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yishanxuezi

 cfsham 2014-09-03

  计算机现在几乎成了我们须臾不能离开的东西。互联网诞生以后,计算机、互联网使我们和世界时时刻刻连接在一起。然而计算机科学仍在不断发展中,我们可以从计算机的发展中看到世界的未来。其实更有希望的前景已经出现。目前世界上最强大的计算机要计算数年的工作,量子计算机只需10秒钟。量子计算机能轻松破解现在最常用的通讯密码,但用量子原理制成的通讯系统却绝对不能破解。据有关方面的信息知道,实用的量子计算机的制成,大约还要10年时间。

  我们应该回顾计算机科学发展进程中那些激动人心的时刻。

  1946年,世界上的第一台数学电子计算机ENIAC正式向世人公开。其实它是战争的产物,它在第二次世界大战中为计算炮弹弹道而设计并制造出来。继而它很快就为许多领域服务,如随机数研究、风洞设计、气象预报等。

  1954年,约翰·巴克斯的小组在IBM公司开始开发著名的Fortran编程语言。

  1956年,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室研制的Maniac成为世界上第一台能完整地下象棋的计算机。40年后,IBM的“深蓝”计算机击败国际象棋世界冠军卡斯帕洛夫。

  1962年,查尔斯·莫尔纳和威斯利·克拉克为国家卫生研究院设计了世界第一台实时处理数据的计算机。

  1967年,美国国防部提出为促进科研而建设ARPANET(高级研究计划局网),即是互联网的前身。

  1971年,计算机在医疗图像方面显示了威力,世界上产生了第一台CT的原型。

  1972年,惠普公司对外公布了它的新产品HP--35,世界上第一台手持计算器诞生。淘汰了工程师们手中的计算尺。

  1976年,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的塞缪尔·克雷制成了世界第一台克雷超级计算机。

  1983年,丹尼·希利斯制成了世界第一台具有并行处理能力的超级计算机CM--1,可以用于人工模拟等。

  1989年,欧洲粒子物理研究所的蒂姆·伯纳斯·李开发了万维网,为全世界的物理学家的研究、协作提供了帮助。

  1996年,克拉格·文特尔采用计算机把大量DNA片断组合起来,加快了人类基因组排序进程。

  1998年,以核磁共振为基础的世界第一台可运转的量子计算机问世。

  2001年,美国国家卫生研究院建成由很多超级计算机组成的生物医学信息自动化研究网(BIRN)。

  2002年,“地球模拟器”超级计算机在日本开始运转,每秒能运算35万亿次,目标是模拟行星演化过程。

  2005年,IBM的“蓝色基因”计算机族发展到“蓝脑”,目标是模拟大脑中最复杂的部分--新皮层的神经系统行为。

  2007年,世界最大的粒子加速器,欧洲粒子物理研究所的“大强子对撞机”开始运转,它提供的洪水般的数据需要强大得多的处理能力。

  计算机在高速发展之中,但它仍不能适应科技发展的需求。今天的台式计算机已经相当于10年前的超级计算机,但对计算能力的需求也在高速增长,例如,2010年后将开始运转的LSST望远镜装有30亿像素传感器阵列,它在一个夜间就会产生30000GB的数据,一年的数据量将超过10亿本书的内容。研究表明,全世界的科学数据量每18个月翻两倍,对此,人脑、分析软件、互联网都会力不从心。寻求更高速度,更强处理能力的超级计算机的努力一天也没有停止过。而且,科学家的信心从来没有像现在这样强大。

  量子计算机的概念也就是在这样的情况下产生的。早在1981年,美国麻省理工学院的教授理查德·费曼就提出了研制用量子力学元件构成,遵循量子力学原理的计算机的建议。牛津大学的物理学家大卫·多伊奇在1985年就勾画了量子计算机的第一张蓝图,并说明,量子计算机比常规计算机快得多。但对量子计算机何时能够设计,制造出来全世界却一片茫然。

  目前,我们使用的常规计算机用比特代表信息,表示为二进制数的1和0,在实际中表现为电流的通和断,电压的高和低。量子计算用量子比特代表信息,即利用量子态独特的叠加和纠缠特性,量子比特可以同时以1和0的形式存在,即意味着同时完成两次计算,量子比特越多,并行计算能力增长越快。要实现目前最强大计算机的功能,只需要1000个量子比特。

  当然,目前量子世界尚未解决的问题还有很多。迄今,科学家只能同时控制约10个量子比特,量子系统只能解决小孩也能计算的数学问题。然而1999年,IBM研究实验室已经宣布,作为一个基础科学研究题目,量子计算已经差不多研究完了,真正制造一台量子计算机已经是一个工程问题了。全世界科学家的努力集中在储存和操作量子比特的方法上。

  2006年,荷兰代尔夫特技术大学的教授列文·范德西潘宣布成功控制了半导体量子点中的单电子自旋。(这对大多数人而言,既不明白是怎么回事,也不知道有什么用。)然而这正是制造实用的量子计算机最有希望的方法的最后一步准备。因为它是在硅芯片上实现的,即可以采用常规电子技术制造。

   我们已经看的了量子计算机的曙光。

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