量子计算机发展带来的思考
——科学技术的创新与发展
一、引言
自从20世纪30年代以来，图灵机、计算这些重要的概念在科学的天空中就一直闪烁着无限的光彩。尤其是近年来量子计算机、生物计算机、DNA计算等领域的创新工作引起了了世人的广泛关注。我们不禁问这样的问题，国外究竟为什么能发明出这些各式各样的计算机呢？这些意味着什么呢？作为即将腾飞的的大国怎样学会这种创新，怎样在量子信息发展的初期占领这块高地，成为世界科技的引领者？在阅读一些文献、论文和熟悉量子信息特别是量子计算机的发展的基础上我做了一些总结和思考，希望和大家共同分享、探讨上面提出的问题。
二、伟大的创新源于理论
1、计算理论
1.1什么是计算
广义上讲，一个函数变化如把x变成了f(x)就是一个计算！如果我们把一切都看作是信息，那么更精确的讲，计算就是对信息的变换！如果采用这种观点，我们会发现，其实自然界充满了计算！也可以说，计算就是某个系统完成了一次从输入到输出的变换！这样理解不要紧，你会发现，现实世界到处都是计算了！因为我们完全可以把所有的自然界存在的过程都抽象成这样的输入输出系统，所有的大自然存在的变量都看作是信息，因而计算无处不在！也的确，正是采取了这样的观点，国外才有可能发明什么DNA计算机、生物计算机、量子计算机这些新鲜玩艺！因为人家把DNA的化学反应、量子世界的波函数变换都看作是计算了，自然就会人为地把这些计算组合起来构成计算机了。
1.2图灵机
所谓的图灵机就是指一个抽象的机器，它有一条无限长的纸带，纸带分成了一个一个的小方格，每个方格有不同的颜色。有一个机器头在纸带上移来移去。机器头有一组内部状态，还有一些固定的程序。在每个时刻，机器头都要从当前纸带上读入一个方格信息，然后结合自己的内部状态查找程序表，根据程序输出信息到纸带方格上，并转换自己的内部状态，然后进行移动。
它工作的时候是这样的：从读写头在纸带上读出一个方格的信息，并且根据
它当前的内部状态开始对程序进行查表，然后得出一个输出动作，也就是是否往纸带上写信息，还是移动读写头到下一个方格。程序也会告诉它下一时刻内部状态转移到哪一个。因此，图灵机只要根据每一时刻读写头读到的信息和当前的内部状态进行查表就可以确定它下一时刻的内部状态和输出动作了。
对图灵机的计算能力的估价目前一般以强Church-Turing论题为据:任何算法过程都可以用图灵机进行有效模拟。由于随机算法的引人Church-Turing强论题后来被修改为更强的论题:任何算法过程都可用概率图灵机进行有效模拟。在这个问题的启发下, Deutsch与其他一些物理学家认识到, 一个数学问题的计算复杂性的P与NP分类没有绝对性, 而在此之前人们一直认为这种分类不依赖具体使用的计算系统。正是这个认识, 使得量子计算的研究得到广泛关注。随后, Deutsch 提出是否可以用物理学定律推导出任何更强的Church-Turing论题的问题, Deutsch选用被认为是物理学最基本规律的量子力学理论进行考虑, 提出了通用量子计算机的概念。
1.3量子图灵机
正如经典计算机建立在通用图灵机基础之上，量子计算机亦可建立在量子图灵机基础上．量子图灵机可类比于经典计算机的概率运算．前面提到的通用图灵机的操作是完全确定性的，用q代表当前读写头的状态，s代表当前存储单元内容，d取值为L，R，N分别代表读写头左移、右移或不动，则在确定性算法中，当q，s给定时，下一步的状态q，,s，及读写头的运动d完全确定．我们也可以考虑概率算法，即当q,s给定时，图灵机以一定的概率δ(q,s,q，,s，,d)变换到状态q，,s，及实行运动d．概率函数δ(q,s,q，,s，,d)为取值[O，1]的实数，它完全决定了概率图灵机的性质．经典计算机理论证明，对解决某些问题，概率算法比确定性算法更为有效．量子图灵机非常类似于上面描述的经典概率图灵机，现在q,s,q,,s,相应地变成了量子态，而概率函数δ(q,s,q，,s，,d)则变成了取值为复数的概率振幅函数δ(q,s,q，,s，,d)，量子图灵机的性质由概率振幅函数确定正因为现在的运算结果不再按概率叠加，而是按概率振幅叠加，所以量子相干性在量子图灵机中起本质性的作用，这是实现量子并行计算的关键．量子计算机可以等效为一个量子图灵机，但量子图灵机是一个抽象的数学模型，如何在物理上构造出量子计算机呢?
2、物理学基础（量子力学）
从物理观点看, 计算机是一个物理系统, 计算过程是一个物理过程。量子计算机是一个量子力学系统, 量子计算过程就是这个量子力学系统内量子态的演化过程。量子力学中与量子计算关系最为密切的两个特性是叠加态与纠缠态。由于量子态具有量子叠加和量子纠缠的性质, 使得量子计算有许多不同于经典计算机的新特点。
信息一旦量子化，描述“原子水平上的物质结构及其属性”的量子力学特性便成为量子信息的物理基础。此时由于信息载体――量子的微观特征，量子化的信息也变得多姿多彩。这些微观特征主要表现在：
1）量子态相干性：微观系统中量子间相互干涉的现象成为量子信息诸多不可思议特性的重要物理基础；
2）量子态纠缠性：N（大于1）个量子在特定的（温度、磁场）环境下可以处于较稳定的量子纠缠状态，对其中某个子系统的局域操作会影响到其余子系统
的状态；
3）量子态叠加性：量子状态可以叠加，因此量子信息也可以叠加，所以可以同时输入或操作 N个量子比特的叠加态；
4）量子不可克隆定理：量子力学的线性特性确保对任意量子态无法实现精确的复制。量子不可克隆定理和测不准原理构成量子密码技术的物理基础。
利用量子信息实现通信的过程是使每一个微观粒子，通过自身的物理特性携带经典信息0和1的叠加信号后实现的数据传输的技术。事实上，经典计算机也是量子力学的产物，它的器件也利用了诸如量子隧道现象等量子效应。但仅仅应用量子器件的信息技术，并不等于现在所说的量子信息。目前的量子信息主要是基于量子力学的相干特征，重构信息密码、信息计算和信息通讯的基本原理。
3、第一次的融合（量子计算机与可逆计算）
量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究，而研究可逆计算机是为了克服计算机中的能耗问题．早在六七十年代，人们就发现，能耗会导致计算机芯片的发热，影响芯片的集成度，从而限制了计算机的运行速度．Lan．dauerTM最早考虑了这个问题，他考察了能耗的来源，指出：能耗产生于计算过程中的不可逆操作．例如，对两比特的异或操作，因为只有一比特的输出，这一过程损失了一个自由度。因此是不可逆的，按照热力学，必然会产生一定的热量但这种不可逆性是不是不可避免的呢?事实上，只要对异或门的操作如图1所示的简单改进，即保留一个无用的比特，该操作就变为可逆的因此物理原理并没有限制能耗的下限，消除能耗的关键是将不可逆操作改造为可逆操作(见图1)
Bennett 后来更严格地考虑了此问题，并证明了，所有经典不可逆的计算机都可以改造为可逆计算机，而不影响其计算能力．因为计算机中的每步操作都可以改造为可逆操作，在量子力学中．它就可以用一个幺正变换来代表．BenioffCs 最早用量子力学来描述可逆计算机．在量子可逆计算机中，比特的载体成为二能级的量子体系，体系处于{0>和ll>上，但不处于它们的叠加态．量子可逆计算机的研究，其核心任务为，对应于具体的计算，寻找合适的哈密顿量来描述．早期的量子可逆计算机，实际上是用量子力学语言表述出来的经典计算机，它没有利用量子力学的本质特性，如量子叠加性和相干性．Feymann首先指出l6]，这些量子特性可能在未来的量子计算机中起本质作用，如用来模拟量子系统．Deutsehl7 找到一类问题，对该类问题，量子计算机存在多项式算法”，而经典计算机则需要指数算法．但最具轰动性的结果却是Shor给出的关于大数因子分解的量子多项式算法[81(见第三节)，因为此问题在经典公钥体系中有重要应用Shot的发现掀起了研究量子计算机的热潮，从此后，量子计算机的发展日新月异．
另外值得指出的是计算与能量的关系。
由热力学定律知, 计算的另一个资源是能量。经典计算作为一种机械的过程
与能量的消耗是有关联的。在现代的经典计算中, 计算机消耗电能看似平常, 亦很少有人研究经典计算与能量的关系。然而在量子计算当中, 理论上计算是不消耗任何能量的。热力学第二定律描述为一个封闭系统的嫡绝不会减少。一个系统的嫡是该系统的状态函数直觉地说嫡是系统混乱程度的度量若系统越是无规律的混乱则其嫡高若系统越是有规律的整齐, 则其嫡越低。对于计算机擦除位信息与能量或嫡的关系有,原理’ , 第一形式假设计算机擦除位的信息, 散发到环境中的能量的总量至少是, 其中, 称为常数,是计算机所在的环境温度。原理第二形式假设计算机擦除位的信息, 环境的嫡增量至少是, 其中。是常数。由原理可知若在计算中存在信息擦除, 则该计算需要能量。在年, 经典计算机进行一个基本逻辑运算约消耗能量月。若在计算中不存在信息擦除,则由定律知计算所消耗的能量没有下限,也就是说在这种情况下的计算理论上可以不消耗任何能量。上述陈述成立的关键是不擦除信息, 是否可以进行计算下面引人可逆计算的概念。
三、抢占量子计算机研制的高地
1、理论研究
理论上已证明量子图灵机可以等价为一个量子逻辑电路，因此可以通过一些量子逻辑门的组合来构成量子计算机．量子逻辑门按其输入比特的个数可分为单比特、二比特、及三比特逻辑门等．因为量子逻辑门是可逆的，所以其输入和输出比特数相等，量子逻辑门对输入比特进行一个确定的幺正变换，得到输出比特．Deutsch最早考虑了用量子逻辑门来构造计算机的问题．他发现，几乎所有的三比特量子逻辑门都是通用逻辑门．通用逻辑门的含义是指，通过该逻辑门的级联，可以以任意精度逼近任何一个幺正操作．后来不少人发展了Deutseh的结果，最后Deutsch和Lloyd各自独立地证明几乎所有的二比特量子逻辑门都是通用的，这里“几乎”是指，二比特通用量子逻辑门的集合是所有二比特逻辑门的集合的一个稠密子集．实验上通常用一些具体的量子逻辑门来构造计算机。Barenco 等人证明，一个二比特的异或门和对一比特进行任意操作的门可构成一个通用量子门集。相对来说，单比特逻辑门在实验上比较容易实现，现在的不少实验方案都集中干制造量子异或门。
2、硬件设计（量子逻辑门的实现）
2.1基本要求
1)可扩展的、具有良好特性的量子位系统
2)能够初化量子位为某个基态
3)具有足够长的相干时间来完成量子逻辑门操作
4)能够实现一套通用量子逻辑门操作
5)能够测量量子位
6)能够使活跃量子位和静止量子位互相转化
7)能够使活跃量子位准确地在不同的位置之间传送
2.2 几种方案
1)利用原子和光腔的相互作用
2)利用冷阱束缚离子
3)利用电子或核自旋共振
2.3量子计算的困难及其克服途径
量子计算的优越性主要体现在量子并行处理上，无论是量子并行计算还是量子模拟，本质性地利用了量子相干性．失去了量子相干性，量子计算的优越性就消失殆尽．但不幸的是，在实际系统中，量子相干性却很难保持．消相干(即量子相干性的衰减)主要源于系统和外界环境的耦合．因为在量子计算机中，执行运算的量子比特不是一个孤立系统，它会与外部环境发生相互作用，其作用结果即导致消相干．Unruh定量分析了消相干效应，结果表明，量子相干性的指数衰减不可避免．Unruh的分析揭示了消相干的严重性，这一结果无疑是对量子计算机的信奉者的当头一棒．
因为量子计算机本质性地利用了量子相干性，相干性的丢失就会导致运算结果出错，这就是量子错误．除了消相干会不可避免地导致量子错误外，其他一些技术原因，例如量子门操作中的误差等，也会导致量子错误．因此，现在的关键问题就变成，在门操作和量子存储都有可能出错的前提下，如何进行可靠的量子运算?
Shor在此方向取得一个本质性的进展，这就是量子纠错的思想。量子纠错是经典纠错码的量子类比。
3、软件
3.1量子算法
量子计算必须有高效的量子算法才能发挥其计算优势, 目前对量子算法已经有了很多研究。量子并行原理虽然可以仅通过一次变换产生所有计算结果, 然而测量时只能得到一个结果, 而且不能选择所需的结果。量子算法的中心思想是利用量子态的相干性, 使客观所需的结果增强, 同时使非所需的结果减弱, 这样客观所需的结果在测量时就会以相当高的概率出现。
Geove算法
Shor算法
3.2量子计算机程序设计语言
虽然通用的量子计算硬件量子计算机的制造尚未获得成功, 但以通用量子计算机为运行载体的通用量子计算机软件的研究在学术界已经有所涉及。由于量子计算的软件包括量子操作系统、量子程序语言及其编译程序等的研究文献不多, 也没有实际的产品,我们对量子程序仅做简单介绍。
按照较统一的认识量子程序的逻辑体系一般与经典计算机类似, 为便于控制并使用通用量子计算机, 必须通过量子计算机程序设计语言来描述待解问题, 因此, 量子计算机程序设计语言将作为未来通用量子计算机上的一种重要系统软件。现有量子算法一般固化于专用量子计算设备中, 如果需要改变量子算法就必须重新设计量子计算设备, 实际上, 这就相当于一台求解特定具体问题不是一类特定问题的专用计算设备。一方面, 量子计算机程序设计语言的研究是为了适应未来量子计算机的实际工作需要, 另一方面, 亦可有助于发现新的量子算法并促进量子计算机的快速诞生。
量子程序设计语言近期发展趋势可能是：
1)提高量子程序设计语言的级别
2)研究并发量子程序设计语言
3)着重研究语言的语义与语用
4)研究语言在现有量子设备上的实现。
国内南京大学徐家福等在国外学者工作基础之上提出一种基于Java语言扩展而得的命令式量子程序设计语言NDDJava,并设计出其处理系统。通过在经典计算机上模拟实现, 正确运行了几种量子算法,达到了预期效果。
四、科学的发展源于需求（量子计算机强大的功能）
1、P到NP
算法中的计算量，顾名思义，是指解决某问题所需要计算的时间。问题的计算时间若以计算项数幂次上升的计算量完成，我们称此问题为P-问题（P 为英文多项式Polynomial的第一字母），包含所有此类问题的集合以 P 表示。因此P问题是一个凡能用O(n) 计算量解决的问题的集合。NP 是英文nondeterministic polynomial 的缩写，意思就是非确定性的多项式时间。大家都猜测可能在 P 之外还存在一类问题，其计算量是呈计算项数指数增加的，包含所此类问题的集合以NP 表示。NP中有一批互依的问题又称之为NP-complete类。1971年古克 (Stephen A. Cook) 发表了〈The Complexity of Theorem Proving Procedures〉论文把P之外的问题归成了三大类，即 NP, NP-complete 以及 NP-hard 。对经典计算机而言，一个呈幂次上升的计算量应该可以解决，但对一个呈指数上升的计算量在 n 相当大时则毫无希望。因此我们面临的一个问题是在如何将一个呈指数上升的计算量问题，简化成一个幂次上升的计算量问题。
经典计算中存在着一大类NP问题。这类问题在经典计算机上是不能计算的，但是量子计算可以把其中的一部分NP问题变成P问题，即问题的复杂度随着比特位数的增长以多项式数量级上升。这类问题原则上是可以计算的。一个具体的例子就是大因数分解，按经典计算复杂性理论，这个问题不存在有效算法，所以被利用来进行经典密钥分配。但是如果用量子计算机结合Shor量子算法，这个问题就变成了P问题。
例如，为了对一个400位的阿拉伯数字进行因子分解，目前最快的超级计算机将耗时上百亿年，这几乎等于宇宙的整个寿命；而具有相同时钟脉冲速度的量子计算机只需要大约一分钟。因此，对于目前的密码系统，即使人们几乎无法利用经典算法对其进行破解，但如果人们拥有了一台量子计算机，那么目前的密码系统将毫无保密性可言！这一后果是对目前的密码系统的巨大挑战，因而对基于经典保密系统的行业(如军事、国家安全、金融等)的信息安全构成根本的威胁。
Shor算法的核心是利用数论中的一些定理，将大数因子分解转化为求某个函数的周期。在量子计算机中Shor算法的每一步骤都是可以通过多项式算法来完成的。所以，在量子计算机中Shor算法是有效的算法。如果量子计算机能够实现，世界上许多保密系统将受到严重的威胁。因此，为了保证这些领域的信息安全，也为了拓宽人类对微观世界的认识，发展量子信息学刻不容缓：一方面，开发由量子力学基本原理保证其保密性的量子密码系统，另一方面，研制按照量子力学基本原理运行的量子计算机。
2、量子态模拟
除了进行一些超快速计算外，量子计算机另一方面的重要用途是用来模拟量子系统．早在1982年，Feymann就猜测，量子计算机可以用来模拟一切局域量子系统，这一猜想，在1996年由Lloyd证明为正确的_l ．首先得指出，模拟量子系
统是经典计算机无法胜任的工作作为一个简单的例子，考虑由40个白旋为1／2的粒子构成的一个量子系统。利用经典计算机来模拟，至少需要内存为2 0≈10 M，而计算其时间演化。就需要求一个2 0×2 0维矩阵的指数，这一般来讲，是无法完成的．而利用量子计算机，上述问题就变得轻而易举，只需要40个量子比特，就足以用来模拟．Lloyd进一步指出，大约需要几百至几千个量子比特，即可精确地模拟一些具有连续变量的量子系统，例如格点规范理论和一些量子引力模拟这些结果表明，模拟量子系统的演化，很可能成为量子计算机的一个主要用途．
只有注重基础的理论研究才来在创新的道路上走的更远更深。面对量子信息科学快速的发展我们要做好全面的工作，无论从理论研究，量子逻辑门的物理系统实现，还是量子算法甚至量子计算机程序设计语言还有量子纠错量子编码希望都能在全国展开研究。一项技术的进步有时不是一个部门一个学科就能完成的，未来的我们无论在哪个岗位上希望都还能科学的思考，带着神圣和光荣完成那看似平凡的工作。
参考文献：
1、段路明,郭光灿.量子信息讲座
2、图灵机与计算问题
3、吴楠,宋方敏.量子计算与量子计算机
4、夏培肃.量子计算[J]计算机研究与发展
量子力学发展简史 摘要： 相对论是在普朗克为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困难，引入能量子概念的基础上发展起来的，爱因斯坦提出光量子假说、运用能量子概念使量子理论得到进一步发展。玻尔、德布罗意、薛定谔、玻恩、狄拉克等人为解决量子理论遇到的困难，进行了开创性的工作，先后提出电子自旋概念，创立矩阵力学、波动力学，诠释波函数进行物理以及提出测不准原理和互补原理。终于在1925 年到1928年形成了完整的量子力学理论，与爱因斯坦的相对论并肩形成现代物理学的两大理论支柱。 关键词：量子力学，量子理论，矩阵力学，波动力学，测不准原理 量子力学是研究微观粒子（如电子、原子、分子等）的运动规律的物理学分 支学科，它主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论，它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础，是现代物理学的两大基本支柱。经典力学奠定了现代物理学的基础，但对于高速运动的物体和微观条件下的物体，牛顿定律不再适用，相对论解决了高速运动问题；量子力学解决了微观亚原子条件下的问题。量子力学认为在亚原子条件下，粒子的运动速度和位置不可能同时得到精确的测量，微观粒子的动量、电荷、能量、粒子数等特性都是分立不连续的，量子力学定律不能描述粒子运动的轨道细节，只能给出相对机率，为此爱因斯坦和玻尔产生激烈争论，并直至去世时仍不承认量子力学理论的哥本哈根诠释。 量子力学是一个物理学的理论框架，是对经典物理学在微观领域的一次革命。 它有很多基本特征，如不确定性、量子涨落、波粒二象性等，在原子和亚原子的微观尺度上将变的极为显著。爱因斯坦、海森堡、玻尔、薛定谔、狄拉克等人对其理论发展做出了重要贡献。原子核和固体的性质以及其他微观现象，目前已基本上能从以量子力学为基础的现代理论中得到说明。现在量子力学不仅是物理学中的基础理论之一，而且在化学和许多近代技术中也得到了广泛的应用。上世纪末和本世纪初，物理学的研究领域从宏观世界逐渐深入到微观世界；许多新的实验结果用经典理论已不能得到解释。大量的实验事实和量子论的发展，表明微观粒子不仅具有粒子性，同时还具有波动性（参见波粒二象性），微观粒子的运动不能用通常的宏观物体运动规律来描写。德布罗意、薛定谔、海森堡，玻尔和狄拉克等人逐步建立和发展了量子力学的基本理论。应用这理论去解决原子和分子范围内的问题时，得到与实验符合的结果。因此量子力学的建立大大促进了原子物理。固体物理和原子核物理等学科的发展，它还标志着人们对客观规律的认识从宏观世界深入到了微观世界。量子力学是用波函数描写微观粒子的运动状态，以薛定谔方程确定波函数的变化规律，并用算符或矩阵方法对各物理量进行计算。因此量子力学在早期也称为波动力学或矩阵力学。量子力学的规律用于宏观物体或质量和能量相当大的粒子时，也能得出经典力学的结论。在解决原子核和基本粒子的某些问题时，量子力学必须与狭义相对论结合起来（相对论量子力学），并由此逐步建立了现代的量子场论。
纳米技术发展史 【摘要】纳米技术是21世纪科技发展的制高点，是新工业革命的主导技术，它将引起一场各个领域生产方式的变革，也将改变未来人们的生活方式和工作方式，使得我们有必要认识一下纳米技术的发展史。纳米技术的发展史是一个很长的过程，同时也是一个广泛应用的过程。 【关键词】发展纳米技术纳米材料 纳米技术基本概念 纳米技术是以纳米科学为基础，研究结构尺度在0.1～100nm范围内材料的性质及其应用，制造新材料、新器件、研究新工艺的方法和手 段。纳米技术以物理、化学的微观研究理论为 基础，以当代精密仪器和先进的分析技术为手 段，是现代科学(混沌物理、量子力学、介观物 理、分子生物学)和现代技术(计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术)相结合的产物。在纳米领域，各传统学科之间的界限变得模糊，各学科高度交叉和融合。 纳米技术包含下列四个主要方面： 1、纳米材料：当物质到纳米尺度以后，大约是在0.1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。
过去，人们只注意原子、分子或者宇宙空间，常常忽略这个中间领域，而这个领域实际上大量存在于 自然界，只是以前没有认识到这个尺度 范围的性能。第一个真正认识到它的性 能并引用纳米概念的是日本科学家，他 们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此，象铁钴合金，把它做成大约20—30纳米大小，磁畴就变成单磁畴，它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期，人们就正式把这类材料命名为纳米材料。2、纳米动力学，主要是微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统,用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统，特种电子设备、医疗和诊断仪器等.用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺。特点是部件很小，刻蚀的深度往往要求数十至数百微米，而宽度误差很小。这种工艺还可用于制作三相电动机，用于超快速离心机或陀螺仪等。在研究方面还要相应地检测准原子尺度的微变形和微摩擦等。虽然它们目前尚未真正进入纳米尺度，但有很大的潜在科学价值和经济价值。3、纳米生物学和纳米药物学，如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子，在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验，磷脂和脂肪酸双层平面生物膜，dna的精细结构等。有了纳米技术，还可用自组装方法在细胞内放入零件或组件使构成新的材料。新的药物，
简要分析计算机技术的发展趋势 最近几年，我国科学技术得到了较快发展，我国当前已经进入信息化社会，全国各个领域普遍应用计算机网络技术，计算机网络的应用给人们的生活生产带来了翻天覆地的变化，不但提高了人们的生活质量而且也促进了我国市场经济的快速发展，使我国经济与文化与国际间的差距越来越小，随着计算机的普遍应用为人们呈现了新的世界，大大提高了人们的生活水平。随着社会的快速发展，笔者认为计算机技术也将实现跨越式发展，将来的计算机技术将呈现为更为丰富的特点，在为人们生产提供极大便利的同时更为有效的改变人们的生活。 1 当前计算机技术的特点 1.1 网络化特点 计算机网络化技术就是有效结合计算机技术与现代通信技术将世界各地的计算机有机联系在一起，从而形成一个功能强大、规模巨大、传递信息速度较快的大型网络，利用大力整合世界各地的信息资源，从而形成丰富的优质资源在网络中以共享的形式存在。当前世界范围内的网络技术得到了广泛发展，各个大型公司、各级政府部门、家庭计算机已经实现了全面普及，结合网络技术将其有机联系在一起，有利于在极短的时间内实现信息的收集与处理、传输。 1.2 多极化特点 社会中拥有着各种各样的行业，不同行业对计算机有着不同的要求，尤其是在航天航空、现代军事当中应用着一些大型与巨型计算机，人
们在需求计算机方面不再只讲求小型个人计算机，而呈现为要求同时呈现微型、小型、大型、巨型等各种各样的计算机，已经表现为明显的多极化特点。 1.3 智能化特点 在第五代计算机中，计算机智能化就是利用提前编制一定的程序指令植入计算机当中，使计算机与人的思维、感觉产生一定的关系，从而可以加快处理信息的速度，在当前生活当中，计算机智能化研究已得到更多人的关注，如计算机机器人技术的出现。 1.4 多媒体化特点 在此方面的多媒体化就是将通信技术、计算机技术与大众传播技术有机结合在一起，可以同时拥有视频、图像、文本、图形、文字、声音等多种功能，将计算机技术中的丰富信息集成为一个整体，不受人机矛盾关系的影响，可以利用最为恰当的手段解决各种信息。 2 展望计算机的将来发展 笔者认为计算机技术的发展趋势可能包括下面这些： 2.1 巨型计算机技术 此类计算机技术有着较快的运算速度和极大的存储空间，无以伦比的功能，一般情况下，这种计算机的容量可以达到几百兆以上，运算速度可以上升到百亿次每秒，可以普遍应用于航空航天、地质勘测、气象卫星、国际科技等各个领域当中，深入研究此方面技术可以保证计算机软件与硬件技术得到较快发展。 2.2 神经网络计算机技术
量子计算机发展简史 原著：Simon Bone & Matias Castro 翻译：bianca 2003年3月26日 内容摘要 听起来好像有点奇怪，计算机的未来可以被建筑在一杯咖啡周围。那些咖啡因分子恰巧是构建“量子计算机”－－一种能够保证提供可在几秒钟内破解密码的思想回应功能的新型计算机的可能组成部件。 内容目录 1.介绍 1.1量子计算机的基本要素 1.2量子计算机的缺点－－(电子)脱散性 1.3取得结果 2.通用计算的理论 2.1加热流失的信息 2.2通用量子计算机 2.3人工智能 3.建立一台量子计算机 3.1量子点 3.2计算流体 4.量子计算机的应用 4.1Shor算法－－Shor的算法－－一个范例 4.2Grover算法 4.3量子机械系统的模拟 5.量子通讯 5.1量子通讯是如何工作的 5.2量子比特的任务 6.当今进展及未来展望 7.结论
8.术语表 9.参照表 9.1书籍 9.2人物 9.3杂志文章 9.4网页 1.介绍 经常会有能使计算机的性能大大改善的新技术出现。从晶体管技术的引进，到超大规模集成电路的持续性发展，科技进步的速度总是如此无情。近日来，现代处理器中晶体管体积的减小成为计算机性能改进的关键所在。然而，这种不断的减小并不能够持续很长的时间。如果晶体管变得太小，那种对量子机械的未知影响将会限制它的性能。因此，看起来这些影响会限制我们的计算机技术，它们真的会吗？在1982年，诺贝尔奖获得者－－物理学家Richard Feynman想出了“量子计算机” 的概念，那是一种利用量子机械的影响作为优势的计算机。有一段时间，“量子计算机”的想法主要仅仅停留在理论兴趣阶段，但最近的发展令这个想法引起了每一个人的注意。其中一个进步就是一种在量子计算机上计算大量数据的算法的发明，由Peter Shor(贝尔实验室)设计。通过使用这种算法，一台量子计算机破解密码可以比任何普通(典型)计算机都要快。事实上，一台能够实现Shor算法的量子计算机能够在大约几秒内破解当今任何密码技术。在这种算法的推动下，量子计算机的话题开始集中在动力上，全世界的研究人员都争当第一个制造出实用量子计算机的人。 1.1量子计算机的基本要素 在计算机的经典模型中，最基础的构建要素－－比特，只能存在于两种截然不同的状态之一：0或是1。在量子计算机中，规则改变了。一个原子比特－－经常被简称为“量比”(quantum bit) －－不仅仅存在于传统的0和1状态中，还可以是一种两者连续或重叠状态。当一个量比处于这种状态时，它可以被认为存在于两种领域中：一种为0，而另外一种为1。一个基于这种量比的操作能够同时有效地影响两个值。因此，极为重要的一点是：当我们在量比上实行单一操作时，我们是在针对两种不同的值进行的。类似的，一个双量比系统能对4个值进行操作，而一个三量比系统就是8个值。因此，增加量比的数目能够以指数方式增加我们从系统获得的“量子并行效应”(量子并行效应)。在拥有正确算法类型的情况下，它能通过这种并行效应以远低于传统计算机所花费的时间内解决特定的问题。 1.2量子计算机的缺点－－(电子)脱散性
量子力学的发展综述 量子力学是对经典物理学在微观领域内的一次革命，是现代物理学的基础，它从根本上否定了牛顿物理学。本文带大家再次回到那个伟大的年代，再次简要回顾下那场史诗般壮丽的革命。 标签：量子力学发展量子多世界解释 量子理论的中心思想是一切东西都是由不可预言的量子构成，但这些粒子的统计行为遵循一种可以预言的波动图样。简简单单的一句话，深入研究起来确实那样令人困惑，整个20世纪的物理学家们就是在不断的量子的迷雾中摸索着。现在我们也要沿着他们的航线领略一下量子理论奇。 一、量子的创生 19世纪末，物理学界取得了一系列举世瞩目的成就，当人们为所谓的物理学大厦已经根深蒂而感到皆大欢喜时，几个悬而未决的谜题却一直困扰着高瞻远虑的物理学家们[1]。“在物理学阳光灿烂的天空中飘浮着两朵小乌云”这句话在几乎每一本关于物理学史的书籍中被反复提到，具体一些的话，指的是人们在迈克尔—莫雷实验和黑体辐射研究中的困境。这两朵乌云带来的狂风暴雨，远远超出了人们的想象：第一朵乌云，最终导致了相对论革命的爆发;第二朵乌云，最终导致了量子论革命的爆发。1900年，普朗克在解决黑体辐射问题时，做了一个假定，“必须假定，能量在发射和吸收的时候，不是连续不断，而是分成一份一份的。”普通的一个假设，却推翻自牛顿以来200多年，曾被认为坚固不可摧毁的物理世界。这与有史以来的一切物理学家的观念截然相反，自牛顿和伽利略以来，一切自然的过程都被当成是连续不间断的，是微积分的根本基础，牛顿、麦克斯韦那庞大的体系，都是建立在这个基础之上，从没有人怀疑过这个物理学的根基。1900年12月14日，量子的诞辰，这一天，量子这个幽灵从普朗克的方程中脱胎而出。这个幽灵拥有彻底的革命性和无边的破坏力，物理学构成的精密体系被摧毁成断壁残垣，甚至推动量子论的某些科学家最终也站到了它的对立面。量子论这场前所未有的革命，从这个叫马克思·普朗克的男人这里开始了。 二、量子力学的建立和论战 量子这个概念已经诞生了，然而他的创造者普朗克却抛弃了它，不断地告诫人们，不到万不得已不要使用，不要胡思乱想。不怪普朗克本人畏首畏尾，实在是量子这个概念太过惊世骇俗，但是接下来一系列的成就证明了它的价值：1.为了解释光电效应，1905年爱因斯坦提出光量子论，揭示了光的波粒二象性;2.玻尔结合原子的核式结构模型和量子论，1913年提出了氢原子理论;3.德布罗意从光量子理论得到启发，于1923年提出物质波假说;4.海森堡抛弃了玻尔的轨道概念，建立了矩阵力学（1925年）[2]。海森堡建立矩阵力学标志着量子力学的建立，但是刚诞生的矩阵力学立刻受到了挑战：薛定谔于1926年把物质波的思想加以发展，建立了波动力学。矩阵力学？波动力学？全新的量子论建立不到一
物理学发展简史 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT
一、古典物理学与近代物理学： 1、古典物理学：廿世纪以前所发展的物理学称为古典物理学，以巨观的角度研究物理，可分为 力学、热学、光学、电磁学等主要分支。 2、近代物理学：廿世纪以后(1900年卜朗克提出量子论后)所发展的物理学称为近代物理学， 以微观的角度研究物理，量子力学与相对论为近代物理的两大基石。
一、古典物理学对人类生活的影响： 1、力学：简单机械(杠杆、轮轴、滑轮、斜面、螺旋、劈) …… 2、光学： (一)反射原理： (1)平面镜：镜子…… (2)凹面镜：手电筒、车灯、探照灯…… (3)凸面镜：路口、商店监视镜…… (二)折射原理： (1)凸透镜：放大镜、显微镜、相机…… (2)凹透镜：眼镜、相机…… 3、热学：蒸汽机、内燃机、引擎、冰箱、冷(暖)气机…… 4、电学： (一)利用电能运作：一般电器用品，如：电视机、冰箱、洗衣机…… (二)利用电磁感应：发电机、变压器…… (三)利用电磁波原理：无线通讯、雷达…… 二、近代物理学对人类生活的影响： 1、半导体： (一)半导体：导电性介于导体和绝缘体间之一种材料，可分为元素半导体(如：硅、锗等)和 化合物半导体(如：砷化镓等)两种。 (二)用途： (1)半导体制成晶体管，体积小、耗电量少，具有放大电流讯号功能。 (2)半导体制成二极管具整流能力。 (3)集成电路(IC)： (A)1958年发展出「集成电路」技术，系利用长晶、蚀刻、蒸镀等方式于一小芯片上容 纳上百万个晶体管、二极管、电阻、电感、电容等电子组件之技术，而此电路即称为 集成电路。 (B)IC之特性：体积小、效率高、耗电低、稳定性高、可大量生产。 (C)IC之应用：计算机、手机、电视、计算器、手表等电子产品。 (4)计算机信息科技之扩展大辐改变了人类的生活习惯，故俗称第二次工业革命。 2、雷射： (一)原理：利用爱因斯坦「原子受激放射」理论，诱发大量原子由受激态同时做能态之跃迁 并放射同频率之光子，藉以将光加以增强。 (二)特性：聚旋光性好、强度高、光束集中、频率单一(单色光)。 (三)应用：
高教论坛 量子计算机的发展现状与趋势 王建锋 （郑州大学体育学院体育教育系，河南郑州450000） 量子信息科学引入后，重新对计算、信息编码与处理进行了诠释。作为一门高效处理信息的学科，量子信息体现了科技的进步。该 学科融入了多个学科，包括信息科学、 物理学，以及材料学。因此，与传统的计算相比，也具有更强大的生命力。可以看出，自从应用量子 信息科学后，使计算机的更加安全，并且提高了通信的质量。 尽管量子计算机尚在初步发展阶段，但是该学科具有很大的发展潜力。因此，对量子计算机的发展现状与趋势进行探讨非常有必要。 １量子计算机的发展现状１．１研究概况（１）拓扑量子计算。 拓扑量子计算方案由一位数学物理学家提出。根据拓扑量子不受扰动的特点，完成量子计算机的构造。在此基础上，进行容错量子的计算。当前，该计算已经引起了国内外的重视。世界上很多大学已经开始了理论与实验方面的研究。在进行拓扑量子计算时，每个子都有几下几个特点。第一，有很多准例子，分为不同的类型，其作用是进行信息的初始化。第二，当每个子进行交换时，只要满足辫群规 则，就能实现拓扑量子门。 然后，完成信息的处理。第三，在拓扑量子计算中，不用考虑环境影响的因素。所以，保证了处理的准确性。当前，美国已经根据相关研究，成功建立了基本的量子位。 （２）单向量子计算。 单向量子是一种新的途径。该计算采用了量子的纠缠态、经典通信，以及局域操作，来传递非局域作用，继而实现等价的非局域哈密顿量功能。所以，成功建立了一种高度纠缠的状态。该状态被称为图态。利用相邻的量子比特进行ＬＯＣＣ过程，可以完成出发端量子比特的逻辑门操作。根据以上原理，有助于完成电路的设计。可以看出，如何高效的转换量子比特数目图态是其模型计算的难点。 （３）绝热量子计算。 绝热量子计算的核心思想是：依靠绝热演化的性能，来等效实现量子玄正的变换。当表现为绝对零度时，系统则处于初始状态。此时，如果不存在能级交叉的现象，那么在理论上来将，系统就会保持基态。但是，在系统演化前后，基态就存在玄正变换的关系。在这种情况下，则可以根据绝热的过程，来实现量子计算。以上方案既有优点，也有缺陷。其优点在于保证系统处于基态。其缺陷为能隙缩小，延长了绝热演化的时间。针对以上问题，采用量子仿真技术就可以解决。该技术的应用，促进了科技的快速发展。 １．２实验进展（１）量子点体系。 量子点体系是在微加工方法的基础上，利用半导体二维电子气，然后成功研制出单电子晶体管。该体系符合量子力学规律，代表了未来量子计算机发展的方向。近年来，国际上多个单位通过研究，在这方面取得了很大进展。研究表明，当半导体量子点具备一定条件后，就可以作为量子芯片。尽管如此，量子芯片在应用的过程中，还存在很大的问题，比如受到周边环境影响较大。鉴于此，在未来的研究中，必须加大力度。 （２）超导量子电路。 该量子计算的核心是Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ。根据不同的表征量子比特，将其分为三个类型，分贝是电荷、相位，以及磁通。研究表明，该量子电路的特点包括以下两个方面。一方面，利用量子电路结构，能够完成 电路的设计、制定。同时，也可以完成对磁通信号的调整、控制。另一 方面，根据当前的微电子制造工艺，提高了该量子电路的拓展性。 （３）离子阱体系。离子阱体系诞生后，首先实现了量子计算。当前，经过不断的研究，该体系已经在实验方面，取得了很大的进展，其水平非常高。近年来，主要的研究方向为：提高量子操控的单元技术、体系的拓展 等。 调查显示，美国已经启动了相关的计划，预计能够取得更大的研究成果。 ２量子计算机的发展趋势近年来，美国实施了研究量子芯片的计划。该计划是时候，不仅推动了量子计算机的研究，而且加大了竞争。随着半导体芯片的快速发展，其晶体管的尺寸也不断减少。目前，与单位流感病毒的大小差不多。其次，晶体管的数目也逐渐减少，量子效应不断增强。在传统模式下，能够达到控制电子的物理极限。当单位晶体管只能容纳一个电子时，也必然满足量子学的规律。可以看出，芯片在发展的过程中，很大程度上依赖于新一代的量子力学计算芯片。随着半导体 微电子技术被突破后，就出现了量子芯片。 美国竞争力计划推行后，代表了量子芯片的实际应用。由于量子芯片与国家安全、产业安全息息相关，美国相关负责人已经将芯片科技提到重要战略位置。受美国的影响，日本、欧共体等也启动了相关的计划，引发了新的计算机技术竞争。目前，在新的发展形势下，给我国电子个工业也带来了机遇和挑战。因此，我们必须抓住机遇，稳步推行量子调控计划。只有这样，才能在未来不受制于人，实现信息技术的革新。调查显示，近年来，通过不懈的努力，我国已经加快了量子信息技术的发展，并取得了很大成绩。表现为：在多光子纠缠、量子密码技术方面，取得了很大的进展和突破。但是，与西方国家相比，我国的研究基础还很薄弱，缺乏原创性的成果，总体水平还不高。特别是在量子计算机学科主流方向上，与西方国家存在很大的差距。鉴于此，我国需要迫切开展更富有挑战性的量子计算机计划，同时不断壮大科研队伍，保证技术方面的支撑。只有加强基础建设，才能实现新一轮的突破，在国际竞争中抢占制高点。 随着社会、经济的快速发展，量子计算机以强大的计算能力，得到了广泛的应用。可以看出，在未来的发展中，量子计算机必然在世界领域内，占有一席之地。尽管如此，该体系在运作的过程中，依然存在很多问题。因此，世界各国需要加大研究的力度，不断创新技术，完善体系，以此来获得更大的研究成果。 参考文献 [1]邹奕成，毛杰.量子计算机的发展[J].科教导刊：电子版，2016（24）：131-131.[2]刘超，梁丽，徐亮.计算机的发展趋势分析[J].产业与科技论坛，2013，12（2）：91-92.[3]潘斌辉，孔外平.量子计算机的发展现状与趋势[J].中国科学院院刊，2010，25（5）：4-8.[4]马宏源，李伟.量子计算机的研究与发展[J].北京电力高等专科学校学报：社会科学版，2010，27. 作者简介：王建锋（1974-），男，汉族，籍贯：河南省登封市大金店镇金东村，学士学位，讲师，研究方向：计算机。 摘要：与传统的计算工具相比，量子计算机更加先进。应用该工具后，在处理数据上发挥了更强大的功能，解决了以往比较困难的 数学问题。基于此， 引起了世界各国的重视。本文结合实际的工作经验，对量子计算机的发展现状进行了分析。然后，提出了在未来的时代中，量子计算机的发展趋势。 关键词：量子计算机；发展；现状；趋势；分析５７··
量子计算的发展
量子计算的发展 摘要：量子计算是量子力学的新进展,它是一种和传统的计算方式迥然不同的新型计算.其概念是全新的,它将使计算技术进入一种前所未有的新境界。对于某些问题,量子计算机可以达到常规计算机不能达到的解题速度.量子计算机可以解决常规计算机不能解决的某些问题量子计算由于其强大的并行计算能力和可以有效的模拟量子行为的能力而日益受到人们的关注。本文介绍了量子计算的含义及其基本原理，以及对于未来量子计算的发展前景。 关键词：量子计算；量子计算机；量子位
目录 引言 (4) 1基本概念 (4) 1.1量子计算 (4) 1.2量子计算机 (4) 1.3量子位 (5) 2.量子计算的原理 (6) 2.1量子叠加性 (6) 2.2量子纠缠 (7) 3.量子计算的发展 (7) 3.1中期发展 (7) 3.2发展前景 (8)
量子计算的发展 引言 自MaxPlanck在1900年提出量子假说以来,量子力学给人类生活带来翻天覆地的变化,改变了经典物理学对世界的认知方式。量子计算和量子计算机概念起源于著名物理学家Feynman，是他在1982年研究用经典计算机模拟量子力学系统时提出的。1985年Deutsch提出第一个量子计算模型即图灵机，量子计算才开始具备了数学的基本型式。由此,量子计算迅速吸引了全世界研究者的注意并成为一门具有巨大潜力的新学科。 1. 基本概念 1.1量子计算 量子计算是应用量子力学原理来进行有效计算的新颖计算模式,它利用量子叠加性、纠缠性和量子的相干性实现量子的并行计算。量子计算从本质上改变了传统的计算理念。 1.2.量子计算机
近代物理学史论文题目：量子力学发展脉络及代表人物简介 姓名： 学号： 学院： 2016年12月27
量子力学发展脉络 量子力学是研究微观粒子运动的基本理论，它和相对论构成近代物理学的两大支柱。可以毫不犹豫的说没有量子力学和相对论的提出就没有人类的现代物质文明。而在原子尺度上的基本物理问题只有在量子力学的基础上才能有合理地解释。可以说没有哪一门现代物理分支能离开量子力学比如固体物理、原子核粒子物理、量子化学低温物理等。尽管量子力学在当前有着相当广阔的应用前景，甚至对当前科技的进步起着决定性的作用，但是量子力学的建立过程及在其建立过程中起重要作用的人物除了业内人对于普通得人却鲜为人知。本文主要简单介绍下量子力学建立的两条路径及其之间的关系及后续的发展，与此同时还简单介绍了在量子力学建立过程中起到关键作用的人物及其贡献。 通过本文的简单介绍使普通人对量子力学有个简单认识同时缅怀哪些对量子力学建立其关键作用的科学家。 旧量子理论 量子力学是在旧量子论的基础上发展起来的旧量子论包括普朗克量子假说、爱因斯坦光电效应光电子假说和波尔的原子理论。 在19世纪末，物理学家存在一种乐观情绪，他们认为当时建立的力学体系、统计物理、电动力学已经相当完善，而剩下的部分不过是提高重要物理学常数的观测精度。然而在物理的不断发展中有些科学家却发现其中存在的一些难以解释的问题，比如涉及电动力学的以太以及观测到的物体比热总小于能均分给出的值。对黑体辐射研究的过程中，维恩由热力学普遍规律及经验参数给出维恩公式，但随后的研究表明维恩公式只在短波波段和实验符合的很好，而在长波波段和实验有很大的出入。随后瑞利和金森根据经典电动力学给出瑞利金森公式，而该公式只在长波波段和实验符合的很好，而在短波波段会导致紫外光灾。普朗克在解决黑体辐射问题时提出了一个全新的公式普朗克公式，普朗克公式和实验数据符合的很好并且数学形式也非常简单，在此基础上他深入探索这背后的物理本质。他发现如果做出以下假设就可以很好的从理论上推导出他和黑体辐射公式：对于一定频率f的电磁辐射，物体只能以hf为单位吸收
计算机科学前沿热点及发展趋势 摘要:计算机科学围绕信息、知识、智能等主题发展迅速。文章系统地介绍了信息处理、文字与自然语言的理解、数据仓库和数据挖掘；知识科学；人工智能、人工神经网络的研究、遗传算法、逻辑学等领域研究中前沿的若干问题，并提出未来计算机科学的发展趋势。 关键词:信息技术知识科学智能技术发展趋势 在短短的60年里，计算机科学发展至今，取得了巨人的成就。从观念上改变了人们对世界的认识，将人类社会带入了信息时代。加速T人类社会的发展。在今天计算机科学技术已经成为人们日常生活工作中不可或缺的重要组成部分，而计算机技术的发展也将越来越多影响人类社会的进步。 1 计算机科学前沿热点 近年来，计算机科学中前沿的问题主要围绕信息、知识、智能三大研究领域展开讨论。本文中所指的信息是指客观事物的属性。而知识不同于信息，它是人们对信息经过大脑的加工与处理后，形成的规律、规则、方法及认识。智能则是指大脑从历史信息、知识的基础之上形成的对现有信息、知识的推理、演绎、判断的方法。 根据研究分析表明，在三大研究领域中，主要有以下前沿热点研究： (1)信息方面:信息处理、数据仓库和数据挖掘、生物信息学。 (2)知识方面：以知识科学与知识工程为主要研究的问题。 (3)智能方面：以人工神经网络的研究,机器证明,人工智能与专家系统,遗传算法,代数逻辑学形成了本研究领域的主要特色。 1.1 信息科学 1.1.1 信息处理技术 信息处理技术是当今计算机科学发展的重点，目前计算机处理的信息可分为符号和数据，因而一切要由计算机处理的对象首先是符号化和数字化。信息科学正在形成和迅速发展，现在主要的研究课题集中在以下六个方面: (1)信息源理论和信息的获取。主要研究自然信息源和社会信息源,以及从信息源提取信息的方法和技术。 (2)信息的传输、存储、检索、转化和处理。 (3)信号的测量、分析、处理及显示。 (4)模式信息处理。研究对文字、声音，图像等信息的处理、分类和识别，研制机器图像和语音识别系统。 (5)知识信息处理。研究知识的表示、获取和应用，建立具有推理和自动解决问题能力的知识信息处理系统，即专家系统。 (6)决策和控制。在对信息的采集、分析、处理、识别和理解的基础上作出判断、决策或控制，从而建立各种控制系统、管理信息系统和决策支持系统。 1.1.2 数据挖掘技术 传统的数据库技术是单一的数据资源，即以数据库为中心，对事务处理、批处理到决策分析等各种类型的数据处理工作。近年来，随着计算机技术的发展,对数据库中数据操作提出了更高的要求，希望计算机能够更多的参与数据分析与决策的制定等领域。数据库处理可以大致划分为两大类:操作型处理和分析型处理(或信息型处理)。这种分离,划清了数据处理的分析型环境与操作型环境之间的界限,从而由原来的以单一数据库为中心的数据环境发展为一种体系化环境,因而产生了数据挖掘技术。在这方面目前主要解决的前沿问题有: (1)异构数据的接口机制；(2)数据仓库的体系结构问题；(3)数据仓库的数据优化问题；(4)数据仓库中数据的获取与整理；(5)历史数据的提出和信息挖掘；(6)信息挖掘的方法学问题；
十九世纪末期,物理学理论在当时看来已发展到相当完善的阶段.那时,一般的物理现象都可以从相应的理论中得到说明:物体的机械运动比光速小的多时,准确地遵循牛顿力学的规律;电磁现象的规律被总结为麦克斯韦方程;光的现象有光的波动理论,最后也归结为麦克斯韦方程;热的现象理论有完整的热力学以及玻耳兹曼,吉不斯等人建立的统计物理学.在这种情况下,当时有许多人认为物理现象的基本规律已完全被揭露,剩下的工作只是把这些基本规律应用到各种具体问题上,进行一些计算而已。 这种把当时物理学的理论认作”最终理论”的看法显然是错误的,因为:在绝对的总的宇宙发展过程中,各个具体过程的发展都是相对的,因而在”绝对真理的长河中,人们对于在各个一定发展阶段上的具体过程的认识具有相对的真理性.”生产力的巨大发展,对科学试验不断提出新的要求，促使科学试验从一个发展阶段进入到另一个新的发展阶段。就在物理学的经典理论取得上述重大成就的同时，人们发现了一些新的物理现象，例如黑体辐射，光电效应，原子的光谱线系以及固体在低温下的比热等，都是经典物理理论所无法解释的。这些现象揭露了经典物理学的局限性，突出了经典物理学与微观世界规律性的矛盾，从而为发现微观世界的规律打下基础。黑体辐射和光电效应等现象使人们发现了光的波粒二象性；玻尔为解释原子的光谱线系而提出了原子结构的量子论，由于这个理论只是在经典理论的基础上加进一些新的假设，因而未能反映微观世界的本质。因此更突出了认识微观粒子运动规律的迫切性。直到本世纪二十年代，人们在光的波粒二象性的启示下，开始认识到微观粒子的波粒二象性，才开辟了建立量子力学的途径。
量子力学诞生和发展的过程，是充满着矛盾和斗争的过程。一方面，新现象的发现暴露了微观过程内部的矛盾，推动人们突破经典物理理论的限制，提出新的思想，新的理论；另一方面，不少的人（其中也包括一些对突破经典物理学的限制有过贡献的人），他们的思想不能（或不完全能）随变化了的客观情况而前进，不愿承认经典物理理论的局限性，总是千方百计地企图把新发现的现象以及为说明这些现象而提出的新思想，新理论纳入经典物理理论的框架之内。虽然本书中不能详细叙述这个过程。尽管这些新现象在十九世纪末就陆续被发现，而量子力学的诞生却在本世纪二十年代，这中间曾经历一个曲折的途径，说明量子力学这个理论的诞生决不是一帆风顺的更不是靠少数科学家在头脑中凭空想出来的。 爱因斯坦在这次大会上作了题为《论我们关于辐射的本质和组成的观点的发展》的报告，首次提出光具有波粒二象性。爱因斯坦通过对光辐射的统计提醒的精辟分析得出结论：光对于统计平均现象表现为波动，而对于能量张罗现象却表现为粒子，因此，光同时具有波动性和粒子性。爱因斯坦进一步指出，这两者并不是水火不相容的。这样，爱因斯坦的第一次在更深的层次上及时处理光的神秘本性，从而也将他最尊敬的两位前辈——牛顿和麦克斯韦——关于光的理论有机的综合在一起。 量子力学是研究微观粒子的运动规律的物理学分支学科，它主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论，它与相对
第一章计算机发展史简介 一．先驱者的贡献 帕斯卡（Biaise Pascal，1623~1662） ↖法国数学家、物理学家 ↖19 岁受机械时钟的启发发明第一个齿轮式机械计算器（1642 年），只能做加、减法 巴贝奇（C.Babbage，1791～1871） ↖英国数学家 ↖公认的计算机之父 ↖研制出差分机和分析机 ↖提出程序控制的思想 ↖提出了完整的通用计算机的设计方案，已经有许多的现代计算机的元素在里面，最终100 年后由艾肯实现 爱达.拜伦(Ada Augusts Lovelace，1815～1852) ↖英国数学家 ↖为巴贝奇的分析机编制程序 ↖虽然还没出现?°循环?±，?°子程序?±的概念，但其中已经蕴含了现在程序的思想。 ↖被称为世界上第一位程序员 艾肯（Howard Aiken，1900～1973) ↖美国数学教授 ↖制造出第一台机电式计算机MarkI ，后又制造出MarkII ↖MarkI 的一些参数： 以机电的方法代替机械的方法实现分析机，1944 年完成，在哈佛大学用了15 年 15.5米,高2.4米,75万个零部件 乘法速度是3 秒 图灵(Alan Turing，1912～1954) ↖英国科学家 ↖现代计算机诞生过程中最重要的两个 人物之一，另一个是冯. 诺依曼 ↖他对现代计算机的贡献有两个： 建立图灵机理论模型 提出定义机器智能的图灵测试 冯.诺依曼(Von.Neumann,1903～1957) ↖美国数学教授 ↖现代计算机之父 ↖两个方面的重要贡献 提出了存储程序的思想 在EDVAC设计中提出的计算机结构奠定了现代 计算机体系结构框架,被称为冯.诺依曼结构 二．现代计算机的诞生 第一台电子数字计算机电子计算机ENIAC的诞生 (Electronic Numerical Integrator And Computer) 电子数字积分计算机
未来计算机的发展趋势 目前，中间件技术已经发展成为企业应用的主流技术，如交易中间件、消息中间件、专有系统中间件、面向对象中间件、数据存取中间件、远程调用中间件等。 随着计算机应用的广泛和深入，又向计算机术本身提出了更高的要求。要起提高计算机的工作速度和存储量，关键是实现更高的集成度。传统的计算机的芯片是用半导体材料制成的，这在当时是最佳的选择。但随着集成的提高，它的弱点也日益显现出来。专家们认识到，尽管随着工艺的改进，集成电路的规模越来越大，但在单位面积上容纳的元件有限的，在1毫米见的硅片上最多不能超过25万个，并且它的散热、防漏电等因素制约着集成电路的规模，现在的半导体芯片发展即将达到理论上的极限。因此，有人预测现行的计算机系统将在2010年遇到无法逾越的障碍。为此，世界各国研究人员正在加紧研究开发新一代计算机，从体系结构的变革到器件与技术革命都要产生一次量的乃至质的飞跃。计算机的发展趋势表现为4种，即巨型化、微型化、网络化和智能化。未来新一代的计算机可分为模糊、量子、超导、光子和DNA5种类型。 1计算要的发展趋势 1）巨型化 巨型化是指计算机速度更快、存储容量更大、功能更强、可靠性更高的计算机。其运算能力一般在每秒百亿次以上，存容量在几百G字节以上。巨型计算机主要用于尖端科学技术和军事国防系统的研究开发。巨型计算机的发展集中体现了计算机科学技术的发展水平。
2）微型化 微型化是指发展体积更小、功能更强、可靠性更高、携带更便、价格更便宜、适用围更广的计算机系统。因为微型机可渗透到诸如仪表、家用电器、导弹弹头等中、小型机无法进入的领域，所以20世纪80年代以来发展异常迅速。预计微型机性在一起，今后将逐步发展到对存储器、通道处理机、高速运算部件、图形卡、声卡的集成，进一步将系统的软件固化，达到整个微型机系统的集成。 3）网络化 网络化是指利用通信技术，把分布在不同地点的计算机互联起来，按照网络协议相互通信，以达到所有用户都可共软件、硬件和数据资源的目的。目前计算机联网已经非常普遍，但是计算机网络化仍然有多工作要做。如网络上资源虽多，利用却并不便；联网的计算机虽多，计算机特别是服务器的利用率并不高；网络虽然便，但是却不安全，等等。计算机网络化在提供便、及时、可靠、安全、高效的信息服务面还有很多的工作要做。 目前各国在开发三网合一的系统工程，即将计算机网、电信网和有线电视网合为一体。将来通过网络能更好地传送数据、文体资料、声音、图形和图像，用户可随时随地在全世界围拨打可视和收看任意的电视和电影。 4）智能化 5）智能化是指让计算机具有模拟人的感觉和思维过程的能力。智能计算机具有解决问题和逻辑推理的功能，以及知识处理和知识库管理的功能等。 人与计算机的联系是通过智能接口，用文字、声音、图像等与计算机自然对话。智能化的研究领域很多，其中最有代表性的领域是专家系统和
计算机未来发展趋势 摘要：随着信息技术的发展，计算机在我们的日常生活中扮演了越来越重要的作用，本文所要论述的就是通过现有的技术以及当今在计算机领域还在研究中的尖端科技，对于计算机未来的一些展望以及计算机在未来可能的发展方向。 关键词 计算机发展方向微型化计算能力新型计算机智能
0引言 计算机在最近的几十年发展突飞猛进，是在众多行业中发展最快的高新领域之一，上世纪九十年代的人还难以预料今天计算机会如此强大，而今天的我们所预见的未来的计算机又将有几分准确性呢。不管未来的计算机是什么样的，根据现在的研究以及人们的需要来看，有几个特点可能会在较近的未来实现，计算机将会更加微型化，计算能力还会更加强大，而随着计算机与诸多领域的相互渗透，新型计算机也会应运而生，此外，计算机的智能化也是人们研究的热点问题。
1“更小更强大” 从1946年第一台计算机诞生以来，计算机都在向着计算能力更强大的方向发展，而随着计算机技术的民用化，为了更方便人们的生活，计算机又在向着更小的方向发展。“更小更强大”是计算机制造领域人们追求的目标。随着技术的发展，当今的计算机已经具有很强的计算能力和便携性，在以后的发展中，计算机要想更小而有计算能力更强，就需要有更精细更先进的生产技术，这才能使同样的面积具有更高的计算能力和更快的速度，现在CPU的生产技术已经达到纳米级，CPU的更加微小将同时带动电脑其他部件诸如内存、硬盘、显卡、主板的微型化，但与此同时，密集化将会产生更大的发热问题，这就需要研究人员采用更先进的散热技术和优化能力，只有电脑上的主要部件都微型化，才能实现整台电脑的微型化。但就计算能力而言，计算机领域著名的摩尔定律并不是一成不变的，因为分子原子也是有大小的，现在可以将硅处理到纳米级，但总是会遇到小到不能再处理的瓶颈，到那时再先进的生产技术也无济于事，这时便需要考虑到算法和计算方式的问题。在未来是否会有更加先进的计算方式取代二进制，是否会有更加简捷的算法，是计算机领域工作者应该考虑的。 2新型计算机 一方面，一部分人在对现有计算机进行更加深入的研究，而另一方面，一些人在计算机与其他领域的渗透中不断探索，研究新型的计算机。 2.1量子计算机
量子力学论文题目: 量子力学发展历史及应用领域 学生姓名武术 专业电子科学与技术 学号_ 222009322072082 班级2009 级 2班 指导教师张济龙 成绩 _ 工程技术学院 2011年12 月
量子力学发展历史及应用领域 武术 西南大学工程技术学院，重庆 400716 摘要:量子力学发展至今已有一百年了，它发展的道路并不是一帆风顺的。这一百年虽是艰难的，但是辉煌的。此后，人们发现量子力学与现代科技的联系日益紧密，它的发展潜力是不能低估的。本文从两个部分逐次论述了量子力学的发展及应用。第一部分是量子力学的发展，这部分阐述了早期量子论。第二部分是量子力学的应用，这部分阐明了量子力学在固体物理和信息科学中的应用。 关键词：早期量子论；量子力学的发展；量子力学的应用 量子力学诞生至今一百年。经过一百年的发展，它由原子层次的动力学理论，已经向物理学和其他学科以及高新技术延伸。而事实上，它已超出物理学范围；它不仅是现代物质科学的主心骨，又是现代科技文明建设的主要理论基础之一。 建立在量子概念的量子力学及其物理诠释，促使人类的思想观念产生根本性转变；虽然这新概念很抽象，但就目前文明的空前繁荣而言，量子力学所产生的影响是相当广泛的。而看看量子力学的前沿性进展新貌，则会感到心驰神往。 量子力学可谓是量子理论的第二次发展层次，第一次常称作早期量子论，第三次就是量子场论。本文除了论述这三个层次以外，又说了它在现代物理乃至现代物质科学中的地位，阐述了它应用的状况。 一.量子力学的发展 19世纪末20世纪初，人们认为经典物理发展很完美的时候，一系列经典理论无法解释的现象一个接一个的发现了。经典力学时期物理学所探讨的主要是用比较直接的实验研究就可以接触到的物理现象的定理和理论。牛顿定理和麦克斯韦电磁理论在宏观和慢速的世界中是很好的自然规律。而对于微观世界的
密码学发展简史 学院：数学与统计学院专业：信息与计算科学学生：卢富毓学号：20101910072 密码是什么？什么是密码学？ 信息泛指人类社会传播的一切内容。人通过获得、识别自然界和社会的不同信息来区别不同事物，得以认识和改造世界。而密码便是对信息进行隐藏的一种手段。它既是一种工具又是一门艺术。 《破译者》一书说：“人类使用密码的历史几乎与使用文字的时间一样长。”因为自从有了文字以来，人们为了某种需要总是想方设法隐藏某些信息，以起到保证信息安全的目的。人们最早为了包通信的机密，通过一些图形或文字互相传达信息的密令。连闯荡江湖的侠士和被压迫起义者各自有一套秘密的黑道行话和地下联络的暗语。 而在今天信息泛滥的计算机世界里，如何保护好自己的重要信息不被泄露，保护自己的通讯不被窃听等一系列与信息有关的内容中，同样需要一个较好的密码协议来完成对信息的私密化！可以看出密码学在不同的时代里有着不同的诠释。 所以密码学是一门既古老又新兴的学科。 古典密码学 密码学大致可以分为五个时期： 1、第一阶段从古代到1949，这一时期称为古典密码时期，密码学可以 说是一门艺术，而不是一种学科。(发展缓慢) 2、第二阶段是从1949年到1976年，这一时期，由香浓发表的“保密系 统的信息理论”一文产生了信息论，信息论为对称密码系统建立了理论基础，从此密码学成为一门学科。 3、第三个阶段是从1976年到1984年。1976年Diffie和Hellman发表了 《密码学新方向》一文，从而导致了密码学上的一场革命。他们首次证明了发送端和接收端无密钥传输的保密通讯是可能的，从而开创了公钥密码学的新纪元。 4、第四个阶段是从1984年至今，1984年Goldwasser和Micali首次提出 了证明安全的思想。他们讲概率论中的东西引入到密码学，在计算复杂度理论假设下，安全性是可以证明的。 5、第五个阶段，这是我个人认为有必要写出来的——两字密码学时期： 当量子计算机大量的投入使用后，可以预见好多目前主流的加密算法将不再实用，新的方案新的体系将被人们发现利用。 公元前400年，斯巴达人就发明了“塞塔式密码”，即把长条纸螺旋形地斜绕在一个多棱棒上，将文字沿棒的水平方向从左到右书写，写一个字旋转一下，写完一行再另起一行从左到右写，直到写完。解下来后，纸条上的文字消息杂乱无章、无法理解，这就是密文,但将它绕在另一个同等尺寸的棒子上后，就能看到原始的消息。这是最早的密码技术。