《對于計算機的認(rèn)識與思考》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、對于計算機的認(rèn)識與思考摘　要：本文通過對計算機發(fā)展歷史和人類對計算本質(zhì)認(rèn)識的回顧，提出了量子計算系統(tǒng)的發(fā)展和成熟，并且提出了人類認(rèn)識未知世界的規(guī)律:計算工具不斷發(fā)展整體思維能力的不斷增強公理系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大舊的神諭被解決新的神諭不斷產(chǎn)生不斷循環(huán)。　　關(guān)鍵詞：計算科學(xué)　工具　圖靈模型　量子計算　　所謂計算，就是從一個符號串f變換成另一個符號串g。比如說，從符號串12+3變換成15就是一個加法計算。如果符號串f是x2,而符號串g是2x,從f到g的計算就是微分。定理證明也是如此，令f表示一組公理和推導(dǎo)規(guī)則，令g是一個定理，那么從f到g的一系列變換就是定理g的證明。從這個角度看，文字翻譯也是計算，如

2、f代表一個英文句子，而g為含意相同的中文句子，那么從f到g就是把英文翻譯成中文。這些變換間有什么共同點?為什么把它們都叫做計算?因為它們都是從己知符號(串)開始，一步一步地改變符號(串)，經(jīng)過有限步驟，最后得到一個滿足預(yù)先規(guī)定的符號(串)的變換過程。　　從類型上講，計算主要有兩大類:數(shù)值計算和符號推導(dǎo)。數(shù)值計算包括實數(shù)和函數(shù)的加減乘除、冪運算、開方運算、方程的求解等;符號推導(dǎo)包括代數(shù)與各種函數(shù)的恒等式、不等式的證明，幾何命題的證明等。但無論是數(shù)值計算還是符號推導(dǎo),它們在本質(zhì)上是等價的、一致的，即二者是密切關(guān)聯(lián)的，可以相互轉(zhuǎn)化，具有共同的計算本質(zhì)。隨著數(shù)學(xué)的不斷發(fā)展，還可能出現(xiàn)新的計算類型。

3、　　以IBM研究中心朗道(R.Landauer)為代表的理論科學(xué)家認(rèn)為，到21世紀(jì)30年代，芯片內(nèi)導(dǎo)線的寬度將窄到納米尺度，此時，導(dǎo)線內(nèi)運動的電子將不再遵循經(jīng)典物理規(guī)律牛頓力學(xué)沿導(dǎo)線運行，而是按照量子力學(xué)的規(guī)律表現(xiàn)出奇特的電子亂竄的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致芯片無法正常工作;同樣，芯片中晶體管的體積小到一定臨界尺寸(約5納米)后，晶體管也將受到量子效應(yīng)干擾而呈現(xiàn)出奇特的反常效應(yīng)?！　≌軐W(xué)家和科學(xué)家對此問題的看法十分一致:摩爾定律不久將不再適用。也就是說，電子計算機計算能力飛速發(fā)展的可喜景象很可能在21世紀(jì)前30年內(nèi)終止。著名科學(xué)家、哈佛大學(xué)終身教授威爾遜(Eddash;發(fā)現(xiàn)解釋夢想的不斷循環(huán)，我們可以

4、開拓一個個新領(lǐng)域，世界最終會變得越來越清晰，我們最終會了解宇宙的奧妙。所有的美妙都是彼此聯(lián)系和有意義的。　　在費曼設(shè)想的啟發(fā)下，1985年英國牛津大學(xué)教授多伊奇DavidDeutsch提出：是否可以用物理學(xué)定律推導(dǎo)出一種超越傳統(tǒng)的計算概念的方法即推導(dǎo)出更強的丘奇圖靈論題?費曼指出，使用量子計算機時,不需要考慮計算是如何實現(xiàn)的，即把計算看作由神諭來實現(xiàn)的:這類計算在量子計算中被稱為神諭(Oracle)。種種跡象表明:量子計算在一些特定的計算領(lǐng)域內(nèi)確實比傳統(tǒng)計算更強，例如,現(xiàn)代信息安全技術(shù)的安全性在很大程度上依賴于把一個大整數(shù)(如1024位的十進(jìn)制數(shù))分解為兩個質(zhì)數(shù)的乘積的難度。這個問題是一個

5、典型的困難問題，困難的原因是目前在傳統(tǒng)電子計算機上還沒有找到一種有效的辦法將這種計算快速地進(jìn)行?！　∧壳埃褪菍⑷澜缢写蟠笮⌒〉碾娮佑嬎銠C全部利用起來來計算上面的這個1024位整數(shù)的質(zhì)因子分解問題，大約需要28萬年，這已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了人類所能夠等待的時間。而且，分解的難度隨著整數(shù)位數(shù)的增多指數(shù)級增大，也就是說如果要分解2046位的整數(shù)，所需要的時間已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過宇宙現(xiàn)有的年齡。而利用一臺量子計算機，我們只需要大約40分鐘的時間就可以分解1024位的整數(shù)了?！　∪祟惖挠嬎愎ぞ撸瑥哪竟?、石頭到算盤，經(jīng)過電子管計算機，晶體管計算機，到現(xiàn)在的電子計算機，再到量子計算，筆者發(fā)、這其中的過程讓人思考:

6、首先是人們發(fā)現(xiàn)用石頭或者棍棒可以幫助人們進(jìn)行計算，隨后，人們發(fā)明了算盤，來幫助人們進(jìn)行計算。當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)不僅人手可以搬動算珠，機器也可以用來搬動算珠，而且效率更高、速度更快。隨后，人們用繼電器替代了純機械，最后人們用電子代替了繼電器。就在人們改進(jìn)計算工具的同時,數(shù)學(xué)家們開始對計算的本質(zhì)展開了研究,圖靈機模型告訴了人們答案。量子計算的出現(xiàn)，則徹底打破了這種認(rèn)識與創(chuàng)新規(guī)律。它建立在對量子力學(xué)實驗的在現(xiàn)實世界的不可計算性，試圖利用一個實驗來代替一系列復(fù)雜的大量運算?？梢哉f，這是一種革命性的思考與解決問題的方式?！　∪绻^察歷史，會發(fā)現(xiàn)人類文明不斷增多的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)構(gòu)成了我們理解世界的公理，人們的公理系

7、統(tǒng)在不斷地增大，隨著該系統(tǒng)的不斷增大，人們認(rèn)清并解決了許多問題。人類的認(rèn)識模式似乎符合下面的規(guī)律:　　計算工具不斷發(fā)展整體思維能力的不斷增強公理系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大舊的神諭被解決新的神諭不斷產(chǎn)生不斷循環(huán)?！　o論量子計算的本質(zhì)是否被發(fā)現(xiàn)，也不會妨礙量子計算時代的到來。量子計算是計算科學(xué)本身的一次新的革命，也許許多困擾人類的問題將會隨著量子計算機工具的發(fā)展而得到解決?！　∷鼘⒂嬎憧茖W(xué)從牛頓時代引向量子時代，并會給人類文明帶來更加