对量子计算机的认识
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了八篇对量子计算机的认识范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
对量子计算机的认识范文第1篇
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
The Status and Development Trend of Computer Technology
Wu Shaopei
(Lishui University,Lishui323000,China)
Abstract:With the advent of the 21st century,the era of information technology has been gradually entering our lives,this day and age the most important symbol is widely used computer.More and more technology experts recognize that the substantial increase will inevitably encounter insurmountable obstacles in the traditional computer based on the performance of the computer,up from the basic principle is the correct road of looking for a breakthrough in the development of computer.The future of computer technology will certainly be moving in the direction of the high-speed,small and super-intelligent.It all depends on the components of the progress and the improvement of the system architecture and software development.This article mainly about the development status and outlook of the new computer.
Keywords:Computer;Multimedia;Status;Development trends
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：
[1]UhnL Gustafson.Sun’sHPCSapproach：Hero.省略/casc/meetings/CASC2pdf,2003,8
[2]Uim Mitchel1.Sunhighproductivitycomputingsystemsresearch program.research.省略/sunlabsday/decs/talks/1.01-Mitchel1.pdf,2004
对量子计算机的认识范文第2篇
关键词:现代计算机；计算机技术；发展方向；趋势
1计算机技术的概述
1.1计算机的发展过程
1946年,世界上诞生了第一代计算机,其中应用了18800个真空管,体积占有几个房间,它的出现在一定程度上改变了人类的思维和生活方式,为计算机技术的进一步发展打下了坚实的基础。计算机的发展过程主要包括四个阶段,第一代计算机主要由真空管组成,由于真空管体自身的特性,体积大、内存小,所以,第一代计算机不仅体积庞大,而且耗电量巨大。1954年,世界上第二代计算机诞生了,由美国科学家催迪克研制出来的晶体管计算机。信息产业作为技术与知识密集型产业,为了能适应现代社会建设的需要,第四代计算机应运而生。第四代计算机的出现直接促进了计算机的大量生产,计算机开始出现在人们的日常生活中。
1.2我国计算机技术的发展现状
随着计算机的迅速发展,我们已进入到了计算机信息技术时代,我们可以直接从网上获取信息资源,这也使我们的生活有了很大的改变。不少发达国家的政治、经济、及文化开始过度依赖于计算机信息技术的基础设施,而同时又出现了强大的黑客攻击,信息技术犹如新型的作战技术,在当前的形式下,计算机技术的安全问题成为了各国面临的巨大挑战,因此,还需进一步加强对计算机技术的安全风险管理[1]。
2我国计算机技术的发展趋势
如今,计算机信息技术已成为大家关注的一大焦点,连续创造活动的出现、稳定的选择机制使得我国计算机技术有了迅速的发展。由于计算机信息技术的发展给我们的日常生活带来了诸多便利,有效满足了大家的日常及工作需求,不仅提升了个人的工作效率,还保障了整个社会的工作效率,这样才能确保其为我国提供更好的信息服务。我国的计算机技术已成为了社会发展的主要潮流之一,有着广阔的发展前景。
2.1生物计算机
生物计算机,也被称之为仿生计算机,主要是通过生物工程生产的蛋白质分子作为生物芯片来代替半导体的硅片。由于生物的遗传形状主要是由DNA决定的,DNA是具有基因编码的双链大分子,且蛋白质的结构等信息都储存在DNA的双链分子中,所以,生物计算机具有很强的信息储存能力[2]。另外,由于通过控制脱氧核糖核酸的状态可以有效控制DNA的信息,而且生物计算机具有很强的信息处理能力,这为生物计算机带来了很多优势,不仅表现在功率高体积小,而且存储和芯片也具有一定的可靠性。
2.2量子计算机
在21世纪的信息社会中,先进的信息科技给人民的生活带来了深刻的变化。信息产业作为技术与知识密集型产业,为了能适应现代社会建设的需要,量子计算机应运而生。量子计算机在进行处理和存储数据时,会根据量子算法,采用一量子比特的形式进行储存数据,所以,量子计算机在数据处理的速度上有了很大的进步。目前,很多专家学者也在不断的研究量子计算机,所以,量子计算机一定会有很好的发展。
2.3光子计算机
光子计算机主要是通过利用光信号进行信息处理和存储的新型计算机,其在进行数据存储时主要利用的是光子和光运算,而且当对数据处理错误时不会影响到最终的结果。光子计算机还具有很多优势,比如,不会受到电磁场的影响,超大规模的信息存储容量及低能量消耗、低发热量等。光子计算机的这些优势使光子可以任意传输,不会受到电磁场的影响,不需要导线也不会相互影响,而且是在很低的能量下就能正常工作。
2.4纳米计算机
纳米计算机是用纳米技术研发的新型高性能计算机,体积约是人头发直径的千分之一,性能比传统的计算机强大很多,而且有着极强的导电性[3]。由于纳米技术开始研制成计算机内存芯片,而且其性能也亚远远超过传统计算机的性能,所以,未来的纳米技术将会走出实验室,纳米计算机也会取代芯片计算机。因此,纳米计算机能提供更加全面、客观、公正、高质量的信息与技术。
3结语
计算机技术的发展改变了人民的生活,比较符合人类的需求,不仅方便了广大人民群众的日常生活,而且成为了提高我国综合国力竞争的重要组成部分,对于到我国信息安全产业的健康发展起到直接推动作用,推动了我国经济和现代文明的进步,所以,还需不断加强人们对计算机技术的认识。从计算机的发展过程及发展现状上来看,我国计算机技术未来的发展趋势将朝着智能化、专业化的方向发展,高性能计算机就是我国计算机科学与技术的主要发展方向。由于笔者对现代计算机技术的发展方向与趋势只有初步的统整,所以研究还有部分不太严谨的地方,这也是笔者以后继续要努力、探索的方向。
作者:王宇 单位:山西省司法学校
参考文献:
[1]王敏.计算机技术的发展方向及进展[J].中小企业管理与科技,2014(1):312-313.
对量子计算机的认识范文第3篇
[关键词]量子；特性；意识；应用
中图分类号：O413.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）25-0298-01
一、量子的基本知识
1、量子
我们在物理学中提到“量子”时，实际上指的是微观世界的一种行为倾向，也就是可观测的物理量都在不连续地变化。？比如，我们说一个“光量子”，是因为单个光量子的能量是光能变化的最小单位，光的能量是以单个光量子的能量为单位一份一份地变化的。对于量子的种种特性，连不少科学家都为之迷惑，对于我们普通人来说自然更加高深。今天我就试着走近它，来发现她“幽灵”般的的魅力。
2、量子的特性
量子的奇妙之处首先在于它的奇妙特性――量子叠加和量子纠缠。
量子叠加就是说量子有多个可能状态的叠加态，只有在被观测或测量时，才会随机地呈现出某种确定的状态，因此，对物质的测量意味着扰动，会改变被测量物质的状态。好比孙悟空的分身术， 孙悟空可能同时出现在几个地方，他的各个分身就像是他的叠加态。在日常生活中，我们不可能在不同的地方同时出现，但在量子世界里它却可以同时出现在多个不同的地方。”
而所谓的量子纠缠，则意味着两个纠缠在一起的量子就像有心电感应的双胞胎，不管两个人的距离有多远，当哥哥的状态发生变化时，弟弟的状态也跟着发生一样的变化。“如果这两个光量子呈纠缠态的话，哪怕是千公里量级或者更远的距离，还是会出现遥远的点之间的诡异互动，爱因斯坦称之为“幽灵般的超距作用”。科学家就可以利用这种效应将甲地某一粒子的未知量子态，在乙地的另一粒子上还原出来。量子纠缠的广泛应用将会改变我们的生活，真正地突破时空的局限，交通、物流也就不再会有时间与空间的阻碍了。我国发射的“墨子号”量子卫星昭示着我国在量子通信领域已处于世界领先的地位。
二、意识是量子力学现象
人们的意识一直都没有搞清楚，用经典物理学的电学、磁学及力学方法去测量意识是测量不出来的，科学家们现在已经开始认识到了意识是种量子力学的现象，意识的念头像量子力学的测量。为什么这么说呢？比如我们面前出现了一座房子，这时有两种可能的状态：一个没有任何心思的人会看房非房，他的意识处于自由的状态，没看到房子是石头的还是木头的，他根本就不动念头。意识也是这样，如果你看到这座房子，一下子动念头了，动念头实质上就是作了测量。
客观世界是一系列复杂念头造成的。有一本非常著名的书叫《皇帝新脑》， 就是研究意识，他认为计算机仅仅是逻辑运算，不会产生直觉，直觉只能是量子系统才能够产生，意识是种量子力学现象，意识的念头像量子力学的测量。而人的大脑有直觉，也就是说人的意识不仅存在于大脑之中，也存在于宇宙之中，量子纠缠告诉我们，一定有个地方存在着人的意识。
三、量子技术的应用
科学家认为，量子纠缠是一种 “神奇的力量”，可成为具有超级计算能力的量子计算机和量子保密系统的基础。实际上，量子纠缠还有很多奇妙的应用，可以在许多领域中突破传统技术的极限。量子技术已经成为一个新兴的、快速发展中的技术领域。这其中，量子通信、量子计算、量子成像、量子生物学是目前的方向。
1、量子通信
量子通信就是通过把量子物理与信息技术相结合，利用量子调控技术，确保信息安全、提高运算速度、提升测量精度。 广义地说，量子通信是指把量子态从一个地方传送到另一个地方，它的内容包含量子隐形传态，量子纠缠交换和量子密钥分配。狭义地说，实际上只是指量子密钥分配或者基于量子密钥分配的密码通信，解决了以往用微电子技术为基础的计算机信息技术极易遭遇泄密的问题。
2、量子计算
量子计算是量子物理学向我们展示的又一种强大的能力，源自于对真实物理系统的模拟。模拟多粒子系统的行为时，当需要模拟的粒子数目很多时，一个足够精确的模拟所需的运算时间则变得相当漫长。而如果用量子系统所构成的量子计算机来模拟量子现象则运算时间可大幅度减少，从此量子计算机的概念诞生。
3、量子成像
量子成像是从利用量子纠缠原理开始发展起来的一种新的成像技术，有一种比较奇妙的现象称之为“鬼成像”。比如将纠缠的双光子分别输入两个不同的光学系统中，在其中一个系统里放入待成像的物体，通过双光子关联测量，在另一个光学系统中能再现物体的空间分布信息。即与经典光学成像只能在同一光路中得到物体的像不同，鬼成像可以在另一条并未放置物体的光路上再现该物体的成像。
4、量子生物学
量子生物学是利用量子力学的概念、原理及方法来研究生命物质和生命过程的学科。薛定谔在《生命是什么》一书中对这一观点进行了详尽的阐述，提出遗传物质是一种有机分子，遗传性状以“密码”形式通过染色体而传递等设想。这些设想由脱氧核糖核酸双螺旋结构模型而得到极大的发展，从而奠定了分子生物学的基础。分子的相互作用必然涉及其电子的行为，而能够精确描述电子行为的手段就是量子力学。因此量子生物学是分子生物学深入发展的必然趋势，是量子力学与分子生物学发展到一定阶段之后相互结合的产物。
爱因斯坦相对论指出：相互作用的传播速度不会大于光速，可是对于分开很远距离的两个处于纠缠态中的粒子，当对一个粒子进行测量时，另一个粒子的状态受到关联关系已经发生了变化，这种传输的理论速度可以远远超过光速。这一现象被爱因斯坦称为“诡异的互动性”。量子纠缠是量子物理学里最稀奇古怪的东西，即使脑洞大开我们还是很难领会它，另外从常识角度来看，量子理论描述的自然界很荒谬，许多解释还涉及到哲学问题。但另一方面，量子物理学有很广泛的应用，它的发展可能带来行业面貌的改变，所涉及的范围从量子计算机到人工智能，无所不含，这也正是我们深入学习、研究量子物理的动力所在啊！
参考文献
[1] 薛定谔，生命是什么.
[2] 舒娜，量子纠缠技术与量子通信.
[3] 尼古拉.吉桑著，周荣庭译，跨越时空的骰子.
[4] 中国科普博览.
[5] 科普中国.
对量子计算机的认识范文第4篇
关键词:计算科学计算工具图灵模型量子计算
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。中国
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.
对量子计算机的认识范文第5篇
随着全球化、网络化进程的加快，计算机技术得到了空前的发展，同时也给人类的生产和生活方式带来了极大的变革。我国正处于科学技术突飞猛进的重要时期，计算机技术更是推动富国强兵进程的重要组成部分。本文通过回顾计算机技术的发展历史和发展现状，分析其发展趋势，从而更好地指导我国计算机技术的发展，推动社会进步，造福人民群众。
【关键词】计算机技术 发展概况 现状 发展趋势
上个世纪中叶以来，现代科技的高速发展推动了计算机技术的革新，并且深刻地影响着人们生活的方方面面。计算机技术作为信息时代的标志性技术，已经逐步成为各国综合国力竞争的重要组成部分，掌握计算机技术的发展趋势，不仅能够推动社会发展，更能在信息革命中掌握主导地位，为中华名族的伟大复兴打下坚实的基础。
本文将从计算机技术过去、现状、未来以及我国在计算机技术发展情况等方面探析计算机技术的发展趋势。
1 计算机技术发展概况回顾
1946年在美国宾夕法尼亚大学诞生了世界上第一台电子计算机ENIAC，它是由埃里克和莫克利主持研制，主要是用来计算导弹的弹道。20世纪50年代，由于电子计算机体积庞大、制作成本高昂等多种原因，计算机主要服务于军事部门或是大型科研机构。1958年平面半导体集成电路的横空出世催生了新兴的微电子技术，极大推动了计算机元器件集成等工艺技术的发展。随着计算机的结构不断微型化，1982年第一台个人计算机诞生了。自此之后，计算机才逐步由军事部门、科研机构转入向普通企业和普通家庭，其应用也由单一的军事需求向多元化发展。90年代以后，计算机向两极化发展：一方面向小型微型化发展，成本低廉，主要面向普通家庭；一方面向大型巨型化发展，仍然面向军事部门以及科研机构。
从整体上看，20世纪40年代开始，计算机的出现到繁荣经历了半个多世纪的变迁，其在运算速度、性能增强、体积缩小以及应用前景开发方面都得到了空前的发展。无论是军事领域、教育领域还是商业领域，计算机技术无时无刻地影响着人类的日常生活。可以这么说，计算机技术已经渗透到了世界的每一个角落。
2 计算机技术发展原因
2.1 源源不断的创新创造
源源不断的创新创造活动是推动计算机技术跨越式发展的不竭动力。现实需求的推动、关于计算机技术的认识以及信息的共享性可以对这种源源不断的创新创造活动作出很好的解释。
2.1.1 现实需求的推动
正是二战时期对于信息的迫切需求减少了创造的障碍，使得资源、人力等条件得到最大化利用，从而催生了计算机技术。在计算机发展的早期阶段，军事部门、科研机构等对于科学计算的迫切需求推动了计算机迅速转变为民用以及工业产品，促进了计算机工业的发展。在计算机行业，领先一步可能意味着占有市场，竞争的压力以及利益的最大化因素往往使得计算机技术发展水平领先市场需求。同时作为一个国家综合国力的重要组成部分，计算机技术的发展往往能够得到政策扶持和资源支持，从而保证创造活动的持续性。
2.1.2 对计算机技术认识的反馈作用
重复的实验与纠错是计算机工作者不可避免的过程。客观的科学设计不仅需要在理论上可行，更需要接受客观实际的约束检验。试错，有时甚至是错误的原理，也有可能导致催生行之有效的计算机技术。“铝―硅―氧化物”触面控制就是在反复的试错中发现的，并且为超大型集成电路打下坚实的理论基础。这些蕴含在新技术中的知识又被继续挖掘出新的内涵，新的知识又成为实践的基础。这种循环往复的过程往往能够迸发出新的技术，推动创造活动源源不断地开展下去。计算机技术的发展过程少不了这种试错法的学习经验。通过试错法不断加深对于计算机技术的理解，并且应用于计算机硬件与软件的开发过程中，极大地缩短了技术更新的周期。
2.1.3 信息的共享
信息时代的显著特征就是信息的共享性以及信息的全球化。信息的共享性给创新活动提供了一个信息交换的平台，有效缩短了信息传递的时间，提高了新技术研发的效率。
2.2 主客体的选择机制
在客体方面，计算机面向的群体对于计算机技术进行选择。对于用户和市场来说，在条件相同的情况下，先进的技术能够占有更多的市场，取得更大的成功，间接导致了经济竞争转化为技术竞争。这种针对计算机服务对象的研究有效引导了计算机技术更好地满足用户的需求，追求更加和谐的人机界面。
计算机技术的研制者作为主体，在有效分析计算机用户的需求之后，就需要能够解释所观察到的事实现象并能使问题得到解决和发展得以进行。正因为计算机用户需求的多样性，计算机技术的研制者才能够信息共享的基础上不断采取新技术或新方法，为选择提供了有效的支持。选择机制在计算机技术的主客体之间建立了一种双向链接，推动计算机技术的发展。
3 计算机技术发展现状
3.1 普及性和深入发展性
科学技术是第一生产力，日新月异的计算机技术在潜移默化着影响着人类的生活生产方式，逐步成为社会的重要生产力，甚至在人类社会发展史上有着举足轻重的地位。随着科学技术的快速发展，计算机技术渗透到人类生活的方方面面，在数学、力学、化学、石油探测与开发、桥梁设计等基础学科或是工程领域都扮演着中流砥柱的角色。计算机技术服务的对象也由单一的军事部分和科研机构转入数以万计的普通家庭。可以预见的是，计算机技术的影响力会随着时间推移进一步加深。
3.2 专门化和综合化
在计算机越来越普及的同时，其性能向着综合化和专门化两极发展。一方面，网络分布式系统逐步取代了单机操作的模式，综合性能的提升极大地方便了人们的生活。另一方面，由于经济发展以及政策扶持，计算机的专门化在综合国力竞争以及维护国家安全方面也扮演了重要的角色，并且得到了显著发展。
3.3 突破性和普适性
随着计算机技术在各个领域的普及与发展，计算机应用领域的分化有效推动了计算机技术在多个方面取得突破性的进展。计算机技术的突破性主要体现在计算机科学的更新周期上。从1904年电子管的发明到1946年第一台电子计算机，总共耗时42年，而半导体晶体管到半导体计算机只用了10年时间。此外，微电子精细加工到集成电路的诞生，只用了不到2年的时间。可以预见的是，随着科技的发展，计算机技术将根据不同人群的需求，进一步改造升级，体现更多的人性化关怀。
4 计算机技术发展趋势
4.1 计算机技术发展的整体方向
在科学技术高速发展的时代，计算机技术也将面临一系列新的重要变革，但统观计算机的未来发展，主要还是向着“高”、“广”、“深”三个方向发展，以下将对三个方向进行具体分析。
第一，向“高”度发展。性能越来越高，运算速度越来越快，最为明显的表现就是计算机的主频越来越高。2010年，Intel公司已经研制出集成10亿以上晶体管的微处理器，也就是说一台计算机并不是使用一个微处理器，而是几百个、几千个微处理器并行处理，极大地提高了计算机的性能。并行计算机的关键技术在于如何连接庞大的计算机网络，并且能够有效地管理，使之相互配合、协调工作，这就对于并行计算机的系统软件――操作系统提出了很高的要求。截止目前，世界性能最高的通用机已经使用上万台处理器。
第二，向“广”度发展。计算机技术发展的广度体现在网络化范围的扩大和各个领域的全方位渗透。随着计算机技术的发展，计算机的普及率迅速上升，逐步成为个人常用之物。日常使用洗衣机、电冰箱、笔记本电脑等处处体现着电子化，可以预见的是，不久的将来，计算机也会像马达一样存在于人类生活的每一个角落。网络化范围的扩大给信息共享提供了一个宝贵的平台，网络教学、电子教学会带着强大的优势登上历史的舞台。有人预言，再过二十年或是三十年，计算机可能如同纸张一样物美价廉，学生们使用的不再是陈旧的教科书，取而代之的是笔记本大小的计算机。
第三，向“深”度发展。即向人工智能发展，信息的更加智能化。面对网络上浩如烟海的信息，如何将有用的信息收为己用，人机互动如何更好的互动，这些问题成为新时期计算机技术最为重要的研究课题。所谓人工智能，即计算机的智能成分占主要，具备多种感知能力以及思维逻辑能力，人机界面将更加和谐，人机交流将更加便捷。例如，将来人们可以直接用自然语言和计算机交流，甚至面部表情、手势等微小动作也能被计算机识别。当下，虚拟交互设备是人工智能的集中体现，相信在未来将有更多的人工智能设备将被推向市场。
4.2 计算机技术发展的具体趋势
4.2.1 智能化的高性能计算机
伴随着计算机并行技术的高速发展，计算机系统能够同时执行多条指令或是同时处理多个数据，运行速度得到了极大地提高。一方面，量大的超级计算机接近于复制人类的大脑，智能成分在计算机结构中占有主导地位。很多优秀的动画作品、影视作品都是通过超级计算机模拟而成。可以这么说，超级计算机在科技界内引起开发与创新狂潮。另一方面，硅芯片越来越接近其物理极限，计算机的体系结构与技术都将经历一次质的飞越。
（1）量子计算机。量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学、逻辑运算和存储量子信息的物理装置。在对可逆计算机的研究中，人们借助量子效应开发了量子计算机。它利用一种链状分子聚合物的特性表示开和关的状态，利用激光脉冲来改变分子状态，从而使得信息沿着聚合物移动，达到运算处理的目的。量子计算机利用量子位进行数据存储，不仅大大提升了存储量，计算速度也比目前的Pentium DI晶片快10亿倍。另外，量子计算机对保密体系产生了一定的冲击，从而在国家安全意识方面扮演着重要角色。
（2）光子计算机。光子计算机是利用光子取代电子进行数据运算、传输以及存储的一类新型计算机。在光子计算机中，光子取代了电子，光互连取代了导线互联，光运算取代了电运算，复杂度高、计算量大的任务能够实现快速并行处理，从而运算速度在现有基础上呈指数增长。
（3）分子计算机。分子计算机是吸收分子晶体上以电荷形式存在的信息，并且以有效方式进行组织排列的新型计算机，具有体积小、耗电少、运算快、存储量大等特点。分子计算机通过蛋白质与周围物理化学介质的相互作用进行数据运算，尤其具备在生化条件下，在生物有机体中以分子形式与外部环境进行交换的功能。另外，由于分子芯片的原材料是蛋白质分子，所以分子计算机在与分子活体相连的同时还具备自我修复功能。预计在不久的将来，分子计算机将正式投入实用。
（4）纳米计算机。纳米计算机是基于纳米技术研究开发的新型高性能计算机。纳米技术从20世纪80年代开始得到迅速的发展，最终目标是人类按照自己的意愿直接操纵单个原子，制造出特定功能的产品。纳米技术衍生出的纳米管元件具备几到几十纳米的尺寸范围，质地坚硬，有着极强的导电性，不仅取代硅芯片成为新型计算机元件，而且能够放大电子开关和晶体管的功能。专家预测，数十年后纳米技术将走出实验室，推动计算机行业的发展。
4.2.2 计算机网络的发展
网络为信息共享和交换提供了一个全新的平台，在计算机技术发展的过程中逐步占据主导与核心地位。HDSL、ADSL、DSVD和HFC等技术的发展带动了计算机技术的改革和创新，有利于提高话音、图像与数据服务的质量。局域网技术中的100M交换式技术逐步成熟，并在与ATM局域网的竞争中占有一定优势。
4.2.3 计算机软件技术的发展
计算机软件技术与每一位计算机用户息息相关。这项技术不仅需要考虑计算机用户的需求，也要顺应计算机技术的发展趋势。另一方面，软件技术也将进一步进入工业发展的领域，数据库系统将进一步发展与完善，计算机的协同工作技术将趋于成熟。
5 结语
随着社会进步，计算机技术在我国各行各业中的地位越来越重要，对我国的经济发展起到了不可磨灭的作用。但从另一角度讲，我们需要积极态度应对计算机技术的高速发展。首先要做到的就是做好计算机技术的革新，其次健全相关计算机技术的规章制度，另外加大对于计算机技术研究和开发的鼓励力度也能起到标杆作用。最后，我们需要紧跟计算机技术进步的脚步，引导计算机科学技术健康发展，共同探索未知而神秘的世界。
参考文献
[1]蔡芝蔚.计算机技术发展研究[J].电脑与电信，2008，（02）：25-27.
[2]张瑞.计算机科学与技术的发展趋势探析[J].制造业自动化，2010，32（8）：237-240.
[3]甘黛娴.计算机科学与技术的发展趋势探析[J].工程技术，2012，（8）：96-98.
[4]谢平.对计算机科学与技术发展趋势的探讨[J].工程技术，2012，（5）：125-126.
对量子计算机的认识范文第6篇
关键词：智能信息处理技术；量子计算智能导论；教学实践
人类正被数据淹没，却饥渴于知识。面临浩瀚无际而被污染的数据，人们呼唤从数据中来一个去粗取精、去伪存真的技术。而数据挖掘就是从大量数据中识别出有效的、新颖的、潜在有用的，以及最终可理解的知识和模式的高级操作过程，所以数据挖掘也可以说是一个模式识别的过程，因此模式识别领域的许多技术经过一定的改进便可以在数据挖掘中起重要的作用。计算智能(Computational Intelligence-CI)方法是传统人工智能(Artificial Intelligence，AI)的扩展，它是模式识别技术发展的新阶段[1]。
科学家预言：“21世纪，人类将从经典信息时代跨越到量子信息时代”。创立了一个世纪的量子力学随着20世纪90年代与信息科学交叉融合诞生的量子信息学，已成为量子信息时代来临的重要标志[2]。量子计算智能导论作为信息科学、计算机科学、智能信息处理、人工智能等相关专业的研究生专业课程，已经在越来越多的高等学校开设。
由于量子计算智能是一门跨越包括物理学、数学、计算机科学、电子机械、通讯、生理学、进化理论和心理学等学科在内的深奥科学，因此量子计算智能导论的教学内容和侧重点的安排目前仍处在探索阶段，尤其作为研究生课程如何使得学生在掌握深奥理论的基础上结合实际应用，将理论转化为技术与工具，从而提高动手能力，这是每个研究生专业课任课老师的核心探索所在，因此就要求老师在授业解惑的同时关注前沿，以该学科的前沿领域为教学指引，进而更好的培养研究生主动探索知识的能力。
1教材选择
一本好的教材为教学起到了画龙点睛的作用，因此教材的选择即是老师对教学内容，教学目标和教学方法的选择。我们选择教材，期望该教材由浅入深、深入浅出、可读性好，具有系统性、交叉性、前沿性等特点。由于量子计算智能导论为全校研究生的专业课程，而量子计算智能是一门多学科交叉的综合型学科，因此我们要考虑到来自学校不同专业背景，以及在物理，数学，工程优化和进化理论基础有限的两难困境，所以首先选择了一本关于量子计算的英文原版书作为教材之一，Michael Nielsen等人所著的《Quantum Computation and Quantum Information》[3]，2003年高等教育出版社出版，该书全面介绍了量子计算与量子信息学领域的主要思想与技术。到目前为止，该领域的高速进展与学科交叉的特性使得初学者感到困惑而不易对其主要技术与结论有综合性的认识，而该书特色在于对量子机制和计算机科学给予了指导性介绍，使得那些没有物理学或计算机科学背景的学生对此也易于接受，为学生提供了详实的关于量子计算的物理原理和基本概念；另外考虑到这门课程面向研究生，无论将来他们是直接就业还是继续深造，都要注重实践动手能力的培养，要能够将自己所学的书本知识转化为技术和工具，去解决实际的工程和科研问题，因此我们还选择了另外一门书，由李士勇教授所著的《量子计算与量子优化算法》[4]，哈尔滨工业大学出版社于2009年出版，该书着重讲解了量子优化算法，为实际工程应用提供了新的思路，并启发大家在量子计算机没有走出实验室的今天，如何利用现有的数字式计算机构造具有量子特性的快速算法。当然考虑到全校研究生的专业知识背景不同，我们也推荐了中南大学蔡自兴教授等编著，2004年由清华大学出版社出版的《人工智能及其应用：研究生用书(第三版)》[5]，该书是蔡自兴为主讲教授的国家精品课程人工智能的配套教材，该本书中系统全面的讲解了高级知识推理、分布式人工智能与艾真体、计算智能、进化计算、群智能优化、自然计算、免疫计算以及知识发现和数据挖掘等近年的热点智能方法，从而辅助学生了解人工智能，以及人工智能如何发展到计算智能，使得学生全面认识学科的发展和传承性，为今后学习量子计算智能打下坚实的理论基础。
2教学内容
本课程从量子计算的基本概念和原理出发，重点讲解量子计算基础和基本的量子算法；并从量子优化算法拓展开来。该门课程我们安排了46学时，具体安排如下：第1章，量子力学基础(2学时)；第2章，量子计算基础(4学时)；第3章，基本量子算法(4学时)；第4章，Grover量子搜索算法的改进(4学时)；第5章，量子遗传算法(8学时)；第6章，量子群智能优化算法(8学时)；第7章，量子神经网络模型与算法(8学时)；第8章，量子遗传算法在模糊神经控制中的应用(8学时)。
3教学方法
3.1理论与实践相结合的教学方法
量子计算智能导论是一门多学科交叉的综合型学科。选课的同学来自全校，各个的专业背景不同，但是大家的共同需求是一样的，就是从课程中掌握一种用于解决实际问题的工程技术，但是工程技术的掌握也需要理论的支撑，因此我们在教学实践中总结出了一套方法，具体做法是将教学内容划分为：理论型和实践型。
理论型教学指的是发展完善的量子计算基本原理和方法。其内容包括：量子位、量子线路、量子Fourier 变换、量子搜索算法和量子计算机的物理实现等。而其中量子位、量子线路以及量子算法都是以量子相对论为基础的，这也是量子计算的本质原理，而较之我们熟悉的数字式计算机和计算方式有着本质的区别。我们在教学中由浅入深，通过PPT授课，采取理论与实例相结合的讲授方式。下面给出了一个我们在教学中的实例：将量子计算问题形象化。具体内容如下。
让我们想象一下下面这个问题。我们要找一条穿过复杂迷宫的路。每次我们沿着一条路走，很快就会碰到新的岔路。即使知道出去的路，还是容易迷路。换句话说，有一个著名的走迷宫算法就是右手法则――顺着右手边的墙走，直到出去(包括绕过绝路)。这条路也许并不很短，但是至少您不会反复走相同的过道。以计算机术语表述，这条规则也可以称作递归树下行。现在让我们想象另外一种解决方案。站在迷宫入口，释放足够数量的着色气体，以同时充满迷宫的每条过道。让一位合作者站在出口处。当她看到一缕着色气体出来时，就向那些气体粒子询问它们走过的路径。她询问的第一个粒子走过的路径最有可能是穿过迷宫的所有可能路径中最短的一条。当然，气体颗粒绝不会给我们讲述它们的旅行。但是 量子算法以一种同我们的方案非常类似的方式运作。即，量子算法先把整个问题空间填满，然后只需费心去问问正确的解决方案(把所有的绝路排除在答案空间以外)。这样以来，一个枯燥晦涩的量子算法就被很形象的解释，因此增强了学生的记忆也加深了理解，从而提高了学生的学习兴趣。
实践型教学指的是正在发展中的量子计算智能方法的热点问题。其内容包括：量子遗传算法，混沌量子免疫算法，量子蚁群算法，量子粒子群算法，量子神经网络模型与算法，和这些算法在实际工程优化中的应用。这部分内容属于本学科的前沿，但也是热点问题，因此这部分我们在教学中忽略理论推导，重点强调实际操作，在PPT课件中增加仿真实例的讲解；并在课下布置相应的上机操作习题，配合上机实践课程，锻炼学生的动手能力，同时也引导学生去关注这些前沿，从而培养他们的科研素养。
为了体现该门课的教学特点，我们在考核方式上，采取考试与报告相结合的方式，其中理论部分我们采取闭卷考试，占总考评分数的40%；实践部分采取上机技术报告考核，内容为上机实践课程布置的大作业，给出详实的算法流程图和仿真结果与分析，占总考评分数的40%；出勤率占总考评分数的20%。
3.2科研素养的培养与实践能力的提高
科研素养的最核心部分，就是一个人对待科研情感态度和价值观，科研素养的培养不仅使学生获得知识和技能，更重要的是使其获得科学思想、科学精神和科学方法的熏陶和培养。正如温总理说的那样：“教是为了不教，学是为了会学”，当学生将课本内容遗忘后，遗留下来的东西即是他们所具备的科研素养。因此，在教学中，我们的宗旨也是提高学生的科研素养，量子计算智能导论是一门理论和实践紧密结合的学科，该学科的发展日新月异，在信息处理领域的关注度也越来越高。在教学实践中，我们采用了上机实践和技术报告相结合的教学方式。掌握各种量子计算智能方法的原理和流程是这门课程教学的首要任务，因此学生结合各自研究方向实现量子智能算法在实际科研任务中的优化问题求解。在上机实践中，学生不仅要掌握该智能算法的流程而且重点关注学生对
自己科研任务的建模，学会系统分析问题，建立合理的数学模型，并给出理论分析。上机实践验收中，我们不但考察其结果展示，更增加了上机实践的技术报告，用来分析模型建立的合理性，从而培养学生对待科研问题的分析素养和建模素养。在技术报告中，我们要求学生给出几种可供参考的建模模型，并分析各自的优势，和选择这一解决方案的依据。由于量子计算智能导论是面向研究生开设的课程，在教学中，我们更佳关注其分析问题的能力，和解决问题的合理性的思考能力，从而培养学生的科研素养。
4结语
把教学当做一门艺术，是我们作为高校老师毕生追求的目标，如何做到重点讲透，难点讲通，要点讲清，这也是我们多年教学中一直关注的关键点。我们在教学中反对“灌输式”，强调“启发式”，以实际应用先导教学是非常可取的，也收到了良好的效果。量子计算智能导论是一门综合型交叉学科，且面向研究生开设，因此在教学实践中，我们十分重视学生科研素养的培养。通过上机实践和技术报告的形式引导学生积极动手，积极思考。希望这些教学中的点滴供同行们交流探讨。
参考文献：
[1] 焦李成,刘芳,缑水平,等. 智能数据挖掘与知识发现[M]. 西安:西安电子科技大学出版社,2006.
[2] 田新华. 跟踪国际学术前沿迎接量子信息时代:《量子计算与量子优化算法》评介[J]. 科技导报,2010,28(6):122.
[3]Michael A. Nielsen ,Isaac L. Chuang. Quantum Computation and Quantum Information [M]. 北京:高等教育出版社,2003.
[4] 李士勇,李盼池. 量子计算与量子优化算法[M]. 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2009.
[5] 蔡自兴,徐光v. 人工智能及其应用:研究生用书[M]. 3版. 北京:清华大学出版社,2004.
Exploration on Introduction to Quantum Computational Intelligence
LI Yangyang, SHANG Ronghua, JIAO Licheng
(School of Electronic Engineering, Xidian University, Xi’an 710071, China)
对量子计算机的认识范文第7篇
中图分类号：TP391.6 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）04-0000-00
人工智能（Artificial Intelligence，简称AI）是计算机学科的一个分支，二十世纪七十年代以来被称为世界三大尖端技术之一（空间技术、能源技术、人工智能）。也被认为是二十一世纪（基因工程、纳米科学、人工智能）三大尖端技术之一。近三十年来它发展迅猛，逐步成为一个独立的分支，无论在理论和实践上都已自成系统，在很多学科领域广泛应用，并取得了丰硕的成果。美国麻省理工学院的温斯顿教授认为：“人工智能就是研究如何使计算机去做过去只有人才能做的智能工作。”这种说法反映了人工智能学科的基本思想和基本内容。即人工智能是研究人类智能活动的规律，也就是研究如何应用计算机的软硬件来模拟人类某些智能行为的基本理论、方法和技术。可以说，哪里有计算机应用，哪里就存在应用人工智能。
人工智能是研究使计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为（如学习、推理、思考、规划等）的学科，主要包括计算机实现智能的原理、制造类似于人脑智能的计算机，使计算机能实现更高层次的应用，人工智能将涉及到计算机科学、心理学、哲学和语言学等学科。从思维观点看，人工智能不仅限于逻辑思维，要考虑形象思维、灵感思维才能促进人工智能的突破性的发展，数学常被认为是多种学科的基础科学，数学也进入语言、思维领域，人工智能学科在计算机方面的发展也必须借用数学工具，数学不仅在标准逻辑、模糊数学等范围发挥作用，数学进入人工智能学科，它们将互相促进而更快地发展，以便应用到计算机科学上。
人工智能观点认为计算机不仅是用来研究人的思维的一种工具，相反，只要运行适当的程序，计算机本身就是有思维的，这是指使计算机从事智能的活动。在这里智能的涵义是多义的、不确定的，下面所提到的就是其中的例子。利用计算机解决问题时，必须知道明确的程序。如识别书写的文字、图形、声音等，所谓认识模型就是一例。再有，能力因学习而得到的提高和归纳推理、依据类推而进行的推理等，也是其例。
计算机出现后，人类开始真正有了一个可以模拟人类思维的工具。现在人工智能已经不再是几个科学家的专利了，全世界几乎所有大学的计算机系都有人在研究这门学科，学习计算机的大学生也必须学习这样一门课程，在大家不懈的努力下，现在计算机似乎已经变得十分聪明了。例如，1997年5月，IBM公司研制的深蓝（Deep Blue）计算机战胜了国际象棋大师卡斯帕洛夫（Kasparov）。大家或许不会注意到，在一些地方计算机帮助人进行其它原来只属于人类的工作，计算机以它的高速和准确为人类发挥着它的作用。人工智能始终是计算机科学的前沿学科，计算机编程语言和其它计算机软件都因为有了人工智能的进展而得以存在。
在人工智能中，这样的领域包括语言处理、自动定理证明、智能数据检索系统、视觉系统、问题求解、人工智能方法和程序语言以及自动程序设计等。在过去30多年中，已经建立了一些具有人工智能的计算机系统；例如，能够求解微分方程的，下棋的，设计分析集成电路的，合成人类自然语言的，检索情报的，诊断疾病以及控制太空飞行器和水下机器人的具有不同程度人工智能的计算机系统。
80年代以来，随着计算机网络的普及，特别是Internet的出现，各种计算机技术包括人工智能技术的广泛应用推动着人机关系的重大变化。据日美等国未来学家的预测，人机关系正在迅速地从“以人为纽带”的传统模式向“以机为纽带”的新模式转变。人机关系的这一转变将引起社会生产方式和生活方式的巨大变化，同时也向人工智能乃至整个信息技术提出了新的课题。这促使人工智能进入第三个发展时期。在这个新的发展时期中，人工智能面临一系列新的应用需求。
软件方面，新的开发工具不断出现，使人工智能越来越方便地运用于各种领域。硬件方面，性能更好、价格更低的人工智能芯片，如模糊芯片、神经网络芯片甚至“知识芯片”将不断涌现，模糊计算机、神经计算机等新一代计算机将出现，以代替在该领域的数字计算机，这无疑又将给人工智能的实际应用带来彻底革命。人工智能与计算机图形学之间的相互结合和相互影响正在迅速地发展，新的智能自主图形角色开始普及到游戏、动画、多媒体、多用户虚拟世界、电子商务和其他基于web的活动领域。 智能自主图形角色建模是多方面努力的成果，从底层的几何模型、物理模型，中间层的生物力学模型到高层的行为模型。
由于计算机芯片的微型化已接近极限。人们越来越寄希望于人工智能能够带动全新的计算机技术的发展。目前至少有三种技术有可能引发新的革命，他们是光子计算机、量子计算机和生物计算机。根据推测，未来光子计算机的运算速度可能比今天的超级计算机快1000到1万倍。而一台具有5000个左右量子位的量子计算机可以在大约30秒内解决传统超级计算机需要100亿年才能解决的素数问题。相对而言，生物计算机研究更加现实，美国威斯康星*麦迪逊大学已研制出一台可进行较复杂运算的DNA计算机。据悉，一克DNA所能存储的信息量可与1万亿张CD光盘相当。如果未来上述三种技术能够成熟运用，那人工智能对计算机的发展起到决定性的作用。人工智能一直处于计算机技术的前沿，人工智能研究的理论和发现在很大程度上将决定计算机技术的发展方向。
参考文献
对量子计算机的认识范文第8篇
认知科学目前的理论困境和实践困难就在于它业已形成的图灵意义下的算法概念只能模拟认知和智能活动中的显序部分、形成构成论的原子抽象，或者按我们的说法叫经典的“结构信息”，它不能完全解释人类心智活动的内在机制及其体现出的灵活性、选择性和自涌现性。
吴学谋的泛系理论不是简单地依靠逻辑和图灵机算法，而是把结构信息作为要素的集合与关系的集合（交换信息：五互八筹）构成的复杂大系统来模拟人类智能，以冲破目前所做的只求系统的局部一致性的狭隘途径；而王德奎探索用三旋生物、物理的途径和黄展骥的放弃逻辑的人工手段寻求大逻辑的自然机制，以及周礼全先生在语境和隐涵等概念的基础上提出了运用自然语言进行成功交际的图式（《逻辑--正确思维和成功交际的理论》），都反映了中国学者们力图解决认知科学的深层问题的阶段性成果。我们相信，沿着这一系列探索，结合近年来人工生命、进化计算某领域的新成果，将会产生认知科学新的研究纲领。
关键词：认知科学 可能世界 交换信息 新的研究纲领（信息范型）
一、引论：历史之谜
20世纪的逻辑学家根据莱布尼茨的“可能世界”观念，再进一步严格化、精确化，建立起完整的模态逻辑语义理论--可能世界语义学。使我们可以从多元的角度去看待和探讨逻辑问题，也包括我们可以从认知的角度去探讨逻辑问题并建立各种认知逻辑系统。
与上述过程极为相似的是，十七世纪的哲学家莱布尼茨在三百年前用两个记号0和1的二进制算术来评注和阐述中国古代伏羲图的意义过程中，终于发现“六十四卦图中的64个六爻排列恰好与从0到63的二进制数字一一对应。这一发现使他异常兴奋，立即用法文修改和补充1679年的文章手稿，并将这一法文文稿送交法国科学院院报。”（朱伯--主编的《国际易学研究》第5辑第201页）在某种意义上，莱布尼茨是把易图的“可能世界”严格化，精确化了。但他如何把卦变图和爻变图演变成二进制算术、在走向符号化的同时，又不得不丢失易图的生生之易却是很少为人深究的。
董光璧先生在《易学与科技》的“易卦分类原理”中指出：“易图中的两仪、四象、八卦……就是阴爻和阳爻两个元素的无限重集的排列数。”（第85页）这里对卦变图所蕴含的卦变理论，早被莱布尼茨所揭示：“令人惊奇之处，是这种用0和1进行的算术竟然包含着一个叫做伏羲的古代的国王和哲人所作的线段的奥秘……中国人丢失了卦或伏羲的线形的意义或许已经有一千多年了；他们对（卦）作了诸多评注，却找到了我不知道离得多远的意义。最后它的真正解释竟然是从欧洲人那里来的。事情是这样的：大约两年多前，我写信告诉了当时住在北京的著名法国耶苏会士、尊敬的白晋神父，我的用0和1的计算方法，他立即就看出这便是解开伏羲图的钥匙。于是，他于1701年11月14日写信给我，并给我寄来了这位哲学君王的伟大图形，一直到64；这使人对我们的解释的真理性毫无怀疑余地，以至于可以说，这位神父借助于我们告诉他的解开了伏羲之谜。因为这些图形或许是世界上最古老的科学丰碑，经过这么长时间后，又重新找回它们的意义，确是显得稀奇无比。”（转引自朱伯--主编，《国际易学研究》第5辑，第205页）
但为什么被外国学者视为稀世瑰宝的卦变图，却为我国古代的一些学者视之为臆说呢？明董守谕说：“变卦之例，杂而不一者，各持师说也。愚之言变必欲与卦辞相符，此非愚臆也。”（董守谕，《卦变考略》卷上，第660页）清胡渭认为“李、邵为先天之学”，“既失《参同》之旨，又非《彖传》之意。”（胡渭，《易图明辨》卷九，第778页）。其实，董、胡的看法是透露了承接莱布尼茨思想而建立起来的现代认知逻辑系统固有弊端的征兆。
1、莱氏用0和1 的计算方法是否解开了伏羲图的钥匙。
伏羲图形作为世界上最古老的科学丰碑，如果仅仅是六十四卦图的数字结构，或者说“二元算术”（后人称二进制数字）即数字是用0和1两个基本符号组合去表示任意数字的方法，更具体说，它是满2进1的数系。那么它流传中国几千年也就不会成为众经之首。转贴于
2、六十四卦可用来表征六十四种可能出现的事或物。
古代中国，人们用它去预测自己在生产活动与生活中将要发生的事情。从数学的概率论观点说，如果64卦代表对预测事物可能出现的64个答案，而每卦又有6爻，这就又出现了六类不同答案，按照概率独立事件出现的概率公式知，预测的命中概率应为1／64或1／64×6 = 1／384，这是近代概率论的数学理论。
3、中国宋代邵雍曾对八卦顺序进行量化：“乾七子，兑六子，离五子，震四子，巽三子，坎二子，艮一子，坤全阴，故无子。”这一八卦量化顺序，表明邵氏已给出了十进制与二进制的转换方法，但没有达到莱氏的显化阶段，更无法像莱氏那样应用于计算机的设计，今天的高速电子计算机，以及各种自动化控制系统、机器人、人工智能理论，也许人们只想到莱氏的“可能世界”，但却忘记了这也是间接应用和发展了《易经》中八卦进位原理。
4、莱氏解开伏羲图的钥匙，只打开了一个数字化的现实世界，却留下了可能世界的历史困惑。其实《易经》之精华还在于“道”和“阴阳”对立变化的道理。应该把《易经》看成是发现并应用相对现象与相对原理的一部古老巨著——应将六十四卦作相对表示。西方科技与精神文明中间之所以鸿沟日益加大，不能相称，无非是缺乏相对之理，走极性思维所致。“按八卦阴阳（隐显）之律动，即可与数位值同步作无限之延伸，（这里的数位值指的是位数排列）。然，阴（黑）阳（白）隐显之设定，本随心象而论，任取其一为显，则无穷大等于无限小，且太极八卦本属对应之零壹同位！可析可分，可背可向，可来可去，故单一逻辑，可获得最高旁通率！宇宙时、空??无无之数，因切割而兼寓‘有、无’，此一来去自如之逻辑壁合率，称零壹同位。”（陈子斌：《文明的生产力——河洛八卦开创新时代的新智慧》）。
这种去极性的相对观，使卦变图的卦变理论成为组合创新生生不息的源泉，但历史如果没有让人类经历一次数字化的现实世界，我们是不会向可能世界再作艰难的历险的。（参见邓球柏：爻变与卦变，组合创新《哲学研究》2003第2期）可能世界一旦以某种形式的现实世界出现时，就使我们重演历史的困惑。
二、正论：质疑与突破之路
莱布尼茨的数理逻辑设想，是构建一种理想化的“通用语言”和“通用数学”，把所有的推理都化归为计算，让所有推理的错误都成为计算的错误，以至最后可以通过计算解决各种争论的问题，经过弗雷格、罗素等几代人的努力，直到哥德尔证明一阶谓词演算的完全性时，终于建立了“一阶逻辑”的经典逻辑，部分地实现了莱布尼茨的理想。这种逻辑明显地是以二值原则（即没有任何命题不具有真假值）和实质蕴涵为假定的，而多值逻辑除了取真、假二值之外，还可取许多其他的值，由此，量子逻辑、模糊逻辑等都放弃了二值原则；模态逻辑则以其违反人们的常识的直觉用其它蕴涵取代了实质蕴涵。这些新的逻辑学分支就形成了与经典逻辑有别的非经典逻辑。
从语义学角度看，公理化、形式化系统的解释经历了从现实世界模型到可能世界模型的演变。现实世界模型亦称单世界假定，是指把形式系统内的一切符号和公式都解释为现实世界中的对象以及关于这些对象的命题，并认为我们能够在形式系统中适当地谈论其存在的一切都必定存在于现实世界的某处，只不过所关注的是这个世界的更为抽象和一般的方面或特性。可能世界模型亦称多世界假定，是指形式系统的解释框架除现实世界外，还有多个不同的可能世界，逻辑真理并不只与现实世界相关，而是与所有的可能世界相关，逻辑真就是在所有的可能世界中都真。
伴随着语义思考从现实世界模型到可能世界模型的发展，逻辑研究的重心也经历了从语形学（证明论）到语义学（模型论）的变化。
这在洪定国教授最近的论文（见参考文献6）中有哲学的升华。他认为：古往今来，破碎性的人类意识产生破碎性的人类实在，——尽管这种实在又对象化的以心理的、生理的、文化的和物质的形式集蓄于每个人的大脑和一切非生命的人造物之中。从现代物理学来看，现实世界是由分离而独立存在的粒子构成的。这种观念充其量是一种只在一定有限领域内近似有效的抽象。由各种可能世界生成的整个宇宙，必须被理解为一个单一的不能分割的整体，在这个整体中分析（分析为独立存在的部分）不具有基本的地位。转贴于
故洪定国教授总结玻姆的观点是：任何一个显析序结构（我们称之为结构信息）总是相对的，暂时的，它迟早会消解于隐缠序的背景（我们又称其为交换信息的背景为广义信息范型）之中；在更深、更广袤的层面上这无限的实在又会拓展出新的显析序结构来，如此无穷。如此着眼，凡由破碎性的显析观念去解决带整体性的问题总是要碰壁的。
如果说持传统观念的思想家、科学家所代表的总是破碎性的人类意识（或曰：极性思维，它只代表部分群体的利益，或对于事物深层整体性线索的无知或不敏感）在试图解决已表面化的种种冲突（包括人与自然的冲突）面前，老是不能吸取碰壁的教训，那么认知科学的现状是否把莱布尼茨的严格化、精确化思想推至极限，重演着——试图由破碎性的观念去解决带整体性的问题呢？这是值得人们深思的。
三、余论：哲学的反思
莱布尼茨在发表《关于只用两个记号0和1 的二进制算术的阐述和古代伏羲图的意义的评注》（1703年5月5日）之前，已建立了自己的哲学体系：两种实体学说。
这一学说自1686年他在《形而上学论》和致阿尔诺的信里明确提出“有形实体”（“substance corporelle”）的概念就正式出现。
而在1689年就在关于腊尔夫.库德华斯的《真正理智体系》的读书笔记中曾思考过“单子”概念的物质性。至迟也在1695年莱氏就在自己的严格哲学的意义上使用了“单子”这一术语，并明确宣布“单子”亦即“实在的单元”。我们不能因此而把突出“物体哲学”的莱布尼茨同所谓信守“单子主义”的晚年莱布尼茨对立。
正是他发表“古代伏羲图意义”这一年——1703年，9月致阿尔诺的一封信的“边注”上，他提出两种物质学说的。莱氏在这封信中区分了三种意义的物质：（1）“作为有形团块本身的物质”；（2）“次级物质”（3）“原初的被动的力”即“原初物质”。其中，第一种“物质”，是笛卡尔的，后两种则是莱氏自己的。
而在1703年6月20日致沃尔德的信中提出著名的“实体结构”（五层面）的解释框架，关键是提出“单子”即简单实体（第三层面）同“有形实体”（第五层面）的区别与关联，后来一直坚持，实体有“简单实体”和“复合实体”（“有形实体”）两种。
这里莱氏的“次级物质”学说，便自然地充当了他的“物体哲学”或“现象主义”与他的“实体哲学”或“单子主义”相互关联的“中介”。“中介”功能表现在：“有形实体”既是“有形”的实体，又是有形“实体”：由于是“有形”实体，便势必同具有部分析可分的有广延的作为“现象”而存在的“物体”有内在关联；由于是有形“实体”，便又势必同“绝对没有部分”的，没有广延的作为“本体”而存在的“构成事物的绝对的最初本原”的“单元”即“单子”或“简单实体”有内在关联。
看来，莱氏的两种实体学说，实质上是五层次的实体结构的两个层面，我们不能把“现象主义”（“物体哲学”）和单子主义（“实体哲学”）这不同层次的东西放到一个层次来，只要不从平面思想来看莱氏的两种实体学说，就必然会得出这样的结论：他的简单实体或单子关涉的是他的实体学说的逻辑的和本质的层次，而他的有形实体关涉的则是他的实体学说的现实的、现象的层次。（参见：段德智、李文潮：试论莱布尼茨的现象主义与单子主义的内在关联《哲学研究》2002.9）
纵观西方哲学史，尽管有一系列转换以摆脱认知困境，如：西方的实证主义、分析哲学通过维持格斯坦、哥德尔作了逻辑到哲学的转换，西方欧陆的现象学，存在主义经海德格尔开始了从现象学的“认识论”到存在的广义“本体论”的转换，而库恩晚期科学哲学的认知范式又从现象学回到了心理学，无论西方哲学整体有多么复杂的层次，源头都在莱布尼茨的两种实体学说——归根在于难以完成从实体到关系的大转换。这种未完成转换过程的哲学阻碍了认知科学的发展，因此，认知科学的突破，无疑还需要一场哲学的大革命！
四、出路 ：拔动生命和宇宙的琴弦
认知科学不是清谈，正如能生娃娃并不一定就能干；因为人类与动物不同，还讲人伦，能生娃娃，但并不文明。与此相似，认知科学也存在球面与环面的界面，这是依据高能物理的空间破裂和拓扑学的环面与球面不同伦，发展出的三旋理论才揭示的。三旋理论在国内外率先提出：面旋、体旋、线旋、转座子、类圈体等概念群，并以相关数学模型为支撑，对现今自然科学前沿、宇观—宏观—微观世界的众多科学难题给予了统一的“三旋”解，并且还将其创新概念引伸、应用于认知科学和科技哲学等领域；其成果超越了当代物理学最前沿——超旋理论探索的视野，其科学思路给予了人们以深刻的启示。它的成功最根本之处在于其是一种新的、合理的、“能—形结合”的方法，它使传统的欧氏几何和拓扑学的方法有机地结合了起来，从而使它较欧几里德几何学更明确地回答了物质基本的空间存在形式和运动方式，弥补了自毕达哥拉斯时代以来研究物质世界所忽视了的物质“最基本的运动方式”的缺陷，这更符合唯物辩证法的基本观点。现举两个拨动生命和宇宙琴弦的例子来说明：
1.在量子计算机与双螺旋结构的三旋联系中，它提出量子计算机是借助类圈体的三旋转动及“受控非门”的操作，从而为中国科学家的量子点研究拓开了思路。莱布尼茨认识中国古代易学64种卦爻的二进制方法，是将认知己科学引上物化的道路，因此有后来以0和1计数的电子计算机（电脑）的出现。但0和1的二相性，仅是2的倍数方法，这太线性太不平凡了。这是认知科学处在球面阶段的特征。因为取类似球体为相，只有正、反转两个自旋和轴向朝上朝下等两个单共轭编码。然而取类似圈态为相，就有62种自旋，并有单共轭、双共轭、多共轭编码，这为制造量子计算机打开了大门。因为一个类圈体的量子位可同时以0和1的状态存在，构成类似电脑0与0、0与1、1与0、1与1等4种不同状态，但量子位不需像电脑里那样移动，而是这四种尝试只用一步就能打开。联系DNA双螺旋演示链的弧波模拟，从而为生命是计算进行了重新的解读。
2.弦理论的振动模式，在三旋理论的质量谱计算公式里，相应为模数、基角和参数。这是把量子力学和相对论中的波函数、几率、量子隧道、不停歇的真空能量涨落、空间和时间的融合、同时性的相对性、时空结构的弯曲、黑洞、大爆炸等等，用一组方程式归总起来的。有些中国学者困惑，他们讲类圈体的自旋不止面旋、体旋、线旋这三种，瞎说《理论力学》教材的进动、章动、定点转动、定轴转动等等都是类圈体的自旋，真像的人不知道有道德和文明。当然不要以为仅是中国学者是这样，像西方搞量子计算机理论的专家Neil Gershenfeld也没有把类圈体和类球体自旋的进动分辨清楚。因为球面认知科学，从莱布尼茨到图灵，到哥德尔，到盖尔曼、霍兰、霍金、威滕，虽然取得了长足的进展，但并不是不能打破西方科学的话语权，例如整体与破碎，沿袭西方的中国学者认为这是两个不同的概念，其实从拓扑学上讲，这种整体破碎为部分的东西，如仍是相似整体的球面，并没有实质性的区别。易学的阴阳、泛系、序构，并不是球面的特色，而更多是误入。宏观中的进化与熵增正是一种不确定性。球面更多可能世界；不确定性更多与环面相联，单值与多值都能统一在环线赛博空间中，所以盼当代认知科学早日丢掉球面的头盔，戴上新认知的光环。
参考文献
1、洪定国：物理实在论〔M〕商务印书馆 2001.11
2、金吾伦：生成哲学〔M〕河北大学出版社 2000
3、洪定国：意识本性初探〔J〕自然辩证法研究 1995（4）
4、洪定国：再探意识本性〔J〕自然辩证法研究 2001（7）
5、洪定国：复探意识本性〔J〕自然辩证法研究 2002（9）
6、洪定国、容青艳、戴维?玻姆的对话观是对人类传统思想文化的超越〔J〕自然辩证法研究
2003（2）
7、吴学谋：泛系，万悖痴梦〔M〕湖北教育出版社 1998.7
8、黄展骥等：思维与智慧??大众逻辑〔M〕呼和浩特，远方出版社 1999
9、王德奎：三旋理论初探〔M〕成都：四川科学技术出版社 2002.5
10、〔德〕施太格缪勒：当代哲学主流〔M〕商务印书馆 1992
11、陈波：逻辑哲学导论〔M〕中国人民大学出版社 2000
12、周昌乐：认知逻辑导论〔M〕清华大学出版社 广西科学技术出版社 2001.5
13、张建军：逻辑全能问题与动态认知逻辑〔J〕自然辩证法研究 2000增刊
14、李小五：目前我国逻辑学研究的几个误区〔J〕自然辩证法研究 2000增刊
15、刘晓力：认知科学研究纲领的困境与走向〔J〕中国社会科学 2003（1）
16、周燕：科学理论评价的计算模型〔J〕哲学研究 2002（9）
17、邹崇理：信息流逻辑〔J〕哲学研究 2002（9）
18、刘粤生：“信息增殖进化论”，载信息革命在中国〔M〕中国人民大学出版社 1998