對量子計算機的認識精選(九篇)

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第1篇：對量子計算機的認識范文

1.架構方面：計算機正想著網格化的方向發展。網格計算的特點在于能夠都部分資源進行良好的集成以及協同，在更高的層次上對信息進行了運用，對于當前存在的信息孤島問題也能夠加以解決。

2.環保化：計算機性能的提高也將產生更多的能耗，無論是生產還是生活中，大量的使用計算機必定會損耗更多的電量。為了解決這個問題，在不久的將來計算機技術將會向環保型發展，通過提高計算機的效率減少能耗。例如，使用量子技術和光子技術代替原來的硅架構。

3.軟件生產構件化：計算機技術應用的領域是十分廣泛的，為了適計算機硬件的發展解決供需矛盾，計算機軟件生產也要實現構件化。目前，對軟件生產的重點是其可生產性和并行處理，在軟件開發的問題上也將會以更高的水平對其進行解決。

4.智能化：在今后，計算機技術將會有更多的新技術出現。例如，第五代計算機技術，這種技術具備聯想、判斷和學習等智能化的功能。能夠使得人從枯燥的信息處理中走出來，使得人們的學習和生活得到變革，人類的生活空間也將得到拓展。

二、計算機種類發展趨勢

在計算機技術不斷發展的過程中，新型計算機也將層出不窮，而且是愈加的完善和高性能化。

1.量子計算機：量子計算機是以量子力學為基礎進行高速數學和邏輯運算的新型計算機。量子計算機的優勢在于其能夠對量子信息進行計算和處理，當計算機運行量子算法時我們可以稱之為量子計算機。計算機領域中使用量子技術是一項新的研究，而量子計算機與當前的計算機相比較而言，其存儲空間是巨大的，而且在進行計算時其速度也是當前計算機無法比擬的。對于量子計算機的應用，初步預測在2030年能夠實現，以當前計算機技術發展的速度和趨勢來看，實現量子計算機的使用的時代將很快到來。

2.分子計算機：分子生物計算機是指通過分子來處理信息的計算機。這種計算機主要是通過分子晶體運行的，其優勢在于實現了高效的組織排列，而且體積小，速度快，存儲時間長等。在不久的將來，當分子技術在不斷的發展的時候分子計算機的出現也指日可待。

3.生物計算機：所謂生物計算機就是指通過生物芯片集成晶體管而制成的計算機。生物計算機的優勢在于，耗能低，運算的速度很快且其存儲空間巨大。不過，這種計算機也存在一定的缺陷，譬如從生物計算機中提取信息比較困難，因而生物計算機要得到發展以目前的計算機技術條件還無法得到廣泛的應用。不過在未來計算機發展下，其缺陷會得到解決，其前景也將會是良好的。

4.神經網絡計算機：該計算機是通過模仿人的大腦神經脈絡制成計算機網絡系統加以運行的新型計算機。和人腦運行的速度相比，電腦功能是無法達到的，在這個基礎上神經網絡計算機被視為巨大的機器，其要處理很多繁雜的信息。因而，在此過程中，神經網絡計算機可以在判斷和處理信息時得出結果。其內部的信息組要是在神經元的網絡中被存儲，而一旦神經元結點出現問題，該計算機還能夠對原來存儲的信息進行備份，確保這些信息不丟失。

三、計算機技術未來發展的建議

1.做好技術革新經濟的發展促使人們對計算機技術改進有了更高的關注。在計算機技術發展的過程當中，為了更好地推進其發展就會做好創建計算機技術的相關措施，對在其發展中有可能面臨的問題做出相應的處理。而要做好這點首先要對其進行全面的認識，對計算機技術的實施形成系統的了解，在開發新技術時也要遵循自然以及經濟的規律，體現其科學性和實效性等等。兼顧這些在計算機技術改進和發展中才能更加的完善，為人所用。

2.增強計算機研發人員的培訓實現計算機技術發展的關鍵在于有一批具備高素質和高技能的技術研發人員，要想計算機技術的發展能夠得到保障就要依賴于這些研發人員在掌握技術要領和工作規范的基礎上進行工作。同時，提高研發人員的責任意識和創新意識，擁有責任意識的員工能夠確保計算機技術發展得到重視，而創新意識則是推動計算機技術革新的動力。在生產和生活中計算機技術發揮了很大的作用，要使得生活水平得到進一步的提高，就要能夠確保計算機技術更為完善和順利的發展。

3.加強對計算機技術研究的鼓勵我國的計算機技術研發工作同發達國家相比還存有差距。為了促進計算機技術的發展，我國應該加大對計算機技術研發的保護，鼓勵相關機構進行技術研發，并對有突出貢獻者提供獎勵。

第2篇：對量子計算機的認識范文

未來的計算機技術將向超高速、超小型、平行處理、智能化的方向發展。盡管受到物理極限的約束，采用硅芯片的計算機的核心部件CPU的性能還會持續增長。作為Moore定律驅動下成功企業的典范Inter預計2001年推出1億個晶體管的微處理器，并預計在2010年推出集成10億個晶體管的微處理器，其性能為10萬MIPS（1000億條指令／秒）。而每秒100萬億次的超級計算機將出現在本世紀初出現。超高速計算機將采用平行處理技術，使計算機系統同時執行多條指令或同時對多個數據進行處理，這是改進計算機結構、提高計算機運行速度的關鍵技術。

同時計算機將具備更多的智能成分，它將具有多種感知能力、一定的思考與判斷能力及一定的自然語言能力。除了提供自然的輸入手段（如語音輸入、手寫輸入）外，讓人能產生身臨其境感覺的各種交互設備已經出現，虛擬現實技術是這一領域發展的集中體現。

傳統的磁存儲、光盤存儲容量繼續攀升，新的海量存儲技術趨于成熟，新型的存儲器每立方厘米存儲容量可達10TB（以一本書30萬字計，它可存儲約1500萬本書）。信息的永久存儲也將成為現實，千年存儲器正在研制中，這樣的存儲器可以抗干擾、抗高溫、防震、防水、防腐蝕。如是，今日的大量文獻可以原汁原味保存、并流芳百世。

新型計算機系統不斷涌現

硅芯片技術的高速發展同時也意味著硅技術越來越近其物理極限，為此，世界各國的研究人員正在加緊研究開發新型計算機，計算機從體系結構的變革到器件與技術革命都要產生一次量的乃至質的飛躍。新型的量子計算機、光子計算機、生物計算機、納米計算機等將會在21世紀走進我們的生活，遍布各個領域。

量子計算機

量子計算機是基于量子效應基礎上開發的，它利用一種鏈狀分子聚合物的特性來表示開與關的狀態，利用激光脈沖來改變分子的狀態，使信息沿著聚合物移動，從而進行運算。

量子計算機中數據用量子位存儲。由于量子疊加效應，一個量子位可以是0或1，也可以既存儲0又存儲1。因此一個量子位可以存儲2個數據，同樣數量的存儲位，量子計算機的存儲量比通常計算機大許多。同時量子計算機能夠實行量子并行計算，其運算速度可能比目前個人計算機的PentiumⅢ晶片快10億倍。目前正在開發中的量子計算機有3種類型：核磁共振(NMR)量子計算機、硅基半導體量子計算機、離子阱量子計算機。預計2030年將普及量子計算機。

光子計算機

光子計算機即全光數字計算機，以光子代替電子，光互連代替導線互連，光硬件代替計算機中的電子硬件，光運算代替電運算。

與電子計算機相比，光計算機的“無導線計算機”信息傳遞平行通道密度極大。一枚直徑5分硬幣大小的棱鏡，它的通過能力超過全世界現有電話電纜的許多倍。光的并行、高速，天然地決定了光計算機的并行處理能力很強，具有超高速運算速度。超高速電子計算機只能在低溫下工作，而光計算機在室溫下即可開展工作。光計算機還具有與人腦相似的容錯性。系統中某一元件損壞或出錯時，并不影響最終的計算結果。

目前，世界上第一臺光計算機已由歐共體的英國、法國、比利時、德國、意大利的70多名科學家研制成功，其運算速度比電子計算機快1000倍。科學家們預計，光計算機的進一步研制將成為21世紀高科技課題之一。

生物計算機（分子計算機）

生物計算機的運算過程就是蛋白質分子與周圍物理化學介質的相互作用過程。計算機的轉換開關由酶來充當，而程序則在酶合成系統本身和蛋白質的結構中極其明顯地表示出來。

20世紀70年代，人們發現脫氧核糖核酸(DNA)處于不同狀態時可以代表信息的有或無。DNA分子中的遺傳密碼相當于存儲的數據，DNA分子間通過生化反應，從一種基因代瑪轉變為另一種基因代碼。反應前的基因代碼相當于輸入數據，反應后的基因代碼相當于輸出數據。如果能控制這一反應過程，那么就可以制作成功DNA計算機。

蛋白質分子比硅晶片上電子元件要小得多，彼此相距甚近，生物計算機完成一項運算，所需的時間僅為10微微秒，比人的思維速度快100萬倍。DNA分子計算機具有驚人的存貯容量，1立方米的DNA溶液，可存儲1萬億億的二進制數據。DNA計算機消耗的能量非常小，只有電子計算機的十億分之一。由于生物芯片的原材料是蛋白質分子，所以生物計算機既有自我修復的功能，又可直接與生物活體相聯。預計10～20年后，DNA計算機將進入實用階段。

納米計算機

“納米”是一個計量單位，一個納米等于10[-9]米，大約是氫原子直徑的10倍。納米技術是從80年代初迅速發展起來的新的前沿科研領域，最終目標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。

現在納米技術正從MEMS（微電子機械系統）起步，把傳感器、電動機和各種處理器都放在一個硅芯片上而構成一個系統。應用納米技術研制的計算機內存芯片，其體積不過數百個原子大小，相當于人的頭發絲直徑的千分之一。納米計算機不僅幾乎不需要耗費任何能源，而且其性能要比今天的計算機強大許多倍。

目前，納米計算機的成功研制已有一些鼓舞人心的消息，惠普實驗室的科研人員已開始應用納米技術研制芯片，一旦他們的研究獲得成功，將為其他縮微計算機元件的研制和生產鋪平道路。

互聯網絡繼續蔓延與提升

今天人們談到計算機必然地和網絡聯系起來，一方面孤立的未加入網絡的計算機越來越難以見到，另一方面計算機的概念也被網絡所擴展。二十世紀九十年代興起的Internet在過去如火如荼地發展，其影響之廣、普及之快是前所未有的。從沒有一種技術能像Internet一樣，劇烈地改變著我們的學習、生活和習慣方式。全世界幾乎所有國家都有計算機網絡直接或間接地與Internet相連，使之成為一個全球范圍的計算機互聯網絡。人們可以通過Internet與世界各地的其它用戶自由地進行通信，可從Internet中獲得各種信息。

回顧一下我國互聯網絡的發展，就可以感受到互聯網普及之快。近三年中國互聯網絡信息中心(CNNIC)對我國互聯網絡狀況的調查表明我國的Internet發展呈現爆炸式增長，2000年1月我國上網計算機數為350萬臺，2001年的統計數為892萬臺，翻一番多；2000年1月我國上網用戶人數890萬；2001年1月的統計數為2250萬人，接近于3倍；2000年1月CN下注冊的域名數為48575，2001年1月的統計數為122099個，接近于3倍；國際線路的總容量目前達2799M，8倍于2000年1月的351M。

人們已充分領略到網絡的魅力，Internet大大縮小了時空界限，通過網絡人們可以共享計算機硬件資源、軟件資源和信息資源。“網絡就是計算機”的概念被事實一再證明，被世人逐步接受。

在未來10年內，建立透明的全光網絡勢在必行，互聯網的傳輸速率將提高100倍。在Internet上進行醫療診斷、遠程教學、電子商務、視頻會議、視頻圖書館等將得以普及。同時，無線網絡的構建將成為眾多公司競爭的主戰場，未來我們可以通過無線接入隨時隨地連接到Internet上，進行交流、獲取信息、觀看電視節目。

移動計算技術與系統

隨著因特網的迅猛發展和廣泛應用、無線移動通信技術的成熟以及計算機處理能力的不斷提高，新的業務和應用不斷涌現。移動計算正是為提高工作效率和隨時能夠交換和處理信息所提出，業已成為產業發展的重要方向。

移動計算包括三個要素：通信、計算和移動。這三個方面既相互獨立又相互聯系。移動計算概念提出之前，人們對它們的研究已經很長時間了，移動計算是第一次把它們結合起來進行研究。它們可以相互轉化，例如，通信系統的容量可以通過計算處理（信源壓縮，信道編碼，緩存，預取）得到提高。

移動性可以給計算和通信帶來新的應用，但同時也帶來了許多問題。最大的問題就是如何面對無線移動環境帶來的挑戰。在無線移動環境中，信號要受到各種各樣的干擾和衰落的影響，會有多徑和移動，給信號帶來時域和頻域彌散、頻帶資源受限、較大的傳輸時延等等問題。這樣一個環境下，引出了很多在移動通信網絡和計算機網絡中未遇到的問題。第一，信道可靠性問題和系統配置問題。有限的無線帶寬、惡劣的通信環境使各種應用必須建立在一個不可靠的、可能斷開的物理連接上。在移動計算網絡環境下，移動終端位置的移動要求系統能夠實時進行配置和更新。第二，為了真正實現在移動中進行各種計算，必須要對寬帶數據業務進行支持。第三，如何將現有的主要針對話音業務的移動管理技術拓展到寬帶數據業務。第四，如何把一些在固定計算網絡中的成熟技術移植到移動計算網絡中。

第3篇：對量子計算機的認識范文

[關鍵詞]網絡支付信息安全量子計算量子密碼

目前電子商務日益普及,電子貨幣、電子支票、信用卡等綜合網絡支付手段已經得到普遍使用。在網絡支付中,隱私信息需要防止被竊取或盜用。同時,訂貨和付款等信息被競爭對手獲悉或篡改還可能喪失商機等。因此在網絡支付中信息均有加密要求。

一、量子計算

隨著計算機的飛速發展，破譯數學密碼的難度也在降低。若能對任意極大整數快速做質數分解，就可破解目前普遍采用的RSA密碼系統。但是以傳統已知最快的方法對整數做質數分解，其復雜度是此整數位數的指數函數。正是如此巨額的計算復雜度保障了密碼系統的安全。

不過隨著量子計算機的出現,計算達到超高速水平。其潛在計算速度遠遠高于傳統的電子計算機，如一臺具有5000個左右量子位(qubit)的量子計算機可以在30秒內解決傳統超級計算機需要100億年才能解決的問題。量子位可代表了一個0或1,也可代表二者的結合,或是0和1之間的一種狀態。根據量子力學的基本原理,一個量子可同時有兩種狀態,即一個量子可同時表示0和1。因此采用L個量子可一次同時對2L個數據進行處理,從而一步完成海量計算。

這種對計算問題的描述方法大大降低了計算復雜性，因此建立在這種能力上的量子計算機的運算能力是傳統計算機所無法相比的。例如一臺只有幾千量子比特的相對較小量子計算機就能破譯現存用來保證網上銀行和信用卡交易信息安全的所有公用密鑰密碼系統。因此，量子計算機會對現在的密碼系統造成極大威脅。不過，量子力學同時也提供了一個檢測信息交換是否安全的辦法，即量子密碼技術。

二、量子密碼技術的原理

從數學上講只要掌握了恰當的方法任何密碼都可破譯。此外，由于密碼在被竊聽、破解時不會留下任何痕跡，用戶無法察覺，就會繼續使用同地址、密碼來存儲傳輸重要信息，從而造成更大損失。然而量子理論將會完全改變這一切。

自上世紀90年代以來科學家開始了量子密碼的研究。因為采用量子密碼技術加密的數據不可破譯，一旦有人非法獲取這些信息,使用者就會立即知道并采取措施。無論多么聰明的竊聽者在破譯密碼時都會留下痕跡。更驚嘆的是量子密碼甚至能在被竊聽的同時自動改變。毫無疑問這是一種真正安全、不可竊聽破譯的密碼。

以往密碼學的理論基礎是數學，而量子密碼學的理論基礎是量子力學，利用物理學原理來保護信息。其原理是“海森堡測不準原理”中所包含的一個特性，即當有人對量子系統進行偷窺時，同時也會破壞這個系統。在量子物理學中有一個“海森堡測不準原理”,如果人們開始準確了解到基本粒子動量的變化，那么也就開始喪失對該粒子位置變化的認識。所以如果使用光去觀察基本粒子,照亮粒子的光(即便僅一個光子)的行為都會使之改變路線,從而無法發現該粒子的實際位置。從這個原理也可知，對光子來講只有對光子實施干擾才能“看見”光子。因此對輸運光子線路的竊聽會破壞原通訊線路之間的相互關系,通訊會被中斷,這實際上就是一種不同于傳統需要加密解密的加密技術。在傳統加密交換中兩個通訊對象必須事先擁有共同信息——密鑰，包含需要加密、解密的算法數據信息。而先于信息傳輸的密鑰交換正是傳統加密協議的弱點。另外,還有“單量子不可復制定理”。它是上述原理的推論,指在不知道量子狀態的情況下復制單個量子是不可能的,因為要復制單個量子就必須先做測量,而測量必然會改變量子狀態。根據這兩個原理,即使量子密碼不幸被電腦黑客獲取,也會因測量過程中對量子狀態的改變使得黑客只能得到一些毫無意義的數據。

量子密碼就是利用量子狀態作為信息加密、解密的密鑰，其原理就是被愛因斯坦稱為“神秘遠距離活動”的量子糾纏。它是一種量子力學現象，指不論兩個粒子間距離有多遠，一個粒子的變化都會影響另一個粒子。因此當使用一個特殊晶體將一個光子割裂成一對糾纏的光子后，即使相距遙遠它們也是相互聯結的。只要測量出其中一個被糾纏光子的屬性，就容易推斷出其他光子的屬性。而且由這些光子產生的密碼只有通過特定發送器、吸收器才能閱讀。同時由于這些光子間的“神秘遠距離活動”獨一無二，只要有人要非法破譯這些密碼，就會不可避免地擾亂光子的性質。而且異動的光子會像警鈴一樣顯示出入侵者的蹤跡，再高明的黑客對這種加密技術也將一籌莫展。

三、量子密碼技術在網絡支付中的發展與應用

由于量子密碼技術具有極好的市場前景和科學價值，故成為近年來國際學術界的一個前沿研究熱點，歐洲、北美和日本都進行了大量的研究。在一些前沿領域量子密碼技術非常被看好，許多針對性的應用實驗正在進行。例如美國的BBN多種技術公司正在試驗將量子密碼引進因特網，并抓緊研究名為“開關”的設施，使用戶可在因特網的大量加密量子流中接收屬于自己的密碼信息。應用在電子商務中，這種設施就可以確保在進行網絡支付時用戶密碼等各重要信息的安全。

2007年3月國際上首個量子密碼通信網絡由我國科學家郭光燦在北京測試運行成功。這是迄今為止國際公開報道的惟一無中轉、可同時任意互通的量子密碼通信網絡，標志著量子保密通信技術從點對點方式向網絡化邁出了關鍵一步。2007年4月日本的研究小組利用商業光纖線路成功完成了量子密碼傳輸的驗證實驗，據悉此研究小組還計劃在2010年將這種量子密碼傳輸技術投入使用，為金融機構和政府機關提供服務。

隨著量子密碼技術的發展，在不久的將來它將在網絡支付的信息保護方面得到廣泛應用，例如獲取安全密鑰、對數據加密、信息隱藏、信息身份認證等。相信未來量子密碼技術將在確保電子支付安全中發揮至關重要的作用。

參考文獻:

[1]王阿川宋辭等:一種更加安全的密碼技術——量子密碼[J].中國安全科學學報,2007,17(1):107～110

第4篇：對量子計算機的認識范文

關鍵詞:計算科學計算工具圖靈模型量子計算

1計算的本質

抽象地說,所謂計算,就是從一個符號串f變換成另一個符號串g。比如說,從符號串12+3變換成15就是一個加法計算。如果符號串f是x2,而符號串g是2x,從f到g的計算就是微分。定理證明也是如此,令f表示一組公理和推導規則,令g是一個定理,那么從f到g的一系列變換就是定理g的證明。從這個角度看,文字翻譯也是計算,如f代表一個英文句子,而g為含意相同的中文句子,那么從f到g就是把英文翻譯成中文。這些變換間有什么共同點？為什么把它們都叫做計算？因為它們都是從己知符號(串)開始,一步一步地改變符號(串),經過有限步驟,最后得到一個滿足預先規定的符號(串)的變換過程。

從類型上講,計算主要有兩大類:數值計算和符號推導。數值計算包括實數和函數的加減乘除、冪運算、開方運算、方程的求解等。符號推導包括代數與各種函數的恒等式、不等式的證明,幾何命題的證明等。但無論是數值計算還是符號推導,它們在本質上是等價的、一致的,即二者是密切關聯的,可以相互轉化,具有共同的計算本質。隨著數學的不斷發展,還可能出現新的計算類型。

2遠古的計算工具

人們從開始產生計算之日,便不斷尋求能方便進行和加速計算的工具。因此,計算和計算工具是息息相關的。

早在公元前5世紀,中國人已開始用算籌作為計算工具,并在公元前3世紀得到普遍的采用,一直沿用了二千年。后來,人們發明了算盤,并在15世紀得到普遍采用,取代了算籌。它是在算籌基礎上發明的,比算籌更加方便實用,同時還把算法口訣化,從而加快了計算速度。

3近代計算系統

近代的科學發展促進了計算工具的發展:在1614年,對數被發明以后,乘除運算可以化為加減運算,對數計算尺便是依據這一特點來設計。1620年,岡特最先利用對數計算尺來計算乘除。1850年,曼南在計算尺上裝上光標,因此而受到當時科學工作者,特別是工程技術人員廣泛采用。機械式計算器是與計算尺同時出現的,是計算工具上的一大發明。帕斯卡于1642年發明了帕斯卡加法器。在1671年,萊布尼茨發明了一種能作四則運算的手搖計算器,是長1米的大盒子。自此以后,經過人們在這方面多年的研究,特別是經過托馬斯、奧德內爾等人的改良后,出現了多種多樣的手搖計算器,并風行全世界。

4電動計算機

英國的巴貝奇于1834年,設計了一部完全程序控制的分析機,可惜礙于當時的機械技術限制而沒有制成,但已包含了現代計算的基本思想和主要的組成部分了。此后,由于電力技術有了很大的發展,電動式計算器便慢慢取代以人工為動力的計算器。1941年,德國的楚澤采用了繼電器,制成了第一部過程控制計算器,實現了100多年前巴貝奇的理想。

5電子計算機

20世紀初,電子管的出現,使計算器的改革有了新的發展,美國賓夕法尼亞大學和有關單位在1946年制成了第一臺電子計算機。電子計算機的出現和發展,使人類進入了一個全新的時代。它是20世紀最偉大的發明之一,也當之無愧地被認為是迄今為止由科學和技術所創造的最具影響力的現代工具。

在電子計算機和信息技術高速發展過程中,因特爾公司的創始人之一戈登·摩爾(GodonMoore)對電子計算機產業所依賴的半導體技術的發展作出預言:半導體芯片的集成度將每兩年翻一番。事實證明,自20世紀60年代以后的數十年內,芯片的集成度和電子計算機的計算速度實際是每十八個月就翻一番,而價格卻隨之降低一倍。這種奇跡般的發展速度被公認為“摩爾定律”。

6“摩爾定律”與“計算的極限”

人類是否可以將電子計算機的運算速度永無止境地提升?傳統計算機計算能力的提高有沒有極限?對此問題,學者們在進行嚴密論證后給出了否定的答案。如果電子計算機的計算能力無限提高,最終地球上所有的能量將轉換為計算的結果——造成熵的降低,這種向低熵方向無限發展的運動被哲學界認為是禁止的,因此,傳統電子計算機的計算能力必有上限。

而以IBM研究中心朗道(R.Landauer)為代表的理論科學家認為到21世紀30年代,芯片內導線的寬度將窄到納米尺度(1納米=10-9米),此時,導線內運動的電子將不再遵循經典物理規律——牛頓力學沿導線運行,而是按照量子力學的規律表現出奇特的“電子亂竄”的現象,從而導致芯片無法正常工作;同樣,芯片中晶體管的體積小到一定臨界尺寸(約5納米)后,晶體管也將受到量子效應干擾而呈現出奇特的反常效應。

哲學家和科學家對此問題的看法十分一致:摩爾定律不久將不再適用。也就是說,電子計算機計算能力飛速發展的可喜景象很可能在21世紀前30年內終止。著名科學家,哈佛大學終身教授威爾遜(EdwardO.Wilson)指出:“科學代表著一個時代最為大膽的猜想(形而上學)。它純粹是人為的。但我們相信,通過追尋“夢想—發現—解釋—夢想”的不斷循環,我們可以開拓一個個新領域,世界最終會變得越來越清晰,我們最終會了解宇宙的奧妙。所有的美妙都是彼此聯系和有意義的。”[論/文/網LunWenNet/Com]

7量子計算系統

量子計算最初思想的提出可以追溯到20世紀80年代。物理學家費曼RichardP.Feynman曾試圖用傳統的電子計算機模擬量子力學對象的行為。他遇到一個問題:量子力學系統的行為通常是難以理解同時也是難以求解的。以光的干涉現象為例,在干涉過程中,相互作用的光子每增加一個,有可能發生的情況就會多出一倍,也就是問題的規模呈指數級增加。模擬這樣的實驗所需的計算量實在太大了,不過,在費曼眼里,這卻恰恰提供一個契機。因為另一方面,量子力學系統的行為也具有良好的可預測性:在干涉實驗中,只要給定初始條件,就可以推測出屏幕上影子的形狀。費曼推斷認為如果算出干涉實驗中發生的現象需要大量的計算,那么搭建這樣一個實驗,測量其結果,就恰好相當于完成了一個復雜的計算。因此,只要在計算機運行的過程中,允許它在真實的量子力學對象上完成實驗,并把實驗結果整合到計算中去,就可以獲得遠遠超出傳統計算機的運算速度。

在費曼設想的啟發下,1985年英國牛津大學教授多伊奇DavidDeutsch提出是否可以用物理學定律推導出一種超越傳統的計算概念的方法即推導出更強的丘奇——圖靈論題。費曼指出使用量子計算機時,不需要考慮計算是如何實現的,即把計算看作由“神諭”來實現的:這類計算在量子計算中被稱為“神諭”(Oracle)。種種跡象表明:量子計算在一些特定的計算領域內確實比傳統計算更強,例如,現代信息安全技術的安全性在很大程度上依賴于把一個大整數(如1024位的十進制數)分解為兩個質數的乘積的難度。這個問題是一個典型的“困難問題”,困難的原因是目前在傳統電子計算機上還沒有找到一種有效的辦法將這種計算快速地進行。目前,就是將全世界的所有大大小小的電子計算機全部利用起來來計算上面的這個1024位整數的質因子分解問題,大約需要28萬年,這已經遠遠超過了人類所能夠等待的時間。而且,分解的難度隨著整數位數的增多指數級增大,也就是說如果要分解2046位的整數,所需要的時間已經遠遠超過宇宙現有的年齡。而利用一臺量子計算機,我們只需要大約40分鐘的時間就可以分解1024位的整數了。

8量子計算中的神諭

人類的計算工具,從木棍、石頭到算盤,經過電子管計算機,晶體管計算機,到現在的電子計算機,再到量子計算。筆者發現這其中的過程讓人思考:首先是人們發現用石頭或者棍棒可以幫助人們進行計算,隨后,人們發明了算盤,來幫助人們進行計算。當人們發現不僅人手可以搬動“算珠”,機器也可以用來搬動“算珠”,而且效率更高,速度更快。隨后,人們用繼電器替代了純機械,最后人們用電子代替了繼電器。就在人們改進計算工具的同時,數學家們開始對計算的本質展開了研究,圖靈機模型告訴了人們答案。

量子計算的出現,則徹底打破了這種認識與創新規律。它建立在對量子力學實驗的在現實世界的不可計算性。試圖利用一個實驗來代替一系列復雜的大量運算。可以說。這是一種革命性的思考與解決問題的方式。

因為在此之前,所有計算均是模擬一個快速的“算盤”,即使是最先進的電子計算機的CPU內部,64位的寄存器(register),也是等價于一個有著64根軸的二進制算盤。量子計算則完全不同,對于量子計算的核心部件,類似于古代希臘中的“神諭”,沒有人弄清楚神諭內部的機理,卻對“神諭”內部產生的結果深信不疑。人們可以把它當作一個黑盒子,人們通過輸入,可以得到輸出,但是對于黑盒子內部發生了什么和為什么這樣發生確并不知道。

9“神諭”的挑戰與人類自身的回應人類的思考能力,隨著計算工具的不斷進化而不斷加強。電子計算機和互聯網的出現,大大加強了人類整體的科研能力,那么,量子計算系統的產生,會給人類整體帶來更加強大的科研能力和思考能力,并最終解決困擾當今時代的量子“神諭”。不僅如此,量子計算系統會更加深刻的揭示計算的本質,把人類對計算本質的認識從牛頓世界中擴充到量子世界中。

如果觀察歷史,會發現人類文明不斷增多的“發現”已經構成了我們理解世界的“公理”,人們的公理系統在不斷的增大,隨著該系統的不斷增大,人們認清并解決了許多問題。人類的認識模式似乎符合下面的規律:

“計算工具不斷發展—整體思維能力的不斷增強—公理系統的不斷擴大—舊的神諭被解決—新的神諭不斷產生”不斷循環。

無論量子計算的本質是否被發現,也不會妨礙量子計算時代的到來。量子計算是計算科學本身的一次新的革命,也許許多困擾人類的問題,將會隨著量子計算機工具的發展而得到解決,它將“計算科學”從牛頓時代引向量子時代,并會給人類文明帶來更加深刻的影響。[論*文*網]

參考文獻

[1]M.A.NielsenandI.L.Chuang,QuantumComputationandQuantumInformation[M].CambridgeUniversityPress,2000.

第5篇：對量子計算機的認識范文

[關鍵詞]計算機技術；發展態勢

中圖分類號：TP3-1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）25-0122-01

1.計算機技術分析簡介

計算機技術是進行計算機硬件系統設計、制造和軟件開發并應用于各領域的技術，它是實現現代化的關鍵技術之一[1]，它主要包括數值計算領域和非數值應用領域兩大部分。計算機技術的發展讓計算機從軍事領域進入社會生活領域，豐富了人們的生活，給人們的生產關注帶來了便捷。計算機技術在科學領域占重要的地位，是一個國家科技水平的標志，其發展正得到世界各國的高度重視。計算機技術是第三次科技革命的標志，是推動整個人類科學技術發展的重要力量，是半個世紀以來發展最快、影響力最大的科技領域之一。

2.計算機發展歷程

2.1 計算機電子管時代

20世紀40～50年代，最早的計算機是靠電子管來運行的，電子管時代是計算機發展最初形態，在這一時代，計算機的運行需要大量的電子管同時運作，占用體積很大，電子管也會產生大量熱量，電子管因無法及時散發大量熱量造成故障頻發，計算機也因此經常無法正常工作，其程序是用人工手編的機器指令程序和符號語言，存儲器采用水銀延遲線，沒有系統軟件，運算采用二進位制技術，用程序處理存貯信息，這些硬件和軟件技術，奠定了現代電子計算機技術基礎。

2.2 計算機晶體管時代

進入20世紀60年代，電子管計算機已經不能適應人類科學技術的發展要求，科學家研制出了晶體管計算機。晶體管計算機比上一代電子管計算機處理數據速度快，不必擔心因電子管需要散發大量熱量而造成故障頻發，因此使用壽命更長，這一時期的的計算機不但在硬件上比電子管時代更先進，科學家還給計算機設計了更高級的計算機的語言，讓人們的操作更容易。

2.3 計算機集成電路時代

到了60年代后期，隨著集成電路技術的發展，集成計算機應運而生，它的出現在計算機發展史上是具有里程碑意義的。集成電路把幾千個晶體管元件集成在比手指甲還小的晶片上，它讓計算機體積大大縮小；在這一時期還產生了操作系統，使得計算機在中心程序的控制協調下可以同時運行許多不同的程序，讓人們更加便捷的操作和使用，計算機正式變成了大眾化的科學工具。

2.4 計算機大規模集成電路時代

傳統集成電路結構復雜，功能單一，已經不能滿足社會發展需求，于是大規模集成電路出現了，從中央處理器、輸入設備到輸出設備，更多的元件被集合在一個芯片上，大大簡化了計算機的硬件結構，運算速率更快，性能更強，因此正是大規模集成電路的出現讓計算機變成了可以進入千家萬戶的“電腦”。

3.計算機技術發展趨勢

3.1 巨型計算機

巨型計算機盡管其基本組成組件與我們常見的普通計算機相似，但規格與性能是普通計算機無法匹比的，具有超強的計算和處理數據的能力，它可以用極快的速率處理超大容量的數據。巨型計算機特點是：①運行速度非常快，巨型計算機的運算速度可以達到每秒百億次以上；②存儲空間巨大，其內存容量可達幾百兆；③功能強大、應用范圍廣，被廣泛用于國土、國防、航空航天、軍事、氣象、衛星等行業[2]。

3.2 神經網絡計算機

神經網絡計算機是模擬人類大腦神經高效的運算方式和功能而研究出的計算機，因此其顯著特點就是可以模仿人腦進行判斷。它有完善的神經網絡算法，能夠判斷處理對象的性質與狀態，它對信息的存儲方式與傳統的計算機不同，不存儲在存儲器，而儲存在神經節點上，并有記憶、恢復能力，這種存儲數據的方式的優點就是可以有效地避免數據泄露或丟失。

3.3 生物計算機

生物計算機也稱仿生計算機，其結合了仿生學原理，芯片不再使用電子元件，用“蛋白質分子”構成的芯片替代了半導體硅片，利用有機化合物存儲數據，其處理數據速度是現在計算機的10萬倍，但能量消耗卻只有現在計算機的十億分之一，并具有很強的抗電磁干擾能力及超大容量的存儲空間。生物計算機缺點是從其中提取信息比較復雜，使用不方便，這一缺點也使得其未能大規模推廣使用。

3.4 光計算機

光計算機是利用光學原理開發研制的，其利用光進行計算和存儲相信，取代了傳統的電子。它以不同波長的光代表不同的數據，用光學將數據從一個芯片傳送到另一個芯片上，這種處理數據的方式具有速度快、能耗低的特點。它取代了傳統硅芯片計算機用總線將運算器、存儲器、輸入和輸出設備相連接的體系結構，以空間光調制器為基礎部件，把運算部分與存儲部分之間用光內連技術連接，實現了運算部分可直接對存儲部分進行并行存取。從物理特性上來說，光比電子更適合信息的傳輸， 使用光傳輸數據信息的優勢有：①不易出錯；②更強穩定性；③高速傳輸[3]。利用光波來處理計算機數據將是計算機發展的重要的一步，它會給我們帶來更加快速的計算速度和強勁的運算能力，甚至將來會與生物科學等領域交叉融合，應用領域更加廣泛。

3.5 納米計算機。

納米技術是一種新興的技術，納米本是計量單位，是10億分之一米。納米計算機是將納米技術運用到計算機科學領域而研制的新型計算機，采用納米技術制造的納米芯片，其成本非常低，不需要大型的制造生產設備和車間，不需要龐大的員工隊伍，只要在室內把設計好的分子合成就能制造納米元件，再將納米元件集成為芯片應用到計算機系統中的數據處理系統中，計算機的輸入輸出設備等主要部件等都可以用納米元件制作，然后集成在納米芯片上構成一個系統。納米芯片可以大幅度提高計算機的性能，且基本不耗電，比今天的計算機在性能上強大很多。

3.6 量子計算機

量子計算機是應用量子力學規律進行高速的數據處理和存儲信息的新型計算機技術，信息的存儲能力要遠比普通計算機大。量子計算機是本世紀人類科學界最偉大的科技挑戰之一，它會改變傳統的計算機計算方式，其基于量子力學規律的信息處理方式讓其具有超快的運算速度和超強的運算能力，在解決一些復雜問題和海量數據搜索上具有巨大的潛力和價值。此外，量子計算機也可以模擬其他一些量子系統，在化學和生物學相關的復雜分子領域發揮作用。量子計算機會在不遠的將來走出實驗室，在人們的生活中產生深刻影響。

4.結束語

計算機的出現在科技界是革命性的，它無時無刻不在改變著我們的社會，給我們的工作和生活帶來了諸多便利。計算機技術的發展一直是社會關注的熱點，本文回顧了計算機的發展歷史，展望分析了計算機技術發展態勢，使讀者了解了計算機技術的產生、對人類的影響和未來發展方向，以及如何更好地服務人類，認識到人類在計算機技術進步上做出的巨大努力。計算機技術發展態勢必將會繼續朝著更高、更強發展，持續為科學界帶來無可估量的改變。

參考文獻

[1]張艷斌.計算機技術發展趨勢探析[J].學園.2012年9月第17期

第6篇：對量子計算機的認識范文

[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7篇：對量子計算機的認識范文

量子力學課程是工科電類專業的一門非常重要的專業基礎課程。通過該課程的學習，使學生初步掌握量子力學的基本原理和基本方法，認識微觀世界的物理圖像以及微觀粒子的運動規律，了解宏觀世界與微觀世界的內在聯系和本質的區別。量子力學課程教學質量的好壞直接影響后續的如“固體物理學”、“半導體物理學”、“集成電路工藝原理”、“量子電子學”、“納米電子學”、“微電子技術”等課程的學習。

量子力學課程的學習要求學生具有良好的數學和物理基礎，對學生的邏輯思維能力和空間想象能力等要求較高，因此要學好量子力學，在我們教學的過程中，需要充分發揮學生的學習主動性和積極性。同時，隨著科學日新月異的發展，對量子力學課程的教學也不斷提出新的要求。如何充分激發學生的學習興趣，充分調動學生的學習主動性和能動性，切實提高量子力學課程的教學質量和教師的教學水平，已經成為擺在高校教師目前的一項重要課題。

該課程組在近幾年的教學改革和教學實踐中，本著高校應用型人才的培養需求，強調量子力學基本原理、基本思維方法的訓練，結合物理學史，充分激發學生的學習積極性；充分利用熟知軟件，理解物理圖像，激發學生學習主動性；結合現代科學知識，強調理論在實踐中的應用，取得了良好的教學效果。

1 當前的現狀及存在的主要問題

目前工科電類專業普遍感覺量子力學課程難學，其主要原因在于：第一，量子力學它是一門全新的課程理論體系，其基本理論思想與解決問題的方法都沒有經典的對應，而學習量子力學必須完全脫離以前在頭腦中根深蒂固的“經典”的觀念；第二，量子力學的概念與規律抽象，應用的數學知識比較多，公式推導復雜，計算困難；第三，雖然量子力學問題接近實際，但要學生理解和解決問題，還需要一個過程；由于上述問題的存在，使初學者都感到量子力學課程枯燥無味、晦澀難懂，而且隨著學科知識的飛速發展，知識的更新周期空前縮短，在有限的課時情況下，如何使學生在掌握扎實的基礎知識的同時，跟上時代的步伐，了解科學的前沿，以適應新世紀人才培養的需求，是擺在我們教育工作者面前的巨大挑戰。

2 結合物理學史激發學生學習興趣

興趣是最好的老師，在大學物理中，談到了19世紀末物理學所遇到的“兩朵烏云”，光電效應和紫外災難，1900年，普朗克提出了能量子的概念，解決了黑體輻射的問題；后來，愛因斯坦在普朗克的啟發下，提出了光量子的概念，解釋了光電效應，并提出了光的波粒二象性；德布羅意又在愛因斯坦的啟發下，大膽的提出實物粒子也具有波粒二象性；對于物理學的第三朵烏云“原子的線狀光譜，”玻爾提出了關于氫原子的量子假設，解釋了氫原子的結構以及線狀光譜的實驗。后來還有薛定諤、海森堡、狄拉克等偉大的物理學家的努力，建立了一套嶄新的理論體系-量子力學。在教學的過程中，適當穿插量子力學的發展歷史以及偉大科學家的傳記故事，避免了量子力學課程“全是數學的推導”的現狀，這樣激發學生的學習興趣和學習熱情，通過對偉大科學家的介紹，培養刻苦鉆研的精神。實踐表明，這樣的教學模式大大提高了學生的學習主動性。

3 結合熟知軟件化抽象為形象

量子力學內容抽象，對一些典型的結論，可以用軟件模擬的方式實現物理圖像的重現。很多軟件如matlab、c語言等很多學生不是很熟練，而且編程較難，結合物理結論作圖較為困難；Excell是學生常用的軟件之一，簡單易學卻功能強大，幾乎每位同學都非常熟練，我們充分利用這一點，將Excell軟件應用到量子力學的教學過程中，取得了良好的效果。

如在一維無限深勢阱中，我們用解析法嚴格求解得到了波函數和能級的方程。而波函數的模方表示幾率密度。我們要求學生用Excell作圖，這樣得到粒子阱中的幾率分布，通過與經典幾率的比較（經典粒子在阱中各處出現的幾率應該相等）和經典能級的比較（經典的能量分布應該是連續的函數），通過學生的自我參與，充分激發了學生的求知欲望；從簡單的作圖，學生深刻理解了微觀粒子的運動狀態的波函數；微觀粒子的能量不再是連續的，而是量子化了的能級，當n趨于無窮大時微觀趨向于經典的結果，即經典是量子的極限情況；通過學生熟知的軟件，直觀的再現了物理圖像，學生會進一步來深刻思考這個結論的由來，傳統的教學中，我們先講薛定諤方程，然后再解這個方程，再利用邊界條件和波函數的標準條件，一步一步推導下來，這樣的教學模式有很多學生由于數學的基礎較為薄弱，推導過程又比較繁瑣，因此會逐步對課程失去了興趣，這也直接影響了后面章節的學習，而通過學生親自作圖實現的物理圖像，改變了傳統的“填鴨式”教學，最大限度的使學生參與到課程中，這樣的效果也將事半功倍了，大大提高了教學的效果。

4 結合科學發展前沿拓寬學生視野

在課程的教學中，除了注重理論基礎知識的講解和基礎知識的應用以外，還需介紹量子力學學科前沿發展的一些動態。結合教師的教學科研工作，將國內外反映量子力學方面的一些最新的成果融入到課程的教學之中，推薦和鼓勵學生閱讀反映這類問題的優秀網站、科研文章，使學生了解量子力學學科的發展前沿，從而達到拓寬學生視野，培養學生創新能力的目的。例如近年興起并迅速發展起來的量子信息、量子通訊、量子計算機等學科，其基礎理論就是量子力學的應用，了解了這些發展，學生會反過來進一步理解課程中如量子態、自旋等概念，量子態和自旋本身就是非常抽象的物理概念，他們沒有經典的對應，通過對實驗結果的理解，學生會進一步理解用態矢來表示一個量子態，由于電子的自旋只有兩個取向，正好與計算機存儲中二進制0和1相對應，這也正是量子計算機的基本原理，通過學生的主動學習，從而達到提高教學質量的目的。另外我們還要介紹量子力學在近代物理學、化學、材料學、生命學等交叉學科中的應用，拓寬學生的視野。

第8篇：對量子計算機的認識范文

1900年前后，馬克 ? 科特迪瓦等一批法國藝術家曾幻想世界上將會出現學習機器，只要把書本塞進機器，知識就會直接被“灌輸”給大腦。100多年過去了，世界上至今也沒有出現法國藝術家所描述的學習機器，我們的教育似乎沒有發生什么變化。這樣一個美好的幻想，代表著前人對于教育革命的一種愿景，我們不能嗤之以鼻。雖然學習機器的預言被淹沒在歷史的長河之中，但是，1946年世界上出現的第一臺電腦埃尼阿克（ENIAC）和1969年世界上出現的計算機網絡“阿帕網”（ARPAnet），在接下來的幾十年內，深刻地改變著人類的生產和生活方式。特別是近年來智能終端和移動互聯網的爆發性增長，使整個社會生態環境發生了巨大的變化。基于一種全新技術與服務的社會生態環境，教育將何去何從？這值得我們思考。

郭善渡老師在本期《變革教學模式 已是當務之急》一文中指出，當前，傳統的教學模式已經成為引進和充分發揮現代信息技術這一強大的“教育生產力”作用和效益的障礙。我們正處在一場教育變革的過程之中，一種全新技術與服務使教育適應于一種全新的社會生態環境。人類在適應客觀世界的過程中，通過自然進化完成了對自身的改造，使人類的大腦機能日益完善，具有了抽象思維與邏輯思維能力，這為人類能夠主動認識與改造客觀世界打下了必要的物質基礎。在人類改造客觀世界的過程中，人類的靈感與智慧閃耀著無盡的光芒，人類通過個體的貢獻與傳承完成了對精神世界的構建。從被動使用到主動創造的過程中，不管是相對于物質世界的工具，還是精神世界的技術，人們都需要重新認識工具和技術的使能作用。

全新技術與服務的社會生態環境必將改變人們對客觀世界的認識，加速人類認識與改造客觀世界的能力。本刊STEM教育系列連載，一直在關注如何突破傳統的課程觀念，探討基于現代信息技術環境下的科學、技術、工程與數學教育。本期連載文章從STEM整體的、多學科交叉的系統教學觀的角度，探討了STEM教育的活動模式。

當前，新技術如雨后春筍――云技術、物聯網、虛擬現實、機器人等；新的學習模式層出不窮――聯通主義、個性化學習、混合學習等，所有這些都是基于以計算機與互聯網為代表的新技術及與其相適應的社會生態環境。由“教育生產力”推動的“教育生產關系”的變革，給教育帶來的影響必定是深遠的。在此背景下，本期專題策劃《破解教育難題的戰略選擇》，聚焦“三通兩平臺”建設，重點關注打破傳統教育形態的實驗――“翻轉課堂”、“半天授課制”、“電子書包”、 “未來課堂”、 “國家教育云”、“北京數字學校”等。這些實驗必將星火燎原，推動破解“變革教育教學方式”、“提升教育質量”和“實現教育公平”等教育難題。

展望未來，基于一種全新技術與服務的社會生態環境將推動打造中國教育的升級版。登高望遠，或許在未來的100年內，隨著量子計算機、光子計算機及生物計算機的發展，學習機器這樣美好的愿望可能會有實現的一天，我們的教育形態也將完全改變。

第9篇：對量子計算機的認識范文

2011年9月，意大利格蘭薩索國家實驗室的科研人員曾在一個名為OPERA的實驗項目中，接收到了來自730公里外的歐洲核子研究中心的中微子，并意外測得它竟然“跑”得比光快了60納秒（1納秒等于十億分之一秒）。這更使人們對穿越產生猜測。

在基本粒子家族中，中微子被美籍華人張操教授喻為“宇宙中的小精靈”，它不帶電，是中性粒子，行為也難“捉摸”。通常，物理學家認為中微子是以光速運動。據張操介紹，超光速中微子雖然是一個高難度的高科技實驗，但其測量原理卻是小學生也懂的知識——速度等于距離除以時間。

該實驗里的距離和時間是利用全球定位系統（GPS）測得的，測速方法可能存在問題，據歐核中心的聲明，實驗中連接電腦和GPS裝置的光纖連接器有松動，須進一步測試才能下結論。張操認為，這倒說明了歐洲實驗人員對于實驗結果是高度負責的。

“跑過光”可能非偶然

其實，關于超光速中微子的假想由來已久。在1985年的一次國際會議上，張操就曾提出過“中微子可能是超光速粒子”的大膽猜想，并指出：在地球尺度，目前不能測量到超光速和光速的時間差。“1987年2月，超新星SN1987A爆發時，科學家就發現其中既有中微子又有光子，中微子到達地球的時間比光子早了3個多小時。”張操分析說，這一現象當時并未受到多大的關注，因為超新星究竟是怎么爆發的尚未可知，中微子比光子早到的原因可能是中微子“搶跑”，也可能是光子在途中遇到了阻礙。

假設有朝一日，超光速現象得到了公認，它和我們的生活又有何關系？張操說：“從基礎理論到實際應用總有一個過程，至少需要二三十年的時間。目前可以預見的是，超光速粒子對量子計算機的研發會有幫助，它能提高計算機的速度和保密性。”

畢竟我們現在對世界的認識還非常有限，我們所知的物質數量只占世界物質總量的5%。需要有更多機會對物理學問題作深入探討。

“時光倒流”無法實現

對很多“穿越迷”“時光機粉絲”而言，從超光速會聯想到時間倒流，是否可美夢成真？張操指出，這其實是人們對超光速現象的一大誤解。物理學中存在多種對時間的定義，既有相對時間又有絕對時間。“時間的定義不應局限于一種特定的物質運動，例如光的運動。世界上即使沒有光線，也照樣有時間。”

真實的時間和相對論時間是兩回事。出現超光速時，僅僅說明狹義相對論定義的相對時間不再有效，可并不會破壞因果律和真實時間。