時間：2023-09-18 17:34:29
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇計算機量子技術，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
量子計算機（Qantum computer），遵循量子力學的規律，進行高速的數學和邏輯運算，是存儲和處理量子信息的裝置。如果裝置處理和計算的是量子信息，運行的是量子算法，那這個裝置就是我們下面要談的量子計算機。量子計算機的概念源于對可逆計算機的研究，研究可逆計算機的目的就是為了解決計算機中的能耗問題。
只聞其名，量子計算機，大概就能猜到它是實現量子計算的機器。要說清楚量子計算，首先要先看經典計算。經典計算機從物理上可以被描述為對輸入信號序列按一定算法進行變換的機器，其算法是由計算機的內部邏輯電路來實現的。1920年，奧地利人薛定諤、愛因斯坦、德國人海森伯格和狄拉克共同創建了一個前所未有的新學科——量子力學。量子力學的誕生為人類未來的第四次工業革命打下了基礎，在此基礎上發現了一項新技術，那就是量子計算機。量子計算機的技術概念最早由理查得·費曼提出的，后來經過若干年的研究，這項技術已初見成效了。
2013年5月23日，Google與NASA（美國宇航局）合作建立了一個實驗室，其目的就是研究量子計算機。Google與高校空間研究協會（與NASA有密切合作的非盈利組織）購買了量子計算機，開始進行量子計算的研究工作。
量子計算與傳統計算的區別
傳統計算機利用幾百萬個電子晶體管進行數字運算，將0和1作為基本元素。量子計算則完全不同，它更有彈性，不再使用二進位代碼，取而代之的是量子位元，又叫量子比特，它可以同時代表0和1。
傳統計算機在0和1的二進制系統上運行，但量子計算機要更為強大，它可以在量子比特上運算，可以計算0和1之間的數值。假想一個放置在磁場中的原子，像陀螺一樣旋轉，它的旋轉軸可以不是向上指就是向下指。按常識理解原子的旋轉可能向上，可能向下，但不可能既向上又向下。但在量子世界里，原子被描述為兩種狀態的總和，它一個向上轉的原子和一個向下轉的原子的總和，即每一種物體都可以被使用所有不可思議狀態的總和來描述。
換一種表述，傳統計算機只能使用“開”和“關”兩種狀態來控制電流，而量子計算機具有“開”和“關”同時存在的第三種狀態，這是量子世界不同于粒子世界的特性。使用量子計算機能并行處理更多的信息，計算速度遠超傳統計算機。要進行量子計算并不容易，但在某些傳統計算機容易失敗的領域，它卻可以充分發揮優勢。
量子計算機依賴的是量子機制來提高其計算速度，量子機制決定了所有物質和能量的行為表現，即使只利用量子機制的簡單特性，構造出的計算機表現就遠遠超出任何一臺超級電子計算機。加拿大公司D-Wave表示，它的“Orion”只是傳統計算機的補充和增強，并不是要取代誰。換句話說，量子計算機還沒有發展到可以“獨領”的地步。
用一個簡單的例子來描述量子計算機和傳統計算機的差別：在一個虛擬界面上存在山岡和低谷，目標是找到最低點。傳統計算機是從一個點開始尋找，不斷搜索，有系統地搜索：是這里嗎？這里呢？查找的過程很慢，除非有無限的時間和無窮的耐心，否則就只能選擇“足夠好”?，F在的答案固然不錯，但新的、更低的點也許在幾次計算后才出現。相比量子計算機的效率就要高得多了，因為它可以同時用多個標準來評估，從而大大改進計算的效率。
量子計算機無法替代傳統計算機
IBM和微軟等許多公司都在研究量子計算技術。D-Wave是唯一銷售量子計算機硬件的廠商，公司表示，在少數復雜問題上，量子計算機的速度要比傳統計算機快5萬倍。但需要注意的是，“高速”是有前提的，因此所謂的高速是受條件限制的。如果你只想發個郵箱、聽首音樂，量子計算機不會讓你覺得有什么太大的區別，但要完成復雜任務就不同了。Google Research工程主管表示，希望量子計算機可以讓研究人員更有效率地工作，更準確地為一切研究建模，包括語音識別、網絡搜索、蛋白質折疊等。
因此，量子計算機不會很快淘汰傳統計算機，它有自己的限制，而且它很難建造，價格很高。到目前，量子計算機大多是基于理論的，量子人工實驗室設立的目的之一就是推動理論的發展。它的目標是將理論用于實踐，解決現實問題，為真正的量子設備編寫代碼。
Google為什么對量子計算機感興趣
Google對新技術一直很癡迷，社交網、可穿戴設備、自駕汽車，現在又是量子計算機。這些項目的相似之處，就是它們都可以強化公司的數據中心基礎設施。
Google希望利用量子計算更好地理解人類的語音提問，這項技術不只可以用在搜索引擎上，還可以用在移動應用上，如Google Now和Google Maps。
Google稱：“我們已經開發一些量子機器學習算法。當中一些可以提高識別能力，比如在移動設備電源不足時識別。一些可以處理高度污染的訓練數據，在現實世界中，許多時候數據被貼錯標簽。我們還可以從中學習到一些經驗，比如，純粹使用量子計算不會得到最好的結果，將量子計算與傳統計算結合會更好?！?/p>
在谷歌的量子人工智能實驗室當中，量子計算機會先進行機器學習，這是電腦學習的信息模式，可以提高它們的輸出“吞吐量”。然后，量子計算機要負責進行個性化的互聯網搜索和以GPS數據預測交通的擁堵情況。另外，還要進行面部或語音的識別、生物行為，或者是龐大且復雜的系統管理工作。
Google官方博客表示，如果世界需要建立有效的環境政策，就需要建立更好的模型來描述全球的天氣和氣候，否則就不會有令人信服的證據。
谷歌已經為量子計算機修改了機器學習算法，這種算法原本由D-Wave系統公司設計。D-Wave向洛克希德·馬丁公司出售了首臺商用量子計算機，洛克希德公司官員表示，計算機會被用于測試和測量工作，如噴氣飛機的設計或衛星系統的可靠性。
量子計算機的廣闊前景
近年來，由于社會對高速、保密、大容量的通訊和計算的需求，促進了量子信息、量子計算理論和實驗的迅速發展。
2007年2月，加拿大D-Wave系統公司宣布研制成功16位量子比特的超導量子計算機。
2009年11月，世界首臺量子計算機正式在美國誕生，這一量子計算機由美國國家標準技術研究院研制，可處理兩個量子比特的數據。較傳統計算機中的0和1比特，量子比特能存儲更多的信息，其性能大大超越傳統計算機。
2010年3月，德國某研究中心發表公報稱其超級計算機成功仿真42位量子計算機。在此基礎上，研究人員首次可以仔細地研究高位數量子計算機的系統特性。
IBM的科學家在量子計算方面取得重大突破，2012年1月完成系列量子計算試驗，在絕對零度條件下證實了通過量子技術一秒鐘可以進行億萬次運算。傳統計算機數據位非0即1，而一個量子可以擁有0、1以及同時0與1三種狀態。這項技術突破允許科學家在初步計算中減少數據錯誤率，同時在量子位中保持量子機械屬性的完整性。
量子計算機可以進行大數的因式分解和Grover搜索破譯密碼，但是同時也提供了另一種保密通訊的方式。在利用EPR對進行量子通訊的實驗中發現，只有擁有EPR對的雙方才可能完成量子信息的傳遞，任何第三方的竊聽者都不能獲得完全的量子信息。正所謂解鈴還需系鈴人，這樣實現的量子通訊才是真正不會被破解的保密通訊。此外量子計算機還可以用來做量子系統的模擬，一旦有了量子模擬計算機，就無需求解薛定愕方程或者采用蒙特卡羅方法在傳統計算機上做數值計算，便可精確地研究量子體系特征。
5月3日，這臺計算機的研制方――中國科學院量子信息與量子科技創新研究院在這里宣布，中國科學技術大學潘建偉院士及同事陸朝陽、朱曉波等，聯合浙江大學王浩華研究組，構建了這臺基于單光子的量子計算機，這是世界上第一臺超越早期經典計算機的光量子計算機。
一時間評價紛至沓來：“中國科學家再次站在了創新的前沿”“量子計算將徹底改變人類未來的應用前景”……就連這次成果的焦點人物潘建偉也提到，“量子計算研究就像雨后春筍，到了爆發式發展的關鍵時刻。”那么這臺中國造的量子計算機究竟能有何能耐，又將為我們帶來什么？
計算速度加快2.4萬倍
量子計算機是指利用量子相干疊加原理，理論上具有超快的并行計算和模擬能力的計算機。計算能力隨可操縱的粒子數呈指數增長，可為經典計算機無法解決的大規模計算難題提供有效解決方案。
曾有人打過一個比方：如果現在傳統計算機的速度是自行車，量子計算機的速度就如同飛機。例如，使用億億次的天河二號超級計算機求解一個億億億變量的方程組，所需時間為100年，而使用一臺萬億次的量子計算機求解同一個方程組，僅需0.01秒。
因為計算能力的革命性突破，如同蒸汽機之于工業文明，量子計算機將成為未來科技的引擎。實驗測試表明，該原型機的取樣速度不僅比國際同行類似的實驗加快至少2.4萬倍，同時，通過和經典算法比較，也比人類歷史上第一臺電子管計算機和第一臺晶體管計算機運行速度快10倍到100倍。“這是歷史上第一臺超越早期經典計算機的基于單光子的量子模擬機，為最終實現超越經典超級計算能力的量子計算這一國際學術界稱之為‘量子稱霸’的目標奠定了堅實的基礎?！迸私▊ブ赋?。
計劃年底實現20個光量子比特的操縱
多粒子m纏的操縱作為量子計算的核心資源，一直是國際角逐的焦點。在光子體系，潘建偉團隊在多光子糾纏領域始終保持著國際領先水平，并于2016年底把紀錄刷新至十光子糾纏。在此基礎上，團隊此次利用自主發展的綜合性能國際最優的量子點單光子源，通過電控可編程的光量子線路，構建了針對多光子“玻色取樣”任務的光量子計算原型機。
“量子計算領域有幾個大家共同努力的指標性節點：第一，展示超越首臺電子計算機的計算能力；第二，展示超越商用CPU的計算能力；第三，展示超越超級計算機的計算能力。我們實現的只是其中的第一步，也是一小步，但同時是重要的一步?！迸私▊フf。
曾經有科學家預測，除非量子計算機操控的比特數超過50個，量子計算機才能超過現有的經典計算機。此次，中國科學家的成果為10個超導量子比特，超過了之前由谷歌、美國航天航空局和加州大學圣芭芭拉分校公開報道的9個超導量子比特的紀錄。
但也有分析稱，盡管歐美等國公開報道的成果是9個，但谷歌之前已經放話，要在今年底之前把超導量子計算做到50個比特。因此，這一領域的競爭還遠未結束。更何況即使獲得了量子計算霸權，讓其真正具備解決問題的能力也是路途漫漫。
在潘建偉看來，谷歌、IBM等公司擁有人才優勢。尤其是谷歌，目前仍可以算是量子計算機領域的領頭羊。但這次研究團隊通過高精度脈沖控制和全局糾纏操作實現10比特量子態的成果，使中國在超導體系量子計算機研究領域也進入世界一流水平行列。
根據計劃，潘建偉的研究團隊將在今年底實現大約20個光量子比特的操縱，20個超導量子比特樣品的設計、制備和測試，量子計算機的速度將會成指數增長。也許到時一張閃亮的國家名片又將出現。
量子技術未來將極大改變生活
隨著大數據時代的到來，對計算能力的需求可以用“貪得無厭”來形容。同時，計算能力的強弱也對社會的發展起著至關重要的作用。當人們能把有效的數據結果都通過計算給提取出來，每一個數據才會成為真正的財富。
談到量子計算機未來的應用前景，潘建偉充滿信心：“量子通信主要是用在保密方面，它可以大大提高信息安全水平。除此之外，量子計算可能很快在某些特定計算方面超越目前傳統的超級計算。這些技術在醫學檢測、藥物設計、基因分析、各種導航等方面也將起到巨大的作用，會給人們的生活帶來極大改變?！?/p>
【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?！凹{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。現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
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[2]王延汀.談談光子計算機[J].現代物理知識，2004（16）.
[3]陳連水，袁鳳輝，鄧放.分子計算機[J].分子信息學，2005（3）.
關鍵詞：計算機；技術；芯片技術
計算機將能夠具備更多的智能方面的成分，它將具有非常多種感知能力、具備一定的思考和判定研究的能力及一定的自然語言能力。除了提供自然的輸進手段（如語音輸進、手寫輸進）外，讓人能產生身臨其境感覺的各種交互設備已經出現，虛擬現實技術是這一領域發展的集中體現。
傳統的磁存儲、光盤存儲容量繼續攀升，新的海量存儲技術趨于成熟，新型的存儲器每立方厘米存儲容量可達10TB（以一本書30萬字計，它可存儲約1500萬本書）。信息的永久存儲也將成為現實，千年存儲器正在研制中，這樣的存儲器可以抗干擾、抗高溫、防震、防水、防腐蝕。如是，本日的大量文獻可以原汁原味保存、并流芳百世。
硅芯片技術的高速發展同時也意味著硅技術越來越近其物理極限，為此，世界各國的探究職員正在加緊探究開發新型計算機，計算機從體系結構的變革到器件和技術革命都要產生一次量的乃至質的奔騰。新型的量子計算機、光子計算機、生物計算機、納米計算機等將會在21世紀走進我們的生活，遍布各個領域。
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和關的狀態，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，同樣數目的存儲位，量子計算機的存儲量比通常計算機大很多。同時量子計算性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。目前正在開發中的量子計算機有3種類型：核磁共振（NMR）量子計算機、硅基半導體量子計算機、離子阱量子計算機。預計2030年將普及量子計算機。
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。
生物計算機的運算過程就是蛋白質分子和四周物理化學介質的相互功能過程。計算機的轉換開關由酶來充當，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。
20世紀70年代，人們發現脫氧核糖核酸（DNA）處于不同狀態時可以代表信息的有或無。DNA分子中的遺傳密碼相當于存儲的數據，DNA分子間通過生化反應，從一種基因代瑪轉變為另一種基因代碼。反應前的基因代碼相當于輸進數據，反應后的基因代碼相當于輸出數據。假如能控制這一反應過程，那么就可以制作成功DNA計算機。
蛋白質分子比硅晶片上電子元件要小得多，彼此相距甚近，生物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。DNA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。DNA計算機消耗的能量非常小，只有電子計算機的十億分之一。由于生物芯片的原材料是蛋白質分子，所以生物計算機既有自我修復的功能，又可直接和生物活體相聯。預計10～20年后，DNA計算機將進進實用階段。
“納米”是一個計量單位，一個納米即是10[-9]米，大約是氫原子直徑的10倍。納米技術是從80年代初迅速發展起來的新的前沿科研領域，終極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。
現在納米技術正從MEMS（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，其體積不過數百個原子大小，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很多倍。
目前，納米計算機的成功研制已有一些鼓舞人心的消息，惠普實驗室的科研職員已開始應用納米技術研制芯片，一旦他們的探究獲得成功，將為其他縮微計算機元件的研制和生產展平道路。
今天人們談到計算機必然地和網絡聯系起來，一方面孤立的未加進網絡的計算機越來越難以見到，另一方面計算機的概念也被網絡所擴展。二十世紀九十年代興起的Internet在過往如火如荼地發展，其影響之廣、普及之快是前所未有的。從沒有一種技術能像Internet一樣，劇烈地改變著我們的學習、生活和習慣方式。全世界幾乎所有國家都有計算機網絡直接或間接地和Internet相連，使之成為一個全球范圍的計算機互聯網絡。人們可以通過Internet和世界各地的其它用戶自由地進行通訊，可從Internet中獲得各種信息。
人們已充分領略到網絡的魅力，Internet大大縮小了時空界限，通過網絡人可以共享計算機硬件資源、軟件資源和信息資源?！熬W絡就是計算機”的概念被事實一再證實，被眾人逐步接受。
在未來10年內，建立透明的全光網絡勢在必行，互聯網的傳輸速率將進步100倍。在Internet上進行醫療診斷、遠程教學、電子商務、視頻會議、視頻圖書館等將得以普及。同時，無線網絡的構建將成為眾多公司競爭的主戰場，未來我們可以通過無線接進隨時隨地連接到Internet上，進行交流、獲取信息、觀看電視節目。
當今在面向全球的網絡化應用的各種新型的微型計算機和信息終端產品方面將會成為主要的產品之一。通過便攜計算機、數字基因計算機、移動手機和終端產品，以及各種手持式個人信息終端產品，將把移動計算和數字通訊融合為一體，手機將被嵌進高性能芯片和軟件，依據標準的無窮通訊協議（如藍牙）上網，觀看電視、收聽廣播。在Internet上成長起來的新的一代自然不會把汽車當作為代步工具，汽車將會向用戶提供一些有關上網、辦公、家庭娛樂等功能，成為車輪上面的信息平臺。
未來的計算機技術將向超高速、超小型、平行處理、智能化的方向發展。盡管受到物理極限的約束，采用硅芯片的計算機的核心部件CPU的性能還會持續增長。作為Moore定律驅動下成功企業的典范Inter預計2001年推出1億個晶體管的微處理器，并預計在2010年推出集成10億個晶體管的微處理器，其性能為10萬MIPS（1000億條指令／秒）。而每秒100萬億次的超級計算機將出現在本世紀初出現。超高速計算機將采用平行處理技術，使計算機系統同時執行多條指令或同時對多個數據進行處理，這是改進計算機結構、提高計算機運行速度的關鍵技術。
同時計算機將具備更多的智能成分，它將具有多種感知能力、一定的思考與判斷能力及一定的自然語言能力。除了提供自然的輸入手段（如語音輸入、手寫輸入）外，讓人能產生身臨其境感覺的各種交互設備已經出現，虛擬現實技術是這一領域發展的集中體現。
傳統的磁存儲、光盤存儲容量繼續攀升，新的海量存儲技術趨于成熟，新型的存儲器每立方厘米存儲容量可達10TB（以一本書30萬字計，它可存儲約1500萬本書）。信息的永久存儲也將成為現實，千年存儲器正在研制中，這樣的存儲器可以抗干擾、抗高溫、防震、防水、防腐蝕。如是，今日的大量文獻可以原汁原味保存、并流芳百世。
新型計算機系統不斷涌現
硅芯片技術的高速發展同時也意味著硅技術越來越近其物理極限，為此，世界各國的研究人員正在加緊研究開發新型計算機，計算機從體系結構的變革到器件與技術革命都要產生一次量的乃至質的飛躍。新型的量子計算機、光子計算機、生物計算機、納米計算機等將會在21世紀走進我們的生活，遍布各個領域。
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。目前正在開發中的量子計算機有3種類型：核磁共振(NMR)量子計算機、硅基半導體量子計算機、離子阱量子計算機。預計2030年將普及量子計算機。
光子計算機
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。
目前，世界上第一臺光計算機已由歐共體的英國、法國、比利時、德國、意大利的70多名科學家研制成功，其運算速度比電子計算機快1000倍?？茖W家們預計，光計算機的進一步研制將成為21世紀高科技課題之一。
生物計算機（分子計算機）
生物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。計算機的轉換開關由酶來充當，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。
20世紀70年代，人們發現脫氧核糖核酸(DNA)處于不同狀態時可以代表信息的有或無。DNA分子中的遺傳密碼相當于存儲的數據，DNA分子間通過生化反應，從一種基因代瑪轉變為另一種基因代碼。反應前的基因代碼相當于輸入數據，反應后的基因代碼相當于輸出數據。如果能控制這一反應過程，那么就可以制作成功DNA計算機。
蛋白質分子比硅晶片上電子元件要小得多，彼此相距甚近，生物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。DNA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。DNA計算機消耗的能量非常小，只有電子計算機的十億分之一。由于生物芯片的原材料是蛋白質分子，所以生物計算機既有自我修復的功能，又可直接與生物活體相聯。預計10～20年后，DNA計算機將進入實用階段。
納米計算機
“納米”是一個計量單位，一個納米等于10[-9]米，大約是氫原子直徑的10倍。納米技術是從80年代初迅速發展起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。
現在納米技術正從MEMS（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，其體積不過數百個原子大小，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。
目前，納米計算機的成功研制已有一些鼓舞人心的消息，惠普實驗室的科研人員已開始應用納米技術研制芯片，一旦他們的研究獲得成功，將為其他縮微計算機元件的研制和生產鋪平道路。
互聯網絡繼續蔓延與提升
今天人們談到計算機必然地和網絡聯系起來，一方面孤立的未加入網絡的計算機越來越難以見到，另一方面計算機的概念也被網絡所擴展。二十世紀九十年代興起的Internet在過去如火如荼地發展，其影響之廣、普及之快是前所未有的。從沒有一種技術能像Internet一樣，劇烈地改變著我們的學習、生活和習慣方式。全世界幾乎所有國家都有計算機網絡直接或間接地與Internet相連，使之成為一個全球范圍的計算機互聯網絡。人們可以通過Internet與世界各地的其它用戶自由地進行通信，可從Internet中獲得各種信息。
回顧一下我國互聯網絡的發展，就可以感受到互聯網普及之快。近三年中國互聯網絡信息中心(CNNIC)對我國互聯網絡狀況的調查表明我國的Internet發展呈現爆炸式增長，2000年1月我國上網計算機數為350萬臺，2001年的統計數為892萬臺，翻一番多；2000年1月我國上網用戶人數890萬；2001年1月的統計數為2250萬人，接近于3倍；2000年1月CN下注冊的域名數為48575，2001年1月的統計數為122099個，接近于3倍；國際線路的總容量目前達2799M，8倍于2000年1月的351M。
人們已充分領略到網絡的魅力，Internet大大縮小了時空界限，通過網絡人們可以共享計算機硬件資源、軟件資源和信息資源?！熬W絡就是計算機”的概念被事實一再證明，被世人逐步接受。
在未來10年內，建立透明的全光網絡勢在必行，互聯網的傳輸速率將提高100倍。在Internet上進行醫療診斷、遠程教學、電子商務、視頻會議、視頻圖書館等將得以普及。同時，無線網絡的構建將成為眾多公司競爭的主戰場，未來我們可以通過無線接入隨時隨地連接到Internet上，進行交流、獲取信息、觀看電視節目。
移動計算技術與系統
隨著因特網的迅猛發展和廣泛應用、無線移動通信技術的成熟以及計算機處理能力的不斷提高，新的業務和應用不斷涌現。移動計算正是為提高工作效率和隨時能夠交換和處理信息所提出，業已成為產業發展的重要方向。
移動計算包括三個要素：通信、計算和移動。這三個方面既相互獨立又相互聯系。移動計算概念提出之前，人們對它們的研究已經很長時間了，移動計算是第一次把它們結合起來進行研究。它們可以相互轉化，例如，通信系統的容量可以通過計算處理（信源壓縮，信道編碼，緩存，預?。┑玫教岣摺?/p>
移動性可以給計算和通信帶來新的應用，但同時也帶來了許多問題。最大的問題就是如何面對無線移動環境帶來的挑戰。在無線移動環境中，信號要受到各種各樣的干擾和衰落的影響，會有多徑和移動，給信號帶來時域和頻域彌散、頻帶資源受限、較大的傳輸時延等等問題。這樣一個環境下，引出了很多在移動通信網絡和計算機網絡中未遇到的問題。第一，信道可靠性問題和系統配置問題。有限的無線帶寬、惡劣的通信環境使各種應用必須建立在一個不可靠的、可能斷開的物理連接上。在移動計算網絡環境下，移動終端位置的移動要求系統能夠實時進行配置和更新。第二，為了真正實現在移動中進行各種計算，必須要對寬帶數據業務進行支持。第三，如何將現有的主要針對話音業務的移動管理技術拓展到寬帶數據業務。第四，如何把一些在固定計算網絡中的成熟技術移植到移動計算網絡中。
關鍵詞：量子比特；量子力學；量子相干性；并行運算
0 引言
自1946年第一臺電子計算機誕生至今，共經歷了電子管、晶體管、中小規模集成電路和大規模集成電路四個時代。計算機科學日新月異，但其性能卻始終滿足不了人類日益增長的信息處理需求，且存在不可逾越的“兩個極限”。
其一，隨著傳統硅芯片集成度的提高，芯片內部晶體管數與日俱增，相反其尺寸卻越縮越小(如現在的英特爾雙核處理器采用最新45納米制造工藝，在143平方毫米內集成2.91億晶體管)。根據摩爾定律估算，20年后制造工藝將達到幾個原子級大小，甚至更小，從而導致芯片內部微觀粒子性越來越弱，相反其波動性逐漸顯著，傳統宏觀物理學定律因此不再適用，而遵循的是微觀世界煥然一新的量子力學定理。也就是說，20年后傳統計算機將達到它的“物理極限”。
其二，集成度的提高所帶來耗能與散熱的問題反過來制約著芯片集成度的規模，傳統硅芯片集成度的停滯不前將導致計算機發展的“性能極限”。如何解決其發熱問題?研究表明，芯片耗能產生于計算過程中的不可逆過程。如處理器對輸入兩串數據的異或操作而最終結果卻只有一列數據的輸出，這過程是不可逆的，根據能量守恒定律，消失的數據信號必然會產生熱量。倘若輸出時處理器能保留一串無用序列，即把不可逆轉換為可逆過程，則能從根本上解決芯片耗能問題。利用量子力學里的玄正變換把不可逆轉為可逆過程，從而引發了對量子計算的研究。
1 量子計算的基本原理
1.1 傳統計算的存儲方式
首先回顧傳統計算機的工作原理。傳統電子計算機采用比特作為信息存儲單位。從物理學角度，比特是兩態系統，它可保持其中一種可識別狀態，即“1”或者“()”。對于“1”和“0”，可利用電流的通斷或電平的高低兩種方法表示，然后可通過與非門兩種邏輯電路的組合實現加、減、乘、除和邏輯運算。如把0～0個數相加，先輸入“00”，處理后輸入“01”，兩者相“與”再輸入下個數“10”，以此類推直至處理完第n個數，即輸入一次，運算一次，n次輸入，n次運算。這種串行處理方式不可避免地制約著傳統計算機的運算速率，數據越多影響越深，單次運算的時間累積足可達到驚人的數字。例如在1994年共1600個工作站歷時8月才完成對129位(迄今最大長度)因式的分解。倘若分解位數多達1000位，據估算，即使目前最快的計算機也需耗費1025年。而遵循量子力學定理的新一代計算機利用超高速并行運算只需幾秒即可得出結果?，F在讓我們打開量子計算的潘多拉魔盒，走進奇妙神秘的量子世界。
1.2 量子計算的存儲方式
量子計算的信息存儲單位是量子比特，其兩態的表示常用以下兩種方式：
(1)利用電子自旋方向。如向左自轉狀態代表“1”，向右自轉狀態代表“0”。電子的自轉方向可通過電磁波照射加以控制。
(2)利用原子的不同能級。原子有基態和激發態兩種能級，規定原子基態時為“0”，激發態時為“1”。其具體狀態可通過辨別原子光譜或核磁共振技術辨別。
量子計算在處理0～n個數相加時，采用的是并行處理方式將“00”、“01”、“10”、“11”等n個數據同時輸入處理器，并在最后做一次運算得出結果。無論有多少數據，量子計算都是同時輸入，運算一次，從而避免了傳統計算機輸入一次運算一次的耗時過程。當對海量數據進行處理時，這種并行處理方式的速率足以讓傳統計算機望塵莫及。
1.3 量子疊加態
量子計算為何能實現并行運算呢?根本原因在于量子比特具有“疊加狀態”的性質。傳統計算機每個比特只能取一種可識別的狀態“0”或“1”，而量子比特不僅可以取“0”或“1”，還可同時取“0”和“1”，即其疊加態。以此類推，n位傳統比特僅能代表2n中的某一態，而n位量子比特卻能同時表示2n個疊加態，這正是量子世界神奇之處。運算時量子計算只須對這2n個量子疊加態處理一次，這就意味著一次同時處理了2n個量子比特(同樣的操作傳統計算機需處理2n次，因此理論上量子計算工作速率可提高2n倍)，從而實現了并行運算。
量子疊加態恐怕讀者一時難以接受，即使當年聰明絕頂的愛因斯坦也頗有微詞。但微觀世界到底有別于我們所處的宏觀世界，存在著既令人驚訝又不得不承認的事實，并取得了多方面驗證。以下用量子力學描述量子疊加態。
現有兩比特存儲單元，經典計算機只能存儲00，01，10，11四位二進制數，但同一時刻只能存儲其中某一位。而量子比特除了能表示“0”或“1”兩態，還可同時表示“0”和“1”的疊加態，量子力學記為：
lφ〉＝al1〉＋blO〉
其中ab分別表示原子處于兩態的幾率，a＝0時只有“0”態，b＝0時只有“1”態，ab都不為0時既可表示“0”，又可表示“1”。因此，兩位量子比特可同時表示4種狀態，即在同一時刻可存儲4個數，量子力學記為：
1.4 量子相干性
量子計算除可并行運算外，還能快速高效地并行運算，這就用到了量子的另外一個特性――量子相干性。
量子相干性是指量子之間的特殊聯系，利用它可從一個或多個量子狀態推出其它量子態。譬如兩電子發生正向碰撞，若觀測到其中一電子是向左自轉的，那么根據動量和能量守恒定律，另外一電子必是向右自轉。這兩電子間所存在的這種聯系就是量子相干性。
可以把量子相干性應用于存儲當中。若某串量子比特是彼此相干的，則可把此串量子比特視為協同運行的同一整體，對其中某一比特的處理就會影響到其它比特的運行狀態，正所謂牽一發而動全身。量子計算之所以能快速高效地運算緣歸于此。然而令人遺憾的是量子相干性很難保持，在外部環境影響下很容易丟失相干性從而導致運算錯誤。雖然采用量子糾錯碼技術可避免出錯，但其也只是發現和糾正錯誤，卻不能從根本上杜絕量子相干性的丟失。因此，到達高效量子計算時代還有一段漫長曲折之路。
2 對傳統密碼學的沖擊
密碼通信源遠流長。早在2500年前，密碼就已廣泛應用于戰爭與外交之中，當今的文學作品也多有涉獵，如漢帝賜董承的衣帶詔，文人墨客的藏頭詩，金庸筆下的蠟丸信等。隨著歷史的發展，密碼和秘密通訊備受關注，密碼學也應運而生。防與攻是一個永恒的活題，當科學家們如火如荼地研究各種加密之策時，破譯之道也得以迅速發展。
傳統理論認為，大數的因式分解是數學界的一道難題，至今也無有效的解決方案和算法。這一點在密碼學有重要應用，現在廣泛應用于互聯網，銀行和金融系統的RSA加密系統就是基于因式難分解而開發出來的。然而，在理論上包括RSA在內的任何加密算法都不是天衣無縫的，利用窮舉法可一一破解，只要衡量破解與所耗費的人力物力和時間相比是否合理。如上文提到傳統計算機需耗費1025年才能對1000位整數進行因式分解，從時間意義上講，RSA加密算法是安全的。但是，精通高速并行運算的量子計算一旦問世，縈繞人類很久的因式分解難題迎刃而解，傳統密碼學將受到前所未有的巨大沖擊。但正所謂有矛必有盾，相信屆時一套更為安全成熟的量子加密體系終會醞釀而出。
3 近期研究成果
目前量子計算的研究仍處于實驗階段，許多科學家都以極大熱忱追尋量子計算的夢想，實現方案雖不少，但以現在的科技水平和實驗條件要找到一種合適的載體存儲量子比特，并操縱和觀測其微觀量子態實在是太困難了，各界科學家歷時多年才略有所獲。
(1)1994年物理學家尼爾和艾薩克子利用丙胺酸制出一臺最為基本的量子計算機，雖然只能做一些像1＋1＝2這樣簡單的運算，但對量子計算的研究具有里程碑的意義。
(2)2000年8月IBM用5個原子作為處理和存儲器制造出當時最為先進的量子計算機，并以傳統計算機無法匹敵的速度完成對密碼學中周期函數的計算。
(3)2000年日本日立公司成功開發出“單電子晶體管”量子元件，它可以控制單個電子的運動，且具有體積小，功耗低的特點(比目前功耗最小的晶體管約低1000倍)。
(4)2001年IBM公司阿曼頓實驗室利用核磁共振技術建構出7位量子比特計算機，其實現思想是用離子兩個自轉狀態作為一個量子比特，用微波脈沖作為地址。但此法還不能存儲15位以上的量子單元。
(5)2003年5月《Nature》雜志發表了克服量子相關性的實驗結果，對克服退相干，實現量子加密、糾錯和傳輸在理論上起到指導作用，從此量子通信振奮人心。
(6)2004年9月，NTT物性科學研究所試制出新一代存儲量子比特的新載體――“超導磁束量子位”。它可通過微波照射大幅度提高對量子比特自由度的控制，其量子態也相對容易保持。
關鍵詞：計算科學；計算工具；圖靈模型；量子計算
1 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。
2 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。
3 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。
4 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，這種奇跡般的發展速度被公認為“摩爾定律”。
5 “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。
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。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2048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。
6 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。
關鍵詞：計算機；科技；發展；研究；技術
中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 (2012) 10-0217-01
一、以計算機網絡技術為基礎的電子商務
通過對計算機技術、網絡技術和遠程通信的技術利用就是電子商務，它對于整個商務過程中的電子化、數字化和網絡化的實現是有一定的幫助的。
供需雙方的商家通過借助Internet的技術或者是各種商務網絡平臺所進行的電子商務交易，并完成商務交易的過程就被稱之為電子商務。供求關系的、訂貨以及訂貨的確認、支付的過程以及簽發票據、接受和傳送、配送方案的確定并對配送過程進行監控等都是商務交易的過程。因此。電子商務的概念是在計算機技術和網絡技術發展到一定水平后才出現的。
開放式標準上的Internet通信通道是電子商務所采用的基本方式，相較于傳統的商務活動通信方式而言，其內容和內涵都已經發生了很大的變化，比如說：就電子商務的交互性而言，由雙向通信取代了單項通信；其通道功能得到了擴大，不僅能夠對信息進行傳遞，同時也能夠在支付和傳遞服務上應用；相較于傳統手段而言，其通信費用得到大大降低，Internet的通信費用是最低廉的。另一方面，虛擬的全球性貿易環境也是由電子商務為企業所提供的，這使得商務活動的水平以及服務質量都得到了大大的提高。商務通信速度的大大提高使得大量的開支得以節省，比如說傳真和電話費用就由于電子郵件的存在得到節省，廣告和銷售的費用就由于電子和電子訂單的存在而得到節省。企業與客戶和供應商之間可以通過電子商務系統的主頁而增加直接聯系，這樣就能夠對相關產品的價格、新品種等最新數據有一個及時的了解。
二、對計算機的關鍵技術繼續發展的簡單分析
超高速、超小型、平行處理、智能化是未來計算機技術的發展方向。硅芯片計算機的核心部件CPU盡管在物理限制的約束仍舊持續不斷發展，但在上世紀末也出現了每秒100萬億次的超級計算機。平行處理技術是超高速計算機所采用的方式，使計算機系統能夠對數據或者是指令進行同時處理，這對于計算機結構的改進、計算機運行速度的提高都是一項極為關鍵的重要技術。
另外，更多的智能成分是計算機所將要具備的，多種感知能力、一定思考與判斷能力以及一定的自然語言能力是其將具備的能力。它除了會提供語音輸入與手寫輸入這樣的自然輸入手段以外，其虛擬現實技術還會讓人產生一種身臨其境的感覺，這一領域的集中體現就是各種交互設備的出現。
傳統的磁存儲以及光盤的存儲容量一直在不斷的攀升著，趨于成熟的全新海量儲存技術使得新型儲存器的儲存容量將達到每立方米10TB。將信息永久的儲存也將不會再是夢想，對千年儲存器的研制正在進行中，抗干擾、抗高溫、防震、防水、防腐蝕等是這樣儲存器的基本特征。這樣就可以原汁原味的保存現今的大量文獻，并使其能夠流芳百世。
三、不斷涌現的新型計算機系統
硅技術的物理極限隨著硅芯片技術的高速發展而逐步體現出來，世界各國的研究人員對新型計算機的研究開發也在這樣的情況下緊張的進行著，可以說，計算機將會有一次從體系結構到器件與革命的大變革，甚至可以被稱之為是一次質的飛躍。量子計算機、光子計算機、生物計算機等新型的電子產品將會在二十一世紀走進我們生活中的各個領域。
（一）量子計算機。以量子效應為奠基開發的量子計算機表示開與關的狀態是通過利用一種鏈狀分子聚合物的特性來表示的，其分子狀態的改變是通過利用激光脈沖來實現的，其運算也是使信息沿著聚合物的移動而進行的。
量子位儲存是量子計算機中的數據儲存方式，其具有量子疊加效應的特點，這樣在面對同樣數量儲存位的時候，通常計算機卻遠不及量子計算機的儲存量，另外，兩字并行計算也是量子計算機的一大特色。
（二）光子計算機。電子由光子取代、導線互連用光互連帶取代、計算機中的電子硬件由光硬件取代、電運算由光運算取代這樣的全光數字計算機就是光子計算機。
光子計算機的“無導線計算機”相較于電子計算機而言，其信息傳遞平行通道密度更大。拿一枚5分硬幣大小的棱鏡為例，全世界現有的電話電纜僅是其通過能力的幾分之一。光計算機超強的并行處理能力由光的并行、高速所天然決定了，由此，它的運算速度是超高速的。但是只能夠在低溫的環境下超高速電子計算機才會進行工作，而光計算機開展工作僅需要在常溫下即刻。與人腦相似的容錯性也是光計算機所具備的一大特點，也就是說，其最終計算結果并不受系統中某一原件的損壞或出錯的影響。
（三）生物計算機。蛋白質分子與周圍物理化學介質的相互作用過程就是生物計算機的運算過程。由酶來充當計算機的轉換開關，酶合成系統本身和蛋白質的結構中極為明顯的就能將程序呈現。
在二十世紀七十年代的時候，人們發現信息的有或無可以通過脫氧核糖核酸（DNA）處于不用狀態將其代表。其儲存的數據也就是指DNA分子中的遺傳密碼，生化反應在DNA分子間發生，另一種基因代碼由前一種基因代碼所轉化而來。輸入數據可以被當作是反應前的基因代碼，輸出數據則就代表了反應后的基因代碼。倘若能夠對這一反應過程進行控制，那么DNA計算機也就能夠得以成功制作。
將一項運算交由生物計算機來完成的話僅需要10微微秒的時間就已足夠，其速度快過人思維速度的100萬倍，這是由于蛋白質分子小過硅晶片上的電子元件很多，而且他們之間的距離又相當的近。同時，DNA分子計算機不僅存貯容量相當驚人，其消耗能量也是非常小的。生物計算機具有自我修復功能的原因是由于蛋白質分子是構成生物芯片的原材料，且能夠與活體直接相聯。DNA計算機預計會在10-20年后進入實用階段。
四、總結
目前科學技術就是第一生產力，即計算機科學與技術的發展現狀普及性與深入發展性，當今社會中所潛在的重要生產力就是對計算機科學技術的不斷發展，它在人類的社會發展進步中也占有不可取代的地位，是不置可否的生產力。
參考文獻：
現在計算機已經運用于各行各業（工業、農業、文化教育、衛生保健、服務行業、社會公用事業等），走進萬千普通人的家中，更為社會的發展做出了巨大的貢獻。首先，計算機將會推動社會生產力以更快的速度發展。當下計算機時代中，信息便是最重要的元素，通過對互聯網和計算機，將會加快信息技術發展，人們傳遞信息的渠道越來越多，對于信息的了解也會越來越多，因此對信息的有效性和及時性也提出了更高的要求。于此同時，信息技術發展不僅會拖動和其相關茶葉的法陣與進步（如電子技術和生物技術），還會對新能源、新技術的發展和開發有一定的影響和幫助，促進科技是人類社會第一生產力的地位也愈加明顯突出。而信息對于個人來說，通過網絡與計算機，人類的勞動方式和工作方式也在不斷的發生變化。人類可足不出戶的完成各項學習任務和工作，讓人們節省出更多的時間去做其他事情，在各方面均會得到一定的解放，如行動或者思想。在將來社會中，計算機的地位越來越重要，作用也將越來越大，越來越貼近人們的生活，計算機也會越來越小型化，智能化。未來我們將可以通過計算機做許多事。
勢
展望未來,計算機科學技術的發展又將是一片生機,前景廣闊.計算機學家、數學家等科學家們的執著追求和不懈努力,將會使他們在21世紀的計算機發展史上譜寫出更加燦爛輝煌的新篇章。
1.生物計算機
生物家算計在1994年11月美國的異位博士便提出，其以DNA堿基序列作為信息編碼載體，使用當代分子生物技術，食管內使用控制酶，使得DNA堿基對序列發生變化和反映，從而實現數據的運算。阿曼德在雜志《科學》上公布了DNA計算機理論，引發全世界各個方面的學者關注。過去的半個世紀內，計算機意義幾乎和物理芯片一樣，但是阿德勒提出DNA計算機，不僅拓寬人類對計算機的了解，而且計算機也不再是簡單的物理性質的操作，還增添了粘貼、復制、剪切、插入等方式。就在2013年的3月，英國生物信息研究院的科學家們將莎士比亞的154首十四行詩的mp3文件和相關數碼照片編入了DNA序列，儲存密度達到了驚人的每克2.2PB（1PB=1024TB）。這條消息引爆了人們對信息存儲概念的認識大轉變?；贒NA的存儲技術誕生以及得以實現，給人們對生物計算機的構想以堅定的信念。
2.量子計算機
量子計算機是指處于量子狀態下的原子，將其作為CPU和內存，使用原子量子特性進而對信息進行處理。因為原子具有在同一個時間點，可以未出不同位置之間奇妙的特性，使用0和1表示處于量子位的原子，而處于量子位的原子可以同時使用0和1中間的值進行表示，所以不管從處理的角度還是從數據存儲的角度，量子位能力，量子位能力是晶體管電子位的2倍。有人這樣比喻：一個老鼠在繞過一只貓的時候，根據經典物理學理論，若是從左邊過，那么便不能從右邊過，左右兩側只可以選擇一個方向，然而若是根據量子物理學理論，老鼠.可以同時從貓的左右兩邊繞過。
3.光子計算機
光子計算機和傳統芯片計算機比較可以看出，光計算機可以使用光速來提到電子進行存儲和運算等工作：其將會以不同的波長來表示不同數據，并以大量的棱鏡、透鏡以及反射鏡將數據從芯片之間進行傳遞。研制出的光計算機攝像在20世紀50年代后期便已經被提出。在1986年，貝爾實驗室的戴維•米勒研究出小型光開關，為同實驗室的艾倫•黃研制光處理器提供了必備元件。1990年1月，黃的實驗室開始用光計算機工作。從采用的元器件看，光計算機有全光學型和光電混合型。1990年貝爾實驗室研制成功的那臺機器就采用了混合型結構。相比之下，全光學型計算機可以達到更高的運算速度。但是，若是想將光計算機研制成功，則需要開發出可用一條光控制另一條光的光學“晶體管”。而現在光學“晶體管”體積較大，且較為笨拙，若是實用現代的“晶體管”制作出的光子計算機，其體積將和汽車一樣大。所以在短期內使用光子計算機，比較遙遠。
4.模糊計算機
有些詞語的意思完全相反，例如好和壞、黑和白、美和丑、瘦和胖、暗和明等等，即使他們意思相反，但他們之間沒有明確的界限進行邠，類似這些沒有明確的規定的界限食物及表達形式，則將其成為模糊概念。所以科學家設計出模糊計算機的制造，此種計算機不僅具有普通計算機的功能，而且還可以和人一樣，用腦思考、對話、判斷和學習等等，此種計算機便是第六代計算機的發展趨勢和方向。在1984年，日本是第一個提出制造模糊計算機的國家，同時因其非邏輯、不規則函數作為制作的基礎，并進行設計、研制成功模糊集成電路，從而使得當時的計算機體積有明顯的下降。若是想要成功的研制出具有人腦功能的模糊計算機，則需要將大量的學科進行整合和開發，如大腦生理學、電子學、心理學、語言學等等。相關研究資料顯示，此種具有人腦功能的模糊計算機將在2000年之后研制出，但是一旦研制成功出此種計算機，將對對社會及人類各方面生活有非常重大的影響。
結語
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博士
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學科、專業名稱（代碼）研究方向
指導教師
預計招生人數
考試科目
備注
070201 理論物理
80
01 粒子物理理論
王建雄
①1001英語一②2274粒子物理（甲）③3402量子場論（乙）
張新民
①1001英語一②2246廣義相對論（甲）或2295群論（甲）③3402量子場論（乙）
呂才典
①1001英語一②2274粒子物理（甲）③3402量子場論（乙）
黃梅
①1001英語一②2274粒子物理（甲）③3232廣義相對論（乙）或3402量子場論（乙）
陳瑩
①1001英語一②2274粒子物理（甲）③3402量子場論（乙）
賈宇
同上
邢志忠
同上
凌意
①1001英語一②2246廣義相對論（甲）③3402量子場論（乙）或3456群論（乙）
02 原子核物理理論
董宇兵
①1001英語一②2207高等量子力學（甲）③3402量子場論（乙）或3904原子核理論（乙）
鄒冰松
同上
趙強
同上
王平
同上
03 數學物理理論
常哲
①1001英語一②2261微分幾何（甲）或2295群論（甲）③3402量子場論（乙）
黃超光
①1001英語一②2246廣義相對論（甲）③3456群論（乙）或3710微分幾何（乙）
凌意
同上
04 粒子宇宙學理論
張新民
①1001英語一②2246廣義相對論（甲）或2295群論（甲）③3402量子場論（乙）
05 強子物理理論
鄒冰松
①1001英語一②2274粒子物理（甲）③3402量子場論（乙）
黃梅
同上
趙強
同上
賈宇
同上
王平
同上
070202 粒子物理與原子核物理
01 粒子物理實驗
陳國明
①1001英語一②2146粒子物理與核物理實驗方法（甲）③3397粒子物理（乙）
陳江川
①1001英語一②2001高等電動力學（甲）或2146粒子物理與核物理實驗方法（甲）③3406量子力學（乙）或3471軟件基礎（乙）
李海波
①1001英語一②2146粒子物理與核物理實驗方法（甲）③3397粒子物理（乙）或3402量子場論（乙）
沈肖雁
同上
衡月昆
同上
張家文
同上
楊長根
①1001英語一②2001高等電動力學（甲）或2146粒子物理與核物理實驗方法（甲）③3397粒子物理（乙）或3406量子力學（乙）
陳和生
①1001英語一②2146粒子物理與核物理實驗方法（甲）③3397粒子物理（乙）或3402量子場論（乙）
胡濤
同上
王貽芳
同上
曹俊
同上
金山
同上
劉懷民
同上
何康林
同上
陳元柏
①1001英語一②2146粒子物理與核物理實驗方法（甲）③3397粒子物理（乙）或3406量子力學（乙）
婁辛丑
①1001英語一②2229量子力學（甲）③3397粒子物理（乙）或3399粒子物理與核物理實驗方法（乙）
胡海明
①1001英語一②2274粒子物理（甲）③3399粒子物理與核物理實驗方法（乙）或3406量子力學（乙）
呂軍光
①1001英語一②2146粒子物理與核物理實驗方法（甲）③3397粒子物理（乙）或3402量子場論（乙）
榮剛
同上
季曉斌
同上
歐陽群
同上
苑
同上
張景芝
①1001英語一②2274粒子物理（甲）③3402量子場論（乙）
董燎原
①1001英語一②2146粒子物理與核物理實驗方法（甲）③3397粒子物理（乙）或3402量子場論（乙）
房雙世
①1001英語一②2146粒子物理與核物理實驗方法（甲）或2274粒子物理（甲）③3406量子力學（乙）
02 探測器物理
胡濤
①1001英語一②2146粒子物理與核物理實驗方法（甲）③3397粒子物理（乙）或3402量子場論（乙）
陳元柏
①1001英語一②2146粒子物理與核物理實驗方法（甲）③3397粒子物理（乙）或3406量子力學（乙）
呂軍光
①1001英語一②2146粒子物理與核物理實驗方法（甲）③3397粒子物理（乙）或3402量子場論（乙）
歐陽群
同上
婁辛丑
①1001英語一②2229量子力學（甲）③3397粒子物理（乙）或3399粒子物理與核物理實驗方法（乙）
03 高能物理計算
陳江川
①1001英語一②2001高等電動力學（甲）或2146粒子物理與核物理實驗方法（甲）③3406量子力學（乙）或3471軟件基礎（乙）
李衛東
①1001英語一②2146粒子物理與核物理實驗方法（甲）③3397粒子物理（乙）或3402量子場論（乙）
劉懷民
同上
何康林
同上
季曉斌
同上
董燎原
同上
04 宇宙線物理
曹臻
①1001英語一②2001高等電動力學（甲）或2146粒子物理與核物理實驗方法（甲）③3397粒子物理（乙）
陳國明
①1001英語一②2146粒子物理與核物理實驗方法（甲）③3397粒子物理（乙）
姚志國
①1001英語一②2146粒子物理與核物理實驗方法（甲）③3397粒子物理（乙）或3402量子場論（乙）
何會海
①1001英語一②2106天體輻射過程（甲）或2146粒子物理與核物理實驗方法（甲）③3156高等電動力學（乙）或3315計算機技術基礎（乙）或3790現代核電子學（乙）
盧紅
①1001英語一②2001高等電動力學（甲）或2274粒子物理（甲）③3406量子力學（乙）
胡紅波
①1001英語一②2001高等電動力學（甲）或2146粒子物理與核物理實驗方法（甲）③3397粒子物理（乙）或3406量子力學（乙）
黃晶
同上
05 高能天體物理
李惕碚
①1001英語一②2001高等電動力學（甲）或2146粒子物理與核物理實驗方法（甲）③3406量子力學（乙）
王煥玉
①1001英語一②2146粒子物理與核物理實驗方法（甲）③3406量子力學（乙）或3790現代核電子學（乙）
王建民
①1001英語一②2001高等電動力學（甲）或2106天體輻射過程（甲）③3406量子力學（乙）
陳勇
①1001英語一②2306現代核電子學（甲）或2336軟件基礎（甲）③3315計算機技術基礎（乙）或3661天體輻射過程（乙）或3918真空技術（乙）
屈進祿
①1001英語一②2001高等電動力學（甲）或2106天體輻射過程（甲）③3397粒子物理（乙）或3399粒子物理與核物理實驗方法（乙）或3406量子力學（乙）
張澍
①1001英語一②2106天體輻射過程（甲）或2229量子力學（甲）③3315計算機技術基礎（乙）或3399粒子物理與核物理實驗方法（乙）或3790現代核電子學（乙）
盧方軍
①1001英語一②2001高等電動力學（甲）或2106天體輻射過程（甲）③3406量子力學（乙）
宋黎明
①1001英語一②2001高等電動力學（甲）或2106天體輻射過程（甲）③3399粒子物理與核物理實驗方法（乙）或3406量子力學（乙）
吳伯冰
①1001英語一②2146粒子物理與核物理實驗方法（甲）③3661天體輻射過程（乙）或3790現代核電子學（乙）
張雙南
①1001英語一②2001高等電動力學（甲）或2106天體輻射過程（甲）③3406量子力學（乙）
黃晶
①1001英語一②2001高等電動力學（甲）或2146粒子物理與核物理實驗方法（甲）③3397粒子物理（乙）或3406量子力學（乙）
06 核方法及其應用
衡月昆
①1001英語一②2146粒子物理與核物理實驗方法（甲）③3397粒子物理（乙）或3402量子場論（乙）
張家文
同上
魏龍
①1001英語一②2229量子力學（甲）③3205固體物理（乙）或3245核技術基礎（乙）或3399粒子物理與核物理實驗方法（乙）
葉銘漢
①1001英語一②2146粒子物理與核物理實驗方法（甲）③3406量子力學（乙）
呂軍光
①1001英語一②2146粒子物理與核物理實驗方法（甲）③3397粒子物理（乙）或3402量子場論（乙）
吳伯冰
①1001英語一②2146粒子物理與核物理實驗方法（甲）③3661天體輻射過程（乙）或3790現代核電子學（乙）
07 粒子加速器物理
高杰
①1001英語一②2001高等電動力學（甲）或2313微波技術（甲）③3341加速器物理（乙）
唐靖宇
同上
王九慶
同上
王生
同上
秦慶
同上
徐剛
同上
08 同步輻射技術方法
冼鼎昌
①1001英語一②2001高等電動力學（甲）或2229量子力學（甲）③3205固體物理（乙）或3406量子力學（乙）
09 材料物性研究
冼鼎昌
同上
10 核醫學成像技術及應用
單保慈
①1001英語一②2146粒子物理與核物理實驗方法（甲）或2322腦功能成像（甲）③3245核技術基礎（乙）或3471軟件基礎（乙）或3600數字圖像處理（乙）
魏龍
①1001英語一②2229量子力學（甲）③3205固體物理（乙）或3315計算機技術基礎（乙）或3399粒子物理與核物理實驗方法（乙）
唐孝威
①1001英語一②2146粒子物理與核物理實驗方法（甲）或2322腦功能成像（甲）③3245核技術基礎（乙）或3471軟件基礎（乙）或3600數字圖像處理（乙）
070205 凝聚態物理
01 同步輻射應用及實驗方法研究
吳自玉
①1001英語一②2001高等電動力學（甲）或2229量子力學（甲）③3173高等物理光學（乙）或3205固體物理（乙）
劉鵬
①1001英語一②2001高等電動力學（甲）或2330高等物理光學（甲）③3205固體物理（乙）
胡天斗
①1001英語一②2056固體物理（甲）或2295群論（甲）③3173高等物理光學（乙）或3406量子力學（乙）
姜曉明
①1001英語一②2001高等電動力學（甲）或2330高等物理光學（甲）③3205固體物理（乙）
董宇輝
①1001英語一②2001高等電動力學（甲）或2229量子力學（甲）③3205固體物理（乙）
伊福廷
①1001英語一②2056固體物理（甲）或2338核技術基礎（甲）③3315計算機技術基礎（乙）或3471軟件基礎（乙）或3918真空技術（乙）
陶冶
①1001英語一②2229量子力學（甲）或2330高等物理光學（甲）③3205固體物理（乙）或3949材料化學（乙）
奎熱西
①1001英語一②2056固體物理（甲）或2229量子力學（甲）③3156高等電動力學（乙）或3399粒子物理與核物理實驗方法（乙）或3456群論（乙）
吳忠華
①1001英語一②2056固體物理（甲）或2229量子力學（甲）③3156高等電動力學（乙）或3173高等物理光學（乙）或3399粒子物理與核物理實驗方法（乙）
02 核技術方法物質結構研究
王寶義
①1001英語一②2056固體物理（甲）或2207高等量子力學（甲）③3315計算機技術基礎（乙）或3406量子力學（乙）或3790現代核電子學（乙）
陶舉洲
①1001英語一②2229量子力學（甲）或2342分析化學（甲）③3205固體物理（乙）或3315計算機技術基礎（乙）或3949材料化學（乙）
03 蛋白質結構及功能研究
劉鵬
①1001英語一②2001高等電動力學（甲）或2330高等物理光學（甲）③3205固體物理（乙）
董宇輝
①1001英語一②2001高等電動力學（甲）或2229量子力學（甲）③3205固體物理（乙）
李敬源
同上
劉全勝
①1001英語一②2340生物化學（甲）③3136分析化學（乙）或3949材料化學（乙）
04 新材料的同步輻射研究
吳自玉
①1001英語一②2001高等電動力學（甲）或2229量子力學（甲）③3173高等物理光學（乙）或3205固體物理（乙）
陶冶
①1001英語一②2056固體物理（甲）或2229量子力學（甲）③3173高等物理光學（乙）或3949材料化學（乙）
奎熱西
①1001英語一②2001高等電動力學（甲）或2229量子力學（甲）③3173高等物理光學（乙）或3205固體物理（乙）或3456群論（乙）
吳忠華
①1001英語一②2056固體物理（甲）或2229量子力學（甲）③3156高等電動力學（乙）或3173高等物理光學（乙）或3949材料化學（乙）
張靜1
①1001英語一②2344材料化學（甲）③3205固體物理（乙）
070207 光學
01 X射線成像理論及方法
朱佩平
①1001英語一②2325數字圖像處理（甲）或2330高等物理光學（甲）③3156高等電動力學（乙）或3205固體物理（乙）或3406量子力學（乙）
02 同步輻射光學技術及應用
朱佩平
同上
070301 無機化學
01 元素化學與金屬組學
柴之芳
①1001英語一②2340生物化學（甲）或2342分析化學（甲）③3245核技術基礎（乙）或3949材料化學（乙）
豐偉悅
同上
劉宇
同上
王東琪
同上
02 環境與健康
張智勇
同上
03 納米化學與納米材料
趙宇亮
同上
孫寶云
同上
吳海臣
同上
高興發
同上
魏鐘晴
同上
0703Z2 生物無機化學
01 納米生物效應
高興發
①1001英語一②2340生物化學（甲）或2342分析化學（甲）③3245核技術基礎（乙）或3949材料化學（乙）
趙宇亮
同上
孫寶云
同上
高學云
同上
邢更妹
同上
秘曉林
同上
02 納米生物檢測與成像
高學云
同上
魏鐘晴
同上
03 環境健康與化學生物學
吳海臣
同上
王東琪
同上
張智勇
同上
豐偉悅
同上
081203 計算機應用技術
01 大規模數據共享
陳剛
①1001英語一②2333計算機技術基礎（甲）③3471軟件基礎（乙）
02 數據處理環境及軟件
孫功星
同上
03 網格技術
孫功星
同上
陳剛
同上
04 網絡安全技術
孫功星
同上
陳剛
同上
劉寶旭
同上
082703 核技術及應用
01 加速器磁鐵與電源技術
張旌
①1001英語一②2310自動控制理論（甲）③3315計算機技術基礎（乙）或3341加速器物理（乙）
康文
①1001英語一②2001高等電動力學（甲）③3341加速器物理（乙）
程健
①1001英語一②2310自動控制理論（甲）③3315計算機技術基礎（乙）或3341加速器物理（乙）
02 加速器高頻與微波技術
潘衛民
①1001英語一②2001高等電動力學（甲）或2180加速器物理（甲）③3703微波技術（乙）或3968自動控制理論（乙）
裴國璽
①1001英語一②2313微波技術（甲）③3341加速器物理（乙）
戴建枰
①1001英語一②2001高等電動力學（甲）或2180加速器物理（甲）③3703微波技術（乙）或3968自動控制理論（乙）
侯汨
①1001英語一②2313微波技術（甲）③3341加速器物理（乙）
孫虹
①1001英語一②2313微波技術（甲）③3341加速器物理（乙）或3968自動控制理論（乙）
趙風利
①1001英語一②2313微波技術（甲）③3341加速器物理（乙）
史戎堅
同上
池云龍
同上
沈莉
①1001英語一②2310自動控制理論（甲）③3315計算機技術基礎（乙）或3341加速器物理（乙）
03 加速器真空技術
董海義
①1001英語一②2001高等電動力學（甲）或2180加速器物理（甲）③3918真空技術（乙）
04 加速器控制與束測技術
曹建社
①1001英語一②2001高等電動力學（甲）或2313微波技術（甲）③3341加速器物理（乙）或3399粒子物理與核物理實驗方法（乙）
孔祥成
①1001英語一②2310自動控制理論（甲）③3315計算機技術基礎（乙）或3471軟件基礎（乙）或3790現代核電子學（乙）
王春紅
①1001英語一②2333計算機技術基礎（甲）③3471軟件基礎（乙）或3968自動控制理論（乙）
雷革
①1001英語一②2310自動控制理論（甲）或2333計算機技術基礎（甲）③3341加速器物理（乙）或3471軟件基礎（乙）或3790現代核電子學（乙）
05 加速器低溫超導技術
戴建枰
①1001英語一②2319低溫物理與超導（甲）③3341加速器物理（乙）或3703微波技術（乙）
李少鵬
①1001英語一②2319低溫物理與超導（甲）③3315計算機技術基礎（乙）或3918真空技術（乙）
朱自安
同上
06 輻射防護技術
王慶斌
①1001英語一②2301原子核理論（甲）或2338核技術基礎（甲）③3399粒子物理與核物理實驗方法（乙）或3790現代核電子學（乙）
07 核電子學與核探測技術
劉振安
①1001英語一②2306現代核電子學（甲）③3315計算機技術基礎（乙）或3399粒子物理與核物理實驗方法（乙）
朱科軍
①1001英語一②2146粒子物理與核物理實驗方法（甲）或2333計算機技術基礎（甲）③3471軟件基礎（乙）或3790現代核電子學（乙）
王錚
①1001英語一②2306現代核電子學（甲）③3205固體物理（乙）或3315計算機技術基礎（乙）或3399粒子物理與核物理實驗方法（乙）
趙京偉
①1001英語一②2146粒子物理與核物理實驗方法（甲）③3790現代核電子學（乙）
江曉山
①1001英語一②2306現代核電子學（甲）③3205固體物理（乙）或3315計算機技術基礎（乙）或3399粒子物理與核物理實驗方法（乙）
08 同步輻射實驗技術及應用
盛偉繁
①1001英語一②2330高等物理光學（甲）③3968自動控制理論（乙）
09 精密機械工程
屈化民
①1001英語一②2180加速器物理（甲）或2316真空技術（甲）③3315計算機技術基礎（乙）或3968自動控制理論（乙）
朱自安
①1001英語一②2310自動控制理論（甲）或2316真空技術（甲）③3061低溫物理與超導（乙）或3315計算機技術基礎（乙）
關鍵詞 計算機 云計算技術 未來發展
中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A
1云計算技術的飛速發展
1.1云計算的提出
著名的美國計算機科學家、圖靈獎 （Turing Award）得主麥卡錫（John McCarthy， 1927-）在半個世紀前就曾思考過這個問題。1961年，他在麻省理工學院 （MIT） 的百年紀念活動中做了一個演講。在那次演講中，他提出了像使用其它資源一樣使用計算資源的想法，這就是時下IT界的時髦術語“云計算”（Cloud Computing） 的核心想法。
1.2云計算的含義
云計算是基于互聯網的相關服務的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯網來提供動態易擴展且經常是虛擬化的資源。云是網絡、互聯網的一種比喻說法。過去在圖中往往用云來表示電信網，后來也用來表示互聯網和底層基礎設施的抽象。狹義云計算指IT基礎設施的交付和使用模式，指通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需資源；廣義云計算指服務的交付和使用模式，指通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需服務。這種服務可以是IT和軟件、互聯網相關，也可是其他服務。它意味著計算能力也可作為一種商品通過互聯網進行流通。
1.3云計算的特點
（1）資源配置動態化。根據消費者的需求動態劃分或釋放不同的物理和虛擬資源，當增加一個需求時，可通過增加可用的資源進行匹配，實現資源的快速彈性提供；如果用戶不再使用這部分資源時，可釋放這些資源。云計算為客戶提供的這種能力是無限的，實現了IT資源利用的可擴展性。
（2）需求服務自助化。云計算為客戶提供自助化的資源服務，用戶無需同提供商交互就可自動得到自助的計算資源能力。同時云系統為客戶提供一定的應用服務目錄，客戶可采用自助方式選擇滿足自身需求的服務項目和內容。
（3）網絡訪問便捷化。客戶可借助不同的終端設備，通過標準的應用實現對網絡訪問的可用能力，使對網絡的訪問無處不在。
（4）服務可計量化。在提供云服務過程中，針對客戶不同的服務類型，通過計量的方法來自動控制和優化資源配置。即資源的使用可被監測和控制，是一種即付即用的服務模式。
（5）資源的虛擬化。借助于虛擬化技術，將分布在不同地區的計算資源進行整合，實現基礎設施資源的共享。
1.4云計算技術的發展應用
云計算的發展也給我們的生活方面帶來各種各樣的變化，主要包括基礎設施即服務，平臺即服務和軟件即服務三方面的服務。這些服務應用在很多領域，如云物聯、云安全、云存儲、私有云、云游戲、云教育等方面。
2未來計算機
2.1量子計算機
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、存儲及處理的量子物理設備，當某個設備是由兩子元件組裝，處理和計算的是量子信息，運行的是量子算法時，它就是量子計算機。
2.2神經網絡計算機
人腦總體運行速度相當于每秒1000萬億次的電腦功能，可把生物大腦神經網絡看做一個大規模并行處理的、緊密耦合的、能自行重組的計算網絡。從大腦工作的模型中抽取計算機設計模型，用許多處理機模仿人腦的神經元機構，將信息存儲在神經元之間的聯絡中，并采用大量的并行分布式網絡就構成了神經網絡計算機。
2.3化學、生物計算機
在運行機理上，化學計算機以化學制品中的微觀碳分子作信息載體，來實現信息的傳輸與存儲。DNA分子在酶的作用下可以從某基因代碼通過生物化學反應轉變為另一種基因代碼，轉變前的基因代碼可以作為輸入數據，反應后的基因代碼可以作為運算結果，利用這一過程可以制成新型的生物計算機。生物計算機最大的優點是生物芯片的蛋白質具有生物活性，能夠跟人體的組織結合在一起，特別是可以和人的大腦和神經系統有機的連接，使人機接口自然吻合，免除了繁瑣的人機對話，這樣，生物計算機就可以聽人指揮，成為人腦的外延或擴充部分，還能夠從人體的細胞中吸收營養來補充能量，不要任何外界的能源，由于生物計算機的蛋白質分子具有自我組合的能力，從而使生物計算機具有自調節能力、自修復能力和自再生能力，更易于模擬人類大腦的功能。現今科學家已研制出了許多生物計算機的主要部件―生物芯片。
2.4光計算機
一、近似計算在靜態分析中的應用
在電子技術中應運中,近似計算貫穿其始終。然而,沒有近似計算是不可想象的。而精確計算在電子技術中往往行不通,也沒有其必要。盡管近似計算會引入一定的誤差,但這個誤差控制得好,不會對分析其它電路產生大的影響。所以關鍵在于我們如何掌握,特別是如何應用近似計算。
在工作點穩定電路中的應用要進行靜態分析,就必須求出三極管的基電壓,必須忽略三極管靜態基極電流。這樣,我們得到三極管的基射電子的相關過程及結論。
二、納米電子技術急需解決的若干關鍵問題
由于納米器件的特征尺寸處于納米量級,因此,其機理和現有的電子元件截然不同,理論方面有許多量子現象和相關問題需要解決,如電子在勢阱中的隧穿過程、非彈性散射效應機理等。盡管如此,納米電子學中急需解決的關鍵問題主要還在于納米電子器件與納米電子電路相關的納米電子技術方面,其主要表現在以下幾個方面。
(1)納米Si基量子異質結加工
要繼續把現有的硅基電子器件縮小到納米尺度,最直截了當的方法是采用外延、光刻等技術制造新一代的類似層狀蛋糕的納米半導體結構。其中,不同層通常是由不同勢能的半導體材料制成的,構建成納米尺度的量子勢阱,這種結構稱作“半導體異質結”。
(2)分子晶體管和導線組裝納米器件即使知道如何制造分子晶體管和分子導線,但把這些元件組裝成一個可以運轉的邏輯結構仍是一個非常棘手的難題。一種可能的途徑是利用掃描隧道顯微鏡把分子元件排列在一個平面上;另一種組裝較大電子器件的可能途徑是通過陣列的自組裝。盡管,Purdue University等研究機構在這個方向上取得了可喜的進展,但該技術何時能夠走出實驗室進入實用,仍無法斷言。
(3)超高密度量子效應存儲器
超高密度存儲量子效應的電子“芯片”是未來納米計算機的主要部件,它可以為具備快速存取能力但沒有可動機械部件的計算機信息系統提供海量存儲手段。但是,有了制造納米電子邏輯器件的能力后,如何用這種器件組裝成超高密度存儲的量子效應存儲器陣列或芯片同樣給納米電子學研究者提出了新的挑戰。
(4)納米計算機的“互連問題”
一臺由數萬億的納米電子元件以前所未有的密集度組裝成納米計算機注定需要巧妙的結構及合理整體布局,而整體結構問題中首當其沖需要解決的就是所謂的“互連問題”。換句話說,就是計算結構中信息的輸入、輸出問題。納米計算機要把海量信息存儲在一個很小的空間內,并極快地使用和產生信息,需要有特殊的結構來控制和協調計算機的諸多元件,而納米計算元件之間、計算元件與外部環境之間需要有大量的連接。就現有傳統計算機設計的微型化而言,由于電線之間要相互隔開以避免過熱或“串線”,這樣就有一些幾何學上的考慮和限制,連接的數量不可能無限制地增加。因此,納米計算機導線間的量子隧穿效應和導線與納米電子器件之間的“連接”問題急需解決。
(5)納米 / 分子電子器件制備、操縱、設計、性能分析模擬環境
當前,分子力學、量子力學、多尺度計算、計算機并行技術、計算機圖形學已取得快速發展,利用這些技術建立一個能夠完成納米電子器件制備、操縱、設計與性能分析的模擬虛擬環境,并使納米技術研究人員獲得虛擬的體驗已成為可能。但由于現有計算機的速度、分子力學與量子力學算法的效率等問題,目前建立這種迅速、敏感、精細的量子模擬虛擬環境還存在巨大困難。
三、交互式電子技術手冊
交互式電子技術手冊經歷了5個發展階段,根據美國國防部的定義:加注索引的掃描頁圖、滾動文檔式電子技術手冊、線性結構電子技術手冊、基于數據庫的電子技術手冊和集成電子技術手冊。目前真正意義上的集成了人工智能、故障診斷的第5類集成電子技術手冊并不存在,大多數電子技術手冊基本上位于第4類及其以下的水平。需要聲明的是,各類電子技術手冊雖然代表不同的發展階段,但是各有優點,較低級別的電子技術手冊目前仍然有著各自的應用價值。由于類以上的電子技術手冊在信息的組織、管理、傳遞、獲取方面具有明顯的優點。
簡單的說,電子技術手冊就是技術手冊的數字化。為了獲取信息的方便,數字化后的數據需要一個良好的組織管理和提供給用戶的形式,電子技術手冊的發展就是圍繞這一過程來進行的。
四、電子技術在時間與頻率標準中的應用
時間和頻率是描述同一周期現象的兩個參數,可由時間標準導出頻率標準,兩者可共用的一個基準。
