以量子信息科学为主题论文

计算机技术的应用及发展探究论文

摘要： 随着现代社会全球化、信息化发展的速度加快，计算机技术获得了更广阔的发展空间，被越来越多的应用在生活生产中的方方面面，计算机技术应用的普及为人们的生活行为方式带来了极大的便利。本文针对现阶段我国计算机技术的发展情况对未来趋势进行探讨。

关键词： 计算机技术；智能；应用

引言

计算机技术是计算机领域中所运用的技术方法和技术手段，计算机技术具有明显的综合特性，它与电子工程、机械工程、现代通信技术等紧密结合，因此发展很快。现在计算机技术已成为我国综合竞争力中重要的一部分，为我国的科学发展提供了充足动力。在此基础上本文对我国计算机技术的应用进行研究，希望能促进计算机技术的快速发展和在各个领域更广泛的应用。

1 计算机科学技术的发展进程

计算机的发展过程主要包括四个阶段，1946年美国制造出了世界上的第一台电子计算机，其中应用了18800个真空管，它的出现在一定程度上改变了人类的思维和生活方式，为计算机技术的进一步发展打下了坚实的基础。所以，第一代计算机不仅体积庞大，而且耗电量巨大。1954年由美国科学家崔迪克研制出来的第二代晶体管计算机尺寸小、重量轻、效率高、功耗低，很好的弥补了第一代计算机的缺点。70年代中小规模集成电路将第三代计算机体积进一步减小，可靠性及速度进一步提高。信息产业作为技术与知识密集型产业，为了适应现代化社会建设的需要，第四代计算机便应运而生。第四代计算机的出现促进了计算机的大量生产， 计算机被广泛的应用到公司企业和人们日常生活中[1]。

2 计算机科学技术的发展现状

普及性和发展性

计算机技术正逐渐成为社会发展的重要生产力，计算机技术已经融入了人类生活中的方方面面，如视频聊天、移动支付、网络约车等，充分体现出科学技术的迅速发展。计算机技术面向的用户群体从之前的军事和科研等转变为一个个的普通家庭。毋庸置疑，计算机技术将会成为人类生活学习的重要组成部分，对社会的发展产生巨大影响。

专业化和智能化

计算机技术正朝着专业化和智能化两个方向发展。随着科学技术的进步，计算机技术在越来越多的细分领域开花结果，逐渐变得专业化，比如神经网络、人工智能、面部识别、智能家居等领域[3]。与此同时，由于网络信息技术的发展，计算机的使用更加倾向于交流互动性，网络分布式系统逐渐替代了单机模式，大大提高了计算机技术的综合性。

微型化和人性化

随着计算机技术的逐渐普及，计算机技术在许多领域都取得了突破性的进展。计算机的更新速度变快了，人们对于计算机的便携性和计算机技术的先进性也提出了更高的要求，电脑越做越小，手机越做越薄，计算机技术还可以将更多的实用功能集成到手表之内。计算机技术可根据不同人群的需求，加以创新和改进，更多的体现出计算机技术的人性化和个性化。在计算机技术的'核心功能中增加人性化功能，需要设置更多独立且相互联系的组件，这不仅是计算机微型化和人性化的难度所在，也对微型传感器等计算机相关设备提出了新的要求。

3 计算机科学技术的发展展望

光计算机

与传统硅芯片计算机不同，光计算机用光信号代替电子进行信息处理和存储的新型计算机， 其在进行数据存储时主要利用的是光子和光运算，运算部分可直接对存储部分进行并行存取，运算速度极高、耗电极低[4]。光子计算机还具有很多优势，比如，不会受到电磁场的影响，信息传输中畸变和失真小，超大规模的信息存储容量及低能量消耗、低发热量等。光计算机在未来将广泛的应用于特殊领域，比如预测天气、监测气候等一些复杂而多变的过程等[5]。

化学、生物计算机

在运行机理上，化学计算机以化学制品中的微观碳分子作信息载体，来实现信息的传输与存储。生物计算机，也被称之为仿生计算机，主要原材料是生物工程技术产生的蛋白质分子，并以此作为生物芯片来替代半导体硅片，利用有机化合物存储数据。生物计算机的基本原理是用生化反应来模拟计算机操作，生物计算机的优点在于其所依托的生物体本身的多样性和复杂多变的生理现象[6]。生物计算机的运算速度要比当今最新一代计算机快10万倍，它具有很强的抗电磁干扰能力，并且能彻底消除电路之间的干扰。能量消耗仅相当于普通计算机的十亿分之一，且具有巨大的存储能力。这为生物计算机带来了很多优势，不仅表现在体积小功率高，而且存储和芯片也具有一定的可靠性[7]。

量子计算机

量子计算机的概念来源于对可逆计算机的研究，在可逆计算的模型中使用的能量很低。量子信息科学的核心目标是实现真正意义上的量子计算机和实现绝对安全的、可实用化的长程量子通信。量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[8]。量子计算机与现有的电子计算机和正在研究的生物计算机、光计算机等的根本区别在于，其信息单元不是比特（bit），而是量子比特（qubit），即两个状态是0和1的相应量子态叠加，因此，单个量子CPU具有非常强大的数据平行处理能力，而且其运算能力随着量子处理器的增加呈现出指数倍的增强，所以量子计算机在数据处理的运算时间大幅度减小[9]。目前，很多专家学者也在不断的研究量子计算机，研究量子计算机的目的不是要用它取代现有的计算机，而是去解决一些经典计算机无法解决的问题。

神经网络计算机

人脑总体运行速度相当于每妙1000万亿次的电脑功能，可把生物大脑神经网络看做一个大规模并行处理的、紧密耦合的、能自行重组的计算网络。从大脑工作的模型中抽取计算机设计模型，用许多处理机模仿人脑的神经元机构，将信息存储在神经元之间的联络中，并采用大量的并行分布式网络就构成了神经网络计算机[10]。神经网络计算机的信息不是存在存储器中，而是存储在神经元之间的联络网中。若有节点断裂，电脑仍有重建资料的能力，它还具有联想记忆、视觉和声音识别能力。

4 结束语

总而言之，计算机技术在社会中有着广泛的应用范围，也在社会中发挥了高效的社会功能。现阶段，我国的计算机应用水平与国际应用水平还存在着一定的差距，相信随着我国科研人员对计算机技术的不断研究，计算机技术必将得到更加高速的发展。

参考文献：

[1] 全林. 科技史简论[M]. 科学出版社， 2002.

[2] 李博洋. 关于“人机关系”的哲学思考[J]. 江淮论坛， 2008， 231（5）： 127-131.

[3] 程中兴. 计算机技术对人类生物进化的影响及其机制[J]. 东华大学学报（社会科学版）， 2004， 4（4）：75-80.

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[5] 金翊. 走近光学计算机[J]. 上海大学学报（自然科学版）， 2011， 17（4）： 401-411.

[6] 沈俊杰. “细菌-噬菌体”联合生物计算机的研究[D]. 浙江大学， 2005.

[7] 许进. 生物计算机时代即将来临[J]. 中国科学院院刊， 2014， （1）： 42-54.

[8] 吴楠， 宋方敏. 量子计算与量子计算机[J]. 计算机科学与探索， 2007， 1（1）： 5-20.

[9] 郭光灿， 周正威， 郭国平， 等. 量子计算机的发展现状与趋势[J]. 中国科学院院刊， 2010， 25（5）： 516-524.

[10] 靳蕃. 神经计算智能基础： 原理·方法[M]. 西南交通大学出版社， 2000.

27日从清华大学获悉，该校交叉信息研究院段路明教授研究组在量子信息领域取得重要进展，首次实现了25个量子接口之间的量子纠缠。

该成果的研究论文《25个可独立操控的量子接口之间纠缠的实验实现》，4月20日发表于《科学》子刊《科学・进展》上。此次纠缠的量子接口数目远远超过先前加州理工学院研究组保持的4个量子接口之间纠缠的世界纪录。

该论文第一作者为清华大学交叉信息研究院博士生濮云飞，通讯作者为段路明教授，其他作者包括清华大学交叉信息研究院博士生蒋楠、常炜、李畅、张胜以及美国密歇根大学博士生吴宇恺。

在量子信息科学中，光子拥有最快的传输速度，是传播量子信息的最佳载体，而原子拥有很长的量子相干时间，被广泛用于量子信息的存储。量子接口将光子和存储原子连接起来，实现量子信息在不同载体间的高效相互转换。

为了实现更多量子接口间的纠缠，构造更大的量子纠缠网络，段路明研究组用五年时间研发了新颖的二维量子接口阵列，可以方便地实现多个量子接口间的纠缠。研究人员通过光束复分技术，制备了多体量子纠缠态，在25个量子接口之间，实验利用纠缠判据以高置信度证明至少存在22体以上的真实纠缠，刷新了量子接口纠缠数量的世界纪录。

《科学・进展》的一位审稿人认为：“这是一个创纪录的纠缠个数，也是构建第一个量子网络过程中的一个重要的里程碑。”另一位审稿人的意见是：“这一实验定义了原子光子之间量子接口的目前最高水平，我相信该结果在量子信息领域将产生重要影响。”

专家表示：量子计算机代表信息技术的方向，对信息安全、人工智能等都有重要影响。实现量子接口之间的纠缠是构建量子网络和未来量子互联网的一个基本要求，未来还有可能实现更多量子接口之间的量子纠缠，希望更多年轻学者的加入。

来源：中国新闻网