量子编码防止黑客_量子计算机黑客

文字简介：

• 1、量子计算机的编码方案有哪些？
• 2、高达00 吠陀是什么?翻译的有问题?
• 3、郭光灿的媒体介绍
• 4、量子密码的诞生是不是就意味着黑客的末日？
• 5、量子计算机和生物计算机各自的优缺点有哪些？
• 6、未来的新型计算机是怎样的？

量子计算机的编码方案有哪些？

量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。研究可逆计算机的目的是为了解决计算机中的能耗问题。

无论是量子并行计算还是量子模拟计算，本质上都是利用了量子相干性。遗憾的是，在实际系统中量子相干性很难保持。在量子计算机中，量子比特不是一个孤立的系统，它会与外部环境发生相互作用，导致量子相干性的衰减，即消相干。因此，要使量子计算成为现实，一个核心问题就是克服消相干。而量子编码是迄今发现的克服消相干最有效的 *** 。主要的几种量子编码方案是：量子纠错码、量子避错码和量子防错码。量子纠错码是经典纠错码的类比，是目前研究的最多的一类编码，其优点为适用范围广，缺点是效率不高。

高达00 吠陀是什么?翻译的有问题?

原音是VEDA，是一个超级计算机，有伊奥利亚大叔制造用于控制世界的情报，与它联机的机体能获得技术支援，大大减轻机师的负担。

郭光灿的媒体介绍

追回更好的时光

1942年，郭光灿出生于福建省一个渔民家庭。父亲用一只小木船运货，艰难维持着全家五口人的生计。他三岁那年，父亲被日本人抓去做苦工，结果一去不返，在船上生病客死海外。含辛茹苦的母亲，独自一人抚养郭光灿三兄弟长大。

尽管家境十分窘迫，但目不识丁的母亲还是坚持送三个孩子去学堂念书。郭光灿天资聪颖又酷爱读书，家里人看到他成绩优秀，就全力支持他一直念下去。1958年初中毕业时，他被保送升入重点高中泉州五中。

入高中时，恰逢“大跃进”在全国轰轰烈烈展开。“教育也要大跃进。”郭光灿回忆，学校考试选拔出成绩较好的一批同学，组成两个理工班，“要求三年的功课两年完成”。

郭光灿思忖，少读一年书就能省下很多钱，于是毅然选择了理工班。而在此前，少年郭光灿还曾梦想着“将来长大了能当一名作家”。

两年后的1960年，郭光灿参加全国统一高考，之一志愿报考留苏预备班，第二志愿为中国科技大学。后因中苏关系紧张，留苏政策变动，他未能如愿踏上苏联之旅，而是迈入了中科大的校门。

“因为当时想学半导体，就报考了中科大无线电系。”郭光灿的这一选择可谓阴差阳错，进了校门他才知道，科大的半导体专业设在物理系，而不是像他所知道的北大半导体物理专业归在无线电系。

人生重大选择中出现的这一段“小插曲”，并未在郭光灿心里掀起波澜。他坦陈，当时所谓的专业兴趣其实很模糊，认识也很片面，更多是对一门新学科的单纯向往。既来之则安之，他也深知，努力学习才是要紧事。

1960年，世界上之一台激光器问世。不久之后，中科大无线电系设立气体激光新专业，郭光灿对此方向产生了兴趣，决心钻研下去。也是由此开始，他与光学结缘。

“我这辈子最幸运的一件事，就是考入了中科大。”郭光灿对自己的大学时光感念至深。严济慈、钱学森等老一代著名科学家都对中科大投入过极大的感情和心血，有幸聆听他们的教诲，让郭光灿受益一生。

郭光灿体会到，这些留洋归来的老科学家经历过旧中国的贫穷落后，非常希望年轻一代能够承担起民族复兴的历史责任。“所以那个时候的中科大，男孩子就立志做牛顿、爱因斯坦，女孩子的目标就是居里夫人。”雄心壮志之外，郭光灿还从这些一流科学家身上学到了做学问的思维 *** 和学术理念。

1965年，郭光灿毕业后留校任物理系助教。然而，他潜心科研、献身科学的愿望很快被接连而至的政治运动打断。

“大家都去闹革命了，专业浪费了整整八年。”郭光灿说，这八年本应是他创造力更好、最有思想的“黄金时光”。对于学术的无奈荒废，他也并无太多抱怨和后悔。在他看来，正如人不能选择自己出生的家庭，“生活在社会中，无论碰到怎样的社会和时代约束，都得去适应，非个人所能左右”。

“文革”结束后，郭光灿开始拼命用功，“每天都是夜里两三点睡觉，就是想把丢掉的八年捡回来”。夜以继日埋头钻研，他是想弥补回人生中更好的时光，去完成老科学家曾经寄予年轻人的历史使命。

邂逅量子光学

科研工作恢复后，郭光灿首先重拾起气体激光研究。上世纪70年代以来，氦氖激光器、二氧化碳激光器、氩离子激光器是气体激光的“老三样”，全国有很多研究单位都在做。郭光灿觉得，自己应该找一个新方向，不能跟在人家后面作重复研究。

经过一番调查，郭光灿发现氮分子气体激光器是当时国内的一个空白领域，它所产生的紫外激光有很多新用途，也可以做其他染料激光器的泵浦。“国外老早就做出来了，我们差得很远。”郭光灿决定从此处入手，独辟蹊径。

当时科研刚刚恢复，各种条件和设备都还很落后，买器件、焊铁架、搭结构、做实验……每一件小事郭光灿都要亲力亲为。虽然非常艰苦，但没用多久，我国最早的氮分子激光器就研发成功。1978年，这项成果被评为全国科学大会奖。

“这个奖是为了鼓励大家。事实上，我们的水平实在太低了，只能算‘矬子里面拔将军’。”研发激光器的经历，让郭光灿认识到，“文革”后百废待兴，国家没有条件进行大量的科技投入，做实验研究将难上加难。

据此判断，郭光灿决定转向理论研究。这成为他学术生涯的一个重要转折点。

在光学领域有多年积累的郭光灿找了一个“冷门”——量子光学。当时，这个方向并不被国内学者看好，认为用经典理论解决光学问题就足够了，量子光学不会有太多理论内容，没有前景。

“比我有名的很多人都说这个方向没有用，因此国内几乎没有人考虑用量子理论解决光学问题。但是我觉得，这里面应该很有趣。”郭光灿坚持要剑走偏锋，就奔着自己的兴趣爱好做下去。

1981年，郭光灿前往加拿大多伦多大学物理系做访问学者，他婉拒了跟随导师从事实验研究的邀请，执意要作量子光学研究。

“到了国外我才发现，量子光学的基本理论框架人家都做得很成熟了。”郭光灿看到，国内无人关注的量子光学已经与国际前沿有了近20年的差距。

参加量子光学领域的一次国际会议时，郭光灿听到有学者介绍“光场压缩态”。“这个名词我从来都没有听说过。”郭光灿意识到，既然有新生方向的出现，就说明量子光学的前沿还在不断发展。虽然国内外差距很大，理论也趋于成熟，但他没有死心，觉得应该做下去。

郭光灿回忆，他回国前夕曾跟几位中国学者和学生聊至深夜，就是讨论如何发展国内的量子光学，发奋改变落后局面。“当时大家都是血气方刚的年轻人，似乎感觉到一种历史使命就落在我们肩上。”

回国后，郭光灿马上全身心投入到量子光学学科的建设中。1984年，他依靠学校支持的2000元钱，在欧阳修笔下的那个琅琊山醉翁亭，主持召开了全国之一个量子光学学术会议。

“来了一些对量子光学感兴趣的人，但大家对很多概念都还搞不懂。”郭光灿回忆当时的会议情形时说，大家取得的共识是，都认为这个会应当坚持开下去。

郭光灿主持发起的量子光学会议一直持续至今，以此为基础，后来又成立了量子光学专业委员会。就靠着这个学术活动，我国量子光学领域的研究队伍慢慢壮大起来，学科也得以迅速发展。

除此之外，郭光灿还在国内开了之一门量子光学课程，讲义于1991年集结出版。这本国内量子光学的“启蒙教科书”成为经典教材，为学科发展起到奠基作用。

“不光要自己的研究作好，还要引领出一个队伍。”郭光灿说他回国后，一直秉持着这样的理念来做事，希望能够吸引更多的人共同参与，提升整体学科的水平。

量子信息“冷暖自知”

上世纪90年代初，在郭光灿的努力推动下，国内量子光学已有了很大发展，但他一直在思考的是，“我们在国际上落后了那么多年，以后如何去赶超？”

习惯于不走寻常路的郭光灿洞察到，量子光学的发展必然将走向量子信息。这一交叉学科形成的“新生长点”，将是我们赶超国外的重要机遇。

无疑，郭光灿有着敏锐的学术嗅觉，他称之为“科学价值的鉴赏能力”。如同对一件艺术品的鉴赏，需要分辨出科学进展中最有趣、更具本质意义的新事物。

“在出现苗头时发现它，如果未来可能变成大树，就一定要关注。”郭光灿对于科学价值的鉴赏总是着眼于未来。在他看来，开拓新的学科生长点，远比跟随当前的某些国际学术热点更为重要。

可是，要开拓新领域谈何容易？郭光灿告诉记者，刚开始接触量子信息时，困难和问题接踵而至。“我们懂得量子，但不懂信息。经典信息理论都不懂，怎么办？”他去请教信息学院的老师，带着几个学生从最基础的理论开始学习、钻研。

1997年，孤军奋战的郭光灿完成了该领域的之一项重要工作——量子编码。“量子性是量子信息中最为关键的特征，但它非常脆弱，极易受到环境破坏。”郭光灿解释道，“因此，如何保住量子性是首要问题。这个解决不了，一切都是纸上谈兵，实验上无法实现。”

量子性需要量子编码来保护。国际上有三种公认的量子编码原理：量子纠错码、量子避错码、量子防错码。其中，世界上之一个做出量子避错码的，正是郭光灿和他的学生团队。他们的成果发表后，曾引起国际轰动。

此后，郭光灿团队又首先在国际上提出量子概率克隆原理，成为我国科学家在此领域的又一项开创性贡献，被称为“段—郭概率克隆机”、“段—郭界限”。

“当时在非常前沿的新学科中，中国人能够发出如此重要的声音，着实令外国人吃惊。”郭光灿对自己艰苦数年所取得的成就，有足够自豪的理由。

尽管郭光灿的工作引起国际轰动，但仍然没有引起国内同行的重视。“团队中只有研究生，也没有太多经费支持。”他觉得冷板凳不能这样坐下去，量子信息领域必须“长成大树”。

在这个节骨眼儿上，郭光灿知道，量子信息学科要对国家和社会有所贡献，最终必然走向应用，因此研究也必须从理论转向实验。“量子计算机、量子密码、量子 *** 等等，如果没有这些诱人的应用前景，学科不会有大发展。”

量子信息发展需要得到科技管理部门的支持和重视，但无奈当时整个学术界并不看好。

“因为他们对这个领域缺乏了解。”在郭光灿看来，通常是国际上很热门的学科，国内学术界才会赶紧跟上，也会得到支持，“老觉得热门的东西是前沿，事实上那只是当时的前沿。而我要做的，是未来的前沿”。

在郭光灿的科研理念中，在一个学科方向还比较“冷”的时候参与进去，才有更大的发挥空间，“话语权才会更重，成果影响才会更大”。

“你认为这个方向很好，但是，别人怎么知道它真的很重要？”郭光灿深知理想与现实的差距，也知道科学鉴赏力和判断力人人有别。

怎么办？郭光灿看准了，要尽一切努力让学术界了解、重视、参与量子信息的发展。

他首先在科普杂志《物理》上发表了一系列文章，深入浅出地介绍量子信息，吸引了大量读者；他求助于钱学森、王大珩等德高望重的科学家，申请组织召开香山会议，报告获得同行赞誉。

然而，是否支持量子信息研究的争论依然很大，甚至有学术界同行认为郭光灿在搞伪科学，国家支持依然杳无踪影。

转机出现在1999年。在时任中科院院长 *** 的支持下，中科院高技术发展局为郭光灿提供了5万元研究经费，并建议设立专门实验室进行长期稳定支持。由此，量子通信与量子计算实验室筹划成立。

没有想到，一年后被特批参与中科院重点实验室评估时，郭光灿的实验室排名之一。“我们拿到了每年380万元的实验室经费，我高兴坏了。”郭光灿的实验终于可以大胆运转起来了。

“量子密码对国家最重要，也相对容易。”郭光灿想以此为突破口，谋求日后全方位部署。

2001年，我国之一个量子通信和量子信息技术的“973”项目获得通过。郭光灿为此从1997年开始申请了4年，“屡战屡败，屡败屡战”。

与他当年推动量子光学的发展一样，郭光灿希望量子信息研究也能集中起全国的力量共同进步。他将十多个科研单位的50余名科学家聚拢到“973”项目中，实验室纷纷建立起来，研究方向也从量子密码拓展到量子计算机、量子通信、量子 *** 等诸多领域。

“近十年的发展，队伍和学科都已经成熟起来了。”郭光灿说，十来年的时间，这支队伍里已经诞生了4位院士。

正如郭光灿所期待的，作为量子光学发展的一个延续，在国际量子信息领域，中国科学家的学术成果已掷地有声。

从量子光学到量子信息，郭光灿都是国内最初的“之一推动力”。他说，在自己所处的历史时期，推动这两个领域的发展，才是他应当肩负的责任。

看到我国量子信息研究欣欣向荣，郭光灿感到很欣慰。回首走过的科学之路，他说自己所追求的，不过是“激扬人生，品味科学”。

量子密码的诞生是不是就意味着黑客的末日？

量子密码术用我们当前的物理学知识来开发不能被破获的密码系统，即如果不了解发送者和接受者的信息，该系统就完全安全。单词量子本身的意思是指物质和能量的最小微粒的最基本的行为：量子理论可以解释存在的任何事物，没有东西跟它相违背。量子密码术与传统的密码系统不同，它依赖于物理学作为安全模式的关键方面而不是数学。实质上，量子密码术是基于单个光子的应用和它们固有的量子属性开发的不可破解的密码系统，因为在不干扰系统的情况下无法测定该系统的量子状态。理论上其他微粒也可以用，只是光子具有所有需要的品质，它们的行为相对较好理解，同时又是最有前途的高带宽通讯介质光纤电缆的信息载体。

【量子密码术理论上如何工作】

理论上，量子密码术工作在以下模式（这个观点是由Bennett和Brassard于1984年开发的传统模式，其他的模式也存在）：

假设两个人想安全地交换信息，命名为Alice和Bob。Alice通过发送给Bob一个键来初始化信息，这个键可能就是加密数据信息的模式。是一个随意的位序列，用某种类型模式发送，可以认为两个不同的初始值表示一个特定的二进制位（0或1）。

我们暂且认为这个键值是在一个方向上传输的光子流，每一个光子微粒表示一个单个的数据位（0或1）。除了直线运行外，所有光子也以某种方式进行振动。这些振动沿任意轴在360度的空间进行着，为简单起见（至少在量子密码术中可简化问题），我们把这些振动分为4组特定的状态，即上、下，左、右，左上、右下和右上、左下，振动角度就沿光子的两极。现在我们为这个综合体加入一个偏光器，偏光器是一种简单的过滤器，它允许处于某种振动状态的原子毫无改变的通过，令其他的原子改变震动状态后通过（它也能彻底阻塞光子通过，但我们在这里将忽略这一属性）。Alice有一个偏光器允许处于这四种状态的光子通过，实际上，她可以选择沿直线（上、下，左、右）或对角线（左上、右下，右上、左下）进行过滤。

Alice在直线和对角线之间转换她的振动模式来过滤随意传输的单个光子。这样时，就用两种振动模式中的一种表示一个单独的位，1或0。

当接受到光子时，Bob必须用直线或对角线的偏光镜来测量每一个光子位。他可能选择正确的偏光角度，也可能出错。由于Alice选择偏光器时非常随意，那么当选择错误的偏光器后光子会如何反应呢？

Heisenberg不确定原理指出，我们不能确定每一个单独的光子会怎样，因为测量它的行为时我们改变了它的属性（如果我们想测量一个系统的两个属性，测量一个的同时排除了我们对另外一个量化的权利）。然而，我们可以估计这一组发生了什么。当Bob用直线侧光器测量左上/右下和右上/左下（对角）光子时，这些光子在通过偏光器时状态就会改变，一半转变为上下振动方式，另一半转变为左右方式。但我们不能确定一个单独的光子会转变为哪种状态（当然，在真正应用中，一些光子会被阻塞掉，但这与这一理论关系不大）。

Bob测量光子时可能正确也可能错误，可见，Alice和Bob创建了不安全的通信信道，其他人员也可能监听。接下来Alice告诉Bob她用哪个偏光器发送的光子位，而不是她如何两极化的光子。她可能说8597号光子（理论上）发送时采用直线模式，但她不会说发送时是否用上、下或左、右。Bob这是确定了他是否用正确的偏光器接受了每一个光子。然后Alice和Bob就抛弃他利用错误的偏光器测量的所有的光子。他们所拥有的，是原来传输长度一半的0和1的序列。但这就形成了one-time pad(OTP)理论的基础，即一旦被正确实施，就被认为是完全随意和安全的密码系统。

现在，我们假设有一个监听者，Eve，尝试着窃听信息，他有一个与Bob相同的偏光器，需要选择对光子进行直线或对角线的过滤。然而，他面临着与Bob同样的问题，有一半的可能性他会选择错误的偏光器。Bob的优势在于他可以向Alice确认所用偏光器的类型。而Eve没有办法，有一半的可能性她选择了错误的检测器，错误地解释了光子信息来形成最后的键，致使其无用。

而且，在量子密码术中还有另一个固有的安全级别，就是入侵检测。Alice和Bob将知道Eve是否在监听他们。Eve在光子线路上的事实将非常容易被发现，原因如下：

让我们假设Alice采用右上/左下的方式传输编号为349的光子给Bob，但这时,Eve用了直线偏光器，仅能准确测定上下或左右型的光子。如果Bob用了线型偏光器，那么无所谓，因为他会从最后的键值中抛弃这个光子。但如果Bob用了对角型偏光器，问题就产生了，他可能进行正确的测量，根据Heisenberg不确定性理论，也可能错误的测量。Eve用错误的偏光器改变了光子的状态，即使Bob用正确的偏光器也可能出错。

一旦发现了Eve的恶劣行为，他们一定采取上面的措施，获得一个由0和1组成的唯一的键序列，除非已经被窃取了，才会产生矛盾。这时他们会进一步采取行动来检查键值的有效性。如果在不安全的信道上比较二进制数字的最后键值是很愚蠢的做法，也是没必要的

我们假设最后的键值包含4000位二进制数字，Alice和Bob需要做的就是从这些数字当中随机的选出一个子集，200位吧，根据两种状态（数字序列号2，34，65，911，等）和数字状态(0或1)，进行比较，如果全部匹配，就可以认为Eve没有监听。如果她在监听，那么不被发现几率是万亿分之一，也就是不可能不被发现。Alice和Bob发现有人监听后将不再用这个键值，他们将在Eve不可到达的安全信道上重新开始键值地交换，当然上述的比较活动可以在不安全的信道上进行。如果Alice和Bob推断出他们的键值是安全的，因为他们用200位进行了测试，这200位将被从最后的键值中抛弃，4000位变为了3800位。

因此，量子加密术在公共的键值密码术中是连接键值交换的一种相对较容易方便的方式。

【实践中如何工作 】

实践中，量子密码术在IBM的实验室中得到了证明，但仅适合应用于相对较短的距离。最近，在较长的距离上，具有极纯光特性的光纤电缆成功的传输光子距离达60公里。只是与Heisenberg不确定性原理和光纤中的微杂质紧密相连的BERs(出错率)使系统不能稳定工作。虽然有研究已经能成功地通过空气进行传输，但在理想的天气条件下传输距离仍然很短。量子密码术的应用需要进一步开发新技术来提高传输距离。

在美国，华盛顿的白宫和五角大楼之间有专用线路进行实际的应用，同时还连接了附近主要的军事地点、防御系统和研究实验室。从2003年开始，位于日内瓦的id Quantique公司和位于纽约的MagiQ技术公司，推出了传送量子密钥的距离超越了贝内特实验中30厘米的商业产品。日本电气公司在创纪录的150公里传送距离的演示后，最早将在明年向市场推出产品。IBM、富士通和东芝等企业也在积极进行研发。目前，市面上的产品能够将密钥通过光纤传送几十公里。

【量子密码的未来】

除了最初利用光子的偏振特性进行编码外，现在还出现了一种新的编码 *** ——利用光子的相位进行编码。于偏振编码相比，相位编码的好处是对偏振态要求不那么苛刻。

要使这项技术可以操作，大体上需要经过这样的程序：在地面发射量子信息——通过大气层发送量子信号——卫星接受信号并转发到散步在世界各地的接受目标。这项技术面对的挑战之一，就是大气层站的空气分子会把量子一个个弹射到四面八方，很难让它们被指定的卫星吸收。

另外，这项技术还要面对“低温状态下加密且无法保证加密速度”的挑战。保密与窃密就像矛与盾一样相影相随，它们之间的斗争已经持续了几千年，量子密码的出现，在理论上终结了这场争斗，希望它是真正的终结者。

相关资料

目前我们透过光纤来快速传送稳定且大量的数据。但其实我们还可以有另一种选择，就是直接以光束传递数据，而不透过光纤。然而资料的保密是相当重要的，如何能安全地传送资料，已经成为一种学问，称为「量子密码学 (Quantum Cryptography)」。

量子密码学的理论基础是量子力学，不同于以往理论基础是数学的密码学。如果用量子密码学传递数据，则此数据将不会被任意撷取或 *** 入另一段具有恶意的数据，数据流将可以安全地被编码及译码。而编码及译码的工具就是随机的序列(bit-strings)，也可以称他为金钥(Key)。当前，量子密码研究的核心内容，就是如何利用量子技术在量子信道上安全可靠地分配金钥。

与传统密码学不同，量子密码学利用物理学原理保护信息。通常把「以量子为信息载体，经由量子信道传送，在合法用户之间建立共享的密钥的 *** 」，称为量子金钥分配(QKD)，其安全性由「海森堡测不准原理」及「单量子不可复制定理」保证。

「海森堡侧不准原理」是量子力学的基本原理，说明了观察者无法同时准确地侧量待侧物的「位置」与「动量」。「单量子不可复制定理」是海森堡测不准原理的推论，它指在不知道量子状态的情况下复制单个量子是不可能的，因为要复制单个量子就只能先作测量，而测量必然改变量子的状态。

若以量子密码学 *** 金钥，则此金钥具有不可复制性，因此是绝对安全的。如果不幸被骇客撷取，则因为测量过程中会改变量子状态，骇客盗得的会是毫无意义的资料。

分别来自德国与英国的研究小组在最新一期的Nature期刊上表示，科学家藉由金钥(Key)，在相距23.4公里的两地，以波长为850nm的雷射，在空气中互相传送加密资料。由于两地并没有光纤，资料传递是在一般的空气中进行，因此为了降低环境的干扰，科学家选择在空气稀薄处(海拔2244~2950m)以及夜间(避免光害)，进行实验。这样的距离(23.4公里)已经打破由美国科学家所建立的世界纪录，10公里。

如今科学家已经能在光纤中传递量子金钥。然而随着时代进步，人类信息交换月来越频繁，科学家希望能建立1600公里远的量子金钥传输，将来如果这种数据传输方式成熟，就可以在地表上，快速、安全地传送资料。也可使用此技术作为地表与低轨道卫星的通讯方式，进而建立全球资料保密传送系统。

量子计算机和生物计算机各自的优缺点有哪些？

1、量子计算机的输入态和输出态为一般的叠加态，其相互之间通常不正交; 量子计算机中的变换为所有可能的么正变换。得出输出态之后，量子计算机对输出态进行一定的测量，给出计算结果。

2、量子计算机对每一个叠加分量实现的变换相当于一种经典计算，所有这些经典计算同时完成，并按一定的概率振幅叠加起来，给出量子计算机的输出结果。这种计算称为量子并行计算。

3、在量子计算机中，量子比特不是一个孤立的系统，它会与外部环境发生相互作用，导致量子相干性的衰减，即消相干(也称“退相干”)。因此，要使量子计算成为现实，一个核心问题就是克服消相干。而量子编码是迄今发现的克服消相干最有效的 *** 。

4、主要的几种量子编码方案是:量子纠错码、量子避错码和量子防错码。量子纠错码是经典纠错码的类比，是目前研究的最多的一类编码，其优点为适用范围广，缺点是效率不高。

5、生物计算机有很多优点，它体积小，功效高。在一平方毫米的面积上，可容纳几亿个电路，比目前的集成电路小得多，用它制成的计算机，已经不像现在计算机的形状了，可以隐藏在桌角、墙壁或地板等地方。

6、当我们在运动中，不小心碰伤了身体，有的上点儿药，有的年轻人甚至药都不上，过几天，伤口就愈合了。这是因为人体具有自我修复功能。同样，生物计算机也有这种功能，当它的内部芯片出现故障时，不需要人工修理，能自我修复，所以，生物计算机具有永久性和很高的可靠性。

7、生物计算机的元件是由有机分子组成的生物化学元件，它们是利用化学反应工作的，所以，只需要很少的能量就可以工作了，因此，不会像电子计算机那样，工作一段时间后，机体会发热，而它的电路间也没有信号干扰。

量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。研究可逆计算机的目的是为了解决计算机中的能耗问题。

未来的新型计算机是怎样的？

你好，计算机的发展将趋向超高速、超小型、平行处理和智能化，量子、光子、分子和纳米计算机将具有感知、思考、判断、学习及一定的自然语言能力，使计算机进入人工智能时代。这种新型计算机将推动新一轮计算技术革命，并带动光互联网的快速发展，对人类社会的发展产生深远的影响。

【关链词】计算机发展趋势 新型计算机

一、 前言

计算机的发展将趋向超高速、超小型、并行处理和智能化。自从1944年世界上之一台电子计算机诞生以来，计算机技术迅猛发展，传统计算机的性能受到挑战，开始从基本原理上寻找计算机发展的突破口，新型计算机的研发应运而生。未来量子、光子和分子计算机将具有感知、思考、判断、学习以及一定的自然语言能力，使计算机进人人工智能时代。这种新型计算机将推动新一轮计算技术革命，对人类社会的发展产生深远的影响。

二、智能化的超级计算机

超高速计算机采用平行处理技术改进计算机结构，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，进一步提高计算机运行速度。超级计算机通常是由数百数千甚至更多的处理器(机)组成，能完成普通计算机和服务器不能计算的大型复杂任务。从超级计算机获得数据分析和模拟成果，能推动各个领域高精尖项目的研究与开发，为我们的日常生活带来各种各样的好处。更大的超级计算机接近于复制人类大脑的能力，具备更多的智能成份.方便人们的生活、学习和工作。世界上更受欢迎的动画片、很多耗巨资拍摄的电影中，使用的特技效果都是在超级计算机上完成的。日本、美国、以色列、中国和印度首先成为世界上拥有每秒运算1万亿次的超级计算机的国家，超级计算机已在科技界内引起开发与创新狂潮。

三、新型高性能计算机问世

硅芯片技术高速发展的同时，也意味看硅技术越来越接近其物理极限。为此，世界各国的研究人员正在加紧研究开发新型计算机，计算机的体系结构与技术都将产生一次量与质的飞跃。新型的量子计算机、光子计算机、分子计算机、纳米计算机等，将会在二十一世纪走进我们的生活，遍布各个领域。

1.量子计算机

量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究，量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。量子计算机是基于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的状态，利用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。量子计算机中的数据用量子位存储。由于量子叠加效应，一个量子位可以是0或1，也可以既存储0又存储1。因此，一个量子位可以存储2个数据，同样数量的存储位，量子计算机的存储量比通常计算机大许多。同时量子计算机能够实行量子并行计算，其运算速度可能比目前计算机的Pentium

DI晶片快10亿倍。除具有高速并行处理数据的能力外，量子计算机还将对现有的保密体系、国家安全意识产生重大的冲击。

无论是量子并行计算还是量子模拟计算，本质上都是利用了量子相干性。世界各地的许多实验室正在以巨大的热情追寻着这个梦想。目前已经提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束缚离子、电子或核自旋共振、量子点操纵、超导量子干涉等。量子编码采用纠错、避错和防错等。量子计算机使计算的概念焕然一新。

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、传翰和存储。光子计算机即全光数字计算机，以光子代替电子，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。在光子计算机中，不同波长的光代表不同的数据，可以对复杂度高、计算量大的任务实现快速地并行处理。光子计算机将使运算速度在目前基础上呈指数上升。

　3.分子计算机

分子计算机体积小、耗电少、运算快、存储量大。分子计算机的运行是吸收分子晶体上以电荷形式存在的信息，并以更有效的方式进行组织排列。分子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。转换开关为酶，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。生物分子组成的计算机具备能在生化环境下，甚至在生物有机体中运行，并能以其它分子形式与外部环境交换。因此它将在医疗诊治、遗传追踪和仿生工程中发挥无法替代的作用。目前正在研究的主要有生物分子或超分子芯片、自动机模型、仿生算法、分子化学反应算法等几种类型。分子芯片体积可比现在的芯片大大减小，而效率大大提高，分子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。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。分子计算机消耗的能量非常小，只有电子计算机的十亿分之一。由于分子芯片的原材料是蛋白质分子，所以分子计算机既有自我修复的功能，又可直接与分子活体相联。美国已研制出分子计算机分子电路的基础元器件，可在光照几万分之一秒的时间内产生感应电流。以色列科学家已经研制出一种由DNA分子和酶分子构成的微型分子计算机。预计20年后，分子计算机将进人实用阶段。

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。纳米管元件尺寸在几到几十纳米范围，质地坚固，有着极强的导电性，能代替硅芯片制造计算机。“纳米”是一个计量单位，大约是氢原子直径的10倍。纳米技术是从20世纪80年代初迅速发展起来的新的前沿科研领域，最终目标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。现在纳米技术正从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，其体积只有数百个原子大小，相当于人的头发丝直径的千分之一。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。美国正在研制一种连接纳米管的 *** ，用这种 *** 连接的纳米管可用作芯片元件，发挥电子开关、放大和晶体管的功能。专家预测，10年后纳米技术将会走出实验室，成为科技应用的一部分。纳米计算机体积小、造价低、存量大、性能好，将逐渐取代芯片计算机，推动计算机行业的快速发展。

我们相信，新型计算机与相关技术的研发和应用，是二十一世纪科技领域的重大创新，必将推进全球经济社会高速发展，实现人类发展史上的重大突破。科学在发展，人类在进步，历史上的新生事物都要经过一个从无到有的艰难历程，随着一代又一代科学家们的不断努力，未来的计算机一定会是更加方便人们的工作、学习、生活的好伴侣。