量子計(jì)算發(fā)展前景精選(九篇)

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第1篇：量子計(jì)算發(fā)展前景范文

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；發(fā)展史；前景展望

1 前言

計(jì)算機(jī)由機(jī)械技術(shù)向電子技術(shù)以及生物技術(shù)、智能技術(shù)的轉(zhuǎn)變，為我們的生活帶來(lái)了巨大的變化。計(jì)算機(jī)已經(jīng)擁有了60年的發(fā)展歷程，共經(jīng)歷了5個(gè)重要的發(fā)展階段，將在不久的未來(lái)經(jīng)歷第六個(gè)發(fā)展階段。

2 計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史

（1）電子管計(jì)算機(jī)（1946-1958年）

用陰極射線管或汞延尺線作主存儲(chǔ)器，外存主要使用紙帶、卡片等，程序設(shè)計(jì)主要使用機(jī)器指令或符號(hào)指令，應(yīng)用鄰域主要是科學(xué)計(jì)算。

（2）晶體管計(jì)算機(jī)（1958-1964年）

主存儲(chǔ)器均采用磁蕊存儲(chǔ)器，磁鼓和磁盤開(kāi)始用作主要的外存儲(chǔ)器，程序設(shè)計(jì)使用了更接近于人類自然語(yǔ)言的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也從科學(xué)計(jì)算擴(kuò)展到了事務(wù)處理，工程設(shè)計(jì)等各個(gè)方面。

（3）小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)(1964-1971年)

半導(dǎo)體存儲(chǔ)器逐步取代了磁芯存儲(chǔ)器的主存儲(chǔ)地位，磁盤成了不可缺少的輔助存儲(chǔ)器，計(jì)算機(jī)也進(jìn)入了產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系列化的發(fā)展時(shí)期，使計(jì)算機(jī)使用效率明顯提高。

（4）大規(guī)模集成電路（1972年-至今）

大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路應(yīng)用的一個(gè)直接結(jié)果是微處理器和微型計(jì)算機(jī)的誕生。微處理器自1971年誕生以來(lái)幾乎每隔二至三年就要更新?lián)Q代，以高檔微處理器為核心構(gòu)成的高檔微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已達(dá)到和超過(guò)了傳統(tǒng)超極小型計(jì)算機(jī)水平，其運(yùn)算速度可以達(dá)到每秒數(shù)億次。由于微型計(jì)算機(jī)體積小、功耗低、其性能價(jià)格比占有很大優(yōu)勢(shì)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。

（5）人工智能計(jì)算機(jī)——神經(jīng)計(jì)算機(jī)。

其特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)分布式聯(lián)想記憶．并能在一定程度上模擬人和動(dòng)物的學(xué)習(xí)功能。它是一種有知識(shí)、會(huì)學(xué)習(xí)、能推理的計(jì)算機(jī)，具有能理解自然語(yǔ)言、聲音、文字和圖像的能力，并且具有說(shuō)話的能力，使人機(jī)能夠用自然語(yǔ)言直接對(duì)話，它可以利用已有的和不斷學(xué)習(xí)到的知識(shí)，進(jìn)行思維、聯(lián)想、推理，并得出結(jié)論，能解決復(fù)雜問(wèn)題，具有匯集、記憶、檢索有關(guān)知識(shí)的能力。

3 計(jì)算機(jī)發(fā)展前景展望

計(jì)算機(jī)的發(fā)展將趨向超高速、超小型、并行處理和智能化。計(jì)算發(fā)展如此之快，計(jì)算機(jī)界據(jù)此總結(jié)出了“ 摩爾法則”，該法則認(rèn)為每 18個(gè)月左右計(jì)算機(jī)性能就會(huì)提高一倍。因此，在未來(lái)，第六代計(jì)算機(jī)發(fā)展方向如下：

（1）分子計(jì)算機(jī)

分子計(jì)算機(jī)體積小、耗電少、運(yùn)算快、存儲(chǔ)量大。分子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行是吸收分子晶體上以電荷形式存在的信息，并以更有效的方式進(jìn)行組織排列。分子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算過(guò)程就是蛋白質(zhì)分子與周圍物理化學(xué)介質(zhì)的相互作用過(guò)程。轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)為酶，而程序則在酶合成系統(tǒng)本身和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)中極其明顯地表示出來(lái)。生物分子組成的計(jì)算機(jī)具備能在生化環(huán)境下，甚至在生物有機(jī)體中運(yùn)行，并能以其它分子形式與外部環(huán)境交換。因此它將在醫(yī)療診治、遺傳追蹤和仿生工程中發(fā)揮無(wú)法替代的作用。分子芯片體積可比現(xiàn)在的芯片大大減小，而效率大大提高， 分子計(jì)算機(jī)完成一項(xiàng)運(yùn)算，所需的時(shí)間僅為10 微微秒，比人的思維速度快 100 萬(wàn)倍。分子計(jì)算機(jī)具有驚人的存貯容量，1立方米的DNA溶液可存儲(chǔ) 1 萬(wàn)億億的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。分子計(jì)算機(jī)消耗的能量非常小，只有電子計(jì)算機(jī)的十億分之一。由于分子芯片的原材料是蛋白質(zhì)分子，所以分子計(jì)算機(jī)既有自我修復(fù)的功能，又可直接與分子活體相聯(lián)。

（2）光子計(jì)算機(jī)

光子計(jì)算機(jī)利用光子取代電子進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算、傳輸和存儲(chǔ)。在光子計(jì)算機(jī)中，不同波長(zhǎng)的光代表不同的數(shù)據(jù)，這遠(yuǎn)勝于電子計(jì)算機(jī)中通過(guò)電子“0”和“1” 狀態(tài)變化進(jìn)行的二進(jìn)制運(yùn)算, 可以對(duì)復(fù)雜度高、計(jì)算量大的任務(wù)實(shí)現(xiàn)快速的并行處理。光子計(jì)算機(jī)將使運(yùn)算速度在目前基礎(chǔ)上呈指數(shù)上升。

（3）量子計(jì)算機(jī)

量子計(jì)算機(jī)是一類遵循量子力學(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。量子計(jì)算機(jī)是基于量子效應(yīng)基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，它利用一種鏈狀分子聚合物的特性來(lái)表示開(kāi)與關(guān)的狀態(tài)，利用激光脈沖來(lái)改變分子的狀態(tài)，使信息沿著聚合物移動(dòng)，從而進(jìn)行運(yùn)算。量子計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)用量子位存儲(chǔ)。由于量子疊加效應(yīng)，一個(gè)量子位可以是0或1，也可以既存儲(chǔ)0又存儲(chǔ)1。因此, 一個(gè)量子位可以存儲(chǔ)2個(gè)數(shù)據(jù)，同樣數(shù)量的存儲(chǔ)位，量子計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)量比通常計(jì)算機(jī)大許多。同時(shí)量子計(jì)算機(jī)能夠?qū)嵭辛孔硬⑿杏?jì)算，其運(yùn)算速度可能比目前計(jì)算機(jī)的 PentiumⅢ晶片快10億倍。

（4）納米計(jì)算機(jī)

納米計(jì)算機(jī)是用納米技術(shù)研發(fā)的新型高性能計(jì)算機(jī)。納米管元件尺寸在幾到幾十納米范圍, 質(zhì)地堅(jiān)固,有著極強(qiáng)的導(dǎo)電性, 能代替硅芯片制造計(jì)算機(jī)?！凹{米”是一個(gè)計(jì)量單位, 一個(gè)納米等于10-9米, 大約是氫原子直徑的10倍。納米技術(shù)是從20世紀(jì)80年代初迅速發(fā)展起來(lái)的新的前沿科研領(lǐng)域，最終目標(biāo)是人類按照自己的意志直接操縱單個(gè)原子，制造出具有特定功能的產(chǎn)品?，F(xiàn)在納米技術(shù)正從微電子機(jī)械系統(tǒng)起步，把傳感器、電動(dòng)機(jī)和各種處理器都放在一個(gè)硅芯片上而構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)。應(yīng)用納米技術(shù)研制的計(jì)算機(jī)內(nèi)存芯片，其體積只有數(shù)百個(gè)原子大小，相當(dāng)于人的頭發(fā)絲直徑的千分之一。納米計(jì)算機(jī)不僅幾乎不需要耗費(fèi)任何能源， 而且其性能要比今天的計(jì)算機(jī)強(qiáng)大許多倍。

（5）生物計(jì)算機(jī)[1]

20世紀(jì)80年代以來(lái)，生物工程學(xué)家對(duì)人腦、神經(jīng)元和感受器的研究?jī)A注了很大精力，以期研制出可以模擬人腦思維、低耗、高教的第六代計(jì)算機(jī)——生物計(jì)算機(jī)。用蛋白質(zhì)制造的電腦芯片，存儲(chǔ)量可以達(dá)到普通電腦的10億倍。生物電腦元件的密度比大腦神經(jīng)元的密度高100萬(wàn)倍，傳遞信息的速度也比人腦思維的速度快100萬(wàn)倍。

第2篇：量子計(jì)算發(fā)展前景范文

【關(guān)鍵詞】“互聯(lián)網(wǎng)+”;計(jì)算機(jī)技術(shù);信息技術(shù)

隨著互聯(lián)網(wǎng)、自媒體、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的成熟與普及，互聯(lián)網(wǎng)逐漸滲透到社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，形成了“互聯(lián)網(wǎng)+傳統(tǒng)行業(yè)”的發(fā)展格局，這些不僅深刻影響著教育、醫(yī)療、社會(huì)治理、公共服務(wù)、商業(yè)模式等，也對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，逐步形成了以應(yīng)用為導(dǎo)向、各種技術(shù)相互融合的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。在這種情況下應(yīng)當(dāng)從“互聯(lián)網(wǎng)+”的視角考察計(jì)算機(jī)技術(shù)的基本特征、發(fā)展趨勢(shì)等，以更好地發(fā)揮計(jì)算機(jī)技術(shù)在服務(wù)傳統(tǒng)行業(yè)、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型等方面的重要作用。

一、“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

進(jìn)入21世紀(jì)以后，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展并廣泛普及，人類的生產(chǎn)及生活方式發(fā)生了巨大變化，比如互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)思維開(kāi)始影響人類生活的方方面面，改變著人類的社會(huì)交往、商業(yè)活動(dòng)、社會(huì)治理等，變成了人類生存方式的重要組成部分。特別是隨著大數(shù)據(jù)、人工智能和物聯(lián)網(wǎng)的廣泛普及，人類社會(huì)進(jìn)入了萬(wàn)物互聯(lián)的新時(shí)代，這些深刻影響著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使計(jì)算機(jī)技術(shù)更新速度更快、運(yùn)行方式更多元化、實(shí)用性和功能更加強(qiáng)大、自我防御和修復(fù)能力更完善等。

(一)計(jì)算機(jī)技術(shù)運(yùn)行速度快。從運(yùn)行速度看，隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的快速發(fā)展，人類對(duì)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度提出了更高要求，比如天氣預(yù)報(bào)、用戶數(shù)據(jù)分析、科學(xué)研究等活動(dòng)都需要計(jì)算機(jī)擁有超級(jí)運(yùn)算能力，這些對(duì)計(jì)算機(jī)發(fā)展提出了明確要求，所以許多計(jì)算機(jī)公司都將計(jì)算速度作為計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的核心指標(biāo)，同時(shí)政府也加大了對(duì)計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力研究的投入，比如我國(guó)就成立了國(guó)家超級(jí)計(jì)算中心，專門負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度研究工作。

(二)計(jì)算機(jī)技術(shù)運(yùn)行方式更加多元。從運(yùn)行方式上看，隨著芯片技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)開(kāi)始向小型化、微型化的方向發(fā)展，筆記本電腦、平板電腦、智能手機(jī)等成為計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的新方向，這些智能終端不僅體積小、攜帶方便，而且功能強(qiáng)大，能夠較好地滿足用戶的各種上網(wǎng)需要。

(三)計(jì)算機(jī)技術(shù)基本功能更加實(shí)用。從基本功能上看，隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的深入發(fā)展，電腦成了網(wǎng)上購(gòu)物、電子支付、社會(huì)交往、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、生活?yuàn)蕵?lè)等活動(dòng)的重要平臺(tái)，可以說(shuō)人們每天的生活都離不開(kāi)電腦，從而使計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展更加多元化，計(jì)算機(jī)性能更具有實(shí)用性，比如有些電商就以CRM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了銷售存儲(chǔ)一體化管理，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)極大節(jié)省了人工成本。

(四)計(jì)算機(jī)技術(shù)運(yùn)行更加安全。從運(yùn)行能力看，在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代人們對(duì)計(jì)算機(jī)的要求更高、更全面，要求計(jì)算機(jī)操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行安全等，在這種情況下計(jì)算機(jī)安全技術(shù)有了長(zhǎng)足發(fā)展，計(jì)算機(jī)可以通過(guò)相關(guān)設(shè)備監(jiān)理一套完整的防御體系，極大提升了計(jì)算機(jī)運(yùn)行的安全性。

二、“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

近年來(lái)中國(guó)大力推動(dòng)工業(yè)信息化進(jìn)程，將“互聯(lián)網(wǎng)+”作為推動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、社會(huì)治理創(chuàng)新的重要方式，在這種情況下計(jì)算機(jī)技術(shù)與商業(yè)、國(guó)防、社會(huì)等領(lǐng)域的結(jié)合越來(lái)越緊密，形成了許多計(jì)算機(jī)邊緣技術(shù)。

(一)計(jì)算機(jī)技術(shù)在商業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用情況。從發(fā)展過(guò)程看，“互聯(lián)網(wǎng)+”首先產(chǎn)生于商業(yè)領(lǐng)域，而后在社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域推廣開(kāi)來(lái)。從總體上看計(jì)算機(jī)技術(shù)在電子商務(wù)、網(wǎng)上支付、網(wǎng)絡(luò)媒體等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍最廣，并且推動(dòng)了這些行業(yè)的繁榮發(fā)展，比如計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，催生了許多重要的產(chǎn)業(yè)形態(tài)，推動(dòng)了淘寶、京東、今日頭條等一大批互聯(lián)網(wǎng)公司的誕生。

(二)計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用情況。計(jì)算機(jī)技術(shù)在能源、電力等領(lǐng)域也有許多應(yīng)用，推動(dòng)了智能電網(wǎng)的發(fā)展。比如一些新能源電力系統(tǒng)經(jīng)常受到惡劣天氣的攻擊，像霧霾天氣、冰雪天氣等往往會(huì)影響發(fā)電質(zhì)量，為了更加準(zhǔn)確地獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，就需要以計(jì)算機(jī)技術(shù)快速獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，以便在第一時(shí)間傳輸?shù)较嚓P(guān)人員手中。此外，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)制造業(yè)的深度融合也推動(dòng)了計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中的應(yīng)用，促進(jìn)了工業(yè)智能化、工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，促進(jìn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)的融合發(fā)展，大大提升了傳統(tǒng)制造業(yè)的信息化水平。

(三)計(jì)算機(jī)技術(shù)在國(guó)防領(lǐng)域的應(yīng)用情況。計(jì)算機(jī)技術(shù)在國(guó)防領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，像雷達(dá)、無(wú)人機(jī)、導(dǎo)彈等尖端武器上都應(yīng)用了大量的計(jì)算機(jī)技術(shù)，特別是無(wú)人機(jī)技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)有著密切聯(lián)系，軍事偵察、電子干擾等都離不開(kāi)計(jì)算機(jī)技術(shù)的有效應(yīng)用。美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家就利用無(wú)人機(jī)精確打擊各種戰(zhàn)略目標(biāo)，并能夠在復(fù)雜的自然環(huán)境和高偶然事件中完成供給任務(wù)。這些都說(shuō)明計(jì)算機(jī)技術(shù)在國(guó)防領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。此外，隨著空天戰(zhàn)、網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)的發(fā)展，衛(wèi)星、網(wǎng)絡(luò)等成為軍事打擊的重要目標(biāo)，這些對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的依賴程度越來(lái)越高。

(四)計(jì)算機(jī)技術(shù)在社會(huì)領(lǐng)域的應(yīng)用情況?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”不僅改變了商業(yè)模式、工業(yè)生產(chǎn)和現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)，也給社會(huì)領(lǐng)域帶來(lái)了翻天覆地的變化，推動(dòng)了教育、醫(yī)療、社會(huì)治理等與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的融合。比如隨著“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的發(fā)展，電子圖書(shū)館、網(wǎng)絡(luò)大學(xué)、多媒體課堂、慕課、網(wǎng)絡(luò)付費(fèi)學(xué)習(xí)等有了長(zhǎng)足發(fā)展，這些推動(dòng)了計(jì)算機(jī)技術(shù)與現(xiàn)代教育的融合發(fā)展。在社會(huì)管理活動(dòng)中，信息管理及查詢系統(tǒng)、指紋識(shí)別系統(tǒng)、人臉識(shí)別系統(tǒng)等有了廣泛應(yīng)用，這些推動(dòng)了計(jì)算機(jī)技術(shù)在信息管理方面的應(yīng)用。此外，計(jì)算機(jī)技術(shù)在精準(zhǔn)醫(yī)療、健康體檢等醫(yī)療活動(dòng)中也有著廣泛應(yīng)用，醫(yī)生可以利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)等精準(zhǔn)了解病人的病情、成因等。

三、“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展前景

從總體上看“互聯(lián)網(wǎng)+”不僅深刻改變了人類社會(huì)的商業(yè)模式、工業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)管理、教育醫(yī)療等，也深刻影響著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及前景。因此應(yīng)當(dāng)從“互聯(lián)網(wǎng)+”的時(shí)代背景出發(fā)分析計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展問(wèn)題，把握計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

(一)各種新型計(jì)算機(jī)將不斷涌現(xiàn)。1．光計(jì)算機(jī)。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”和大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度要求越來(lái)越高，但是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無(wú)法滿足人們的運(yùn)算需要，于是各種嶄新的計(jì)算技術(shù)不斷涌現(xiàn)，比如當(dāng)前科學(xué)家就在考慮以光子代替電子和電流為載體，以納米電漿子原件作為計(jì)算機(jī)的核心原件，對(duì)海量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理。與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)相比，光計(jì)算機(jī)以光內(nèi)連技術(shù)、空間光調(diào)制器等為基礎(chǔ)，具有運(yùn)算速度極快、耗電量非常低、存取信息方便等特征，在天氣預(yù)報(bào)、水文變化、資本市場(chǎng)等方面具有廣闊應(yīng)用前景。2．量子計(jì)算機(jī)。量子計(jì)算機(jī)業(yè)有計(jì)算速度快的特點(diǎn)，并且在理論上已經(jīng)成熟，在實(shí)踐上也處于實(shí)驗(yàn)室階段。英特爾、IBM、華為等企業(yè)不僅在研發(fā)大規(guī)模集成電路，還在研發(fā)量子計(jì)算機(jī)，谷歌、微軟就相繼宣布研發(fā)了200秒內(nèi)可以完成普通計(jì)算機(jī)1萬(wàn)年完成的計(jì)算任務(wù)的量子計(jì)算機(jī)。中國(guó)專家潘建偉、陸朝陽(yáng)、汪喜林等也通過(guò)調(diào)控6給光子的偏振、路徑等，實(shí)現(xiàn)了18個(gè)光量子比特糾纏;中科院、浙大、背景計(jì)算科研中心等共同開(kāi)發(fā)了量子芯片，在國(guó)際量子計(jì)算機(jī)研究中處于領(lǐng)先地位。3．納米技術(shù)。納米技術(shù)在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域仍有廣闊的應(yīng)用前景，并成為計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)。與傳統(tǒng)電子元器件相比，納米技術(shù)原件的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于普通電子原件，而且擁有導(dǎo)電性能超強(qiáng)、質(zhì)地優(yōu)良等特征，所以說(shuō)納米芯片成了當(dāng)前硅基芯片的良好替代產(chǎn)品。當(dāng)前納米技術(shù)已從微電子方向向傳感器方向發(fā)展，未來(lái)將成為傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的重要替代方式之一。4．化學(xué)計(jì)算機(jī)、生物計(jì)算機(jī)?；瘜W(xué)計(jì)算機(jī)、生物計(jì)算機(jī)等新型計(jì)算機(jī)技術(shù)也都處于理論和實(shí)驗(yàn)階段，化學(xué)計(jì)算機(jī)是以炭基制品代替硅基芯片，實(shí)現(xiàn)信息傳輸和存儲(chǔ)，能夠以較小體積實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)輸;生物計(jì)算機(jī)是以生物傳感器實(shí)現(xiàn)信息計(jì)算、傳輸和存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)，它能夠直接受人腦控制，不過(guò)這一計(jì)算機(jī)尚處于理論研究階段。

(二)計(jì)算機(jī)技術(shù)將與信息技術(shù)深度融合。1．計(jì)算機(jī)技術(shù)將與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)深度融合。毫無(wú)疑問(wèn)，人類已經(jīng)進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為人們學(xué)習(xí)新知識(shí)、瀏覽新聞、休閑娛樂(lè)、社會(huì)交往、商業(yè)活動(dòng)的重要組成部分，這些徹底改變了人類社會(huì)的存在當(dāng)時(shí)，也促進(jìn)了計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的深度融合，在這種情況下許多人都將計(jì)算機(jī)等同于互聯(lián)網(wǎng)，這些充分說(shuō)明了計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的融合程度。隨著網(wǎng)絡(luò)化的深入發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)將會(huì)與網(wǎng)上購(gòu)物、網(wǎng)上學(xué)習(xí)、網(wǎng)上辦公、電子商務(wù)等更加緊密地連接在一起。3．計(jì)算機(jī)技術(shù)與人工智能技術(shù)的融合。隨著人工智能的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)與人工智能技術(shù)的融合將成為必然趨勢(shì)，如今智能家居、無(wú)人駕駛、無(wú)人超市、工業(yè)機(jī)器人等在社會(huì)生活的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，成為信息技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)。比如小米、華為、海爾等科技企業(yè)都在大力推動(dòng)智能家居的發(fā)展，這些必然對(duì)計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度、運(yùn)行方式等提出更多要求，推動(dòng)計(jì)算機(jī)技術(shù)與大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的融合發(fā)展。

(三)計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用范圍會(huì)越來(lái)越廣。隨著信息化時(shí)代的到來(lái)，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等將會(huì)深刻改變?nèi)祟惿鐣?huì)的方方面面，這將使計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛。比如隨著GIS技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)將被廣泛用于農(nóng)業(yè)資源規(guī)劃、林業(yè)數(shù)據(jù)分析、土地資源開(kāi)發(fā)、自然災(zāi)害預(yù)警等方面。計(jì)算機(jī)技術(shù)將進(jìn)一步推動(dòng)農(nóng)業(yè)資源管理，對(duì)土地資源進(jìn)行利用規(guī)劃，對(duì)農(nóng)業(yè)進(jìn)行區(qū)域化管理，促進(jìn)農(nóng)業(yè)信息技術(shù)更加精細(xì)化。計(jì)算機(jī)技術(shù)可以用于林業(yè)發(fā)展中，通過(guò)對(duì)大量地理信息、林業(yè)數(shù)據(jù)的分析等，推動(dòng)森林防火、林業(yè)資源開(kāi)發(fā)等，提高林業(yè)管理的數(shù)字化程度。計(jì)算機(jī)技術(shù)可以用于土地資源信息采集和處理，促進(jìn)土地信息資源整合，有效解決土地資源信息逐級(jí)上報(bào)、弄虛作假等問(wèn)題，推動(dòng)土地資源管理信息化和科學(xué)化。計(jì)算機(jī)技術(shù)還將用于自然災(zāi)害預(yù)測(cè)、災(zāi)情評(píng)估、災(zāi)后救援等活動(dòng)中，極大提高人力對(duì)自然災(zāi)害的處理能力。

四、結(jié)語(yǔ)

第3篇：量子計(jì)算發(fā)展前景范文

關(guān)鍵詞：納米涂層；場(chǎng)發(fā)射；電子強(qiáng)關(guān)聯(lián)；軟凝聚態(tài)物質(zhì)

2003年在國(guó)際和中國(guó)都發(fā)生了具有突發(fā)性的災(zāi)難事件，但中國(guó)的GDP仍以9.1％的高速度在增長(zhǎng)，達(dá)到了人民幣11.6萬(wàn)億元，其中第二產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)4萬(wàn)多億元。中國(guó)現(xiàn)今的第二產(chǎn)業(yè)主要領(lǐng)域是冶金、制造和信息，在世界的地位是大加工廠，也是大市場(chǎng)。在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中所以有優(yōu)勢(shì)是中國(guó)的勞動(dòng)力廉價(jià)，這個(gè)優(yōu)勢(shì)我們能保持多久?我們還注意到與化工有關(guān)的產(chǎn)品中，我們的生產(chǎn)效率是國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家的5％，能耗是3倍，環(huán)境的破壞是9倍。這就是我們所付出的代價(jià)。不論形勢(shì)如何嚴(yán)峻，21世紀(jì)是中華民族振興的機(jī)遇期，制造業(yè)絕對(duì)是一個(gè)極其重要的領(lǐng)域，是個(gè)急速發(fā)展變化的領(lǐng)域。2003年3月國(guó)際真空學(xué)會(huì)執(zhí)委會(huì)在北京舉行，會(huì)議上討論了將原來(lái)的冶金專委會(huì)改名為“表面工程專委會(huì)”，當(dāng)時(shí)也考慮了另一個(gè)名字“涂層專委會(huì)”，我想用涂層材料更合適，含有繼承性和變革性。20世紀(jì)70年代曾經(jīng)說(shuō)成是塑料年代，此后塑料科技和工業(yè)迅速崛起，極大地改變了人類社會(huì)。繼而是信息時(shí)代，通信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)、萬(wàn)維網(wǎng)、智能網(wǎng)，信息流，日新月異地改變著人類的生活和觀念。我們這個(gè)時(shí)代是高速發(fā)展的時(shí)代，技術(shù)和觀念都在與時(shí)俱進(jìn)地改變著。

本世紀(jì)初興起了納米科技，促進(jìn)其到來(lái)的是由于微電子小型化的發(fā)展趨勢(shì)，推動(dòng)科技發(fā)展進(jìn)入納米時(shí)代[1]，不僅電子學(xué)將進(jìn)入納電子學(xué)領(lǐng)域，物理學(xué)進(jìn)入介觀物理領(lǐng)域，各類科技，包括生物醫(yī)學(xué)等都在探索納米結(jié)構(gòu)與特性。涂層和表面改性越來(lái)越多地增加了納米科技的內(nèi)容，這是一種低維材料的制造和加工科技，將是制造技術(shù)的主流，將迅速地改變傳統(tǒng)制造技術(shù)的方法、理論和觀念，作為現(xiàn)今國(guó)際上的制造大國(guó)，世界加工廠，我們更應(yīng)該注意研究制造技術(shù)的發(fā)展和未來(lái)。

1突破傳統(tǒng)制造技術(shù)的觀念

納米科技研究的內(nèi)容主要是在原子、分子尺度上構(gòu)造材料和器件，測(cè)量表征其結(jié)構(gòu)和特性，探索、發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、新規(guī)律和應(yīng)用領(lǐng)域。與我們熟悉傳統(tǒng)的相比，納米材料和器件具有顯著的維數(shù)效應(yīng)和尺寸效應(yīng)。近幾年來(lái)，在納米材料制造方面做了大量的研究工作，在納米粒子粉材的制造，以及材料結(jié)構(gòu)和特性測(cè)量、表征上取得了顯著成果[2～7]。接下來(lái)深入到納米線、納米管和納米帶的研究[8～14]，出現(xiàn)了一些成功有效的制造方法，發(fā)現(xiàn)了一些驚人的結(jié)構(gòu)和特性。在此基礎(chǔ)上，發(fā)展了納米復(fù)合材料的研究，展現(xiàn)了非常有希望的應(yīng)用前景[15～17]。近來(lái)人們?cè)诩{米科技初期成果的基礎(chǔ)上挑戰(zhàn)某些產(chǎn)品的傳統(tǒng)加工技術(shù)，比如Al組件的快速加工。

T.B.Sercombe等人報(bào)道了快速加工鋁(Al)組件的新方法[18]，這個(gè)方法的主要特征是用快速成型技術(shù)先形成樹(shù)脂鍵合件，然后在氮?dú)夥罩蟹纸馄滏I和第二次滲入鋁合金。在熱處理過(guò)程中，鋁與氮反應(yīng)形成氮化鋁骨架，在滲透過(guò)程中得到剛體結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)制造工藝相比，這個(gè)過(guò)程是簡(jiǎn)單的快速的，可以制造任何復(fù)雜組件，包括聚合物、陶瓷、金屬。圖1是過(guò)程示意和原型樣品，(a)是尼龍巾鑲嵌鋁粒子的SEM像，中心有結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的是Mg粒子，白色是Al粒子，加入少量的Mg是為還原氧化鋁，它將不是鑄件中的成分。在尼龍被燒去時(shí)，這個(gè)結(jié)構(gòu)基本保持不變。(b)是氮化物骨架，圍繞Al粒子的一些環(huán)狀結(jié)構(gòu)的光學(xué)顯微鏡像，再滲入Al時(shí)將形成密實(shí)結(jié)構(gòu)。(c)是燒結(jié)的氮化鋁和滲鋁組件，小柱的厚為0.5mm其密度和強(qiáng)度都達(dá)到了傳統(tǒng)鑄造技術(shù)的水平。他們還制作了公斤重量多種結(jié)構(gòu)的樣品。這是一種冶金技術(shù)的探索，開(kāi)辟了一種新的冶金和制造技術(shù)途徑。

2納米材料的完美定律

描述材料結(jié)構(gòu)的常用術(shù)語(yǔ)是原子結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)。原子結(jié)構(gòu)的主要參量是晶格常數(shù)、鍵長(zhǎng)、鍵角；電子結(jié)構(gòu)的主要參量是能帶、量子態(tài)、分布函數(shù)。對(duì)于我們熟悉的宏觀體系，這些參量多是確定的常數(shù)，但對(duì)于納米體系，多數(shù)參量隨著原子數(shù)量的改變而變化。這是納米材料和器件的典型特征，它決定了納米材料的多樣性。其中有個(gè)重要規(guī)律，我們稱之為納米材料的完美定律，用簡(jiǎn)單語(yǔ)言表述：“存在是完美的，完美的才能存在”。它包括了納米晶粒的魔數(shù)規(guī)則，即含有13、55、147…等數(shù)量原子的原子團(tuán)是穩(wěn)定的，對(duì)于富勒烯碳60和碳70存在的幾率最大，而對(duì)于碳59或碳71等結(jié)構(gòu)體系根本不存在。這就是為什么斯莫利(Smmolley)他們當(dāng)初能在大量的富勒烯中首先發(fā)現(xiàn)碳60和碳70，從而獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。對(duì)于一維納米結(jié)構(gòu)，包括納米管和納米線，存在類似的規(guī)則。可以模型上認(rèn)為是由殼層構(gòu)成的，每個(gè)殼層中更精細(xì)的結(jié)構(gòu)稱為股，每一股是一條原子鏈，中心為1股包裹殼層為7股的表示為7-1結(jié)構(gòu)，再外殼層為11股的，表示為11-7-1結(jié)構(gòu)，等等，構(gòu)成最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，這是一維納米結(jié)構(gòu)的魔數(shù)規(guī)則。對(duì)二維納米膜存在類似的缺陷熔化規(guī)則，即不容許存在很多缺陷，一旦超過(guò)臨界值，缺陷自發(fā)產(chǎn)生，完全破壞二維晶態(tài)結(jié)構(gòu)。上述這些低維結(jié)構(gòu)特征是完美定律的具體表述，進(jìn)步普遍表述理論是正在研究中的課題。

完美定律是我們討論涂層材料的出發(fā)點(diǎn)，因?yàn)榧{米材料有更多的人造品格，是大自然很少存在或者不存在的，需要人工大量制造。在制造過(guò)程中，方法簡(jiǎn)單、產(chǎn)額高、成本低是最有競(jìng)爭(zhēng)力的?？梢韵胂?，制造成本很高的材料和器件能有市場(chǎng)，一定是不計(jì)成本的特殊需要，有政治背景或短期的社會(huì)需求。因此在我們探索納米材料制造時(shí)，首先考慮的應(yīng)是滿足完美定律的技術(shù)，如用甲烷電弧法制備納米金剛石粉技術(shù)[1]，電化學(xué)沉積法制備金屬納米線陣列技術(shù)[19]，以及電爐燒結(jié)法制造氧化物納米帶技術(shù)[20]等等。

3涂層納米材料將給我們帶來(lái)什么?

涂層納米材料是納米科技領(lǐng)域具有代表的材料，或是低維納米材料的有序堆積結(jié)構(gòu)，或者是低維納米材料填充的復(fù)合結(jié)構(gòu)。兩者都比傳統(tǒng)材料有驚人的結(jié)構(gòu)和特性。如新型高效光電池[21]、各向異性結(jié)構(gòu)材料[19]、新型面光源材料[22]等，這里舉例介紹基于熱電效應(yīng)的新型納米熱電變換材料。

熱電效應(yīng)器件的代表是熱電偶，即利用不同導(dǎo)體接觸的溫差電現(xiàn)象進(jìn)行溫度測(cè)量的器件?；跓犭娦?yīng)可以制成兩類器件：熱產(chǎn)生電和電產(chǎn)生溫差。前者可以用于制造焦電器件，即用熱直接發(fā)電，如將焦電材料涂于內(nèi)燃機(jī)缸表面，利用缸體溫度高于環(huán)境幾百度的溫差發(fā)電，將余熱變作電能回收。后者可以做成電致冷器件。這類的直接熱電變換器件具有無(wú)污染，沒(méi)有活動(dòng)部件，長(zhǎng)壽命，高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，但塊體材料制成器件的效率低，限制了它的應(yīng)用。納米科技興起以后，人們探索利用納米晶或納米線結(jié)構(gòu)能否解決熱電效應(yīng)的效率問(wèn)題。認(rèn)為用量子點(diǎn)超晶格材料有希望顯著提高熱電器件的效率，這是由于納米材料顯著的能級(jí)分裂，有利于載流子的共振輸運(yùn)和降低晶格熱傳導(dǎo)，從而提高了器件的效率。T.C.Harman等人[23]報(bào)告了量子點(diǎn)超晶格結(jié)構(gòu)的熱-電效應(yīng)器件，他們制備了PbSeTe／PbTe量子點(diǎn)超晶格(QDSL)結(jié)構(gòu)，用其制造了熱電器件(Thermo-electrics，TE)，圖2(a)是納米超晶格TE致冷器件的結(jié)構(gòu)和電路圖，(b)電流-溫度曲線。將TE超晶格材料，其寬11mm，長(zhǎng)5mm，厚0.104mm，n-型的TE片，一端置于熱槽，另一端置于冷槽，為了減小冷槽熱傳導(dǎo)而形成這同結(jié)接觸，用一根細(xì)金屬線與熱槽連接。當(dāng)如圖2(a)所示加電流源時(shí)，將致冷降溫。對(duì)于這種納米線超晶格結(jié)構(gòu)，由于量子限制效應(yīng)，發(fā)生間隔很大的能級(jí)分裂，從而得到很高的熱電轉(zhuǎn)換效率。圖2(b)是TE器件的電流-溫度曲線，實(shí)驗(yàn)點(diǎn)標(biāo)明為熱與冷端溫差(T)與電流(I)關(guān)系，電流坐標(biāo)表示相應(yīng)通過(guò)器件的電流?！鰹闊岫藴囟萒h與電流I的關(guān)系，其溫度對(duì)于流過(guò)器件的電流不敏感。為冷端溫度Tc與電流I的關(guān)系，其溫度對(duì)于電流是敏感的。圖中A是測(cè)得的最大溫差，43.7K，B是塊體(Bi，Sb)2(Se，Te)3固溶合金TE材料最大溫差，30.8K。從圖中可以看出，在較大電流時(shí)，冷端溫度趨于飽和。采用這種致冷器件由室溫降至一般冰箱的冷凍溫度是可能的。

電熱效應(yīng)的逆過(guò)程的應(yīng)用就是焦電器件，即利用熱源與環(huán)境的溫差發(fā)電。對(duì)于內(nèi)燃機(jī)、鍋爐、致冷器高溫?zé)岫说仍O(shè)備的熱壁，涂上超晶格納米結(jié)構(gòu)涂層，利用剩余熱能發(fā)電，將是人們利用納米材料和組裝技術(shù)研究的重要課題。

類似面致冷、取暖，面光源，面環(huán)境監(jiān)測(cè)等涂層功能材料，將給家電產(chǎn)業(yè)帶來(lái)革命性的影響，將會(huì)極大地改變?nèi)祟惖纳罘绞胶陀^念。

4含鐵碳納米管薄膜場(chǎng)發(fā)射

碳納米管陣列或含碳納米管涂層場(chǎng)發(fā)射被廣泛研究，以其為場(chǎng)發(fā)射陰極做成了平板顯示器。研究結(jié)果表明碳管的前端有較強(qiáng)的場(chǎng)發(fā)射能力，因此碳管涂層膜中多數(shù)碳管是平放在基底上的，場(chǎng)電子發(fā)射能力很差。我們制備了含有鐵(Fe)納米粒子的碳納米管，它的側(cè)向有更大的場(chǎng)發(fā)射能力，有利于用涂層法制造平板場(chǎng)發(fā)射陰極。圖3(a)是含鐵粒子碳納米的TEM像，碳管外形發(fā)生顯著改變。(b)是碳管場(chǎng)發(fā)射I-V特性曲線，I是CVD生長(zhǎng)的豎直排列碳納米管的場(chǎng)發(fā)射曲線，II是含鐵粒子碳納米管豎直陣列的場(chǎng)發(fā)射曲線，III是含粒子碳納米管躺在基底上的場(chǎng)發(fā)射曲線，有最強(qiáng)的場(chǎng)發(fā)射能力。根據(jù)此結(jié)果，將含鐵的碳納米管用作涂層場(chǎng)發(fā)射陰極，有利于研制平板顯示器。

5電子強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系和軟凝聚態(tài)物質(zhì)

上面所講到的涂層納米功能材料和器件是當(dāng)今國(guó)際上研究的熱門課題，會(huì)很快取得重要成果，甚至有新產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)。當(dāng)我們?cè)谟懻撨@個(gè)納米科技中的重要方向時(shí)，不能不考慮更深層的理論問(wèn)題和更長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展前景。這就涉及到物理學(xué)的重要理論問(wèn)題，即電子強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系(electronstrongcorrelationsystem)與軟凝聚態(tài)物質(zhì)(softcondensationmatter)。

在量子力學(xué)出現(xiàn)之前，金屬材料電導(dǎo)的來(lái)源是個(gè)謎，20世紀(jì)初量子力學(xué)誕生后，解決了金屬導(dǎo)電問(wèn)題。基于Bloch假設(shè)：晶體中原子的外層電子，適應(yīng)晶格周期調(diào)整它們的波長(zhǎng)，在整個(gè)晶體中傳播；電子-電子間沒(méi)有相互作用。這是量子力學(xué)的簡(jiǎn)化模型，沒(méi)有考慮電子間的相互作用，特別是在局域態(tài)電子的強(qiáng)相互作用。2003年又有人提出了金屬導(dǎo)電問(wèn)題，Phillips和他的同事以“難以琢磨的Bose金屬”為題重新討論了金屬導(dǎo)電問(wèn)題[24]。當(dāng)計(jì)入電子間的相互作用時(shí)，可能產(chǎn)生的多體態(tài)，超導(dǎo)和巨磁阻就是這種狀態(tài)。晶體中的缺陷破壞了完善導(dǎo)體，導(dǎo)致電子局域化。電子與核作用的等效結(jié)果表現(xiàn)為電子間的吸引作用，導(dǎo)致電荷載流子為Cooper對(duì)。但這個(gè)對(duì)的形成，不是超導(dǎo)的充分條件。當(dāng)所有Cooper對(duì)都成為單量子態(tài)時(shí)，才能觀察到超導(dǎo)性。這樣，對(duì)于費(fèi)米子由于包利(Paulii)不相容原則，不可能產(chǎn)生宏觀上的單量子態(tài)。Cooper對(duì)的旋轉(zhuǎn)半徑小于通常兩個(gè)電子相互作用的空間，成為Bose子。宏觀上呈現(xiàn)單量子態(tài)，Bose子的相干防止了局域量子化。在局域化電子范圍內(nèi)，超導(dǎo)性可能認(rèn)為是玻色-愛(ài)因斯坦凝聚，這個(gè)觀點(diǎn)現(xiàn)今被很多人接受。從20世紀(jì)初至今，對(duì)于基本粒子的量子統(tǒng)計(jì)有兩種，一是Fermi統(tǒng)計(jì)，遵從Paulii不相容原理，即每個(gè)能量量子態(tài)上只能容納自旋不同的2個(gè)電子，而B(niǎo)ose子則不受這個(gè)限制。在凝聚態(tài)物質(zhì)中有兩個(gè)基態(tài)：即共有化Bose子呈現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)，局域化Bose子呈現(xiàn)絕緣態(tài)。然而，在幾個(gè)薄合金膜的實(shí)驗(yàn)中，觀察到金屬相，破壞了超導(dǎo)體和絕緣體之間直接轉(zhuǎn)換。經(jīng)分析認(rèn)為這是玻色金屬態(tài)，參與導(dǎo)電的是Bose子。推斷這個(gè)金屬相可能是渦流玻璃態(tài)，這個(gè)現(xiàn)象在銅氧化物超導(dǎo)體中得到了驗(yàn)證。

軟凝聚態(tài)物質(zhì)研究的對(duì)象是原子、分子間不僅存在短程作用力，而且存在長(zhǎng)程作用力，表觀上呈現(xiàn)的粘稠物質(zhì)形態(tài)，稱為軟凝聚態(tài)。至今，人類對(duì)于晶體和原子存在強(qiáng)相互作用的固體已經(jīng)知道得相當(dāng)透徹了，但對(duì)軟凝聚態(tài)的很多科學(xué)問(wèn)題還沒(méi)有深入研究，21世紀(jì)以來(lái)，引起了科學(xué)家的極大興趣。軟凝聚態(tài)物質(zhì)包括流體、離子液體、復(fù)合流體、液晶、固體電解、離子導(dǎo)體、有機(jī)粘稠體、有機(jī)柔性材料、有機(jī)復(fù)合體，以及生物活體功能材料等。這其中的液晶由于在顯示器件上的很大市場(chǎng)需求，是被研究得相當(dāng)清楚的一種。其他軟凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)和特性的科學(xué)問(wèn)題和應(yīng)用前景是目前被關(guān)注的研究課題。這其中主要有：微流體閥和泵、納米模板、納米陣列透鏡、有機(jī)半導(dǎo)體、有機(jī)陶瓷、流體類導(dǎo)體、表面敏感材料、親水疏水表面、有機(jī)晶體、生物材料(人造骨和牙齒)、柔性集成器件，以及他們的復(fù)合，統(tǒng)稱為分子調(diào)控材料(materialsofmolecularmanipulation)。其主要特征是原子結(jié)構(gòu)的多變性和柔性，研究材料的設(shè)計(jì)、制造、結(jié)構(gòu)和特性的測(cè)量、表征，追求特殊功能；理論上探討原子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定體系，光、電、熱、機(jī)械特性，以及載流子及其輸運(yùn)。關(guān)于軟凝聚態(tài)物質(zhì)，有些早已為人類所用，電解液、液晶等，但對(duì)其理論研究處于初期階段?？茖W(xué)的發(fā)展和應(yīng)用的需求促進(jìn)深入的理論研究，判斷體系穩(wěn)定存在的依據(jù)是自由能最小，體系自由能可表示為F=E-TS，其中S是熵。對(duì)于軟凝聚態(tài)物質(zhì)體系，S是重要參量。其中更多的缺陷，原子、分子運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜行為，更多的電子強(qiáng)關(guān)聯(lián)，不再是單粒子統(tǒng)計(jì)所能描述，需要研究粒子間存在相互作用的統(tǒng)計(jì)理論。多樣性是這個(gè)體系的突出特征，因此其理論涉及廣泛、復(fù)雜問(wèn)題。

物理學(xué)是探索物態(tài)結(jié)構(gòu)與特性的基礎(chǔ)學(xué)科，是認(rèn)識(shí)自然和發(fā)展科技的基礎(chǔ)，其中以原子間有較強(qiáng)作用的稠密物質(zhì)體系為主要研究對(duì)象的凝聚態(tài)物理近些年有了迅速進(jìn)展，研究范圍不斷擴(kuò)大，從固體結(jié)構(gòu)、相變、光電磁特性擴(kuò)展到液晶、復(fù)雜流體、聚合物和生物體結(jié)構(gòu)等。幾乎每一二十年就有新物質(zhì)狀態(tài)被發(fā)現(xiàn)，促進(jìn)了人類對(duì)自然的認(rèn)識(shí)和對(duì)其規(guī)律把握能力，推動(dòng)了科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展。21世紀(jì)仍有一些老的科學(xué)問(wèn)題需要深入研究，一些新科學(xué)問(wèn)題已提到人們的面前。特別是低維量子限域體系和極端條件下的基本物理問(wèn)題。20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的介觀物理，后來(lái)發(fā)展成為納米科技所涉及的學(xué)科領(lǐng)域。與宏觀體系和原子體系相比，低維量子限域體系，還有很多物理問(wèn)題有待解決，人們熟悉的宏觀體系得到的規(guī)則和結(jié)論有些不再有效，適用于低維量子限域體系的處理方法和理論需要探索，特別是將涉及到多層次多系統(tǒng)問(wèn)題的描述和表征，將會(huì)有更多的新現(xiàn)象、新效應(yīng)、新規(guī)律被發(fā)現(xiàn)。在納米尺度，研究原子、分子組裝、測(cè)量、表征，涉及有機(jī)材料、無(wú)機(jī)／有機(jī)復(fù)合材料和生物材料，這將大大的擴(kuò)展了物理學(xué)研究的范圍和深度。涉及的重大科學(xué)前沿問(wèn)題和重點(diǎn)發(fā)展方向有①?gòu)?qiáng)關(guān)聯(lián)和軟凝聚態(tài)物質(zhì)，及其他新奇特性凝聚態(tài)物質(zhì)；②低維量子限域體系的結(jié)構(gòu)和量子特性，包括納米尺度功能材料和器件結(jié)構(gòu)和特性；③粒子物理，描述物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和基本相互作用的粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型和有關(guān)問(wèn)題，以及復(fù)雜系統(tǒng)物理；④極端條件下的物理問(wèn)題，探索高能過(guò)程、核結(jié)構(gòu)、等離子體、新物理現(xiàn)象和核物質(zhì)新形態(tài)等；⑤生命活動(dòng)中的物理問(wèn)題，物理學(xué)的基本規(guī)律、概念、技術(shù)引入生命科學(xué)中，研究生物大分子體系特征、DNA、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能等，其研究關(guān)鍵將在于定量化和系統(tǒng)性，必然是多學(xué)科的交叉發(fā)展，成為未來(lái)科學(xué)的重要領(lǐng)域。

6結(jié)論

本文討論了納米線涂層的結(jié)構(gòu)和特性，重點(diǎn)是納米線的復(fù)合涂層和其電學(xué)特性、光電特性。其中包括制造技術(shù)新觀念，納米材料的完美定律，納米涂層的熱-電效應(yīng)，碳納米管的側(cè)向場(chǎng)發(fā)射，以及電子強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系和軟凝聚態(tài)物質(zhì)，展示了涂層科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展前景。

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第4篇：量子計(jì)算發(fā)展前景范文

關(guān)鍵詞:信息安全;數(shù)據(jù)加密;節(jié)點(diǎn)加密

1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息安全和數(shù)據(jù)加密技術(shù)簡(jiǎn)介

1．1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息安全

信息安全主要保證信息免受各種威脅的損害，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的信息安全是指保證自身的信息不被他人非法或者利用不正當(dāng)手段獲取。常用的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)包括對(duì)數(shù)據(jù)的加密與認(rèn)證，增加防火墻，上網(wǎng)時(shí)進(jìn)行木馬檢測(cè)，以及防治計(jì)算機(jī)病毒等。

1．2數(shù)據(jù)加密技術(shù)

數(shù)據(jù)加密技術(shù)是對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息加以保護(hù)的一種簡(jiǎn)便且可靠的技術(shù)。將明文數(shù)據(jù)或者文件按照某種算法轉(zhuǎn)換后，成為了一段不可讀的代碼，稱之為“密文”，這一基本過(guò)程稱之為加密;其逆過(guò)程稱之為解密:只有在輸入相應(yīng)的密鑰以后才能將密文轉(zhuǎn)換為明文。加密技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)傳輸中是為了防止有用信息被他人非法獲取，導(dǎo)致自己的隱私泄露。所以，優(yōu)秀的加密算法不僅有利于數(shù)據(jù)的有效傳輸，而且還有利于系統(tǒng)的運(yùn)行。

2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息安全中數(shù)據(jù)加密技術(shù)的類型

2．1鏈路加密

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)OSI七層協(xié)議，鏈路加密通常是指網(wǎng)絡(luò)層以下的數(shù)據(jù)加密。該加密技術(shù)能夠?yàn)閮蓚€(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信過(guò)程提供安全保證;并且對(duì)于鏈路加密，全部消息都要在進(jìn)行傳輸之前加密，之后的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)上都要對(duì)數(shù)據(jù)執(zhí)行解密操作，然后利用下一個(gè)鏈路的密鑰再對(duì)數(shù)據(jù)執(zhí)行加密操作，然后繼續(xù)傳輸。這樣，每一條消息都可能會(huì)進(jìn)行許多次傳輸加密。在消息的傳輸過(guò)程中，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)每一個(gè)鏈路時(shí)加密的方式都不相同，因此數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中都是以密文的形式出現(xiàn)的。這樣，即便遇到病毒的入侵，這種將被傳輸消息的起點(diǎn)和終點(diǎn)隱藏起來(lái)的機(jī)制就會(huì)保護(hù)數(shù)據(jù)。除此之外，鏈路加密使用了填充技術(shù)，這使得他人不能獲得消息的長(zhǎng)度和頻率，有效保護(hù)了數(shù)據(jù)。但鏈路加密對(duì)節(jié)點(diǎn)的安全性要求極高，否則就會(huì)泄露數(shù)據(jù)。

2．2節(jié)點(diǎn)加密

節(jié)點(diǎn)加密比鏈路加密能夠?qū)?shù)據(jù)提供更高的安全性，不過(guò)兩者的操作都是在鏈路層對(duì)數(shù)據(jù)提供安全保障，但是節(jié)點(diǎn)加密所傳輸消息在節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)上不是以明文的形式存在的。節(jié)點(diǎn)加密過(guò)程中，消息在傳輸?shù)较乱还?jié)點(diǎn)進(jìn)行解密時(shí)，是在一個(gè)安全模塊上進(jìn)行的，之后使用不同的密鑰對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密操作。但是節(jié)點(diǎn)加密也存在一定的弊端，那就是在傳輸過(guò)程中，報(bào)頭和路由信息必須用明文的形式來(lái)傳輸，這樣攻擊者就能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行竊取和分析。

2．3端到端加密

端到端加密過(guò)程中的消息存在的形式始終是密文，所以消息只有到達(dá)終點(diǎn)時(shí)才進(jìn)行解密，這樣即使中間某一個(gè)節(jié)點(diǎn)存在損壞，也不會(huì)影響消息的傳輸。該加密方式是在應(yīng)用層來(lái)實(shí)現(xiàn)的，相比于其他兩種加密技術(shù)，端到端加密技術(shù)在中間的環(huán)節(jié)都不需要對(duì)消息進(jìn)行解密，這樣就減少了解密裝置的數(shù)量。但是，該方式不能對(duì)報(bào)頭進(jìn)行加密，只能對(duì)報(bào)文加密，這樣攻擊者就容易獲取到數(shù)據(jù)中的某些敏感信息。端到端加密系統(tǒng)成本低廉并且設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，而且穩(wěn)定性比較好，但是這種加密技術(shù)對(duì)消息的起點(diǎn)和終點(diǎn)不能加密，所以它對(duì)于攻擊者的竊取的防范性不高，因此在具體使用中應(yīng)該具體分析用戶需求來(lái)選取加密方式。

3加密技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息安全中的應(yīng)用

3．1數(shù)據(jù)加密技術(shù)應(yīng)用于電子商務(wù)

電子商務(wù)主要是指交易往來(lái)的雙方通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行電子商業(yè)貿(mào)易，并不通過(guò)面對(duì)面的傳輸信息或文件，是在虛擬網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行的交易。電子商務(wù)需要考慮核心的問(wèn)題就是交易安全問(wèn)題，只有安全得到了保證，交易才能順利進(jìn)行。為了保護(hù)雙方的重要信息和數(shù)據(jù)，電子商務(wù)在交易過(guò)程中往往會(huì)使用加密技術(shù)，它不僅可以為交易雙發(fā)提供安全保障，而且還可以保證保護(hù)交易信息不被他人隨意獲取。所以，在電子商務(wù)中可以使用set安全協(xié)議、數(shù)字簽名等加密技術(shù)來(lái)保證貿(mào)易雙方信息的安全性。

3．2數(shù)據(jù)加密技術(shù)應(yīng)用于信息隱藏

信息隱藏技術(shù)是將需要隱藏的信息隱藏在大量信息中，而保證信息不被破壞的方法。信息加密隱藏不像傳統(tǒng)的加密方式，看起來(lái)是一堆亂碼，而是與重要信息無(wú)關(guān)的明文信息，不僅保護(hù)了信息的內(nèi)容，而且隱藏了信息的安全。信息隱藏主要通過(guò)密鑰來(lái)執(zhí)行，經(jīng)過(guò)嵌入算法將需要被隱藏的信息藏于明文信息中，同時(shí)隱蔽宿主通過(guò)信道傳遞給對(duì)方的檢測(cè)器，然后使用密鑰從信息中恢復(fù)出有用信息;如果攻擊者不知道密鑰的前提下，很難從隱蔽宿主中發(fā)現(xiàn)隱藏信息并且竊取信息。其過(guò)程如圖所示。信息隱藏過(guò)程圖通過(guò)加密隱藏技術(shù)可是使隱藏的游泳信息不能被人為的發(fā)現(xiàn)，增加信息的保密性;并且被加密的信息和原始宿主具有一樣的特性，使得攻擊者無(wú)法判斷大量信息中是否含有有用信息。這樣，信息的保密性大大增強(qiáng)了。

3．3數(shù)據(jù)加密技術(shù)應(yīng)用于安全電子交易協(xié)議

隨著互聯(lián)網(wǎng)和手機(jī)的蓬勃發(fā)展，在線支付手段越來(lái)越大眾化，為了保證用戶支付時(shí)的安全性，需要使用一定的加密技術(shù)對(duì)支付信息進(jìn)行保護(hù)，以防止數(shù)據(jù)被他人獲取，進(jìn)而導(dǎo)致隱私或者財(cái)產(chǎn)的損失?；诖饲闆r，各個(gè)公司都會(huì)使用不同的加密手段來(lái)保證用戶信息的安全性，使用安全電子交易協(xié)議保護(hù)數(shù)據(jù)。安全電子交易協(xié)議是一種在互聯(lián)網(wǎng)上基于消息流的協(xié)議，用來(lái)實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中持卡交易或者電子交易的安全性。除此之外，安全電子交易協(xié)議中使用了諸如數(shù)字簽名、對(duì)稱密鑰等保密技術(shù)，用來(lái)保證電子交易的安全性。

4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全中數(shù)據(jù)加密技術(shù)的前景

算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全中數(shù)據(jù)加密技術(shù)不斷發(fā)展，各種新興的加密技術(shù)也在不斷改變著我們的生活。量子密碼，DNA密碼以及混沌密碼都是未來(lái)加密技術(shù)的研究方向。

4．1量子密碼

量子密碼指的是使用量子作為密鑰，這樣打破了傳統(tǒng)的加密技術(shù)，這樣量子狀態(tài)是不可復(fù)制的，大大加強(qiáng)了密鑰的安全性。這樣攻擊者截獲到的密鑰都會(huì)使量子的狀態(tài)改變，都只是沒(méi)有用的信息，而且信息的管理者可以由狀態(tài)被改變的這一現(xiàn)狀看出密鑰被截獲過(guò)?，F(xiàn)有的量子密碼實(shí)現(xiàn)方案有三種:(1)基于Bell原理的(2)基于非正交量子態(tài)性質(zhì)的(3)基于測(cè)不準(zhǔn)原理的。除此之外，量子密碼可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，但是現(xiàn)在我國(guó)對(duì)量子密碼的研究還處于基礎(chǔ)階段，有很多問(wèn)題需要去研究和發(fā)展，比如說(shuō)量子的相干性對(duì)系統(tǒng)的破壞，量子密鑰的分配等。

4．2DNA密碼

DNA密碼是在生物特征的基礎(chǔ)上上建立起來(lái)的，DNA存儲(chǔ)著生物所有的遺傳信息。DNA序列中的編碼區(qū)占據(jù)DNA總長(zhǎng)的1/10～1/30，這就是遺傳密碼區(qū)。DNA密碼是以DNA為載體，利用DNA序列優(yōu)秀的存儲(chǔ)能力，以及能耗比較低，能夠并行等特點(diǎn)，來(lái)完成基于數(shù)學(xué)以及生物技術(shù)的加密技術(shù)，這保證了DNA密碼的安全性。雖然DNA密碼具有強(qiáng)大的保密功能，但是DNA密碼實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難，發(fā)展比較緩慢。

4．3混沌密碼

混沌加密的過(guò)程是指使用混沌系統(tǒng)產(chǎn)生的混沌序列作為密鑰，然后對(duì)信息進(jìn)行加密，經(jīng)過(guò)信道傳輸后的密文被接受方用混沌同步的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)密文的解密。這樣，經(jīng)過(guò)混沌加密后的數(shù)據(jù)使攻擊者難以破譯信息甚至分析數(shù)據(jù)。基于以上優(yōu)點(diǎn)，混沌加密數(shù)據(jù)不斷在改進(jìn)并且得到發(fā)展，為我們的生活帶來(lái)更多的便利以及價(jià)值。也有很多的難點(diǎn)需要克服，比如許多混沌系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)，短周期響應(yīng)會(huì)降低混沌加密系統(tǒng)的可靠性;不過(guò)，隨著科技的發(fā)展，這些難題會(huì)被一一克服，從而使混沌加密系統(tǒng)更多地服務(wù)大眾。

第5篇：量子計(jì)算發(fā)展前景范文

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)技術(shù)；智能；網(wǎng)絡(luò)發(fā)展；趨勢(shì)研究

中圖分類號(hào)：TP3-4

計(jì)算機(jī)在最近的幾十年發(fā)展突飛猛進(jìn)，是在眾多行業(yè)中發(fā)展最快速的領(lǐng)域，技術(shù)成果的更新?lián)Q代令人目不暇接。在全球化日益蔓延的今天，智能化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等逐漸發(fā)展成熟，使計(jì)算機(jī)的功能越來(lái)越廣泛，涉及的領(lǐng)域也越來(lái)越多。計(jì)算機(jī)進(jìn)入了日常生活和工作中，成為必不可少的辦公、學(xué)習(xí)和娛樂(lè)工具。業(yè)已引起社會(huì)各界的高度重視，開(kāi)發(fā)創(chuàng)新在各個(gè)領(lǐng)域不斷的到了推進(jìn)。

1 計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展的特點(diǎn)

1.1 多極化

現(xiàn)階段，個(gè)人計(jì)算機(jī)的普遍程度已經(jīng)非常廣泛，但各行業(yè)對(duì)計(jì)算機(jī)要求不僅僅局限在小型個(gè)人計(jì)算機(jī)上，很多大型、巨型的計(jì)算機(jī)也有著舉足輕重的作用。因此，現(xiàn)在呈現(xiàn)出了巨型、大型、小型、微型機(jī)都有著各自的領(lǐng)域的形勢(shì)，也就是多極化的形勢(shì)。就如在尖端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域和國(guó)防事業(yè)領(lǐng)域，巨型計(jì)算機(jī)的存在具有非常大的必要性，在這些領(lǐng)域中巨型計(jì)算機(jī)應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用的成熟度程度標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家計(jì)算機(jī)技術(shù)的整體水平。

1.2 智能化

計(jì)算機(jī)智能化是指使計(jì)算機(jī)通過(guò)模擬人的感覺(jué)和思維過(guò)程，使計(jì)算機(jī)處理信息能夠更加精確和快速。這是第五代計(jì)算機(jī)力求實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。計(jì)算機(jī)智能化的研究領(lǐng)域十分廣泛，其中最具代表性的是計(jì)算機(jī)機(jī)器人技術(shù)。在計(jì)算機(jī)機(jī)器人技術(shù)上最著名的例子是，1997年運(yùn)算速度為每秒約十億次的“深藍(lán)”計(jì)算機(jī)戰(zhàn)勝了國(guó)際象棋世界冠軍卡斯帕羅夫。

1.3 網(wǎng)絡(luò)化

網(wǎng)絡(luò)化是計(jì)算機(jī)發(fā)展的又一個(gè)重要趨勢(shì)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化是指通過(guò)利用現(xiàn)代通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)把不同地方的計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，共同構(gòu)建成一個(gè)大規(guī)模、功能多，并且可以相互傳遞信息的網(wǎng)絡(luò)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)現(xiàn)，使網(wǎng)絡(luò)中的資源共享變成現(xiàn)實(shí)，大大提高信息中資源的整合程度，也為實(shí)現(xiàn)全球化做出了積極貢獻(xiàn)。

目前，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在全球范圍內(nèi)迅速普及，幾乎所有的家庭或者辦公室內(nèi)都配有連接網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)。有了網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)，就能幫助用戶能夠更加快捷的了解到網(wǎng)絡(luò)中的信息資源，提高計(jì)算機(jī)的使用效率，受到了廣大用戶的喜愛(ài)。

1.4 多媒體化

多媒體計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)為計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展翻開(kāi)了新的一頁(yè)。多媒體技術(shù)并不能簡(jiǎn)單地理解為多種媒體相結(jié)合的技術(shù)，應(yīng)該是多種媒體技術(shù)的融合應(yīng)用。

在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的多媒體化是指利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和大眾傳播技術(shù)，來(lái)綜合處理文本、視頻圖像、圖形、聲音、文字等多種媒體信息的計(jì)算機(jī)。多媒體技術(shù)的產(chǎn)生使計(jì)算機(jī)技術(shù)中的各種信息資源有了相互的聯(lián)系，成為一個(gè)相互交叉的整體。多媒體技術(shù)的產(chǎn)生也會(huì)幫助人們采取最適宜的方法去處理信息，改變現(xiàn)在矛盾的人機(jī)關(guān)系。

2 未來(lái)計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 量子計(jì)算機(jī)

量子計(jì)算機(jī)是一種遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的新型計(jì)算機(jī)。當(dāng)計(jì)算機(jī)中處理和計(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)。在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用量子技術(shù)是史無(wú)前例的。量子計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)量，計(jì)算速度也比個(gè)人計(jì)算機(jī)快得多。預(yù)計(jì)將在2030 年將普及量子計(jì)算機(jī)。

2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)

從字面上就可以理解出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算式是一種模仿人體大腦神經(jīng)脈絡(luò)所構(gòu)建的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。人腦總體運(yùn)行速度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電腦功能所能達(dá)到的速度的，在這個(gè)前提下神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)被看作是一個(gè)龐大的機(jī)器，處理著數(shù)量多且繁雜的信息。在這個(gè)過(guò)程中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)通過(guò)對(duì)信息進(jìn)行判斷和處理，進(jìn)而得出有效的結(jié)論。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)內(nèi)的信息存儲(chǔ)在神經(jīng)元之間的聯(lián)絡(luò)網(wǎng)中。這樣一來(lái)，就算神經(jīng)元結(jié)點(diǎn)發(fā)生斷裂，計(jì)算機(jī)還可以重新組建信息，保證機(jī)內(nèi)信息不被泄露或丟失。

2.3 分子（生物）計(jì)算機(jī)

分子計(jì)算機(jī)是處理信息時(shí)利用分子計(jì)算的新型計(jì)算機(jī)。該類計(jì)算機(jī)運(yùn)行主要利用分子晶體吸收以電荷形式存在的信息，并以更有效的方式進(jìn)行組織排列。分子計(jì)算機(jī)具有體積小、耗能少、運(yùn)算速度快、存儲(chǔ)信息量大、存儲(chǔ)信息時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)。在未來(lái)的日子里，分子技術(shù)的不斷進(jìn)步和成熟，將會(huì)使分子計(jì)算機(jī)普遍存在。生物計(jì)算機(jī)是以生物芯片取代在半導(dǎo)體硅片上集成效以萬(wàn)計(jì)的晶體管制成的計(jì)算機(jī)。生物計(jì)算機(jī)耗能低，存儲(chǔ)量大，同時(shí)運(yùn)算速度極快。但是，生物計(jì)算機(jī)也有自身難以克服的缺點(diǎn)，其中最主要的便是從中提取信息困難。這也導(dǎo)致了生物計(jì)算機(jī)在目前的技術(shù)條件下普及程度并不高。

2.4 光計(jì)算機(jī)

光計(jì)算機(jī)是由光代替電子或電流，實(shí)現(xiàn)高速處理大容量信息的計(jì)算機(jī)，它運(yùn)算速度極高、耗電極低。光計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)部件是空間光調(diào)制器，并采用光內(nèi)連技術(shù)，在運(yùn)算部分與存儲(chǔ)部分之間進(jìn)行光連接，運(yùn)算部分可直接對(duì)存儲(chǔ)部分進(jìn)行并行存取。光計(jì)算機(jī)的構(gòu)想使計(jì)算機(jī)接連體系結(jié)構(gòu)方面實(shí)現(xiàn)了突破和創(chuàng)新，但光計(jì)算機(jī)在現(xiàn)階段還處于研制階段。眾所周知，光與電子相比，其傳播速度極快，它的能力超過(guò)了現(xiàn)有電話電纜的很多倍，同時(shí)光子計(jì)算機(jī)在一般室溫下就可以使用，不易出現(xiàn)錯(cuò)誤，和人腦具有類似的容錯(cuò)性。光計(jì)算機(jī)擁有的這些技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在提高計(jì)算機(jī)功能的基礎(chǔ)上，會(huì)促進(jìn)光計(jì)算機(jī)的應(yīng)用和普及。

2.5 納米計(jì)算機(jī)

作為一種新興技術(shù)，納米技術(shù)的誕生也為計(jì)算機(jī)未來(lái)的發(fā)展提供了新的技術(shù)導(dǎo)向。納米是一種長(zhǎng)度單位，原稱毫微米，就是10億分之一米。相當(dāng)于4倍原子大小，比單個(gè)細(xì)菌的長(zhǎng)度還要小。納米技術(shù)從被研發(fā)之初就受到了全世界科學(xué)研究者們的高度關(guān)注。從80年代直到現(xiàn)在，納米技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)越來(lái)越廣泛。專家預(yù)測(cè)，在不久的將來(lái)具有眾多優(yōu)勢(shì)條件的納米計(jì)算機(jī)將逐漸取代芯片計(jì)算機(jī)，推動(dòng)計(jì)算機(jī)行業(yè)的快速發(fā)展。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，可以推測(cè)出未來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是更高、更廣、更深。更高使指性能越來(lái)越高，速度越來(lái)越快；更廣是指計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展方向更廣，計(jì)算機(jī)的發(fā)展是朝著多個(gè)方面進(jìn)行的，今后計(jì)算機(jī)的功能會(huì)更加全面；更深是指向“深”度方向發(fā)展，即向信息的智能化發(fā)展。

在當(dāng)今社會(huì)，計(jì)算機(jī)已經(jīng)滲透到社會(huì)的每一個(gè)角落，未來(lái)的計(jì)算機(jī)將發(fā)揮更大的作用，計(jì)算機(jī)技術(shù)也將帶動(dòng)各行各業(yè)的迅猛發(fā)展，為共同推動(dòng)人類社會(huì)的進(jìn)步做出貢獻(xiàn)。無(wú)論是研究今后計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)還是計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，現(xiàn)在的研究結(jié)果都有一定的未知性，我們只能大概確定在未來(lái)的日子里計(jì)算機(jī)技術(shù)可能會(huì)朝著某些方向發(fā)展，并為之付出努力。當(dāng)某項(xiàng)技術(shù)遇到瓶頸時(shí)，需要科研人員創(chuàng)新思維，勇于攻克，創(chuàng)造計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的新形勢(shì)。

關(guān)于本文介紹的很多方面，都是即將或者快要實(shí)現(xiàn)的成果，而有一些則距離現(xiàn)實(shí)還有很大距離，甚至有些研究會(huì)是失敗的，但這完全不能阻擋計(jì)算機(jī)的發(fā)展，也不會(huì)阻止與計(jì)算機(jī)有關(guān)的新技術(shù)的產(chǎn)生。

參考文獻(xiàn)：

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[3]文德春.計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[J].科協(xié)論壇（下半月），2007，05.

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第7篇：量子計(jì)算發(fā)展前景范文

關(guān)鍵詞：信息；科學(xué)；哲學(xué)；問(wèn)題；評(píng)介

中圖分類號(hào)：B08　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A　文章編號(hào)：1000－2731(2012)02－0023－05

在2010年8月召開(kāi)的第四屆國(guó)際信息科學(xué)基礎(chǔ)大會(huì)(FIS 2010，北京)上，我很榮幸地認(rèn)識(shí)了俄羅斯科學(xué)院信息科學(xué)問(wèn)題研究所首席研究員，康斯坦丁?科林(KOHCTaHTl4H Koz_rm)先生。他為大會(huì)提交的英文論文的題目是“Philosophy of informationand fundamental problems of modelTl Informatics”(《信息哲學(xué)與現(xiàn)代信息科學(xué)的基本問(wèn)題》)，而這樣的研究方向正是我所感興趣的。在進(jìn)一步的接觸中，我們了解到，科林先生在信息哲學(xué)和信息科學(xué)中的哲學(xué)問(wèn)題的方向上已經(jīng)研究了20多年，是信息哲學(xué)和社會(huì)信息科學(xué)領(lǐng)域的著名專家，取得了豐碩的研究成果。從科林先生的介紹中，我們還了解到，俄羅斯學(xué)者在信息哲學(xué)和信息科學(xué)中的哲學(xué)問(wèn)題的方向上的理論研究已經(jīng)有40多年的歷史，其中有相當(dāng)一批學(xué)者都對(duì)這一研究領(lǐng)域十分重視，并作出了一系列開(kāi)創(chuàng)性的成果。

另外，自上個(gè)世紀(jì)90年代以來(lái)，俄羅斯科學(xué)院和俄羅斯的一些大學(xué)還開(kāi)創(chuàng)性地在大學(xué)生和研究生中開(kāi)設(shè)了關(guān)于信息科學(xué)與哲學(xué)方向的通識(shí)課程和學(xué)位課程，其中舉辦較為成熟的課程有《信息科學(xué)中的哲學(xué)問(wèn)題》和《社會(huì)信息科學(xué)》。而科林先生正是這兩門課程的積極倡導(dǎo)者和重要設(shè)計(jì)者。

在會(huì)議期間我們還了解到，科林先生有一本新書(shū)將以俄文和英文兩種語(yǔ)言同時(shí)出版，而這本新書(shū)既是一本專著，又是為配合《信息科學(xué)中的哲學(xué)問(wèn)題》的研究生課程而編寫(xiě)的教材。會(huì)后征得科林先生的同意，我將這本新書(shū)從俄文譯成了中文，該譯本即將由中國(guó)社會(huì)科學(xué)出版社出版。

本書(shū)是一本關(guān)于信息科學(xué)的性質(zhì)、研究對(duì)象和范圍、學(xué)科地位、體系結(jié)構(gòu)、領(lǐng)域和方法，信息科學(xué)教育，信息的科學(xué)觀和哲學(xué)觀，信息社會(huì)與人類文明的發(fā)展，以及信息科學(xué)發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀和未來(lái)前景的學(xué)術(shù)專著。全書(shū)論域之寬泛、理論之深入、觀點(diǎn)之明確、論述之簡(jiǎn)明，都已達(dá)到了很高的水平。如此體例和內(nèi)容的學(xué)術(shù)專著尚未見(jiàn)到。

全書(shū)的立論是建立在作者對(duì)信息的本質(zhì)及其存在范圍和普適性規(guī)律的認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)之上的。

在關(guān)于信息的本質(zhì)和信息的存在范圍的認(rèn)識(shí)上歷來(lái)頗多爭(zhēng)議。科林先生堅(jiān)持從世界客觀本體的層面上對(duì)信息的本質(zhì)和存在范圍做出相應(yīng)的規(guī)定。他寫(xiě)道：“在最廣泛意義上，信息是現(xiàn)實(shí)世界的客觀屬性，它是物質(zhì)和能量在空間和時(shí)間中分布的差異性(不對(duì)稱)的表現(xiàn)，這些表現(xiàn)存在于所有自然發(fā)生的生命界、無(wú)生命界，以及人類社會(huì)和意識(shí)活動(dòng)的非平衡過(guò)程之中”(第三章第三節(jié))。這樣的認(rèn)識(shí)無(wú)疑在兩個(gè)方面是十分成功的：一是把信息看作是所有事物中普遍存在的現(xiàn)象，即是說(shuō)，信息具有最為普遍性的存在論品格；二是用信息顯現(xiàn)和表征的“差異性(不對(duì)稱)”來(lái)解讀信息的本質(zhì)，這就在某種程度上看到了信息存在方式和物質(zhì)、能量的存在方式的區(qū)別。

但是，在這里我們還是要提請(qǐng)注意，僅僅用“差異性(不對(duì)稱)”來(lái)標(biāo)明信息的本質(zhì)，還只是看到了信息活動(dòng)外在表現(xiàn)的方面。固然信息必須通過(guò)“差異性(不對(duì)稱)。”來(lái)顯現(xiàn)和規(guī)定自身，然而，這種“差異性(不對(duì)稱)”本身卻不是信息最本質(zhì)層面的規(guī)定性，因?yàn)椋藗兺耆梢园选安町愋?不對(duì)稱)”看作是物質(zhì)世界自身存在的一種方式、一種關(guān)系。另外，任何“差異性(不對(duì)稱)”都還必須通過(guò)信息的對(duì)應(yīng)性顯現(xiàn)才能表征自身的存在。如此看來(lái)，信息只能是在顯現(xiàn)、表征的意義上才可能構(gòu)成自身區(qū)別于物質(zhì)世界的獨(dú)特存在方式。這樣，要真正揭示信息區(qū)別于其他存在形式的本質(zhì)，還有必要從信息獨(dú)特的存在方式的層面上繼續(xù)探討。但是，無(wú)論如何，科林先生已經(jīng)把對(duì)信息本質(zhì)的規(guī)定設(shè)置在了客觀自然關(guān)系的尺度上，這就離我們關(guān)于信息本質(zhì)真諦的認(rèn)識(shí)不遠(yuǎn)了。

科林先生的理論的更為深刻之處還在于，他基于他對(duì)信息的本質(zhì)和信息存在范圍的認(rèn)識(shí)，提出了一個(gè)關(guān)于世界二重化存在的理論。他寫(xiě)道：“我們面對(duì)世界的現(xiàn)實(shí)結(jié)構(gòu)具有二重化的性質(zhì)，因?yàn)?，這個(gè)世界同時(shí)包括兩個(gè)主要的組成部分：物理現(xiàn)實(shí)和理想現(xiàn)實(shí)。這兩個(gè)部分都是客觀存在的，并且是相互作用的，因而它們具有相互反映的特性”(第三章第二節(jié))。由此出發(fā)，我們便可以建立一種全新的哲學(xué)本體論學(xué)說(shuō)，從而打破傳統(tǒng)的關(guān)于世界是由物質(zhì)和精神構(gòu)成的二元對(duì)立的哲學(xué)觀念，這在實(shí)質(zhì)上就是建立了一種全新的世界觀。

在科林先生那里，信息的科學(xué)觀和世界觀是統(tǒng)一的，并且，信息的世界觀是以信息的科學(xué)觀為其科學(xué)基礎(chǔ)和依據(jù)的。這種信息的科學(xué)觀就集中體現(xiàn)在科林先生對(duì)信息的性質(zhì)和作用的認(rèn)識(shí)之中。在科林先生看來(lái)：“信息貫穿于我們周圍世界的有組織的物質(zhì)和能量的各個(gè)層次，它是物質(zhì)和能量運(yùn)動(dòng)的首要的原因，并決定著它們?cè)诳臻g和時(shí)間中運(yùn)動(dòng)的方向”；“信息是進(jìn)化的決定性因素，它決定著自然和社會(huì)進(jìn)化過(guò)程的發(fā)展方向”；“信息是現(xiàn)實(shí)世界中的多方面的現(xiàn)象，它以某種特定的方式體現(xiàn)于自然的生命界和無(wú)生命界的各種信息環(huán)境之中，體現(xiàn)于信息活動(dòng)過(guò)程的不同條件之中”；“可以假定，在這些一般的信息流程、現(xiàn)實(shí)對(duì)象，以及任何形式的過(guò)程和現(xiàn)象中，都體現(xiàn)著某些基本的信息規(guī)律”(第三章結(jié)論)。

正是基于這樣的一種科學(xué)觀和哲學(xué)觀，科林先生才確立了他關(guān)于信息科學(xué)的性質(zhì)、研究對(duì)象和范圍，以及其在現(xiàn)代科學(xué)中的學(xué)科地位的理論。他特別強(qiáng)調(diào)“信息是現(xiàn)代科學(xué)的基本概念”，信息科學(xué)是“一門基礎(chǔ)科學(xué)”，并具有“跨學(xué)科性質(zhì)”(第二章第一節(jié))。他寫(xiě)道：“信息現(xiàn)象乃是信息科學(xué)的最重要的研究對(duì)象，根據(jù)信息概念的規(guī)定以及信息活動(dòng)的規(guī)律，在生物領(lǐng)域和無(wú)生命的自然領(lǐng)域，也包括人類創(chuàng)建的人工技術(shù)系統(tǒng)之中，應(yīng)當(dāng)有一個(gè)共同的信息活動(dòng)的基礎(chǔ)”(第一章結(jié)論)；“正是信息的基本概念，以及信息在生命和非生命的自然發(fā)展過(guò)程中所起的關(guān)鍵性作用，使信息科學(xué)推動(dòng)了基礎(chǔ)科學(xué)發(fā)展的水平，同時(shí)也使信息科學(xué)自身發(fā)展成為一門獨(dú)立的科學(xué)知識(shí)領(lǐng)域”(第二章結(jié)論)。“作為基礎(chǔ)科學(xué)的信息科學(xué)的研究對(duì)象是信息的基本性質(zhì)、自然和社會(huì)相互作用中的信息活動(dòng)過(guò)程的規(guī)律，以及這些活動(dòng)過(guò)程在技術(shù)、生物和社會(huì)系統(tǒng)中的組織方法”(第三章結(jié)論)。

由于科林先生認(rèn)為信息科學(xué)具有基礎(chǔ)科學(xué)和跨學(xué)科的性質(zhì)，所以，在論及信息科學(xué)的體系結(jié)構(gòu)和領(lǐng)域方法時(shí)，科林先生也應(yīng)用了從基礎(chǔ)科學(xué)到分支科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)的跨學(xué)科的系統(tǒng)綜合集成的方法?？屏窒壬鷮?xiě)道：“信息科學(xué)研究的并不僅僅是在計(jì)算機(jī)通訊和其他技術(shù)系統(tǒng)中收集、存儲(chǔ)、處理和傳遞信息的儀器和技術(shù)方面的問(wèn)題，而且還包括在自然的生命界和無(wú)生命界，以及在人類社會(huì)中存在的信息活動(dòng)過(guò)程”；“把不同科學(xué)領(lǐng)域(物理、化學(xué)、生物學(xué)、心理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué))的科學(xué)家們匯聚起來(lái)，對(duì)生物系統(tǒng)，以及無(wú)生命的自然過(guò)程中發(fā)生的信息顯示的特征進(jìn)行研究乃是一件特別重要的事情。畢竟，這些研究結(jié)果可能會(huì)導(dǎo)致科學(xué)家們揭示出某些一般性的規(guī)律，這些規(guī)律對(duì)于不同性質(zhì)的信息環(huán)境中發(fā)生的各類信息活動(dòng)過(guò)程都具有解釋的有效性”(第三章結(jié)論)。

早在1990年科林先生就提出了一個(gè)信息科學(xué)的體系結(jié)構(gòu)，它包括四個(gè)主要的部分：理論信息科學(xué)；技術(shù)信息科學(xué)；社會(huì)信息科學(xué)；生物信息科學(xué)。后來(lái)，他又根據(jù)俄羅斯科學(xué)院信息科學(xué)問(wèn)題研究所的相關(guān)研究成果增加了一個(gè)部分――物理信息科學(xué)。科林先生認(rèn)為上述的五個(gè)部分可以分為兩個(gè)層次：一個(gè)是處于上層的理論信息科學(xué)，它研究的是信息過(guò)程的一般性質(zhì)和規(guī)律；另一個(gè)是處于較低層次的四個(gè)并列的部分――技術(shù)信息科學(xué)、社會(huì)信息科學(xué)、生物信息科學(xué)和物理信息科學(xué)，它們研究的是在某一特定類型的信息領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)的相應(yīng)的信息過(guò)程(第一章第三節(jié))。

我們有理由把這樣一個(gè)學(xué)科體系結(jié)構(gòu)看作是最基本層面的結(jié)構(gòu)劃分，在其之下一定還可能細(xì)分出大量的分支性和應(yīng)用性學(xué)科。由此，也可以顯示當(dāng)代信息科學(xué)發(fā)展的跨層次的學(xué)科群的特征。其實(shí)，由于信息已經(jīng)成為構(gòu)成世界的基本要素，所以，從理論上來(lái)說(shuō)，所有的傳統(tǒng)科學(xué)學(xué)科在對(duì)其研究對(duì)象進(jìn)行研究時(shí)，都不可能回避這些對(duì)象的信息特征以及其中現(xiàn)實(shí)發(fā)生的信息活動(dòng)過(guò)程。另外，我們還應(yīng)當(dāng)在上述體系結(jié)構(gòu)的頂端再增加一個(gè)更為一般和綜合的層次――信息哲學(xué)。畢竟，信息科學(xué)的發(fā)展已經(jīng)有跡象把人類的哲學(xué)思維和科學(xué)思維重新統(tǒng)一起來(lái)。并且，要建構(gòu)統(tǒng)一的信息科學(xué)理論，必須對(duì)信息的本質(zhì)以及信息的一些最基本層面的規(guī)定進(jìn)行綜合而統(tǒng)一的解釋，而這樣的一種解釋，只有在哲學(xué)的層面上才能最終實(shí)現(xiàn)。

正是基于這樣的認(rèn)識(shí)，我才在北京1995年召開(kāi)的一次關(guān)于信息科學(xué)和社會(huì)發(fā)展理論的學(xué)術(shù)研討會(huì)上提出了“科學(xué)的信息科學(xué)化”的理論，并給出了一個(gè)包含六大層次的信息科學(xué)的體系結(jié)構(gòu)：信息哲學(xué)、一般信息理論、領(lǐng)域信息學(xué)、門類信息學(xué)、分支信息學(xué)、工程技術(shù)信息學(xué)。領(lǐng)域信息學(xué)又包含三大并列的學(xué)科――自然信息學(xué)、社會(huì)信息學(xué)、智能信息學(xué)，分支信息學(xué)還可以再行分化出多級(jí)分支學(xué)科。兩相比較，我們可以看出，科林先生所劃分的信息科學(xué)的體系與我所劃分的信息科學(xué)體系的一般信息理論、領(lǐng)域信息學(xué)的層次基本對(duì)應(yīng)，而其所提出的技術(shù)信息科學(xué)則對(duì)應(yīng)于我所劃分體系中的工程技術(shù)信息學(xué)的層次。

雖然，科林先生僅只給出了兩個(gè)層級(jí)的信息科學(xué)體系的劃分，但是，他的信息科學(xué)的體系卻并不具有封閉于這兩個(gè)層次的性質(zhì)。因?yàn)樗瑯雨P(guān)心和注重討論了向上的信息哲學(xué)問(wèn)題的方向，以及向下的分支信息科學(xué)的方向。

在這本書(shū)中，科林先生反復(fù)強(qiáng)調(diào)了信息科學(xué)的歷史和哲學(xué)問(wèn)題方面的重要性，并對(duì)那些只關(guān)注信息科學(xué)中的工具性和技術(shù)性問(wèn)題的做法的狹隘性提出了批評(píng)?？屏窒壬谄渥詳M的關(guān)于本書(shū)內(nèi)容的《簡(jiǎn)介》中明確地表示：“本書(shū)的目標(biāo)是要建立信息科學(xué)的哲學(xué)和科學(xué)方法論的基本理論，并對(duì)這一理論所具有的越來(lái)越重要的跨學(xué)科的基礎(chǔ)科學(xué)的性質(zhì)，以及其在意識(shí)形態(tài)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)中的重要作用進(jìn)行討論”。

在本書(shū)“第一章”的“結(jié)論”中科林先生曾經(jīng)這樣寫(xiě)道：“信息科學(xué)正在實(shí)現(xiàn)它作為一種系統(tǒng)的科學(xué)知識(shí)而發(fā)揮其整合功能的作用……信息科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的進(jìn)一步發(fā)展具有重要的哲學(xué)和科學(xué)的方法論意義”；“當(dāng)前，一個(gè)非常值得關(guān)注的問(wèn)題是信息科學(xué)的哲學(xué)基礎(chǔ)的發(fā)展，這一問(wèn)題是建立在對(duì)信息本質(zhì)的新的哲學(xué)理論形成的基礎(chǔ)之上的”(第一章結(jié)論)。

從上面我們提到的科林先生關(guān)于信息的本質(zhì)、信息存在范圍，以及世界的二重化存在的理論中，我們也可以清晰地看到，科林先生關(guān)于信息科學(xué)的整體認(rèn)識(shí)其實(shí)是以他提出的信息哲學(xué)理念為前提的。在書(shū)中他還明確強(qiáng)調(diào)：已經(jīng)“形成了一個(gè)新的認(rèn)識(shí)世界的信息方式和信息世界觀，這一新的觀念從根本上改變了當(dāng)代以物質(zhì)一能量為標(biāo)準(zhǔn)模式的世界圖景、科學(xué)范式和科學(xué)研究方法”(第四章第一節(jié))。

當(dāng)然，信息哲學(xué)的研究?jī)?nèi)容并不僅限于科林先生所論及的部分，因此我們還是應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)，信息哲學(xué)應(yīng)該成為信息科學(xué)中的一個(gè)獨(dú)立的研究層次，它也應(yīng)當(dāng)有它自己的具體研究領(lǐng)域，如，信息本體論、信息認(rèn)識(shí)論、信息進(jìn)化論、信息價(jià)值論、信息方法論，等等。

從科林先生所揭示的信息科學(xué)的跨學(xué)科的性質(zhì)出發(fā)，在科林先生所論述的信息科學(xué)體系的第二個(gè)層次的四大信息科學(xué)的研究領(lǐng)域之下再派生出眾多分支性和應(yīng)用性的信息科學(xué)學(xué)科同樣具有合理性和必然性。這也與科林先生在書(shū)中的相關(guān)論述和所介紹和討論的相關(guān)信息科學(xué)學(xué)科的具體領(lǐng)域和方向的內(nèi)容完全吻合。

科林先生寫(xiě)道：“信息科學(xué)的跨學(xué)科的性質(zhì)主要表現(xiàn)在，信息科學(xué)的研究方法越來(lái)越多的被應(yīng)用于自然科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域：量子物理學(xué)、天文學(xué)、生物學(xué)、遺傳學(xué)、地質(zhì)學(xué)、礦物學(xué)等。另外，信息科學(xué)的研究方法還越來(lái)越多的、頻繁的開(kāi)始被應(yīng)用于人文學(xué)科領(lǐng)域：經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會(huì)學(xué)、心理學(xué)和語(yǔ)言學(xué)。雖然，在信息科學(xué)自身的方法論研究領(lǐng)域，以及在信息科學(xué)的各種應(yīng)用性研究領(lǐng)域，現(xiàn)在仍然有許多工作要做。”“信息科學(xué)的學(xué)科領(lǐng)域正在迅速擴(kuò)展”(第二章結(jié)論)。

在論及信息科學(xué)的現(xiàn)狀及其未來(lái)發(fā)展前景的時(shí)候，科林先生具體介紹和討論了大量信息科學(xué)的分支性和應(yīng)用性學(xué)科。其中主要包括：經(jīng)濟(jì)信息科學(xué)、網(wǎng)絡(luò)信息經(jīng)濟(jì)、信息政治經(jīng)濟(jì)學(xué)、信息科學(xué)的腦科學(xué)、社會(huì)信息技術(shù)、社會(huì)信息理論、心理信息科學(xué)、教育信息科學(xué)、醫(yī)療信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、納米信息科學(xué)、量子信息科學(xué)，等。其實(shí)，就目前信息科學(xué)的發(fā)展而言，由于本書(shū)目的所限，已有的大量信息科學(xué)的分支性和應(yīng)用性學(xué)科都未進(jìn)入本書(shū)的視野，此外，尚有更多的信息科學(xué)的應(yīng)有的學(xué)科或者是正在醞釀形成之中，或者是連一個(gè)基本的概念都還未能提出。

值得指出的是，科林先生對(duì)量子信息科學(xué)的科學(xué)和哲學(xué)意義給以了相當(dāng)高的評(píng)價(jià)。他認(rèn)為：正是量子信息科學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展“從根本上改變了人類科學(xué)和實(shí)踐的面貌，它使人類對(duì)物質(zhì)自組織的信息問(wèn)題的定性認(rèn)識(shí)上升到了一個(gè)新的量子層級(jí)的水平，人們?cè)谶@一水平上達(dá)到的認(rèn)識(shí)乃是人們對(duì)各級(jí)自然和人工系統(tǒng)的性質(zhì)進(jìn)行認(rèn)識(shí)的基本原則。”“這一基本原則的揭示不僅能夠作為科學(xué)技術(shù)發(fā)展進(jìn)步的一種新突破的標(biāo)志，而且還能夠作為人類文明過(guò)渡到一個(gè)新的質(zhì)的發(fā)展水平的標(biāo)志”(第六章第八

節(jié))。

科林先生對(duì)量子信息科學(xué)所作的這一評(píng)價(jià)是毫不過(guò)分的。其實(shí)，無(wú)論是量子信息科學(xué)，還是納米科學(xué)，或是虛擬現(xiàn)實(shí)科學(xué)的領(lǐng)域都是最能集中體現(xiàn)信息科學(xué)理論的最有發(fā)展前途的前沿性領(lǐng)域。因?yàn)椋沁@些領(lǐng)域的發(fā)展把信息科學(xué)的碼元、碼元序的組織結(jié)構(gòu)、關(guān)系模式建構(gòu)，演化程序、過(guò)程模式展示的基本科學(xué)理念和技術(shù)方法貫徹到了自然原子、分子結(jié)構(gòu)的構(gòu)造，以及數(shù)碼人工技術(shù)實(shí)現(xiàn)的層次和水平。從而以科學(xué)的名義實(shí)現(xiàn)了信息系統(tǒng)復(fù)雜綜合的世界圖景，并最終導(dǎo)致人類的科學(xué)觀念和科學(xué)思維方式、哲學(xué)觀念和哲學(xué)思維方式的根本性變革。

除了理論闡釋的清晰性和深刻性之外，該書(shū)的另外一個(gè)鮮明的特點(diǎn)就是它的實(shí)踐指向性。這一方面的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在該書(shū)對(duì)社會(huì)信息科學(xué)，以及實(shí)施信息科學(xué)教育原則的設(shè)計(jì)之中。該書(shū)的“第四章新的現(xiàn)實(shí)信息與社會(huì)信息科學(xué)”“第五章信息科學(xué)與教育”，以及關(guān)于《信息科學(xué)中的哲學(xué)問(wèn)題》《社會(huì)信息科學(xué)》兩門課程的教學(xué)大綱的兩個(gè)附錄，涉及的都是這方面的內(nèi)容。

科林先生強(qiáng)調(diào)說(shuō)：“全球信息社會(huì)的發(fā)展為人類生存條件的根本改變提供了新的機(jī)遇和新的挑戰(zhàn)，而我們的現(xiàn)代教育體系仍然不能適應(yīng)這一發(fā)展，需要從根本上進(jìn)行現(xiàn)代化的改造……因此，迫切需要建立發(fā)展教育的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)”(第五章結(jié)論)?！拔覀儽仨氂眯畔⒖茖W(xué)提升我們各級(jí)教育系統(tǒng)課程教學(xué)的內(nèi)容”(第三章第一節(jié))，并“把教育方式轉(zhuǎn)變到對(duì)信息科學(xué)的新原則進(jìn)行學(xué)習(xí)的方向上來(lái)”(俄文版內(nèi)容簡(jiǎn)介)。有必要提出一個(gè)“十分重大的、具有前瞻性的全新教育原則：把信息科學(xué)的教學(xué)納人基礎(chǔ)自然科學(xué)和通識(shí)教育的具體科目”(第一章第二節(jié))。

科林先生還進(jìn)一步指出，由于信息科學(xué)的發(fā)展所導(dǎo)致的人類社會(huì)的全方位的變革，致使“人類現(xiàn)有的教育哲學(xué)的觀念將不得不在很大程度上予以改變，人們必須對(duì)信息社會(huì)的進(jìn)程，以及形成的新的信息現(xiàn)實(shí)進(jìn)行必要的反思?！薄艾F(xiàn)在，必須對(duì)俄羅斯的科技人員進(jìn)行系統(tǒng)培訓(xùn)，使他們能夠?qū)π畔⒖茖W(xué)的歷史問(wèn)題和哲學(xué)問(wèn)題進(jìn)行研究”(結(jié)束語(yǔ))?！拔覀儗?duì)作為一門基礎(chǔ)科學(xué)的信息科學(xué)的發(fā)展前景進(jìn)行展望，就是要為進(jìn)一步加強(qiáng)自然科學(xué)和人文科學(xué)的融合創(chuàng)建一個(gè)共同的框架。然而，自然科學(xué)和人文科學(xué)目前的相互割裂的狀態(tài)，不能為人們提供關(guān)于自然和社會(huì)的全面知識(shí)，因此，有必要實(shí)行全面的教育和塑造全面的人格”(第六章結(jié)論)。

正因?yàn)橛辛巳绱嗣鞔_的認(rèn)識(shí)，科林先生才致力于俄羅斯教育理念、教育體制、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的改革，并長(zhǎng)期努力投入具體實(shí)踐。

科林先生和他的俄羅斯同事們以信息科學(xué)和信息社會(huì)的發(fā)展為背景，對(duì)當(dāng)代教育理念和體制所進(jìn)行的反思，對(duì)俄羅斯教育所進(jìn)行的改革實(shí)踐，不僅是合理的、現(xiàn)實(shí)的，而且還是超前的。目前，在我國(guó)的教育界，相關(guān)的理論探索十分薄弱，更談不上實(shí)踐方案的制定和落實(shí)。如此看來(lái)，科林先生所代表的俄羅斯學(xué)者的相應(yīng)研究和工作，一定會(huì)給我們以啟發(fā)，實(shí)在值得我們借鑒。

第8篇：量子計(jì)算發(fā)展前景范文

【關(guān)鍵詞】高速；網(wǎng)絡(luò)；數(shù)字化；信息技術(shù)

信息技術(shù)是主要用于管理和處理信息所采用的各種技術(shù)的總稱。信息技術(shù)的功能等同于人腦的思維功能。從中國(guó)人發(fā)明的算盤到歐洲人發(fā)明的計(jì)算尺，在漫長(zhǎng)的歲月里，信息處理主要是靠人腦的籌算并加之以簡(jiǎn)單的計(jì)算工具。這種人工信息處理方式盡管十分方便，但在速度和準(zhǔn)確性方面存在著明顯的劣勢(shì)。伴隨著生產(chǎn)力的提高，人們的認(rèn)識(shí)由低級(jí)向高級(jí)發(fā)展，人類進(jìn)入了文明社會(huì)，信息技術(shù)也有了新的發(fā)展。信息技術(shù)是人類社會(huì)創(chuàng)造的知識(shí)的總和，是構(gòu)成我們世界的基本要素之一，是研究其生產(chǎn)、收集、存儲(chǔ)、變換、傳遞、處理過(guò)程及廣泛應(yīng)用的科技領(lǐng)域。信息資源與物質(zhì)、能源資源有一個(gè)很大的不同特點(diǎn)，就是它可以被重復(fù)使用，可被同時(shí)共享，在使用過(guò)程中不僅可以不減少，有時(shí)還可產(chǎn)生新的增量。自1946年第一臺(tái)計(jì)算機(jī)誕生以來(lái)，半個(gè)多世紀(jì)信息技術(shù)以其廣泛的影響和巨大的生命力，成為科技發(fā)展史上成果最輝煌、發(fā)展最迅猛、對(duì)人類影響最深遠(yuǎn)的科技領(lǐng)域?？梢灶A(yù)見(jiàn)，21世紀(jì)將是信息的時(shí)代，信息技術(shù)將成為最活躍、與人們生活最密切相關(guān)的科技領(lǐng)域。

21世紀(jì)，信息技術(shù)發(fā)展速度越來(lái)越快、容量越來(lái)越大，向著超高速度、逐漸小型化、智能化方向發(fā)展。目前在信息技術(shù)領(lǐng)域有一個(gè)10倍速定律：即每5～7年速度增加10倍，體積減少10倍。IBM的高性能計(jì)算機(jī)峰值已達(dá)到每秒300萬(wàn)億次以上。美國(guó)計(jì)劃在2010年前研制出千萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)。從量子理論推出來(lái)的極限計(jì)算機(jī)，其速度將達(dá)1051次/秒，且內(nèi)存可達(dá)1031比特。另外日本在利用集成電路方面，將電視臺(tái)的包括設(shè)備和信息采集存貯壓縮到紐扣小的芯片上，取得了初步成功。他們準(zhǔn)備將其再壓縮到藥片大小，甚至設(shè)想將檢查設(shè)備通過(guò)藥片置入病人體內(nèi)，以直接觀察病人的病情。能量實(shí)現(xiàn)了無(wú)限擴(kuò)充，信息資源得到了最充分的利用。特別是在智能化方面，主婦也能當(dāng)米其淋大廚，只要你把食材放進(jìn)去，烤箱可以自動(dòng)下載食譜，它便會(huì)在你預(yù)定的時(shí)間自動(dòng)進(jìn)行調(diào)味烘烤，做成香噴噴的美味佳肴。這些預(yù)想，展現(xiàn)了信息技術(shù)深遠(yuǎn)的發(fā)展前景和發(fā)展空間。

未來(lái)的信息技術(shù)發(fā)展實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)綜合以及網(wǎng)絡(luò)綜合。網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，使信息資源成為了真正繼物質(zhì)、能源之后的第三大重要資源。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)由于基礎(chǔ)設(shè)備和技術(shù)的局限，在網(wǎng)絡(luò)的安全、規(guī)模、性能、提供的業(yè)務(wù)能力方面都存在缺陷，隨著信息技術(shù)的不斷進(jìn)步、使用人數(shù)的不斷增多，將會(huì)促使依托以計(jì)算機(jī)為中心的網(wǎng)路通信興起。將網(wǎng)絡(luò)分布在世界每一個(gè)角落，業(yè)務(wù)無(wú)縫地連接起來(lái)，人們可以在任何一個(gè)地方用任何一種接入方式，訪問(wèn)世界任何一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)人在世界任何一個(gè)地方都可以利用同樣的信息資源和信息加工處理的手段。這樣不僅可以大大提高其效率和安全性，還給人們帶來(lái)方便，帶去了放心。這種貼合人們需求的方式，在未來(lái)將會(huì)有很好的發(fā)展前景，也必將帶動(dòng)信息技術(shù)整體的網(wǎng)絡(luò)化。未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)向著更快、更安全、更方便的方向發(fā)展。

第9篇：量子計(jì)算發(fā)展前景范文

朱光亞教授為本書(shū)所作的序言對(duì)原子核物理學(xué)的產(chǎn)生、發(fā)展、與其他學(xué)科的交叉、及下一個(gè)世紀(jì)的展望做了極好的描述。原子核物理研究的基本問(wèn)題包括：核的構(gòu)成及“版圖”是怎樣的？核子間相互作用及其表現(xiàn)形式是怎樣的？核的轉(zhuǎn)化規(guī)律是怎樣的？……隨著加速器技術(shù)、探測(cè)器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們可以獲得更高能量及各種種類的離子（包括放射性離子），它可用作炮彈去轟擊各種不同的原子核（靶核），產(chǎn)生各種核反應(yīng)產(chǎn)物，從而研究原子核物理學(xué)的各種基本問(wèn)題。促使原子核物理學(xué)在更高激發(fā)能、更高角動(dòng)量和更大同位旋等的自由度內(nèi)不斷開(kāi)拓新領(lǐng)域。

本書(shū)基本上是圍繞著這個(gè)發(fā)展主線來(lái)描述的。全書(shū)共分八章，第一章緒論，概述了80年代以來(lái)原子核物理發(fā)展的主要成就，并展望今后可能取得重大進(jìn)展的前沿方向，非常值得普通讀者一讀。第二至第五章分別論述了核結(jié)構(gòu)和亞位壘融合及核裂變理論方面的最新成就。第六至第八章分別論述了下世紀(jì)初期原子核物理研究的三個(gè)前沿領(lǐng)域：中高能核－核碰撞，亞核子自由度研究和放射性束物理。

核結(jié)構(gòu)一直是原子核物理學(xué)研究的中心課題之一在證實(shí)原子核由質(zhì)子和中子組成的假設(shè)并建立了核的殼模型和集體模型以后，出現(xiàn)了兩個(gè)新領(lǐng)域——原子核的高自旋態(tài)研究和巨共振研究，揭示原子核在快速轉(zhuǎn)動(dòng)和具有更高激發(fā)能時(shí)的核結(jié)構(gòu)特性。最近幾年隨著放射性核束裝置投入使用，當(dāng)強(qiáng)烈改變核內(nèi)中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)平衡，推向質(zhì)子滴線和中子滴線時(shí)的原子核結(jié)構(gòu)特性已引起人們的極大興趣。本書(shū)第二、三章詳細(xì)介紹了這些方面的新進(jìn)展和發(fā)展前景，詳細(xì)介紹了高自旋態(tài)研究中發(fā)現(xiàn)的回彎現(xiàn)象。有些現(xiàn)象的物理內(nèi)涵至今還沒(méi)有搞清楚。特別地，為了便于讀者理解，作者對(duì)于巨共振的一般知識(shí)和各種巨共振模式做了系統(tǒng)介紹，并著重介紹了新的中子暈核產(chǎn)生的軟模式巨共振，建立在激發(fā)態(tài)上的巨共振，巨共振的各種衰變方式，原子核自旋同位旋激發(fā)，磁巨共振，高溫轉(zhuǎn)動(dòng)核的巨共振等前沿課題。

核裂變的發(fā)現(xiàn)是原子核物理基礎(chǔ)研究的產(chǎn)物，并已得到了廣泛的應(yīng)用，但是有關(guān)核裂變的許多問(wèn)題尚未完全搞清楚，一直還是原子核研究的一個(gè)重要方面。本書(shū)第四、五章論述壘下重離子融合裂變反應(yīng)和原子核裂變，也提到了作者在這方面的近期成果，內(nèi)容豐富，有的現(xiàn)象用理論解釋還有偏差。作者也介紹了最近少量有關(guān)中子暈（皮）核的近壘和壘下裂變反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)及兩種相反的理論預(yù)言，并預(yù)計(jì)這方面研究將開(kāi)辟重離子核反應(yīng)的新方向。對(duì)通常原子核的裂變反應(yīng)以及現(xiàn)有的核裂變的液滴模型、裂變道理論、裂變理論的殼修正、核裂變的擴(kuò)散模型、用多維輸運(yùn)過(guò)程來(lái)研究裂變動(dòng)力學(xué)以及裂變理論中的量子修正，書(shū)中都有介紹。并對(duì)形狀同質(zhì)異能態(tài)現(xiàn)象、裂變中的延遲現(xiàn)象等實(shí)驗(yàn)及其理論進(jìn)行了詳盡的描述。對(duì)耗散裂變從唯象描述到微觀理論的發(fā)展，作者給出了一個(gè)極好的展望。對(duì)裂變過(guò)程中的時(shí)標(biāo)和核的粘滯性直到裂變理論和相關(guān)的非平衡態(tài)理論的關(guān)系也有很好的描述。

從第六章開(kāi)始本書(shū)著重描述下世紀(jì)原子核物理可能會(huì)取得重大進(jìn)展的三個(gè)前沿領(lǐng)域。第六章是有關(guān)中高能和相對(duì)論性核－核碰撞的，其中重大課題有：核物質(zhì)的狀態(tài)方程；核物質(zhì)相變，包括液氣相變和夸克－膠等離子體(QGP)的產(chǎn)生；熱核性質(zhì)和多重碎裂衰變的新模式等。宇宙初期大爆炸時(shí)可能產(chǎn)生QGP，這是人們從未認(rèn)識(shí)過(guò)的新物態(tài)。作者從介紹核態(tài)方程的一般知識(shí)開(kāi)始，進(jìn)而較為詳細(xì)地介紹了理論研究的現(xiàn)狀，包括玻耳茲曼－烏林－烏倫貝克(BUU)方程，量子分子動(dòng)力學(xué)方法(QMD)及核－核碰撞的輸運(yùn)模型的蒙特卡羅模擬，然后描述中高能核－核碰撞的有關(guān)實(shí)驗(yàn)及其解釋。最后詳細(xì)地介紹了QGP產(chǎn)生的有關(guān)實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)上診斷QGP產(chǎn)生的方法。對(duì)QGP的研究將對(duì)原子核物理，粒子物理和天體物理產(chǎn)生重大影響，但到目前為止，還沒(méi)有一個(gè)實(shí)驗(yàn)明確表明QGP的存在。人們期待著20世紀(jì)末美國(guó)相對(duì)論性重離子加速器RIHC的運(yùn)行及其實(shí)驗(yàn)結(jié)果。除了通過(guò)觀察中子星和超新星爆發(fā)可以獲得部分有關(guān)高溫高密核物質(zhì)的信息外，中高能核－核碰撞是目前實(shí)驗(yàn)室中研究高溫高密核物質(zhì)的唯一途徑，這方面將有許多新的結(jié)果出現(xiàn)。

自80年代放射性核束裝置問(wèn)世以來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)了中子暈核等一系列新現(xiàn)象。國(guó)際核物理學(xué)界普遍認(rèn)為，放射性核束物理，包括它在天體物理和其他相關(guān)學(xué)科的應(yīng)用是今后一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)原子核物理學(xué)重要的前沿領(lǐng)域之一。本書(shū)第七章對(duì)放射性核束產(chǎn)生的方法和有關(guān)裝置做了詳細(xì)的介紹，特別介紹了我國(guó)學(xué)者提出的蘭州重離子加速器冷卻儲(chǔ)存環(huán)裝置和北京放射性核束裝置。這是一個(gè)方興未艾的新領(lǐng)域。許多發(fā)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)核理論模型提出了尖銳的挑戰(zhàn)。利用放射性核束進(jìn)行的核反應(yīng)和傳統(tǒng)的核反應(yīng)有很多不同之處，特別是一些學(xué)者提出用這種核反應(yīng)來(lái)合成超重元素，從而擴(kuò)展人們已經(jīng)知道的元素種類，放射性核束將大大提高人們合成新元素并研究這些新核素的性質(zhì)的能力。自然界除了200多種穩(wěn)定核素外，理論預(yù)言大約還有6000個(gè)以上的不穩(wěn)定核素，到目前為止人們合成了其中的2000多個(gè)，放射性核束將使人們更容易去合成這些未知的核素，特別是當(dāng)這些核素越來(lái)越接近于中子滴線和質(zhì)子滴線時(shí)，將表現(xiàn)出許多新奇的性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)并解釋這些性質(zhì)將是對(duì)原子核物理學(xué)的重大挑戰(zhàn)。

放射性核束的產(chǎn)生和應(yīng)用還打開(kāi)了核天體物理學(xué)的新局面，它主要研究宇宙和天體中各種元素及其同位素的核合成機(jī)制、時(shí)間、物理環(huán)境和宇宙場(chǎng)所。核反應(yīng)在天體演化和宇宙演化中起著極其重要的作用，它是恒星和超新星爆發(fā)的主要能源，導(dǎo)致了天體和宇宙中各種化學(xué)元素和同位素的產(chǎn)生。迄今為止，天體物理學(xué)感興趣的一些核反應(yīng)的截面及其隨能量的變化，多半是通過(guò)理論計(jì)算或是從較高能區(qū)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)外推到天體核反應(yīng)發(fā)生的能區(qū)而得到的，而且特別缺少不穩(wěn)定核的數(shù)據(jù)，放射性核束正好可以填補(bǔ)這個(gè)空缺。實(shí)驗(yàn)核天體物理學(xué)正在進(jìn)入一個(gè)以放射性核束引起的熱核反應(yīng)為重點(diǎn)的新的發(fā)展階段。書(shū)中對(duì)宇宙大爆炸后初始核合成，主序星和高溫天體環(huán)境中氫的燃燒，天體中比較重的元素的合成所需的核反應(yīng)及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法都做了介紹。