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對量子計算機的認識范文1
【關鍵詞】傳統計算機；發展；量子；納米；新型計算機
自1946年第一臺電子傳統計算機問世以來，傳統計算機技術在元件器件、硬件系統結構、軟件系統、應用等方面，均有驚人進步?，F代傳統計算機系統小到微型傳統計算機和個人傳統計算機，大到巨型傳統計算機及其網絡，形態、特性多種多樣，已廣泛用于科學計算、事務處理和過程控制，日益深入社會各個領域，對社會的進步產生深刻影響。
一、對傳統計算機的認識
傳統計算機是人類腦力的延伸和擴充，是近代科學的重大成就之一。它按人的要求接收和存儲信息，自動進行數據處理和計算，并輸出結果信息。
1.系統組成
傳統計算機系統的層次結構：內核是硬件系統，是進行信息處理的實際物理裝置。最外層是使用傳統計算機的人，即用戶。人與硬件系統之間的接口界面是軟件系統，它大致可分為系統軟件、支援軟件和應用軟件三層。
硬件硬件系統主要由中央處理器、存儲器、輸入輸出控制系統和各種外部設備組成。中央處理器是對信息進行高速運算處理的主要部件，其處理速度可達每秒幾億次以上操作。存儲器用于存儲程序、數據和文件，常由快速的主存儲器（容量可達數百兆字節，甚至數G字節）和慢速海量輔助存儲器（容量可達數十G或數百G以上）組成。各種輸入輸出外部設備是人機間的信息轉換器，由輸入-輸出控制系統管理外部設備與主存儲器（中央處理器）之間的信息交換。
軟件系統的最內層是系統軟件，它由操作系統、實用程序、編譯程序等組成。操作系統實施對各種軟硬件資源的管理控制。實用程序是為方便用戶所設，如文本編輯等。編譯程序的功能是把用戶用匯編語言或某種高級語言所編寫的程序，翻譯成機器可執行的機器語言程序。支撐軟件有接口軟件、工具軟件、環境數據庫等，它能支持用機的環境，提供軟件研制工具。支援軟件也可認為是系統軟件的一部分。應用軟件是用戶按其需要自行編寫。
2.系統特點
傳統計算機系統的特點是能進行精確、快速的計算和判斷，而且通用性好，使用容易，還能聯成網絡。①計算：一切復雜的計算，幾乎都可用傳統計算機通過算術運算和邏輯運算來實現。②判斷：傳統計算機有判別不同情況、選擇作不同處理的能力，故可用于管理、控制、對抗、決策、推理等領域。③存儲：傳統計算機能存儲巨量信息。④精確：只要字長足夠，計算精度理論上不受限制。⑤快速：傳統計算機一次操作所需時間已小到以納秒計。⑥通用：傳統計算機是可編程的，不同程序可實現不同的應用。⑦易用：豐富的高性能軟件及智能化的人-機接口，大大方便了使用。⑧聯網：多個傳統計算機系統能超越地理界限，借助通信網絡，共享遠程信息與軟件資源。
3.系統局限
傳統計算機，它的心臟依賴的是硅芯片，但是一個芯片的面積總有限。如果繼續使用現在的芯片，15年以后，傳統計算機的發展將走到盡頭。在由上海中國工程院院士中心召開的院士沙龍上，院士們曾預言，10-15年后將是傳統傳統計算機發展的“死限”，院士呼吁我國應加快研制新型計算機。
二、新型高性能計算機
硅芯片技術高速發展的同時，也意味看硅技術越來越接近其物理極限。為此，世界各國的研究人員正在加緊研究開發新型計算機，計算機的體系結構與技術都將產生一次量與質的飛躍。新型的量子計算機、光子計算機、分子計算機、納米計算機等，將會在二十一世紀走進我們的生活，遍布各個領域。
1.量子計算機
量子計算機的概念源于對可逆計算機的研究，量子計算機是一類遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。量子計算機是基于量子效應基礎上開發的，它利用一種鏈狀分子聚合物的特性來表示開與關的狀態，利用激光脈沖來改變分子的狀態.使信息沿著聚合物移動，從而進行運算。量子計算機中的數據用量子位存儲，由于量子疊加效應，一個量子位可以是0或1，也可以既存儲0又存儲1。因此，一個量子位可以存儲2個數據，同樣數量的存儲位，量子計算機的存儲量比通常計算機大許多。同時量子計算機能夠實行量子并行計算，其運算速度可能比目前計算機的Pentium DI晶片快10億倍。除具有高速并行處理數據的能力外，量子計算機還將對現有的保密體系、國家安全意識產生重大的沖擊。
無論是量子并行計算還是量子模擬計算，本質上都是利用了量子相干性。世界各地的許多實驗室正在以巨大的熱情追尋著這個夢想。目前已經提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束縛離子、電子或核自旋共振、量子點操縱、超導量子干涉等。量子編碼采用糾錯、避錯和防錯等。量子計算機使計算的概念煥然一新。
2.光子計算機
光子計算機是利用光子取代電子進行數據運算、傳翰和存儲。光子計算機即全光數字計算機，以光子代替電子，光互連代替導線互連，光硬件代替計算機中的電子硬件，光運算代替電運算。在光子計算機中，不同波長的光代表不同的數據，可以對復雜度高、計算量大的任務實現快速地并行處理。光子計算機將使運算速度在目前基礎上呈指數上升。
3.分子計算機
分子計算機體積小、耗電少、運算快、存儲量大。分子計算機的運行是吸收分子晶體上以電荷形式存在的信息，并以更有效的方式進行組織排列。分子計算機的運算過程就是蛋白質分子與周圍物理化學介質的相互作用過程。轉換開關為酶，而程序則在酶合成系統本身和蛋白質的結構中極其明顯地表示出來。生物分子組成的計算機具備能在生化環境下，甚至在生物有機體中運行，并能以其它分子形式與外部環境交換。因此它將在醫療診治、遺傳追蹤和仿生工程中發揮無法替代的作用。目前正在研究的主要有生物分子或超分子芯片、自動機模型、仿生算法、分子化學反應算法等幾種類型。分子芯片體積可比現在的芯片大大減小，而效率大大提高，分子計算機完成一項運算，所需的時間僅為10微微秒，比人的思維速度快100萬倍。分子計算機具有驚人的存貯容量，1立方米的DNA溶液可存儲1萬億億的二進制數據。分子計算機消耗的能量非常小，只有電子計算機的十億分之一。由于分子芯片的原材料是蛋白質分子，所以分子計算機既有自我修復的功能，又可直接與分子活體相聯。美國已研制出分子計算機分子電路的基礎元器件，可在光照幾萬分之一秒的時間內產生感應電流。以色列科學家已經研制出一種由DNA分子和酶分子構成的微型分子計算機。預計20年后，分子計算機將進人實用階段。
4.納米計算機
納米計算機是用納米技術研發的新型高性能計算機。納米管元件尺寸在幾到幾十納米范圍，質地堅固，有著極強的導電性，能代替硅芯片制造計算機。“納米”是一個計量單位，大約是氫原子直徑的10倍。納米技術是從20世紀80年代初迅速發展來的新的前沿科研領域，最終目標是人類按照自己的意志直接操縱單個原子，制造出具有特定功能的產品?，F在納米技術正從微電子機械系統起步，把傳感器、電動機和各種處理器都放在一個硅芯片上而構成一個系統。應用納米技術研制的計算機內存芯片，其體積只有數百個原子大小，相當于人的頭發絲直徑的千分之一。納米計算機不僅幾乎不需要耗費任何能源，而且其性能要比今天的計算機強大許多倍。美國正在研制一種連接納米管的方法，用這種方法連接的納米管可用作芯片元件，發揮電子開關、放大和晶體管的功能。專家預測，10年后納米技術將會走出實驗室，成為科技應用的一部分。納米計算機體積小、造價低、存量大、性能好，將逐漸取代芯片計算機，推動計算機行業的快速發展。
科學在發展，人類在進步，歷史上的新生事物都要經過一個從無到有的艱難歷程。隨著一代又一代科學家們的不斷努力，我們相信，新型計算機與相關技術的研發和應用，必將推進全球經濟社會高速發展，成為二十一世紀科技領域的重大創新，實現人類發展史上的重大突破。人類未來的生活必將在新型計算機的推動下越來越奇妙，越來越優越。
參考文獻
[1]劉科偉，黃建國.量子計算與量子計算機[J].計算機工程與應用，2002（38）.
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[3]陳連水，袁鳳輝，鄧放.分子計算機[J].分子信息學，2005（3）.
對量子計算機的認識范文2
關鍵詞：現代計算機；計算機技術；發展方向；趨勢
中圖分類號：TP338 文獻標識碼：A 文章號：1007-9416（2017）01-0242-01
1 計算機技術的概述
1.1 計算機的發展過程
1946年，世界上誕生了第一代計算機，其中應用了18800個真空管，體積占有幾個房間，它的出現在一定程度上改變了人類的思維和生活方式，為計算機技術的進一步發展打下了堅實的基礎。計算機的發展過程主要包括四個階段，第一代計算機主要由真空管組成，由于真空管體自身的特性，體積大、內存小，所以，第一代計算機不僅體積龐大，而且耗電量巨大。1954年，世界上第二代計算機誕生了，由美國科學家催迪克研制出來的晶體管計算機。信息產業作為技術與知識密集型產業，為了能適應現代社會建設的需要，第四代計算機應運而生。第四代計算機的出現直接促進了計算機的大量生產，計算機開始出現在人們的日常生活中。
1.2 我國計算機技術的發展現狀
隨著計算機的迅速發展，我們已進入到了計算機信息技術時代，我們可以直接從網上獲取信息資源，這也使我們的生活有了很大的改變。不少發達國家的政治、經濟、及文化開始過度依賴于計算機信息技術的基礎設施，而同時又出現了強大的黑客攻擊，信息技術猶如新型的作戰技術，在當前的形式下，計算機技術的安全問題成為了各國面臨的巨大挑戰，因此，還需進一步加強對計算機技術的安全風險管理[1]。
2 我國計算機技術的發展趨勢
如今，計算機信息技術已成為大家關注的一大焦點，連續創造活動的出現、穩定的選擇機制使得我國計算機技術有了迅速的發展。由于計算機信息技術的發展給我們的日常生活帶來了諸多便利，有效滿足了大家的日常及工作需求，不僅提升了個人的工作效率，還保障了整個社會的工作效率，這樣才能確保其為我國提供更好的信息服務。我國的計算機技術已成為了社會發展的主要潮流之一，有著廣闊的發展前景。
2.1 生物計算機
生物計算機，也被稱之為仿生計算機，主要是通過生物工程生產的蛋白質分子作為生物芯片來代替半導體的硅片。由于生物的遺傳形狀主要是由DNA決定的，DNA是具有基因編碼的雙鏈大分子，且蛋白質的結構等信息都儲存在DNA的雙鏈分子中，所以，生物計算機具有很強的信息儲存能力[2]。另外，由于通過控制脫氧核糖核酸的狀態可以有效控制DNA的信息，而且生物計算機具有很強的信息處理能力，這為生物計算機帶來了很多優勢，不僅表現在功率高體積小，而且存儲和芯片也具有一定的可靠性。
2.2 量子計算機
在21世紀的信息社會中，先進的信息科技給人民的生活帶來了深刻的變化。信息產業作為技術與知識密集型產業，為了能適應現代社會建設的需要，量子計算機應運而生。量子計算機在進行處理和存儲數據時，會根據量子算法，采用一量子比特的形式進行儲存數據，所以，量子計算機在數據處理的速度上有了很大的進步。目前，很多專家學者也在不斷的研究量子計算機，所以，量子計算機一定會有很好的發展。
2.3 光子計算機
光子計算機主要是通過利用光信號進行信息處理和存儲的新型計算機，其在進行數據存儲時主要利用的是光子和光運算，而且當對數據處理錯誤時不會影響到最終的結果。光子計算機還具有很多優勢，比如，不會受到電磁場的影響，超大規模的信息存儲容量及低能量消耗、低發熱量等。光子計算機的這些優勢使光子可以任意傳輸，不會受到電磁場的影響，不需要導線也不會相互影響，而且是在很低的能量下就能正常工作。
2.4 納米計算機
納米計算機是用納米技術研發的新型高性能計算機，體積約是人頭發直徑的千分之一，性能比傳統的計算機強大很多，而且有著極強的導電性[3]。由于納米技術開始研制成計算機內存芯片，而且其性能也亞遠遠超過傳統計算機的性能，所以，未來的納米技術將會走出實驗室，納米計算機也會取代芯片計算機。因此，納米計算機能提供更加全面、客觀、公正、高質量的信息與技術。
3 結語
計算機技術的發展改變了人民的生活，比較符合人類的需求，不僅方便了廣大人民群眾的日常生活，而且成為了提高我國綜合國力競爭的重要組成部分，對于到我國信息安全產業的健康發展起到直接推動作用，推動了我國經濟和現代文明的進步，所以，還需不斷加強人們對計算機技術的認識。從計算機的發展過程及發展現狀上來看，我國計算機技術未來的發展趨勢將朝著智能化、專業化的方向發展，高性能計算機就是我國計算機科學與技術的主要發展方向。
由于筆者對現代計算機技術的發展方向與趨勢只有初步的統整，所以研究還有部分不太嚴謹的地方，這也是筆者以后繼續要努力、探索的方向。
參考文獻
[1]王敏.計算機技術的發展方向及進展[J].中小企業管理與科技，2014（1）：312-313.
對量子計算機的認識范文3
[關鍵詞] 網絡支付 信息安全 量子計算 量子密碼
目前電子商務日益普及,電子貨幣、電子支票、信用卡等綜合網絡支付手段已經得到普遍使用。在網絡支付中,隱私信息需要防止被竊取或盜用。同時,訂貨和付款等信息被競爭對手獲悉或篡改還可能喪失商機等。因此在網絡支付中信息均有加密要求。
一、量子計算
隨著計算機的飛速發展，破譯數學密碼的難度也在降低。若能對任意極大整數快速做質數分解，就可破解目前普遍采用的RSA密碼系統。但是以傳統已知最快的方法對整數做質數分解，其復雜度是此整數位數的指數函數。正是如此巨額的計算復雜度保障了密碼系統的安全。
不過隨著量子計算機的出現,計算達到超高速水平。其潛在計算速度遠遠高于傳統的電子計算機，如一臺具有5000個左右量子位(qubit)的量子計算機可以在30秒內解決傳統超級計算機需要100億年才能解決的問題。量子位可代表了一個0或1,也可代表二者的結合,或是0和1之間的一種狀態。根據量子力學的基本原理,一個量子可同時有兩種狀態,即一個量子可同時表示0和1。因此采用L個量子可一次同時對2L個數據進行處理,從而一步完成海量計算。
這種對計算問題的描述方法大大降低了計算復雜性，因此建立在這種能力上的量子計算機的運算能力是傳統計算機所無法相比的。例如一臺只有幾千量子比特的相對較小量子計算機就能破譯現存用來保證網上銀行和信用卡交易信息安全的所有公用密鑰密碼系統。因此，量子計算機會對現在的密碼系統造成極大威脅。不過，量子力學同時也提供了一個檢測信息交換是否安全的辦法，即量子密碼技術。
二、量子密碼技術的原理
從數學上講只要掌握了恰當的方法任何密碼都可破譯。此外，由于密碼在被竊聽、破解時不會留下任何痕跡，用戶無法察覺，就會繼續使用同地址、密碼來存儲傳輸重要信息，從而造成更大損失。然而量子理論將會完全改變這一切。
自上世紀90年代以來科學家開始了量子密碼的研究。因為采用量子密碼技術加密的數據不可破譯，一旦有人非法獲取這些信息,使用者就會立即知道并采取措施。無論多么聰明的竊聽者在破譯密碼時都會留下痕跡。更驚嘆的是量子密碼甚至能在被竊聽的同時自動改變。毫無疑問這是一種真正安全、不可竊聽破譯的密碼。
以往密碼學的理論基礎是數學，而量子密碼學的理論基礎是量子力學，利用物理學原理來保護信息。其原理是“海森堡測不準原理”中所包含的一個特性，即當有人對量子系統進行偷窺時，同時也會破壞這個系統。在量子物理學中有一個“海森堡測不準原理”,如果人們開始準確了解到基本粒子動量的變化，那么也就開始喪失對該粒子位置變化的認識。所以如果使用光去觀察基本粒子,照亮粒子的光(即便僅一個光子)的行為都會使之改變路線,從而無法發現該粒子的實際位置。從這個原理也可知，對光子來講只有對光子實施干擾才能“看見”光子。因此對輸運光子線路的竊聽會破壞原通訊線路之間的相互關系,通訊會被中斷,這實際上就是一種不同于傳統需要加密解密的加密技術。在傳統加密交換中兩個通訊對象必須事先擁有共同信息――密鑰，包含需要加密、解密的算法數據信息。而先于信息傳輸的密鑰交換正是傳統加密協議的弱點。另外,還有“單量子不可復制定理”。它是上述原理的推論,指在不知道量子狀態的情況下復制單個量子是不可能的,因為要復制單個量子就必須先做測量,而測量必然會改變量子狀態。根據這兩個原理,即使量子密碼不幸被電腦黑客獲取,也會因測量過程中對量子狀態的改變使得黑客只能得到一些毫無意義的數據。
量子密碼就是利用量子狀態作為信息加密、解密的密鑰，其原理就是被愛因斯坦稱為“神秘遠距離活動”的量子糾纏。它是一種量子力學現象，指不論兩個粒子間距離有多遠，一個粒子的變化都會影響另一個粒子。因此當使用一個特殊晶體將一個光子割裂成一對糾纏的光子后，即使相距遙遠它們也是相互聯結的。只要測量出其中一個被糾纏光子的屬性，就容易推斷出其他光子的屬性。而且由這些光子產生的密碼只有通過特定發送器、吸收器才能閱讀。同時由于這些光子間的“神秘遠距離活動”獨一無二，只要有人要非法破譯這些密碼，就會不可避免地擾亂光子的性質。而且異動的光子會像警鈴一樣顯示出入侵者的蹤跡，再高明的黑客對這種加密技術也將一籌莫展。
三、量子密碼技術在網絡支付中的發展與應用
由于量子密碼技術具有極好的市場前景和科學價值，故成為近年來國際學術界的一個前沿研究熱點，歐洲、北美和日本都進行了大量的研究。在一些前沿領域量子密碼技術非常被看好，許多針對性的應用實驗正在進行。例如美國的BBN多種技術公司正在試驗將量子密碼引進因特網，并抓緊研究名為“開關”的設施，使用戶可在因特網的大量加密量子流中接收屬于自己的密碼信息。應用在電子商務中，這種設施就可以確保在進行網絡支付時用戶密碼等各重要信息的安全。
2007年3月國際上首個量子密碼通信網絡由我國科學家郭光燦在北京測試運行成功。這是迄今為止國際公開報道的惟一無中轉、可同時任意互通的量子密碼通信網絡，標志著量子保密通信技術從點對點方式向網絡化邁出了關鍵一步。2007年4月日本的研究小組利用商業光纖線路成功完成了量子密碼傳輸的驗證實驗，據悉此研究小組還計劃在2010年將這種量子密碼傳輸技術投入使用，為金融機構和政府機關提供服務。
隨著量子密碼技術的發展，在不久的將來它將在網絡支付的信息保護方面得到廣泛應用，例如獲取安全密鑰、對數據加密、信息隱藏、信息身份認證等。相信未來量子密碼技術將在確保電子支付安全中發揮至關重要的作用。
參考文獻:
[1]王阿川宋辭等:一種更加安全的密碼技術――量子密碼[J].中國安全科學學報,2007,17(1):107～110
對量子計算機的認識范文4
【關鍵詞】計算機技術；計算機；發展；微型計算機
計算機技術的普及已成為社會發展的必然趨勢，在未來的社會發展中，計算機技術必然將朝著超高速、超小型、平行面處理和智能化方向發展。盡管在目前的社會發展中受到物理極限的約束與影響，以硅芯片為主的計算機核心部件和中央處理器性能持續增長。作為Moore定律驅動下不斷影響，驅動器不斷的發展和優化，并在工作中逐步形成了以晶體管為主的微型處理器，其性能更是高達10萬MIPS（1000億條指令/秒）。這種計算機核心元件的出現對于計算機技術的更進與優化有著十分重要的意義，同時對于全面開展計算機技術工作流程和模式顯得更為有效和可靠。在未來計算機技術的發展中，超高速、微型化和智能化的計算機將成為人們工作研究的主要重點，也是在工作中將計算機技術形成多個數據處理的核心理念?；谀壳坝嬎銠C技術的穩定、明顯和快速發展，超高速計算機將成為未來計算機得以改變和發展的主要基礎，也是在生活中將各種相關因素融入和運用到計算機中的主要方法和手段。
一、計算機技術的發展史
計算機誕生之初，其主要的作用是用于計算導彈的運行彈道。但是由于在過去的工作中計算機成本較為昂貴，在上個世紀五十年代以前，計算機主要應用在軍事領域。直到上個世紀六七十年代，計算機成本逐步降低，使得部分單位和企業有能力在工作中采用計算機進行工作，也使得計算機技術得到飛速發展。隨著Intel4位中央處理器的誕生以及普及，在1982年，世界上第一臺個人計算機誕生，并被成功的應用在家庭。到了上個世紀九十年代末期，計算機技術已經成功的應用在諸多家庭和企業，同時設計領域也逐步廣泛企業。在這種社會現狀下，計算機技術的發展與應用逐步形成了兩個不同的方向和趨勢，其一主要指的是被應用在科研機構、軍事機構的計算機，由于這些領域往往都是計算困難、計算精度較高的工作環節，因此在計算就發展中對于計算機的計算能力和計算精確度提出了新的要求。其二主要指的是在工作中應用在家庭和中小企業的計算機，這些計算機可以說主要是往實惠、小體積和輕重量的方向發展。縱觀計算機發展史我們可以得知，計算機創新能力的推動與普及與人們生活和社會發展緊密相連，其在工作中也推動了整個社會領域的正常進行。
二、計算機現狀
計算機技術在當今社會中發揮著不可替代的作用，對于促進社會信息化的實現有著主導作用。伴隨著科學技術的深入發展，計算機技術也逐步實現了硬件系統與軟件系統同步發展的核心技術觀念，也在工作中實現了信息化、現代化的核心技術處理要求。
（一）現代微型處理器的情況
在當前社會中，計算機技術的性能提升和處理主要在于發展微型處理器，這也是目前計算機發展的整體趨勢，在計算機發展工作中，其主要的實質在于提高處理器芯片中的晶體線寬與尺寸的大小。一般在研究的過程中，多采用較短的波長來曝光光源，從而做打破掩膜曝光要求。如今的微型處理器發展與計算中，主要是通過紫外線進行運用和曝光光源的管理與申花，并且在工作中對于深層芯片進行全面總結和處理，這種工作流程和工作方式多是采用量子效應與電子行為來進行分析，這種社會分析現狀也是微處理器發展的首要基礎。所以也就引起專家的注視，紫外線光源對微處理器性能的提升已經沒有多大作用了。
（二）以納米為主的電子科學技術
伴隨著科學技術的不斷提高，各種先進材料不斷的引進，進而對微處理器進行優化和總結。就目前的計算機應用與發展分析而言，在計算機工作中，準確高效的計算機技術和微型化電子元件的需求已成為人們對計算機發展提出的新觀念，但就目前的社會現狀而言這種目標還遠遠沒有達到。因此在未來的計算機發展中，我們不僅要深入研究計算機處理技術，同時更是要引進各種新材料、新技術。在這種現狀之下，以納米為主的計算機技術已成為目前我們工作和認識的重點形式，也是當前社會發展中存在的核心問題。
三、計算機技術發展趨勢預測
伴隨著科學技術的不斷發展和國民經濟的進步，計算機技術在人們生活和工作中發揮著越來越重要的作用。二十一世紀作為一個信息時代，人類在生活、工作中都進入了智能化、信息化時代，對各種先進技術和信息要求都越來越高，以計算機為基礎的新技術已成為目前社會發展的關鍵。
（一）改善計算機的體系結構
計算機是一個組合體。是一個具有不同功能的體系結構。其中，當前計算機主流的體系結構是并行計算，可以同時處理不同的問題，幾乎所有的大型工作站或微型電腦都具備此功能；此外，對于大型電腦來說，另一種發展趨勢是集群系統，它能夠給用戶提高可靠性以及相融性。
（二）網絡技術的發展
如今計算機的運用越來越廣泛，與人們的生活息息相關。這最主要的原因就是網絡技術的發展。通過網絡。人們可以進行商品的買賣、娛樂、了解更多的信息。因此，大力發展網絡技術有利于計算機的發展。隨著科技的進步，人們將步人物聯網、智能電網的時代。這些都必須基于先進的網絡技術。
四、未來計算機發展
1、量子計算機
量子計算機是基于量子效應基礎上開發的，它利用一種鏈狀分子聚合物的特性來表示開與關的狀態，利用激光脈沖來改變分子的狀態，使信息沿著聚合物移動，從而進行運算。量子計算機中數據用量子位存儲。由于量子疊加效應，一個量子位可以是0或1，也可以既存儲0又存儲1。因此一個量子位可以存儲2個數據，同樣數量的存儲位，量子計算機的存儲量比通常計算機大許多。同時量子計算機能夠實行量子并行計算，其運算速度可能比目前個人計算機的PentiumⅢ晶片快10億倍。
光子計算機即全光數字計算機，以光子代替電子，光互連代替導線互連，光硬件代替計算機中的電子硬件，光運算代替電運算。
與電子計算機相比，光計算機的“無導線計算機”信息傳遞平行通道密度極大。一枚直徑5分硬幣大小的棱鏡，它的通過能力超過全世界現有電話電纜的許多倍。光的并行、高速，天然地決定了光計算機的并行處理能力很強，具有超高速運算速度。超高速電子計算機只能在低溫下工作，而光計算機在室溫下即可開展工作。光計算機還具有與人腦相似的容錯性。系統中某一元件損壞或出錯時，并不影響最終的計算結果。
對量子計算機的認識范文5
抽象地說，所謂計算，就是從一個符號串f變換成另一個符號串g.比如說，從符號串12+3變換成15就是一個加法計算。如果符號串f是x2,而符號串g是2x,從f到g的計算就是微分。定理證明也是如此，令f表示一組公理和推導規則，令g是一個定理，那么從f到g的一系列變換就是定理g的證明。從這個角度看，文字翻譯也是計算，如f代表一個英文句子，而g為含意相同的中文句子，那么從f到g就是把英文翻譯成中文。這些變換間有什么共同點？為什么把它們都叫做計算？因為它們都是從己知符號（串）開始，一步一步地改變符號（串），經過有限步驟，最后得到一個滿足預先規定的符號（串）的變換過程。
從類型上講，計算主要有兩大類：數值計算和符號推導。數值計算包括實數和函數的加減乘除、冪運算、開方運算、方程的求解等。符號推導包括代數與各種函數的恒等式、不等式的證明，幾何命題的證明等。但無論是數值計算還是符號推導，它們在本質上是等價的、一致的，即二者是密切關聯的，可以相互轉化，具有共同的計算本質。隨著數學的不斷發展，還可能出現新的計算類型。
2遠古的計算工具
人們從開始產生計算之日，便不斷尋求能方便進行和加速計算的工具。因此，計算和計算工具是息息相關的。
早在公元前5世紀，中國人已開始用算籌作為計算工具，并在公元前3世紀得到普遍的采用，一直沿用了二千年。后來，人們發明了算盤，并在15世紀得到普遍采用，取代了算籌。它是在算籌基礎上發明的，比算籌更加方便實用，同時還把算法口訣化，從而加快了計算速度。
3近代計算系統
近代的科學發展促進了計算工具的發展：在1614年，對數被發明以后，乘除運算可以化為加減運算，對數計算尺便是依據這一特點來設計。1620年，岡特最先利用對數計算尺來計算乘除。1850年，曼南在計算尺上裝上光標，因此而受到當時科學工作者，特別是工程技術人員廣泛采用。機械式計算器是與計算尺同時出現的，是計算工具上的一大發明。帕斯卡于1642年發明了帕斯卡加法器。在1671年，萊布尼茨發明了一種能作四則運算的手搖計算器，是長1米的大盒子。自此以后，經過人們在這方面多年的研究，特別是經過托馬斯、奧德內爾等人的改良后，出現了多種多樣的手搖計算器，并風行全世界。
4電動計算機
英國的巴貝奇于1834年，設計了一部完全程序控制的分析機，可惜礙于當時的機械技術限制而沒有制成，但已包含了現代計算的基本思想和主要的組成部分了。此后，由于電力技術有了很大的發展，電動式計算器便慢慢取代以人工為動力的計算器。1941年，德國的楚澤采用了繼電器，制成了第一部過程控制計算器，實現了100多年前巴貝奇的理想。
5電子計算機
20世紀初，電子管的出現，使計算器的改革有了新的發展，美國賓夕法尼亞大學和有關單位在1946年制成了第一臺電子計算機。電子計算機的出現和發展，使人類進入了一個全新的時代。它是20世紀最偉大的發明之一，也當之無愧地被認為是迄今為止由科學和技術所創造的最具影響力的現代工具。
在電子計算機和信息技術高速發展過程中，因特爾公司的創始人之一戈登·摩爾（GodonMoore）對電子計算機產業所依賴的半導體技術的發展作出預言：半導體芯片的集成度將每兩年翻一番。事實證明，自20世紀60年代以后的數十年內，芯片的集成度和電子計算機的計算速度實際是每十八個月就翻一番，而價格卻隨之降低一倍。這種奇跡般的發展速度被公認為“摩爾定律”.
6“摩爾定律”與“計算的極限”
人類是否可以將電子計算機的運算速度永無止境地提升？傳統計算機計算能力的提高有沒有極限？對此問題，學者們在進行嚴密論證后給出了否定的答案。如果電子計算機的計算能力無限提高，最終地球上所有的能量將轉換為計算的結果--造成熵的降低，這種向低熵方向無限發展的運動被哲學界認為是禁止的，因此，傳統電子計算機的計算能力必有上限。
而以IBM研究中心朗道（R.Landauer）為代表的理論科學家認為到21世紀30年代，芯片內導線的寬度將窄到納米尺度（1納米=10-9米），此時，導線內運動的電子將不再遵循經典物理規律--牛頓力學沿導線運行，而是按照量子力學的規律表現出奇特的“電子亂竄”的現象，從而導致芯片無法正常工作；同樣，芯片中晶體管的體積小到一定臨界尺寸（約5納米）后，晶體管也將受到量子效應干擾而呈現出奇特的反常效應。
哲學家和科學家對此問題的看法十分一致：摩爾定律不久將不再適用。也就是說，電子計算機計算能力飛速發展的可喜景象很可能在21世紀前30年內終止。著名科學家，哈佛大學終身教授威爾遜（EdwardO.Wilson）指出：“科學代表著一個時代最為大膽的猜想（形而上學）。它純粹是人為的。但我們相信，通過追尋”夢想-發現-解釋-夢想“的不斷循環，我們可以開拓一個個新領域，世界最終會變得越來越清晰，我們最終會了解宇宙的奧妙。所有的美妙都是彼此聯系和有意義的?！?/p>
7量子計算系統
量子計算最初思想的提出可以追溯到20世紀80年代。物理學家費曼RichardP.Feynman曾試圖用傳統的電子計算機模擬量子力學對象的行為。他遇到一個問題：量子力學系統的行為通常是難以理解同時也是難以求解的。以光的干涉現象為例，在干涉過程中，相互作用的光子每增加一個，有可能發生的情況就會多出一倍，也就是問題的規模呈指數級增加。模擬這樣的實驗所需的計算量實在太大了，不過，在費曼眼里，這卻恰恰提供一個契機。因為另一方面，量子力學系統的行為也具有良好的可預測性：在干涉實驗中，只要給定初始條件，就可以推測出屏幕上影子的形狀。費曼推斷認為如果算出干涉實驗中發生的現象需要大量的計算，那么搭建這樣一個實驗，測量其結果，就恰好相當于完成了一個復雜的計算。因此，只要在計算機運行的過程中，允許它在真實的量子力學對象上完成實驗，并把實驗結果整合到計算中去，就可以獲得遠遠超出傳統計算機的運算速度。
在費曼設想的啟發下，1985年英國牛津大學教授多伊奇DavidDeutsch提出是否可以用物理學定律推導出一種超越傳統的計算概念的方法即推導出更強的丘奇--圖靈論題。費曼指出使用量子計算機時，不需要考慮計算是如何實現的，即把計算看作由“神諭”來實現的：這類計算在量子計算中被稱為“神諭”（Oracle）。種種跡象表明：量子計算在一些特定的計算領域內確實比傳統計算更強，例如，現代信息安全技術的安全性在很大程度上依賴于把一個大整數（如1024位的十進制數）分解為兩個質數的乘積的難度。這個問題是一個典型的“困難問題”,困難的原因是目前在傳統電子計算機上還沒有找到一種有效的辦法將這種計算快速地進行。目前，就是將全世界的所有大大小小的電子計算機全部利用起來來計算上面的這個1024位整數的質因子分解問題，大約需要28萬年，這已經遠遠超過了人類所能夠等待的時間。而且，分解的難度隨著整數位數的增多指數級增大，也就是說如果要分解2046位的整數，所需要的時間已經遠遠超過宇宙現有的年齡。而利用一臺量子計算機，我們只需要大約40分鐘的時間就可以分解1024位的整數了。
8量子計算中的神諭
人類的計算工具，從木棍、石頭到算盤，經過電子管計算機，晶體管計算機，到現在的電子計算機，再到量子計算。筆者發現這其中的過程讓人思考：首先是人們發現用石頭或者棍棒可以幫助人們進行計算，隨后，人們發明了算盤，來幫助人們進行計算。當人們發現不僅人手可以搬動“算珠”,機器也可以用來搬動“算珠”,而且效率更高，速度更快。隨后，人們用繼電器替代了純機械，最后人們用電子代替了繼電器。就在人們改進計算工具的同時，數學家們開始對計算的本質展開了研究，圖靈機模型告訴了人們答案。
量子計算的出現，則徹底打破了這種認識與創新規律。它建立在對量子力學實驗的在現實世界的不可計算性。試圖利用一個實驗來代替一系列復雜的大量運算。可以說。這是一種革命性的思考與解決問題的方式。
因為在此之前，所有計算均是模擬一個快速的“算盤”,即使是最先進的電子計算機的CPU內部，64位的寄存器（register），也是等價于一個有著64根軸的二進制算盤。量子計算則完全不同，對于量子計算的核心部件，類似于古代希臘中的“神諭”,沒有人弄清楚神諭內部的機理，卻對“神諭”內部產生的結果深信不疑。人們可以把它當作一個黑盒子，人們通過輸入，可以得到輸出，但是對于黑盒子內部發生了什么和為什么這樣發生確并不知道。
9“神諭”的挑戰與人類自身的回應
人類的思考能力，隨著計算工具的不斷進化而不斷加強。電子計算機和互聯網的出現，大大加強了人類整體的科研能力，那么，量子計算系統的產生，會給人類整體帶來更加強大的科研能力和思考能力，并最終解決困擾當今時代的量子“神諭”.不僅如此，量子計算系統會更加深刻的揭示計算的本質，把人類對計算本質的認識從牛頓世界中擴充到量子世界中。
如果觀察歷史，會發現人類文明不斷增多的“發現”已經構成了我們理解世界的“公理”,人們的公理系統在不斷的增大，隨著該系統的不斷增大，人們認清并解決了許多問題。人類的認識模式似乎符合下面的規律：
對量子計算機的認識范文6
“蛟龍”號下潛突破7000米
？？2012年6月24日上午9時許，“蛟龍”號成功下潛到7020米深海，再創我國載人深潛新紀錄?！膀札垺碧?000米的重大突破，標志著我國具備載人到 達全球 99.8%以上海洋深處進行作業的能力，體現了我國在深海技術領域的重大進步。
點評：中國科學院院士汪品先
載人潛水器是人類直接進入深海作科學探索的重要手段。盡管現在深海探索有種種辦法，比如“水下機器人”可以完成許多任務，但是科學家親臨海底的考察有著不可替代的意義。2012年的蛟龍潛水無疑是中國科技發展的一件大事。如今，能源匱乏是個大問題，深埋海底的可燃冰被視為石油、天然氣最佳的替代能源。中國曾利用從外國租借的鉆探船獲得可燃冰樣品，而“蛟龍號”的深潛能力是獲取可燃冰的利器。
“神九”載人飛船與“天宮一號”成功對接
2012年6月16日，中國首位女航天員劉洋搭乘“神舟九號”飛船順利升空。在13天的太空旅行中，劉洋和同伴完成了“神九”與“天宮一號”目標飛行器的手動交會對接，開展了一系列空間科學實驗和技術試驗。
點評：國家天文臺研究員李競
雖然太空很遙遠，但是我們今天的生活很多都得益于太空探索。比如手機，最早就是基于人類登月的需要才創造出來的。當年美國實施登月計劃，在航天事業的帶動下，美國的科技與國力一下子與前蘇聯拉開了距離。如今我國航天領域的飛速發展，必然帶動其他領域的進步。
世界首條高寒地區高速鐵路運營
2012年12月1日，哈（爾濱）大（連）客運專線正式開通運營，這是我國目前在高緯度嚴寒地區設計的標準最高的一條高速鐵路，也是世界上首條高寒地區建成運營的高速鐵路。突破了防凍脹路基、接觸網融冰、道岔融雪等國際公認的三大技術難題。
點評：中國工程院院士王夢恕
哈大高鐵是我國高寒地區修建的第一條高鐵干線，也是世界上第一條新建高寒高速鐵路。我國已經掌握了在高寒地區修建高速鐵路的技術，已解決了路基“凍脹”控制技術難題，形成了高寒地區高速鐵路成套技術。哈大高鐵開通運營具有深遠而又重要的意義，不僅東三省主要城市間時空距離大大縮短，為東北區域經濟一體化創造條件。同時，高鐵開通還將會釋放東北地區鐵路貨運能力，大大緩解目前哈大鐵路通道運輸能力緊張局面。
嫦娥二號7米分辨率全月影像圖
2012年2月6日，國防科工委探月工程嫦娥二號月球探測器獲得的7米分辨率全月球影像圖。目前除中國外，還沒有其他國家獲得和過優于7米分辨率、100% 覆蓋全月球表面的影像圖，這表明我國探月工程又取得了一項重大成果。
點評： 探月工程科學應用首席科學家嚴俊
全月圖是基礎性的數據，所有的其他的研究一般都要以它作為一個重要的參考。7米分辨率全月球影像圖是目前國際上已公布的分辨率最高的全月球影像圖，分辨率越高，能看到的撞擊坑就越多，這樣就可能提供更精細的結果。
在未來登月計劃中，我們還可以依據7米分辨率全月圖所提供的全面、精細、可靠的地形地貌數據，為著陸器和月球車軟著陸，以及載人登月優選著陸區。
首臺國產
CPU千萬億次高效能
計算機系統通過驗收
CPU是電腦的核心部件，被稱為“計算機的心臟”。全部以中國“心臟”構建的千萬億次計算機——“神威藍光”于去年9月11日通過驗收。測試中，它在全過程9個多小時內沒有發生一次故障，整個系統的峰值運算速度為1.07千萬億次，比20萬臺普通筆記本同時運算還要快；其存儲容量為2000萬億字節，相當于6個國家圖書館藏書量。
？？據介紹，這臺超級計算機共有8704個CPU，全部采用自主設計生產的申威1600處理器。它通過驗收標志著我國成為繼美國、日本之后第三個能夠采用自主CPU構建千萬億次計算機的國家。
點評： 中科院軟件所教授張云泉
超級計算機又稱高性能計算機、巨型計算機，是世界公認的高新技術制高點和21世紀最重要的科學領域之一。在此方面全國產化的獨立自主也標志著我國高性能計算系統已經可以走出國門，向其他國家出口。目前，神威藍光主要會應用在海洋科學、新藥研制、氣象預報、金融分析、工業仿真等領域中的一些重點課題。
戊肝疫苗研制成功
中國是戊肝高流行區，但公眾對戊肝的了解、認識程度卻比較低，戊肝的危害性被嚴重低估。2012年上半年，戊肝發病率首次超過甲肝，成為我國急性流行性肝炎中的最大殺手。如今，這一殺手有了克星。2012年底，中國原創研發生產的戊肝疫苗“益可寧”實現商品化上市。這是當今世界首支可以直接造福于全人類的戊肝疫苗。
點評：中國工程院院士莊輝
戊肝疫苗經過11萬健康志愿者參加Ⅲ期臨床試驗驗證，3針免疫后1年保護率可達100%，且疫苗安全性良好。該疫苗的上市首次提供了有效的戊肝預防工具，還采用大腸桿菌作為表達系統，獨創出與酵母、昆蟲細胞、哺乳動物細胞并行的第四種基因工程疫苗的研發路徑。
新一代大推力火箭發動機
研制成功
新一代運載火箭的研制成功，使我國成為繼俄羅斯之后第二個掌握液氧煤油高壓補燃循環火箭發動機核心技術的國家。
點評：中國航天科技集團譚永華
新一代大推動力火箭將于2014年首飛。它的研制直接帶動了相關產業的發展。比如，為了解決高低溫、高壓、強氧化、高轉速、大功率等問題，數十種新材料被發明，包括高強度耐氧化的不銹鋼、高溫合金、納米涂層、鍍層、橡膠等。液體火箭發動機也將由現在的一次性使用變為重復使用，更進一步降低了進入太空的成本，使得普通百姓進入太空旅游的可能性變得更高。
可擴展量子信息處理獲重大突破
中國科技大學潘建偉小組利用自主發展的高亮度、高純度量子糾纏源技術，在國際上首次實現了八光子薛定諤貓態。隨后，他們利用八光子糾纏，在國際上首次實驗實現了拓撲量子糾錯，取得了可擴展容錯性量子計算的重大突破，成果以長文形式發表在《自然》雜志上。
點評：中國科學技術大學副教授劉乃樂
量子信息應用主要包括量子通信和量子計算。前者已經開始實用化了，比如在北京等地即將鋪設量子通信網絡，而10年前它還處于基礎研究階段，完全看不到實用化的前景。相似的，量子計算目前就像10年前的量子通信，尚難預言前景。
量子計算機要走向實用，需要建立一個很大的量子網絡，需要很多粒子糾纏起來。目前無論是國際上最多的十幾個粒子糾纏，還是中國研究人員進行的八光子糾纏，都遠遠不足以完成實用化量子計算的任務，今后能在哪一個物理系統中建立大規模量子網絡還難以確定。這就像傳統計算機發明之初，雖然已有原理，但是不知道使用什么材料制作，后來才漸漸由半導體演變而來。不過，一旦突破瓶頸，量子計算機的速度是令人咋舌的，傳統電腦用100萬年才能解決的事，量子計算機幾分鐘就能搞定。
大亞灣實驗發現中微子新的振蕩模式
2012年3月8日，中國科學家宣布發現中微子新的振蕩模式，并測得其振蕩振幅，精度世界最高。該結果加深了人類對中微子基本特性的認識，得到國際高能物理學界的高度評價，并被《科學》雜志評選為 2012年度十大科學突破之一。
點評：中科院高能所研究員曹俊
中微子不帶電，不會被物質阻擋，不會被磁場偏轉，不會與宇宙背景輻射相互作用，所以用它作探針，可以直達宇宙深處或地心深處，在天文和地質方面有廣泛用途。
亞洲第一射電望遠鏡建成
2012年10月28日，總體性能名列全球第四、亞洲第一的上海65米射電望遠鏡在中國科學院上海天文臺松江佘山基地落成。該射電望遠鏡高70米、重2700噸，是我國目前口徑最大、波段最全的一臺全方位可動的高性能的射電望遠鏡。
