未来计算机能量消耗
未来计算机能量消耗
子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。研究可逆计算机的目的是为了解决计算机中的能耗问题。 量子计算机，早先由理乍得·费曼提出，一开始是从物理现象的模拟而来的。可发现当模拟量子现象时，因为庞大的希尔伯特空间而资料量也变得庞大。一个完好的模拟所需的运算时间则变得相当可观，甚至是不切实际的天文数字。理乍得·费曼当时就想到如果用量子系统所构成的计算机来模拟量子现象则运算时间可大幅度减少，从而量子计算机的概念诞生。 量子计算机，或推而广之——量子资讯科学，在1980年代多处于理论推导等等纸上谈兵状态。一直到1994年彼得·秀尔（Peter Shor）提出量子质因子分解算法后，因其对于现在通行于银行及网络等处的RSA加密算法可以而构成威胁之后，量子计算机变成了热门的话题，除了理论之外，也有不少学者着力于利用各种量子系统来实现量子计算机。 半导体靠控制积体电路来记录及运算资讯，量子电脑则希望控制原子或小分子的状态，记录和运算资讯。 20世纪60年代至70年代，人们发现能耗会导致计算机中的芯片发热，极大地影响了芯片的集成度，从而限制了计算机的运行速度。研究发现，能耗来源于计算过程中的不可逆操作。那么，是否计算过程必须要用不可逆操作才能完成呢？问题的答案是：所有经典计算机都可以找到一种对应的可逆计算机，而且不影响运算能力。既然计算机中的每一步操作都可以改造为可逆操作，那么在量子力学中，它就可以用一个幺正变换来表示。早期量子计算机，实际上是用量子力学语言描述的经典计算机，并没有用到量子力学的本质特性，如量子态的叠加性和相干性。在经典计算机中，基本信息单位为比特，运算对象是各种比特序列。与此类似，在量子计算机中，基本信息单位是量子比特，运算对象是量子比特序列。所不同的是，量子比特序列不但可以处于各种正交态的叠加态上，而且还可以处于纠缠态上。这些特殊的量子态，不仅提供了量子并行计算的可能，而且还将带来许多奇妙的性质。与经典计算机不同，量子计算机可以做任意的幺正变换，在得到输出态后，进行测量得出计算结果。因此，量子计算对经典计算作了极大的扩充，在数学形式上，经典计算可看作是一类特殊的量子计算。量子计算机对每一个叠加分量进行变换，所有这些变换同时完成，并按一定的概率幅叠加起来，给出结果，这种计算称作量子并行计算。除了进行并行计算外，量子计算机的另一重要用途是模拟量子系统，这项工作是经典计算机无法胜任的。 1994年，贝尔实验室的专家彼得·秀尔（Peter Shor）证明量子电脑能做出对数运算，而且速度远胜传统电脑。这是因为量子不像半导体只能记录0与1，可以同时表示多种状态。如果把半导体比成单一乐器，量子电脑就像交响乐团，一次运算可以处理多种不同状况，因此，一个40位元的量子电脑，就能解开1024位元电脑花上数十年解决的问题。 编辑本段量子计算机的基本概念 量子计算机，顾名思义，就是实现量子计算的机器。要说清楚量子计算，首先看经典计算。经典计算机从物理上可以被描述为对输入信号序列按一定算法进行变换的机器，其算法由计算机的内部逻辑电路来实现。经典计算机具有如下特点： 其输入态和输出态都是经典信号，用量子力学的语言来描述，也即是:其输入态和输出态都是某一力学量的本征态。如输入二进制序列0110110，用量子记号，即|0110110＞。所有的输入态均相互正交。对经典计算机不可能输入如下叠加态：C1|0110110 ＞＋ C2|1001001＞。 经典计算机内部的每一步变换都演化为正交态，而一般的量子变换没有这个性质，因此，经典计算机中的变换（或计算）只对应一类特殊集。 相应于经典计算机的以上两个限制，量子计算机分别作了推广。量子计算机的输入用一个具有有限能级的量子系统来描述，如二能级系统（称为量子比特（qubits））,量子计算机的变换（即量子计算）包括所有可能的么正变换。因此量子计算机的特点为: 量子计算机的输入态和输出态为一般的叠加态，其相互之间通常不正交； 量子计算机中的变换为所有可能的么正变换。得出输出态之后，量子计算机对输出态进行一定的测量，给出计算结果。 由此可见，
科技现在向什么方向发
今天科技发展的高速度使得我们无法预测21世纪末世界将发展成什么样子，就像20世纪之初没有人能梦想到20世纪末的生物工程与网络通讯一样。可是，如果我们只讨论以后三四十年间的发展，那么有一些大趋势现在在实际上就已经相当明朗化了。今后三四十年全球科技发展的重点将继续向科技方面倾斜。 杨振宁解释说，科技研究可以大略分成基础研究、发展研究与应用研究三个阶层。一般讲起来，基础研究加发展研究是科，是大学与研究所里面的研究；发展研究加应用研究是技，是工业研究所与工厂里面的研究。他分析说，虽然从1950年到2000年，基础、发展与应用研究三者都有增加，但增加的幅度却以发展研究、应用研究为大，尤其是应用研究近几十年增加的幅度最大。20世纪上半叶的基础研究的成果大大增加了人类对物理世界与生物世界的了解与控制能力，从而使得新应用、新产品可以层出不穷，造成了今天应用研究的欣欣向荣的趋势，而且，这种趋势在以后三、四十年里还会继续下去。 在回顾了人类近一个世纪科技发展所走过的历程后，杨振宁预言在今后的三、四十年间应用研究发展最快的领域将有，一是芯片的广泛的应用。芯片将应用到大小建筑、家庭、汽车、人体、工厂、商店等等几乎一切地方。二是医学与药物的高速发展。三是生物工程。这三个领域将成为今后三、四十年世界经济发展的火车头。
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