量子计算的发展篇1
【关键词】计算机；科学；技术；发展趋势
计算机从1946年被发明到现在，已有六十多年，随着经济的快速发展和科学的不断进步，使人们进入信息化时代，计算机被广泛应用于生活的各个领域，如教育领域、经济领域、军事领域等。本文对科学与技术的迅速发展趋势给出自己的建议。
1.计算机科学与技术的迅速发展的原因
1.1科学与技术持续进步，推动了计算机科学与技术的发展
由于第二次世界大战对信息的需求迫切，花费大量的人才与资源，创造出计算机。随着科研所、政府机关、学校、企业对信息处理和科学运算的需求强烈，使计算机被民用化，社会的不断进步，尖端的技术领域，如数学、工程测量、天文地理等对计算机运算的速度与存储量的要求越来越高。计算机技术人员对计算机进行反复的实验，在试验中不断的得到灵感，得出新的计算机设计理念，如：铝圭触面集成电路。这种不断循环的研究、创新、设计过程，让计算机科技与技术被迅速发展起来。
1.2共享信息的建立，使计算机科学与技术得以迅速发展
共享信息平台的建立成为计算机的发展的关键，信息的共享可以为计算机科学与技术在进行创新时提供最新资料，能减少计算机创新研究的周期，避免了不必要的浪费，同时还提高了研究的质量。
1.3迅速、稳定、明显的悬着机制
信息的共享推动了国际经济的发展，企业家们为了让自己能在激烈的竞争中获取最大的利益，需要在第一时间利用计算机，选择出正确的机制，选择的环境往往是非常稳定和敏锐的。因此，企业需不断加大对计算机科学与技术的科研的力度，这些原因让计算机科学和技术能发展快速。
2.计算机科学与技术的发展趋势
为了适应社会、经济的发展要求，计算机科学与技术不断地在进行创新，因此，计算机不但没有时代淘汰，反而被广泛应用，成为了人们生活的必须品，不仅使人们的生活品质得到提升还提高了生产的效率。
2.1智能化计算机
因为智能化的超级计算机采用了独有的设计结构与新型的平行处理技术，能够同时对多条指令和数据进行处理与执行，使得智能化的超级计算机能比普通计算机的运算速度高出许多。而且，超级计算机是利用大量的处理器并行完成对指令与数据的处理工作，因此可以轻易的完成普通计算机与服务器完成不了或是需要大量时间来完成的计算工作。
智能超级计算机可以被利用在高端精尖的领域中，推动其研究项目的时间与开发，因为，它不但能对数据进行分析，还能进行模型推演，能够通过计算机对实验进行模拟运行，能够节约大量的实验成本一时间。在日常生活中，智能超级计算机拥有接近人类大脑的复制性能，比人类大脑具备的只能成分更多，为人们的工作、生活、学习提供了方便。如：现在受到全世界欢迎的动画片，将静态的漫画，利用超级计算机与后期软件进行处理，使其放映出来的效果绚彩夺目，冲击人们的视觉感官。目前美国、日本、中国、以色列及印度成为了世界计算机每秒运行1万亿次的国家，超级计算机已经成为了科技行业创新和开发的重点对象。
2.2新型计算机
近年里，硅芯片的高速发展，使硅技术的开发潜力已快要到达极限，因此，世界各国的计算机技术人员，通过摩尔定律，不断地研究与开发，使计算机技术与结构有了质和量的变化，新型的量子计算机、光子计算机、分子计算机和纳米计算机被研发出来，相信这些新型计算机将会在不久的未来被广泛使用。
2.2.1量子计算机
量子计算机概念的提出，建立在可逆计算机研究的基础上，量子计算机利用量子力学的规律，让计算机能够实现高速数学、逻辑运算、处理大量的量子信息及存储的一种物理装置，它是开发源自于量子效益，这类计算机是透过激光脉冲使一种链状的分子聚合物发生变化后的特性，来表示量子计算机的开、关状态，开、关的状态不断进行转换，让信息能沿着聚合物移动来完成运算的整个过程。量子计算机的数据是利用量子位来储存的，一个量子位能够对2个数据进行储存，由于量子计算机的量子能够叠加，与同样有着相同数量储存位的创痛计算机相比，数量的储存量高出许多。量子计算机因为可以并行运算，所以运算速度比传统计算机pentiumDi晶片还要快上10亿倍。此外，量子计算机的保密体系和对安全性能也是传统计算机不能相比的。
量子计算机利用量子的相干性，世界各国的计算机技术人员还在对其进行各种实验，提出不同的方案，如超导量子干涉、量子点操纵、电子或核自旋共振、冷阱束缚离子等。对量子计算机的编码进行纠错、防错、预错的方法，让量子计算机的设计概念能够焕然一新。
2.2.2光子计算机
光子计算机是一种用光子代替电子对数据的进行运算、储存、传输的计算机，光子计算器将创痛计算机的导线相互连接变为了关的互联，把电子硬件替换成了光硬件，运算方式也由光运算替代了电运算。用不同的波长光来代表不同的数据，因此关子计算机能够对快速的完成计算量较大、较为复杂的并行处理，大大的提升了目前的运算速度的指数。
2.3纳米计算机
纳米计算机将纳米技术与计算机的研发相结合，因为耐你管元件的尺寸只有几至几十纳米的范围之内，所以元件小于现在的电子元件许多，而且质地坚固、还具备极强的导电性能，能够取代硅芯片制造的计算机。纳米是种计量单位，纳米技术是在80年代才被兴起的，当时主要是利用纳米自由的控制原子，现在，把纳米技术引入到微电子机械系统中，将电动机、传感器和处理器都放在同一个硅芯片上，构成一个系统。用纳米技术制造的计算机内存芯片的体积相当于人头发直径的千分之一，因此纳米计算机的耗能很小，小到能够忽略不计，并且纳米计算机的整体性能高于传统计算机很多。纳米计算机由于造价较低、储存量大、体积小、整体性能好，不久之后将会渐渐地取代芯片计算机，使计算机行业得到快速的发展。
3.结束语
计算机科学与技术的发展主要是朝着高、广、深三个方向发展。“高”，是使计算机的操作系统的性能变高、速度变快，让各个处理期间能够进行高速的通信工作，对成百上千的机算计的能协调运行，提高管理的有效性“广”，让计算机能够无处不在，存在在生活的各个领域，让计算机成为家中最平常的日常必需品；“深”，也就是让信息向智能化的方向发展，让计算机中的虚拟内容变为现实。
现今，智能化的超级计算机，处理速度快，让人们的学习、生活、工作变得更为方便；新型的高性能计算机，由于硅的使用快要到达极限，因此出现了量子、光子、纳米等新型的计算机，运行快、耗能少、储存量大、保密系统高。特别是纳米计算机造价较低，在不久的将来能够代替芯片计算机。大大的推动了计算机科技与技术的发展。[科]
【参考文献】
[1]张瑞.计算机科学与技术的发展趋势探析[J].制造业自动化，2010，（8）.
量子计算的发展篇2
【关键词】计算机；发展；应用
【中图分类号】tp309.5【文献标识码】B【文章编号】1009-5071(2012)08-0249-01
如今计算机的发展已经进入了人工智能时代，新型计算机的时代又将是新一轮的计算机革命，这又将对社会的发展产生深远的影响。
1新型计算机系统陆续出现
信息时代对信息的获得能力决定了一个国家或者地区在这个时代的发展能力。全球化已经越来越迅速的今天，世界各国都在加紧研发新型的计算机，计算机的各个方面都出现了质的飞跃。而新型的量子计算机、光子计算机、生物计算机、纳米计算机等也将在不久的将来进入我们生活的各个领域，甚至有些已经进入了我们的生活。
1.1量子计算机：量子计算机的研发是基于量子效应理论开发的，它的运算工作原理是：利用链状分子聚合物的特性来表示信号的开和关，并用激光脉冲来改变分子的状态，使得信息沿着聚合物移动，进行运算。量子计算机的存储单位比以往的计算机都要小许多，是用量子位存储的。具体的表现就是一个量子位可以存储2个数据，这样量子计算机的优势就是比存储量就变的非常庞大，对于工作要求存储量大的电脑用户来说是一个极佳的选择。目前正在研发的量子计算机类型主要有3种，第一种是核磁共振量子计算机，第二种是硅半导体量子计算机，第三种是离子阱量子计算机。科学家们预测，量子计算机将在不久的2030年获得普及。
1.2光子计算机：光子计算机也可以被称作是全数字计算机，它的工作原理是以光子代替电子，光互连的特性替代导线的互连，用光硬件代替电脑中的硬件设备，用光运算的方式代替电运算的方式进行运算。这种计算机的优势是信息传递的平行通道密度大，而光具有高速、并行的特性，这也就决定了光子计算机并行处理能力强大，运算速度远超人们的想象。
1.3生物计算机：生物计算机亦称作Dna分子计算机，它的运算过程简单来说就是蛋白质分子与周围物理化学介质相互作用的过程。计算过程中需要的转换开关是用酶来担任的，程序的表示也将在酶合成系统与蛋白质结构中变得极其明显。生物计算机的运算速度比人脑的运算速度要快100万倍，也就是说生物计算机完成一项运算需要的时间仅仅是10微微秒。这种计算机的优势是惊人的存储量，根据计算，1立方米的Dna溶液可以存储1万亿亿的二进制数据。
1.4纳米计算机：纳米作为一种计量单位，许多人对其并不陌生，但是对其的具体感觉却并不直观，它的长度大约是一个氢原子的直径的10倍，它的具体表述就是10-9米。现在纳米技术在计算机领域正在从微电子机械系统中被运用，这个系统是把传感器、电动机和计算机的个各种处理器放在了同一个芯片上。这种用纳米技术的计算机芯片非常微小，体积一般不过就是数百个原子的大小。它的优点就是几乎不需要消耗任何能源，性能更是比现在的计算机要强大的多。
2计算机技术发展
2.1现代微型处理器技术发展：计算机性能的提升关键技术就是微型处理器的发展，这种技术追求的就是把处理器里的晶体线宽和尺寸的减小。要实现减小的目的，一般是通过用较短的波长的曝光光源来掩膜曝光，使做出的联通晶体管的导线和刻蚀于硅片上的晶体管更细更小的方法来实现的，这种技术到现在一般是用紫外线作为曝光光源，不管有个限制难题就是线宽小于或等于0.10流明的情况下会受到阻碍，也因此现在的计算机技术已经不再追求利用紫外线做光源来提升计算机的性能发展方向了。
2.2以纳米为主的电子科学技术：当今计算机技术的发展障碍是处理速度和集成度，尽管现在的电子计算机的电子元件得到了有效的改善，但是相对于现在要求电子计算机的高速化，智能化，和微型化的要求是远远不够的，所以今后计算机的技术发展也不再是局限在单纯的缩小尺寸方面，还要用其他的创新手段来完善计算机技术。
2.3分组交换技术的发展：分组交换技术是把需要传送的数据划分为一些等长的部分，每个部分叫做一个数据段的技术。在这些数据段的前面添加一个控制信息组成首部，就可以构成一个分组。分组通过首部指明了需要发往的地址，然后节点交互机根据分组的地址，将他们发往目的地。整个过程就是分组交换过程，这种技术很好的提升了通信的效率。
3计算机技术发展方向
现在的计算机在人们的生活中已经扮演了一个非常重要的角色，但是它的角色只会变得越来越重要，因为以计算机技术为基础，人类将进入智能化、物联网的时代。
3.1纳米技术需要大力发展：纳米技术不受到传统的计算机集成和处理速度的限制，纳米技术就成了今后计算机技术大力发展的一个方向了。今后出现的量子计算机和生物计算机的发展都有赖于纳米技术在计算机领域的应用和发展，为推动今后计算机的运算速度和存储能力远远超越现在的计算机，大力发展纳米技术也成了一个必要的选择。
3.2着力改善计算机的体系结构：计算机是一个具有不同功能的体系结构，也是一个组合体。当代几乎所有的大型电脑和微型电脑都有可以同时处理不同问题的能力，这种功能就是是当前计算机的主流结构：并行计算。另外大型电脑有一个群集的发展趋势，使用户对相融性和可靠性的需求获得提高。
3.3网络技术推动计算机智能化、物联网方向发展：大力发展网络技术有助于计算机技术的进一步发展，人们今后进入智能化、物联网时代都要依靠网络技术的发展。今天的人们之所以离不开计算机，一个主要的原因就是网络技术的发展。通过网络，人们在家里都可以实现购物，娱乐，获取信息等目的。
量子计算的发展篇3
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最将转换为计算的结果一造成熵的降低，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mm研究中心朗道为代表的理论科学家认为到2l世纪30年代，芯片内导线的宽度将窄到纳米尺度．此时，导线内运动的电子将不再遵循经典物理规律一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2l世纪前30年内终止。著名科学家，哈佛大学终身教授威尔逊指出：“科学代表着一个时代最为大胆的猜想。它纯粹是人为的。但我们相信，通过追寻“梦想一发现一解释一梦想”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。”
二、各种新型计算机
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(quorumcomputer)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。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。量子计算机是通过量子分裂式、量子修补式来进行一系列的大规模高精确度的运算的。其浮点运算性能是普通家用电脑的CpU所无法比拟的。量子计算机大规模运算的方式其实就类似于普通电脑的批处理程序，其运算方式简单来说就是通过大量的量子分裂，再进行高速的量子修补，但是其精确度和速度是普通电脑望尘莫及的。
（2）光子计算机。现有的计算机是由电子来传递和处理信息。电场在导线中传播的速度虽然比我们看到的任何运载工具运动的速度都快。但是，从发展高速率计算机来说，采用电子做输运信息载体还不能满足快的要求，提高计算机运算速度也明显表现出能力有限了。而光子计算机以光子作为传递信息的载体，光互连代替导线瓦连，以光硬件代替电子硬件，以光运算代替电运算，利用激光来传送信号，并由光导纤维与各种光学元件等构成集成光路，从而进行数据运算、传输和存储。在光子计算机中，不同波长、频率、偏振态及相位的光代表不同的数据，这远胜于电子计算机中通过电子状态变化进行的二进制运算，可以对复杂度高，计算量大的任务实现快速的并行处理。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。分子计算计划就是尝试利用分子计算的能力进行信息的处理。分子计算机的运行靠的是分子晶体可以吸收以电荷形式存在的信息，并以更有效的方式进行组织排列。凭借着分子纳米级的尺寸，分子计算机的体积将剧减。
三、探究研究策略的依据
笔者认为开展计算机发展史研究的一种思路是：本着实用主义的态度，分阶段提取计算机发展过程中的关键问题。围绕这些问题展开研究，尤其要着力于问题解决过程中碰到的困难，以及问题解决后发现的新问题。
（1）“实用主义”无褒贬之分。弥补对计算机发展的历史认知，不宜再去重做实验，推倒人类已有的技术规范重来：只能进一步的学习和研究，在研究和学习中发现问题，找出规律。同时，“实用’，也是发挥后发优势的应有之义。
（2）紧紧围绕“问题”。在科学发展的历史进程中，问题要比问题的解决更重要，“一个好的问题堪比一所好的大学”计算机的发展也是在不断地提出问题、解决问题中发展进步，每一次问题的提炼和解决都促进了计算机水平得到一次升华和提高。
（3）事物的发展是动态的，已有问题的解决必然带来新的问题新的问题是对已有问题解决方法的挑战与审视，抑或是新科学新技术寻找用武之地发挥作用的要求，尝试主动提出可预见的问题并设法解决是现代思维方式的一个显著特征，爱冈斯坦曾说：提出一个问题往往比解决一个问题更重要，正是这个意思。提新的问题、新的可能性，从新的角度去看旧的问题，这一切需要有创造性的想象力。往往是获得认识突破的契机，这种习惯或者素养是极其宝贵的。
四、结束语
计算机是20世纪人类最伟大的发明之一。在这个世纪之交，知识经济时代呼啸而来，作为知识和信息的处理、传输和存储之载体的计算机。在即将来临的2i世纪，将会不断地开发出新的品种。而这些新颖的计算机的发展将趋向超高速、超小型并行处理和智能化。为达到预想的目的各种新型材料将被运用到新型计算机的开发当中，如量子、光子分子等。未来量子、光子和分子计算机将具有感知、思考、判断、学习以及一定的自然语言能力，使计算机进人人工智能时代。这种新型计算机将推动新一轮计算技术革命，对人类社会的发展产生深远的影响。
参考文献：
[1]刘科伟等．量子计算与量子计算机．计算机工程与应用，2002(38)
[2]王延汀．谈谈光子计算机．现代物理知识，2004，(16)．
量子计算的发展篇4
关键词:计算科学计算工具图灵模型量子计算
1计算的本质
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。著名科学家，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:
“计算工具不断发展—整体思维能力的不断增强—公理系统的不断扩大—旧的神谕被解决—新的神谕不断产生”不断循环。
无论量子计算的本质是否被发现，也不会妨碍量子计算时代的到来。量子计算是计算科学本身的一次新的革命，也许许多困扰人类的问题，将会随着量子计算机工具的发展而得到解决，它将“计算科学”从牛顿时代引向量子时代，并会给人类文明带来更加深刻的影响。
参考文献
[1]m.a.nielsenandi.L.Chuang，QuantumComputationandQuantuminformation[m].CambridgeUniversitypress，2000.
量子计算的发展篇5
1.1量子计算机量子计算机可简单理解为遵循量子力学能够进行高速运算、存储和处理信息的计算机，它是在社会对高速度、保密好、容量大的通讯及计算提出较高要求的情况下产生的。物理主体主要包括：液态核磁共振量子计算机、(固态)硅晶体核磁共振量子计算机、离子陷阱、量子光学、腔室量子电动力学、超导体方案等。量子计算机的功能在于进行大数的因式分解，和Grover搜索破译密码，但是同时也提供了另一种保密通讯的方式，此外还可以用来做量子系统的模拟。但是在昨晚高难度运算后，能耗高、寿命短，散热量大等缺点则暴露出来，真正有价值的量子计算机还有待继续研究。
1.2光子计算机光子计算机进行数字运算、逻辑操作、信息存贮等内容利用的是光信号，以光运算代替电运算，主要由激光器、光学反射镜、透镜、滤波器等光学元件设备组成。它具有运算、处理能力极强的优点，同时，兼具容错性，能够进行模糊处理，但并不影响运算结果，智能化更高端。它主要具有以下好处：光子不带电荷，不产生磁场，也不受磁场作用影响；光子也不具有静止质量，可以在真空和介质两种状态下传播；信息存储容量大，通道宽，通信能力强；能量耗用低，散热量小，节能环保性较强，也避免了计算机运行时内部过热的情况。目前虽然光子计算机在功能和运算速度方面和电子计算机有一定差距，但光子计算机的进一步研制、完善，在对图像处理、目标识别和人工智能等方面发挥重大作用。
1.3生物计算机生物计算机也叫做放生计算机，是以仿生学研究为基础而形成的新型计算机技术，它以生物工程技术生产的蛋白分子制成生物芯片作为基础元件。它具有并行处理的功能，运行速度比普通的电子计算机要快10万倍，存储空间占用更是少之又少。它具有的优点很多，首先，体积小、功效高，比集成电路小很多，可以隐藏在地板、墙壁等地方；其次，具有自我修复功能，它的内部芯片出现故障时，不需要人工修理，能自我修复，永久性、可靠新高；再者，能耗很低，能量消耗仅占普通电子计算机的10亿分之1，散热量很小；第四，不受电路间信号干扰。目前，这种计算机还在研制阶段，存在技术不成熟、信息提取难等问题，还需要继续优化。
1.4纳米计算机纳米计算机研制是计算机发展过程中的一场革命，它以纳米技术为基础研制出计算机内存芯片，其体积相当于发丝直径的千分之一，生产成本非常低，不需要建造超洁净生产车间，也不需要昂贵的实验设备和人数众多的生产团队，同时，纳米计算机也需要耗费能源可以忽略不计，但是对其强大其性能的发挥丝毫不产生影响。纳米计算机可以应用到微型机器人，以至于日用电子设备，甚至玩具中，都能获得强大的微处理功能，其应用范围也涉及到现代物理学、化学、电子学、建筑学、材料学等各个学科领域。这项新的课题技术也在不断的完善和发展，将为计算机发展带来新的内容。
2云技术和网络技术发展
2.1云技术云计算是分布式计算的一种形式，它通过将计算拆散计算再进行组合回传的方式进行，可以达到和超级计算机同样强大的网络服务，这是云技术的根本。云技术不仅仅作为资料搜集手段，它是集网络技术、信息技术、整合技术管理平台技术、应用技术为一体的综合资源池，灵活便捷。云技术作为一种商业模式的体现方式，其应用非常广泛，目前，已经在搜索引擎、网络信箱等领域投入使用，未来在手机、GpS等行动装置上也可实现。云技术正以它的可靠、实用、安全等性能逐渐被人们所接受，云物联、云存储、云呼叫、私有云、云游戏、云教育、云会议以及云社交等正逐步强化它的服务功能。
2.2网络技术网络技术发展有赖于光纤技术的快速发展。光导纤维技术在通信、电子和电力等领域日益扩展，成为大有前途的新型基础材料，与之相伴的光纤技术也以新奇、便捷赢得人们的青睐。它具有耐湿、耐辐射、易于安装和保养、24小时的连续工作等性能被广泛应用。尤其在塑料光纤产生后，海底光缆工程得以顺利实施，对世界范围网络通信起到良好的推动作用。
3移动计算机技术发展
目前最热门的是wifi无线技术，而最新的是4G通信技术，这两项技术对移动计算机的发展起到了关键的支撑作用。4G网络时代刚刚开启，目前开始应用于移动设备上，但是在微型便携计算机上的应用尚未起步。如何将移动计算机等终端产品通过芯片等形式与4G网络完没相连接，如发展移动电视、移动电脑、成为一项热门话题，有待进一步研究探索。
4结束语
量子计算的发展篇6
【关键词】计算机技术；技术创新；创新原因
一、电子计算机发展中的突破性进展及其技术原因
由于现代社会对于复杂计算量任务的需求日益增加，人们迫切需要一种能够进行精确计算的电子设备，于是电子计算机应运而生，在随后的几年中，电子计算机技术得到了更加迅速的发展，并取得了很多里程碑式的突破，其主要表现和原因如下：
（一）晶体管技术与晶体管计算机的发明
在第二次世界大战以前，贝尔实验室的科研人员发现了一种能够使得微弱电流少量的变化，能够对另外的电流产生很大影响的材料，人们称之为“晶体管”；后来，人们逐渐发展晶体管在工作上不仅能够替代原有部件的作用，而且能够更好地提高计算机的性能，于是一些科研人员开始研究以晶体管计算机代替原有的电子管计算机，并确立了读写方便的二进制，同时人们从中得到启发，发明小型的供个人使用的计算机将会成为未来计算机的发展方向之一。采用晶体管作为主要部件的计算机被成为“第二代电子计算机”，并在随后的时期被广泛地运用，同时为以后的发展提供了契机。
（二）集成电路与pC机时代的到来
通过在发明晶体管计算机中的启发，通过当时的科学技术人们已经能够将晶体管、二极管和电阻等一些元部件和电路连线在一块集成电路板上，与普通的电子电路相比，集成电路具有体积小、重量轻、易携带、功耗低等优点，而且其可靠性也在逐步提高。后来，人们逐渐认识到集成电路的好处，并将集成电路运用到电子计算机的技术中来，同时将集成电路进行规模化生产，不仅促进了电子计算机的发展，而且使得计算机的成本降低，为未来计算机的普及奠定了良好的基础。
集成电路的发展不仅推动了电子计算机技术的发展，而且为pC时代的到来开辟了道路，随着集成电路被广泛的应用到电子计算机中，iBm公司首先建立了自己的集成电路工厂，并且在不断的摸索中，终于制造出了以集成电路为基础的电子计算机，从而使得计算机的发展到了第三时期。
（三）微处理芯片与英特尔系列
微处理器与集成电路和晶体管并称为计算机发展过程中的三大发明，可见微处理器对于计算机发展的推动力是不可或缺的，这三项发明分别使得电子计算机进入了新的时代。
当时微处理器的发明人员认为可以将复杂的芯片设计方案更加简洁化，在这一启发下，计算机的芯片主要是由只读存储器、随机存取器和输入输出接口和中央处理器组成，在这一结构的启发下，研发人员开始投入到微处理器的试运行过程中。
微处理器最终成功地研发并投入生产，使得整个计算机产业向着更加微型化的方向发展，尤其是在pC机领域，微处理器的产生，使得很多设想成为可能。
二、影响现代计算机技术创新的科学技术因素
科学家认为，电子计算机的集成度已经到达一个瓶颈时期，在集成电路板上如果再放置具有更强计算能力的部件，容易使得芯片散热不好，从而影响计算机的使用寿命。但是，人们对于电子计算机的要求却在不断提高，这一矛盾就导致了科学家开始寻找其他的路径来不断推进现代计算机的技术创新，主要包括以下几点：
（一）人工智能技术的发展
随着计算机功能和计算性能的进一步提高，人们开始思考能否让计算机模拟人类的思考和解决问题的模式，从而变得更加智能化，使得能够进一步解放人类劳动。目前为止，计算机技术在人工智能的领域已经取得了重大的成就，例如：一些专家系统已经能够利用已有的知识帮助人们解决问题，另外一些语音识别技术能够解放人们的双手，通过声音的录入就能够生成文字等等，这些技术虽然能够在一定程度上，使得电子计算机模拟人脑的行为，但是还远远无法跟人类的智能相媲美，因此在人工智能的道路上，我们还需要更多的研究和突破。
（二）量子力学的研究推动着量子计算机的发展
当人们认识到传统的综合性应用的计算机的发展已经到达一个瓶颈时期的时候，人们开始探索能否将计算机向着专用的方向发展，例如：人们可以利用量子计算机进行量子计算，但是从传统的综合性应用的计算机到量子计算机的改造是一项复杂的过程，这一过程中必须要攻克以下几个难题，例如：去相干的问题和纠错的问题等等，随着科学技术的发展，人们发明了量子计算机并且使得它的应用走向成熟，目前，对于量子力学的不断研究为量子计算机的发展提供了坚实的基础，成为未来电子计算机发展的新方向。
（三）光学为光子计算机的研究提供可能
光学的概念来自于爱因斯坦对于光学的研究，他在研究中发现与电子相比，光具有以下特点：光子的分辨率比较高；光子的速度更加快；光子的这些特点使得其未来具有更广阔的应用前景。而对于光学的研究，例如：激光、光纤、光存储和光显示等等，以及光学与光电子学的结合，标志着现代光学的诞生，这些技术的发展都有力地推动了光子计算机的发展。
作为一种全新的计算机，光子计算机是以光子作为信息的载体，而且能够进行光运算的新型计算机；在光学研究的基础上，目前光子计算机能够“与”、“或”、“非”三种基本的运算，同时还支持加法的运算等等，虽然目前光子计算机还没有正式的诞生，但是人们已经逐渐认识到其优势，也成为计算机未来发展的方向之一。
（四）Dna分子逻辑门奠定了Dna计算机发展的基础
Dna计算机是计算机科学与分子生物学相结合的产物，从此计算机的发展又开辟了一个新的领域。Dna分子具有较高的存储能力和强大的并行运算能力，所以Dna计算能够解决一些复杂的问题。Dna计算机的出现能够使得计算机的应用场合进入到人体内甚至细胞内，可以作为一种监控机制，发现Dna的变化等等，而且还能够合成一些药物，用来治疗人体的疑难杂症等等，具有非常广阔的应用前景，但是，目前Dna计算机的还处于研究过程中，完成对其真正的应用尚需时日。
（五）纳米技术的出现使得纳米计算机成为研究热潮
随着国际上对于纳米技术的研究，一些纳米材料正式诞生，使得全世界投入到了一股研究纳米技术的热潮中。同样，人们开始思考利用纳米计算机来实现一些传统计算机一些更加强大的功能，例如：可以利用纳米技术制作一些缩微计算机元件，而且这种纳米计算机一旦研究成功就有可能消耗很少的资源，在性能上也将获得更大的提高。目前，建造一个芯片生产工厂耗资巨大，使得很多厂商都不堪重负，但是如果利用纳米技术来制造和生产计算机的芯片，工厂的占地面积和所需资源等等都将大大降低。
三、影响现代计算机技术创新的社会因素
通过以上的分析和论述可知，在计算机的发展过程中，很多技术的研究为计算机的诞生和发展提供了契机，使得现代计算机朝着很多方向进行发展。但是，影响现代计算机技术创新的因素远远不止科学技术因素，还与社会因素密不可分，影响现代计算机技术创新的社会因素主要有以下几点：
（一）国家需求对于计算机技术的发展要求
随着目前世界上各个国家都处速发展时期，一些工程项目的数据和计算复杂程度逐步增加，采用传统的计算机已经无法满足这些需求。因此，必须要对计算机技术进行创新。例如：目前的加密技术正在逐步提高，密文在目前的计算量来讲是无法破译的，但是随着超级计算机性能的提高，运算速度的加快等等，密码必须进行更严密的运算，这就需要超级计算机来进行。超级计算机能够使得运算速度得到很大提高，可以在国防安全和信息安全等方面起着重要的作用。
（二）人们对于计算机的需求也是创新因素之一
目前，随着科学技术的发展，计算机已经被普遍地推广和应用，人们对于计算机的需求也在不断上升，这也成为计算机技术创新的重要因素之一，主要表现在以下几点：第一，体积微型化，为了能够打破时间和空间对于计算机使用的限制，人们需要一种能够便于携带的、体积更小、续航能力更强的计算机，这就促使着计算机技术向着更加完善的方向发展；第二，功能全面化，人们对于计算机的需求也向着功能更加全面的方向发展，希望能够利用一台计算机进行工作、学习和娱乐等等，所以现代的计算机也正在向着功能更加全面的方向发展着。
四、面对计算机技术创新的几点建议
人们的生活每时每刻都在变动，计算机技术的创新也无时无刻不在发展，面对日新月异的计算机技术创新，主要有以下几点建议：
第一，准确把握需求，一项新技术的产生肯定有一定的需求因素为推动力，明确需求才能更好地研究出符合相关需求的计算机技术。
第二，计算机技术有着众多的研究领域，每个研究领域都可能为计算机技术的创新提供启发，所以在通用计算机的基础上研究一些针对专业领域的计算机技术也非常重要，从而能够更好地促进计算机技术的创新。
第三，计算机在给人们带来方便的同时，也存在着很多隐患，例如：病毒、网络攻击、信息窃取和辐射等问题，不仅影响着人们的健康，而且还威胁着国家的安全，因此我们在致力于计算机技术的创新过程中，也需要考虑计算机带来的负面影响。
第四，信息时代的到来，为计算机技术的发展提供了另一个契机，随着人们逐渐认识到信息的重要性，人们开始利用计算机进行沟通和交流，所以计算机的携带、功耗、续航以及成本等问题也成为计算机技术创新过程中需要考虑的重要因素。
第五，由于目前计算机已经被广泛地运用到各个领域，所以计算机技术的发展不仅仅需要本领域相关知识的支持，而且还需要其他领域知识的配合，在此过程中需要研发和技术人员对于相关领域的技术有着深入的了解，才能够真正制造出跨领域发展的计算机。
参考文献：
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[2]杨华.未来计算机的发展趋势展望[J].黑龙江科技信息，2007年7月.
[3]高文.计算机技术发展的历史、现状与趋势[J].中国科学基金，2002年1月.
[4]侯跃武.计算机基础与实训教材系列：电脑入门实用教程[m].清华大学出版社，2009年5月出版.
量子计算的发展篇7
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：
量子计算的发展篇8
[关键词]：计算科学 计算工具 图灵模型 量子计算
中图分类号：tp301
文献标识码：a 文章编号：1003-8809(2010)-09-0004-01
1、“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。著名科学家，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。”[论/文/网Lunwenne#Com]
2、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。
3、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。
4、“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：
量子计算的发展篇9
关键词：计算；科学；计算机发展
一、计算的定义
了解一个事物，先从定义着手。笼统地说，所谓的计算，就是从一个符号串f变换成另一个符号串g。比方说，从符号串2+3变换成5，就是一个简单的加法计算。如果符号串f是x2，而符号串g是2x，从f到g的计算就是常见的微分。
算式计算是这样，定理证明也不例外。如果令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。由此可以得出推论，文字的翻译，也是一种变相的计算。比如说，如f代表英文句子，而g为y意思相等的中文句子，那么从f到g，就是把英文翻译成中文的过程。
不难发现，这些变换间的过程，就是我们常说的计算。在这个过程中，它们都有共同的特点，从己知符号（串）开始，有序改变成符号（串），经过几个步骤以后，最终得到一个满足预先规定的符号（串）的变换过程。
如果从类型进行，计算主要有数值计算和符号推导这两类。其中，数值计算包括实数和函数的加减乘除、开方运算、方程的求解等情况。而符号推导则涵盖了代数与各种函数的恒等式、几何命题的证明等。
但是，有一定需要注意的是，无论是数值计算，抑或符号推导，二者之间在本质上是等价的、对等的，它们相辅相成，相得益彰，可以实现相互转化，同时还具有共同的计算本质。当然，随着科学不断进步发展，也许，不久的将来，还可能出现崭新的的计算类型。
二、计算的历史
人类文明，不断发展进步。在开始生产生活的远古时期，便与计算结下了不解之缘。为了更好让计算服务生活，人们发挥自己的聪明才智，不断探索计算的工具。因此，计算和计算工具是息息相关的，更是一脉相承的。
公元前5世纪的时候，炎黄子孙已经学会用筹码当做日常工具。并在公元前3世纪普及下来，一直沿用了两千多年。再后恚人们发明了算盘，更加便捷的为生活提供服务。在15世纪的时候，取代了算筹的地位，得到了大力推广。经过一代代人的智慧结晶，还罗列了很多算法口诀化，大大提高了计算速度。
三、计算系统的近代史
到了近代，随着科学的不断发展，大大提高了计算工具的发展速度和计算效率、早在1614年的时候，就已经发明了对数，从此，乘除运算，可以巧妙的转化为加减运算。在这个时候，发明设计了一个重要的计算辅助工具：对数计算尺。到了1620年，冈特最早利用对算计算尺来计算乘除，开创了计算的先河。
创意无极限，1642年，帕斯卡发明了加法器，1671年，莱布尼茨发明了手摇计算器，到了1850年，曼南在计算尺上尝试装上了光标，此举便捷高效，得到了科学工作者，尤其是工程技术专业人员的认可和赞同。后来，机械式计算器通计算尺一同发明，并得到应用，在计算工具的发展史上，具有里程碑的重要意义。
四、电动计算机问世
1834年，英国科学家巴蓓奇设计了一款完全由程序掌握控制的分析机，令人遗憾的是，由于当时的机械技术能力有限，一些关键环节由于技术问题，最终成为泡影。虽然胎死腹中，但是，巴蓓奇的理念中，已经涵盖了现代计算的基本框架和中心思想。
随着电力技术的不断发展，在很长一段时间内，电动式计算器，正在逐步取代人工式计算器。在1941年，德国科学家楚泽发明了继电器，制造出世界上第一步过程控制计算器。至此，巴蓓奇在一百多年前的构想，得以最终实施。
五、电子计算机改变了世界
20世纪初，电子管的出现，犹如一声春雷，促使计算机的改革，实现了质的飞跃。在1946年，美利坚合众国的宾夕法尼亚大学与有关单位联合在一起，支撑了第一台电子计算机。随着它的面世，人类的计算进入了一个崭新的时代。毫不夸张的说，电子计算机的出现，堪称20世界最伟大、为实用、最具有历史意义的重要发明之一。它的面世，当仁不让的摘走了最具影响力的现代工具的桂冠。
就在电子计算机飞速发展的时候，因特尔公司的创始人戈登・摩尔高瞻远瞩，对电子计算机产业所依赖的半导体技术的发展作出大胆预测预：今后，半导体芯片的集成度将每两年翻一番。事实证明，戈登・摩尔的预测完全正确。自20世纪60年代以后，半导体芯片的集成度和电子计算机的计算速度就呈现了飞速发展的模式，每18个月就要翻一番，需求越来越多，成本却越来越低。这种独具特色的发展速度，就是有名的“摩尔定律”。
六、计算是否有极限
追求永无止境，电子计算机的发展也不例外。人类能不能把计算机的运行速度再次提升？传统计算机的计算能力何时才会到达极限？对于这个问题，很多科学家在进行严密、谨慎的讨论后，最终给出的答案是否定。因为有一个不能忽视的问题摆在那里，如果计算机的计算能力无限飞跃，把地球上全部的能量转换为计算的结果，就会造成熵的降低。无限发展的运动，在哲学界里，是被禁止的，所以，传统电子计算机的计算能力，不可能永远前进，必须要有一个属于计算机自身的必上限。
对于计算机的上限问题，无数哲学家和科学家的观点出奇的一致。他们认为：最多到21世纪30年代，摩尔定律将不再适用郁计算机的发展。到那个时候，计算机将达到自身的历史峰值，并逐步走下神坛。
哈佛大学终身教授、著名科学家威尔逊教授曾经说过：“我们所追寻的科学，始终代表着一个时代最大胆、最疯狂的猜想。尽管它纯粹是人为的，但我们有理由相信，通过追寻“梦想，发现，解释，梦想”的不断循环，我们完全可以开拓一个个全新的领域，世界在大家的共同努力下，最终会变得更加清晰，我们最终会探索到宇宙的奥秘。所有的美妙，都有存在的目的和意义。”
七、难以求解的量子计算系统
20世纪80年代，量子计算初具规模。著名物理学家费曼在进行计算试验的时候，尝试用传统的电子计算机，去模拟量子力学。在实验的过程中，费曼遇到一个问题：量子力学系统的行为。通常是难以理解，也是难以求解。
比如，以光的干涉现象为例，在这个干涉过程中，每增加一个相互作用的光子，有可能产生的状况就会多出翻一番，问题的规模会呈指数级增加。当然，模拟光子的实验，所需的计算量实在太大了，一般人很难坚持下去。可惜，它遇到的是执着的费曼，在他眼里，眼前的困难，正好提供一个钻研的契机。费曼一直认为，量子力学系统的行为，自身具备良好的可预测性：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。通过不断的模拟实验，费曼做出判断：如果能够算出干涉实验中发生的现象，就必须完成大量的计算，那么只要搭建这样一个实验，就能测量其结果，无形当中，潜移默化的完成了一个复杂的计算。所以，在计算机运行的过程中，只要让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来，就可以获得远远超出传统计算机的运算速度。
八、量子计算的革命性思考
回顾人类计算工具的发展历程，从最初的木棒、石块到珠盘，经过电子管计算机、晶体管计算机的演化，到现在的普及的电子计算机，再进化到到量子计算。笔者发现，当中的进化过程，就像浩瀚的人文明史，有很多值得深思的地方。
首先，远古时期，人们发现用石头或者棍棒可以辅助计算，开始摸索，尝试。到后来，发明了算盘，来提升人们的计算效率。后来，聪明的人类发现，不仅的双人手可以拨弄“算珠”，机器也可以用来让“算珠”自主运动，而且效率更高，速度更快，更能解放生产力。随后，人们用继电器替代了纯机械，最后用电子取代了继电器。就在科学家不断改进计算工具的时候，数学家们开始对计算的本质展开了探究。
总结
笔者通过回顾计算科学的发展史，发现璀璨的人类文明正在不断进步，不断提高。他们的探索和发现，已经构成了我们理解世界、认知真理、探索人生的最有权威的“公理”，而且这个公理系统还在不断的扩大，在扩大的过程中，我们不断发现问题，不断解决问题，不断摸索计算的科学规律。
量子计算的发展篇10
关键词：计算机；多媒体；现状；发展趋势
中图分类号：tp393文献标识码：a文章编号：1007-9599(2011)24-0000-01
theStatusandDevelopmenttrendofComputertechnology
wuShaopei
(LishuiUniversity,Lishui323000,China)
abstract:withtheadventofthe21stcentury,theeraofinformationtechnologyhasbeengraduallyenteringourlives,thisdayandagethemostimportantsymboliswidelyusedcomputer.moreandmoretechnologyexpertsrecognizethatthesubstantialincreasewillinevitablyencounterinsurmountableobstaclesinthetraditionalcomputerbasedontheperformanceofthecomputer,upfromthebasicprincipleisthecorrectroadoflookingforabreakthroughinthedevelopmentofcomputer.thefutureofcomputertechnologywillcertainlybemovinginthedirectionofthehigh-speed,smallandsuper-intelligent.italldependsonthecomponentsoftheprogressandtheimprovementofthesystemarchitectureandsoftwaredevelopment.thisarticlemainlyaboutthedevelopmentstatusandoutlookofthenewcomputer.
Keywords:Computer;multimedia;Status;Developmenttrends
计算机技术的发展可以称得上是日新月异，未来计算机的技术一定会向超高速、平行处理以及智能化的方向发展。然而，计算机的发展并不是独立的，它还取决于系统体系结构的改进、元器件的进步和以及软件的开发。元器件的进步是决定硬件性能的基本因素。计算机由第一代一直发展到现在的第四代，从根本上讲就是由于在元器件上的不断更新换代。计算机用集成电路到现在为止依然是以硅半导体器件为主。在使用了硅芯片的基础上，计算机核心的部件CpU的性能尽管受到了物理极限的约束，但仍然在不断的持续增长。直到现在，人们还在一直不断的追求性能更好的器件。
一、3D异类器件集成
两个有着天壤之别的方向发展的力量一直在推动着3D的阵列当中集成半导体器件。第一个发展方向主要是跟在公共平台上集成的不同技术来提供信息的最佳处理和解决方案的需要有着关联。很明显，微缩的CmoS之外的新兴技术通过混合搭配应用需要适应特定的技术，具有非常大的性能改进的潜力。不同技术的组合的需要功能3D集成的不同技术，至微处理器SlC和DRam在这些技术下，光学和心脏memS到RF和模拟。这类不同的技术到包括将分子、塑料和快速单磁通(single―flux)量子超导体以及其他新兴技术以后很有可能直接3D集成到硅的平台上。
二、量子胞自动开关
在量子胞自动开关(QCa)当中，包含了多个量子点规则排列的细胞构成了一种局部互联的架构。用静电互想的感应的作用，来给细胞之间提供联系，而并不是依靠线路。在向细胞内注入一对电子的时候，这一对电子的方向就决定着单元的状态。磁QCa是另外一个刚刚发展起来的技术，目前电子QCa正处于主导地位，暂时还不能对它的性能来进行评价分析。将这些QCa组合在一起，可以实现和使用布尔逻辑门电路完全不一样的电路功能。
三、量子计算与量子计算机
量子计算机是在量子效应的基础上开发的，它利用利用激光脉冲改变分子的状态和链状分子聚合物的一种特性来表示开和关的状态，是使信息沿着聚合物的移动，来进行运算的。量子计算机在特征上介于器件和构架之间。量子计算机中的数据用的是量子位存储。由于量子的叠加效应，同样数量的存储位，量子计算机的存储量比通常计算机要大得多，一个量子位就可以存储2个数据了。同时量子计算机的运算速度有可能会比目前个人计算机的pentiumUl晶片还要快十亿倍。实现量子计算的方法有很多，目前出现了很多的实现方法，但是处理量子信息显然需要新架构。相干的量子器件依靠量子波函数的相位信息保存和操纵信息。
四、生物计算机与光子计算机
生物计算机的运算过程就是周围物理化学介质与蛋白质分子的相互作用过程。由酶来充当计算机的转换开关，而程序则在酶合成系统本身和蛋白质的结构中非常明显地表示出来。20世纪末，人们发现脱氧核糖核酸Dna处于不同状态的时候可以代表信息的有或者没有。Dna分子中的遗传密码就相当于存储的数据，Dna分子间再通过生化反应，从一种基因代玛转变成另外一种基因的代码。反应前的基因代码相当于输入的数据，反应后的基因代码则相当于输出的数据。如果能控制这一个反应的过程，那么我们就可以成功的制作Dna计算机了。蛋白质分子彼此之间的距离很近，比硅晶片上电子元件要小得多，生物计算机完成一项运算所需要的时间仅仅可以用微微秒还计算，由此可见，它比人的思维速度要快上百万倍。
五、纳米计算机
目前，计算机使用的硅芯片已经到达了它的物理极限，体积没有办法太小，其耗电量也没有办法再减少，通电和断电的频率也没有办法再提高，。曾经有科学家这样认为，要想解决这个问题的途径就是采用纳米晶体管来制作“纳米计算机”。他们估计纳米计算机的运算速度将会是现在的硅芯片计算机的1、5万倍那么多，而且它所耗费的能量也会减少很多。纳米技术是从20世纪80年代初才迅速发展起来的新的前沿科研领域，最终的目的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出来。
未来计算机技术必定会在互联网、移动计算技术与系统方面有长期、稳定、快速的发展。计算机肯定会比我们人类更加的聪明。进化论告诉我们，一种生物总是会被具有更优适应性的物种所替代。
参考文献：
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