆虫细胞、哺乳动物细胞并行的第四种基因工程疫苗的研发路径。
新一代大推力火箭发动机
研制成功
新一代运载火箭的研制成功，使我国成为继俄罗斯之后第二个掌握液氧煤油高压补燃循环火箭发动机核心技术的国家。
点评：中国航天科技集团谭永华
新一代大推动力火箭将于2014年首飞。它的研制直接带动了相关产业的发展。比如，为了解决高低温、高压、强氧化、高转速、大功率等问题，数十种新材料被发明，包括高强度耐氧化的不锈钢、高温合金、纳米涂层、镀层、橡胶等。液体火箭发动机也将由现在的一次性使用变为重复使用，更进一步降低了进入太空的成本，使得普通百姓进入太空旅游的可能性变得更高。
可扩展量子信息处理获重大突破
中国科技大学潘建伟小组利用自主发展的高亮度、高纯度量子纠缠源技术，在国际上首次实现了八光子薛定谔猫态。随后，他们利用八光子纠缠，在国际上首次实验实现了拓扑量子纠错，取得了可扩展容错性量子计算的重大突破，成果以长文形式发表在《自然》杂志上。
点评：中国科学技术大学副教授刘乃乐
量子信息应用主要包括量子通信和量子计算。前者已经开始实用化了，比如在北京等地即将铺设量子通信网络，而10年前它还处于基础研究阶段，完全看不到实用化的前景。相似的，量子计算目前就像10年前的量子通信，尚难预言前景。
量子计算机要走向实用，需要建立一个很大的量子网络，需要很多粒子纠缠起来。目前无论是国际上最多的十几个粒子纠缠，还是中国研究人员进行的八光子纠缠，都远远不足以完成实用化量子计算的任务，今后能在哪一个物理系统中建立大规模量子网络还难以确定。这就像传统计算机发明之初，虽然已有原理，但是不知道使用什么材料制作，后来才渐渐由半导体演变而来。不过，一旦突破瓶颈，量子计算机的速度是令人咋舌的，传统电脑用100万年才能解决的事，量子计算机几分钟就能搞定。
大亚湾实验发现中微子新的振荡模式
2012年3月8日，中国科学家宣布发现中微子新的振荡模式，并测得其振荡振幅，精度世界最高。该结果加深了人类对中微子基本特性的认识，得到国际高能物理学界的高度评价，并被《科学》杂志评选为 2012年度十大科学突破之一。
点评：中科院高能所研究员曹俊
中微子不带电，不会被物质阻挡，不会被磁场偏转，不会与宇宙背景辐射相互作用，所以用它作探针，可以直达宇宙深处或地心深处，在天文和地质方面有广泛用途。
亚洲第一射电望远镜建成
2012年10月28日，总体性能名列全球第四、亚洲第一的上海65米射电望远镜在中国科学院上海天文台松江佘山基地落成。该射电望远镜高70米、重2700吨，是我国目前口径最大、波段最全的一台全方位可动的高性能的射电望远镜。
