什么是量子计算?
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2024-04-26
量子计算机(quantum computer)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。
经典计算机:
要说清楚量子计算,首先看经典计算机。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。
1.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>。
2.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。
量子计算机:
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)包括所有可能的幺正变换。
1.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;
2量子计算机中的变换为所有可能的幺正变换。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,量子计算对经典计算作了极大的扩充,经典计算是一类特殊的量子计算。量子计算最本质的特征为量子叠加性和量子相干性。量子计算机对每一个叠加分量实现的变换相当于一种经典计算,所有这些经典计算同时完成,量子并行计算。
现代计算机硬件发展最大的瓶颈,私以为应该是芯片制造技术
因为现在的MOS管制作技术已经发展到原子级了,不知道下一步应该是朝那个方向发展
另外就说现在的芯片制造吧,22纳米的技术,甚至18纳米都开始投产了,而已经很接近分子固有大小了,再进一步就要受到分子/原子本身大小的制约了。另外就是电子漂移也随之越来越严重
所以现在的CPU主频都不继续提升了,就是因为电子漂移太严重了
下一步要继续发展,就要克服原子本身大小这个瓶颈了,听说有种量子计算机,不过没见过相关介绍
计算机系统主要由硬件系统和软件系统组成。硬件系统主要由中央处理器、存储器、输入输出控制系统和各种外部设备组成。系统软件由操作系统、实用程序、编译程序等组成。
计算机系统指用于数据库管理的计算机硬软件及网络系统。数据库系统需要大容量的主存以存放和运行操作系统、数据库管理系统程序、应用程序以及数据库、目录、系统缓冲区等,而辅存则需要大容量的直接存取设备。此外,系统应具有较强的网络功能。计算机系统主要由硬件系统和软件系统组成。硬件系统主要由中央处理器、存储器、输入输出控制系统和各种外部设备组成。系统软件由操作系统、实用程序、编译程序等组成。
计算机(computer)俗称电脑,是现代一种用于高速计算的电子计算机器,可以进行数值计算,又可以进行逻辑计算,还具有存储记忆功能。是能够按照程序运行,自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备。由硬件系统和软件系统所组成,没有安装任何软件的计算机称为裸机。可分为超级计算机、工业控制计算机、网络计算机、个人计算机、嵌入式计算机五类,较先进的计算机有生物计算机、光子计算机、量子计算机等。
计算机发明者约翰·冯·诺依曼。计算机是20世纪最先进的科学技术发明之一,对人类的生产活动和社会活动产生了极其重要的影响,并以强大的生命力飞速发展。它的应用领域从最初的军事科研应用扩展到社会的各个领域,已形成了规模巨大的计算机产业,带动了全球范围的技术进步,由此引发了深刻的社会变革,计算机已遍及一般学校、企事业单位,进入寻常百姓家,成为信息社会中必不可少的工具。
一、计算机硬件五大功能部分
1.运算器 运算器又称算术逻辑单元(Arithmetic Logic Unit简称ALU)。它是计算机对数据进行加工处理的部件,包括算术运算(加、减、乘、除等)和逻辑运算(与、或、非、异或、比较等)。
2.控制器 控制器负责从存储器中取出指令,并对指令进行译码;根据指令的要求,按时间的先后顺序,负责向其它各部件发出控制信号,保证各部件协调一致地工作,一步一步地完成各种操作。控制器主要由指令寄存器、译码器、程序计数器、操作控制器等组成。
硬件系统的核心是中央处理器(Central Processing Unit,简称 CPU)。它主要由控制器、运算器等组成,并采用大规模集成电路工艺制成的芯片,又称微处理器芯片。
3.存储器
存储器是计算机记忆或暂存数据的部件。计算机中的全部信息,包括原始的输入数据。经过初步加工的中间数据以及最后处理完成的有用信息都存放在存储器中。而且,指挥计算机运行的各种程序,即规定对输入数据如何进行加工处理的一系列指令也都存放在存储器中。存储器分为内存储器(内存)和外存储器(外存)两种。
4.输入设备
输入设备是给计算机输入信息的设备。它是重要的人机接口,负责将输入的信息(包括数据和指令)转换成计算机能识别的二进制代码,送入存储器保存。
5.输出设备
输出设备是输出计算机处理结果的设备。在大多数情况下,它将这些结果转换成便于人们识别的形式。
二、电脑主机包含的硬件及其功能
计算机硬件是指有形的物理设备,它是计算机系统中实际物理装置的总称。
中央处理器、主存储器、辅助存储器、输入输出设备、总线等五个部分。
中央处理器:用来对数据进行各算术运算和逻辑运算,是计算机的执行单元。
主存储器:也称内存,直接与CPU相连,是计算机中的工作存储器,计算机当前正在运行的程序与数据必须存放在主存内。存取速度快,但存储容量小。
辅助存储器:也称外存,存储容量大,几乎存放计算机中所有的信息,在计算机实际执行程序和加式处理数据时,辅助存储器中的信息需要先传送入内存后才能被CPU使用。
输入输出设备:简称I/O设备,是计算机与外界联系的桥梁,输入设备是指能向计算机系统输入信息的设备,包括键盘、鼠标、扫描仪等。输出设备是指能从计算机系统国输出信息的设备,包括显示器、打印机、绘图仪等。
总线:是连接计算机中CPU、内存、辅存、各种输入输出部件的一组物理信号线及其相关的控制电路,是计算机中用于在各部件间运载信息的公共机构。
常见的
主板---------相当于躯干,所有内置配件都在上面
CPU --------负责处理信息,相当于人的大脑
内存条-------储存CPU要处理的临时信息(现在一般用512M,1024MB)
硬盘---------储存数据(文件)用的(现在一般用160G,200G);
显卡---------负责将图像显示到显示器上(有些用户不用独立显卡的,比如就用来办公、上网、聊天用的用集成显卡就够用了,对于玩游戏的用户来说当然是独立显卡的比较好,常见GeForce6600GT,GeForce 7300GT等);
光驱---------放光盘用的,也包括刻录机(软件光盘、游戏光盘、VCD DVD等 光驱有CD光驱 还有DVD 还有刻录机);
网卡---------上网或局域网用的,现在大多主板都已集成了;
声卡---------负责把声音数据传到音响上播放
附加的
物理加速卡-------AGIEA的可以代替CPU处理游戏中的物理现象的加速卡,并不常见
IEEE1394卡-------视频采集卡,可以将摄像机(用MiniDV磁带的)上录的视频传到电脑上
电视卡---------可以在电脑上看电视,录节目