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量子力学和计算机的关系范文1
关键词：新型计算机系统；计算机发展：计算机应用
一、新型计算机系统陆续出现
目前，世界各国的研究人员正在加紧研究开发新型计算机，计算机从体系结构的变革到器件与技术革命都要产生一次质的飞跃。新型的量子计算机、光子计算机、生物计算机、纳米计算机等将会在21世纪走进我们生活的各个领域。
1、量子计算机
量子计算机是在量子效应基础上开发的，它利用一种链状分子聚合物的特性来表示开与关和激光脉冲来改变分子的状态，使信息沿着聚合物移动，从而进行运算。量子计算机中数据用量子位存储。一个量子位可以存储2个数据,量子计算机的存储量比通常计算机大许多。目前正在开发中的量子计算机有3种类型:核磁共振(NMR)量子计算机、硅基半导体量子计算机、离子阱量子计算机。量子计算机将会在2030年预计被普及。
2、光子计算机
光子计算机即全光数字计算机，以光子代电子，光互连代替导线互连，光硬件代替计算机中的电子硬件，光运算代替电运算。光子计算机的“无导线计算机”信息传递平行通道密度极大。光的并行、高速,天然地决定了光计算机的并行处理能力极强，具有超高速运算速度。光子计算机不但在室温下便可以工作，还具有与人脑相似的容错性。现在世界上第一台光子计算机已由欧共体的英国、法国、德国等国的70多名科学家研制成功，并预计光子计算机的进一步研制将成为21世纪高科技课题之一。
3、生物计算机(分子计算机)
生物计算机的运算过程就是蛋白质分子与周围物理化学介质的相互作用过程。计算机的转换开关由酶来充当,而程序则在酶合成系统本身和蛋白质的结构中极其明显地表示出来。蛋白质分子比硅晶片上电子元件要小得多,距离很近,生物计算机完成一项运算,所需的时间仅为10微微秒,比人的思维速度快100万倍。DNA分子计算机具有惊人的存贮容量,1立方米的DNA溶液,可存储1万亿亿的二进制数据。DNA计算机消耗的能量非常小,只有电子计算机的十亿分之一。由于生物芯片的原材料是蛋白质分子,所以生物计算机既有自我修复的功能,又可直接与生物活体相联。预计10至20年后，DNA计算机将进入实用阶段。
4、纳米计算机
“纳米”是一个计量单位,一个纳米等于10[-9]米,大约是氢原子直径的10倍。现在纳米技术正从MEMS(微电子机械系统)起步,把传感器、电动机和各种处理器都放在一个硅芯片上而构成一个系统。应用纳米技术研制的计算机内存芯片,其体积不过数百个原子大小,。纳米计算机不仅几乎不需要耗费任何能源,而且其性能要比今天的计算机强大许多倍。目前,惠普实验室的科研人员已开始应用纳米技术研制芯片,一旦他们的研究获得成功,将为其他缩微计算机元件的研制和生产铺平道路。
二、计算机保持关键技术的发展
计算机技术将向超高速、超小型、平行处理、智能化的方向发展。尽管受到物理极限的约束,采用硅芯片的计算机的核心部件CPU的性能还会持续增长。超高速计算机将采用平行处理技术,使计算机系统同时执行多条指令或同时对多个数据进行处理,这是改进计算机结构、提高计算机运行速度的关键技术。同时计算机将具备更多的智能成分,它将具有多种感知能力、一定的思考与判断能力及一定的自然语言能力。除了提供自然的输入手段外,虚拟与现实技术是这一领域发展的集中体现。传统的磁存储、光盘存储容量继续攀升,新的海量存储技术趋于成熟,新型的存储器每立方厘米存储容量可达10TB。信息的永久存储也将成为现实,千年存储器正在研制中,这样的存储器可以抗干扰、抗高温、防震、防水、防腐蚀。
三、互联网络技术继续提升
二十世纪九十年代兴起的Internet在过去如火如荼地发展,其影响之广、普及之快是前所未有的。从没有一种技术能像Internet一样,剧烈地改变着我们的学习、生活和习惯方式。全世界几乎所有国家都有计算机网络直接或间接地与Internet相连,使之成为一个全球范围的计算机互联网络。人们可以通过Internet与世界各地的其它用户自由地进行通信,可从Internet中获得各种信息。回顾一下我国互联网络的发展,就可以感受到互联网普及之快。人们已充分领略到网络的魅力, Internet大大缩小了时空界限,通过网络人们可以共享计算机硬件资源、软件资源和信息资源。“网络就是计算机”的概念被事实一再证明,被世人逐步接受。在未来10年内,建立透明的全光网络势在必行,互联网的传输速率将提高100倍。在In-ternet上进行医疗诊断、远程教学、电子商务、视频会议、视频图书馆等将得以普及。同时,无线网络的构建将成为众多公司竞争的主战场,未来我们可以通过无线接入随时随地连接到Internet上,进行交流、获取信息、观看电视节目。
四、产业发展的重要方向是移动计算技术与系统
随着因特网的迅猛发展和广泛应用、无线移动通信技术的成熟以及计算机处理能力的不断提高,新的业务和应用不断涌现。移动计算正是为提高工作效率和随时能够交换和处理信息所提出,业已成为产业发展的重要方向。移动计算有通信、计算和移动三个要素。这三个方面既相互独立又相互联系。移动性可以给计算和通信带来新的应用,但同时也带来了许多问题，这样一个环境下,引出了很多在移动通信网络和计算机网络中未遇到的问题。第一,信道可靠性问题和系统配置问题。有限的无线带宽、恶劣的通信环境使各种应用必须建立在一个不可靠的、可能断开的物理连接上。在移动计算网络环境下,移动终端位置的移动要求系统能够实时进行配置和更新。第二,为了真正实现在移动中进行各种计算,必须要对宽带数据业务进行支持。
参考文献：
[1]戴宗坤,罗万伯,唐三平,等.信息系统安全.北京:金城出版社, 2000
量子力学和计算机的关系范文2
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1 2 + 3 变换成1 5 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1 6 1 4 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。1 6 2 0 年, 冈特最先利用对数计算尺来计算乘除。1 8 5 0 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1 8 3 4 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。1 9 4 1 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1 0 0 多年前巴贝奇的理想。
5 电子 计算机
2 0 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1 9 4 6 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2 0 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2 0 世纪6 0 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2 1 世纪3 0 年代, 芯片内导线的宽度将窄到纳米尺度( 1纳米= 1 0 - 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2 1 世纪前3 0 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, 1 9 8 5 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1 0 2 4 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1 0 2 4 位整数的质因子分解问题, 大约需要2 8 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2 0 4 6 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4 0 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6 4 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,quantumcomputation and quantum information[m].cambridge university press,2000.
量子力学和计算机的关系范文3
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1 2 + 3 变换成1 5 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。wwW.133229.cOM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1 6 1 4 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。1 6 2 0 年, 冈特最先利用对数计算尺来计算乘除。1 8 5 0 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1 8 3 4 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。1 9 4 1 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1 0 0 多年前巴贝奇的理想。
5 电子 计算机
2 0 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1 9 4 6 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2 0 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2 0 世纪6 0 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2 1 世纪3 0 年代, 芯片内导线的宽度将窄到纳米尺度( 1纳米= 1 0 - 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2 1 世纪前3 0 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, 1 9 8 5 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1 0 2 4 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1 0 2 4 位整数的质因子分解问题, 大约需要2 8 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2 0 4 6 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4 0 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6 4 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,quantumcomputation and quantum information[m].cambridge university press,2000.
量子力学和计算机的关系范文4
物理学作为一门基础学科，一直是我们高中生（特别是理科生）学习的重点。但很多同学在接触物理过程中，认为学物理是无用的，因为其好像对我们的个人生活并没有什么实际性的帮助，反而因为难度较高造成了很大的学习压力，殊不知计算机与物理学存在着不能割裂的联系，已成为我们生活中不可缺少的一部分。
一、计算机发明的背景及其发展历程
物理学是研究物质世界最基本的结构、最普遍的相互作用、最一般的运动规律及计算机所使用的实验手段和思维方法的自然科学，它是人们对无生命自然界中物质的转变的知识做出规律性的总结的一门学科。物理学的影响深远，这是因为物理学的突破时常会造成新科技的出现，物理学的新点子很容易在其它学术领域产生共鸣。例如，在电磁学上的进展，直接地导致了发电机的产生，使电力的大规模生产与传输成为现实，大幅度地提升了整个社会的生活水平。计算机这一伟大发明就是在人类不断的认识世界，发现自然界规律的的背景下产生的。
自1946年第一台计算机发明以来，计算机虽然只经过了几十年的发展，但计算机已经经历了占地面积大、速度慢、储存量小，主要用于数据计算的第一代计算机――电子管计算机；以磁芯或磁鼓作存储器，开始用于数据处理和过程控制的第二代计算机――晶体管计算机；主存储器渐渐过渡到半导体存储器并且主要部件变成中小规模集成电路的第三代计算机――中小规模集成电路计算机；体积缩小、性能提高、集成更高的并开始广泛用于各种领域的第四代计算机――大规模和超规模集成电路计算机。现在，人类已经迎来了计算机、网络、通信技术三位一体的具有人工智能的第五代计算机时代，可以说，在计算机发展的每一个阶段，物理学都留下了不可磨灭的印记。
二、物理学对计算机发展的影响
1.第二次科技革命中最具代表性的即是奥斯特的“电磁感应”现象的发现，该发现为发电机和电动机的制造创造了可能性，之后法拉第的“电磁感应定律”更是为发电机的发明和投入使用奠定了坚实的基础，使人类迎来了区别于以往的新能源。同时从电磁感应实验以及应用物理理论研究到电气化时代的到来，电力成为了新型主要的能源，电力设备也逐渐的发展起来[1]，计算机就是在电力的支撑下才有了发展的可能。计算机等电力设备产生的前提是电力的存在，并且它们赖以工作的前提也是充沛的电力，可以说，计算机赖以存在的首要前提便是物理学中电力的发现。
2.现今，如果问影响人类最广泛的计算机功能是什么？很多人会毫不犹豫的选择网络。网络不仅拉近了人与人之间的联系，而且因为资源的共享使生活更加便捷、工作更加科学。那究竟网络是怎样实现的，它又与物理学有那些联系呢？网络就是通过线路互连起来的、资质的计算机集合，确切的说就是将分布在不同地理位置上的具有独立工作能力的计算机、终端及其附属设备用通信设备和通信线路连接起来，并配置网络软件，以实现计算机资源共享的系统。网络传输需要介质，网络常用的传输介质有：双绞线、同轴电缆、光纤、无线传输媒介等，这其中无论是金属导体还是光纤导体，都离不开其物理性能的开发，其本身存在的物理性能是支撑网络传输的基础。并且随着计算机制造业的大力发展，更是将计算机网络硬件的可靠性及性价比推向一个新的高峰[2]，这种现状下计算机硬件的改革与创新也不断开展，物理作为支撑硬件发展的物质和性能基础任务还很巨大。
量子力学和计算机的关系范文5
关键词：计算机技术 发展趋势
中图分类号：G633.58
一、前言
当前计算机技术获得了迅猛发展，广泛地应用于人们的生活中，给人们的生活带来了巨大的便利，计算机技术也从单一化领域逐步发展到多元化领域。但随着社会经济的发展，各行各业对计算机技术的要求越来越高，要适应社会需求，就必须深入研究计算机技术，以使计算机技术更好地满足社会需求。
何为计算机技术呢？计算机技术是指运用计算机综合处理和控制文字、图像、动画和活动影像等信息，使多种信息建立起逻辑链接，集成为一个系统并具有交互作用。这与传统的多种媒体简单组合是完全不同的。计算机技术是将视听信息以数字信号的方式集成在一个系统中，计算机就可以很方便地对它们进行存储、加工、控制、编辑、变换，还可以查询、检查。
二、计算机保持关键技术的发展
计算机技术将向超高速、超小型、平行处理、智能化的方向发展。尽管受到物理极限的约束，采用硅芯片的计算机的核心部件CPU的性能还会持续增长。超高速计算机将采用平行处理技术，使计算机系统同时执行多条指令或同时对多个数据进行处理，这是改进计算机结构、提高计算机运行速度的关键技术。同时计算机将具备更多的智能成分，它将具有多种感知能力、一定的思考与判断能力及一定的自然语言能力。除了提供自然的输入手段外，虚拟与现实技术是这一领域发展的集中体现。传统的磁存储、光盘存储容量继续攀升，新的海量存储技术趋于成熟，新型的存储器每立方厘米存储容量可达10TB。信息的永久存储也将成为现实，千年存储器正在研制中，这样的存储器可以抗干扰、抗高温、防震、防水、防腐蚀。
三、新型计算机技术的应用
随着硅芯片技术的快速发展，硅技术也越来越接近物理极限，为了解决物理性对硅芯片的影响，世界各国都在加紧研制新技术，计算机领域将会出现一些新技术，给计算机的发展带来质的飞跃。虽然这些新型计算机技术还在发展中，但不久这些新型的量子计算机、光子计算机、生物计算机、纳米计算机等将会遍布我们生活的各个领域，获得广泛的应用。
1、量子计算机
这种计算机是根据量子效应设计出来的，借助链状分子聚合物的特性来实现开关状态，分子状态变化借助于激光脉冲改变，使相关的信息跟着聚合物转变，然后实现运算。量子计算机是立足于力学规律之上进行运算及存储信息的，量子计算机的存储量是非常大的，不仅能高速地处理数据，还有着安全的保密体系。量子计算机技术的发展是科学界一直追逐的梦想，现在还只是利用了量子点操纵、超导量子干涉等方面，此领域还有待更进一步的研究，量子计算机的应用必会给未来计算机技术发展带来新机遇。
2、光子计算机
光子计算机也就是全光数字计算机，就是用光子代替电子，用光互连代替导线互联，光硬件代替电子硬件，从而实现光运算代替电子运算。光与电子相比，其传播速度非常快，它的能力超过了现有电话电缆的很多倍，同时光子计算机在一般室温下就可以使用，不易出现错误，和人脑具有类似的容错性。这些优势必会提高计算机的效能，使光子计算机获得广泛的发展与应用。
3、生物计算机
生物计算机也即是分子计算机，其运算过程就是蛋白质分子与周围物理化学介质相互作用的过程。生物计算机的转换开关是由酶来担当的，要更好地显现出酶，就需要酶和蛋白质融合在一起。通过这种技术制作的生物计算机体积小，耗电少，存储量大，还能运行在生化环境或者有机体中，比较适合应用于医疗诊治及生物工程等。
4、纳米计算机
纳米属于计量单位，大概是氢原子直径的十倍。纳米技术从开始就受到了科学家们的关注，也是80年代初迅速发展起来的前沿技术，科学家们一直深入研究。现在纳米技术应用领域还局限于微电子机械系统，还没有真正应用于计算机领域。在微电子机械系统中应用纳米技术知识，是在一个芯片上同时放传感器和各种处理器，这样所占的空间较小。纳米技术如果能应用到计算机上，必会大大节省资源，提高计算机性能。
四、未来计算机技术的发展趋势
1、无线化趋势
计算机实现无线化一直是人们梦寐以求的，这与当前笔记本实现的无线是不同的，未来计算机无线化是指网络与设备间的无线连接，如果无线化得到了实现，未来在家中使用台式电脑比用笔记本还方便，因为显示器与主机不用再连线。也就是说实现无线显示器，这种技术被称为UWB技术，属于无线通信技术，可以为无线局域网和个人局域网提供方便，带来低功耗、高带宽的优势。
2、网络化趋势
目前，信息技术获得了快速发展，计算机也越来越普及，各种家用电器也开始走向智能化，未来有可能实现家电与计算机之间的网络连接，计算机可以通过网络调控家电的运作，也可以通过网络下载新的家电应用程序，从而提高家电的性能。同时利用互联网也可以远程遥控家中的家电，在办公室就能让家中的电器工作，为生活提供便利。
3、人性化趋势
计算机的普及必会要求计算机更好地为人服务，这就需要计算机与人之间的交流要人性化，这样人们才会真正使用计算机。要实现这个目标，计算机的交互方式将会走向多样化，可以通过书写控制，也可以通过语言控制、眼镜控制等。随着智能化的提升，计算机可以自动选择操作流程，使用起来较为简单，有可能达到与家用电器操作一样简单，使用者不需要专门学习就能操作。
五、总结语
科学技术是第一生产力，随着信息技术的发展，计算机给人们的生活带来了诸多便利，故大力发展计算机技术是必要的。目前，一些新型的计算机技术已经开始应用到一些领域，未来计算机技术的发展必会超出人们的预想。
参考文献
1、赵玉帅，有关计算机技术的讨论及未来的发展方向[J]，信息与电脑，2010年第3期
量子力学和计算机的关系范文6
关键词:商业银行;计算机;审计
审计署从1998年开始明确信息化建设,到2002年5月“金审工程”正式启动作为标志审计信息化建设进入飞速发展的阶段。在金融审计领域,由于金融企业实行电子化、网络化管理,数据复杂、多样化的特点,决定了金融审计必须运用信息化审计技术,即运用计算机审计来提高工作效率、实现审计目标、创造审计信息化的新模式。本文结合实际,谈谈对商业银行审计中运用计算机审计的几点体会和思考:
1 金融审计必须开展计算机审计
金融企业业务量大、数据量大、贷款档案和会计凭证多,在传统的手工审计下,只能根据报表、明细帐、内外审计报告等有关资料进行经验分析,确定抽查的重点和对象,这种方式带有一定的不确定性和偶然性,难以全面性反映问题,但若采用详查方式人力物力又难以组织和实施。计算机审计的开展,使金融审计人员能够从大量原始、繁琐的数据和枯燥、重复的手工操作中解脱出来,运用计算机知识从容的提取、分析和判断被审计单位海量的财务、业务信息,扩大了审计覆盖面,提高了审计效率和审计质量。
2 审计方法的改变决定审计项目组织管理模式的变化
手工审计下一般根据审前调查的情况,以资产或者贷款规模为标准初步确定抽查的支行,审计人员分成几个小组到抽查支行进行审计,审计中接触和询问较多的部门主要是总行和各支行的财会部、信贷部。采用计算机审计后,针对目前商业银行将散布在各个分支银行和营业网点的业务数据及其他相关数据,向总行进行上收的数据大集中,实行扁平化管理的“大总行、小分行”模式,审前调查重点集中于总行一级,接触较多的是银行计算机系统管理部门,审计人员首先在该部门了解系统的基本情况,然后根据需求下载和转换数据,获取审计所需要的电子数据,集中力量对数据进行分析和整理,提出有疑点的数据,确定审计重点和审计线索,审计进点后就可以安排审计组对相关支行进行重点和有针对性的审计,避免了现场审计的盲目性。另一方面计算机审计需要审计人员与计算机技术人员的相互沟通和配合。金融审计人员可以独立操作简单的查询、筛选、统计、分析功能,比如利用关键字查询银行自办实体,统计贷款大户的贷款总额等。
3 审计内容从电子数据审计发展到尝试对计算机系统的审计
商业银行的计算机系统数据一般分为财务数据和业务数据两部分,计算机审计按审计对象大致可分为两类:一类是电子数据审计,即通过对电子数据的收集、转换、整理、分析和验证,发现和查找问题,实现审计目标;二是对计算机系统进行审计,是一个通过收集和评价审计证据,对其系统是否能够保护资产的安全、维护数据的完整、使被审计单位的目标得以有效地实现、使组织的资源得到高效地使用等方面作出判断的过程。商业银行数据实行大集中后风险也更加集中,如系统受到黑客攻击或不法分子利用系统的安全漏洞实施犯罪,系统程序设计上存在不足造成数据核算和处理不完整不准确。数据集中后对于银行的风险管理,特别是对操作风险管理和灾难备份系统建设提出了更高的要求。所以,在电子数据审计的基础上对处理、存储电子数据的计算机系统进行审计显得尤为必要。
4 确定计算机审计的范围和重点是关键
商业银行常用的数据库管理系统有Orale、Sybase、DB2等,由于银行的经营业务品种较多,其对应开发的系统也较多,如我们对某商业银行审前调查了解到该行使用的系统总体分为综合业务系统、财务核算系统、信贷业务系统三大类,各类下又分为若干的子系统,如果对这些系统都审计一遍,显然审计资源是无法满足的。为此,就需要审计人员深入了解银行的经营业务及在业务中计算机的实际应用情况,结合审计目标、以往审计情况、审计人员经验和已取得的电子数据、数据字典和数据库说明等技术资料,进行审计需求分析,确定能利用现有数据进行分析的具体问题,确定审计范围和重点,然后根据法律法规、业务逻辑关系、数据间的勾稽关系等建立分析性“中间表”和审计分析模型进行审计。该次审计我们结合资产负债损益审计的要求、该行自行开发系统特点、存贷款计息情况审计较少等情况,最终选择将与财务报表直接相关的核心系统、贷款业务系统、存贷款计息系统、银行承兑汇票系统作为审计范围和重点,大大提高了审计效率,实现了审计目标。
5 传统审计方法与计算机审计有机结合,确保审计质量
计算机审计提高了工作效率、降低了审计成本,扩展了审计范围,使审计人员可以对审计内容进行全面、迅速、有效的分析,但同时也存在一定的局限性和风险。一方面审计人员运用Access、Excel、SQL Server等工具软件审查问题,当审计人员掌握的情况不充分、分析不深入时,编制的程序就会存在不足,而计算机运行是客观的执行,并没有主观的判断,得出的数据和结果就不一定准确,有时还会出现较大的差异。所以在审计工作中,要对计算机审计程序运行的结果进行抽查验证,检查结果的准确性,根据抽查的反馈情况逐步调整、完善程序,得到正确的审计结果。另一方面如果被审计单位计算机系统中的数据存在虚假、修改等情况或者审计人员过分依赖计算机运行所得出的结果,而没有对各种疑点线索进行必要的复查,都会形成审计风险。所以,应该明确计算机审计并不能够完全代替传统的审计方法和技术。在加快计算机审计的研究和发展的同时,也要将调阅被审计单位资料、进行抽样审计、问卷调查、延伸审计等传统的审计方式和方法与计算机审计有机结合,确保审计质量。
