量子計(jì)算發(fā)展現(xiàn)狀精選(九篇)

前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的量子計(jì)算發(fā)展現(xiàn)狀主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。

第1篇：量子計(jì)算發(fā)展現(xiàn)狀范文

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)應(yīng)用；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)： G633.67 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：

一、前言

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)的計(jì)算機(jī)行業(yè)發(fā)展迅速，并且取得了前所未有的成就，推動(dòng)著我國(guó)各行業(yè)的發(fā)展。計(jì)算機(jī)在各行業(yè)都得到廣泛的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)的發(fā)展也將不斷的前進(jìn)。

二、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的概述

1、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的概念。所謂的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)就是指研究計(jì)算機(jī)應(yīng)用于社會(huì)中各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域的理論、技術(shù)、方法以及系統(tǒng)的一門邊緣性的學(xué)科，它計(jì)算機(jī)學(xué)生的組成的很重要的一部分，它也是促進(jìn)計(jì)算機(jī)學(xué)科與其他學(xué)科有效融合的一個(gè)載體。通常情況下，計(jì)算機(jī)應(yīng)用的分類一般分為數(shù)值計(jì)算領(lǐng)域和非數(shù)值應(yīng)用領(lǐng)域兩大類，這兩大領(lǐng)域都具備著自身獨(dú)特的特點(diǎn)，但對(duì)于促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步都是有著重要的作用的。

2、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展情況。我國(guó)計(jì)算機(jī)的最開(kāi)始是在上個(gè)世紀(jì)40年代中期出現(xiàn)的，在這個(gè)階段計(jì)算機(jī)應(yīng)用情況還都是數(shù)值領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)應(yīng)用，主要都應(yīng)用于國(guó)防武器的生產(chǎn)和研發(fā)方面。之后，從20世紀(jì)50年代計(jì)算機(jī)逐漸向非數(shù)值應(yīng)用的領(lǐng)域發(fā)展，其主要都應(yīng)用于企業(yè)信息管理、工商業(yè)事物處理以及數(shù)據(jù)處理等方面。從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，計(jì)算機(jī)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到了社會(huì)經(jīng)濟(jì)等更多的領(lǐng)域了，隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)階段已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到了服務(wù)行業(yè)、農(nóng)業(yè)以及文化教育行業(yè)中了，同時(shí)計(jì)算機(jī)也已經(jīng)走入到了人們的家庭生活中了。近些年來(lái)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也已經(jīng)很好的結(jié)合到一起，這也大大的促進(jìn)了計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展，也加快了信息化社會(huì)的發(fā)展速度。

三、我國(guó)計(jì)算機(jī)應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

1、我國(guó)計(jì)算機(jī)應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)計(jì)算機(jī)擁有量、互聯(lián)網(wǎng)用戶、網(wǎng)站數(shù)飛速增長(zhǎng)。我國(guó)計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)用戶、網(wǎng)站及域名“九．五”期間飛速增長(zhǎng)。在各個(gè)領(lǐng)域都取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。但是也有相對(duì)不足之處。

（1）發(fā)展中的成效。①農(nóng)業(yè)科技領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)在農(nóng)業(yè)中已建成全國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)流通信息網(wǎng)絡(luò)，開(kāi)通農(nóng)業(yè)科技信息網(wǎng)絡(luò)，農(nóng)村供求信息全國(guó)聯(lián)播系統(tǒng)每月頒布信息6千條，內(nèi)容詳查13萬(wàn)條，中國(guó)農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)每月點(diǎn)擊已達(dá)1千萬(wàn)次。②文藝創(chuàng)作領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)在文藝創(chuàng)作、影視制作中，三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)的應(yīng)用也很廣泛。③醫(yī)療系統(tǒng)領(lǐng)域：醫(yī)療系統(tǒng)同時(shí)也需要計(jì)算機(jī)的輔助，如啟動(dòng)金為工程，輔助治療等。④公安系統(tǒng)領(lǐng)域：公安系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，網(wǎng)上追捕逃犯，已抓獲20幾萬(wàn)逃犯，法院系統(tǒng)辦公自動(dòng)化水平顯著提高。⑤輔助教學(xué)領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)的輔助教學(xué)，遠(yuǎn)程教育迅速發(fā)展，統(tǒng)計(jì)顯示全國(guó)約10萬(wàn)多所中小學(xué)已經(jīng)普及計(jì)算機(jī)課，一萬(wàn)多所中小學(xué)已建成校園網(wǎng)，67所網(wǎng)上大學(xué)。⑥日常生活領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)在近幾年的人們的生活工作方式和購(gòu)物習(xí)慣上的影響也是非常大的，人們的生活更加的便潔，工作更加的高效。

（2）發(fā)展中存在的不足。①我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展滯后：我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)尚不能完全滿足信息化發(fā)展與計(jì)算機(jī)應(yīng)用對(duì)軟硬件產(chǎn)品的需求。重大應(yīng)用工程與大型應(yīng)用系統(tǒng)所用的軟硬件產(chǎn)品主要依靠國(guó)外公司，科技成果轉(zhuǎn)化速度慢。②相關(guān)政策法規(guī)尚待完善：計(jì)算機(jī)應(yīng)用、信息化的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)和政策法律環(huán)境尚待完善。③區(qū)域發(fā)展不平衡：國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)應(yīng)用發(fā)展很不平衡，和地區(qū)信息化指數(shù)高低相差20多倍，互聯(lián)網(wǎng)用戶及計(jì)算機(jī)擁有量在東西部地區(qū)、大陸與臺(tái)灣地區(qū)差距很大臺(tái)灣互聯(lián)網(wǎng)用戶有540萬(wàn)，網(wǎng)民占人口比例達(dá)26%，連網(wǎng)主機(jī)85萬(wàn)臺(tái)，企業(yè)有50％已開(kāi)展電子商務(wù)，大陸開(kāi)展電子商務(wù)企業(yè)不到10％。④我國(guó)計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平整體偏低：我國(guó)計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平低，上網(wǎng)企業(yè)與上網(wǎng)家庭數(shù)量還較少，企業(yè)信息化水平低。⑤與與市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的需求還有差距：企業(yè)管理體制、機(jī)制、管理理念與組織機(jī)構(gòu)尚不能適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的要求。企業(yè)采用信息技術(shù)尚缺少內(nèi)在的動(dòng)力、人力、財(cái)力、和物理?；A(chǔ)工作薄弱，信息技術(shù)人才欠缺，職工文化素質(zhì)亟待提高。

2、存在的問(wèn)題

雖然計(jì)算機(jī)的普及給人們的生活帶來(lái)了方便，但與此同時(shí)，在其發(fā)展過(guò)程中，還存在很多問(wèn)題，主要包括：首先，國(guó)家在宏觀戰(zhàn)略上缺乏相應(yīng)的規(guī)劃及技術(shù)政策指導(dǎo)。其次，計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)體系尚未建立，電子商務(wù)標(biāo)準(zhǔn)有待加強(qiáng)，缺少相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)犯罪法律法規(guī)。再次，當(dāng)前，計(jì)算機(jī)在我國(guó)的發(fā)展處于較低的水平，計(jì)算機(jī)的普及率有待提高。此外，計(jì)算機(jī)在我國(guó)不同地區(qū)的發(fā)展是不平衡的。主要體現(xiàn)在東部發(fā)達(dá)地區(qū)計(jì)算機(jī)普及率較高，而西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)計(jì)算機(jī)普及率較低。最后，我國(guó)企業(yè)的信息化水平有待提高。目前，國(guó)家重大的計(jì)算機(jī)項(xiàng)目及軟硬件都是依靠進(jìn)口，自主研發(fā)的系統(tǒng)較少，缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。部分企業(yè)缺乏對(duì)計(jì)算機(jī)的足夠重視，缺少專業(yè)的計(jì)算機(jī)人員。

四、計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì)

1、光計(jì)算機(jī)的各種優(yōu)點(diǎn)

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

2、量子計(jì)算機(jī)

量子計(jì)算機(jī)的優(yōu)越性在于它具有進(jìn)行“平行”運(yùn)算處理的能力。如果某人需要從一個(gè)有幾百個(gè)辦公室的大樓中尋找一份遺失的文件，用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的串行方式尋找就要逐個(gè)辦公室去進(jìn)行搜索，但是量子計(jì)算機(jī)能夠按照某人尋找文件的條件和要求迅速“復(fù)制”出代表人自己以及與他自己相同的“副本”，同時(shí)進(jìn)入大樓的每一個(gè)辦公室進(jìn)行文件的尋找工作，最后，其中一個(gè)“副本”找到了該文件。那時(shí)，除了找到文件的那個(gè)“副本”之外，所有代表某人的其他副本都將自動(dòng)消失。量子計(jì)算機(jī)在尋找廣播電臺(tái)搜索地址方面的優(yōu)越能力對(duì)因特網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展具有很大好處。因特網(wǎng)的網(wǎng)址數(shù)據(jù)庫(kù)很大，應(yīng)用量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行搜索的運(yùn)算速度優(yōu)勢(shì)將更為顯著。如果要在1億個(gè)網(wǎng)址中搜索某一個(gè)網(wǎng)址，應(yīng)用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)大約需要進(jìn)行5000萬(wàn)次的運(yùn)算才能找到該網(wǎng)址。然而，應(yīng)用量子計(jì)算機(jī)大概只可能找到該網(wǎng)址。數(shù)據(jù)庫(kù)搜索是計(jì)算機(jī)技術(shù)中的一個(gè)重要的基礎(chǔ)任務(wù)，所以量子計(jì)算機(jī)將對(duì)于大批量計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的處理任務(wù)產(chǎn)生重大影響。

3、化學(xué)計(jì)算機(jī)

化學(xué)計(jì)算機(jī)在運(yùn)行機(jī)理上，它以化學(xué)制成品中的微觀碳分子作信息載體，來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的傳輸和儲(chǔ)存。因此，它具有更小的體積，更快的運(yùn)算速度和巨大的計(jì)算機(jī)能力，其信息傳輸速度甚至有可能比人腦思維速度還要快若干倍，具有十分誘人的發(fā)展前景。

4、生物計(jì)算機(jī)

生物計(jì)算機(jī)具有生物活性，能夠和人體的組織有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，尤其是能夠與大腦和神經(jīng)系統(tǒng)相連，這樣，生物計(jì)算機(jī)就可直接接受大腦的綜合指揮，成為人腦的輔助裝置或擴(kuò)充部分。

5、人體細(xì)胞吸收營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充能量，因而不需要外界能源，它將成為能植入人體內(nèi)成為幫助人類學(xué)習(xí)，思考，創(chuàng)造，發(fā)明的最理想的伙伴。另外，由于生物芯片內(nèi)流動(dòng)電子間碰撞的問(wèn)題可能極小，幾乎不存在電阻，所以生物計(jì)算機(jī)機(jī)的能耗極小。把生物學(xué)和工程學(xué)結(jié)合起來(lái)制造生物計(jì)算機(jī)已不再是天方夜譚。

五、結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，為我國(guó)的發(fā)展帶來(lái)巨大的動(dòng)力，同時(shí)也日益改變著人們的生活方式，推動(dòng)人類的發(fā)展。計(jì)算機(jī)應(yīng)用的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)將是非常的前景，相信未來(lái)計(jì)算機(jī)會(huì)更好。

參考文獻(xiàn)

[1]劉清.淺談我國(guó)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用,2012.

[2]龔炳錚.我國(guó)計(jì)算機(jī)應(yīng)用發(fā)展的回顧與展望[J].自動(dòng)化博覽,2003.

[3]侯曉璐.淺析計(jì)算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2012.

第2篇：量子計(jì)算發(fā)展現(xiàn)狀范文

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；多媒體；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007-9599 (2011) 24-0000-01

The Status and Development Trend of Computer Technology

Wu Shaopei

(Lishui University,Lishui323000,China)

Abstract:With the advent of the 21st century,the era of information technology has been gradually entering our lives,this day and age the most important symbol is widely used computer.More and more technology experts recognize that the substantial increase will inevitably encounter insurmountable obstacles in the traditional computer based on the performance of the computer,up from the basic principle is the correct road of looking for a breakthrough in the development of computer.The future of computer technology will certainly be moving in the direction of the high-speed,small and super-intelligent.It all depends on the components of the progress and the improvement of the system architecture and software development.This article mainly about the development status and outlook of the new computer.

Keywords:Computer;Multimedia;Status;Development trends

計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展可以稱得上是日新月異，未來(lái)計(jì)算機(jī)的技術(shù)一定會(huì)向超高速、平行處理以及智能化的方向發(fā)展。然而，計(jì)算機(jī)的發(fā)展并不是獨(dú)立的，它還取決于系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、元器件的進(jìn)步和以及軟件的開(kāi)發(fā)。元器件的進(jìn)步是決定硬件性能的基本因素。計(jì)算機(jī)由第一代一直發(fā)展到現(xiàn)在的第四代，從根本上講就是由于在元器件上的不斷更新?lián)Q代。計(jì)算機(jī)用集成電路到現(xiàn)在為止依然是以硅半導(dǎo)體器件為主。在使用了硅芯片的基礎(chǔ)上，計(jì)算機(jī)核心的部件CPU的性能盡管受到了物理極限的約束，但仍然在不斷的持續(xù)增長(zhǎng)。直到現(xiàn)在，人們還在一直不斷的追求性能更好的器件。

一、3D異類器件集成

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

二、量子胞自動(dòng)開(kāi)關(guān)

在量子胞自動(dòng)開(kāi)關(guān)(QCA)當(dāng)中，包含了多個(gè)量子點(diǎn)規(guī)則排列的細(xì)胞構(gòu)成了一種局部互聯(lián)的架構(gòu)。用靜電互想的感應(yīng)的作用，來(lái)給細(xì)胞之間提供聯(lián)系，而并不是依靠線路。在向細(xì)胞內(nèi)注入一對(duì)電子的時(shí)候，這一對(duì)電子的方向就決定著單元的狀態(tài)。磁QCA是另外一個(gè)剛剛發(fā)展起來(lái)的技術(shù)，目前電子QCA正處于主導(dǎo)地位，暫時(shí)還不能對(duì)它的性能來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。將這些QCA組合在一起，可以實(shí)現(xiàn)和使用布爾邏輯門電路完全不一樣的電路功能。

三、量子計(jì)算與量子計(jì)算機(jī)

量子計(jì)算機(jī)是在量子效應(yīng)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，它利用利用激光脈沖改變分子的狀態(tài)和鏈狀分子聚合物的一種特性來(lái)表示開(kāi)和關(guān)的狀態(tài)，是使信息沿著聚合物的移動(dòng)，來(lái)進(jìn)行運(yùn)算的。量子計(jì)算機(jī)在特征上介于器件和構(gòu)架之間。量子計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)用的是量子位存儲(chǔ)。由于量子的疊加效應(yīng)，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)要大得多，一個(gè)量子位就可以存儲(chǔ)2個(gè)數(shù)據(jù)了。同時(shí)量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度有可能會(huì)比目前個(gè)人計(jì)算機(jī)的PentiumUl晶片還要快十億倍。實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的方法有很多，目前出現(xiàn)了很多的實(shí)現(xiàn)方法，但是處理量子信息顯然需要新架構(gòu)。相干的量子器件依靠量子波函數(shù)的相位信息保存和操縱信息。

四、生物計(jì)算機(jī)與光子計(jì)算機(jī)

生物計(jì)算機(jī)的運(yùn)算過(guò)程就是周圍物理化學(xué)介質(zhì)與蛋白質(zhì)分子的相互作用過(guò)程。由酶來(lái)充當(dāng)計(jì)算機(jī)的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，而程序則在酶合成系統(tǒng)本身和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)中非常明顯地表示出來(lái)。20世紀(jì)末，人們發(fā)現(xiàn)脫氧核糖核酸DNA處于不同狀態(tài)的時(shí)候可以代表信息的有或者沒(méi)有。DNA分子中的遺傳密碼就相當(dāng)于存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，DNA分子間再通過(guò)生化反應(yīng)，從一種基因代瑪轉(zhuǎn)變成另外一種基因的代碼。反應(yīng)前的基因代碼相當(dāng)于輸入的數(shù)據(jù)，反應(yīng)后的基因代碼則相當(dāng)于輸出的數(shù)據(jù)。如果能控制這一個(gè)反應(yīng)的過(guò)程，那么我們就可以成功的制作DNA計(jì)算機(jī)了。蛋白質(zhì)分子彼此之間的距離很近，比硅晶片上電子元件要小得多，生物計(jì)算機(jī)完成一項(xiàng)運(yùn)算所需要的時(shí)間僅僅可以用微微秒還計(jì)算，由此可見(jiàn)，它比人的思維速度要快上百萬(wàn)倍。

五、納米計(jì)算機(jī)

目前，計(jì)算機(jī)使用的硅芯片已經(jīng)到達(dá)了它的物理極限，體積沒(méi)有辦法太小，其耗電量也沒(méi)有辦法再減少，通電和斷電的頻率也沒(méi)有辦法再提高，。曾經(jīng)有科學(xué)家這樣認(rèn)為，要想解決這個(gè)問(wèn)題的途徑就是采用納米晶體管來(lái)制作“納米計(jì)算機(jī)”。他們估計(jì)納米計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度將會(huì)是現(xiàn)在的硅芯片計(jì)算機(jī)的1、5萬(wàn)倍那么多，而且它所耗費(fèi)的能量也會(huì)減少很多。納米技術(shù)是從20世紀(jì)80年代初才迅速發(fā)展起來(lái)的新的前沿科研領(lǐng)域，最終的目的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)品出來(lái)。

未來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)必定會(huì)在互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)計(jì)算技術(shù)與系統(tǒng)方面有長(zhǎng)期、穩(wěn)定、快速的發(fā)展。計(jì)算機(jī)肯定會(huì)比我們?nèi)祟惛拥穆斆鳌＿M(jìn)化論告訴我們，一種生物總是會(huì)被具有更優(yōu)適應(yīng)性的物種所替代。

參考文獻(xiàn)：

[1]UhnL Gustafson.Sun’sHPCSapproach：Hero.省略/casc/meetings/CASC2pdf,2003,8

[2]Uim Mitchel1.Sunhighproductivitycomputingsystemsresearch program.research.省略/sunlabsday/decs/talks/1.01-Mitchel1.pdf,2004

第3篇：量子計(jì)算發(fā)展現(xiàn)狀范文

關(guān)鍵詞：通信工程；發(fā)展現(xiàn)狀；網(wǎng)絡(luò)安全；解決對(duì)策

1發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)通信工程專業(yè)是源于電機(jī)系電機(jī)工程專業(yè)，并由有線電、無(wú)線通信、電子技術(shù)等專業(yè)相互滲透、相互補(bǔ)充而發(fā)展起來(lái)的一門綜合產(chǎn)業(yè)。在20世紀(jì)的初期，我國(guó)的多所大學(xué)就曾經(jīng)先后建立過(guò)“無(wú)線電門”和“電訊組”，建國(guó)以后，我國(guó)高等學(xué)校在蘇聯(lián)高等教育的基礎(chǔ)上，對(duì)各高校的電機(jī)系和電機(jī)工程專業(yè)進(jìn)行大規(guī)模的調(diào)整，為現(xiàn)代通信工程技術(shù)的人才培養(yǎng)積蓄著雄厚的力量。

通信工程在我國(guó)真正地進(jìn)入快速發(fā)展是在20世紀(jì)80年代，這個(gè)時(shí)期從美、日、英等發(fā)達(dá)國(guó)家吹過(guò)來(lái)的信息革命這股颶風(fēng)。為我國(guó)通信工程專業(yè)的發(fā)展增添了強(qiáng)勁的動(dòng)力，也是從這時(shí)起，通信工程專業(yè)有了它現(xiàn)在的名稱。大量的技術(shù)成果如：晶體纖維生長(zhǎng)與晶體光纖器件的研究，光纖高溫傳感器、光纖環(huán)形腔的細(xì)度及環(huán)形激光器的研究，窄線寬可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器及相關(guān)技術(shù)等都走在了世界的前沿。

2存在的問(wèn)題

隨著信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用。人類社會(huì)經(jīng)歷著一場(chǎng)前所未有的全方位的深刻變革，網(wǎng)絡(luò)通信已廣泛地應(yīng)用于政治、軍事，經(jīng)濟(jì)及科學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域，它改變了傳統(tǒng)的事務(wù)處理方式，對(duì)社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展起著很大的推動(dòng)作用，與此同時(shí)，人們也越來(lái)越意識(shí)到信息安全的重要性，因此，信息在網(wǎng)絡(luò)通信中的安全性、可靠性日趨受到通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者與網(wǎng)絡(luò)用戶的重視。

鑒于信息安全開(kāi)始對(duì)國(guó)家安全產(chǎn)生了重大的影響，需要準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)信息安全的基本問(wèn)題與表現(xiàn)方式，清晰了解保障信息安全所依賴的信息網(wǎng)絡(luò)化的客觀規(guī)律。從而做到有的放矢，以便真正發(fā)揮作用，在這里我們著重討論通信工程中的網(wǎng)絡(luò)通信安全。網(wǎng)絡(luò)通信安全一般是指網(wǎng)絡(luò)信息的機(jī)密性、完整性、可用性、真實(shí)性、實(shí)用性、占有性。從技術(shù)層面上來(lái)看，反映在物理安全、運(yùn)行安全、數(shù)據(jù)安全、內(nèi)容安全四個(gè)不同的層面中。而現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)通信的安全問(wèn)題可以大體分為；內(nèi)網(wǎng)通信安全和網(wǎng)絡(luò)問(wèn)信息傳播安全兩個(gè)方面。

3解決對(duì)策

3.1內(nèi)網(wǎng)通信安全

3.1.1采用安全交換機(jī)

由于內(nèi)網(wǎng)的信息傳輸采用廣播技術(shù)，數(shù)據(jù)包在廣播域中很容易受到監(jiān)聽(tīng)和截獲，因此需要使用安全交換機(jī)。利用網(wǎng)絡(luò)分段及VLAN的方法從物理上或邏輯上隔離網(wǎng)絡(luò)資源，以加強(qiáng)內(nèi)網(wǎng)的安全性。

3.1.2操作系統(tǒng)的安全

從終端用戶的程序到服務(wù)器應(yīng)用服務(wù)、以及網(wǎng)絡(luò)安全的很多技術(shù)，都是運(yùn)行在操作系統(tǒng)上的。因此，保證操作系統(tǒng)的安全是整個(gè)安全系統(tǒng)的根本。除了不斷增加安全補(bǔ)丁之外，還需要建立一套對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)。并建立和實(shí)施有效的用戶口令和訪問(wèn)控制等制度。

3.1.3使用網(wǎng)關(guān)

使用網(wǎng)關(guān)的好處在于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的變換不會(huì)直接在內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行，內(nèi)部計(jì)算機(jī)必須通過(guò)網(wǎng)關(guān)。進(jìn)而才能訪問(wèn)到Internett這樣操作者便可以比較方便地在服務(wù)器上對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的計(jì)算機(jī)訪問(wèn)外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行限制。

3.1.4使用密鑰管理

在現(xiàn)實(shí)中，入侵者攻擊Internet目標(biāo)的時(shí)候，90％會(huì)把破譯普通用戶的口令作為第一步。以Unix系統(tǒng)或Linux系統(tǒng)為例，先用“fjnger遠(yuǎn)端主機(jī)名”找出主機(jī)上的用戶賬號(hào)。然后用字典窮舉法。

如果這種方法不能奏效，入侵者就會(huì)仔細(xì)地尋找目標(biāo)的薄弱環(huán)節(jié)和漏洞，伺機(jī)奪取目標(biāo)中存放口令的文件shad－OW或者passwd.然后用專用的破解DES加密算法的程序來(lái)解析口令。

在內(nèi)網(wǎng)中系統(tǒng)管理員必須要注意所有密碼的管理。如口令的位數(shù)盡可能的要長(zhǎng)；不要選取顯而易見(jiàn)的信息做口令；不要在不同系統(tǒng)上使用同一口令；輸入口令時(shí)應(yīng)在無(wú)人的情況下進(jìn)行；口令中最好要有大小寫字母、字符、數(shù)字；定期改變自己的口令：定期用破解口令程序來(lái)檢測(cè)shadow文件是安全。沒(méi)有規(guī)律的口令具有較好的安全性。

3.2網(wǎng)絡(luò)間信息傳播安全

所謂的網(wǎng)絡(luò)信息傳播安全主要是指網(wǎng)絡(luò)信息在傳播的過(guò)程中應(yīng)保持信息本身的完整性、可用性和機(jī)密性。信息網(wǎng)絡(luò)的通信是由通信協(xié)議堆棧完成的，通信協(xié)議大致可分為應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層和物理層，采用通信協(xié)議分層的方式對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行安全控制可滿足信息網(wǎng)絡(luò)安全通信的需要，保障信息傳輸?shù)臋C(jī)密性、完整性和可用性，接下來(lái)，我們就保證信息傳播安全的技術(shù)和方法進(jìn)行探討。

3.2.1采用數(shù)字簽名技術(shù)

所謂“數(shù)字簽名”就是通過(guò)某種加密算法生成一系列符號(hào)及代碼組成電子密碼進(jìn)行簽名，來(lái)代替書(shū)寫簽名或印章，對(duì)于這種電子式的簽名還可進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證，其驗(yàn)證的準(zhǔn)確度是一般手工簽名和圖章的驗(yàn)證而無(wú)法比擬的。它能驗(yàn)證出文件的原文在傳輸過(guò)程中有無(wú)變動(dòng)。確保傳輸電子文件的完整性、真實(shí)性和不可抵賴性。這樣數(shù)字簽名就可用來(lái)防止有人修改信息等情況的發(fā)生，可以進(jìn)一步保證信息的完整性、保密性，強(qiáng)化身份識(shí)別功能和不可抵賴性，同時(shí)數(shù)字簽名技術(shù)還可以提高交易的速度和準(zhǔn)確性。

3.2.2數(shù)字集群系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

數(shù)字集群系統(tǒng)的信息安全主要涉及用戶鑒權(quán)、加密、分級(jí)用戶管理、日志管理、虛擬專網(wǎng)。數(shù)字集群系統(tǒng)分為專網(wǎng)運(yùn)營(yíng)和共網(wǎng)運(yùn)營(yíng)兩種方式。數(shù)字集群網(wǎng)絡(luò)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的容量、通信覆蓋率、呼叫建立成功率等都有更高的要求。

數(shù)字集群通信系統(tǒng)經(jīng)常應(yīng)用于應(yīng)急通信，因此其業(yè)務(wù)量具有突發(fā)性，擁塞控制對(duì)于數(shù)字集群通信網(wǎng)絡(luò)也就尤其的重要。擁塞控制可以通過(guò)多種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。數(shù)字集群網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)還具備更高的抗災(zāi)變能力，對(duì)于重點(diǎn)地區(qū)進(jìn)行基站的雙覆蓋，由于數(shù)字集群系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著應(yīng)急通信的重大使命。因此通常其社會(huì)效益要重于經(jīng)濟(jì)效益，因此有必要投入一定的資金來(lái)提升網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

3.2.3采用量子密碼信息加密技術(shù)

量子密碼術(shù)是密碼學(xué)與量子力學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物，這種加密方法是用量子狀態(tài)作為信息加密和解密的密鑰。量子的一些神奇性質(zhì)是量子密碼安全性的根本保證。到目前為止主要有三大類量子密碼實(shí)現(xiàn)方案：一是基于單光子量子信道中海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理的方案；二是基于量子相關(guān)信道中Bell原理的方案；三是基于兩個(gè)非正交量子態(tài)性質(zhì)的方案。

量子密碼的研究進(jìn)展順利。某些方面尤其是量子密鑰分發(fā)已經(jīng)逐步趨于實(shí)用。面對(duì)未來(lái)具有超級(jí)計(jì)算能力的量子計(jì)算機(jī)，現(xiàn)行基于解自然對(duì)數(shù)及因子分解困難度的加密系統(tǒng)、數(shù)字簽章及密碼協(xié)議都將變得不安全。而量子密碼術(shù)則可達(dá)到經(jīng)典密碼學(xué)所無(wú)法達(dá)到的效果。可以說(shuō)，量子密碼是保障未來(lái)網(wǎng)絡(luò)通信安全的一種重要的技術(shù)，我們即將進(jìn)入到一個(gè)量子信息時(shí)代。

第4篇：量子計(jì)算發(fā)展現(xiàn)狀范文

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)技術(shù) 發(fā)展創(chuàng)新

中圖分類號(hào)：S126

一、前言

“蒸汽技術(shù)革命”以蒸汽機(jī)的改良為典型代表，將機(jī)械動(dòng)力應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)中，減輕了人力負(fù)擔(dān)，大大提高了生產(chǎn)效率。“電力技術(shù)革命”以新能源的開(kāi)發(fā)為最主要特征，實(shí)現(xiàn)了電氣化、自動(dòng)化，將電能等新能源應(yīng)用于生活、生產(chǎn)等方方面面，大大改變了世界面貌。“第三次科技革命”是以原子能、電子計(jì)算機(jī)、空間技術(shù)和生物工程的發(fā)明和應(yīng)用為主要標(biāo)志。自計(jì)算機(jī)技術(shù)被發(fā)明應(yīng)用之后，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了快速的推廣應(yīng)用，短短幾十年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)成為了當(dāng)今社會(huì)發(fā)展中最重要的科技技術(shù)，在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，更是帶動(dòng)了整個(gè)工業(yè)時(shí)代走向了信息時(shí)代。而計(jì)算機(jī)技術(shù)之所以能夠在短時(shí)間內(nèi)得到如此大的發(fā)展，離不開(kāi)計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷的創(chuàng)新。

二、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

計(jì)算機(jī)技術(shù)作為當(dāng)前社會(huì)發(fā)展中最重要的科技技術(shù)，其給社會(huì)所帶來(lái)的貢獻(xiàn)是非常巨大的，可以說(shuō)計(jì)算機(jī)技術(shù)是一種劃時(shí)代的科技技術(shù)，極大了促進(jìn)了社會(huì)生產(chǎn)力的變革。目前，從計(jì)算機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，其先進(jìn)的技術(shù)主要有以下幾種：

1、現(xiàn)代微型處理器?？偹苤幚砥魇怯?jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中的重要組成部分，是整個(gè)系統(tǒng)的核心，為此對(duì)處理器的技術(shù)改進(jìn)是計(jì)算機(jī)技術(shù)中的重中之重。從處理器的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，其正向著越來(lái)越小的體形發(fā)展，目前我國(guó)的計(jì)算機(jī)處理器已經(jīng)相當(dāng)小，但還需要做出進(jìn)一步的微型化處理，受一些量子效應(yīng)的影響與限制，目前處理器中所采用的紫外光源由于波長(zhǎng)過(guò)短，已經(jīng)不是適宜再應(yīng)用在計(jì)算機(jī)處理器技術(shù)中，為此，我們就需要不斷創(chuàng)新發(fā)展，提高計(jì)算機(jī)處理器的研發(fā)技術(shù)。

2、納米技術(shù)在電子元件中的應(yīng)用。由于計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，使得計(jì)算機(jī)需要處理的信息量更大，提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)行效率與處理信息速度就顯得非常重要。而當(dāng)前大多數(shù)計(jì)算機(jī)仍然是采用電子元件作為數(shù)據(jù)信息處理的基礎(chǔ)元件，而電子元件的信息處理能力還較為欠缺，不能很好的滿足現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展需求。而納米技術(shù)的應(yīng)用，形成了新的納米元件，極大的提高了計(jì)算機(jī)元件的集成度，使得計(jì)算機(jī)的信息處理能力大大提高。

3、分組交換技術(shù)。通過(guò)分組交換技術(shù)將要進(jìn)行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行分割，使其成為長(zhǎng)度相等的數(shù)據(jù)段，然后再每段數(shù)據(jù)的前面加上相應(yīng)的信息，來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)發(fā)送的位置進(jìn)行標(biāo)識(shí)，然后根據(jù)這個(gè)標(biāo)識(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。這種數(shù)據(jù)傳輸方式采用逐段的方式對(duì)通信鏈路進(jìn)行使用，使得通信的效率大大的提升。

三、計(jì)算機(jī)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的趨勢(shì)預(yù)測(cè)

按照當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看，計(jì)算機(jī)技術(shù)還會(huì)在未來(lái)得到更為廣闊的應(yīng)用與發(fā)展，為了適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求，計(jì)算機(jī)技術(shù)仍然需要不斷創(chuàng)新。在此，筆者對(duì)未來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了大膽預(yù)測(cè)，認(rèn)為計(jì)算機(jī)技術(shù)會(huì)向著以下幾個(gè)發(fā)展方向不斷創(chuàng)新改革，進(jìn)一步的提高計(jì)算機(jī)的技術(shù)水平。

1、大力發(fā)展納米技術(shù)。納米技術(shù)用于計(jì)算機(jī)元件中，能夠有效的打破當(dāng)前所使用的電子元件的性能限制，從而發(fā)展出生物計(jì)算機(jī)甚至是量子計(jì)算機(jī)，從而使計(jì)算機(jī)的性能得到質(zhì)的飛躍，而這種計(jì)算機(jī)是當(dāng)前計(jì)算機(jī)發(fā)展的重要趨勢(shì)。由于納米技術(shù)不受計(jì)算機(jī)集成以及處理速度這兩方面的限制，因此需要大力發(fā)展該項(xiàng)技術(shù)。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，可以產(chǎn)生量子計(jì)算機(jī)和生物計(jì)算機(jī)，無(wú)論它們的運(yùn)算速度，還是它們的存儲(chǔ)能力都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)目前的計(jì)算機(jī)。

2、改善計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)。當(dāng)前計(jì)算機(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面主要是進(jìn)行多任務(wù)的并行計(jì)算，這樣可以利用同一臺(tái)機(jī)器進(jìn)行多個(gè)任務(wù)的處理。為了提升當(dāng)前計(jì)算機(jī)和用戶之間的交互性，應(yīng)該重點(diǎn)發(fā)展集群性的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，強(qiáng)化系統(tǒng)的可靠性以及兼容性。

3、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用與軟件技術(shù)的發(fā)展。在計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展的同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用也在快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合使用實(shí)現(xiàn)了相互促進(jìn)的良好發(fā)展局面，提高了計(jì)算機(jī)的應(yīng)用水平，擴(kuò)大了計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍。再加上各種軟件新技術(shù)的不斷研發(fā)，更是促進(jìn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用與發(fā)展。目前軟件技術(shù)已經(jīng)有了很大的發(fā)展，相信在未來(lái)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，軟件技術(shù)會(huì)更加完善成熟，從而為計(jì)算機(jī)信息技術(shù)發(fā)展更好的提供服務(wù)。

4、多媒體性能。多媒體性能的開(kāi)拓與進(jìn)展把服務(wù)器、路由器以及轉(zhuǎn)換器諸多互聯(lián)網(wǎng)需要的設(shè)施的技術(shù)明顯提高，其中包含有用戶端、內(nèi)存、圖形片諸多硬件性能。互聯(lián)網(wǎng)使用人不再像原來(lái)一樣被動(dòng)地接受解決信息的形態(tài)，而是更加以踴躍主動(dòng)的形式來(lái)進(jìn)入現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)空間。除此以外還有藍(lán)牙技能的發(fā)明運(yùn)用，令多媒體通信技能無(wú)線電、數(shù)字信息、個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線寬帶局域網(wǎng)等快速更新?；谛乱淮幕ヂ?lián)網(wǎng)絡(luò)的多媒體軟件開(kāi)發(fā)，結(jié)合以前的各類多媒體工作，便可以令PC無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮得淋漓盡致，興起互聯(lián)網(wǎng)新時(shí)期的潮流。多媒體性能數(shù)字化是促使將來(lái)技能擴(kuò)展的主要方面，數(shù)字多媒體芯片性能就會(huì)變成將來(lái)多媒體性能生命里的核心。

四、創(chuàng)新是促進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?/p>

計(jì)算機(jī)技術(shù)之所以能夠得到快速的發(fā)展，主要是因?yàn)槠鋼碛杏啦凰ソ叩脑慈?，那就是?chuàng)新能力。正是在不斷的創(chuàng)新下，才促使了計(jì)算機(jī)信息技術(shù)以及其相關(guān)的產(chǎn)業(yè)技術(shù)不斷發(fā)展，才為人們的生活帶來(lái)了這巨大的轉(zhuǎn)變。而在計(jì)算機(jī)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展中，要注意結(jié)合實(shí)際需要，并注重與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)相互配合，只有這樣，才能更好的促進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展。

締造發(fā)明許多有關(guān)計(jì)算機(jī)科技用品的假設(shè)都是因?yàn)槭艿缴鐣?huì)需要而產(chǎn)生，但是與此同時(shí)，又受很多外在條件的影響，比如經(jīng)濟(jì)條件、文化差異、組織的規(guī)模等也會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)科技的締造產(chǎn)生阻礙。另外，傳統(tǒng)、專有、封閉的科技體制的文化、構(gòu)造、機(jī)構(gòu)產(chǎn)生了與計(jì)算機(jī)科技體制相似的由專有發(fā)展到開(kāi)放的變化。由此可見(jiàn)，計(jì)算機(jī)科技的締造基于社會(huì)的發(fā)展，而社會(huì)的發(fā)展及需求也帶動(dòng)了計(jì)算機(jī)科技的締造，是協(xié)調(diào)合作的。計(jì)算機(jī)科技的迅速發(fā)展，由此也產(chǎn)生了許多比起人們需求還要多的有效科技。

五、總結(jié)語(yǔ)

計(jì)算機(jī)技術(shù)作為一種新興技術(shù)，其對(duì)社會(huì)發(fā)展以及人們生活方式有著巨大的影響，并促進(jìn)了信息時(shí)代的快速到來(lái)，成為了一種不可缺少的生活必需品。而這些，都依賴于不斷的技術(shù)創(chuàng)新。在軟件、互聯(lián)網(wǎng)、納米等技術(shù)的不斷發(fā)展下，必將會(huì)實(shí)現(xiàn)高速化、智能化、多元化和微型化的計(jì)算機(jī)技術(shù)，因此還需要進(jìn)一步加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新。

參考文獻(xiàn)：

第5篇：量子計(jì)算發(fā)展現(xiàn)狀范文

關(guān)鍵詞 控制科學(xué)與工程 學(xué)科建設(shè) 自動(dòng)化

中圖分類號(hào)：G640 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

自動(dòng)化技術(shù)廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、科學(xué)研究、交通運(yùn)輸、商業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)和家庭等方面。采用自動(dòng)化技術(shù)不僅可以把人從繁重的體力勞動(dòng)、部分腦力勞動(dòng)以及惡劣、危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解放出來(lái)，而且能擴(kuò)展人的器官功能，極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，增強(qiáng)人類認(rèn)識(shí)世界和改造世界的能力。因此，自動(dòng)化是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的重要條件和顯著標(biāo)志。

自動(dòng)化是一門涉及學(xué)科較多、應(yīng)用廣泛的綜合性科學(xué)技術(shù)。在我國(guó)研究生培養(yǎng)體系中，自動(dòng)化對(duì)應(yīng)的一級(jí)學(xué)科“控制科學(xué)與工程”下屬有七個(gè)二級(jí)學(xué)科：“控制理論與控制工程”、“檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)裝置”、“系統(tǒng)工程”、“模式識(shí)別與智能系統(tǒng)”、“導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制”、“企業(yè)信息化系統(tǒng)與工程”和“生物信息學(xué)”?？刂瓶茖W(xué)與工程對(duì)相關(guān)學(xué)科的發(fā)展起到了有力的推動(dòng)作用，并在學(xué)科交叉與滲透中表現(xiàn)出突出的活力。例如：它與信息科學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的結(jié)合開(kāi)拓了知識(shí)工程和智能機(jī)器人領(lǐng)域。與社會(huì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)的結(jié)合使研究的對(duì)象進(jìn)入到社會(huì)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的范疇中。與生物學(xué)、醫(yī)學(xué)的結(jié)合更有力地推動(dòng)了生物控制論的發(fā)展。同時(shí)，相鄰學(xué)科如計(jì)算機(jī)、通信、微電子學(xué)和認(rèn)知科學(xué)的發(fā)展也促進(jìn)了控制科學(xué)與工程的新發(fā)展，使控制科學(xué)與工程學(xué)科所涉及的研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。

1 我國(guó)控制科學(xué)與工程學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀

控制科學(xué)與工程學(xué)科經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，在諸多方面取得了一些重要的進(jìn)步，按照二級(jí)學(xué)科分類，主要發(fā)展現(xiàn)狀歸納如下。

1.1 控制理論與工程

控制理論以動(dòng)態(tài)系統(tǒng)為主要研究對(duì)象。20世紀(jì)80年代以來(lái)，計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和通信等信息技術(shù)的發(fā)展為現(xiàn)有的控制理論提供了廣泛的應(yīng)用空間，同時(shí)也帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)，促使控制理論自身的發(fā)展，也催生出新的學(xué)科增長(zhǎng)點(diǎn)?？刂评碚摲矫妫隰敯艨刂?、非線性控制、離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)、量子控制等方面都取得了重要進(jìn)展。魯棒控制研究?jī)?nèi)容涉及魯棒極點(diǎn)配置、魯棒鎮(zhèn)定、魯棒觀測(cè)器設(shè)計(jì)、魯棒故障診斷等一系列魯棒控制問(wèn)題。分布參數(shù)控制研究涉及可控性、隨機(jī)控制、非線性系統(tǒng)、穩(wěn)定性、最優(yōu)性、數(shù)值求解最優(yōu)控制及時(shí)間延遲問(wèn)題。離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的研究主要集中在離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)化理論與方法上，理論成果被成功應(yīng)用到從機(jī)械或半導(dǎo)體制造到電網(wǎng)規(guī)劃、石油化工等多個(gè)行業(yè)的實(shí)際工程問(wèn)題。量子控制的研究涉及量子態(tài)的制備、最優(yōu)控制、控制能力、反饋控制、消相干控制、糾纏動(dòng)力學(xué)、動(dòng)態(tài)解耦等多個(gè)方面。智能控制方面，在模糊不確定性理論、復(fù)雜系統(tǒng)的模糊控制與穩(wěn)定性分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、智能優(yōu)化等方面都有重要貢獻(xiàn)。模糊不確定性理論對(duì)于主觀上的不確定事件，給出了不確定變量的期望值、不確定變量的關(guān)鍵值、不確定事件測(cè)度的定義，并將它們應(yīng)用于機(jī)器學(xué)習(xí)、系統(tǒng)控制和管理等問(wèn)題。自模糊集合誕生至今，模糊控制作為一種有效的非線性控制方法受到了廣泛關(guān)注和應(yīng)用，模糊控制器形式常見(jiàn)的有模糊邏輯控制、模糊PID控制、神經(jīng)模糊控制、模糊滑膜控制、自適應(yīng)模糊控制及基于T-S模型的模糊控制等。模糊控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，是模糊控制領(lǐng)域一個(gè)持續(xù)研究的課題。現(xiàn)有的結(jié)果，主要是在前有理論基礎(chǔ)上，提出放松穩(wěn)定性條件，并將模糊控制的概念引入網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方面，主要利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)非線性系統(tǒng)的逼近能力和特性，與一些控制算法相結(jié)合，探討復(fù)雜系統(tǒng)的建模與控制問(wèn)題。智能優(yōu)化方面主要是結(jié)合模糊推理和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)為主的模糊神經(jīng)控制，并結(jié)合智能算法實(shí)現(xiàn)對(duì)算法的優(yōu)化。智能機(jī)器人技術(shù)方面，除了在機(jī)構(gòu)、視覺(jué)及傳感系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)建模、規(guī)劃與導(dǎo)航等提出一些新的設(shè)計(jì)和改進(jìn)的算法外，中國(guó)學(xué)者在救災(zāi)救援機(jī)器人、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、仿生機(jī)器人、飛行機(jī)器人、仿人機(jī)器人、人-機(jī)器人交互等方面取得了重要進(jìn)展。在控制的應(yīng)用方面，智能控制理論在電力系統(tǒng)調(diào)度、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制、風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)等方面已有初步應(yīng)用。在多智能體與網(wǎng)絡(luò)控制方面，研究涉及復(fù)雜系統(tǒng)與系統(tǒng)復(fù)雜性理論、混合系統(tǒng)與多模態(tài)切換、多智能體系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)控制。

1.2 模式識(shí)別與智能控制

隨著20世紀(jì)40年代計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)以及50年代人工智能的興起，人們當(dāng)然也希望能用計(jì)算機(jī)來(lái)代替或擴(kuò)展人類的部分腦力勞動(dòng)。模式識(shí)別在20世紀(jì)60年代初迅速發(fā)展并成為一門新學(xué)科。在生物信息學(xué)方面，在高通量組學(xué)數(shù)據(jù)的處理、計(jì)算基因組學(xué)的研究、醫(yī)學(xué)群體遺傳學(xué)中的生物信息學(xué)、蛋白質(zhì)功能結(jié)構(gòu)與亞細(xì)胞定位上、生物分子網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與分析等方面有了重要進(jìn)展。機(jī)器學(xué)習(xí)與數(shù)據(jù)挖掘方面，研究涉及提高學(xué)習(xí)系統(tǒng)泛化能力、樣本標(biāo)記問(wèn)題、降維與度量學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、在視頻與圖像分析方面的應(yīng)用。腦—機(jī)接口就是要實(shí)現(xiàn)生物腦與電腦之間的直接對(duì)話?；A(chǔ)理論研究與實(shí)驗(yàn)研究并重是腦—機(jī)接口研究的重要特點(diǎn)。腦—機(jī)接口研究是一個(gè)全新的領(lǐng)域，許多方面的問(wèn)題還有待于深入地研究。在醫(yī)學(xué)信息學(xué)、分子影像方面，多模態(tài)分子影像成像理論方法與關(guān)鍵技術(shù)、分子探針與藥物研發(fā)、分子影像驗(yàn)證與應(yīng)用是現(xiàn)在的研究熱點(diǎn)。

1.3 系統(tǒng)工程

系統(tǒng)工程是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)化的科學(xué)。系統(tǒng)工程的主要任務(wù)是根據(jù)總體協(xié)調(diào)的需要，把自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)中的基礎(chǔ)思想、理論、策略和方法等從橫的方面聯(lián)系起來(lái)，應(yīng)用現(xiàn)代數(shù)學(xué)和電子計(jì)算機(jī)等工具，對(duì)系統(tǒng)的構(gòu)成要素、組織結(jié)構(gòu)、信息交換和自動(dòng)控制等功能進(jìn)行分析研究，借以達(dá)到最優(yōu)化設(shè)計(jì)，最優(yōu)控制和最優(yōu)管理的目標(biāo)。在工業(yè)過(guò)程建模方面，研究主要涉及過(guò)程建模方法與應(yīng)用及面向高端應(yīng)用的工業(yè)建模技術(shù)與軟件。在生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化方面，隨著經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程的加快和計(jì)算機(jī)技術(shù)的提升，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)背景的生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題優(yōu)化理論與方法成為自動(dòng)化學(xué)科的研究熱點(diǎn)。公共安全應(yīng)急管理決策的研究主要集中在公共安全應(yīng)急決策的理論、方法和技術(shù)上。在信息服務(wù)的研究上，在服務(wù)組合、服務(wù)計(jì)算環(huán)境、服務(wù)部署與調(diào)度、服務(wù)計(jì)算模式/模型、數(shù)據(jù)集成等關(guān)鍵問(wèn)題上都有了較大的進(jìn)展。智能交通系統(tǒng)是解決目前城市交通擁堵、氣體和噪聲污染的主要途徑，目前主要的研究領(lǐng)域集中在先進(jìn)交通分配和出行誘導(dǎo)技術(shù)、城市高速路與普通路網(wǎng)集成交通控制、交通分配與交通控制一體化研究以及交通信息獲取與服務(wù)系統(tǒng)的研制。

1.4 導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制

導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制學(xué)科一直突出為國(guó)防、航天服務(wù)的特色，注重理論與工程實(shí)際的結(jié)合，重視高素質(zhì)人才的培養(yǎng)，建立起一支梯隊(duì)結(jié)構(gòu)合理、學(xué)術(shù)方向穩(wěn)定、能打“硬仗”的科研隊(duì)伍。半個(gè)世紀(jì)里，導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制學(xué)科先后開(kāi)辟出導(dǎo)航技術(shù)、飛行控制、精確制導(dǎo)等研究方向。在導(dǎo)航技術(shù)方面，研究涉及衛(wèi)星導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航及慣性基組合導(dǎo)航。在飛行控制方面，國(guó)內(nèi)飛行控制研究領(lǐng)域取得了豐富的研究成果，在飛行控制理論的改進(jìn)和完善、先進(jìn)飛行控制技術(shù)的研究與探索以及飛行控制技術(shù)在航空器、航天器和臨近空間飛行器的應(yīng)用方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。在精確制導(dǎo)技術(shù)方面，研究的主要內(nèi)容包括高精度導(dǎo)引控制技術(shù)和精確探測(cè)技術(shù)。高精度導(dǎo)引控制技術(shù)主要體現(xiàn)在制導(dǎo)控制規(guī)律的設(shè)計(jì)方面，而精確探測(cè)技術(shù)主要體現(xiàn)在各類導(dǎo)引系統(tǒng)探測(cè)技術(shù)的發(fā)展史上。

1.5 檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置

檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置是將自動(dòng)化、電子、計(jì)算機(jī)、控制工程、信息處理、機(jī)械等多種學(xué)科、多種技術(shù)融合為一體并綜合運(yùn)用的復(fù)合技術(shù)，廣泛應(yīng)用于交通、電力、冶金、化工、建材等各領(lǐng)域自動(dòng)化裝備及生產(chǎn)自動(dòng)化過(guò)程。檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置的研究與應(yīng)用，不僅具有重要的理論意義，符合當(dāng)前及今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)我國(guó)科技發(fā)展的戰(zhàn)略，而且緊密結(jié)合國(guó)民經(jīng)濟(jì)的實(shí)際情況，對(duì)促進(jìn)企業(yè)技術(shù)進(jìn)步、傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)改造和鐵路技術(shù)裝備的現(xiàn)代化有著重要的意義。在檢測(cè)技術(shù)上，超導(dǎo)材料、稀土功能材料等功能材料新領(lǐng)域，功能陶瓷材料的研究開(kāi)發(fā)取得了顯著進(jìn)展，在低燒磁料和賤金屬電極上形成了自己的特色并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。在動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)方面，研究涉及基于模型的故障診斷技術(shù)及基于數(shù)據(jù)的故障診斷方法。

2 我國(guó)控制科學(xué)與工程學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)與展望

2.1 人才的培養(yǎng)和支持

由于我國(guó)控制科學(xué)與工程專業(yè)的畢業(yè)生長(zhǎng)期以來(lái)供不應(yīng)求，目前，設(shè)置該專業(yè)的院校逐漸遞增。要注重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，多和實(shí)踐結(jié)合，走出應(yīng)試教育的桎梏。需要有人才成長(zhǎng)的土壤，盡可能為科研人員提供良好的科研條件。需要加大國(guó)內(nèi)外交流，提供交流的機(jī)會(huì)?？傊枰獮槿瞬诺呐囵B(yǎng)創(chuàng)造全方位立體的支持環(huán)境。

2.2 加大基礎(chǔ)理論投入

我國(guó)自動(dòng)化學(xué)科的發(fā)展的劣勢(shì)主要是基礎(chǔ)理論投入不足，要想改進(jìn)這一點(diǎn)，需要從國(guó)家層次上進(jìn)行引導(dǎo)，制定相關(guān)政策，鼓勵(lì)科研院所和高校加大基礎(chǔ)理論研究，經(jīng)濟(jì)允許的情況下加大資金投入，協(xié)調(diào)各個(gè)科研機(jī)構(gòu)，發(fā)揮各單位優(yōu)勢(shì)，爭(zhēng)取在基礎(chǔ)理論上取得重大突破。

3 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)代人的持續(xù)努力，使我國(guó)的經(jīng)濟(jì)保持高速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。一個(gè)國(guó)家的發(fā)達(dá)程度往往和科技水平成正比，科技會(huì)促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，而經(jīng)濟(jì)的發(fā)展又會(huì)對(duì)科技發(fā)展提供支持。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)對(duì)自動(dòng)化學(xué)科的研究將更多的轉(zhuǎn)向基礎(chǔ)理論的研究和新興交叉方向的研究。也正是以此作為突破口，我國(guó)才更有可能在21世紀(jì)達(dá)到并且引領(lǐng)世界先進(jìn)水平，成為自動(dòng)化科技強(qiáng)國(guó)。

注：黑龍江省學(xué)位與研究生教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目——自動(dòng)化領(lǐng)域研究生培養(yǎng)質(zhì)量保證體系研究與實(shí)踐資助；哈爾濱工程大學(xué)2012年教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目——自動(dòng)化特色專業(yè)建設(shè)的探索與實(shí)踐

第6篇：量子計(jì)算發(fā)展現(xiàn)狀范文

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；儲(chǔ)電技術(shù)；埃弗雷特優(yōu)化技術(shù)

引言

電能具有靈活度高、環(huán)保和功率穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，隨著電力傳輸和電力儲(chǔ)存技術(shù)的高速發(fā)展，大量用電設(shè)備如照明設(shè)施、起重機(jī)和船舶通信等設(shè)備廣泛應(yīng)用在船舶等海上作業(yè)平臺(tái)上。為了實(shí)現(xiàn)船舶電網(wǎng)的穩(wěn)定輸出和降低電力能源的功率損耗，大型的船舶綜合電力系統(tǒng)引起了廣泛的研究。為了適應(yīng)復(fù)雜的用電載荷和供電需求，保障整個(gè)船舶電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，船舶工業(yè)需要對(duì)傳統(tǒng)的船舶電力系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)革新。電力變換裝置、電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和功率轉(zhuǎn)換器等各種先進(jìn)的電力技術(shù)近年來(lái)逐漸成熟[1]，這些新的技術(shù)和優(yōu)化算法開(kāi)始在船舶的電力系統(tǒng)上應(yīng)用起來(lái)。傳統(tǒng)的船舶電力系統(tǒng)主要有以下缺陷：1）系統(tǒng)冗余、集成控制不便。傳統(tǒng)的船舶電力系統(tǒng)包括汽輪發(fā)電裝置、儲(chǔ)能模塊、電網(wǎng)和船上用電設(shè)備，電能沿船上左右兩側(cè)的母線傳輸?shù)礁鞣N用電終端。由于眾多用電模塊在功率和電壓上相互影響，使得電力系統(tǒng)的性能下降甚至不穩(wěn)定。船舶上各種用電設(shè)備相互獨(dú)立運(yùn)行，無(wú)法有效的對(duì)整個(gè)用電網(wǎng)絡(luò)集成控制。2）電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，維護(hù)困難。傳統(tǒng)船舶電力網(wǎng)絡(luò)在鋪設(shè)過(guò)程中無(wú)法對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)，電路之間的并聯(lián)、串聯(lián)往往根據(jù)用電設(shè)備隨機(jī)決定，因此電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜無(wú)規(guī)律。這種復(fù)雜的電路一旦出現(xiàn)故障，檢測(cè)和維修需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和工作量。3）系統(tǒng)供電效率低，電能損耗大。相對(duì)于采取網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的集成化電路，傳統(tǒng)船舶電路的供電無(wú)法對(duì)負(fù)載用電變化做出及時(shí)的響應(yīng)，這種供電電流和電壓調(diào)整的滯后性會(huì)造成大量電能的損耗。由于船舶用電設(shè)備存在功率的突變，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)無(wú)法做出及時(shí)的調(diào)節(jié)，整體系統(tǒng)的用電效率就會(huì)降低。在船舶供電系統(tǒng)的電力變換裝置設(shè)計(jì)時(shí)，需要將眾多變換裝置有機(jī)的協(xié)調(diào)才能使電力系統(tǒng)的安全性、可靠性達(dá)到最佳[2]。本文在設(shè)計(jì)船舶的電力系統(tǒng)時(shí)，充分考慮到電路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化，結(jié)合量子學(xué)埃弗雷特算法對(duì)電路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的船舶電力系統(tǒng)電路高度集成，故障診斷和維護(hù)方便；對(duì)負(fù)載用電變化的響應(yīng)迅速，提高了供電系統(tǒng)的效率；系統(tǒng)內(nèi)電力變換裝置的耦合性好，整體上的電能損耗大大降低。

1船舶電力系統(tǒng)

1.1船舶電力系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

近年來(lái)，電工電子技術(shù)發(fā)展迅速，大規(guī)模的集成電路逐漸取代了傳統(tǒng)復(fù)雜的電路。這種高度集成的電路可以顯著提高電力系統(tǒng)的可控制性、運(yùn)行的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的使用壽命，同時(shí)節(jié)省了維護(hù)和故障診斷的成本。傳統(tǒng)的船舶電力系統(tǒng)主要為發(fā)電輪機(jī)和輸電和配電設(shè)備兩部分。其中，輸電、配電設(shè)備又包括電力轉(zhuǎn)換裝置、步進(jìn)電機(jī)裝置、配電器、電池等儲(chǔ)能元器件和變壓器模塊等。經(jīng)過(guò)幾代人的研究，模塊化電子技術(shù)在船舶電力系統(tǒng)中逐漸應(yīng)用起來(lái)。模塊化電子技術(shù)是歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家率先提出的，它的出發(fā)點(diǎn)是電路的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。根據(jù)模塊化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的電路，充分考慮各個(gè)不同功能模塊之間的相互聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)了電路在電壓轉(zhuǎn)換、電能輸送、節(jié)能調(diào)度的最優(yōu)化[3]。

1.2船舶電力系統(tǒng)的區(qū)域配電

船舶電力系統(tǒng)的區(qū)域化配電是基于模塊化電工電子技術(shù)發(fā)展而來(lái)的，這種區(qū)域化配電模式可以根據(jù)船上用電設(shè)備的負(fù)載進(jìn)行電能的分配。通常情況下，區(qū)域化配電的傳輸線路為船舶左右兩側(cè)的輸電母線，然后根據(jù)用電量的大小將母線的電流分配給各個(gè)區(qū)域。該區(qū)域化配電結(jié)構(gòu)如圖1所示。相比較于傳統(tǒng)的船舶配電方式，采用區(qū)域化配電技術(shù)的船舶電力系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）根據(jù)用電載荷進(jìn)行電能的區(qū)域化分配，每個(gè)區(qū)域設(shè)計(jì)高度集成的電力轉(zhuǎn)換器，使電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)迅速和準(zhǔn)確。2）對(duì)于電力系統(tǒng)的壓力泵和各類風(fēng)機(jī)等輔機(jī)模塊，采用區(qū)域化的配電方式可以針對(duì)輔機(jī)的頻率和轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保輔機(jī)的工作效率。3）區(qū)域化的直流電分配方式減少了船舶電力系統(tǒng)的變壓器轉(zhuǎn)換級(jí)數(shù)，降低了功率損耗。

2采用埃弗雷特優(yōu)化技術(shù)的船舶電力系統(tǒng)

2.1埃弗雷特優(yōu)化算法

量子信息科學(xué)近年來(lái)逐漸興起，其中量子計(jì)算和量子理論優(yōu)化算法得到了長(zhǎng)足發(fā)展。量子計(jì)算是由埃弗雷特率先提出的，他提出了物質(zhì)的另一種狀態(tài)-“量子態(tài)”，并指出任何現(xiàn)實(shí)生活中存在的物質(zhì)，不論是宏觀還是微觀物質(zhì)，都可以通過(guò)“量子態(tài)”進(jìn)行描述[4]。基于量子理論的優(yōu)化算法在處理某一特定工況的問(wèn)題時(shí)，充分利用量子邏輯運(yùn)算和耦合算法。相比于傳統(tǒng)計(jì)算的迭代算法，量子計(jì)算在判定函數(shù)時(shí)僅需要運(yùn)算一次就可將不確定的輸入量轉(zhuǎn)化為定量，具體的函數(shù)形式如圖2所示。圖2中，量子計(jì)算函數(shù)與傳統(tǒng)函數(shù)具有明顯不同，量子計(jì)算充分利用了量子的矢量可疊加特性，通過(guò)矢量變換H，將輸入量x和y轉(zhuǎn)化為疊加態(tài)，然后通過(guò)埃弗雷特算法進(jìn)行計(jì)算，從而將非定值的物理量轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的確定值物理量。量子理論的埃弗雷特優(yōu)化算法在電路設(shè)計(jì)中發(fā)揮著重要的作用。他可以將復(fù)雜的函數(shù)求解過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)化，使得數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算過(guò)程更加簡(jiǎn)便。尤其對(duì)于回路中干、支路電流的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和配電模塊的耦合性，可以大幅提高耦合求解的效率，對(duì)電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)具有非常重要的意義。

2.2基于埃弗雷特優(yōu)化技術(shù)的船舶電力系統(tǒng)

基于埃弗雷特優(yōu)化的船舶電力系統(tǒng)，與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)最突出的區(qū)別是采用級(jí)聯(lián)的方式對(duì)船舶區(qū)域配電。通過(guò)配置SSIM濾波器，將輸入端和母線之間的三相電流衰減降低。起波形選擇SSIM濾波器跟電路后端的整流器以級(jí)聯(lián)的方式連接，作為一個(gè)子模塊起配電的作用。采用級(jí)聯(lián)式區(qū)域配電的船舶電力系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：1）在船舶的級(jí)聯(lián)式電力系統(tǒng)中，每個(gè)配電區(qū)域都可以看作是獨(dú)立運(yùn)行的子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)的抗干擾能力也各不相同。子系統(tǒng)通常會(huì)受到不同程度的擾動(dòng)，其中程度較小的擾動(dòng)包括：用電設(shè)備的負(fù)載變化、系統(tǒng)自身的噪聲擾動(dòng)和線路不穩(wěn)定產(chǎn)生的擾動(dòng)等；程度較大的擾動(dòng)包括：電路開(kāi)閉瞬間產(chǎn)生的擾動(dòng)和輸電線路發(fā)生意外產(chǎn)生的擾動(dòng)等[5]。2）電力系統(tǒng)采用級(jí)聯(lián)的區(qū)域配電方式時(shí)，需要通過(guò)反饋系統(tǒng)對(duì)功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。通常情況下，配電區(qū)域的反饋包括電壓反饋和電流反饋兩種。采用電壓反饋的配電模塊當(dāng)反饋電壓和輸入電壓存在明顯差異時(shí)，區(qū)域內(nèi)的阻抗器就會(huì)發(fā)揮調(diào)節(jié)回路電壓的作用，使系統(tǒng)輸入電壓與負(fù)載電壓匹配。本文所述的級(jí)聯(lián)式區(qū)域配電的等效模型如圖3所示。圖3中，G1為電力轉(zhuǎn)化器的級(jí)聯(lián)傳遞函數(shù)，G2為某區(qū)域配電的傳遞函數(shù)。Z0和Zin分別為配電器的輸入阻抗和電力轉(zhuǎn)換器的阻抗。由該級(jí)聯(lián)模型可知，區(qū)域配電的輸入阻抗和電力轉(zhuǎn)換器的阻抗相互調(diào)節(jié)，可以保障區(qū)域的穩(wěn)定性。在該電力系統(tǒng)中，每個(gè)配電區(qū)域之間的級(jí)聯(lián)方式是通過(guò)埃弗雷特算法耦合起來(lái)的[6]。一方面，每個(gè)配電區(qū)域可以保障該區(qū)域內(nèi)的用電需求和電力調(diào)節(jié)靈活性；另一方面，眾多配電區(qū)域組成一個(gè)有機(jī)的系統(tǒng)，共同保障了整個(gè)船舶電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。該級(jí)聯(lián)式配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。在該電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，輸入端為左右兩側(cè)的2個(gè)三相交流電源，PCM1-PCM4為電路的阻抗器和整流裝置，SSCM為電路的變頻器。

3結(jié)語(yǔ)

隨著電工電力技術(shù)的發(fā)展，集成化和模塊化的電路設(shè)計(jì)在船舶電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文基于埃弗雷特優(yōu)化算法，對(duì)傳統(tǒng)船舶電力系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在原有的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了級(jí)聯(lián)式直流配電模塊。后期的功率和穩(wěn)定性測(cè)試表明，該新型船舶電力系統(tǒng)功率損耗低且具有良好的供電穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊勇,耿攀,袁陽(yáng).基于DSP的艦船交流電力系統(tǒng)保護(hù)裝置設(shè)計(jì)[J].船電技術(shù),2012,32(5):50–52.

[2]戴劍峰,周雙喜,魯宗相,等.面向?qū)ο蟮拇半娏ο到y(tǒng)數(shù)字仿真研究[J].中國(guó)造船,2005,46(3):61–67.

[3]郭光燦.量子信息科學(xué)在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的興起和發(fā)展[J].物理,2008,37(8):556–561.

[4]Z.MALJKOVIC,關(guān)玉薇.故障和擾動(dòng)引起的水輪發(fā)電機(jī)電路電壓升高[J].國(guó)外大電機(jī),2001(1):20–24.

第7篇：量子計(jì)算發(fā)展現(xiàn)狀范文

[關(guān)鍵詞]計(jì)算機(jī)；技術(shù)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：O434文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

引言

隨著人們對(duì)于信息資源共享以及信息交流的迫切需求，促使網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的產(chǎn)生和快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和使用為人類信息文明的發(fā)展帶來(lái)了革命性的變化主要包括各種局域網(wǎng)的技術(shù)思想、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、布線系統(tǒng)、Intranet/Internet的應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)安全，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的維護(hù)等內(nèi)容。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理功能的強(qiáng)化，計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)和軟件技術(shù)都與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合到一起，近幾年來(lái)應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)更發(fā)展到以WEB門戶網(wǎng)站為界面，以與后臺(tái)網(wǎng)絡(luò)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)和實(shí)時(shí)交互操作的程序庫(kù)，共同組成網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的三層架構(gòu)模式，這成了計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)模式的主流趨勢(shì)。

一、我國(guó)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展現(xiàn)狀

1 我國(guó)計(jì)算機(jī)擁有量、互聯(lián)網(wǎng)用戶、網(wǎng)站數(shù)飛速增長(zhǎng)

我國(guó)計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的用戶、網(wǎng)站及域名在“九.五”期間飛速增長(zhǎng)，據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)：截止到2002年我國(guó)計(jì)算機(jī)安裝臺(tái)數(shù)達(dá)到3800萬(wàn)，聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)臺(tái)數(shù)達(dá)到2083萬(wàn)，互聯(lián)網(wǎng)用戶達(dá)到5910萬(wàn)。上述統(tǒng)計(jì)的計(jì)算機(jī)臺(tái)數(shù)都是通用臺(tái)式機(jī)，我國(guó)還有上千萬(wàn)臺(tái)工控機(jī)，幾億臺(tái)嵌式入計(jì)算機(jī)。我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，也推動(dòng)了計(jì)算機(jī)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化。

2 電子政務(wù)工程全面啟動(dòng)并初見(jiàn)成效

2002年電子政務(wù)進(jìn)入全面的實(shí)施階段，全國(guó)政府的采購(gòu)?fù)顿Y就有350億元其中硬件250億，軟件45億，信息服務(wù)55億元，比同期增長(zhǎng)25％，2002年7月國(guó)信辦公布了關(guān)于我國(guó)電子政務(wù)建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)，包含以下措施：(1)建立兩個(gè)統(tǒng)一的電子政務(wù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，用內(nèi)網(wǎng)處理辦公，外網(wǎng)處理部門間及公眾、企業(yè)服務(wù)義務(wù)。(2)推進(jìn)12項(xiàng)金字工程的建設(shè)，（金稅、金關(guān)、金財(cái)、金審等）。(3)加快重要戰(zhàn)略性。

二、我國(guó)計(jì)算機(jī)應(yīng)用發(fā)展中存在的問(wèn)題

1 我國(guó)計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平低

企業(yè)信息化水平低，上網(wǎng)企業(yè)和上網(wǎng)家庭數(shù)量還是較少，信息技術(shù)在企業(yè)和家庭中的應(yīng)用尚不夠普及。同發(fā)達(dá)國(guó)家及發(fā)展中國(guó)家相比都還有很大的差距，據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)中心研究分析，我國(guó)的信息化能力不僅遠(yuǎn)落后于美日等發(fā)達(dá)國(guó)家，也落后于新加坡、菲律賓、韓國(guó)、埃及、印度等發(fā)展中國(guó)家；網(wǎng)民占人口的比例瑞典達(dá)67％，德國(guó)49％，瑞士60％，我國(guó)僅為3%。

2 國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)應(yīng)用發(fā)展很不平衡

各地區(qū)的信息化指數(shù)高低相差20多倍，互聯(lián)網(wǎng)用戶、計(jì)算機(jī)擁有量在東西部地區(qū)、大陸和臺(tái)灣地區(qū)的差距很大，臺(tái)灣的互聯(lián)網(wǎng)用戶有540萬(wàn)，網(wǎng)民占人口的比例達(dá)26％，連網(wǎng)的主機(jī)達(dá)85萬(wàn)臺(tái)，50％的企業(yè)已開(kāi)展電子商務(wù)，大陸開(kāi)展電子商務(wù)的企業(yè)還不到10％。

3 我國(guó)的信息產(chǎn)業(yè)尚不能完全滿足信息化發(fā)展

計(jì)算機(jī)應(yīng)用對(duì)軟硬件產(chǎn)品的需求，國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品的技術(shù)水平和市場(chǎng)占有率較低，重大的應(yīng)用工程和大型的應(yīng)用系統(tǒng)所用的軟硬件產(chǎn)品主要是靠國(guó)外公司，科技成果的轉(zhuǎn)化速度較慢，系統(tǒng)的集成，信息的服務(wù)水平還有待提高，計(jì)算機(jī)應(yīng)用的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范既缺乏又不統(tǒng)一，急需有待加強(qiáng)。

4 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用、信息化的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)和政策法律尚待完善

目前還缺乏有力的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)政策來(lái)推動(dòng)信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，信息化的組織領(lǐng)導(dǎo)和管理體制尚待完善和加強(qiáng)，有關(guān)市場(chǎng)管理的法律法規(guī)、社會(huì)的信用體系還未完全進(jìn)行建立，同時(shí)電子商務(wù)的發(fā)展所需要的市場(chǎng)環(huán)境還不完善。

5 企業(yè)的管理體制、機(jī)制、管理理念和組織機(jī)構(gòu)等不能適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的要求

部分領(lǐng)導(dǎo)對(duì)信息技術(shù)應(yīng)用的重要性、緊迫性還沒(méi)有足夠的認(rèn)識(shí)。企業(yè)采用的信息技術(shù)等高新技術(shù)還缺少內(nèi)在的動(dòng)力、人力、財(cái)力和物力?；A(chǔ)工作的薄弱，信息技術(shù)人才，尤其是既懂信息技術(shù)又懂行業(yè)業(yè)務(wù)技術(shù)的復(fù)合型人才，更是缺少，廣大職工的信息意識(shí)和信息技術(shù)應(yīng)用知識(shí)欠缺，職工的文化素質(zhì)急待提高。

4、計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用之管理信息系統(tǒng)

一定意義上說(shuō)，管理信息系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展是建立在電子計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)上的。硬件方面，自1946年第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生以來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展可謂日新月異，從龐大的只能在實(shí)驗(yàn)里供研究使用的計(jì)算機(jī)到今天適應(yīng)不同環(huán)境的滿足不同需求的各種各樣的計(jì)算機(jī)；運(yùn)算速度從每秒幾千次到每秒幾百億次；處理器從焊有幾百萬(wàn)個(gè)電子管的大的驚人的電子板到只有指甲大小的集成電路；現(xiàn)在計(jì)算機(jī)在硬件方面的發(fā)展已達(dá)到了每三個(gè)月更新?lián)Q代一次的驚人速度。軟件方面，也已從機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言發(fā)展到現(xiàn)如今的第四代語(yǔ)言――非結(jié)構(gòu)化、面向?qū)ο蟆⒖梢暬恼Z(yǔ)言。管理信息系統(tǒng)的發(fā)展管理信息系統(tǒng)的發(fā)展管理信息系統(tǒng)的發(fā)展管理信息系統(tǒng)的發(fā)展：管理信息系統(tǒng)通過(guò)對(duì)學(xué)校當(dāng)前運(yùn)行的地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行處理來(lái)獲得有關(guān)數(shù)據(jù)，以控制學(xué)校的行為；利用過(guò)去的和現(xiàn)在的數(shù)據(jù)及相關(guān)的模型，對(duì)未來(lái)的發(fā)展進(jìn)行預(yù)測(cè)；能從全局目標(biāo)出發(fā)，對(duì)學(xué)校的管理決策活動(dòng)予以輔助。

三、內(nèi)容廣泛，拓寬教學(xué)范圍

計(jì)算機(jī)應(yīng)用教學(xué)能夠不受時(shí)間和空間的制約，延伸和拓展教學(xué)時(shí)空，通過(guò)影、音、色彩和動(dòng)畫(huà)，傳遞傳授信息，解決由于時(shí)間和空間局限的教學(xué)疑難問(wèn)題，使學(xué)習(xí)變得輕松易被理解和掌握，培養(yǎng)并發(fā)展了初學(xué)者獲取信息、分析信息和處理信息的能力。

實(shí)踐證明，計(jì)算機(jī)教學(xué)能充分激發(fā)調(diào)動(dòng)、人們的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)習(xí)主動(dòng)性。然而，正如萬(wàn)物都有正反面一樣，計(jì)算機(jī)教學(xué)也有它的弊端，具體來(lái)說(shuō)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1、容易改變教學(xué)者的主導(dǎo)地位

盡管計(jì)算機(jī)體系教學(xué)是一種高效、先進(jìn)的教學(xué)模式，但它決不能取代教學(xué)者的主導(dǎo)地位。如果過(guò)分地依賴和習(xí)慣性的利用這種教學(xué)模式，那么結(jié)果將是導(dǎo)致一些人喪失動(dòng)手能力，本末倒置、得不償失。計(jì)算機(jī)是教師教學(xué)的一種工具，是教學(xué)的一種輔助方式方法。我們不能把“以教師為中心”的教學(xué)思想演變成了“以計(jì)算機(jī)”為軸心的教學(xué)思想，以至于失去了傳統(tǒng)的教育理念，我們應(yīng)該形成以“學(xué)”為主、“傳統(tǒng)理念和先進(jìn)的計(jì)算機(jī)教學(xué)互動(dòng)”的教學(xué)思想。

2、一定程度上忽略了教和學(xué)兩者之間互動(dòng)關(guān)系

教學(xué)并不只是為了信息的傳遞，更重要的是為了各種技能的培訓(xùn)和掌握。而計(jì)算機(jī)教學(xué)在這方面則是提供了更多的現(xiàn)成答案，學(xué)習(xí)者從而缺乏了對(duì)細(xì)致過(guò)程的展示和求索精神。這樣，初學(xué)在學(xué)習(xí)過(guò)程中就容易缺乏由教師引導(dǎo)的由淺入深、由具體到復(fù)雜、由簡(jiǎn)單到抽象的思維過(guò)程。久而久之就形成了懶惰的思想。

3、容易分散學(xué)習(xí)時(shí)的注意力

計(jì)算機(jī)教學(xué)手段形象生動(dòng)，然而，許多學(xué)習(xí)者注意的只是音樂(lè)和動(dòng)畫(huà)，甚至有的還要討論屏幕哪些地方怎么好玩，并提醒周圍人們來(lái)注意，興趣調(diào)動(dòng)起來(lái)了，可注意力卻分散了。

4、課件制作簡(jiǎn)單地以計(jì)算機(jī)代替一切

尺有所短，寸有所長(zhǎng)，計(jì)算機(jī)是功能十分強(qiáng)大的工具，傳統(tǒng)的教學(xué)手段似乎都可能由它來(lái)代替。總的來(lái)講，計(jì)算機(jī)體系固然有其它媒體所無(wú)可比擬的優(yōu)越性，但其它常規(guī)媒體的許多特色功能、教學(xué)模型的空間結(jié)構(gòu)功能等，也是計(jì)算機(jī)所不能完全替代的。因此，教學(xué)需要選擇合適的媒體，與其它有機(jī)配合、“和平共處”，而不要一味追趕時(shí)髦。

“總之，計(jì)算機(jī)多媒體教學(xué)的良性發(fā)展，任重道遠(yuǎn)。事物都有它的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，我們不能因?yàn)樗膬?yōu)點(diǎn)而讓它隨意滋長(zhǎng)、也不能因?yàn)樗娜秉c(diǎn)而對(duì)它敬而遠(yuǎn)之。正確地理解和使用計(jì)算機(jī)這個(gè)現(xiàn)代化學(xué)習(xí)工具，將給我國(guó)的現(xiàn)代化教育帶來(lái)不可估計(jì)的巨大效益;。此時(shí)，正是它發(fā)展途中在這里我們要通過(guò)嘗試，通過(guò)實(shí)踐，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，改善不足。

四、計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

1 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，并進(jìn)行高速數(shù)學(xué)與邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理的量子物理設(shè)備。當(dāng)某個(gè)設(shè)備是由兩子元件組裝，處理與計(jì)算的是量子信息，且運(yùn)行的是量子算法時(shí)，這樣的計(jì)算機(jī)就稱為量子計(jì)算機(jī)。

2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)

人腦總體的運(yùn)行速度相當(dāng)于每秒1000萬(wàn)億次的電腦功能，可將生物大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)看作一個(gè)大規(guī)模的能緊密耦合的、并行處理的、能自行重組的計(jì)算網(wǎng)絡(luò)。從大腦工作的模型中抽取計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)模型，用許多處理機(jī)來(lái)模仿人腦的神經(jīng)元機(jī)構(gòu)，把信息存儲(chǔ)在神經(jīng)元之間的聯(lián)絡(luò)中，同時(shí)采用大量的并行分布式的網(wǎng)絡(luò)就構(gòu)成了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)。

3 化學(xué)計(jì)算機(jī)

在運(yùn)行機(jī)理上，化學(xué)計(jì)算機(jī)以化學(xué)制成品中的微觀碳分子作為其信息載體，來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的傳輸與儲(chǔ)存。所以，它具有更小的體積，更快的運(yùn)算速度，以及巨大的計(jì)算機(jī)能力，其信息傳輸?shù)乃俣壬踔劣锌赡鼙热四X的思維速度還要快若干倍，具有著十分誘人的發(fā)展前景。

4 光計(jì)算機(jī)

光計(jì)算機(jī)是指以光、電作為介質(zhì)與載體，對(duì)信息進(jìn)行保存與傳輸?shù)挠?jì)算機(jī)。光計(jì)算機(jī)也是一個(gè)相對(duì)環(huán)保的產(chǎn)業(yè)，能量消耗很低。

5 生物計(jì)算機(jī)

人體細(xì)胞吸收營(yíng)養(yǎng)進(jìn)行補(bǔ)充能量，因此不需要外界的能源，它將成為能夠植入人體內(nèi)而成為幫助人類學(xué)習(xí)、思考、發(fā)明、創(chuàng)造的最理想的伙伴。此外，由于生物芯片內(nèi)流動(dòng)電子間的碰撞問(wèn)題可能極小，幾乎不存在電阻，因此生物計(jì)算機(jī)機(jī)的能耗極小。

五、結(jié)語(yǔ)

當(dāng)今世界是飛速發(fā)展的信息時(shí)代，在各行各業(yè)中離不開(kāi)信息處理，這正是計(jì)算機(jī)被廣泛用于管理系統(tǒng)的環(huán)境。計(jì)算機(jī)的最大好處在于利用它能夠進(jìn)行信息管理。使計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息管理控制，不僅提高了工作效率，而且大大提高了其安全性。尤其對(duì)于復(fù)雜的信息處理，計(jì)算機(jī)能夠充分發(fā)揮它的優(yōu)越性。計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息管理與信息管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)密切相關(guān)，系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是系統(tǒng)管理的前提。

參考文獻(xiàn)：

[1]我國(guó)計(jì)算機(jī)教學(xué)的新發(fā)展”.《電化教育研究》。

第8篇：量子計(jì)算發(fā)展現(xiàn)狀范文

關(guān)鍵詞半導(dǎo)體材料量子線量子點(diǎn)材料光子晶體

1半導(dǎo)體材料的戰(zhàn)略地位

上世紀(jì)中葉，單晶硅和半導(dǎo)體晶體管的發(fā)明及其硅集成電路的研制成功，導(dǎo)致了電子工業(yè)革命；上世紀(jì)70年代初石英光導(dǎo)纖維材料和GaAs激光器的發(fā)明，促進(jìn)了光纖通信技術(shù)迅速發(fā)展并逐步形成了高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，使人類進(jìn)入了信息時(shí)代。超晶格概念的提出及其半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設(shè)計(jì)思想，使半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)與制造從“雜質(zhì)工程”發(fā)展到“能帶工程”。納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能強(qiáng)大的新型器件與電路，必將深刻地影響著世界的政治、經(jīng)濟(jì)格局和軍事對(duì)抗的形式，徹底改變?nèi)藗兊纳罘绞健?/p>

2幾種主要半導(dǎo)體材料的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

2.1硅材料

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

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

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

2.2GaAs和InP單晶材料

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

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

GaAs和InP單晶的發(fā)展趨勢(shì)是：

（1）。增大晶體直徑，目前4英寸的SI－GaAs已用于生產(chǎn)，預(yù)計(jì)本世紀(jì)初的頭幾年直徑為6英寸的SI－GaAs也將投入工業(yè)應(yīng)用。

（2）。提高材料的電學(xué)和光學(xué)微區(qū)均勻性。

（3）。降低單晶的缺陷密度，特別是位錯(cuò)。

（4）。GaAs和InP單晶的VGF生長(zhǎng)技術(shù)發(fā)展很快，很有可能成為主流技術(shù)。

2.3半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料

半導(dǎo)體超薄層微結(jié)構(gòu)材料是基于先進(jìn)生長(zhǎng)技術(shù)（MBE，MOCVD）的新一代人工構(gòu)造材料。它以全新的概念改變著光電子和微電子器件的設(shè)計(jì)思想，出現(xiàn)了“電學(xué)和光學(xué)特性可剪裁”為特征的新范疇，是新一代固態(tài)量子器件的基礎(chǔ)材料。

（1）Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料。

GaAIAs／GaAs，GaInAs／GaAs，AIGaInP／GaAs；GalnAs／InP，AlInAs／InP，InGaAsP／InP等GaAs、InP基晶格匹配和應(yīng)變補(bǔ)償材料體系已發(fā)展得相當(dāng)成熟，已成功地用來(lái)制造超高速，超高頻微電子器件和單片集成電路。高電子遷移率晶體管（HEMT），贗配高電子遷移率晶體管（P－HEMT）器件最好水平已達(dá)fmax=600GHz，輸出功率58mW，功率增益6.4db；雙異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT）的最高頻率fmax也已高達(dá)500GHz，HEMT邏輯電路研制也發(fā)展很快?；谏鲜霾牧象w系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探測(cè)器，紅、黃、橙光發(fā)光二極管和紅光激光器以及大功率半導(dǎo)體量子阱激光器已商品化；表面光發(fā)射器件和光雙穩(wěn)器件等也已達(dá)到或接近達(dá)到實(shí)用化水平。目前，研制高質(zhì)量的1.5μm分布反饋（DFB）激光器和電吸收（EA）調(diào)制器單片集成InP基多量子阱材料和超高速驅(qū)動(dòng)電路所需的低維結(jié)構(gòu)材料是解決光纖通信瓶頸問(wèn)題的關(guān)鍵，在實(shí)驗(yàn)室西門子公司已完成了80×40Gbps傳輸40km的實(shí)驗(yàn)。另外，用于制造準(zhǔn)連續(xù)兆瓦級(jí)大功率激光陣列的高質(zhì)量量子阱材料也受到人們的重視。

雖然常規(guī)量子阱結(jié)構(gòu)端面發(fā)射激光器是目前光電子領(lǐng)域占統(tǒng)治地位的有源器件，但由于其有源區(qū)極?。ā?.01μm）端面光電災(zāi)變損傷，大電流電熱燒毀和光束質(zhì)量差一直是此類激光器的性能改善和功率提高的難題。采用多有源區(qū)量子級(jí)聯(lián)耦合是解決此難題的有效途徑之一。我國(guó)早在1999年，就研制成功980nmInGaAs帶間量子級(jí)聯(lián)激光器，輸出功率達(dá)5W以上；2000年初，法國(guó)湯姆遜公司又報(bào)道了單個(gè)激光器準(zhǔn)連續(xù)輸出功率超過(guò)10瓦好結(jié)果。最近，我國(guó)的科研工作者又提出并開(kāi)展了多有源區(qū)縱向光耦合垂直腔面發(fā)射激光器研究，這是一種具有高增益、極低閾值、高功率和高光束質(zhì)量的新型激光器，在未來(lái)光通信、光互聯(lián)與光電信息處理方面有著良好的應(yīng)用前景。

為克服PN結(jié)半導(dǎo)體激光器的能隙對(duì)激光器波長(zhǎng)范圍的限制，1994年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了基于量子阱內(nèi)子帶躍遷和阱間共振隧穿的量子級(jí)聯(lián)激光器，突破了半導(dǎo)體能隙對(duì)波長(zhǎng)的限制。自從1994年InGaAs／InAIAs／InP量子級(jí)聯(lián)激光器（QCLs）發(fā)明以來(lái)，Bell實(shí)驗(yàn)室等的科學(xué)家，在過(guò)去的7年多的時(shí)間里，QCLs在向大功率、高溫和單膜工作等研究方面取得了顯著的進(jìn)展。2001年瑞士Neuchatel大學(xué)的科學(xué)家采用雙聲子共振和三量子阱有源區(qū)結(jié)構(gòu)使波長(zhǎng)為9.1μm的QCLs的工作溫度高達(dá)312K，連續(xù)輸出功率3mW.量子級(jí)聯(lián)激光器的工作波長(zhǎng)已覆蓋近紅外到遠(yuǎn)紅外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光譜、超高靈敏氣體傳感器、高速調(diào)制器和無(wú)線光學(xué)連接等方面顯示出重要的應(yīng)用前景。中科院上海微系統(tǒng)和信息技術(shù)研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子級(jí)聯(lián)激光器；中科院半導(dǎo)體研究所于2000年又研制成功3.7μm室溫準(zhǔn)連續(xù)應(yīng)變補(bǔ)償量子級(jí)聯(lián)激光器，使我國(guó)成為能研制這類高質(zhì)量激光器材料為數(shù)不多的幾個(gè)國(guó)家之一。

目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作為超薄層微結(jié)構(gòu)材料發(fā)展的主流方向，正從直徑3英寸向4英寸過(guò)渡；生產(chǎn)型的MBE和M0CVD設(shè)備已研制成功并投入使用，每臺(tái)年生產(chǎn)能力可高達(dá)3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英國(guó)卡迪夫的MOCVD中心，法國(guó)的PicogigaMBE基地，美國(guó)的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有這種外延材料出售。生產(chǎn)型MBE和MOCVD設(shè)備的成熟與應(yīng)用，必然促進(jìn)襯底材料設(shè)備和材料評(píng)價(jià)技術(shù)的發(fā)展。

（2）硅基應(yīng)變異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。

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

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

盡管GaAs／Si和InP／Si是實(shí)現(xiàn)光電子集成理想的材料體系，但由于晶格失配和熱膨脹系數(shù)等不同造成的高密度失配位錯(cuò)而導(dǎo)致器件性能退化和失效，防礙著它的使用化。最近，Motolora等公司宣稱，他們?cè)?2英寸的硅襯底上，用鈦酸鍶作協(xié)變層（柔性層），成功的生長(zhǎng)了器件級(jí)的GaAs外延薄膜，取得了突破性的進(jìn)展。

2.4一維量子線、零維量子點(diǎn)半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料

基于量子尺寸效應(yīng)、量子干涉效應(yīng)，量子隧穿效應(yīng)和庫(kù)侖阻效應(yīng)以及非線性光學(xué)效應(yīng)等的低維半導(dǎo)體材料是一種人工構(gòu)造（通過(guò)能帶工程實(shí)施）的新型半導(dǎo)體材料，是新一代微電子、光電子器件和電路的基礎(chǔ)。它的發(fā)展與應(yīng)用，極有可能觸發(fā)新的技術(shù)革命。

目前低維半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)與制備主要集中在幾個(gè)比較成熟的材料體系上，如GaAlAs／GaAs，In（Ga）As／GaAs，InGaAs／InAlAs／GaAs，InGaAs／InP，In（Ga）As／InAlAs／InP，InGaAsP／InAlAs／InP以及GeSi／Si等，并在納米微電子和光電子研制方面取得了重大進(jìn)展。俄羅斯約飛技術(shù)物理所MBE小組，柏林的俄德聯(lián)合研制小組和中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)體材料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的MBE小組等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子點(diǎn)激光器，工作波長(zhǎng)lμm左右，單管室溫連續(xù)輸出功率高達(dá)3.6～4W.特別應(yīng)當(dāng)指出的是我國(guó)上述的MBE小組，2001年通過(guò)在高功率量子點(diǎn)激光器的有源區(qū)材料結(jié)構(gòu)中引入應(yīng)力緩解層，抑制了缺陷和位錯(cuò)的產(chǎn)生，提高了量子點(diǎn)激光器的工作壽命，室溫下連續(xù)輸出功率為1W時(shí)工作壽命超過(guò)5000小時(shí)，這是大功率激光器的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，至今未見(jiàn)國(guó)外報(bào)道。

在單電子晶體管和單電子存貯器及其電路的研制方面也獲得了重大進(jìn)展，1994年日本NTT就研制成功溝道長(zhǎng)度為30nm納米單電子晶體管，并在150K觀察到柵控源－漏電流振蕩；1997年美國(guó)又報(bào)道了可在室溫工作的單電子開(kāi)關(guān)器件，1998年Yauo等人采用0.25微米工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)了128Mb的單電子存貯器原型樣機(jī)的制造，這是在單電子器件在高密度存貯電路的應(yīng)用方面邁出的關(guān)鍵一步。目前，基于量子點(diǎn)的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)，單光子源和應(yīng)用于量子計(jì)算的量子比特的構(gòu)建等方面的研究也正在進(jìn)行中。

與半導(dǎo)體超晶格和量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)制備相比，高度有序的半導(dǎo)體量子線的制備技術(shù)難度較大。中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)體材料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的MBE小組，在繼利用MBE技術(shù)和SK生長(zhǎng)模式，成功地制備了高空間有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子線和量子線超晶格結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)InAs／InAlAs量子線超晶格的空間自對(duì)準(zhǔn)（垂直或斜對(duì)準(zhǔn)）的物理起因和生長(zhǎng)控制進(jìn)行了研究，取得了較大進(jìn)展。

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

低維半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制備的方法很多，主要有：微結(jié)構(gòu)材料生長(zhǎng)和精細(xì)加工工藝相結(jié)合的方法，應(yīng)變自組裝量子線、量子點(diǎn)材料生長(zhǎng)技術(shù)，圖形化襯底和不同取向晶面選擇生長(zhǎng)技術(shù)，單原子操縱和加工技術(shù)，納米結(jié)構(gòu)的輻照制備技術(shù)，及其在沸石的籠子中、納米碳管和溶液中等通過(guò)物理或化學(xué)方法制備量子點(diǎn)和量子線的技術(shù)等。目前發(fā)展的主要趨勢(shì)是尋找原子級(jí)無(wú)損傷加工方法和納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)變自組裝可控生長(zhǎng)技術(shù)，以求獲得大小、形狀均勻、密度可控的無(wú)缺陷納米結(jié)構(gòu)。

2.5寬帶隙半導(dǎo)體材料

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

以Cree公司為代表的體SiC單晶的研制已取得突破性進(jìn)展，2英寸的4H和6HSiC單晶與外延片，以及3英寸的4HSiC單晶己有商品出售；以SiC為GaN基材料襯低的藍(lán)綠光LED業(yè)已上市，并參于與以藍(lán)寶石為襯低的GaN基發(fā)光器件的竟?fàn)?。其他SiC相關(guān)高溫器件的研制也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前存在的主要問(wèn)題是材料中的缺陷密度高，且價(jià)格昂貴。

II－VI族蘭綠光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美國(guó)3M公司成功地解決了II－VI族的P型摻雜難點(diǎn)而得到迅速發(fā)展。1991年3M公司利用MBE技術(shù)率先宣布了電注入（Zn，Cd）Se／ZnSe蘭光激光器在77K（495nm）脈沖輸出功率100mW的消息，開(kāi)始了II－VI族蘭綠光半導(dǎo)體激光（材料）器件研制的。經(jīng)過(guò)多年的努力，目前ZnSe基II－VI族蘭綠光激光器的壽命雖已超過(guò)1000小時(shí)，但離使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速發(fā)展和應(yīng)用，使II－VI族蘭綠光材料研制步伐有所變緩。提高有源區(qū)材料的完整性，特別是要降低由非化學(xué)配比導(dǎo)致的點(diǎn)缺陷密度和進(jìn)一步降低失配位錯(cuò)和解決歐姆接觸等問(wèn)題，仍是該材料體系走向?qū)嵱没氨仨氁鉀Q的問(wèn)題。

寬帶隙半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料往往也是典型的大失配異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，所謂大失配

異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料是指晶格常數(shù)、熱膨脹系數(shù)或晶體的對(duì)稱性等物理參數(shù)有較大差異的材料體系，如GaN／藍(lán)寶石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引發(fā)界面處大量位錯(cuò)和缺陷的產(chǎn)生，極大地影響著微結(jié)構(gòu)材料的光電性能及其器件應(yīng)用。如何避免和消除這一負(fù)面影響，是目前材料制備中的一個(gè)迫切要解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題的解泱，必將大大地拓寬材料的可選擇余地，開(kāi)辟新的應(yīng)用領(lǐng)域。

目前，除SiC單晶襯低材料，GaN基藍(lán)光LED材料和器件已有商品出售外，大多數(shù)高溫半導(dǎo)體材料仍處在實(shí)驗(yàn)室研制階段，不少影響這類材料發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題，如GaN襯底，ZnO單晶簿膜制備，P型摻雜和歐姆電極接觸，單晶金剛石薄膜生長(zhǎng)與N型摻雜，II－VI族材料的退化機(jī)理等仍是制約這些材料實(shí)用化的關(guān)鍵問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外雖已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。

3光子晶體

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

4量子比特構(gòu)建與材料

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)芯片集成度不斷增高，器件尺寸越來(lái)越?。╪m尺度）并最終將受到器件工作原理和工藝技術(shù)限制，而無(wú)法滿足人類對(duì)更大信息量的需求。為此，發(fā)展基于全新原理和結(jié)構(gòu)的功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)是21世紀(jì)人類面臨的巨大挑戰(zhàn)之一。1994年Shor基于量子態(tài)疊加性提出的量子并行算法并證明可輕而易舉地破譯目前廣泛使用的公開(kāi)密鑰Rivest，Shamir和Adlman（RSA）體系，引起了人們的廣泛重視。

所謂量子計(jì)算機(jī)是應(yīng)用量子力學(xué)原理進(jìn)行計(jì)的裝置，理論上講它比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)有更快的運(yùn)算速度，更大信息傳遞量和更高信息安全保障，有可能超越目前計(jì)算機(jī)理想極限。實(shí)現(xiàn)量子比特構(gòu)造和量子計(jì)算機(jī)的設(shè)想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一個(gè)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子計(jì)算的方案。其核心是利用硅納米電子器件中磷施主核自旋進(jìn)行信息編碼，通過(guò)外加電場(chǎng)控制核自旋間相互作用實(shí)現(xiàn)其邏輯運(yùn)算，自旋測(cè)量是由自旋極化電子電流來(lái)完成，計(jì)算機(jī)要工作在mK的低溫下。

這種量子計(jì)算機(jī)的最終實(shí)現(xiàn)依賴于與硅平面工藝兼容的硅納米電子技術(shù)的發(fā)展。除此之外，為了避免雜質(zhì)對(duì)磷核自旋的干擾，必需使用高純（無(wú)雜質(zhì)）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅單晶；減小SiO2絕緣層的無(wú)序漲落以及如何在硅里摻入規(guī)則的磷原子陣列等是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的關(guān)鍵。量子態(tài)在傳輸，處理和存儲(chǔ)過(guò)程中可能因環(huán)境的耦合（干擾），而從量子疊加態(tài)演化成經(jīng)典的混合態(tài)，即所謂失去相干，特別是在大規(guī)模計(jì)算中能否始終保持量子態(tài)間的相干是量子計(jì)算機(jī)走向?qū)嵱没八匦杩朔碾y題。

5發(fā)展我國(guó)半導(dǎo)體材料的幾點(diǎn)建議

鑒于我國(guó)目前的工業(yè)基礎(chǔ)，國(guó)力和半導(dǎo)體材料的發(fā)展水平，提出以下發(fā)展建議供參考。

5.1硅單晶和外延材料硅材料作為微電子技術(shù)的主導(dǎo)地位

至少到本世紀(jì)中葉都不會(huì)改變，至今國(guó)內(nèi)各大集成電路制造廠家所需的硅片基本上是依賴進(jìn)口。目前國(guó)內(nèi)雖已可拉制8英寸的硅單晶和小批量生產(chǎn)6英寸的硅外延片，然而都未形成穩(wěn)定的批量生產(chǎn)能力，更談不上規(guī)模生產(chǎn)。建議國(guó)家集中人力和財(cái)力，首先開(kāi)展8英寸硅單晶實(shí)用化和6英寸硅外延片研究開(kāi)發(fā)，在“十五”的后期，爭(zhēng)取做到8英寸集成電路生產(chǎn)線用硅單晶材料的國(guó)產(chǎn)化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我國(guó)應(yīng)有8～12英寸硅單晶、片材和8英寸硅外延片的規(guī)模生產(chǎn)能力；更大直徑的硅單晶、片材和外延片也應(yīng)及時(shí)布點(diǎn)研制。另外，硅多晶材料生產(chǎn)基地及其相配套的高純石英、氣體和化學(xué)試劑等也必需同時(shí)給以重視，只有這樣，才能逐步改觀我國(guó)微電子技術(shù)的落后局面，進(jìn)入世界發(fā)達(dá)國(guó)家之林。超級(jí)秘書(shū)網(wǎng)

5.2GaAs及其有關(guān)化合物半導(dǎo)體單晶材料發(fā)展建議

GaAs、InP等單晶材料同國(guó)外的差距主要表現(xiàn)在拉晶和晶片加工設(shè)備落后，沒(méi)有形成生產(chǎn)能力。相信在國(guó)家各部委的統(tǒng)一組織、領(lǐng)導(dǎo)下，并爭(zhēng)取企業(yè)介入，建立我國(guó)自己的研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)聯(lián)合體，取各家之長(zhǎng)，分工協(xié)作，到2010年趕上世界先進(jìn)水平是可能的。要達(dá)到上述目的，到“十五”末應(yīng)形成以4英寸單晶為主2－3噸／年的SI－GaAs和3－5噸／年摻雜GaAs、InP單晶和開(kāi)盒就用晶片的生產(chǎn)能力，以滿足我國(guó)不斷發(fā)展的微電子和光電子工業(yè)的需術(shù)。到2010年，應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)4英寸GaAs生產(chǎn)線的國(guó)產(chǎn)化，并具有滿足6英寸線的供片能力。

5.3發(fā)展超晶格、量子阱和一維、零維半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料的建議

（1）超晶格、量子阱材料從目前我國(guó)國(guó)力和我們已有的基礎(chǔ)出發(fā)，應(yīng)以三基色（超高亮度紅、綠和藍(lán)光）材料和光通信材料為主攻方向，并兼顧新一代微電子器件和電路的需求，加強(qiáng)MBE和MOCVD兩個(gè)基地的建設(shè)，引進(jìn)必要的適合批量生產(chǎn)的工業(yè)型MBE和MOCVD設(shè)備并著重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP，GaN基藍(lán)綠光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料體系的實(shí)用化研究是當(dāng)務(wù)之急，爭(zhēng)取在“十五”末，能滿足國(guó)內(nèi)2、3和4英寸GaAs生產(chǎn)線所需要的異質(zhì)結(jié)材料。到2010年，每年能具備至少100萬(wàn)平方英寸MBE和MOCVD微電子和光電子微結(jié)構(gòu)材料的生產(chǎn)能力。達(dá)到本世紀(jì)初的國(guó)際水平。

寬帶隙高溫半導(dǎo)體材料如SiC，GaN基微電子材料和單晶金剛石薄膜以及ZnO等材料也應(yīng)擇優(yōu)布點(diǎn)，分別做好研究與開(kāi)發(fā)工作。

（2）一維和零維半導(dǎo)體材料的發(fā)展設(shè)想?；诘途S半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料的固態(tài)納米量子器件，目前雖然仍處在預(yù)研階段，但極其重要，極有可能觸發(fā)微電子、光電子技術(shù)新的革命。低維量子器件的制造依賴于低維結(jié)構(gòu)材料生長(zhǎng)和納米加工技術(shù)的進(jìn)步，而納米結(jié)構(gòu)材料的質(zhì)量又很大程度上取決于生長(zhǎng)和制備技術(shù)的水平。因而，集中人力、物力建設(shè)我國(guó)自己的納米科學(xué)與技術(shù)研究發(fā)展中心就成為了成敗的關(guān)鍵。具體目標(biāo)是，“十五”末，在半導(dǎo)體量子線、量子點(diǎn)材料制備，量子器件研制和系統(tǒng)集成等若干個(gè)重要研究方向接近當(dāng)時(shí)的國(guó)際先進(jìn)水平；2010年在有實(shí)用化前景的量子點(diǎn)激光器，量子共振隧穿器件和單電子器件及其集成等研發(fā)方面，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，并在國(guó)際該領(lǐng)域占有一席之地?？梢灶A(yù)料，它的實(shí)施必將極大地增強(qiáng)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)和國(guó)防實(shí)力。

第9篇：量子計(jì)算發(fā)展現(xiàn)狀范文

關(guān)鍵字 計(jì)算機(jī)應(yīng)用 發(fā)展趨勢(shì) 應(yīng)用前景

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1計(jì)算機(jī)產(chǎn)生簡(jiǎn)介

早在17世紀(jì)，歐洲一批數(shù)學(xué)家就已開(kāi)始設(shè)計(jì)和制造以數(shù)學(xué)形式進(jìn)行基本運(yùn)算的數(shù)字計(jì)算機(jī)。1642年，法國(guó)數(shù)學(xué)家帕斯卡采用與鐘表類似的齒輪傳動(dòng)裝置，制成了最早的十進(jìn)制加法器。1678年，德國(guó)數(shù)學(xué)家萊布尼茲制成的計(jì)算機(jī)，進(jìn)一步解決了十進(jìn)制數(shù)的乘、除運(yùn)算。

英國(guó)數(shù)學(xué)家巴貝奇在1822年制成的差分模型時(shí)提出一個(gè)設(shè)想，每次完成一次算術(shù)運(yùn)算將發(fā)展成為主動(dòng)完成某個(gè)特定的完整的運(yùn)算過(guò)程。1884年，巴貝奇設(shè)計(jì)了一種程序控制的通用分析機(jī)。這臺(tái)分析機(jī)雖然已經(jīng)描繪出有關(guān)程序控制方式計(jì)算機(jī)的雛形，但限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件而未能實(shí)現(xiàn)。

1946年2月美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)莫爾頓學(xué)院制成一臺(tái)大型電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)（ENIAC），最初專門用于火炮彈道計(jì)算，后經(jīng)多次改進(jìn)而成為能進(jìn)行各種科學(xué)計(jì)算的通用計(jì)算機(jī)。而這臺(tái)計(jì)算機(jī)完全的采用電子線路執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和信息儲(chǔ)存的計(jì)算機(jī)。運(yùn)算速度比繼電器計(jì)算機(jī)快1000倍。這就是人們常常提到的世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)。但是這臺(tái)計(jì)算機(jī)重量達(dá)到30噸，占地150平方米運(yùn)算速度5000次/秒而它的組成只有1.9萬(wàn)電子管和100塊集成電路。并且程序設(shè)備依然是外加式，儲(chǔ)存容量相對(duì)也非常小。

2計(jì)算機(jī)技術(shù)的現(xiàn)狀

目前，計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。比如電子產(chǎn)品愈發(fā)的普遍創(chuàng)新，計(jì)算機(jī)教育走進(jìn)了城市到鄉(xiāng)村的各個(gè)人們生活中，商業(yè)企業(yè)用戶能夠在最短的時(shí)間內(nèi)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)與世界接軌獲得資訊信息，我們用計(jì)算機(jī)進(jìn)行各種各樣的娛樂(lè)活動(dòng)，比如上網(wǎng)聊天，打游戲，查資料，聽(tīng)音樂(lè)看電影。我們還用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存，監(jiān)視監(jiān)控，開(kāi)發(fā)軟件與實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新處理等。計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)使我們的生活真正開(kāi)始與數(shù)字化接軌，與信息化接軌，讓我們體驗(yàn)到了人工智能帶給我們的便捷與方便。而從教育角度看，目前，各大城市的孩子從小學(xué)開(kāi)始就從事計(jì)算機(jī)教育的學(xué)習(xí)。孩子們從小就通過(guò)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)提高自身的思維活動(dòng)與判斷能力。由此看來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)已然將我們領(lǐng)進(jìn)到一個(gè)自動(dòng)化的年代。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展還需要我們不斷的探索與研究。

3計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1高性能計(jì)算機(jī)的發(fā)展

高性能計(jì)算的發(fā)展是計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展中必要的一個(gè)趨勢(shì)。因?yàn)楦咝阅苡?jì)算機(jī)的出現(xiàn)，會(huì)使得未來(lái)的計(jì)算機(jī)向更加微小，高速，高性能的方向提高。其中有待實(shí)現(xiàn)的是納米計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)。眾所周知，納米技術(shù)與量子技術(shù)都是集超小型超高性能與一身的技術(shù)，它可以讓計(jì)算機(jī)技術(shù)以普通計(jì)算機(jī)速度的十億倍高速運(yùn)轉(zhuǎn)，并且以最快的速度進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算，邏輯操作與信息儲(chǔ)存和處理。這些高性能計(jì)算機(jī)技術(shù)的研發(fā)與完善，將為人類跨向更加美好的明天提供無(wú)窮的力量。

3.2智能巨型化計(jì)算機(jī)的發(fā)展

計(jì)算機(jī)智能化與巨型化的結(jié)合也是未來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。因?yàn)橹悄芑钱?dāng)前計(jì)算機(jī)最應(yīng)該具備的技術(shù)，也是人們?cè)谌粘Ｉ钪凶钚枰募夹g(shù)。智能化可以使計(jì)算機(jī)在現(xiàn)代科學(xué)基礎(chǔ)之上模擬人的思維邏輯過(guò)程與人的感官行為，代替人們進(jìn)行日常的聽(tīng)說(shuō)讀寫想等一些行為過(guò)程，預(yù)先設(shè)置好相關(guān)的運(yùn)行屬性與設(shè)施，加強(qiáng)計(jì)算機(jī)的防護(hù)與檢測(cè)能力，從而增加計(jì)算機(jī)的判斷與邏輯推理能力。方便于人們的生活。而巨型化計(jì)算機(jī)技術(shù)的研發(fā)則是注重巨型計(jì)算機(jī)的包容量大，運(yùn)算能力強(qiáng)，功能強(qiáng)大的特點(diǎn)，它與微型計(jì)算機(jī)并不矛盾，各有各的優(yōu)勢(shì)。巨型計(jì)算機(jī)的儲(chǔ)存量可以達(dá)到每平方厘米100TB的容量，運(yùn)算速度可以達(dá)到每秒幾百億次。其運(yùn)算速度準(zhǔn)確，速度之快是未來(lái)計(jì)算機(jī)最應(yīng)該具備的性能。也是滿足人類需要最有效的能力。

4未來(lái)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用

未來(lái)的計(jì)算機(jī)解決了在各個(gè)方面難以解決的問(wèn)題。并且覆蓋了我們生活的每一方面，讓我們無(wú)論是在科技、研究、教育方面都更加的方便。

（1）巨型化計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生，將使運(yùn)算速度更高、存儲(chǔ)容量更大、功能更強(qiáng)。其運(yùn)算速度可達(dá)每秒百億次。而巨型化計(jì)算機(jī)的優(yōu)越性體現(xiàn)在科研方面，它主要用來(lái)承擔(dān)重大的科學(xué)研究、國(guó)防尖端技術(shù)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的大型計(jì)算課題及數(shù)據(jù)處理任務(wù)。如大范圍天氣預(yù)報(bào)，整理衛(wèi)星照片，原子核物的探索，研究洲際導(dǎo)彈、宇宙飛船等，制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展計(jì)劃，項(xiàng)目繁多，時(shí)間性強(qiáng)，要綜合考慮各種各樣的因素，依靠巨型計(jì)算機(jī)就能順利地完成，并且還可同時(shí)進(jìn)行多個(gè)計(jì)算。存儲(chǔ)大量各個(gè)方面的資料，當(dāng)我們需要時(shí)，短時(shí)間之內(nèi)就可以調(diào)出來(lái)查閱。這樣不僅節(jié)省成本，也縮短了很多時(shí)間。而相對(duì)的微型計(jì)算機(jī)早已每個(gè)家庭、企業(yè)、辦公必不可少的東西。就如電話一樣。隨身攜帶，它的體積小攜帶方便，上網(wǎng)方便。

（2）未來(lái)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用最終體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的目的性和系統(tǒng)功能。國(guó)家信息化、領(lǐng)域信息化、區(qū)域信息化和企業(yè)信息化最后都落實(shí)到了網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用上面，而那時(shí)，各種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已成為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)部可分割的部分。未來(lái)計(jì)算機(jī)的（下轉(zhuǎn)第5頁(yè)）（上接第3頁(yè)）網(wǎng)絡(luò)化極大的豐富和方便人們的生活。而電信、信息、消費(fèi)、娛樂(lè)等相關(guān)行業(yè)都也形成相互的鏈條。我們普通手機(jī)都能夠處理圖像、音樂(lè)、視頻流等多種媒體模式，而且還提供電話會(huì)議、電子商務(wù)等多種信息，完全就是一臺(tái)小型計(jì)算機(jī)。那時(shí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)給廣大用戶的將是更廣泛的、更方便的網(wǎng)絡(luò)、和各種各樣的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)。

（3）智能化計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)有了一個(gè)很大的突破，而量子計(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)都將面世。大大提高了計(jì)算機(jī)的能力，而且具有超高的運(yùn)算速度、理解能力強(qiáng)、集成密度高。超大規(guī)模的信息存儲(chǔ)量、散熱低等優(yōu)越條件。而納米計(jì)算機(jī)將逐漸取代芯片計(jì)算機(jī)，因?yàn)樗w積小、造價(jià)低、性能也要比現(xiàn)在計(jì)算機(jī)強(qiáng)大好多倍。推動(dòng)計(jì)算機(jī)的行業(yè)的高速發(fā)展。同時(shí)智能計(jì)算機(jī)在醫(yī)療診斷、定理證明、語(yǔ)言翻譯、機(jī)器人等方面，已有了顯著的成效。例如，用計(jì)算機(jī)模擬人腦的全部功能進(jìn)行思維學(xué)習(xí)、推理、聯(lián)想和決策，具有和人類一樣的“思維能力”。智能機(jī)器人，具有感知和理解周圍環(huán)境，使用語(yǔ)言、推理、規(guī)劃和操縱工具的技能，模仿人完成某些動(dòng)作。機(jī)器人不怕疲勞，精確度高，適應(yīng)力強(qiáng)，用于搬運(yùn)、噴漆、焊接、裝配等工作中。機(jī)器人完全代替人在危險(xiǎn)工作中進(jìn)行繁重的勞動(dòng)，如在有放射線、污染有毒、高溫、低溫、高壓、水下等環(huán)境中工作。甚至完全代替人類做他們的工作，未來(lái)智能化的計(jì)算機(jī)將具有親和力，成為我們的人類的好朋友。進(jìn)入到一個(gè)人機(jī)共存的時(shí)代。

5結(jié)束語(yǔ)

關(guān)于計(jì)算機(jī)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，不同的人有不同的看法，不同的人也會(huì)從不同的方面去探討，但無(wú)論如何，出發(fā)點(diǎn)都是為了能夠更好地幫助人學(xué)習(xí)、工作、計(jì)算、娛樂(lè)等等，為了更能方便人的生活，更好地完成更加艱巨復(fù)雜的任務(wù)，所以，計(jì)算機(jī)會(huì)基于這些進(jìn)行不斷地改造與創(chuàng)新，當(dāng)一種技術(shù)或基本架構(gòu)遭遇瓶頸時(shí)，新的技術(shù)就會(huì)誕生，這就是計(jì)算機(jī)不斷改進(jìn)和創(chuàng)新的動(dòng)力。

以上對(duì)于計(jì)算機(jī)的展望并不是全面的，也只是從一些側(cè)面簡(jiǎn)單談一談?dòng)?jì)算機(jī)可能發(fā)展的方向，從第一臺(tái)計(jì)算機(jī)誕生的那一天起，計(jì)算機(jī)就將注定改變?nèi)祟惖臍v史；從第一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)誕生的那一天起，計(jì)算機(jī)便注定與我們的生活有著密切聯(lián)系。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)。

參考文獻(xiàn)

[1] 邵波，王其和.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)及應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社，2005.4.

[2] 蔡芝蔚.計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展研究[J].電腦與電信，2008.6.

[3] 陸志一，吳學(xué)慶.計(jì)算機(jī)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)[J].黑龍江科技信息出版社，2008.3.