量子計算發展現狀精選(九篇)

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第1篇：量子計算發展現狀范文

【關鍵詞】計算機應用；現狀；發展趨勢

中圖分類號： G633.67 文獻標識碼： A 文章編號：

一、前言

隨著現代信息技術的不斷發展，我國的計算機行業發展迅速，并且取得了前所未有的成就，推動著我國各行業的發展。計算機在各行業都得到廣泛的應用，計算機的發展也將不斷的前進。

二、計算機應用技術的概述

1、計算機應用技術的概念。所謂的計算機應用技術就是指研究計算機應用于社會中各個行業和領域的理論、技術、方法以及系統的一門邊緣性的學科，它計算機學生的組成的很重要的一部分，它也是促進計算機學科與其他學科有效融合的一個載體。通常情況下，計算機應用的分類一般分為數值計算領域和非數值應用領域兩大類，這兩大領域都具備著自身獨特的特點，但對于促進科學技術的進步都是有著重要的作用的。

2、計算機應用技術的發展情況。我國計算機的最開始是在上個世紀40年代中期出現的，在這個階段計算機應用情況還都是數值領域的計算機應用，主要都應用于國防武器的生產和研發方面。之后，從20世紀50年代計算機逐漸向非數值應用的領域發展，其主要都應用于企業信息管理、工商業事物處理以及數據處理等方面。從20世紀70年代開始，計算機已經被廣泛的應用到了社會經濟等更多的領域了，隨著我國計算機應用技術的不斷發展，計算機應用技術現階段已經被廣泛的應用到了服務行業、農業以及文化教育行業中了，同時計算機也已經走入到了人們的家庭生活中了。近些年來，計算機應用技術與網絡技術也已經很好的結合到一起，這也大大的促進了計算機應用技術的快速發展，也加快了信息化社會的發展速度。

三、我國計算機應用發展現狀及存在的問題

1、我國計算機應用發展現狀

我國計算機擁有量、互聯網用戶、網站數飛速增長。我國計算機互聯網用戶、網站及域名“九．五”期間飛速增長。在各個領域都取得了長足的發展。但是也有相對不足之處。

（1）發展中的成效。①農業科技領域：計算機在農業中已建成全國的農業生產流通信息網絡，開通農業科技信息網絡，農村供求信息全國聯播系統每月頒布信息6千條，內容詳查13萬條，中國農業信息網每月點擊已達1千萬次。②文藝創作領域：計算機在文藝創作、影視制作中，三維動畫技術的應用也很廣泛。③醫療系統領域：醫療系統同時也需要計算機的輔助，如啟動金為工程，輔助治療等。④公安系統領域：公安系統網絡建設取得實質性進展，網上追捕逃犯，已抓獲20幾萬逃犯，法院系統辦公自動化水平顯著提高。⑤輔助教學領域：計算機的輔助教學，遠程教育迅速發展，統計顯示全國約10萬多所中小學已經普及計算機課，一萬多所中小學已建成校園網，67所網上大學。⑥日常生活領域：計算機在近幾年的人們的生活工作方式和購物習慣上的影響也是非常大的，人們的生活更加的便潔，工作更加的高效。

（2）發展中存在的不足。①我國信息產業發展滯后：我國信息產業尚不能完全滿足信息化發展與計算機應用對軟硬件產品的需求。重大應用工程與大型應用系統所用的軟硬件產品主要依靠國外公司，科技成果轉化速度慢。②相關政策法規尚待完善：計算機應用、信息化的市場經濟和政策法律環境尚待完善。③區域發展不平衡：國內計算機應用發展很不平衡，和地區信息化指數高低相差20多倍，互聯網用戶及計算機擁有量在東西部地區、大陸與臺灣地區差距很大臺灣互聯網用戶有540萬，網民占人口比例達26%，連網主機85萬臺，企業有50％已開展電子商務，大陸開展電子商務企業不到10％。④我國計算機應用水平整體偏低：我國計算機應用水平低，上網企業與上網家庭數量還較少，企業信息化水平低。⑤與與市場經濟的需求還有差距：企業管理體制、機制、管理理念與組織機構尚不能適應市場經濟的要求。企業采用信息技術尚缺少內在的動力、人力、財力、和物理。基礎工作薄弱，信息技術人才欠缺，職工文化素質亟待提高。

2、存在的問題

雖然計算機的普及給人們的生活帶來了方便，但與此同時，在其發展過程中，還存在很多問題，主要包括：首先，國家在宏觀戰略上缺乏相應的規劃及技術政策指導。其次，計算機標準體系尚未建立，電子商務標準有待加強，缺少相應的網絡犯罪法律法規。再次，當前，計算機在我國的發展處于較低的水平，計算機的普及率有待提高。此外，計算機在我國不同地區的發展是不平衡的。主要體現在東部發達地區計算機普及率較高，而西部欠發達地區計算機普及率較低。最后，我國企業的信息化水平有待提高。目前，國家重大的計算機項目及軟硬件都是依靠進口，自主研發的系統較少，缺乏競爭力。部分企業缺乏對計算機的足夠重視，缺少專業的計算機人員。

四、計算機發展趨勢

1、光計算機的各種優點

第一，光器件允許通過的光頻率高，范圍大，也就是所庫存的帶寬非常大，傳輸和處理的信息量極大，兩束光要發生干涉，必須頻率相同，振動方向一致和有不變的初始位相差。因此，同一根光導纖維中能并行地傳輸很多很多波長不同或波長相同但振動方向不同的光波，它們之間不會發生干涉。第二，信息傳輸中畸變和失真小，信息運算速度高。光和電在介質中傳播速度都極快，但光和電不同，光計算機是“F我”導線計算機，光在光介質中傳輸不存在寄生電阻，電容和電感問題，光器件又無接地電位差，因此，傳輸所造成的信息畸變和的失真較小，光器件的開關速度比電子器件快得多。第三，光傳輸和轉換時，能量消耗極低，盡管集成電路中的電流十分微弱，但由于集成度的提高，功耗仍然是個大問題。光計算機卻不同，除了激光源需要一定的能量以外，光在傳輸和轉換時，能量消耗卻極低。

2、量子計算機

量子計算機的優越性在于它具有進行“平行”運算處理的能力。如果某人需要從一個有幾百個辦公室的大樓中尋找一份遺失的文件，用傳統計算機的串行方式尋找就要逐個辦公室去進行搜索，但是量子計算機能夠按照某人尋找文件的條件和要求迅速“復制”出代表人自己以及與他自己相同的“副本”，同時進入大樓的每一個辦公室進行文件的尋找工作，最后，其中一個“副本”找到了該文件。那時，除了找到文件的那個“副本”之外，所有代表某人的其他副本都將自動消失。量子計算機在尋找廣播電臺搜索地址方面的優越能力對因特網系統的發展具有很大好處。因特網的網址數據庫很大，應用量子計算機進行搜索的運算速度優勢將更為顯著。如果要在1億個網址中搜索某一個網址，應用傳統計算機大約需要進行5000萬次的運算才能找到該網址。然而，應用量子計算機大概只可能找到該網址。數據庫搜索是計算機技術中的一個重要的基礎任務，所以量子計算機將對于大批量計算機數據的處理任務產生重大影響。

3、化學計算機

化學計算機在運行機理上，它以化學制成品中的微觀碳分子作信息載體，來實現信息的傳輸和儲存。因此，它具有更小的體積，更快的運算速度和巨大的計算機能力，其信息傳輸速度甚至有可能比人腦思維速度還要快若干倍，具有十分誘人的發展前景。

4、生物計算機

生物計算機具有生物活性，能夠和人體的組織有機地結合起來，尤其是能夠與大腦和神經系統相連，這樣，生物計算機就可直接接受大腦的綜合指揮，成為人腦的輔助裝置或擴充部分。

5、人體細胞吸收營養補充能量，因而不需要外界能源，它將成為能植入人體內成為幫助人類學習，思考，創造，發明的最理想的伙伴。另外，由于生物芯片內流動電子間碰撞的問題可能極小，幾乎不存在電阻，所以生物計算機機的能耗極小。把生物學和工程學結合起來制造生物計算機已不再是天方夜譚。

五、結束語

近年來計算機技術發展迅速，為我國的發展帶來巨大的動力，同時也日益改變著人們的生活方式，推動人類的發展。計算機應用的未來發展趨勢將是非常的前景，相信未來計算機會更好。

參考文獻

[1]劉清.淺談我國計算機的應用現狀及發展趨勢[J].計算機光盤軟件與應用,2012.

[2]龔炳錚.我國計算機應用發展的回顧與展望[J].自動化博覽,2003.

[3]侯曉璐.淺析計算機應用的發展現狀及趨勢[J].科技創新與應用,2012.

第2篇：量子計算發展現狀范文

關鍵詞：計算機；多媒體；現狀；發展趨勢

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：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

計算機技術的發展可以稱得上是日新月異，未來計算機的技術一定會向超高速、平行處理以及智能化的方向發展。然而，計算機的發展并不是獨立的，它還取決于系統體系結構的改進、元器件的進步和以及軟件的開發。元器件的進步是決定硬件性能的基本因素。計算機由第一代一直發展到現在的第四代，從根本上講就是由于在元器件上的不斷更新換代。計算機用集成電路到現在為止依然是以硅半導體器件為主。在使用了硅芯片的基礎上，計算機核心的部件CPU的性能盡管受到了物理極限的約束，但仍然在不斷的持續增長。直到現在，人們還在一直不斷的追求性能更好的器件。

一、3D異類器件集成

兩個有著天壤之別的方向發展的力量一直在推動著3D的陣列當中集成半導體器件。第一個發展方向主要是跟在公共平臺上集成的不同技術來提供信息的最佳處理和解決方案的需要有著關聯。很明顯，微縮的CMOS之外的新興技術通過混合搭配應用需要適應特定的技術，具有非常大的性能改進的潛力。不同技術的組合的需要功能3D集成的不同技術，至微處理器SlC和DRAM在這些技術下，光學和心臟MEMS到RF和模擬。這類不同的技術到包括將分子、塑料和快速單磁通(single―flux)量子超導體以及其他新興技術以后很有可能直接3D集成到硅的平臺上。

二、量子胞自動開關

在量子胞自動開關(QCA)當中，包含了多個量子點規則排列的細胞構成了一種局部互聯的架構。用靜電互想的感應的作用，來給細胞之間提供聯系，而并不是依靠線路。在向細胞內注入一對電子的時候，這一對電子的方向就決定著單元的狀態。磁QCA是另外一個剛剛發展起來的技術，目前電子QCA正處于主導地位，暫時還不能對它的性能來進行評價分析。將這些QCA組合在一起，可以實現和使用布爾邏輯門電路完全不一樣的電路功能。

三、量子計算與量子計算機

量子計算機是在量子效應的基礎上開發的，它利用利用激光脈沖改變分子的狀態和鏈狀分子聚合物的一種特性來表示開和關的狀態，是使信息沿著聚合物的移動，來進行運算的。量子計算機在特征上介于器件和構架之間。量子計算機中的數據用的是量子位存儲。由于量子的疊加效應，同樣數量的存儲位，量子計算機的存儲量比通常計算機要大得多，一個量子位就可以存儲2個數據了。同時量子計算機的運算速度有可能會比目前個人計算機的PentiumUl晶片還要快十億倍。實現量子計算的方法有很多，目前出現了很多的實現方法，但是處理量子信息顯然需要新架構。相干的量子器件依靠量子波函數的相位信息保存和操縱信息。

四、生物計算機與光子計算機

生物計算機的運算過程就是周圍物理化學介質與蛋白質分子的相互作用過程。由酶來充當計算機的轉換開關，而程序則在酶合成系統本身和蛋白質的結構中非常明顯地表示出來。20世紀末，人們發現脫氧核糖核酸DNA處于不同狀態的時候可以代表信息的有或者沒有。DNA分子中的遺傳密碼就相當于存儲的數據，DNA分子間再通過生化反應，從一種基因代瑪轉變成另外一種基因的代碼。反應前的基因代碼相當于輸入的數據，反應后的基因代碼則相當于輸出的數據。如果能控制這一個反應的過程，那么我們就可以成功的制作DNA計算機了。蛋白質分子彼此之間的距離很近，比硅晶片上電子元件要小得多，生物計算機完成一項運算所需要的時間僅僅可以用微微秒還計算，由此可見，它比人的思維速度要快上百萬倍。

五、納米計算機

目前，計算機使用的硅芯片已經到達了它的物理極限，體積沒有辦法太小，其耗電量也沒有辦法再減少，通電和斷電的頻率也沒有辦法再提高，。曾經有科學家這樣認為，要想解決這個問題的途徑就是采用納米晶體管來制作“納米計算機”。他們估計納米計算機的運算速度將會是現在的硅芯片計算機的1、5萬倍那么多，而且它所耗費的能量也會減少很多。納米技術是從20世紀80年代初才迅速發展起來的新的前沿科研領域，最終的目的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出來。

未來計算機技術必定會在互聯網、移動計算技術與系統方面有長期、穩定、快速的發展。計算機肯定會比我們人類更加的聰明。進化論告訴我們，一種生物總是會被具有更優適應性的物種所替代。

參考文獻：

[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

第3篇：量子計算發展現狀范文

關鍵詞：通信工程；發展現狀；網絡安全；解決對策

1發展現狀

我國通信工程專業是源于電機系電機工程專業，并由有線電、無線通信、電子技術等專業相互滲透、相互補充而發展起來的一門綜合產業。在20世紀的初期，我國的多所大學就曾經先后建立過“無線電門”和“電訊組”，建國以后，我國高等學校在蘇聯高等教育的基礎上，對各高校的電機系和電機工程專業進行大規模的調整，為現代通信工程技術的人才培養積蓄著雄厚的力量。

通信工程在我國真正地進入快速發展是在20世紀80年代，這個時期從美、日、英等發達國家吹過來的信息革命這股颶風。為我國通信工程專業的發展增添了強勁的動力，也是從這時起，通信工程專業有了它現在的名稱。大量的技術成果如：晶體纖維生長與晶體光纖器件的研究，光纖高溫傳感器、光纖環形腔的細度及環形激光器的研究，窄線寬可調諧半導體激光器及相關技術等都走在了世界的前沿。

2存在的問題

隨著信息技術的廣泛應用。人類社會經歷著一場前所未有的全方位的深刻變革，網絡通信已廣泛地應用于政治、軍事，經濟及科學等各個領域，它改變了傳統的事務處理方式，對社會的進步和發展起著很大的推動作用，與此同時，人們也越來越意識到信息安全的重要性，因此，信息在網絡通信中的安全性、可靠性日趨受到通信網絡設計者與網絡用戶的重視。

鑒于信息安全開始對國家安全產生了重大的影響，需要準確認識信息安全的基本問題與表現方式，清晰了解保障信息安全所依賴的信息網絡化的客觀規律。從而做到有的放矢，以便真正發揮作用，在這里我們著重討論通信工程中的網絡通信安全。網絡通信安全一般是指網絡信息的機密性、完整性、可用性、真實性、實用性、占有性。從技術層面上來看，反映在物理安全、運行安全、數據安全、內容安全四個不同的層面中。而現在網絡通信的安全問題可以大體分為；內網通信安全和網絡問信息傳播安全兩個方面。

3解決對策

3.1內網通信安全

3.1.1采用安全交換機

由于內網的信息傳輸采用廣播技術，數據包在廣播域中很容易受到監聽和截獲，因此需要使用安全交換機。利用網絡分段及VLAN的方法從物理上或邏輯上隔離網絡資源，以加強內網的安全性。

3.1.2操作系統的安全

從終端用戶的程序到服務器應用服務、以及網絡安全的很多技術，都是運行在操作系統上的。因此，保證操作系統的安全是整個安全系統的根本。除了不斷增加安全補丁之外，還需要建立一套對系統的監控系統。并建立和實施有效的用戶口令和訪問控制等制度。

3.1.3使用網關

使用網關的好處在于網絡數據包的變換不會直接在內外網絡之間進行，內部計算機必須通過網關。進而才能訪問到Internett這樣操作者便可以比較方便地在服務器上對網絡內部的計算機訪問外部網絡進行限制。

3.1.4使用密鑰管理

在現實中，入侵者攻擊Internet目標的時候，90％會把破譯普通用戶的口令作為第一步。以Unix系統或Linux系統為例，先用“fjnger遠端主機名”找出主機上的用戶賬號。然后用字典窮舉法。

如果這種方法不能奏效，入侵者就會仔細地尋找目標的薄弱環節和漏洞，伺機奪取目標中存放口令的文件shad－OW或者passwd.然后用專用的破解DES加密算法的程序來解析口令。

在內網中系統管理員必須要注意所有密碼的管理。如口令的位數盡可能的要長；不要選取顯而易見的信息做口令；不要在不同系統上使用同一口令；輸入口令時應在無人的情況下進行；口令中最好要有大小寫字母、字符、數字；定期改變自己的口令：定期用破解口令程序來檢測shadow文件是安全。沒有規律的口令具有較好的安全性。

3.2網絡間信息傳播安全

所謂的網絡信息傳播安全主要是指網絡信息在傳播的過程中應保持信息本身的完整性、可用性和機密性。信息網絡的通信是由通信協議堆棧完成的，通信協議大致可分為應用層、傳輸層、網絡層、鏈路層和物理層，采用通信協議分層的方式對網絡通信進行安全控制可滿足信息網絡安全通信的需要，保障信息傳輸的機密性、完整性和可用性，接下來，我們就保證信息傳播安全的技術和方法進行探討。

3.2.1采用數字簽名技術

所謂“數字簽名”就是通過某種加密算法生成一系列符號及代碼組成電子密碼進行簽名，來代替書寫簽名或印章，對于這種電子式的簽名還可進行技術驗證，其驗證的準確度是一般手工簽名和圖章的驗證而無法比擬的。它能驗證出文件的原文在傳輸過程中有無變動。確保傳輸電子文件的完整性、真實性和不可抵賴性。這樣數字簽名就可用來防止有人修改信息等情況的發生，可以進一步保證信息的完整性、保密性，強化身份識別功能和不可抵賴性，同時數字簽名技術還可以提高交易的速度和準確性。

3.2.2數字集群系統網絡技術

數字集群系統的信息安全主要涉及用戶鑒權、加密、分級用戶管理、日志管理、虛擬專網。數字集群系統分為專網運營和共網運營兩種方式。數字集群網絡對于網絡的容量、通信覆蓋率、呼叫建立成功率等都有更高的要求。

數字集群通信系統經常應用于應急通信，因此其業務量具有突發性，擁塞控制對于數字集群通信網絡也就尤其的重要。擁塞控制可以通過多種方式來實現。數字集群網絡的網絡結構還具備更高的抗災變能力，對于重點地區進行基站的雙覆蓋，由于數字集群系統擔負著應急通信的重大使命。因此通常其社會效益要重于經濟效益，因此有必要投入一定的資金來提升網絡的可靠性。

3.2.3采用量子密碼信息加密技術

量子密碼術是密碼學與量子力學結合的產物，這種加密方法是用量子狀態作為信息加密和解密的密鑰。量子的一些神奇性質是量子密碼安全性的根本保證。到目前為止主要有三大類量子密碼實現方案：一是基于單光子量子信道中海森堡測不準原理的方案；二是基于量子相關信道中Bell原理的方案；三是基于兩個非正交量子態性質的方案。

量子密碼的研究進展順利。某些方面尤其是量子密鑰分發已經逐步趨于實用。面對未來具有超級計算能力的量子計算機，現行基于解自然對數及因子分解困難度的加密系統、數字簽章及密碼協議都將變得不安全。而量子密碼術則可達到經典密碼學所無法達到的效果。可以說，量子密碼是保障未來網絡通信安全的一種重要的技術，我們即將進入到一個量子信息時代。

第4篇：量子計算發展現狀范文

關鍵詞：計算機技術 發展創新

中圖分類號：S126

一、前言

“蒸汽技術革命”以蒸汽機的改良為典型代表，將機械動力應用于大規模生產中，減輕了人力負擔，大大提高了生產效率。“電力技術革命”以新能源的開發為最主要特征，實現了電氣化、自動化，將電能等新能源應用于生活、生產等方方面面，大大改變了世界面貌。“第三次科技革命”是以原子能、電子計算機、空間技術和生物工程的發明和應用為主要標志。自計算機技術被發明應用之后，計算機技術得到了快速的推廣應用，短短幾十年來，計算機技術成為了當今社會發展中最重要的科技技術，在各個行業領域有著廣泛的應用，更是帶動了整個工業時代走向了信息時代。而計算機技術之所以能夠在短時間內得到如此大的發展，離不開計算機技術不斷的創新。

二、計算機技術的發展現狀

計算機技術作為當前社會發展中最重要的科技技術，其給社會所帶來的貢獻是非常巨大的，可以說計算機技術是一種劃時代的科技技術，極大了促進了社會生產力的變革。目前，從計算機的發展現狀來看，其先進的技術主要有以下幾種：

1、現代微型處理器。總所周知，處理器是計算機硬件系統中的重要組成部分，是整個系統的核心，為此對處理器的技術改進是計算機技術中的重中之重。從處理器的發展趨勢來看，其正向著越來越小的體形發展，目前我國的計算機處理器已經相當小，但還需要做出進一步的微型化處理，受一些量子效應的影響與限制，目前處理器中所采用的紫外光源由于波長過短，已經不是適宜再應用在計算機處理器技術中，為此，我們就需要不斷創新發展，提高計算機處理器的研發技術。

2、納米技術在電子元件中的應用。由于計算機信息技術的應用不斷擴大，使得計算機需要處理的信息量更大，提高計算機的運行效率與處理信息速度就顯得非常重要。而當前大多數計算機仍然是采用電子元件作為數據信息處理的基礎元件，而電子元件的信息處理能力還較為欠缺，不能很好的滿足現代計算機技術的快速發展需求。而納米技術的應用，形成了新的納米元件，極大的提高了計算機元件的集成度，使得計算機的信息處理能力大大提高。

3、分組交換技術。通過分組交換技術將要進行傳輸的數據進行分割，使其成為長度相等的數據段，然后再每段數據的前面加上相應的信息，來對數據發送的位置進行標識，然后根據這個標識進行數據的傳輸。這種數據傳輸方式采用逐段的方式對通信鏈路進行使用，使得通信的效率大大的提升。

三、計算機技術創新發展的趨勢預測

按照當前計算機技術的應用現狀來看，計算機技術還會在未來得到更為廣闊的應用與發展，為了適應社會發展需求，計算機技術仍然需要不斷創新。在此，筆者對未來計算機技術的創新發展趨勢進行了大膽預測，認為計算機技術會向著以下幾個發展方向不斷創新改革，進一步的提高計算機的技術水平。

1、大力發展納米技術。納米技術用于計算機元件中，能夠有效的打破當前所使用的電子元件的性能限制，從而發展出生物計算機甚至是量子計算機，從而使計算機的性能得到質的飛躍，而這種計算機是當前計算機發展的重要趨勢。由于納米技術不受計算機集成以及處理速度這兩方面的限制，因此需要大力發展該項技術。隨著納米技術的發展，可以產生量子計算機和生物計算機，無論它們的運算速度，還是它們的存儲能力都遠遠超過目前的計算機。

2、改善計算機的體系結構。當前計算機在結構設計方面主要是進行多任務的并行計算，這樣可以利用同一臺機器進行多個任務的處理。為了提升當前計算機和用戶之間的交互性，應該重點發展集群性的計算機系統，強化系統的可靠性以及兼容性。

3、網絡技術的應用與軟件技術的發展。在計算機技術不斷發展的同時，網絡技術的研發應用也在快速發展，計算機網絡技術的結合使用實現了相互促進的良好發展局面，提高了計算機的應用水平，擴大了計算機的應用范圍。再加上各種軟件新技術的不斷研發，更是促進了計算機技術的進一步應用與發展。目前軟件技術已經有了很大的發展，相信在未來通過網絡技術的應用，軟件技術會更加完善成熟，從而為計算機信息技術發展更好的提供服務。

4、多媒體性能。多媒體性能的開拓與進展把服務器、路由器以及轉換器諸多互聯網需要的設施的技術明顯提高，其中包含有用戶端、內存、圖形片諸多硬件性能。互聯網使用人不再像原來一樣被動地接受解決信息的形態，而是更加以踴躍主動的形式來進入現在的互聯網空間。除此以外還有藍牙技能的發明運用，令多媒體通信技能無線電、數字信息、個人區域網絡、無線寬帶局域網等快速更新。基于新一代的互聯網絡的多媒體軟件開發，結合以前的各類多媒體工作，便可以令PC無線網絡發揮得淋漓盡致，興起互聯網新時期的潮流。多媒體性能數字化是促使將來技能擴展的主要方面，數字多媒體芯片性能就會變成將來多媒體性能生命里的核心。

四、創新是促進計算機技術發展的主要動力

計算機技術之所以能夠得到快速的發展，主要是因為其擁有永不衰竭的源泉，那就是創新能力。正是在不斷的創新下，才促使了計算機信息技術以及其相關的產業技術不斷發展，才為人們的生活帶來了這巨大的轉變。而在計算機技術的創新發展中，要注意結合實際需要，并注重與傳統產業相互配合，只有這樣，才能更好的促進計算機技術的創新發展。

締造發明許多有關計算機科技用品的假設都是因為受到社會需要而產生，但是與此同時，又受很多外在條件的影響，比如經濟條件、文化差異、組織的規模等也會對計算機科技的締造產生阻礙。另外，傳統、專有、封閉的科技體制的文化、構造、機構產生了與計算機科技體制相似的由專有發展到開放的變化。由此可見，計算機科技的締造基于社會的發展，而社會的發展及需求也帶動了計算機科技的締造，是協調合作的。計算機科技的迅速發展，由此也產生了許多比起人們需求還要多的有效科技。

五、總結語

計算機技術作為一種新興技術，其對社會發展以及人們生活方式有著巨大的影響，并促進了信息時代的快速到來，成為了一種不可缺少的生活必需品。而這些，都依賴于不斷的技術創新。在軟件、互聯網、納米等技術的不斷發展下，必將會實現高速化、智能化、多元化和微型化的計算機技術，因此還需要進一步加強技術創新。

參考文獻：

第5篇：量子計算發展現狀范文

關鍵詞 控制科學與工程 學科建設 自動化

中圖分類號：G640 文獻標識碼：A

0 引言

自動化技術廣泛用于工業、農業、軍事、科學研究、交通運輸、商業、醫療、服務和家庭等方面。采用自動化技術不僅可以把人從繁重的體力勞動、部分腦力勞動以及惡劣、危險的工作環境中解放出來，而且能擴展人的器官功能，極大地提高勞動生產率，增強人類認識世界和改造世界的能力。因此，自動化是工業、農業、國防和科學技術現代化的重要條件和顯著標志。

自動化是一門涉及學科較多、應用廣泛的綜合性科學技術。在我國研究生培養體系中，自動化對應的一級學科“控制科學與工程”下屬有七個二級學科：“控制理論與控制工程”、“檢測技術與自動裝置”、“系統工程”、“模式識別與智能系統”、“導航、制導與控制”、“企業信息化系統與工程”和“生物信息學”。控制科學與工程對相關學科的發展起到了有力的推動作用，并在學科交叉與滲透中表現出突出的活力。例如：它與信息科學和計算機科學的結合開拓了知識工程和智能機器人領域。與社會學、經濟學的結合使研究的對象進入到社會系統和經濟系統的范疇中。與生物學、醫學的結合更有力地推動了生物控制論的發展。同時，相鄰學科如計算機、通信、微電子學和認知科學的發展也促進了控制科學與工程的新發展，使控制科學與工程學科所涉及的研究領域不斷擴大。

1 我國控制科學與工程學科發展現狀

控制科學與工程學科經過幾十年的發展，在諸多方面取得了一些重要的進步，按照二級學科分類，主要發展現狀歸納如下。

1.1 控制理論與工程

控制理論以動態系統為主要研究對象。20世紀80年代以來，計算機、網絡和通信等信息技術的發展為現有的控制理論提供了廣泛的應用空間，同時也帶來了巨大的挑戰，促使控制理論自身的發展，也催生出新的學科增長點。控制理論方面，在魯棒控制、非線性控制、離散事件動態系統、量子控制等方面都取得了重要進展。魯棒控制研究內容涉及魯棒極點配置、魯棒鎮定、魯棒觀測器設計、魯棒故障診斷等一系列魯棒控制問題。分布參數控制研究涉及可控性、隨機控制、非線性系統、穩定性、最優性、數值求解最優控制及時間延遲問題。離散事件動態系統的研究主要集中在離散事件動態系統的優化理論與方法上，理論成果被成功應用到從機械或半導體制造到電網規劃、石油化工等多個行業的實際工程問題。量子控制的研究涉及量子態的制備、最優控制、控制能力、反饋控制、消相干控制、糾纏動力學、動態解耦等多個方面。智能控制方面，在模糊不確定性理論、復雜系統的模糊控制與穩定性分析、神經網絡控制、智能優化等方面都有重要貢獻。模糊不確定性理論對于主觀上的不確定事件，給出了不確定變量的期望值、不確定變量的關鍵值、不確定事件測度的定義，并將它們應用于機器學習、系統控制和管理等問題。自模糊集合誕生至今，模糊控制作為一種有效的非線性控制方法受到了廣泛關注和應用，模糊控制器形式常見的有模糊邏輯控制、模糊PID控制、神經模糊控制、模糊滑膜控制、自適應模糊控制及基于T-S模型的模糊控制等。模糊控制系統的穩定性分析，是模糊控制領域一個持續研究的課題。現有的結果，主要是在前有理論基礎上，提出放松穩定性條件，并將模糊控制的概念引入網絡控制系統。在神經網絡控制方面，主要利用神經網絡對非線性系統的逼近能力和特性，與一些控制算法相結合，探討復雜系統的建模與控制問題。智能優化方面主要是結合模糊推理和神經網絡自適應為主的模糊神經控制，并結合智能算法實現對算法的優化。智能機器人技術方面，除了在機構、視覺及傳感系統、運動建模、規劃與導航等提出一些新的設計和改進的算法外，中國學者在救災救援機器人、網絡環境機器人、醫療機器人、仿生機器人、飛行機器人、仿人機器人、人-機器人交互等方面取得了重要進展。在控制的應用方面，智能控制理論在電力系統調度、發電機勵磁控制、風電場功率預測等方面已有初步應用。在多智能體與網絡控制方面，研究涉及復雜系統與系統復雜性理論、混合系統與多模態切換、多智能體系統及網絡控制。

1.2 模式識別與智能控制

隨著20世紀40年代計算機的出現以及50年代人工智能的興起，人們當然也希望能用計算機來代替或擴展人類的部分腦力勞動。模式識別在20世紀60年代初迅速發展并成為一門新學科。在生物信息學方面，在高通量組學數據的處理、計算基因組學的研究、醫學群體遺傳學中的生物信息學、蛋白質功能結構與亞細胞定位上、生物分子網絡的構建與分析等方面有了重要進展。機器學習與數據挖掘方面，研究涉及提高學習系統泛化能力、樣本標記問題、降維與度量學習、數據挖掘、在視頻與圖像分析方面的應用。腦—機接口就是要實現生物腦與電腦之間的直接對話。基礎理論研究與實驗研究并重是腦—機接口研究的重要特點。腦—機接口研究是一個全新的領域，許多方面的問題還有待于深入地研究。在醫學信息學、分子影像方面，多模態分子影像成像理論方法與關鍵技術、分子探針與藥物研發、分子影像驗證與應用是現在的研究熱點。

1.3 系統工程

系統工程是實現系統最優化的科學。系統工程的主要任務是根據總體協調的需要，把自然科學和社會科學中的基礎思想、理論、策略和方法等從橫的方面聯系起來，應用現代數學和電子計算機等工具，對系統的構成要素、組織結構、信息交換和自動控制等功能進行分析研究，借以達到最優化設計，最優控制和最優管理的目標。在工業過程建模方面，研究主要涉及過程建模方法與應用及面向高端應用的工業建模技術與軟件。在生產調度優化方面，隨著經濟全球化進程的加快和計算機技術的提升，結合實際生產背景的生產調度問題優化理論與方法成為自動化學科的研究熱點。公共安全應急管理決策的研究主要集中在公共安全應急決策的理論、方法和技術上。在信息服務的研究上，在服務組合、服務計算環境、服務部署與調度、服務計算模式/模型、數據集成等關鍵問題上都有了較大的進展。智能交通系統是解決目前城市交通擁堵、氣體和噪聲污染的主要途徑，目前主要的研究領域集中在先進交通分配和出行誘導技術、城市高速路與普通路網集成交通控制、交通分配與交通控制一體化研究以及交通信息獲取與服務系統的研制。

1.4 導航、制導與控制

導航、制導與控制學科一直突出為國防、航天服務的特色，注重理論與工程實際的結合，重視高素質人才的培養，建立起一支梯隊結構合理、學術方向穩定、能打“硬仗”的科研隊伍。半個世紀里，導航、制導與控制學科先后開辟出導航技術、飛行控制、精確制導等研究方向。在導航技術方面，研究涉及衛星導航、慣性導航及慣性基組合導航。在飛行控制方面，國內飛行控制研究領域取得了豐富的研究成果，在飛行控制理論的改進和完善、先進飛行控制技術的研究與探索以及飛行控制技術在航空器、航天器和臨近空間飛行器的應用方面都取得了長足的進展。在精確制導技術方面，研究的主要內容包括高精度導引控制技術和精確探測技術。高精度導引控制技術主要體現在制導控制規律的設計方面，而精確探測技術主要體現在各類導引系統探測技術的發展史上。

1.5 檢測技術與自動化裝置

檢測技術與自動化裝置是將自動化、電子、計算機、控制工程、信息處理、機械等多種學科、多種技術融合為一體并綜合運用的復合技術，廣泛應用于交通、電力、冶金、化工、建材等各領域自動化裝備及生產自動化過程。檢測技術與自動化裝置的研究與應用，不僅具有重要的理論意義，符合當前及今后相當長時期內我國科技發展的戰略，而且緊密結合國民經濟的實際情況，對促進企業技術進步、傳統工業技術改造和鐵路技術裝備的現代化有著重要的意義。在檢測技術上，超導材料、稀土功能材料等功能材料新領域，功能陶瓷材料的研究開發取得了顯著進展，在低燒磁料和賤金屬電極上形成了自己的特色并實現了產業化。在動態系統的故障診斷技術方面，研究涉及基于模型的故障診斷技術及基于數據的故障診斷方法。

2 我國控制科學與工程學科發展趨勢與展望

2.1 人才的培養和支持

由于我國控制科學與工程專業的畢業生長期以來供不應求，目前，設置該專業的院校逐漸遞增。要注重培養學生的動手能力，多和實踐結合，走出應試教育的桎梏。需要有人才成長的土壤，盡可能為科研人員提供良好的科研條件。需要加大國內外交流，提供交流的機會。總之，需要為人才的培養創造全方位立體的支持環境。

2.2 加大基礎理論投入

我國自動化學科的發展的劣勢主要是基礎理論投入不足，要想改進這一點，需要從國家層次上進行引導，制定相關政策，鼓勵科研院所和高校加大基礎理論研究，經濟允許的情況下加大資金投入，協調各個科研機構，發揮各單位優勢，爭取在基礎理論上取得重大突破。

3 結束語

數代人的持續努力，使我國的經濟保持高速增長的態勢。一個國家的發達程度往往和科技水平成正比，科技會促進社會經濟的發展，而經濟的發展又會對科技發展提供支持。隨著經濟的發展，我國對自動化學科的研究將更多的轉向基礎理論的研究和新興交叉方向的研究。也正是以此作為突破口，我國才更有可能在21世紀達到并且引領世界先進水平，成為自動化科技強國。

注：黑龍江省學位與研究生教育教學改革研究項目——自動化領域研究生培養質量保證體系研究與實踐資助；哈爾濱工程大學2012年教育教學改革研究項目——自動化特色專業建設的探索與實踐

第6篇：量子計算發展現狀范文

關鍵詞：電力系統；儲電技術；埃弗雷特優化技術

引言

電能具有靈活度高、環保和功率穩定等優點，隨著電力傳輸和電力儲存技術的高速發展，大量用電設備如照明設施、起重機和船舶通信等設備廣泛應用在船舶等海上作業平臺上。為了實現船舶電網的穩定輸出和降低電力能源的功率損耗，大型的船舶綜合電力系統引起了廣泛的研究。為了適應復雜的用電載荷和供電需求，保障整個船舶電力系統的平穩運行，船舶工業需要對傳統的船舶電力系統進行技術革新。電力變換裝置、電網拓撲結構和功率轉換器等各種先進的電力技術近年來逐漸成熟[1]，這些新的技術和優化算法開始在船舶的電力系統上應用起來。傳統的船舶電力系統主要有以下缺陷：1）系統冗余、集成控制不便。傳統的船舶電力系統包括汽輪發電裝置、儲能模塊、電網和船上用電設備，電能沿船上左右兩側的母線傳輸到各種用電終端。由于眾多用電模塊在功率和電壓上相互影響，使得電力系統的性能下降甚至不穩定。船舶上各種用電設備相互獨立運行，無法有效的對整個用電網絡集成控制。2）電力系統網絡復雜，維護困難。傳統船舶電力網絡在鋪設過程中無法對整個系統進行協調，電路之間的并聯、串聯往往根據用電設備隨機決定，因此電網的結構復雜無規律。這種復雜的電路一旦出現故障，檢測和維修需要耗費大量的時間和工作量。3）系統供電效率低，電能損耗大。相對于采取網絡拓撲結構的集成化電路，傳統船舶電路的供電無法對負載用電變化做出及時的響應，這種供電電流和電壓調整的滯后性會造成大量電能的損耗。由于船舶用電設備存在功率的突變，傳統電力系統無法做出及時的調節，整體系統的用電效率就會降低。在船舶供電系統的電力變換裝置設計時，需要將眾多變換裝置有機的協調才能使電力系統的安全性、可靠性達到最佳[2]。本文在設計船舶的電力系統時，充分考慮到電路網絡拓撲結構的優化，結合量子學埃弗雷特算法對電路進行優化設計。經過優化后的船舶電力系統電路高度集成，故障診斷和維護方便；對負載用電變化的響應迅速，提高了供電系統的效率；系統內電力變換裝置的耦合性好，整體上的電能損耗大大降低。

1船舶電力系統

1.1船舶電力系統的發展現狀

近年來，電工電子技術發展迅速，大規模的集成電路逐漸取代了傳統復雜的電路。這種高度集成的電路可以顯著提高電力系統的可控制性、運行的穩定性和系統的使用壽命，同時節省了維護和故障診斷的成本。傳統的船舶電力系統主要為發電輪機和輸電和配電設備兩部分。其中，輸電、配電設備又包括電力轉換裝置、步進電機裝置、配電器、電池等儲能元器件和變壓器模塊等。經過幾代人的研究，模塊化電子技術在船舶電力系統中逐漸應用起來。模塊化電子技術是歐美等發達國家率先提出的，它的出發點是電路的網絡拓撲結構。根據模塊化拓撲結構設計的電路，充分考慮各個不同功能模塊之間的相互聯系，實現了電路在電壓轉換、電能輸送、節能調度的最優化[3]。

1.2船舶電力系統的區域配電

船舶電力系統的區域化配電是基于模塊化電工電子技術發展而來的，這種區域化配電模式可以根據船上用電設備的負載進行電能的分配。通常情況下，區域化配電的傳輸線路為船舶左右兩側的輸電母線，然后根據用電量的大小將母線的電流分配給各個區域。該區域化配電結構如圖1所示。相比較于傳統的船舶配電方式，采用區域化配電技術的船舶電力系統具有以下優點：1）根據用電載荷進行電能的區域化分配，每個區域設計高度集成的電力轉換器，使電力系統的動態響應迅速和準確。2）對于電力系統的壓力泵和各類風機等輔機模塊，采用區域化的配電方式可以針對輔機的頻率和轉速進行調節，確保輔機的工作效率。3）區域化的直流電分配方式減少了船舶電力系統的變壓器轉換級數，降低了功率損耗。

2采用埃弗雷特優化技術的船舶電力系統

2.1埃弗雷特優化算法

量子信息科學近年來逐漸興起，其中量子計算和量子理論優化算法得到了長足發展。量子計算是由埃弗雷特率先提出的，他提出了物質的另一種狀態-“量子態”，并指出任何現實生活中存在的物質，不論是宏觀還是微觀物質，都可以通過“量子態”進行描述[4]。基于量子理論的優化算法在處理某一特定工況的問題時，充分利用量子邏輯運算和耦合算法。相比于傳統計算的迭代算法，量子計算在判定函數時僅需要運算一次就可將不確定的輸入量轉化為定量，具體的函數形式如圖2所示。圖2中，量子計算函數與傳統函數具有明顯不同，量子計算充分利用了量子的矢量可疊加特性，通過矢量變換H，將輸入量x和y轉化為疊加態，然后通過埃弗雷特算法進行計算，從而將非定值的物理量轉化為對應的確定值物理量。量子理論的埃弗雷特優化算法在電路設計中發揮著重要的作用。他可以將復雜的函數求解過程進行簡化，使得數據處理和運算過程更加簡便。尤其對于回路中干、支路電流的網絡設計和配電模塊的耦合性，可以大幅提高耦合求解的效率，對電力系統結構的合理設計具有非常重要的意義。

2.2基于埃弗雷特優化技術的船舶電力系統

基于埃弗雷特優化的船舶電力系統，與傳統電力系統最突出的區別是采用級聯的方式對船舶區域配電。通過配置SSIM濾波器，將輸入端和母線之間的三相電流衰減降低。起波形選擇SSIM濾波器跟電路后端的整流器以級聯的方式連接，作為一個子模塊起配電的作用。采用級聯式區域配電的船舶電力系統具有以下特點：1）在船舶的級聯式電力系統中，每個配電區域都可以看作是獨立運行的子系統，每個子系統的抗干擾能力也各不相同。子系統通常會受到不同程度的擾動，其中程度較小的擾動包括：用電設備的負載變化、系統自身的噪聲擾動和線路不穩定產生的擾動等；程度較大的擾動包括：電路開閉瞬間產生的擾動和輸電線路發生意外產生的擾動等[5]。2）電力系統采用級聯的區域配電方式時，需要通過反饋系統對功率進行調節。通常情況下，配電區域的反饋包括電壓反饋和電流反饋兩種。采用電壓反饋的配電模塊當反饋電壓和輸入電壓存在明顯差異時，區域內的阻抗器就會發揮調節回路電壓的作用，使系統輸入電壓與負載電壓匹配。本文所述的級聯式區域配電的等效模型如圖3所示。圖3中，G1為電力轉化器的級聯傳遞函數，G2為某區域配電的傳遞函數。Z0和Zin分別為配電器的輸入阻抗和電力轉換器的阻抗。由該級聯模型可知，區域配電的輸入阻抗和電力轉換器的阻抗相互調節，可以保障區域的穩定性。在該電力系統中，每個配電區域之間的級聯方式是通過埃弗雷特算法耦合起來的[6]。一方面，每個配電區域可以保障該區域內的用電需求和電力調節靈活性；另一方面，眾多配電區域組成一個有機的系統，共同保障了整個船舶電力系統的正常運行。該級聯式配電系統結構如圖4所示。在該電力系統結構中，輸入端為左右兩側的2個三相交流電源，PCM1-PCM4為電路的阻抗器和整流裝置，SSCM為電路的變頻器。

3結語

隨著電工電力技術的發展，集成化和模塊化的電路設計在船舶電力系統中的應用越來越廣泛。本文基于埃弗雷特優化算法，對傳統船舶電力系統進行優化設計，在原有的基礎上設計了級聯式直流配電模塊。后期的功率和穩定性測試表明，該新型船舶電力系統功率損耗低且具有良好的供電穩定性。

參考文獻：

[1]楊勇,耿攀,袁陽.基于DSP的艦船交流電力系統保護裝置設計[J].船電技術,2012,32(5):50–52.

[2]戴劍峰,周雙喜,魯宗相,等.面向對象的船舶電力系統數字仿真研究[J].中國造船,2005,46(3):61–67.

[3]郭光燦.量子信息科學在中國科學技術大學的興起和發展[J].物理,2008,37(8):556–561.

[4]Z.MALJKOVIC,關玉薇.故障和擾動引起的水輪發電機電路電壓升高[J].國外大電機,2001(1):20–24.

第7篇：量子計算發展現狀范文

[關鍵詞]計算機；技術；應用

中圖分類號：O434文獻標識碼： A

引言

隨著人們對于信息資源共享以及信息交流的迫切需求，促使網絡技術的產生和快速發展，計算機網絡的產生和使用為人類信息文明的發展帶來了革命性的變化主要包括各種局域網的技術思想、網絡設計方案、網絡拓撲結構、布線系統、Intranet/Internet的應用、網絡安全，網絡系統的維護等內容。隨著計算機網絡管理功能的強化，計算機硬件技術和軟件技術都與網絡技術融合到一起，近幾年來應用程序的開發更發展到以WEB門戶網站為界面，以與后臺網絡分布式數據庫和實時交互操作的程序庫，共同組成網絡環境下的三層架構模式，這成了計算機應用程序開發模式的主流趨勢。

一、我國計算機應用的發展現狀

1 我國計算機擁有量、互聯網用戶、網站數飛速增長

我國計算機互聯網的用戶、網站及域名在“九.五”期間飛速增長，據有關部門統計：截止到2002年我國計算機安裝臺數達到3800萬，聯網計算機臺數達到2083萬，互聯網用戶達到5910萬。上述統計的計算機臺數都是通用臺式機，我國還有上千萬臺工控機，幾億臺嵌式入計算機。我國互聯網的快速發展，也推動了計算機應用的網絡化。

2 電子政務工程全面啟動并初見成效

2002年電子政務進入全面的實施階段，全國政府的采購投資就有350億元其中硬件250億，軟件45億，信息服務55億元，比同期增長25％，2002年7月國信辦公布了關于我國電子政務建設的指導意見，包含以下措施：(1)建立兩個統一的電子政務網絡平臺，用內網處理辦公，外網處理部門間及公眾、企業服務義務。(2)推進12項金字工程的建設，（金稅、金關、金財、金審等）。(3)加快重要戰略性。

二、我國計算機應用發展中存在的問題

1 我國計算機應用水平低

企業信息化水平低，上網企業和上網家庭數量還是較少，信息技術在企業和家庭中的應用尚不夠普及。同發達國家及發展中國家相比都還有很大的差距，據國家統計中心研究分析，我國的信息化能力不僅遠落后于美日等發達國家，也落后于新加坡、菲律賓、韓國、埃及、印度等發展中國家；網民占人口的比例瑞典達67％，德國49％，瑞士60％，我國僅為3%。

2 國內計算機應用發展很不平衡

各地區的信息化指數高低相差20多倍，互聯網用戶、計算機擁有量在東西部地區、大陸和臺灣地區的差距很大，臺灣的互聯網用戶有540萬，網民占人口的比例達26％，連網的主機達85萬臺，50％的企業已開展電子商務，大陸開展電子商務的企業還不到10％。

3 我國的信息產業尚不能完全滿足信息化發展

計算機應用對軟硬件產品的需求，國產化產品的技術水平和市場占有率較低，重大的應用工程和大型的應用系統所用的軟硬件產品主要是靠國外公司，科技成果的轉化速度較慢，系統的集成，信息的服務水平還有待提高，計算機應用的有關標準、規范既缺乏又不統一，急需有待加強。

4 計算機的應用、信息化的市場經濟和政策法律尚待完善

目前還缺乏有力的技術、經濟政策來推動信息技術的廣泛應用，信息化的組織領導和管理體制尚待完善和加強，有關市場管理的法律法規、社會的信用體系還未完全進行建立，同時電子商務的發展所需要的市場環境還不完善。

5 企業的管理體制、機制、管理理念和組織機構等不能適應市場經濟的要求

部分領導對信息技術應用的重要性、緊迫性還沒有足夠的認識。企業采用的信息技術等高新技術還缺少內在的動力、人力、財力和物力。基礎工作的薄弱，信息技術人才，尤其是既懂信息技術又懂行業業務技術的復合型人才，更是缺少，廣大職工的信息意識和信息技術應用知識欠缺，職工的文化素質急待提高。

4、計算機技術應用之管理信息系統

一定意義上說，管理信息系統的產生和發展是建立在電子計算機基礎上的。硬件方面，自1946年第一臺電子計算機誕生以來，計算機技術的發展可謂日新月異，從龐大的只能在實驗里供研究使用的計算機到今天適應不同環境的滿足不同需求的各種各樣的計算機；運算速度從每秒幾千次到每秒幾百億次；處理器從焊有幾百萬個電子管的大的驚人的電子板到只有指甲大小的集成電路；現在計算機在硬件方面的發展已達到了每三個月更新換代一次的驚人速度。軟件方面，也已從機器語言、匯編語言、高級語言發展到現如今的第四代語言――非結構化、面向對象、可視化的語言。管理信息系統的發展管理信息系統的發展管理信息系統的發展管理信息系統的發展：管理信息系統通過對學校當前運行的地數據進行處理來獲得有關數據，以控制學校的行為；利用過去的和現在的數據及相關的模型，對未來的發展進行預測；能從全局目標出發，對學校的管理決策活動予以輔助。

三、內容廣泛，拓寬教學范圍

計算機應用教學能夠不受時間和空間的制約，延伸和拓展教學時空，通過影、音、色彩和動畫，傳遞傳授信息，解決由于時間和空間局限的教學疑難問題，使學習變得輕松易被理解和掌握，培養并發展了初學者獲取信息、分析信息和處理信息的能力。

實踐證明，計算機教學能充分激發調動、人們的學習興趣，促進學習主動性。然而，正如萬物都有正反面一樣，計算機教學也有它的弊端，具體來說表現在以下幾個方面：

1、容易改變教學者的主導地位

盡管計算機體系教學是一種高效、先進的教學模式，但它決不能取代教學者的主導地位。如果過分地依賴和習慣性的利用這種教學模式，那么結果將是導致一些人喪失動手能力，本末倒置、得不償失。計算機是教師教學的一種工具，是教學的一種輔助方式方法。我們不能把“以教師為中心”的教學思想演變成了“以計算機”為軸心的教學思想，以至于失去了傳統的教育理念，我們應該形成以“學”為主、“傳統理念和先進的計算機教學互動”的教學思想。

2、一定程度上忽略了教和學兩者之間互動關系

教學并不只是為了信息的傳遞，更重要的是為了各種技能的培訓和掌握。而計算機教學在這方面則是提供了更多的現成答案，學習者從而缺乏了對細致過程的展示和求索精神。這樣，初學在學習過程中就容易缺乏由教師引導的由淺入深、由具體到復雜、由簡單到抽象的思維過程。久而久之就形成了懶惰的思想。

3、容易分散學習時的注意力

計算機教學手段形象生動，然而，許多學習者注意的只是音樂和動畫，甚至有的還要討論屏幕哪些地方怎么好玩，并提醒周圍人們來注意，興趣調動起來了，可注意力卻分散了。

4、課件制作簡單地以計算機代替一切

尺有所短，寸有所長，計算機是功能十分強大的工具，傳統的教學手段似乎都可能由它來代替。總的來講，計算機體系固然有其它媒體所無可比擬的優越性，但其它常規媒體的許多特色功能、教學模型的空間結構功能等，也是計算機所不能完全替代的。因此，教學需要選擇合適的媒體，與其它有機配合、“和平共處”，而不要一味追趕時髦。

“總之，計算機多媒體教學的良性發展，任重道遠。事物都有它的優點和缺點，我們不能因為它的優點而讓它隨意滋長、也不能因為它的缺點而對它敬而遠之。正確地理解和使用計算機這個現代化學習工具，將給我國的現代化教育帶來不可估計的巨大效益;。此時，正是它發展途中在這里我們要通過嘗試，通過實踐，總結經驗，改善不足。

四、計算機的發展趨勢

1 量子計算機

量子計算機是一類遵循量子力學規律，并進行高速數學與邏輯運算、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，處理與計算的是量子信息，且運行的是量子算法時，這樣的計算機就稱為量子計算機。

2 神經網絡計算機

人腦總體的運行速度相當于每秒1000萬億次的電腦功能，可將生物大腦神經網絡看作一個大規模的能緊密耦合的、并行處理的、能自行重組的計算網絡。從大腦工作的模型中抽取計算機的設計模型，用許多處理機來模仿人腦的神經元機構，把信息存儲在神經元之間的聯絡中，同時采用大量的并行分布式的網絡就構成了神經網絡計算機。

3 化學計算機

在運行機理上，化學計算機以化學制成品中的微觀碳分子作為其信息載體，來實現信息的傳輸與儲存。所以，它具有更小的體積，更快的運算速度，以及巨大的計算機能力，其信息傳輸的速度甚至有可能比人腦的思維速度還要快若干倍，具有著十分誘人的發展前景。

4 光計算機

光計算機是指以光、電作為介質與載體，對信息進行保存與傳輸的計算機。光計算機也是一個相對環保的產業，能量消耗很低。

5 生物計算機

人體細胞吸收營養進行補充能量，因此不需要外界的能源，它將成為能夠植入人體內而成為幫助人類學習、思考、發明、創造的最理想的伙伴。此外，由于生物芯片內流動電子間的碰撞問題可能極小，幾乎不存在電阻，因此生物計算機機的能耗極小。

五、結語

當今世界是飛速發展的信息時代，在各行各業中離不開信息處理，這正是計算機被廣泛用于管理系統的環境。計算機的最大好處在于利用它能夠進行信息管理。使計算機進行信息管理控制，不僅提高了工作效率，而且大大提高了其安全性。尤其對于復雜的信息處理，計算機能夠充分發揮它的優越性。計算機進行信息管理與信息管理系統的開發密切相關，系統的開發是系統管理的前提。

參考文獻：

[1]我國計算機教學的新發展”.《電化教育研究》。

第8篇：量子計算發展現狀范文

關鍵詞半導體材料量子線量子點材料光子晶體

1半導體材料的戰略地位

上世紀中葉，單晶硅和半導體晶體管的發明及其硅集成電路的研制成功，導致了電子工業革命；上世紀70年代初石英光導纖維材料和GaAs激光器的發明，促進了光纖通信技術迅速發展并逐步形成了高新技術產業，使人類進入了信息時代。超晶格概念的提出及其半導體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設計思想，使半導體器件的設計與制造從“雜質工程”發展到“能帶工程”。納米科學技術的發展和應用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能強大的新型器件與電路，必將深刻地影響著世界的政治、經濟格局和軍事對抗的形式，徹底改變人們的生活方式。

2幾種主要半導體材料的發展現狀與趨勢

2.1硅材料

從提高硅集成電路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）單晶的直徑和減小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si發展的總趨勢。目前直徑為8英寸（200mm）的Si單晶已實現大規模工業生產，基于直徑為12英寸（300mm）硅片的集成電路（IC‘s）技術正處在由實驗室向工業生產轉變中。目前300mm，0.18μm工藝的硅ULSI生產線已經投入生產，300mm，0.13μm工藝生產線也將在2003年完成評估。18英寸重達414公斤的硅單晶和18英寸的硅園片已在實驗室研制成功，直徑27英寸硅單晶研制也正在積極籌劃中。

從進一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制適合于硅深亞微米乃至納米工藝所需的大直徑硅外延片會成為硅材料發展的主流。另外，SOI材料，包括智能剝離（Smartcut）和SIMOX材料等也發展很快。目前，直徑8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在開發中。

理論分析指出30nm左右將是硅MOS集成電路線寬的“極限”尺寸。這不僅是指量子尺寸效應對現有器件特性影響所帶來的物理限制和光刻技術的限制問題，更重要的是將受硅、SiO2自身性質的限制。盡管人們正在積極尋找高K介電絕緣材料（如用Si3N4等來替代SiO2），低K介電互連材料，用Cu代替Al引線以及采用系統集成芯片技術等來提高ULSI的集成度、運算速度和功能，但硅將最終難以滿足人類不斷的對更大信息量需求。為此，人們除尋求基于全新原理的量子計算和DNA生物計算等之外，還把目光放在以GaAs、InP為基的化合物半導體材料，特別是二維超晶格、量子阱，一維量子線與零維量子點材料和可與硅平面工藝兼容GeSi合金材料等，這也是目前半導體材料研發的重點。

2.2GaAs和InP單晶材料

GaAs和InP與硅不同，它們都是直接帶隙材料，具有電子飽和漂移速度高，耐高溫，抗輻照等特點；在超高速、超高頻、低功耗、低噪音器件和電路，特別在光電子器件和光電集成方面占有獨特的優勢。

目前，世界GaAs單晶的總年產量已超過200噸，其中以低位錯密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生長的2－3英寸的導電GaAs襯底材料為主；近年來，為滿足高速移動通信的迫切需求，大直徑（4，6和8英寸）的SI－GaAs發展很快。美國莫托羅拉公司正在籌建6英寸的SI－GaAs集成電路生產線。InP具有比GaAs更優越的高頻性能，發展的速度更快，但研制直徑3英寸以上大直徑的InP單晶的關鍵技術尚未完全突破，價格居高不下。

GaAs和InP單晶的發展趨勢是：

（1）。增大晶體直徑，目前4英寸的SI－GaAs已用于生產，預計本世紀初的頭幾年直徑為6英寸的SI－GaAs也將投入工業應用。

（2）。提高材料的電學和光學微區均勻性。

（3）。降低單晶的缺陷密度，特別是位錯。

（4）。GaAs和InP單晶的VGF生長技術發展很快，很有可能成為主流技術。

2.3半導體超晶格、量子阱材料

半導體超薄層微結構材料是基于先進生長技術（MBE，MOCVD）的新一代人工構造材料。它以全新的概念改變著光電子和微電子器件的設計思想，出現了“電學和光學特性可剪裁”為特征的新范疇，是新一代固態量子器件的基礎材料。

（1）Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料。

GaAIAs／GaAs，GaInAs／GaAs，AIGaInP／GaAs；GalnAs／InP，AlInAs／InP，InGaAsP／InP等GaAs、InP基晶格匹配和應變補償材料體系已發展得相當成熟，已成功地用來制造超高速，超高頻微電子器件和單片集成電路。高電子遷移率晶體管（HEMT），贗配高電子遷移率晶體管（P－HEMT）器件最好水平已達fmax=600GHz，輸出功率58mW，功率增益6.4db；雙異質結雙極晶體管（HBT）的最高頻率fmax也已高達500GHz，HEMT邏輯電路研制也發展很快。基于上述材料體系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探測器，紅、黃、橙光發光二極管和紅光激光器以及大功率半導體量子阱激光器已商品化；表面光發射器件和光雙穩器件等也已達到或接近達到實用化水平。目前，研制高質量的1.5μm分布反饋（DFB）激光器和電吸收（EA）調制器單片集成InP基多量子阱材料和超高速驅動電路所需的低維結構材料是解決光纖通信瓶頸問題的關鍵，在實驗室西門子公司已完成了80×40Gbps傳輸40km的實驗。另外，用于制造準連續兆瓦級大功率激光陣列的高質量量子阱材料也受到人們的重視。

雖然常規量子阱結構端面發射激光器是目前光電子領域占統治地位的有源器件，但由于其有源區極薄（～0.01μm）端面光電災變損傷，大電流電熱燒毀和光束質量差一直是此類激光器的性能改善和功率提高的難題。采用多有源區量子級聯耦合是解決此難題的有效途徑之一。我國早在1999年，就研制成功980nmInGaAs帶間量子級聯激光器，輸出功率達5W以上；2000年初，法國湯姆遜公司又報道了單個激光器準連續輸出功率超過10瓦好結果。最近，我國的科研工作者又提出并開展了多有源區縱向光耦合垂直腔面發射激光器研究，這是一種具有高增益、極低閾值、高功率和高光束質量的新型激光器，在未來光通信、光互聯與光電信息處理方面有著良好的應用前景。

為克服PN結半導體激光器的能隙對激光器波長范圍的限制，1994年美國貝爾實驗室發明了基于量子阱內子帶躍遷和阱間共振隧穿的量子級聯激光器，突破了半導體能隙對波長的限制。自從1994年InGaAs／InAIAs／InP量子級聯激光器（QCLs）發明以來，Bell實驗室等的科學家，在過去的7年多的時間里，QCLs在向大功率、高溫和單膜工作等研究方面取得了顯著的進展。2001年瑞士Neuchatel大學的科學家采用雙聲子共振和三量子阱有源區結構使波長為9.1μm的QCLs的工作溫度高達312K，連續輸出功率3mW.量子級聯激光器的工作波長已覆蓋近紅外到遠紅外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光譜、超高靈敏氣體傳感器、高速調制器和無線光學連接等方面顯示出重要的應用前景。中科院上海微系統和信息技術研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子級聯激光器；中科院半導體研究所于2000年又研制成功3.7μm室溫準連續應變補償量子級聯激光器，使我國成為能研制這類高質量激光器材料為數不多的幾個國家之一。

目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作為超薄層微結構材料發展的主流方向，正從直徑3英寸向4英寸過渡；生產型的MBE和M0CVD設備已研制成功并投入使用，每臺年生產能力可高達3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英國卡迪夫的MOCVD中心，法國的PicogigaMBE基地，美國的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有這種外延材料出售。生產型MBE和MOCVD設備的成熟與應用，必然促進襯底材料設備和材料評價技術的發展。

（2）硅基應變異質結構材料。

硅基光、電器件集成一直是人們所追求的目標。但由于硅是間接帶隙，如何提高硅基材料發光效率就成為一個亟待解決的問題。雖經多年研究，但進展緩慢。人們目前正致力于探索硅基納米材料（納米Si／SiO2），硅基SiGeC體系的Si1－yCy/Si1－xGex低維結構，Ge／Si量子點和量子點超晶格材料，Si／SiC量子點材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED發光器件和有關納米硅的受激放大現象的報道，使人們看到了一線希望。

另一方面，GeSi／Si應變層超晶格材料，因其在新一代移動通信上的重要應用前景，而成為目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止頻率已達200GHz，HBT最高振蕩頻率為160GHz，噪音在10GHz下為0.9db，其性能可與GaAs器件相媲美。

盡管GaAs／Si和InP／Si是實現光電子集成理想的材料體系，但由于晶格失配和熱膨脹系數等不同造成的高密度失配位錯而導致器件性能退化和失效，防礙著它的使用化。最近，Motolora等公司宣稱，他們在12英寸的硅襯底上，用鈦酸鍶作協變層（柔性層），成功的生長了器件級的GaAs外延薄膜，取得了突破性的進展。

2.4一維量子線、零維量子點半導體微結構材料

基于量子尺寸效應、量子干涉效應，量子隧穿效應和庫侖阻效應以及非線性光學效應等的低維半導體材料是一種人工構造（通過能帶工程實施）的新型半導體材料，是新一代微電子、光電子器件和電路的基礎。它的發展與應用，極有可能觸發新的技術革命。

目前低維半導體材料生長與制備主要集中在幾個比較成熟的材料體系上，如GaAlAs／GaAs，In（Ga）As／GaAs，InGaAs／InAlAs／GaAs，InGaAs／InP，In（Ga）As／InAlAs／InP，InGaAsP／InAlAs／InP以及GeSi／Si等，并在納米微電子和光電子研制方面取得了重大進展。俄羅斯約飛技術物理所MBE小組，柏林的俄德聯合研制小組和中科院半導體所半導體材料科學重點實驗室的MBE小組等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子點激光器，工作波長lμm左右，單管室溫連續輸出功率高達3.6～4W.特別應當指出的是我國上述的MBE小組，2001年通過在高功率量子點激光器的有源區材料結構中引入應力緩解層，抑制了缺陷和位錯的產生，提高了量子點激光器的工作壽命，室溫下連續輸出功率為1W時工作壽命超過5000小時，這是大功率激光器的一個關鍵參數，至今未見國外報道。

在單電子晶體管和單電子存貯器及其電路的研制方面也獲得了重大進展，1994年日本NTT就研制成功溝道長度為30nm納米單電子晶體管，并在150K觀察到柵控源－漏電流振蕩；1997年美國又報道了可在室溫工作的單電子開關器件，1998年Yauo等人采用0.25微米工藝技術實現了128Mb的單電子存貯器原型樣機的制造，這是在單電子器件在高密度存貯電路的應用方面邁出的關鍵一步。目前，基于量子點的自適應網絡計算機，單光子源和應用于量子計算的量子比特的構建等方面的研究也正在進行中。

與半導體超晶格和量子點結構的生長制備相比，高度有序的半導體量子線的制備技術難度較大。中科院半導體所半導體材料科學重點實驗室的MBE小組，在繼利用MBE技術和SK生長模式，成功地制備了高空間有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子線和量子線超晶格結構的基礎上，對InAs／InAlAs量子線超晶格的空間自對準（垂直或斜對準）的物理起因和生長控制進行了研究，取得了較大進展。

王中林教授領導的喬治亞理工大學的材料科學與工程系和化學與生物化學系的研究小組，基于無催化劑、控制生長條件的氧化物粉末的熱蒸發技術，成功地合成了諸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半導體氧化物納米帶，它們與具有圓柱對稱截面的中空納米管或納米線不同，這些原生的納米帶呈現出高純、結構均勻和單晶體，幾乎無缺陷和位錯；納米線呈矩形截面，典型的寬度為20－300nm，寬厚比為5－10，長度可達數毫米。這種半導體氧化物納米帶是一個理想的材料體系，可以用來研究載流子維度受限的輸運現象和基于它的功能器件制造。香港城市大學李述湯教授和瑞典隆德大學固體物理系納米中心的LarsSamuelson教授領導的小組，分別在SiO2／Si和InAs／InP半導體量子線超晶格結構的生長制各方面也取得了重要進展。

低維半導體結構制備的方法很多，主要有：微結構材料生長和精細加工工藝相結合的方法，應變自組裝量子線、量子點材料生長技術，圖形化襯底和不同取向晶面選擇生長技術，單原子操縱和加工技術，納米結構的輻照制備技術，及其在沸石的籠子中、納米碳管和溶液中等通過物理或化學方法制備量子點和量子線的技術等。目前發展的主要趨勢是尋找原子級無損傷加工方法和納米結構的應變自組裝可控生長技術，以求獲得大小、形狀均勻、密度可控的無缺陷納米結構。

2.5寬帶隙半導體材料

寬帶隙半導體材主要指的是金剛石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶體等，特別是SiC、GaN和金剛石薄膜等材料，因具有高熱導率、高電子飽和漂移速度和大臨界擊穿電壓等特點，成為研制高頻大功率、耐高溫、抗輻照半導體微電子器件和電路的理想材料；在通信、汽車、航空、航天、石油開采以及國防等方面有著廣泛的應用前景。另外，III族氮化物也是很好的光電子材料，在藍、綠光發光二極管（LED）和紫、藍、綠光激光器（LD）以及紫外探測器等應用方面也顯示了廣泛的應用前景。隨著1993年GaN材料的P型摻雜突破，GaN基材料成為藍綠光發光材料的研究熱點。目前，GaN基藍綠光發光二極管己商品化，GaN基LD也有商品出售，最大輸出功率為0.5W.在微電子器件研制方面，GaN基FET的最高工作頻率（fmax）已達140GHz，fT=67GHz，跨導為260ms／mm；HEMT器件也相繼問世，發展很快。此外，256×256GaN基紫外光電焦平面陣列探測器也已研制成功。特別值得提出的是，日本Sumitomo電子工業有限公司2000年宣稱，他們采用熱力學方法已研制成功2英寸GaN單晶材料，這將有力的推動藍光激光器和GaN基電子器件的發展。另外，近年來具有反常帶隙彎曲的窄禁帶InAsN，InGaAsN，GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重視，這是因為它們在長波長光通信用高T0光源和太陽能電池等方面顯示了重要應用前景。

以Cree公司為代表的體SiC單晶的研制已取得突破性進展，2英寸的4H和6HSiC單晶與外延片，以及3英寸的4HSiC單晶己有商品出售；以SiC為GaN基材料襯低的藍綠光LED業已上市，并參于與以藍寶石為襯低的GaN基發光器件的竟爭。其他SiC相關高溫器件的研制也取得了長足的進步。目前存在的主要問題是材料中的缺陷密度高，且價格昂貴。

II－VI族蘭綠光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美國3M公司成功地解決了II－VI族的P型摻雜難點而得到迅速發展。1991年3M公司利用MBE技術率先宣布了電注入（Zn，Cd）Se／ZnSe蘭光激光器在77K（495nm）脈沖輸出功率100mW的消息，開始了II－VI族蘭綠光半導體激光（材料）器件研制的。經過多年的努力，目前ZnSe基II－VI族蘭綠光激光器的壽命雖已超過1000小時，但離使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速發展和應用，使II－VI族蘭綠光材料研制步伐有所變緩。提高有源區材料的完整性，特別是要降低由非化學配比導致的點缺陷密度和進一步降低失配位錯和解決歐姆接觸等問題，仍是該材料體系走向實用化前必須要解決的問題。

寬帶隙半導體異質結構材料往往也是典型的大失配異質結構材料，所謂大失配

異質結構材料是指晶格常數、熱膨脹系數或晶體的對稱性等物理參數有較大差異的材料體系，如GaN／藍寶石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引發界面處大量位錯和缺陷的產生，極大地影響著微結構材料的光電性能及其器件應用。如何避免和消除這一負面影響，是目前材料制備中的一個迫切要解決的關鍵科學問題。這個問題的解泱，必將大大地拓寬材料的可選擇余地，開辟新的應用領域。

目前，除SiC單晶襯低材料，GaN基藍光LED材料和器件已有商品出售外，大多數高溫半導體材料仍處在實驗室研制階段，不少影響這類材料發展的關鍵問題，如GaN襯底，ZnO單晶簿膜制備，P型摻雜和歐姆電極接觸，單晶金剛石薄膜生長與N型摻雜，II－VI族材料的退化機理等仍是制約這些材料實用化的關鍵問題，國內外雖已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。

3光子晶體

光子晶體是一種人工微結構材料，介電常數周期的被調制在與工作波長相比擬的尺度，來自結構單元的散射波的多重干涉形成一個光子帶隙，與半導體材料的電子能隙相似，并可用類似于固態晶體中的能帶論來描述三維周期介電結構中光波的傳播，相應光子晶體光帶隙（禁帶）能量的光波模式在其中的傳播是被禁止的。如果光子晶體的周期性被破壞，那么在禁帶中也會引入所謂的“施主”和“受主”模，光子態密度隨光子晶體維度降低而量子化。如三維受限的“受主”摻雜的光子晶體有希望制成非常高Q值的單模微腔，從而為研制高質量微腔激光器開辟新的途徑。光子晶體的制備方法主要有：聚焦離子束（FIB）結合脈沖激光蒸發方法，即先用脈沖激光蒸發制備如Ag/MnO多層膜，再用FIB注入隔離形成一維或二維平面陣列光子晶體；基于功能粒子（磁性納米顆粒Fe2O3，發光納米顆粒CdS和介電納米顆粒TiO2）和共軛高分子的自組裝方法，可形成適用于可光范圍的三維納米顆粒光子晶體；二維多空硅也可制作成一個理想的3－5μm和1.5μm光子帶隙材料等。目前，二維光子晶體制造已取得很大進展，但三維光子晶體的研究，仍是一個具有挑戰性的課題。最近，Campbell等人提出了全息光柵光刻的方法來制造三維光子晶體，取得了進展。

4量子比特構建與材料

隨著微電子技術的發展，計算機芯片集成度不斷增高，器件尺寸越來越小（nm尺度）并最終將受到器件工作原理和工藝技術限制，而無法滿足人類對更大信息量的需求。為此，發展基于全新原理和結構的功能強大的計算機是21世紀人類面臨的巨大挑戰之一。1994年Shor基于量子態疊加性提出的量子并行算法并證明可輕而易舉地破譯目前廣泛使用的公開密鑰Rivest，Shamir和Adlman（RSA）體系，引起了人們的廣泛重視。

所謂量子計算機是應用量子力學原理進行計的裝置，理論上講它比傳統計算機有更快的運算速度，更大信息傳遞量和更高信息安全保障，有可能超越目前計算機理想極限。實現量子比特構造和量子計算機的設想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一個實現大規模量子計算的方案。其核心是利用硅納米電子器件中磷施主核自旋進行信息編碼，通過外加電場控制核自旋間相互作用實現其邏輯運算，自旋測量是由自旋極化電子電流來完成，計算機要工作在mK的低溫下。

這種量子計算機的最終實現依賴于與硅平面工藝兼容的硅納米電子技術的發展。除此之外，為了避免雜質對磷核自旋的干擾，必需使用高純（無雜質）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅單晶；減小SiO2絕緣層的無序漲落以及如何在硅里摻入規則的磷原子陣列等是實現量子計算的關鍵。量子態在傳輸，處理和存儲過程中可能因環境的耦合（干擾），而從量子疊加態演化成經典的混合態，即所謂失去相干，特別是在大規模計算中能否始終保持量子態間的相干是量子計算機走向實用化前所必需克服的難題。

5發展我國半導體材料的幾點建議

鑒于我國目前的工業基礎，國力和半導體材料的發展水平，提出以下發展建議供參考。

5.1硅單晶和外延材料硅材料作為微電子技術的主導地位

至少到本世紀中葉都不會改變，至今國內各大集成電路制造廠家所需的硅片基本上是依賴進口。目前國內雖已可拉制8英寸的硅單晶和小批量生產6英寸的硅外延片，然而都未形成穩定的批量生產能力，更談不上規模生產。建議國家集中人力和財力，首先開展8英寸硅單晶實用化和6英寸硅外延片研究開發，在“十五”的后期，爭取做到8英寸集成電路生產線用硅單晶材料的國產化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我國應有8～12英寸硅單晶、片材和8英寸硅外延片的規模生產能力；更大直徑的硅單晶、片材和外延片也應及時布點研制。另外，硅多晶材料生產基地及其相配套的高純石英、氣體和化學試劑等也必需同時給以重視，只有這樣，才能逐步改觀我國微電子技術的落后局面，進入世界發達國家之林。超級秘書網

5.2GaAs及其有關化合物半導體單晶材料發展建議

GaAs、InP等單晶材料同國外的差距主要表現在拉晶和晶片加工設備落后，沒有形成生產能力。相信在國家各部委的統一組織、領導下，并爭取企業介入，建立我國自己的研究、開發和生產聯合體，取各家之長，分工協作，到2010年趕上世界先進水平是可能的。要達到上述目的，到“十五”末應形成以4英寸單晶為主2－3噸／年的SI－GaAs和3－5噸／年摻雜GaAs、InP單晶和開盒就用晶片的生產能力，以滿足我國不斷發展的微電子和光電子工業的需術。到2010年，應當實現4英寸GaAs生產線的國產化，并具有滿足6英寸線的供片能力。

5.3發展超晶格、量子阱和一維、零維半導體微結構材料的建議

（1）超晶格、量子阱材料從目前我國國力和我們已有的基礎出發，應以三基色（超高亮度紅、綠和藍光）材料和光通信材料為主攻方向，并兼顧新一代微電子器件和電路的需求，加強MBE和MOCVD兩個基地的建設，引進必要的適合批量生產的工業型MBE和MOCVD設備并著重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP，GaN基藍綠光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料體系的實用化研究是當務之急，爭取在“十五”末，能滿足國內2、3和4英寸GaAs生產線所需要的異質結材料。到2010年，每年能具備至少100萬平方英寸MBE和MOCVD微電子和光電子微結構材料的生產能力。達到本世紀初的國際水平。

寬帶隙高溫半導體材料如SiC，GaN基微電子材料和單晶金剛石薄膜以及ZnO等材料也應擇優布點，分別做好研究與開發工作。

（2）一維和零維半導體材料的發展設想。基于低維半導體微結構材料的固態納米量子器件，目前雖然仍處在預研階段，但極其重要，極有可能觸發微電子、光電子技術新的革命。低維量子器件的制造依賴于低維結構材料生長和納米加工技術的進步，而納米結構材料的質量又很大程度上取決于生長和制備技術的水平。因而，集中人力、物力建設我國自己的納米科學與技術研究發展中心就成為了成敗的關鍵。具體目標是，“十五”末，在半導體量子線、量子點材料制備，量子器件研制和系統集成等若干個重要研究方向接近當時的國際先進水平；2010年在有實用化前景的量子點激光器，量子共振隧穿器件和單電子器件及其集成等研發方面，達到國際先進水平，并在國際該領域占有一席之地。可以預料，它的實施必將極大地增強我國的經濟和國防實力。

第9篇：量子計算發展現狀范文

關鍵字 計算機應用 發展趨勢 應用前景

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A

1計算機產生簡介

早在17世紀，歐洲一批數學家就已開始設計和制造以數學形式進行基本運算的數字計算機。1642年，法國數學家帕斯卡采用與鐘表類似的齒輪傳動裝置，制成了最早的十進制加法器。1678年，德國數學家萊布尼茲制成的計算機，進一步解決了十進制數的乘、除運算。

英國數學家巴貝奇在1822年制成的差分模型時提出一個設想，每次完成一次算術運算將發展成為主動完成某個特定的完整的運算過程。1884年，巴貝奇設計了一種程序控制的通用分析機。這臺分析機雖然已經描繪出有關程序控制方式計算機的雛形，但限于當時的技術條件而未能實現。

1946年2月美國賓夕法尼亞大學莫爾頓學院制成一臺大型電子數字積分計算機（ENIAC），最初專門用于火炮彈道計算，后經多次改進而成為能進行各種科學計算的通用計算機。而這臺計算機完全的采用電子線路執行算術運算、邏輯運算和信息儲存的計算機。運算速度比繼電器計算機快1000倍。這就是人們常常提到的世界上第一臺計算機。但是這臺計算機重量達到30噸，占地150平方米運算速度5000次/秒而它的組成只有1.9萬電子管和100塊集成電路。并且程序設備依然是外加式，儲存容量相對也非常小。

2計算機技術的現狀

目前，計算機應用技術在各個領域都得到了廣泛的應用。比如電子產品愈發的普遍創新，計算機教育走進了城市到鄉村的各個人們生活中，商業企業用戶能夠在最短的時間內通過互聯網與世界接軌獲得資訊信息，我們用計算機進行各種各樣的娛樂活動，比如上網聊天，打游戲，查資料，聽音樂看電影。我們還用計算機進行數據的儲存，監視監控，開發軟件與實驗室創新處理等。計算機應用技術使我們的生活真正開始與數字化接軌，與信息化接軌，讓我們體驗到了人工智能帶給我們的便捷與方便。而從教育角度看，目前，各大城市的孩子從小學開始就從事計算機教育的學習。孩子們從小就通過學習計算機提高自身的思維活動與判斷能力。由此看來，計算機技術已然將我們領進到一個自動化的年代。計算機技術的發展還需要我們不斷的探索與研究。

3計算機應用技術的發展趨勢

3.1高性能計算機的發展

高性能計算的發展是計算機應用技術發展中必要的一個趨勢。因為高性能計算機的出現，會使得未來的計算機向更加微小，高速，高性能的方向提高。其中有待實現的是納米計算機和量子計算機。眾所周知，納米技術與量子技術都是集超小型超高性能與一身的技術，它可以讓計算機技術以普通計算機速度的十億倍高速運轉，并且以最快的速度進行數字運算，邏輯操作與信息儲存和處理。這些高性能計算機技術的研發與完善，將為人類跨向更加美好的明天提供無窮的力量。

3.2智能巨型化計算機的發展

計算機智能化與巨型化的結合也是未來計算機技術的發展趨勢。因為智能化是當前計算機最應該具備的技術，也是人們在日常生活中最需要的技術。智能化可以使計算機在現代科學基礎之上模擬人的思維邏輯過程與人的感官行為，代替人們進行日常的聽說讀寫想等一些行為過程，預先設置好相關的運行屬性與設施，加強計算機的防護與檢測能力，從而增加計算機的判斷與邏輯推理能力。方便于人們的生活。而巨型化計算機技術的研發則是注重巨型計算機的包容量大，運算能力強，功能強大的特點，它與微型計算機并不矛盾，各有各的優勢。巨型計算機的儲存量可以達到每平方厘米100TB的容量，運算速度可以達到每秒幾百億次。其運算速度準確，速度之快是未來計算機最應該具備的性能。也是滿足人類需要最有效的能力。

4未來計算機的應用

未來的計算機解決了在各個方面難以解決的問題。并且覆蓋了我們生活的每一方面，讓我們無論是在科技、研究、教育方面都更加的方便。

（1）巨型化計算機的產生，將使運算速度更高、存儲容量更大、功能更強。其運算速度可達每秒百億次。而巨型化計算機的優越性體現在科研方面，它主要用來承擔重大的科學研究、國防尖端技術和國民經濟領域的大型計算課題及數據處理任務。如大范圍天氣預報，整理衛星照片，原子核物的探索，研究洲際導彈、宇宙飛船等，制定國民經濟的發展計劃，項目繁多，時間性強，要綜合考慮各種各樣的因素，依靠巨型計算機就能順利地完成，并且還可同時進行多個計算。存儲大量各個方面的資料，當我們需要時，短時間之內就可以調出來查閱。這樣不僅節省成本，也縮短了很多時間。而相對的微型計算機早已每個家庭、企業、辦公必不可少的東西。就如電話一樣。隨身攜帶，它的體積小攜帶方便，上網方便。

（2）未來計算機網絡的應用最終體現網絡系統的目的性和系統功能。國家信息化、領域信息化、區域信息化和企業信息化最后都落實到了網絡應用上面，而那時，各種網絡系統已成為計算機網絡部可分割的部分。未來計算機的（下轉第5頁）（上接第3頁）網絡化極大的豐富和方便人們的生活。而電信、信息、消費、娛樂等相關行業都也形成相互的鏈條。我們普通手機都能夠處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體模式，而且還提供電話會議、電子商務等多種信息，完全就是一臺小型計算機。那時計算機網絡呈現給廣大用戶的將是更廣泛的、更方便的網絡、和各種各樣的網絡應用系統。

（3）智能化計算機的應用已經有了一個很大的突破，而量子計算機、光子計算機、分子計算機。納米計算機都將面世。大大提高了計算機的能力，而且具有超高的運算速度、理解能力強、集成密度高。超大規模的信息存儲量、散熱低等優越條件。而納米計算機將逐漸取代芯片計算機，因為它體積小、造價低、性能也要比現在計算機強大好多倍。推動計算機的行業的高速發展。同時智能計算機在醫療診斷、定理證明、語言翻譯、機器人等方面，已有了顯著的成效。例如，用計算機模擬人腦的全部功能進行思維學習、推理、聯想和決策，具有和人類一樣的“思維能力”。智能機器人，具有感知和理解周圍環境，使用語言、推理、規劃和操縱工具的技能，模仿人完成某些動作。機器人不怕疲勞，精確度高，適應力強，用于搬運、噴漆、焊接、裝配等工作中。機器人完全代替人在危險工作中進行繁重的勞動，如在有放射線、污染有毒、高溫、低溫、高壓、水下等環境中工作。甚至完全代替人類做他們的工作，未來智能化的計算機將具有親和力，成為我們的人類的好朋友。進入到一個人機共存的時代。

5結束語

關于計算機未來的發展趨勢，不同的人有不同的看法，不同的人也會從不同的方面去探討，但無論如何，出發點都是為了能夠更好地幫助人學習、工作、計算、娛樂等等，為了更能方便人的生活，更好地完成更加艱巨復雜的任務，所以，計算機會基于這些進行不斷地改造與創新，當一種技術或基本架構遭遇瓶頸時，新的技術就會誕生，這就是計算機不斷改進和創新的動力。

以上對于計算機的展望并不是全面的，也只是從一些側面簡單談一談計算機可能發展的方向，從第一臺計算機誕生的那一天起，計算機就將注定改變人類的歷史；從第一臺個人計算機誕生的那一天起，計算機便注定與我們的生活有著密切聯系。在當今社會，計算機已經滲透到社會的每一個角落，未來的計算機將發揮更大的作用，計算機技術也將帶動各行各業的迅猛發展，為共同推動人類社會的進步做出貢獻。

參考文獻

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