《計(jì)算機(jī)領(lǐng)域前沿技術(shù)綜述.pdf》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、補(bǔ)充資料計(jì)算機(jī)領(lǐng)域前沿技術(shù)綜述計(jì)算機(jī)領(lǐng)域前沿技術(shù)綜述計(jì)算機(jī)技術(shù)簡(jiǎn)介，目前的計(jì)算機(jī)應(yīng)用已經(jīng)遍布我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，從我們?nèi)粘Ｊ褂玫氖謾C(jī)、到智能電視，再到無所不在的網(wǎng)絡(luò)?？梢哉f，我們正在經(jīng)歷著電子化和信息化快速發(fā)展的過程。按照推測(cè)，未來10年計(jì)算機(jī)技術(shù)大突破的概率應(yīng)該在90%以上。目前國家提出了“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”的口號(hào)，要求利用互聯(lián)網(wǎng)來改造我們的傳統(tǒng)行業(yè)，并借此提出了”互聯(lián)網(wǎng)+“的戰(zhàn)略部署。那么”量子計(jì)算”、“物聯(lián)網(wǎng)”、”Web2.0“、”Html5“等新奇的技術(shù)名稱后面都代表了計(jì)算機(jī)領(lǐng)域哪些新的技術(shù)呢？本文試圖從易懂的

2、方面對(duì)當(dāng)前計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的前沿技術(shù)進(jìn)行歸納總結(jié)。一、量子計(jì)算2014年7月30日下午，阿里云宣布聯(lián)合中科院成立一個(gè)全新的實(shí)驗(yàn)室，共同開展在量子信息科學(xué)領(lǐng)域的前瞻性研究，研制量子計(jì)算機(jī)。那么為什么阿里云要和中科院聯(lián)合要研制量子計(jì)算機(jī)呢？通俗的解釋是：我國的天河二號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)是當(dāng)前速度最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)，其最大性能可達(dá)33.8千萬億次浮點(diǎn)計(jì)算每秒。但它仍然基于傳統(tǒng)計(jì)算架構(gòu)，已經(jīng)達(dá)到一定的瓶頸。世界各國尤其是美國正在積極探索下一代計(jì)算架構(gòu)，尤其是量子計(jì)算。量子計(jì)算機(jī)是一種遵循量子力學(xué)規(guī)律，進(jìn)行高速運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的物理裝置，

3、其運(yùn)行的是量子算法，處理速度驚人，比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)快數(shù)十億倍。量子計(jì)算帶給我們的是驚人的處理速度，更小的存儲(chǔ)空間。美國的NASA、NSA、Google、IBM、微軟、洛克希德馬丁等國際頂級(jí)機(jī)構(gòu)或企業(yè)都在這方面持續(xù)大力投入。那么量子計(jì)算為什么會(huì)有這么快的計(jì)算速度，量子計(jì)算又有哪些與傳統(tǒng)計(jì)算架構(gòu)不同的地方呢？為了更好地解釋這個(gè)問題，通常將量子計(jì)算的原理劃分為兩個(gè)部分，它們分別是量子計(jì)算機(jī)的物理原理和物理實(shí)現(xiàn)，即量子計(jì)算和量子算法。1.量子計(jì)算原理量子計(jì)算是一種依照量子力學(xué)理論進(jìn)行的新型計(jì)算，量子計(jì)算的基礎(chǔ)和原理以及重要量子算法為

4、在計(jì)算速度上超越圖靈機(jī)模型提供了可能。量子的重疊與牽連原理產(chǎn)生了巨大的計(jì)算能力。普通計(jì)算機(jī)中的2位寄存器在某一時(shí)間僅能存儲(chǔ)4個(gè)二進(jìn)制數(shù)（00、01、10、11）中的一個(gè)，而量子計(jì)算機(jī)中的2位量子位（qubit）寄存器可同時(shí)存儲(chǔ)這四個(gè)數(shù)，因?yàn)槊恳粋€(gè)量子比特可表示兩個(gè)值。如果有更多量子比特的話，計(jì)算能力就呈指數(shù)級(jí)提高。(1)量子位（量子比特，qubit）量子位是量子計(jì)算的理論基石。在常規(guī)計(jì)算機(jī)中，信息單元用二進(jìn)制的1個(gè)位來表示，補(bǔ)充資料計(jì)算機(jī)領(lǐng)域前沿技術(shù)綜述它不是處于“0”態(tài)就是處于“1”態(tài).在二進(jìn)制量子計(jì)算機(jī)中，信息單元稱

5、為量子位，它除了處于“0”態(tài)或“1”態(tài)外，還可處于疊加態(tài)（SuperPosedState)。疊加態(tài)是“0”態(tài)和“1”態(tài)的任意線性疊加，它既可以是“0”態(tài)又可以是“1”態(tài)，“0”態(tài)和“1”態(tài)各以一定的概率同時(shí)存在。通過測(cè)量或與其它物體發(fā)生相互作用而呈現(xiàn)出“0”態(tài)或“1”態(tài)。任何兩態(tài)的量子系統(tǒng)都可用來實(shí)現(xiàn)量子位，例如氫原子中的電子的基態(tài)（groundstate）和第一激發(fā)態(tài)（firstexcitedstate)、質(zhì)子自旋在任意方向的+1/2分量和-1/2分量、圓偏振光的左旋和右旋等。圖1量子位的疊加態(tài)的示意圖一個(gè)量子系統(tǒng)包含

6、若干粒子，這些粒子按照量子力學(xué)的規(guī)律運(yùn)動(dòng)，稱此系統(tǒng)處于態(tài)空間的某種量子態(tài)。量子態(tài)空間由多個(gè)本征態(tài)（eigenstate，即基本量子態(tài)）構(gòu)成，基本量子態(tài)簡(jiǎn)稱基本態(tài)（basicstate）或基矢（basicvector)。態(tài)空間可用希爾伯特（Hilbert）空間（線性復(fù)向量空間）來表述，即希爾伯特空間可以表述量子系統(tǒng)的各種可能的量子態(tài)。(2)重疊原理把量子考慮成磁場(chǎng)中的電子。電子的旋轉(zhuǎn)可能與磁場(chǎng)一致，稱為上旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，或者與磁場(chǎng)相反，稱為下旋狀態(tài)。通過提供脈沖能量使電子旋轉(zhuǎn)從一種狀態(tài)變?yōu)閮煞N狀態(tài)，例如使用激光，這里假設(shè)需要使用

7、一單位的激光能量。但是如果僅用半單位的激光能量并完全消除外界對(duì)微粒的影響將會(huì)怎樣呢？根據(jù)量子理論，微粒將進(jìn)入重疊狀態(tài)，即同時(shí)處于兩種狀態(tài)下，每一個(gè)量子比特呈現(xiàn)重疊狀態(tài)0和1。因此量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算數(shù)是2的n次方，n是量子比特的位數(shù)。量子計(jì)算機(jī)如果有500個(gè)量子比特，就在每一步作2^500次運(yùn)算。這是一個(gè)可怕的數(shù)，2^500比地球上已知的原子數(shù)還要多。但是這些微粒如何相互作用呢？他們通過量子牽連來做。(3)牽連原理在某點(diǎn)上相互作用的微粒（像光子、電子）之間具有一種關(guān)系，能夠成對(duì)的糾纏在一起，這一過程被稱為相關(guān)性。知道了糾纏在

8、一起的一個(gè)微粒的狀態(tài)是上或下的話，它同伴的補(bǔ)充資料計(jì)算機(jī)領(lǐng)域前沿技術(shù)綜述旋轉(zhuǎn)是在其相反的方向上。令人驚奇的是，由于層疊現(xiàn)象，被測(cè)定的微粒沒有單獨(dú)的旋轉(zhuǎn)方向，而是同時(shí)成對(duì)的處于上旋和下旋狀態(tài)。被測(cè)微粒的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)由測(cè)量時(shí)間和與其相關(guān)的微粒決定，其相關(guān)微粒同時(shí)處于相反的旋轉(zhuǎn)方向。這一真實(shí)的現(xiàn)象至今沒有任何恰當(dāng)?shù)睦碚摽梢越忉?/p>