⊙< 經(jīng)典計(jì)算機(jī)> 與 <可逆計(jì)算機(jī)> 的【具體概念和區(qū)別】?
⊙< 經(jīng)典計(jì)算機(jī)> 與 <可逆計(jì)算機(jī)> 的【具體概念和區(qū)別】?
量子計(jì)算機(jī)的概念源于對(duì)可逆計(jì)算機(jī)的研究，其目的是為了解決計(jì)算機(jī)中的能耗問(wèn)題。20世紀(jì)60年代至70年代，人們發(fā)現(xiàn)能耗會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)中的芯片發(fā)熱，極大地影響了芯片的集成度，從而限制了計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度。
研究發(fā)現(xiàn)，能耗來(lái)源于計(jì)算過(guò)程中的不可逆操作。
那么，是否計(jì)算過(guò)程必須要用不可逆操作才能完成呢？問(wèn)題的答案是：所有經(jīng)典計(jì)算機(jī)都可以找到一種對(duì)應(yīng)的可逆計(jì)算機(jī)，而且不影響運(yùn)算能力。既然計(jì)算機(jī)中的每一步操作都可以改造為可逆操作，那么在量子力學(xué)中，它就可以用一個(gè)幺正變換來(lái)表示。早期量子計(jì)算機(jī)，實(shí)際上是用量子力學(xué)語(yǔ)言描述的經(jīng)典計(jì)算機(jī)，并沒(méi)有用到量子力學(xué)的本質(zhì)特性，如量子態(tài)的疊加性和相干性。在經(jīng)典計(jì)算機(jī)中，基本信息單位為比特，運(yùn)算對(duì)象是各種比特序列。
與此類(lèi)似，在量子計(jì)算機(jī)中，基本百科信息單位是量子比特，運(yùn)算對(duì)象是量子比特序列。所不同的是，量子比特序列不但可以處于各種正交態(tài)的疊加態(tài)上，而且還可以處于糾纏態(tài)上。這些特殊的量子態(tài)，不僅提供了量子并行計(jì)算的可能，而且還將帶來(lái)許多奇妙的性質(zhì)。
與經(jīng)典計(jì)算機(jī)不同，量子計(jì)算機(jī)可以做任意的幺正變換，在得到輸出態(tài)后，進(jìn)行測(cè)量得出計(jì)算結(jié)果。因此，量子計(jì)算對(duì)經(jīng)典計(jì)算作了極大的擴(kuò)充，在數(shù)學(xué)形式上，經(jīng)典計(jì)算可看作是一類(lèi)特殊的量子計(jì)算。量子計(jì)算機(jī)對(duì)每一個(gè)疊加分量進(jìn)行變換，所有這些變換同時(shí)完成，并按一定的概率幅疊加起來(lái)，給出結(jié)果，這種計(jì)算稱(chēng)作量子并行計(jì)算。
除了進(jìn)行并行計(jì)算外，量子計(jì)算機(jī)的另一重要用途是模擬量子系統(tǒng)，這項(xiàng)工作是經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)法勝任的。迄今為止，世界上還沒(méi)有真正意義上的量子計(jì)算機(jī)。但是，世界各地的許多實(shí)驗(yàn)室正在以巨大的熱情追尋著這個(gè)夢(mèng)想。
如何實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算，方案并不少，問(wèn)題是在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)對(duì)微觀量子態(tài)的操縱確實(shí)太困難了。目前已經(jīng)提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束縛離子、電子或核自旋共振、量子點(diǎn)操縱、超導(dǎo)量子干涉等。研究量子計(jì)算機(jī)的目的不是要用它來(lái)取代現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)。量子計(jì)算機(jī)使計(jì)算的概念煥然一新，這是量子計(jì)算機(jī)與其他計(jì)算機(jī)如光計(jì)算機(jī)和生物計(jì)算機(jī)等的不同之處。
量子計(jì)算機(jī)的作用遠(yuǎn)不止是解決一些經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)法解決的問(wèn)題。
未來(lái)計(jì)算機(jī)主要有哪幾種,它與目前計(jì)算機(jī)主要區(qū)別是什么
1. 光子計(jì)算機(jī)光子計(jì)算機(jī)是由光導(dǎo)纖維與各種光學(xué)元件制成的計(jì)算機(jī)。它不像普通電腦靠電子**路中的流動(dòng)來(lái)處理信息，而是靠一小束低功率激光進(jìn)入由反射鏡和透鏡組成的光回路來(lái)進(jìn)行“思維”的，但同樣具有存儲(chǔ)、運(yùn)算和控制等功能。
計(jì)算機(jī)的“本領(lǐng)”大小，主要決定于兩個(gè)因素：一是計(jì)算機(jī)部件的運(yùn)行速度;二是它們的排列緊密程度。
從這兩方面看，光比電優(yōu)越得多。光子是宇宙中速度最快的 東西，每秒達(dá)30萬(wàn)公里。電子就不行，它在半導(dǎo)體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)速度約每秒60—500公里，最快也不到光速的十分之一。另外，超大型集成電路中，一些片狀器件 的線(xiàn)腳已達(dá)300多只，排列密度受到限制。
而光束可以相互穿越，互不干擾，這使得科學(xué)家能夠在極小的空間內(nèi)開(kāi)辟很多的信息通道。例如，貝爾實(shí)驗(yàn)室的光學(xué)轉(zhuǎn) 換器就可以做得很小，以致在不到2毫米直徑的器件中，可裝入2000多個(gè)通道。 從理論上講，光腦的運(yùn)算速度比現(xiàn)代的電腦還要快上千倍;其次，光腦器件還有信息量大的優(yōu)點(diǎn)，一束光可以同時(shí)傳送數(shù)以千計(jì)的通道的信息。
然而，光腦的制造在 理論上和技術(shù)上還有許多問(wèn)題沒(méi)有解決。作為**步，科學(xué)家利用光腦驅(qū)動(dòng)能量小的特點(diǎn)，把電子轉(zhuǎn)換器同光結(jié)合起來(lái)，制造一種光與電“雜交”的計(jì)算機(jī)。 關(guān)于光腦,人們對(duì)它也許還很陌生,但制造光腦的嘗試,科學(xué)界早在上個(gè)世紀(jì)50年代就開(kāi)始了,直到80年代后期可以說(shuō)才有了決定意義的突破.上世紀(jì)90年代中期,世界上**臺(tái)光腦已由歐共體的英國(guó)、法國(guó)、比利時(shí)、德國(guó)、意大利的70多位不同國(guó)籍的科學(xué)家研制成功。
2 量子計(jì)算機(jī)量子計(jì)算機(jī)是一類(lèi)遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的物理裝置。當(dāng)某個(gè)裝置處理和計(jì)算的是量子信息，運(yùn)行的是量子算法時(shí)，它就是量子計(jì)算機(jī)。量子計(jì)算機(jī)的概念源于對(duì)可逆計(jì)算機(jī)的研究。
研究可逆計(jì)算機(jī)的目的是為了解決計(jì)算機(jī)中的能耗問(wèn)題。20世紀(jì)60年代至70年代，人們發(fā)現(xiàn)能耗會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)中的芯片發(fā)熱，極大地影響了芯片的集成度，從而限制了計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度。研究發(fā)現(xiàn)，能耗來(lái)源于計(jì)算過(guò)程中的不可逆操作。那么，是否計(jì)算過(guò)程必須要用不可逆操作才能完成呢？問(wèn)題的答案是：所有經(jīng)典計(jì)算機(jī)都可以找到一種對(duì)應(yīng)的可逆計(jì)算機(jī)，而且不影響運(yùn)算能力。
既然計(jì)算機(jī)中的每一步操作都可以改造為可逆操作，那么在量子力學(xué)中，它就可以用一個(gè)幺正變換來(lái)表示。早期量子計(jì)算機(jī)，實(shí)際上是用量子力學(xué)語(yǔ)言描述的經(jīng)典計(jì)算機(jī)，并沒(méi)有用到量子力學(xué)的本質(zhì)特性，如量子態(tài)的疊加性和相干性。在經(jīng)典計(jì)算機(jī)中，基本信息單位為比特，運(yùn)算對(duì)象是各種比特序列。與此類(lèi)似，在量子計(jì)算機(jī)中，基本信息單位是量子比特，運(yùn)算對(duì)象是量子比特序列。
所不同的是，量子比特序列不但可以處于各種正交態(tài)的疊加態(tài)上，而且還可以處于糾纏態(tài)上。這些特殊的量子態(tài)，不僅提供了量子并行計(jì)算的可能，而且還將帶來(lái)許多奇妙的性質(zhì)。與經(jīng)典計(jì)算機(jī)不同，量子計(jì)算機(jī)可以做任意的幺正變換，在得到輸出態(tài)后，進(jìn)行測(cè)量得出計(jì)算結(jié)果。因此，量子計(jì)算對(duì)經(jīng)典計(jì)算作了極大的擴(kuò)充，在數(shù)學(xué)形式上，經(jīng)典計(jì)算可看作是一類(lèi)特殊的量子計(jì)算。
量子計(jì)算機(jī)對(duì)每一個(gè)疊加分量進(jìn)行變換，所有這些變換同時(shí)完成，并按一定的概率幅疊加起來(lái)，給出結(jié)果，這種計(jì)算稱(chēng)作量子并行計(jì)算。除了進(jìn)行并行計(jì)算外，量子計(jì)算機(jī)的另一重要用途是模擬量子系統(tǒng)，這項(xiàng)工作是經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)法勝任的。無(wú)論是量子并行計(jì)算還是量子模擬計(jì)算，本質(zhì)上都是利用了量子相干性。
遺憾的是，在實(shí)際系統(tǒng)中量子相干性很難保持。在量子計(jì)算機(jī)中，量子比特不是一個(gè)孤立的系統(tǒng)，它會(huì)與外部環(huán)境發(fā)生相互作用，導(dǎo)致量子相干性的衰減，即消相干。因此，要使量子計(jì)算成為現(xiàn)實(shí)，一個(gè)核心問(wèn)題就是克服消相干。
而量子編碼是迄今發(fā)現(xiàn)的克服消相干最有效的方法。主要的幾種量子編碼方案是：量子糾錯(cuò)碼、量子避錯(cuò)碼和量子防錯(cuò)碼。量子糾錯(cuò)碼是經(jīng)典糾錯(cuò)碼的類(lèi)比，是目前研究的最多的一類(lèi)編碼，其優(yōu)點(diǎn)為適用范圍廣，缺點(diǎn)是效率不高。3. 納米計(jì)算機(jī)世界上最強(qiáng)大的“計(jì)算機(jī)”應(yīng)當(dāng)是人類(lèi)大腦，日前。
科學(xué)家設(shè)計(jì)一種僅由十幾個(gè)微型納米級(jí)分子構(gòu)成的微型電腦模仿大腦是如何工作的。迄今為止，這種微型納米電腦的運(yùn)算速度是正常計(jì)算機(jī)晶體管的16倍，研究人員聲稱(chēng)，最終這項(xiàng)發(fā)明將實(shí)現(xiàn)比正常計(jì)算機(jī)晶體管運(yùn)算速度快1000倍。
簡(jiǎn)述量子計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。
節(jié)省時(shí)間。首先量子計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)不象傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)那樣分步進(jìn)行，而是同時(shí)完成，這樣就節(jié)省了不少時(shí)間，適于大規(guī)模的數(shù)據(jù)計(jì)算。
傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)隨著處理數(shù)據(jù)位數(shù)的增加所面臨的困難線(xiàn)形增加，要分解一個(gè)129位的數(shù)字需要1600臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)工作8個(gè)月，而要分解一個(gè)140位的數(shù)字所需的時(shí)間要幾百年。
但是利用一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，在幾秒內(nèi)就可得到結(jié)果。
體積小，集成率高。隨著信息產(chǎn)業(yè)的高度發(fā)展，所有的電子器件都在朝著小型化和高集成化方向發(fā)展，而作為傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)物質(zhì)基礎(chǔ)的半導(dǎo)體芯片由于晶體管和芯片受材料的限制，體積減小是有個(gè)限度的。而每個(gè)量子元件尺寸都在原子尺度，由它們構(gòu)成的量子計(jì)算機(jī)，不僅運(yùn)算速度快，存儲(chǔ)量大、功耗低，體積還會(huì)大大縮小。
故障時(shí)的自我處理能力強(qiáng)。系統(tǒng)的某部分發(fā)生故障時(shí)，輸入的原始數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)繞過(guò)，進(jìn)入系統(tǒng)的正確部分進(jìn)行正常運(yùn)算，運(yùn)算能力相當(dāng)于1000億個(gè)奔騰處理器，運(yùn)算速度比現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)快100倍。
量子計(jì)算機(jī)是一類(lèi)遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的物理裝置。
當(dāng)某個(gè)裝置處理和計(jì)算的是量子信息，運(yùn)行的是量子算法時(shí)，它就是量子計(jì)算機(jī)。量子計(jì)算機(jī)的概念源于對(duì)可逆計(jì)算機(jī)的研究。研究可逆計(jì)算機(jī)的目的是為了解決計(jì)算機(jī)中的能耗問(wèn)題。
量子計(jì)算機(jī)應(yīng)用的是量子比特，可以同時(shí)處在多個(gè)狀態(tài)。
量子計(jì)算機(jī)，早先由理查德·費(fèi)曼提出，一開(kāi)始是從物理現(xiàn)象的模擬而來(lái)的?？伤l(fā)現(xiàn)當(dāng)模擬量子現(xiàn)象時(shí)，因?yàn)辇嫶蟮南柌乜臻g使資料量也變得龐大，一個(gè)完好的模擬所需的運(yùn)算時(shí)間變得相當(dāng)可觀，甚至是不切實(shí)際的天文數(shù)字。
理查德·費(fèi)曼當(dāng)時(shí)就想到，如果用量子系統(tǒng)構(gòu)成的計(jì)算機(jī)來(lái)模擬量子現(xiàn)象，則運(yùn)算時(shí)間可大幅度減少。量子計(jì)算機(jī)的概念從此誕生。
請(qǐng)問(wèn)一下生物計(jì)算機(jī)的原理？
生物計(jì)算機(jī)的原理是信息以波的形式傳播，當(dāng)波沿著蛋白質(zhì)分子鏈傳播時(shí)，會(huì)引起蛋白質(zhì)分子鏈中單鍵、雙鍵結(jié)構(gòu)順序的變化，開(kāi)始計(jì)算。
其主要原材料是生物工程技術(shù)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)分子，并以此作為生物芯片。
生物芯片比硅芯片上的電子元件要小很多，而且生物芯片本身具有天然獨(dú)特的立體化結(jié)構(gòu)，其密度要比平面型的硅集成電路高五個(gè)數(shù)量級(jí)。
生物計(jì)算機(jī)能夠如同人腦那樣進(jìn)行思維、推理，能認(rèn)識(shí)文字、圖形，能理解人的語(yǔ)言，因而可以成為人們生活中**的伙伴，擔(dān)任各種工作，如可應(yīng)用于通訊設(shè)備、衛(wèi)星導(dǎo)航、工業(yè)控制領(lǐng)域，發(fā)揮它重要的作用。
美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室生物計(jì)算機(jī)部的物理學(xué)家們正在研制由芯片構(gòu)成的人造耳朵和人造視網(wǎng)膜，這項(xiàng)技術(shù)的成功有望使聾盲人康復(fù)。
生物電腦的成熟應(yīng)用還需要一段時(shí)間，但是科學(xué)家已研制出生物電腦的主要部件———生物芯片。美國(guó)明尼蘇達(dá)州立大學(xué)已經(jīng)研制成世界上**個(gè)“分子電路”，由“分子導(dǎo)線(xiàn)”組成的顯微電路只有目前計(jì)算機(jī)電路的千分之一。
擴(kuò)展資料
科學(xué)家通過(guò)對(duì)生物組織體研究，發(fā)現(xiàn)組織體是由無(wú)數(shù)的細(xì)胞組成，細(xì)胞由水、鹽、蛋白質(zhì)和核酸等有機(jī)物組成，而有些有機(jī)物中的蛋白質(zhì)分子像開(kāi)關(guān)一樣，具有“開(kāi)”與“關(guān)”的功能。
因此，人類(lèi)可以利用遺傳工程技術(shù)，仿制出這種蛋白質(zhì)分子，用來(lái)作為元件制成計(jì)算機(jī)。科學(xué)家把這種計(jì)算機(jī)叫做生物計(jì)算機(jī)。
生物計(jì)算機(jī)主要是以生物電子元件構(gòu)建的計(jì)算機(jī)。它利用蛋白質(zhì)有開(kāi)關(guān)特性，用蛋白質(zhì)分子作元件從而制成的生物芯片。
其性能是由元件與元件之間電流啟閉的開(kāi)關(guān)速度來(lái)決定的。
用蛋白質(zhì)制成的計(jì)算機(jī)芯片，它的一個(gè)存儲(chǔ)點(diǎn)只有一個(gè)分子大小，所以它的存儲(chǔ)容量可以達(dá)到普通計(jì)算機(jī)的十億倍。
由蛋白質(zhì)構(gòu)成的集成電路，其大小只相當(dāng)于硅片集成電路的十萬(wàn)分之一。而且運(yùn)行速度更快，只有1×10^(-11)秒，大大超過(guò)人腦的思維速度。
研究量子計(jì)算機(jī)只是為了省電么？
研究量子計(jì)算機(jī)是為了解決計(jì)算機(jī)中的能耗問(wèn)題，不是為了省電量子計(jì)算機(jī)是一類(lèi)遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行告訴數(shù)學(xué)和循環(huán)運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的物理裝置，當(dāng)否各裝置處理和計(jì)算機(jī)是量子信息，運(yùn)行的是量子算法時(shí)，它就是量子計(jì)算機(jī)，量子計(jì)算機(jī)的概念來(lái)源于對(duì)可逆計(jì)算機(jī)的研究，研究可逆計(jì)算機(jī)的目的是為了解決計(jì)算機(jī)中的能耗問(wèn)題。
