【数据库】人大2001年一季度政治类专题【文献号】1478【原文出处

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1、【数据库】人大2001年一季度政治类专题【文献号】1478【原文出处】《科学》【原刊地名】重庆【原刊期号】200009【原刊页号】56～57【分类号】C8【分类名】新思路【复印期号】200101【标题】展望21世纪的新型计算机【作者】高峻/裴东/王洪明【作者简介】高峻，华中理工大学计算机学院，副教授，硕士研究生；　裴东，南京理工大学，博士研究生；　王洪明，信息产业部第27研究所，高级工程师。【内容提要】计算机从体系结构的变革到器件与技术的革命都要产生一次量的乃至质的飞跃，本文展望了21世纪前20至40年可能出现的新型计算

2、机。【正文】计算机技术将向超高速、超小型、平行处理、智能化的方向发展。21世纪初期，将出现每秒100万亿次的超级计算机，超高速计算机将采用平行处理技术，使计算机系统同时执行多条指令或同时对多个数据时行处理，这是改进计算机结构、提高计算机运行速度的关键技术。计算机必将进入人工智能时代，它将具有感知、思考、判断、学习以及一定的自然语言能力。随着新的元器件及其技术的发展，新型的超导计算机、量子计算机、光子计算机、生物计算机、纳米计算机等将会在21世纪走进我们的生活，遍布各个领域。量子计算机，量子计算机是利用一种链状分子聚合物的

3、特性来表示开与关的状态，利用激光脉冲来改变分子的状态，使信息沿着聚合物移动，从而进行运算。电子和光子一样具有波粒二象性，当半导体集成电路线宽小于0.1微米时，其波动性不能忽略，量子效应开始干涉电子的正常运动，量子计算机就是基于量子效应基础上开发的。与现有计算机类似，量子计算机同时主要由存储元件和逻辑门构成，但它们又同现在计算机上使用的这类元件不大一样。在现有计算机中，数据用二进制位存储，每位只能存储一个数据，非0即1。而量子计算机中数据用量子位存储。由于量子叠加效应，一个量子位可以是0或1，也可以既存储0又存储1。由于一

4、个二进制位只能存储一个数据，所以几个二进制位只能存储几个数据。而一个量子位可以存储2个数据，就是说同样数量的存储位，量子计算机的存储量比通常计算机大许多。现在计算机中基本的逻辑门是“与”门和“非”门。对量子计算机来说，所有操作必须是可逆的，也就是从输出要能反推出其输入，量子计算机上使用的“控制非”门就是能实现这种可逆操作的逻辑门。量子计算机的优点有四：一是能够实行量子并行计算，加快了解题速度，它的运算速度可能比目前个人计算机的PentiumⅢ晶片快上10亿倍，可以在一瞬间搜寻整个互联网，轻易破解任何安全密码，黑客任务变得

5、轻而易举；二是用量子位存储，大大提高了存储能力；三是可以对任意物理系统进行高效率的模拟；四是能实现发热量极小的计算机。至于它的弱点，一是受环境影响大，二是纠错较复杂。目前正在开发中的量子计算机有3种类型；核磁共振(NMR)量子计算机、硅基半导体量子计算机、离子阱量子计算机。预计2030年将普及量子计算机。 光子计算机　所谓光子计算机即全光数字计算机，以光子代替电子、光互连代替导线互连、光硬件代替计算机中的电子硬件、光运算代替电运算。光子计算机的各级都能并行处理大量数据，其系统的互连数和每秒互连数，远远高于电子计算机，接近

6、于人脑。和电子相比，光子的速度永远等于光速，具备电子所不具备的频率和偏振等，从而使它的“载息能力”得以扩大，就所有各项参数而言，光子流都可以方便地利用自有的光学和光电装置进行调节，利用反射镜、棱镜和光导向装置。可随意调整光子流的方向。此外，还有极为理想的光辐射源——激光器，可供使用。最主要的一点是光子不需要导线。即使在光线相交的情况下，它们之间也丝毫不会相互影响。与电子计算机相比，光脑的“无导线计算机”内传递信息的平行通道其密度实际上是极大的。一枚直径5分硬币大小的棱镜，它的通过能力超过全世界现有电话电缆的许多倍。世界上

7、有许多科学家都在研究光脑，一些科学家正试验将传统的电子转换器和光子结合起来，制造一种“杂交”计算机。这种计算机能更快地处理信息，而又可克服目前巨型机的一大痼疾——内部过热，因为一台光脑只需要一台电子计算机所需能量的一小部分就能驱动，从而大大减少机器产生的热量。光脑的许多关键技术，如光存储技术、光互连技术、光电子集成电路等都已获得突破。光脑的优点是，并行处理能力强，具有超高速运算速度。电子的传播速度为593公里／秒，而光子速度为30万公里／秒，是电子速度的500倍。超高速电子计算机只能在低温下工作，而光脑在室温下即可开展工

8、作；和现在计算机相比，光脑信息存储量大，抗干扰能力强。专家们指出，光脑具有与人脑相似的容错性。系统中某一元件损坏或出错时，并不影响最终的计算结果。目前，科研人员面临的迫切任务是最大幅度地增加光子计算机的运算总能力，即光开关的数量。在今后的研制过程中，专家们所面临的困难将在以下几个方面：①随着无导线计算机能力的提高，就