量子計(jì)算的作用精選(九篇)

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第1篇：量子計(jì)算的作用范文

關(guān)鍵詞：量子算法；Shor算法；Grover算法；量子通信；量子智能計(jì)算

【分類號(hào)】：TM743

1.概述

量子計(jì)算是計(jì)算機(jī)科學(xué)與量子力學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，根據(jù)Moore定律可知：當(dāng)計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)單元達(dá)到原子層次時(shí)，顯著地量子效應(yīng)將會(huì)嚴(yán)重影響計(jì)算機(jī)性能，計(jì)算機(jī)科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展需要借助新的原理和方法【1】，量子計(jì)算為這一問(wèn)題的解決提供了一個(gè)可能的途徑。

根據(jù)量子計(jì)算原理設(shè)計(jì)的量子計(jì)算機(jī)是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的最好體現(xiàn)。量子計(jì)算機(jī)是利用微觀粒子狀態(tài)來(lái)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理信息的計(jì)算工具【2】。其基本原理是通過(guò)物理手段制備可操作的量子態(tài)，并利用量子態(tài)的疊加性、糾纏性和相干性等量子力學(xué)的特性進(jìn)行信息的運(yùn)算、保存和處理操作，從本質(zhì)上改變了傳統(tǒng)的計(jì)算理念。

量子通信是量子理論與信息理論的交叉學(xué)科，是指利用量子的糾纏態(tài)實(shí)現(xiàn)信息傳遞的通訊方式。量子的糾纏態(tài)是指：相互糾纏的兩個(gè)粒子無(wú)論被分離多遠(yuǎn)，一個(gè)粒子狀態(tài)的變化都會(huì)立即使得另一個(gè)粒子狀態(tài)發(fā)生相應(yīng)變化的現(xiàn)象。量子通信主要包括兩類：用于量子密鑰的傳輸，和用于量子隱形傳態(tài)和量子糾纏的分發(fā)。與傳統(tǒng)的通信技術(shù)相比，量子通信具有容量大，傳輸距離遠(yuǎn)和保密性強(qiáng)的特點(diǎn)。

2.量子計(jì)算基礎(chǔ)

2.1 量子位

計(jì)算機(jī)要處理數(shù)據(jù)，必須把數(shù)據(jù)表示成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的形式。與經(jīng)典計(jì)算機(jī)不同，量子計(jì)算機(jī)用量子位來(lái)存儲(chǔ)信息，量子位的狀態(tài)既可以是0態(tài)或1態(tài)，也可以是0態(tài)和1態(tài)的任意線性疊加狀態(tài)。一個(gè)n位的量子寄存器可以處于 個(gè)基態(tài)的相干疊加態(tài) 中，即可以同時(shí)存儲(chǔ) 種狀態(tài)。因此，對(duì)量子寄存器的一次操作就相當(dāng)于對(duì)經(jīng)典計(jì)算機(jī)的 次操作，也就是量子的并行性。

2.2.量子邏輯門

對(duì)量子位的態(tài)進(jìn)行變換，可以實(shí)現(xiàn)某些邏輯功能。變化所起到的作用相當(dāng)于邏輯門的作用。因此，提出了“量子邏輯門”【3】的概念，為：在一定時(shí)間間隔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)邏輯變換的量子裝置。

量子邏輯門在量子計(jì)算中是一系列的酉變換，將酉矩陣作為算符的變換被成為酉變換。量子位的態(tài) 是希爾伯特空間（Hilbert空間）的單位向量，實(shí)現(xiàn)酉變換后希爾伯特空間，在希爾伯特空間內(nèi)仍為單位向量。【4】

3.量子算法

量子算法的核心就是利用量子計(jì)算機(jī)的特性加速求解的速度，可以達(dá)到經(jīng)典計(jì)算機(jī)不可比擬的運(yùn)算速度和信息處理功能。目前大致五類優(yōu)于已知傳統(tǒng)算法的量子算法：基于傅里葉變換的量子算法，以Grover為代表的量子搜素算法，模擬量子力學(xué)體系性質(zhì)的量子仿真算法，“相對(duì)黑盒”指數(shù)加速的量子算法和相位估計(jì)量子算法。

3.1基于傅里葉變換的量子算法

Shor于1994年提出大數(shù)質(zhì)因子分解量子算法，而大數(shù)質(zhì)因子分解問(wèn)題廣泛應(yīng)用在RSA公開(kāi)密鑰加密算法之中，該問(wèn)題至今仍屬于NP難度問(wèn)題。但是Shor算法可以在量子計(jì)算的條件下，在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)很有效地解決該問(wèn)題。這對(duì)RSA的安全性有著巨大的挑戰(zhàn)。

Shor算法的基本思想是：利用數(shù)論相關(guān)知識(shí)，通過(guò)量子并行特點(diǎn)，獲得所有的函數(shù)值；再隨機(jī)選擇比自變量小且互質(zhì)的自然數(shù)，得到相關(guān)函數(shù)的疊加態(tài)；最后進(jìn)行量子傅里葉變換得最后結(jié)果。構(gòu)造如下函數(shù)：

就目前而言，該算法已經(jīng)相對(duì)成熟，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化的空間不大。目前研究者的改進(jìn)工作主要是：通過(guò)對(duì)同余式函數(shù)中與N互質(zhì)的自然數(shù)選擇的限制，提高算法成功的概率。Shor算法及其實(shí)現(xiàn)，對(duì)量子密碼學(xué)和量子通信的發(fā)展有著極重要的價(jià)值。[7]

3.2以Grover為代表的量子搜素算法

3.2.1 Grover算法

Grover算法屬于基于黑箱的搜索算法，其基本思想為：在考慮含有 個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的搜索問(wèn)題，其中搜索的解恰好有 個(gè)，將數(shù)據(jù)庫(kù)中的每個(gè)元素進(jìn)行量化后，存儲(chǔ)在 個(gè)量子位中， 與 滿足關(guān)系式 ?！?】將搜索問(wèn)題表示成從0到 的整數(shù) ，其中函數(shù) 定義為：如果 是需要搜索的解， ；若不是需要搜索的解，那么 ?！?2】

具體算法如下：

（1）初始化。應(yīng)用Oracle算子 ，檢驗(yàn)搜索元素是否是求解的實(shí)際問(wèn)題中需要搜索的解。

（2）進(jìn)行Grover迭代。將結(jié)果進(jìn)行阿達(dá)馬門（Hadamard門）變換。

（3）結(jié)果進(jìn)行 運(yùn)算。

（4）結(jié)果進(jìn)行阿達(dá)馬門變換?！?2】

4. 量子智能計(jì)算

自Shor算法和Grover算法提出后，越來(lái)越多的研究員投身于量子計(jì)算方法的計(jì)算處理方面，同時(shí)智能計(jì)算向來(lái)是算法研究的熱門領(lǐng)域，研究表明，二者的結(jié)合可以取得很大的突破，即利用量子并行計(jì)算可以很好的彌補(bǔ)智能算法中的某些不足。

目前已有的量子智能計(jì)算研究主要包括：量子人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，量子進(jìn)化算法，量子退火算法和量子免疫算法等。其中，量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和量子進(jìn)化算法已經(jīng)成為目前學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，并且取得了相當(dāng)不錯(cuò)的成績(jī)，下面將以量子進(jìn)化算法為例。

量子進(jìn)化算法是進(jìn)化算法與量子計(jì)算的理論結(jié)合的產(chǎn)物，該算法利用量子比特的疊加性和相干性，用量子比特標(biāo)記染色體，使得一個(gè)染色體可以攜帶大數(shù)量的信息。同時(shí)通過(guò)量子門的旋轉(zhuǎn)角度表示染色體的更新操作，提高計(jì)算的全局搜索能力。

目前量子進(jìn)化算法已經(jīng)應(yīng)用于許多領(lǐng)域，例如：工程問(wèn)題、信息系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等。同時(shí)，伴隨著量子算法的理論和應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展，量子進(jìn)化算法等量子智能算法有著更大的發(fā)展前景和空間。

參考文獻(xiàn)

1.王書(shū)浩，龍桂魯.大數(shù)據(jù)與量子計(jì)算

2.張毅，盧凱，高穎慧.量子算法與量子衍生算法

3.Deutsch D，Jozsa R.Rapid solution of problems by quanturm computation[C]//Proc Roy Soc London A，1992，439：553-558

4.吳楠，宋方敏。量子計(jì)算與量子計(jì)算機(jī)

5.蘇曉琴，郭光燦。量子通信與量子計(jì)算。量子電子學(xué)報(bào)，2004，21（6）：706-718

6. White T.Hadoop： The Defintive Guide，California：O’Reilly Media，Inc.2009：12-14

7.王蘊(yùn)，黃德才，俞攸紅.量子計(jì)算及量子算法研究進(jìn)展.

8.孫吉貴，何雨果.量子搜索算法.軟件學(xué)報(bào)，2003，14（3）：334-344

9.龍桂魯.量子計(jì)算算法介紹

10.解光軍，范海秋，操禮程.一種量子神經(jīng)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)模型

第2篇：量子計(jì)算的作用范文

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；改進(jìn)量子進(jìn)化算法；路由選擇

當(dāng)今社會(huì)是一個(gè)數(shù)據(jù)化時(shí)代，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。對(duì)于在已知網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的通信需求下，怎樣選擇計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)鏈路的高效路由，這一受到多個(gè)條件約束的雜亂非線性規(guī)劃問(wèn)題，在傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)理論中尚未得到有效的解決方法。面對(duì)這個(gè)問(wèn)題，傳統(tǒng)的算法都存在一定的局限性，計(jì)算也比較復(fù)雜，在很多條件限制下都難以發(fā)揮其作用，無(wú)法給出滿意的解決方案。本文主要是對(duì)改進(jìn)量子進(jìn)化算法在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)路由選擇上的應(yīng)用進(jìn)行探究。

一、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)路由選擇意義

傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)路由的選擇方式主要有爬山法、梯度法、模擬退算法以及列表尋優(yōu)法，但其都具有很大程度上的局限性，受到的限制條件也比較多，不能有效地發(fā)揮其作用。網(wǎng)絡(luò)路由選擇的定義主要有：在已有的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜途W(wǎng)鏈路通信容量以及各個(gè)節(jié)點(diǎn)需求的情況下，對(duì)各節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)路由進(jìn)行確定，以最大限度縮小互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)延性。這種路由選擇方式，可在選擇過(guò)程中采取一些簡(jiǎn)化工作，假設(shè)網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包完好無(wú)缺，不受通信容量影響，報(bào)文長(zhǎng)度則以實(shí)際指數(shù)分布為基準(zhǔn)，來(lái)進(jìn)行路由選擇。

二、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)路由選擇中改進(jìn)量子進(jìn)化算法的應(yīng)用

（一）量子進(jìn)化算法的概述及算法流程

量子進(jìn)化算法是由量子計(jì)算和進(jìn)化算法結(jié)合而來(lái)，其運(yùn)算方式為，在確定量子矢量的情況下，用量子算法的比特編碼來(lái)表示染色體，并以旋轉(zhuǎn)門和量子非門來(lái)進(jìn)行染色體的更新，據(jù)此讓目標(biāo)得到最優(yōu)解答。

在進(jìn)行計(jì)算中，可以采用矩形陣表示量子染色體，設(shè)其長(zhǎng)度為m

量子進(jìn)化算法流程主要有以下幾個(gè)步驟：

首先，將種群Q（t）初始化，設(shè)t=0，并測(cè)量種群中的每個(gè)個(gè)體，得到種群的狀態(tài)P（t）；其次，對(duì)P（t）的適應(yīng)度進(jìn)行評(píng)估，將最佳個(gè)體狀態(tài)和適應(yīng)值進(jìn)行記錄；最后，采用

While非結(jié)束狀態(tài)do，

begin

1、t=t+1；

2、對(duì)種群進(jìn)行測(cè)量Q（t-1），其狀態(tài)為P（t）；

3、進(jìn)行P（t）的適應(yīng)度評(píng)估；

4、對(duì)Q（t）采用量子門進(jìn)行更新?lián)Q代，記錄后代種群Q（t+1）；

5、對(duì)每個(gè)個(gè)體的最佳狀態(tài)以及適應(yīng)值進(jìn)行記錄。

End

End

（二）旋轉(zhuǎn)角的優(yōu)化調(diào)整

（三）函數(shù)調(diào)整優(yōu)化

采用租戶優(yōu)化的辦法可以知道各基因間的相關(guān)性不大，基于這一特點(diǎn)對(duì)量子位進(jìn)行定義：

表1 優(yōu)化方案

分析表1的內(nèi)容可以知道，這種旋轉(zhuǎn)方案能夠讓搜索結(jié)構(gòu)逐漸走向最優(yōu)化，收斂速度也得到提高，在此表中只列出了第一象限內(nèi)的 ，其他象限內(nèi)的 情況可由此進(jìn)行推斷。

（四）仿真測(cè)試

以仿真實(shí)驗(yàn)的方式對(duì)以上的分析進(jìn)行檢驗(yàn)，與傳統(tǒng)的量子進(jìn)化算法為比較對(duì)象，證明改進(jìn)量子進(jìn)化算法在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)路由的選擇性能存在優(yōu)越性。仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如圖1；

圖1 改進(jìn)算法和傳統(tǒng)算法的對(duì)比

根據(jù)此圖能夠看到，改進(jìn)量子進(jìn)化算法在尋優(yōu)性和收斂性上明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的量子進(jìn)化算法，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)路由選擇的應(yīng)用中，改進(jìn)量子進(jìn)化算法的綜合性能也比傳統(tǒng)的量子進(jìn)化算法優(yōu)秀。

結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)路由選擇的改進(jìn)量子進(jìn)化算法，是在傳統(tǒng)的量子進(jìn)化算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的，通過(guò)仿真測(cè)試可以知道，經(jīng)過(guò)改進(jìn)的量子進(jìn)化算法在尋優(yōu)搜索和收斂速度上存在一定優(yōu)勢(shì)，很好的解決了互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)路由在選擇上面臨的約束條件多、雜亂非線性規(guī)劃等問(wèn)題，很大程度上為互聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)鏈路的最佳路由選擇提供了幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]宋明紅，俞華鋒，陳海燕.改進(jìn)量子進(jìn)化算法在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)路由選擇中的應(yīng)用研究[J].科技通報(bào)，2014（01）：170-173.

[2]趙榮香.改進(jìn)量子進(jìn)化算法在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)路由選擇中的應(yīng)用探究[J].科技傳播，2014（24）：148+152.

第3篇：量子計(jì)算的作用范文

自1982年理查德·費(fèi)曼（Richard Feynman）提出“量子計(jì)算機(jī)”的概念之后，人們對(duì)它頗為關(guān)注，眾多研究機(jī)構(gòu)更是試圖借此開(kāi)辟計(jì)算機(jī)時(shí)代的新紀(jì)元。但是，任憑人們千呼萬(wàn)喚、前赴后繼，都沒(méi)能夠徹底揭開(kāi)量子計(jì)算機(jī)的面紗。那么，量子計(jì)算機(jī)到底發(fā)展到了什么樣的階段？遇到了什么障礙？此次諾貝爾獎(jiǎng)會(huì)對(duì)量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)起到什么推動(dòng)作用？量子計(jì)算機(jī)一旦面世，隨之而來(lái)的會(huì)是什么？

量子計(jì)算機(jī)是大勢(shì)所趨

所謂量子計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是利用量子攜帶信息、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，遵循量子算法進(jìn)行高速的數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算的物理設(shè)備。我們熟知的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的“心臟”依賴的是硅芯片，但是一個(gè)芯片的面積總是有限的。

硅晶體管作為在芯片上傳輸信息、處理信息的微型開(kāi)關(guān)，每年都在縮小，但是，由于硅的特性和物理原理，尺寸縮?。ìF(xiàn)已達(dá)到納米級(jí)）將限制性能的提升。所以，對(duì)晶體管進(jìn)行傳統(tǒng)的尺寸的擴(kuò)展和收縮操作，不能再產(chǎn)生行業(yè)已經(jīng)習(xí)慣的更低功耗、更低成本、更高速度的處理器的效果。雖然英特爾的22納米處理器已經(jīng)面世，還計(jì)劃于2013年推出14納米處理器，對(duì)于10nm、7nm以及5nm的制程研發(fā)路線圖也已敲定，但是，只要粒子的尺度到了10的負(fù)10次方米以下，就會(huì)明顯出現(xiàn)量子特性，所以大部分物理學(xué)家堅(jiān)持認(rèn)為，摩爾定律不可能無(wú)限維持。

為了突破這道瓶頸，

IBM一直致力于研發(fā)碳納米管芯片，其研究人員在一個(gè)硅芯片上放置了1萬(wàn)多個(gè)碳納米晶體管，從而能夠獲得比硅質(zhì)器件更快的運(yùn)行速度。IBM聲稱這一成果有望讓摩爾定律在下一個(gè)十年中繼續(xù)生效。但是，如何獲得高純度的碳、如何實(shí)現(xiàn)完美的制造工藝又是不可避免的問(wèn)題。

因?yàn)榱孔佑?jì)算機(jī)是利用量子攜帶信息的，所以，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)面臨的挑戰(zhàn)恰恰是量子計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)所在。量子計(jì)算機(jī)中的每個(gè)數(shù)據(jù)由不同粒子的量子狀態(tài)決定，根據(jù)量子力學(xué)原理，粒子的量子狀態(tài)是不同量子狀態(tài)的疊加。所以，量子計(jì)算機(jī)計(jì)算時(shí)采用的量子比特在同一時(shí)間內(nèi)能夠呈現(xiàn)出多種狀態(tài)——既可以是1也可以是0，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)在運(yùn)算中采用的傳統(tǒng)比特在特定時(shí)間內(nèi)只能代表一個(gè)狀態(tài)——1或者0。這就是量子計(jì)算機(jī)與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)最大的不同之處。由于量子疊加狀態(tài)的不確定性，量子計(jì)算可以同時(shí)進(jìn)行大量運(yùn)算，它的潛在應(yīng)用包括搜索由非結(jié)構(gòu)化信息構(gòu)成的數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行任務(wù)最優(yōu)化和解決此前無(wú)法解答的數(shù)學(xué)問(wèn)題。所以，量子計(jì)算機(jī)是大勢(shì)所趨。

實(shí)現(xiàn)方案眾多

量子計(jì)算機(jī)以其獨(dú)特的運(yùn)算邏輯和強(qiáng)大的運(yùn)算性能吸引了無(wú)數(shù)研究機(jī)構(gòu)和科學(xué)家對(duì)其進(jìn)行研究，也相繼取得了一些成果。量子計(jì)算機(jī)以處于量子狀態(tài)的原子作為中央處理器和內(nèi)存，所以研制量子計(jì)算機(jī)，關(guān)鍵在于成功操控單個(gè)量子。相信大家一定對(duì)“薛定諤的貓”這一理論并不陌生，關(guān)在密閉籠子里的貓，由于量子狀態(tài)的不確定性，人們永遠(yuǎn)不知道它是活著還是死亡。所以，處于宏觀世界的我們?nèi)绾尾拍軌蛴行Р倏匚⒂^世界的粒子，是極大的難題。從理論上講，量子計(jì)算機(jī)有幾十種體系，從實(shí)驗(yàn)上也有十幾種實(shí)現(xiàn)方法。

阿羅什帶領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)利用微米量級(jí)的高反射光學(xué)微腔實(shí)現(xiàn)了單個(gè)原子輻射光子的操作；瓦恩蘭的團(tuán)隊(duì)則利用可結(jié)合激光冷卻技術(shù)，在離子阱中實(shí)現(xiàn)了單個(gè)離子的囚禁；IBM的托馬斯·沃森研究中心組建了一支龐大的研究團(tuán)隊(duì)，依賴耶魯大學(xué)和加州大學(xué)圣巴巴拉分校過(guò)去幾年在量子計(jì)算領(lǐng)域取得的進(jìn)展，意欲基于微電子制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算；美國(guó)普林斯頓大學(xué)物理副教授杰森·培塔表示，他和加州大學(xué)圣巴巴拉分校的科學(xué)家利用電子的自旋特性，尋找到了操控電子的方法；利用聲波和超導(dǎo)材料，也可以實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)的拓展；總部位于加拿大的D-Wave公司的量子芯片使用了特殊的鈮金屬（元素符號(hào)Nb，一種類似于銀，柔軟的、可延展的金屬）材料，在低溫下呈超導(dǎo)態(tài)，其中的電流有順時(shí)針、逆時(shí)針以及順逆同時(shí)存在的混合狀態(tài)，而這正可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算。

眾多方法中，最值得一提的便是阿羅什和瓦恩蘭的做法。阿羅什構(gòu)造了一個(gè)腔，把單個(gè)光子囚禁在光腔里，實(shí)現(xiàn)量子的操控，再往腔里放入單個(gè)原子，使原子和光子相互作用，通過(guò)腔的損耗來(lái)調(diào)控它們的狀態(tài)。瓦恩蘭捕獲離子的方法，是用一系列電極營(yíng)造出一個(gè)電場(chǎng)囚籠，離子如被裝進(jìn)碗里的玻璃球，而后，用激光將離子冷卻，最終，最冷的一個(gè)離子安靜地待在碗底。他們獨(dú)立發(fā)明并優(yōu)化了測(cè)量與操作單個(gè)粒子的實(shí)驗(yàn)方法，而且單個(gè)粒子在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中還能保持量子的物理性質(zhì)。

中國(guó)科學(xué)院院士郭光燦這樣評(píng)價(jià)阿羅什和瓦恩蘭的成就：量子計(jì)算這個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)取得了飛速發(fā)展，現(xiàn)在的技術(shù)已經(jīng)超過(guò)當(dāng)初的技術(shù)，但是起點(diǎn)是他們。我們現(xiàn)在關(guān)注的不是單個(gè)離子，而是多個(gè)離子的糾纏，比如兩個(gè)腔怎么連在一起，這是將來(lái)要做的，此外，還會(huì)有各種各樣的腔，比如光學(xué)腔、物體腔和超導(dǎo)腔等?，F(xiàn)在做量子計(jì)算機(jī)，實(shí)際上就是做芯片，把很多離子糾纏在一起，分到各個(gè)區(qū)里面，如果這一步能實(shí)現(xiàn)，量子計(jì)算機(jī)有希望在這方面實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)性突破。

過(guò)程艱難 但前景樂(lè)觀

自“量子計(jì)算機(jī)”的概念提出到現(xiàn)在的30年間，科學(xué)家們紛紛涉足，不管是在理論方面，還是實(shí)踐方面，都取得了一些不可忽視的成就。

近幾年來(lái)，量子計(jì)算機(jī)的領(lǐng)域更是全面開(kāi)花，量子計(jì)算機(jī)不再是人們“只聞其名，不見(jiàn)其形”的概念型產(chǎn)品。英國(guó)布里斯托爾大學(xué)等機(jī)構(gòu)以?shī)W布賴恩為領(lǐng)導(dǎo)的研究人員更是在新一期美國(guó)《科學(xué)》雜志上宣布，成功研發(fā)出一種可用于量子計(jì)算的硅芯片。奧布賴恩表示，利用這種芯片技術(shù)，10年內(nèi)可能就會(huì)研制出超越傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的量子計(jì)算機(jī)。

想要研制出實(shí)用的量子計(jì)算機(jī)，需要面臨科學(xué)技術(shù)方面的多重挑戰(zhàn)，其中最主要的兩大障礙就是：如何讓粒子長(zhǎng)時(shí)間保持量子狀態(tài)，即保持相干性；如何讓盡量多的粒子實(shí)現(xiàn)共同計(jì)算，即實(shí)現(xiàn)量子糾纏。阿羅什和瓦恩蘭給出的實(shí)驗(yàn)方法均成功地打破了這些障礙，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)性的突破。近幾年來(lái)，研究人員以他們的研究成果為出發(fā)點(diǎn)，不斷探索，取得了快速進(jìn)展，可謂前景樂(lè)觀。

需要注意的是，量子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)會(huì)將網(wǎng)絡(luò)安全置于非常危險(xiǎn)的境地，給現(xiàn)有的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)體系以及國(guó)防帶來(lái)潛在威脅。目前大部分的網(wǎng)絡(luò)保密是使用“RSA公開(kāi)碼”的密碼技術(shù)。想要破譯這種密碼，就要對(duì)大數(shù)分解質(zhì)因子，這是極其困難的。按照現(xiàn)有的理論計(jì)算，分解一個(gè)400位數(shù)的質(zhì)因子，用目前最先進(jìn)的巨型計(jì)算機(jī)也需要用10億年的時(shí)間，而人類的歷史才不過(guò)幾百萬(wàn)年。然而，量子計(jì)算機(jī)能夠借助其強(qiáng)大的運(yùn)算功能瞬間完成密碼破譯，這嚴(yán)重動(dòng)搖了RSA公共碼的安全性。

目前，量子計(jì)算機(jī)給人們的印象不過(guò)類似于一個(gè)玩具，娛樂(lè)價(jià)值似乎更高一些，但是在不久的將來(lái)，它一定能夠引領(lǐng)計(jì)算機(jī)世界的潮流。

相關(guān)鏈接

量子計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史

1982年，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者理查德·費(fèi)曼（Richard Feynman）提出“量子計(jì)算機(jī)”的概念。

1985年，英國(guó)牛津大學(xué)的D. Deutsch進(jìn)一步闡述了量子計(jì)算機(jī)的概念，并且證明了量子計(jì)算機(jī)比經(jīng)典圖靈計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)大的功能。

1994年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的專家彼得·秀爾（Peter Shor）證明量子計(jì)算機(jī)能夠完成對(duì)數(shù)運(yùn)算，而且速度遠(yuǎn)勝傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。

2005年，世界第一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)原型機(jī)在美國(guó)誕生，它基本符合了量子力學(xué)的全部本質(zhì)特性。

2007年2月，加拿大D-Wave系統(tǒng)公司宣布研制成功16位量子比特的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)。

2009年，世界第一臺(tái)通用編程量子計(jì)算機(jī)在美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院誕生。

2010年1月，美國(guó)哈佛大學(xué)和澳洲昆士蘭大學(xué)的科學(xué)家利用量子計(jì)算機(jī)準(zhǔn)確算出了氫分子所含的能量。

2010年3月，德國(guó)于利希研究中心發(fā)表公報(bào)：該中心的超級(jí)計(jì)算機(jī)JUGENE成功模擬了42位的量子計(jì)算機(jī)。

第4篇：量子計(jì)算的作用范文

[關(guān)鍵詞] 網(wǎng)絡(luò)支付 信息安全 量子計(jì)算 量子密碼

目前電子商務(wù)日益普及,電子貨幣、電子支票、信用卡等綜合網(wǎng)絡(luò)支付手段已經(jīng)得到普遍使用。在網(wǎng)絡(luò)支付中,隱私信息需要防止被竊取或盜用。同時(shí),訂貨和付款等信息被競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手獲悉或篡改還可能喪失商機(jī)等。因此在網(wǎng)絡(luò)支付中信息均有加密要求。

一、量子計(jì)算

隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，破譯數(shù)學(xué)密碼的難度也在降低。若能對(duì)任意極大整數(shù)快速做質(zhì)數(shù)分解，就可破解目前普遍采用的RSA密碼系統(tǒng)。但是以傳統(tǒng)已知最快的方法對(duì)整數(shù)做質(zhì)數(shù)分解，其復(fù)雜度是此整數(shù)位數(shù)的指數(shù)函數(shù)。正是如此巨額的計(jì)算復(fù)雜度保障了密碼系統(tǒng)的安全。

不過(guò)隨著量子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn),計(jì)算達(dá)到超高速水平。其潛在計(jì)算速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的電子計(jì)算機(jī)，如一臺(tái)具有5000個(gè)左右量子位(qubit)的量子計(jì)算機(jī)可以在30秒內(nèi)解決傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)需要100億年才能解決的問(wèn)題。量子位可代表了一個(gè)0或1,也可代表二者的結(jié)合,或是0和1之間的一種狀態(tài)。根據(jù)量子力學(xué)的基本原理,一個(gè)量子可同時(shí)有兩種狀態(tài),即一個(gè)量子可同時(shí)表示0和1。因此采用L個(gè)量子可一次同時(shí)對(duì)2L個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,從而一步完成海量計(jì)算。

這種對(duì)計(jì)算問(wèn)題的描述方法大大降低了計(jì)算復(fù)雜性，因此建立在這種能力上的量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)所無(wú)法相比的。例如一臺(tái)只有幾千量子比特的相對(duì)較小量子計(jì)算機(jī)就能破譯現(xiàn)存用來(lái)保證網(wǎng)上銀行和信用卡交易信息安全的所有公用密鑰密碼系統(tǒng)。因此，量子計(jì)算機(jī)會(huì)對(duì)現(xiàn)在的密碼系統(tǒng)造成極大威脅。不過(guò)，量子力學(xué)同時(shí)也提供了一個(gè)檢測(cè)信息交換是否安全的辦法，即量子密碼技術(shù)。

二、量子密碼技術(shù)的原理

從數(shù)學(xué)上講只要掌握了恰當(dāng)?shù)姆椒ㄈ魏蚊艽a都可破譯。此外，由于密碼在被竊聽(tīng)、破解時(shí)不會(huì)留下任何痕跡，用戶無(wú)法察覺(jué)，就會(huì)繼續(xù)使用同地址、密碼來(lái)存儲(chǔ)傳輸重要信息，從而造成更大損失。然而量子理論將會(huì)完全改變這一切。

自上世紀(jì)90年代以來(lái)科學(xué)家開(kāi)始了量子密碼的研究。因?yàn)椴捎昧孔用艽a技術(shù)加密的數(shù)據(jù)不可破譯，一旦有人非法獲取這些信息,使用者就會(huì)立即知道并采取措施。無(wú)論多么聰明的竊聽(tīng)者在破譯密碼時(shí)都會(huì)留下痕跡。更驚嘆的是量子密碼甚至能在被竊聽(tīng)的同時(shí)自動(dòng)改變。毫無(wú)疑問(wèn)這是一種真正安全、不可竊聽(tīng)破譯的密碼。

以往密碼學(xué)的理論基礎(chǔ)是數(shù)學(xué)，而量子密碼學(xué)的理論基礎(chǔ)是量子力學(xué)，利用物理學(xué)原理來(lái)保護(hù)信息。其原理是“海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理”中所包含的一個(gè)特性，即當(dāng)有人對(duì)量子系統(tǒng)進(jìn)行偷窺時(shí)，同時(shí)也會(huì)破壞這個(gè)系統(tǒng)。在量子物理學(xué)中有一個(gè)“海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理”,如果人們開(kāi)始準(zhǔn)確了解到基本粒子動(dòng)量的變化，那么也就開(kāi)始喪失對(duì)該粒子位置變化的認(rèn)識(shí)。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(gè)光子)的行為都會(huì)使之改變路線,從而無(wú)法發(fā)現(xiàn)該粒子的實(shí)際位置。從這個(gè)原理也可知，對(duì)光子來(lái)講只有對(duì)光子實(shí)施干擾才能“看見(jiàn)”光子。因此對(duì)輸運(yùn)光子線路的竊聽(tīng)會(huì)破壞原通訊線路之間的相互關(guān)系,通訊會(huì)被中斷,這實(shí)際上就是一種不同于傳統(tǒng)需要加密解密的加密技術(shù)。在傳統(tǒng)加密交換中兩個(gè)通訊對(duì)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(shù)據(jù)信息。而先于信息傳輸?shù)拿荑€交換正是傳統(tǒng)加密協(xié)議的弱點(diǎn)。另外,還有“單量子不可復(fù)制定理”。它是上述原理的推論,指在不知道量子狀態(tài)的情況下復(fù)制單個(gè)量子是不可能的,因?yàn)橐獜?fù)制單個(gè)量子就必須先做測(cè)量,而測(cè)量必然會(huì)改變量子狀態(tài)。根據(jù)這兩個(gè)原理,即使量子密碼不幸被電腦黑客獲取,也會(huì)因測(cè)量過(guò)程中對(duì)量子狀態(tài)的改變使得黑客只能得到一些毫無(wú)意義的數(shù)據(jù)。

量子密碼就是利用量子狀態(tài)作為信息加密、解密的密鑰，其原理就是被愛(ài)因斯坦稱為“神秘遠(yuǎn)距離活動(dòng)”的量子糾纏。它是一種量子力學(xué)現(xiàn)象，指不論兩個(gè)粒子間距離有多遠(yuǎn)，一個(gè)粒子的變化都會(huì)影響另一個(gè)粒子。因此當(dāng)使用一個(gè)特殊晶體將一個(gè)光子割裂成一對(duì)糾纏的光子后，即使相距遙遠(yuǎn)它們也是相互聯(lián)結(jié)的。只要測(cè)量出其中一個(gè)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(chǎn)生的密碼只有通過(guò)特定發(fā)送器、吸收器才能閱讀。同時(shí)由于這些光子間的“神秘遠(yuǎn)距離活動(dòng)”獨(dú)一無(wú)二，只要有人要非法破譯這些密碼，就會(huì)不可避免地?cái)_亂光子的性質(zhì)。而且異動(dòng)的光子會(huì)像警鈴一樣顯示出入侵者的蹤跡，再高明的黑客對(duì)這種加密技術(shù)也將一籌莫展。

三、量子密碼技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)支付中的發(fā)展與應(yīng)用

由于量子密碼技術(shù)具有極好的市場(chǎng)前景和科學(xué)價(jià)值，故成為近年來(lái)國(guó)際學(xué)術(shù)界的一個(gè)前沿研究熱點(diǎn)，歐洲、北美和日本都進(jìn)行了大量的研究。在一些前沿領(lǐng)域量子密碼技術(shù)非常被看好，許多針對(duì)性的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)正在進(jìn)行。例如美國(guó)的BBN多種技術(shù)公司正在試驗(yàn)將量子密碼引進(jìn)因特網(wǎng)，并抓緊研究名為“開(kāi)關(guān)”的設(shè)施，使用戶可在因特網(wǎng)的大量加密量子流中接收屬于自己的密碼信息。應(yīng)用在電子商務(wù)中，這種設(shè)施就可以確保在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)支付時(shí)用戶密碼等各重要信息的安全。

2007年3月國(guó)際上首個(gè)量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)由我國(guó)科學(xué)家郭光燦在北京測(cè)試運(yùn)行成功。這是迄今為止國(guó)際公開(kāi)報(bào)道的惟一無(wú)中轉(zhuǎn)、可同時(shí)任意互通的量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)，標(biāo)志著量子保密通信技術(shù)從點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式向網(wǎng)絡(luò)化邁出了關(guān)鍵一步。2007年4月日本的研究小組利用商業(yè)光纖線路成功完成了量子密碼傳輸?shù)尿?yàn)證實(shí)驗(yàn)，據(jù)悉此研究小組還計(jì)劃在2010年將這種量子密碼傳輸技術(shù)投入使用，為金融機(jī)構(gòu)和政府機(jī)關(guān)提供服務(wù)。

隨著量子密碼技術(shù)的發(fā)展，在不久的將來(lái)它將在網(wǎng)絡(luò)支付的信息保護(hù)方面得到廣泛應(yīng)用，例如獲取安全密鑰、對(duì)數(shù)據(jù)加密、信息隱藏、信息身份認(rèn)證等。相信未來(lái)量子密碼技術(shù)將在確保電子支付安全中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

參考文獻(xiàn):

[1]王阿川宋辭等:一種更加安全的密碼技術(shù)――量子密碼[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào),2007,17(1):107～110

第5篇：量子計(jì)算的作用范文

【關(guān)鍵詞】傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)；發(fā)展；量子；納米；新型計(jì)算機(jī)

自1946年第一臺(tái)電子傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)技術(shù)在元件器件、硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、軟件系統(tǒng)、應(yīng)用等方面，均有驚人進(jìn)步?，F(xiàn)代傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)小到微型傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)和個(gè)人傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，大到巨型傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)，形態(tài)、特性多種多樣，已廣泛用于科學(xué)計(jì)算、事務(wù)處理和過(guò)程控制，日益深入社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)社會(huì)的進(jìn)步產(chǎn)生深刻影響。

一、對(duì)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的認(rèn)識(shí)

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)是人類腦力的延伸和擴(kuò)充，是近代科學(xué)的重大成就之一。它按人的要求接收和存儲(chǔ)信息，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，并輸出結(jié)果信息。

1.系統(tǒng)組成

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)：內(nèi)核是硬件系統(tǒng)，是進(jìn)行信息處理的實(shí)際物理裝置。最外層是使用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的人，即用戶。人與硬件系統(tǒng)之間的接口界面是軟件系統(tǒng)，它大致可分為系統(tǒng)軟件、支援軟件和應(yīng)用軟件三層。

硬件硬件系統(tǒng)主要由中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出控制系統(tǒng)和各種外部設(shè)備組成。中央處理器是對(duì)信息進(jìn)行高速運(yùn)算處理的主要部件，其處理速度可達(dá)每秒幾億次以上操作。存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)程序、數(shù)據(jù)和文件，常由快速的主存儲(chǔ)器（容量可達(dá)數(shù)百兆字節(jié)，甚至數(shù)G字節(jié)）和慢速海量輔助存儲(chǔ)器（容量可達(dá)數(shù)十G或數(shù)百G以上）組成。各種輸入輸出外部設(shè)備是人機(jī)間的信息轉(zhuǎn)換器，由輸入-輸出控制系統(tǒng)管理外部設(shè)備與主存儲(chǔ)器（中央處理器）之間的信息交換。

軟件系統(tǒng)的最內(nèi)層是系統(tǒng)軟件，它由操作系統(tǒng)、實(shí)用程序、編譯程序等組成。操作系統(tǒng)實(shí)施對(duì)各種軟硬件資源的管理控制。實(shí)用程序是為方便用戶所設(shè)，如文本編輯等。編譯程序的功能是把用戶用匯編語(yǔ)言或某種高級(jí)語(yǔ)言所編寫(xiě)的程序，翻譯成機(jī)器可執(zhí)行的機(jī)器語(yǔ)言程序。支撐軟件有接口軟件、工具軟件、環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)等，它能支持用機(jī)的環(huán)境，提供軟件研制工具。支援軟件也可認(rèn)為是系統(tǒng)軟件的一部分。應(yīng)用軟件是用戶按其需要自行編寫(xiě)。

2.系統(tǒng)特點(diǎn)

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)是能進(jìn)行精確、快速的計(jì)算和判斷，而且通用性好，使用容易，還能聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)。①計(jì)算：一切復(fù)雜的計(jì)算，幾乎都可用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)通過(guò)算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)。②判斷：傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)有判別不同情況、選擇作不同處理的能力，故可用于管理、控制、對(duì)抗、決策、推理等領(lǐng)域。③存儲(chǔ)：傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)能存儲(chǔ)巨量信息。④精確：只要字長(zhǎng)足夠，計(jì)算精度理論上不受限制。⑤快速：傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)一次操作所需時(shí)間已小到以納秒計(jì)。⑥通用：傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)是可編程的，不同程序可實(shí)現(xiàn)不同的應(yīng)用。⑦易用：豐富的高性能軟件及智能化的人-機(jī)接口，大大方便了使用。⑧聯(lián)網(wǎng)：多個(gè)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能超越地理界限，借助通信網(wǎng)絡(luò)，共享遠(yuǎn)程信息與軟件資源。

3.系統(tǒng)局限

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，它的心臟依賴的是硅芯片，但是一個(gè)芯片的面積總有限。如果繼續(xù)使用現(xiàn)在的芯片，15年以后，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的發(fā)展將走到盡頭。在由上海中國(guó)工程院院士中心召開(kāi)的院士沙龍上，院士們?cè)A(yù)言，10-15年后將是傳統(tǒng)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)發(fā)展的“死限”，院士呼吁我國(guó)應(yīng)加快研制新型計(jì)算機(jī)。

二、新型高性能計(jì)算機(jī)

硅芯片技術(shù)高速發(fā)展的同時(shí)，也意味看硅技術(shù)越來(lái)越接近其物理極限。為此，世界各國(guó)的研究人員正在加緊研究開(kāi)發(fā)新型計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)與技術(shù)都將產(chǎn)生一次量與質(zhì)的飛躍。新型的量子計(jì)算機(jī)、光子計(jì)算機(jī)、分子計(jì)算機(jī)、納米計(jì)算機(jī)等，將會(huì)在二十一世紀(jì)走進(jìn)我們的生活，遍布各個(gè)領(lǐng)域。

1.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，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Pentium DI晶片快10億倍。除具有高速并行處理數(shù)據(jù)的能力外，量子計(jì)算機(jī)還將對(duì)現(xiàn)有的保密體系、國(guó)家安全意識(shí)產(chǎn)生重大的沖擊。

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。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。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。量子編碼采用糾錯(cuò)、避錯(cuò)和防錯(cuò)等。量子計(jì)算機(jī)使計(jì)算的概念煥然一新。

2.光子計(jì)算機(jī)

光子計(jì)算機(jī)是利用光子取代電子進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算、傳翰和存儲(chǔ)。光子計(jì)算機(jī)即全光數(shù)字計(jì)算機(jī)，以光子代替電子，光互連代替導(dǎo)線互連，光硬件代替計(jì)算機(jī)中的電子硬件，光運(yùn)算代替電運(yùn)算。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)，可以對(duì)復(fù)雜度高、計(jì)算量大的任務(wù)實(shí)現(xiàn)快速地并行處理。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.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。目前正在研究的主要有生物分子或超分子芯片、自動(dòng)機(jī)模型、仿生算法、分子化學(xué)反應(yīng)算法等幾種類型。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)。美國(guó)已研制出分子計(jì)算機(jī)分子電路的基礎(chǔ)元器件，可在光照幾萬(wàn)分之一秒的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流。以色列科學(xué)家已經(jīng)研制出一種由DNA分子和酶分子構(gòu)成的微型分子計(jì)算機(jī)。預(yù)計(jì)20年后，分子計(jì)算機(jī)將進(jìn)人實(shí)用階段。

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，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。美國(guó)正在研制一種連接納米管的方法，用這種方法連接的納米管可用作芯片元件，發(fā)揮電子開(kāi)關(guān)、放大和晶體管的功能。專家預(yù)測(cè)，10年后納米技術(shù)將會(huì)走出實(shí)驗(yàn)室，成為科技應(yīng)用的一部分。納米計(jì)算機(jī)體積小、造價(jià)低、存量大、性能好，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。

科學(xué)在發(fā)展，人類在進(jìn)步，歷史上的新生事物都要經(jīng)過(guò)一個(gè)從無(wú)到有的艱難歷程。隨著一代又一代科學(xué)家們的不斷努力，我們相信，新型計(jì)算機(jī)與相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，必將推進(jìn)全球經(jīng)濟(jì)社會(huì)高速發(fā)展，成為二十一世紀(jì)科技領(lǐng)域的重大創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)人類發(fā)展史上的重大突破。人類未來(lái)的生活必將在新型計(jì)算機(jī)的推動(dòng)下越來(lái)越奇妙，越來(lái)越優(yōu)越。

參考文獻(xiàn)

[1]劉科偉，黃建國(guó).量子計(jì)算與量子計(jì)算機(jī)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2002（38）.

[2]王延汀.談?wù)劰庾佑?jì)算機(jī)[J].現(xiàn)代物理知識(shí)，2004（16）.

[3]陳連水，袁鳳輝，鄧放.分子計(jì)算機(jī)[J].分子信息學(xué)，2005（3）.

第6篇：量子計(jì)算的作用范文

為實(shí)現(xiàn)對(duì)氫核量子特性的精確探測(cè)和描述，江穎課題組和王恩哥課題組近年來(lái)在相關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)和理論方法上分別取得突破。他們成功發(fā)展了對(duì)于氫核敏感的超高分辨掃描探針顯微術(shù)，開(kāi)發(fā)了基于第一性原理的路徑積分分子動(dòng)力學(xué)方法（全量子化計(jì)算），實(shí)現(xiàn)了單個(gè)水分子內(nèi)部自由度的成像和水的氫鍵網(wǎng)絡(luò)構(gòu)型的直接識(shí)別，并在此基礎(chǔ)上探測(cè)到氫核的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移過(guò)程。

上圖左邊為利用掃描隧道顯微鏡測(cè)量水的量子效應(yīng)的示意圖。上圖右邊為單個(gè)水分子的非彈性電子隧穿譜，從中可分辨水分子的拉伸、彎曲和轉(zhuǎn)動(dòng)等振動(dòng)模式，這些振動(dòng)可以作為靈敏的探針來(lái)探測(cè)氫核的量子運(yùn)動(dòng)對(duì)氫鍵的影響。

最近，他們又基于掃描隧道顯微鏡研發(fā)了一套“針尖增強(qiáng)的非彈性電子隧穿譜”技術(shù)，突破了傳統(tǒng)非彈性電子隧穿譜技術(shù)在信噪比和分辨率方面的限制，在國(guó)際上首次獲得了單個(gè)水分子的高分辨振動(dòng)譜，并由此測(cè)得了單個(gè)氫鍵的強(qiáng)度。

通過(guò)可控的同位素替換實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合全量子化計(jì)算模擬，研究人員發(fā)現(xiàn)氫鍵的量子成分可遠(yuǎn)大于室溫下的熱能，表明氫核的量子效應(yīng)不只是對(duì)經(jīng)典相互作用的簡(jiǎn)單修正，其足以對(duì)水的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)產(chǎn)生顯著的影響。進(jìn)一步分析表明，氫核的非簡(jiǎn)諧零點(diǎn)運(yùn)動(dòng)會(huì)弱化弱氫鍵，強(qiáng)化強(qiáng)氫鍵，這個(gè)物理圖像對(duì)于各種氫鍵體系具有相當(dāng)?shù)钠者m性，澄清了學(xué)術(shù)界長(zhǎng)期爭(zhēng)論的氫鍵的量子本質(zhì)。

第7篇：量子計(jì)算的作用范文

【摘要】 本研究在水相中合成了高質(zhì)量的巰基乙酸包被的CdTe量子點(diǎn)。在pH 5.8～8.0范圍內(nèi)的PBS緩沖溶液中，CdTe量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度與體系酸度存在良好的線性關(guān)系。利用NH+4 對(duì)量子點(diǎn)熒光的猝滅作用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水溶液中NH+4 的定量檢測(cè)。在最優(yōu)條件下，CdTe量子點(diǎn)酸度敏感探針熒光的猝滅程度與NH+4濃度呈良好的線性關(guān)系，線性范圍為0.05～6.0 mmol/L，檢出限為0.15 μmol/L。對(duì)1.0 mmol/L標(biāo)準(zhǔn)溶液平行測(cè)定11次，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.2%。利用標(biāo)準(zhǔn)加入法對(duì)水樣中NH+4含量進(jìn)行了測(cè)定，其結(jié)果與蒸餾酸滴定法的結(jié)果基本一致。

【關(guān)鍵詞】 碲化鎘，量子點(diǎn)，酸度敏感熒光探針，銨根離子

1 引 言

量子點(diǎn)是一種由II～VI族或III～V族元素組成的、穩(wěn)定的、溶于水的、粒徑介于1～100 nm之間能夠受光激發(fā)產(chǎn)生熒光的半導(dǎo)體納米晶粒[1，2]。量子點(diǎn)獨(dú)特的性質(zhì)在于它自身的量子效應(yīng)。當(dāng)顆粒尺寸進(jìn)入納米量級(jí)時(shí)，尺寸限域?qū)⒁鸪叽缧?yīng)、量子限域效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)和表面效應(yīng)。量子點(diǎn)在生命科學(xué)、分析科學(xué)、材料科學(xué)、免疫醫(yī)學(xué)、檢驗(yàn)檢疫等研究領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越大的作用[2～4]。

研究表明，量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度通常隨介質(zhì)pH的改變而變化，這為以量子點(diǎn)作酸度敏感探針提供了理論基礎(chǔ)[5～7]。Susha等[8]發(fā)現(xiàn)CdTe量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度在pH 6～12范圍內(nèi)無(wú)明顯變化，在pH值為4～6范圍內(nèi)隨酸度增強(qiáng)，熒光強(qiáng)度線性猝滅，且最大發(fā)射峰位基本不變。據(jù)此，他們首先提出水溶性的CdTe量子點(diǎn)將可能成為氫離子探針。以量子點(diǎn)為酸度敏感探針時(shí)，硫醇修飾的CdTe量子點(diǎn)比CdSe量子點(diǎn)前景更好，因?yàn)榍罢呖梢栽?0～100 ℃下合成，且量子產(chǎn)率較高，粒徑可調(diào)，水溶性好，合成過(guò)程中很容易被巰基乙酸、L半胱氨酸等生物分子修飾[9，10]而用于生物樣品的測(cè)定。更重要的是，巰基乙酸修飾的CdTe量子點(diǎn)不經(jīng)任何處理就表現(xiàn)出很好的酸度敏感性，而用CdSe量子點(diǎn)制備酸度敏感探針則非常繁瑣[11，12]。本研究使用巰基乙酸修飾的CdTe量子點(diǎn)定量測(cè)定了NH+4含量，結(jié)果令人滿意。

水中NH+4的來(lái)源主要為生活污水中含氮有機(jī)物受微生物作用的分解產(chǎn)物和某些工業(yè)廢水以及農(nóng)田排水[13]。在有氧環(huán)境中，NH+4含量較高時(shí)可轉(zhuǎn)變?yōu)閬喯跛猁}，對(duì)魚(yú)類有毒害作用，對(duì)人體健康也會(huì)產(chǎn)生危害。測(cè)定水中NH+4含量有助于評(píng)價(jià)水體被污染和“自凈”狀況。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器與試劑

LS55熒光分光光度計(jì)(美國(guó)PE公司);UV2100雙光束紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(北京瑞利分析儀器公司); DF101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(鞏義市英峪予華儀器廠); PHS3C數(shù)字式pH計(jì)(上海理達(dá)儀器廠); FA 1004N分析天平，精密度0.0001 g(上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司); SZ93自動(dòng)雙重純水蒸餾器(上海亞榮生化儀器廠); CHAS往返氣浴恒溫振蕩器(江蘇金壇大地自動(dòng)化儀器廠)。

碲粉(Te，上?；瘜W(xué)試劑站分裝廠);氯化鎘(CdCl2·2.5H2O，北京化工廠);巰基乙酸(HSCH2COOH，TGA，中國(guó)醫(yī)藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑公司); NaBH4(中國(guó)醫(yī)藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑公司); NaOH(沈陽(yáng)醫(yī)藥股份有限公司化玻公司); NH4Cl(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司);PBS緩沖溶液：分別準(zhǔn)確稱取17.91 g Na2HPO4·12H2O和7.80 g NaH2PO4·2H2O溶于水中，均定容至100 mL。調(diào)整兩種溶液的混合比，可得到不同pH值的PBS緩沖溶液。所有的試劑均為分析純，實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 量子點(diǎn)的制備 參考文獻(xiàn)[14]，采用水熱法合成巰基乙酸包被的CdTe量子點(diǎn)。準(zhǔn)確稱取適量NaBH4和碲粉于具塞反應(yīng)瓶中，加入4 mL水后置于冰浴開(kāi)始反應(yīng)，得到CdTe量子點(diǎn)的前驅(qū)體。將前驅(qū)體NaHTe溶液迅速加入到鎘的巰基乙酸溶液中，攪拌通入氮?dú)?0 min，得到了CdTe原溶液。將CdTe原溶液裝入聚四氟乙烯硝化罐中，于100 ℃恒溫干燥箱中加熱2 h，即得到實(shí)驗(yàn)中使用的熒光發(fā)射波長(zhǎng)為567 nm的量子點(diǎn)膠體，其濃度為5.0×10-3 mol/L(以Te2計(jì)算)。用UV2100雙光束紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)和LS55熒光分光光度計(jì)對(duì)所合成量子點(diǎn)的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征。

2.2.2 量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度與體系酸度關(guān)系的考察 取適量量子點(diǎn)用二次蒸餾水稀釋50倍，置陰暗處備用。在4 mL樣品管中依次加入100 μL稀釋后的量子點(diǎn)及1900 μL不同酸度值的PBS緩沖溶液，混合均勻，放置30 min后，用熒光分光光度計(jì)測(cè)定其熒光強(qiáng)度值。

2.2.3 NH+4含量的測(cè)定 在5 mL可密閉樣品管中依次加入100 μL一定濃度的CdTe量子點(diǎn)、400 μL 0.05 mol/LPBS緩沖溶液、二次蒸餾水及不同體積NH+4，通過(guò)調(diào)整H2O的加入體積，使體系總積為4 mL。將樣品管置于空氣浴搖床中，常溫下低速振蕩15 min使其充分反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束放置5 min待溶液穩(wěn)定后于熒光分光光度計(jì)測(cè)定各組溶液的熒光強(qiáng)度I。計(jì)算試劑空白熒光強(qiáng)度與不同濃度NH+4 的熒光強(qiáng)度比值的對(duì)數(shù)值ln(I0/I)，并考察ln(I0/I)與對(duì)應(yīng)濃度之間的關(guān)系。

3 結(jié)果與討論

3.1 巰基乙酸包被CdTe量子點(diǎn)的光學(xué)性質(zhì)

按實(shí)驗(yàn)方法合成出了光學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、發(fā)射峰峰位分布范圍寬的水溶性量子點(diǎn)。如圖1所示，實(shí)驗(yàn)中所用量子點(diǎn)紫外吸收光譜寬而且連續(xù)，同時(shí)還具有很寬的熒光激發(fā)波長(zhǎng)范圍，其熒光發(fā)射峰峰形對(duì)稱，半峰寬窄(30～50 nm)，熒光強(qiáng)度高。 圖1 CdTe量子點(diǎn)的紫外可見(jiàn)吸收光譜(a)，熒光激發(fā)光譜(b)和熒光發(fā)射光譜(c)

3.2 體系酸度對(duì)量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度的影響

按實(shí)驗(yàn)方法考察了3種緩沖溶液(PBS， BR， TrisHCl)對(duì)量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度的影響，發(fā)現(xiàn)量子點(diǎn)在等濃度、相同體積的3種緩沖溶液中熒光強(qiáng)度依次降低。由于CdTe量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度線性變化的酸度范圍大致在pH 5.5～8.0內(nèi)，與PBS緩沖溶液(pKa=6.80)的緩沖范圍相當(dāng)，因此在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中選擇PBS緩沖溶液來(lái)維持體系酸度的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在pH 5.8～8.0范圍內(nèi)隨著酸度的增強(qiáng)，量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度被顯著猝滅，并且熒光強(qiáng)度與酸度之間呈良好的線性關(guān)系，r= 0.9990(如圖2)。

3.3 NH+4對(duì)量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度的影響

NH+4在水中可水解生成H+， NH+4濃度越大，體系酸度隨之增強(qiáng)?？疾炝嗽谙嗤瑵舛鹊牧孔狱c(diǎn)溶液(1.25×10-5 mol/L)中加入不同濃度的NH+4后，量子點(diǎn)酸度敏感熒光探針熒光強(qiáng)度的變化。結(jié)果表明，在0～5.0 μmol/L范圍內(nèi)，NH+4能夠使量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度增強(qiáng)(圖3b)，而在5.0×10-3～3.0 mmol/L范圍內(nèi)，隨著NH+4加入量的增大，量子點(diǎn)熒光逐漸被猝滅(圖3a)。

用量子點(diǎn)熒光探針檢測(cè)NH+4時(shí)，低濃度的NH+4能夠使量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度增強(qiáng)。對(duì)于1.25×10-5 mol/L的量子點(diǎn)，當(dāng)NH+4濃度達(dá)到5.0 μmol/L后，隨著NH+4的增多，量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度則逐漸降低。這種現(xiàn)象既不同于量子點(diǎn)與生物大分子偶聯(lián)時(shí)所表現(xiàn)出的單一熒光增強(qiáng)作用，也不同于重金屬離子與量子點(diǎn)作用時(shí)表現(xiàn)出的單一熒光猝滅作用。所以有必要對(duì)NH+4與量子點(diǎn)作用機(jī)理進(jìn)行討論。

本研究所用量子點(diǎn)酸度敏感熒光探針表面修飾有巰基乙酸(HSCH2COOH)，在pH=7.0時(shí)其表面帶負(fù)電荷，而NH+4帶正電，二者容易受靜電引力作用發(fā)生偶聯(lián)。NH+4被量子點(diǎn)吸附在其表面之后，將對(duì)量子點(diǎn)表面未吸附其它陽(yáng)離子的缺陷部分進(jìn)行修飾，從而使量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度增強(qiáng)。當(dāng)NH+4濃度增加到一定程度時(shí)，量子點(diǎn)表面能夠容納NH+4的量達(dá)到飽和。此后若繼續(xù)增加NH+4濃度，由NH+4水解造成的酸度增強(qiáng)將使量子點(diǎn)表面配體缺失，這時(shí)酸效應(yīng)所產(chǎn)生的熒光猝滅作用使量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度顯著降低。

為考察量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度增強(qiáng)的機(jī)理，分別采用半胱氨酸和半胱胺包被的CdTe量子點(diǎn)與NH+4作用，考察低濃度的NH+4能否對(duì)上述兩種量子點(diǎn)產(chǎn)生熒光增敏作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， 在0.25～2.0 mmol/L范圍內(nèi)，半胱氨酸包被的CdTe量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度隨NH+4濃度增加而增強(qiáng); 而半胱胺包被的CdTe量子點(diǎn)在此濃度范圍內(nèi)未觀察到熒光強(qiáng)度增強(qiáng)，且更低的NH+4濃度也未對(duì)半胱胺包被的量子點(diǎn)表現(xiàn)出熒光增強(qiáng)作用。在pH 7.0時(shí)，半胱氨酸包被的CdTe量子點(diǎn)同巰基乙酸包被的CdTe量子點(diǎn)一樣，表面帶負(fù)電，而半胱胺包被的CdTe量子點(diǎn)帶正電。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，NH+4是通過(guò)靜電引力作用對(duì)表面帶負(fù)電荷的量子點(diǎn)表面進(jìn)行修飾而使其熒光強(qiáng)度增強(qiáng)。

3.4 量子點(diǎn)濃度的選擇、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度的影響

等量的NH+4對(duì)不同濃度量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度的影響不同。當(dāng)量子點(diǎn)濃度過(guò)高時(shí)，NH+4對(duì)量子點(diǎn)熒光猝滅作用不明顯，且量子點(diǎn)本身發(fā)生自體猝滅作用，不利于熒光強(qiáng)度的檢測(cè)且浪費(fèi)實(shí)驗(yàn)原料;若量子點(diǎn)濃度過(guò)低，NH+4對(duì)量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度猝滅程度過(guò)大，導(dǎo)致方法線性范圍過(guò)窄，不利于定量檢測(cè)。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，選擇稀釋800倍(6.25 μmol/L)的量子點(diǎn)為酸度敏感熒光探針定量檢測(cè)痕量NH+4。

量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度15 min后趨于穩(wěn)定，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間至50 min，熒光強(qiáng)度基本不變。本方法在加入NH+4 20 min后測(cè)定。由于反應(yīng)體系的溫度對(duì)體系熒光強(qiáng)度的影響不大，本方法選擇在室溫下進(jìn)行測(cè)定。

3.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在0.05～ 6.0 mmol/L范圍內(nèi)，CdTe量子點(diǎn)的熒光猝滅程度ln(I0/I)與NH+4 濃度存在良好的線性關(guān)系，其線性方程為ln(I0/I)=0.05479C + 0.00503(I0為熒光強(qiáng)度最大值，I為不同濃度NH+4 對(duì)應(yīng)的熒光強(qiáng)度值，C為NH+4濃度，單位mmol/L)，線性相關(guān)系數(shù)為0.9997; 檢出限(3σ)為1.5×10-5 mol/L。對(duì)濃度為1.0 mmol/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液平行測(cè)定11次，得到的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.2%。

3.6 共存物質(zhì)的影響

在NH+4濃度為5.0×10-5 mol/L時(shí)，考察了常見(jiàn)共存離子對(duì)體系熒光強(qiáng)度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，50倍的K+， Na+， Mg2+， Ca2+， Fe3+等陽(yáng)離子; 100倍的Cl-， NO-3， I-等陰離子均不干擾測(cè)定。Cu2+， Fe2+， Cd2+， CO2-3等離子對(duì)測(cè)定有較大干擾，但在所測(cè)樣品中通常含量不高，所以可以用本方法測(cè)定基體不很復(fù)雜的樣品中NH+4含量。

3.7 水樣中NH+4含量測(cè)定

用標(biāo)準(zhǔn)曲線法測(cè)定實(shí)際樣品的回收率較差，這說(shuō)明存在基體干擾。在實(shí)驗(yàn)中為了消除共存物質(zhì)的干擾，采用標(biāo)準(zhǔn)加入法對(duì)水樣中NH+4進(jìn)行測(cè)定。實(shí)驗(yàn)證明，采用標(biāo)準(zhǔn)加入法對(duì)水樣中NH+4進(jìn)行測(cè)定可以得到滿意的結(jié)果。向5個(gè)盛有1 mL水樣的樣品管中依次加入等量的CdTe量子點(diǎn)(酸度敏感探針)、PBS緩沖溶液及不同濃度的NH4Cl標(biāo)準(zhǔn)溶液，加入不同體積的純水使體系總體積為2 mL。使用熒光分光光度計(jì)測(cè)定加入不同量NH+4后體系熒光強(qiáng)度I，計(jì)算試劑空白熒光強(qiáng)度與其熒光強(qiáng)度比值的對(duì)數(shù)值ln(I0/I)，并繪制ln(I0/I)與對(duì)應(yīng)濃度之間的校正曲線。對(duì)樣品平行測(cè)定9次，測(cè)得各樣品加標(biāo)后的熒光強(qiáng)度值，并用外推法算得所測(cè)水樣中NH+4含量為(77.2±8.3) μmol/L，即(1.39±0.15) mg/L，與蒸餾酸滴定法所測(cè)結(jié)果((1.20±0.20) mg/L，n=9)基本一致。

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第8篇：量子計(jì)算的作用范文

作為量子實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星先導(dǎo)專項(xiàng)首席科學(xué)家，潘建偉院士和他的團(tuán)隊(duì)在量子通信的研究道路上遭遇過(guò)怎樣不為人知的挫折？在歐美眾多實(shí)力強(qiáng)勁的國(guó)家中，潘建ネ哦游何選擇奧地利作為量子通信項(xiàng)目的合作伙伴？作為量子通信領(lǐng)域的技術(shù)強(qiáng)國(guó)，中國(guó)正從經(jīng)典信息技術(shù)的跟隨者，轉(zhuǎn)變成未來(lái)信息技術(shù)的并跑者乃至領(lǐng)跑者，而在此過(guò)程中，我國(guó)量子通信技術(shù)在發(fā)展過(guò)程中又有著怎樣里程碑式的事件？

為獲取這些問(wèn)題的答案，我們邀請(qǐng)到了中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)常務(wù)副校長(zhǎng)潘建偉，并對(duì)其進(jìn)行了專題訪問(wèn)。

尖端科技背后的故事

潘建偉介紹，在量子通信技術(shù)的研發(fā)過(guò)程中，單個(gè)光量子的制備和探測(cè)是主要的兩個(gè)技術(shù)難題。首先是制備單個(gè)光量子的技術(shù)難題。潘建偉舉了一個(gè)非常形象的例子來(lái)解釋這一關(guān)鍵技術(shù)的難度：一個(gè)十五瓦左右的普通燈泡每秒鐘輻射出的光量子個(gè)數(shù)可以達(dá)到百億億個(gè)，要想實(shí)現(xiàn)單個(gè)光量子的制備就如同在瞬間發(fā)射出來(lái)的百億億個(gè)光量子中捕捉到其中的一個(gè)，技術(shù)難度可想而知。另一個(gè)難題是單光子的探測(cè)。單個(gè)光子是光能量的最小單元，能量非常微弱，需要發(fā)展出非常精密和高效的單光子探測(cè)技術(shù)。具備了單個(gè)光量子的制備和探測(cè)的能力后，我們就可以實(shí)現(xiàn)安全的量子通信了。

量子信息的應(yīng)用除了實(shí)現(xiàn)無(wú)條件安全的通信外，還可以帶來(lái)計(jì)算能力的飛躍，這就需要把一個(gè)個(gè)的單量子糾纏起來(lái)。量子計(jì)算機(jī)的能力是隨著糾纏粒子數(shù)目呈指數(shù)增長(zhǎng)的，例如，有100個(gè)粒子的糾纏，每個(gè)粒子可以處于“0”和“1”的相干疊加，100個(gè)糾纏的粒子就可以同時(shí)處于2100個(gè)狀態(tài)的疊加，這就相當(dāng)于同時(shí)對(duì)2100個(gè)數(shù)進(jìn)行操縱，計(jì)算能力大幅提升。把一個(gè)個(gè)粒子糾纏起來(lái)需要對(duì)它們之間的相互作用進(jìn)行精確的控制，同時(shí)還要保證克服環(huán)境的干擾。潘建偉團(tuán)隊(duì)通過(guò)一種名為“光晶格”的實(shí)驗(yàn)裝置成功攻克了這一技術(shù)難題，而“光晶格”捕捉單個(gè)原子的技術(shù)原理就如同把雞蛋逐個(gè)放入蛋槽的過(guò)程，每個(gè)光晶格中只能容納一個(gè)原子，再通過(guò)人為控制這些原子的相互作用，使得它們糾纏起來(lái)。雖然現(xiàn)在的技術(shù)水平已經(jīng)發(fā)展到可以操縱數(shù)百個(gè)原子，但要實(shí)現(xiàn)數(shù)百個(gè)原子之間的量子糾纏態(tài)還有很長(zhǎng)的路要走。潘建偉解釋說(shuō)，如果將幾百個(gè)原子糾纏在一起，就能夠演示量子計(jì)算機(jī)的基本功能了。

奧地利―夢(mèng)開(kāi)始的地方

據(jù)了解，此次“墨子號(hào)”量子通信衛(wèi)星包含了國(guó)際合作任務(wù)，并選擇了奧地利作為首個(gè)國(guó)際合作伙伴。為何偏偏選擇奧地利？這還要從潘建偉的求學(xué)經(jīng)歷說(shuō)起。

潘建偉在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)習(xí)期間，第一次領(lǐng)略到量子世界的奇妙。但隨著對(duì)量子研究的深入，他越發(fā)意識(shí)到量子理論中的各種奇特現(xiàn)象需要更加尖端的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和條件才能夠得到驗(yàn)證，而當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)在這方面還相對(duì)落后。于是，在1996年潘建偉來(lái)到奧地利因斯布魯克大學(xué)，師從奧地利物理學(xué)家Anton Zeilinger攻讀博士學(xué)位。那時(shí)Anton Zeilinger教授已經(jīng)建立了量子實(shí)驗(yàn)室，并且是量子物理學(xué)領(lǐng)域的國(guó)際權(quán)威。在奧地利，潘建偉和同事們完成了國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)光子的量子隱形傳態(tài)的實(shí)驗(yàn)，這被認(rèn)為是量子信息實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域的開(kāi)端。此后幾年，潘建偉和同事們又先后實(shí)現(xiàn)了一系列量子信息領(lǐng)域的先驅(qū)性實(shí)驗(yàn)，這些寶貴的經(jīng)歷為以后潘建偉在量子通信領(lǐng)域的突破性貢獻(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。潘建偉對(duì)奧地利的特殊感情還不止于此。潘建偉在奧地利求學(xué)期間，一直得到了奧地利外交部和學(xué)術(shù)交流機(jī)構(gòu)的資助。博士畢業(yè)后，潘建偉又繼續(xù)在維也納大學(xué)實(shí)驗(yàn)物理所從事博士后研究，而維也納大學(xué)正是薛定諤等量子力學(xué)的奠基人工作過(guò)的地方，無(wú)疑是量子力學(xué)的“圣地”之一。

所以，當(dāng)昔日的老師主動(dòng)提出加入我國(guó)的量子衛(wèi)星計(jì)劃時(shí)，奧地利便順理成章地成了中國(guó)量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星項(xiàng)目的第一個(gè)國(guó)際合作伙伴。潘建偉提到，量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星會(huì)向全世界開(kāi)放，在奧地利之后，德國(guó)、意大利、加拿大等國(guó)的團(tuán)隊(duì)也主動(dòng)請(qǐng)求加入。

追尋量子通信發(fā)展的軌跡

潘建偉在接受采訪時(shí)談到，作為量子通信領(lǐng)域的技術(shù)強(qiáng)國(guó)，中國(guó)正從經(jīng)典信息技術(shù)的跟隨者，轉(zhuǎn)變成未來(lái)信息技術(shù)的并跑者乃至領(lǐng)跑者?；仡欀袊?guó)量子通信領(lǐng)域的發(fā)展歷程，取得的優(yōu)異成績(jī)離不開(kāi)先輩科學(xué)家們孜孜不倦的奮斗與拼搏。

潘建偉表示，我國(guó)在量子通信領(lǐng)域的研究起步較早，在上世紀(jì)90年代初就有郭光燦院士、張永德教授等老一輩科學(xué)家密切關(guān)注該領(lǐng)域的發(fā)展，并且中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)已經(jīng)發(fā)表了一些該領(lǐng)域的文章。潘建偉強(qiáng)調(diào)說(shuō)，中國(guó)量子通信領(lǐng)域能夠發(fā)展到今天這一步，與當(dāng)時(shí)中科院與時(shí)俱進(jìn)的敏銳眼光密切相關(guān)。他舉例說(shuō)，在他2001年回國(guó)組建實(shí)驗(yàn)室時(shí)，一切都是從零開(kāi)始。當(dāng)時(shí)，他向中科院申請(qǐng)了200萬(wàn)元的經(jīng)費(fèi)，而中科院基礎(chǔ)局卻撥了400萬(wàn)元。在中科院的重視和支持下，實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展速度非?？?，很快就有了一批由中國(guó)人完成的量子信息領(lǐng)域的重要成果。之后，中科院的支持力度又進(jìn)一步加大，同時(shí)，國(guó)內(nèi)其他團(tuán)隊(duì)也發(fā)展起來(lái)了。在2005年，國(guó)家的重大研究計(jì)劃也開(kāi)始注意到了量子調(diào)控，在中科院物理所的于淥院士、南京大學(xué)的閔乃本院士等科學(xué)家的建議下，量子調(diào)控成為國(guó)家重大研究計(jì)劃的內(nèi)容，到目前這一計(jì)劃已經(jīng)執(zhí)行了十余年。正是由于國(guó)家的重點(diǎn)扶持，我國(guó)的量子通信技術(shù)才得以快速發(fā)展。近年來(lái)，中科院?jiǎn)?dòng)量子衛(wèi)星項(xiàng)目，國(guó)家發(fā)改委啟動(dòng)“京滬干線”項(xiàng)目，為量子通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨越式的發(fā)展注入了長(zhǎng)足的動(dòng)力。但同時(shí)潘建偉也表示，歐美等國(guó)家也相繼啟動(dòng)了包括量子通信在內(nèi)的量子專項(xiàng)計(jì)劃，政府也給予了大力支持，所以我國(guó)在未來(lái)能否持續(xù)搶占量子通信領(lǐng)域的領(lǐng)跑地位，還需要不斷創(chuàng)新、不斷前進(jìn)。

第9篇：量子計(jì)算的作用范文

關(guān)健詞：生物計(jì)算機(jī)；分子計(jì)算機(jī)；光計(jì)算機(jī)超導(dǎo)計(jì)算機(jī)；量子計(jì)算機(jī)

中圖分類號(hào)：TP38文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2007)04-11136-01

1 引言

自從1946年世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生以來(lái)， 電子計(jì)算機(jī)已經(jīng)走過(guò)了半個(gè)多世紀(jì)的歷程。從第一代電子管計(jì)算機(jī)到現(xiàn)在正在開(kāi)發(fā)的第六代神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)的體積不斷變小，但性能、速度卻在不斷提高。自計(jì)算機(jī)問(wèn)世50多年來(lái)，運(yùn)算速度已提高了約10億倍。在最新一代芯片中，晶體管之間的連接導(dǎo)線的厚度已被蝕刻到只有0.03微米，是人頭發(fā)的1/4500。然而，原有發(fā)展起來(lái)的以硅為基礎(chǔ)的芯片制造技術(shù)的發(fā)展不是無(wú)限的，由于存在磁場(chǎng)效應(yīng)、熱效應(yīng)、量子效應(yīng)以及制作上的困難，當(dāng)線寬低于0.1mm以后將不可避免地達(dá)到僅有單個(gè)分子大小的物理學(xué)極限。越來(lái)越多的專家認(rèn)識(shí)到，在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上大幅度提高計(jì)算機(jī)的性能必將遇到難以逾越的障礙，從其它技術(shù)方面尋找計(jì)算機(jī)發(fā)展的突破口才是正確的道路。目前至少有5種可能的技術(shù)來(lái)生產(chǎn)出未來(lái)的計(jì)算機(jī)，它們是：生物計(jì)算機(jī)，分子計(jì)算機(jī)、光計(jì)算機(jī)、超導(dǎo)計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)。就像電子計(jì)算機(jī)對(duì)20世紀(jì)產(chǎn)生了重大影響一樣，各種新穎的計(jì)算機(jī)也必將對(duì)未來(lái)產(chǎn)生重大影響。

2 生物計(jì)算機(jī)

DNA生物計(jì)算機(jī)是美國(guó)南加州大學(xué)阿德拉曼博士1994年提出的奇思妙想。由于蛋白質(zhì)分子中的氫也有兩種電態(tài)。因此，一個(gè)蛋白質(zhì)分子就是一個(gè)開(kāi)關(guān)。從理論上講，用蛋白質(zhì)分子作為元件，就能制造出蛋白質(zhì)型的計(jì)算機(jī)，又被稱作“生物計(jì)算機(jī)”?？茖W(xué)家設(shè)計(jì)的生物計(jì)算機(jī)模型中DNA絕大多數(shù)都是懸浮于充滿液體的試管之內(nèi)來(lái)執(zhí)行運(yùn)算。與傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)以“0”和“1”來(lái)代表信息不同，在DNA計(jì)算機(jī)中，信息將以分子代碼的形式排列于DNA上，特定的酶可充當(dāng)“軟件”來(lái)完成所需的各種信息處理工作。DNA計(jì)算機(jī)技術(shù)的誘惑力，在于其和傳統(tǒng)硅技術(shù)相比所具有的巨大存儲(chǔ)能力：一克DNA所能存儲(chǔ)的信息量，估計(jì)可與1萬(wàn)億張CD光盤相當(dāng)；數(shù)百萬(wàn)億個(gè)DNA分子擁有可感受和回應(yīng)周圍環(huán)境的所有計(jì)算結(jié)構(gòu)，可在一個(gè)狹小的表面區(qū)域通過(guò)生物化學(xué)反應(yīng)來(lái)協(xié)調(diào)工作，這一并行處理能力據(jù)認(rèn)為可與目前功能最為強(qiáng)大的超級(jí)電子計(jì)算機(jī)媲美。

生物計(jì)算機(jī)具有三大顯著優(yōu)點(diǎn)：

(1)信息以波的形式傳播，運(yùn)算速度比當(dāng)今最新一代計(jì)算機(jī)快10萬(wàn)倍；

(2)只需很少能量就可工作，不存在發(fā)熱問(wèn)題。并且擁有巨大的存儲(chǔ)能力；

(3)由于蛋白質(zhì)分子能夠自我組合，再生新的微型電路，使得生物計(jì)算機(jī)具有生物體的一些特點(diǎn)，如能發(fā)揮生物本身的調(diào)節(jié)機(jī)能自動(dòng)修復(fù)芯片發(fā)生的故障，還能模仿人腦的思考機(jī)制。

3 分子計(jì)算機(jī)

分子計(jì)算機(jī)是在納米電子技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，現(xiàn)在的納米電子技術(shù)有望水到渠成地成為目前以硅等為基礎(chǔ)的微米級(jí)集成電路技術(shù)的“接班人”。分子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行靠的是分子晶體可以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。憑借著分子納米級(jí)的尺寸，分子計(jì)算機(jī)的體積將劇減。此外，分子計(jì)算機(jī)耗電可大大減少并能更長(zhǎng)期地存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)。

與目前的計(jì)算機(jī)相比，分子計(jì)算機(jī)運(yùn)行所需的電力將大大減少，并且有可能永久保存大量數(shù)據(jù)，從而使用戶不必進(jìn)行刪除文檔的操作。此外，這些計(jì)算機(jī)還能免受計(jì)算機(jī)病毒、系統(tǒng)死機(jī)或其他故障的影響。

4 光學(xué)計(jì)算機(jī)

所謂光計(jì)算機(jī)，就是利用光作為信息的傳輸媒體。未來(lái)的光計(jì)算機(jī)可能是混合型的，即把極細(xì)的激光束與快速的芯片相結(jié)合。那時(shí)，計(jì)算機(jī)將不采用金屬引線，而是以大量的透鏡、棱鏡和反射鏡將數(shù)據(jù)從一個(gè)芯片傳送到另一個(gè)芯片。這種傳送方式稱為自由空間光學(xué)技術(shù)。

光計(jì)算機(jī)有三大優(yōu)勢(shì)：

(1)光子的傳播速度無(wú)與倫比，電子在導(dǎo)線中的運(yùn)行速度與其相比就像蝸牛爬行那樣。今天電子計(jì)算機(jī)的傳送速度最高為每秒109個(gè)字節(jié)，而采用硅－光混合技術(shù)后，其傳送速度就可達(dá)到每秒萬(wàn)億字節(jié)；

(2)更重要的是光子不像帶電的電子那樣相互作用，因此經(jīng)過(guò)同樣窄小的空間通道可以傳送更多數(shù)據(jù)；

(3)尤其值得一提的是光無(wú)須物理連接。如能將普通的透鏡和激光器做得很小，足以裝在微芯片的背面，那么明天的計(jì)算機(jī)就可以通過(guò)稀薄的空氣傳送信號(hào)了。

5 超導(dǎo)計(jì)算機(jī)

導(dǎo)體在溫度下降到某一值時(shí)，電阻會(huì)突然消失，這一奇妙的現(xiàn)象叫做超導(dǎo)現(xiàn)象。它是在1911年由荷蘭物理學(xué)家昂尼斯首先發(fā)現(xiàn)的。具有超導(dǎo)性的物質(zhì)稱之為超導(dǎo)體。超導(dǎo)體在超導(dǎo)狀態(tài)下電阻為零，可輸送大電流而不發(fā)熱、不損耗，具有高載流能力，可長(zhǎng)時(shí)間無(wú)損耗地儲(chǔ)存大量的電能以及能產(chǎn)生極強(qiáng)的磁場(chǎng)。1962年，正在英國(guó)劍橋大學(xué)攻讀博士學(xué)位的研究生約瑟夫遜提出了超導(dǎo)效應(yīng)（亦稱約瑟夫遜效應(yīng)）的原理，超導(dǎo)技術(shù)自此開(kāi)始嶄露頭角，展現(xiàn)出引人注目的前景。利用約瑟夫遜效應(yīng)，在約瑟夫遜結(jié)上加電源，當(dāng)電流低于某一個(gè)臨界值時(shí)，絕緣層上不出現(xiàn)電壓降，此時(shí)結(jié)處于超導(dǎo)態(tài)；當(dāng)電流超過(guò)臨界值時(shí)，結(jié)呈現(xiàn)電阻，并產(chǎn)生幾毫伏的電壓降，即轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)。如在結(jié)上加一個(gè)控制極來(lái)控制通過(guò)結(jié)的電流或利用外加磁場(chǎng)，可使結(jié)在兩 個(gè)工作狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，這就成了典型的超導(dǎo)開(kāi)關(guān)。利用超導(dǎo)開(kāi)關(guān)可制成超導(dǎo)存儲(chǔ)器、超導(dǎo)大規(guī)模集成電路，這是計(jì)算機(jī)中理想的超高速器件。

利用超導(dǎo)器件制成的超導(dǎo)計(jì)算機(jī)與普通計(jì)算機(jī)相比具有諸多優(yōu)勢(shì)：(1)運(yùn)行速度快。超導(dǎo)開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)速度目前已達(dá)幾微微秒（1微微秒＝10的12次方秒），這使得超導(dǎo)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度將比目前的計(jì)算機(jī)快100倍。二是功耗低，集成度高。由于電流在超導(dǎo)體中流動(dòng)時(shí)不發(fā)熱，也不損耗，超導(dǎo)集成電路的功耗僅為硅集成電路的幾百分之一，為一般晶體管的二千分之一，因此其集成度可望做得很高。目前已達(dá)到大規(guī)模集成電路的水平；(2)超導(dǎo)器件的結(jié)構(gòu)基本上可用現(xiàn)行大規(guī)模集成電路工藝制作，因而無(wú)需花費(fèi)大量的財(cái)力與人力；(3)利用超導(dǎo)傳輸線來(lái)完成計(jì)算機(jī)中元器件之間的信號(hào)傳輸時(shí)具有信號(hào)無(wú)損耗和低色散的特點(diǎn)。

6 量子計(jì)算機(jī)

什么是量子計(jì)算機(jī)呢？把量子力學(xué)和計(jì)算機(jī)結(jié)合起來(lái)的可能性是在1982年由美國(guó)著名物理學(xué)家理查德?費(fèi)因曼首次提出的。隨后，英國(guó)牛津大學(xué)物理學(xué)家戴維?多伊奇于1985年初步闡述了量子計(jì)算機(jī)的概念。量子計(jì)算機(jī)是利用處于多現(xiàn)實(shí)態(tài)的原子作為數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，這是一種采用基于量子力量的深層次的計(jì)算模式的計(jì)算機(jī)。這一模式只由物質(zhì)世界中一個(gè)原子的行為所決定，而不是像傳統(tǒng)的二進(jìn)制計(jì)算機(jī)那樣將信息分為0和1，用晶體管的開(kāi)與關(guān)來(lái)處理這些信息。在量子計(jì)算機(jī)中最小的信息單元是一個(gè)量子比特(quantum bit)。量子比特不只是開(kāi)、關(guān)兩種狀態(tài)，而是以多種狀態(tài)同時(shí)出現(xiàn)。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)使用并行結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)來(lái)處理信息是非常有利的。

與傳統(tǒng)的電子計(jì)算機(jī)相比，量子計(jì)算機(jī)有以下優(yōu)勢(shì)：(1)解題速度快。傳統(tǒng)的電子計(jì)算機(jī)用“1”和“0”表示信息，而量子粒子可以有多種狀態(tài)，使量子計(jì)算機(jī)能夠采用更為豐富的信息單位，從而大大加快了運(yùn)行速度。例如，電子計(jì)算機(jī)使用的RSA公鑰加密系統(tǒng)是以巨大數(shù)的質(zhì)因子非常難以分解為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的一種多達(dá)400位長(zhǎng)的“天文數(shù)字”，如果要對(duì)其進(jìn)行因子分解，即使使用目前世界上運(yùn)算速度最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)，也需要耗時(shí)10億年。如果用量子計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行因子分解，則只需10個(gè)月左右；(2)存儲(chǔ)量大。電子計(jì)算機(jī)用二進(jìn)制存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，量子計(jì)算機(jī)用量子位存儲(chǔ)，具有疊加效應(yīng)，有m個(gè)量子位就可以存儲(chǔ)2m個(gè)數(shù)據(jù)。因此，量子計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)能力比電子計(jì)算機(jī)大得多；(3)搜索功能強(qiáng)勁。美國(guó)朗訊科技公司貝爾實(shí)驗(yàn)室的洛夫?格羅佛教授發(fā)現(xiàn)，量子計(jì)算機(jī)能夠組成一種量子超級(jí)網(wǎng)絡(luò)引擎，可輕而易舉地從浩如煙海的信息海洋中快速搜尋出特定的信息。其方法是采用不同的量子位狀態(tài)組合，分別檢索數(shù)據(jù)庫(kù)里的不同部分，其中必然有一種狀態(tài)組合會(huì)找到所需的信息；(4)安全性較高。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，如果過(guò)往的原子因發(fā)生碰撞而導(dǎo)致信息丟失時(shí)，量子計(jì)算機(jī)能自動(dòng)擴(kuò)展信息，與家族伙伴成為一體，于是系統(tǒng)可以從其家族伙伴中找到替身而使丟失的信息得以恢復(fù)。

7 誰(shuí)將是未來(lái)的計(jì)算機(jī)