量子計(jì)算機(jī)、生物計(jì)算機(jī)、光子計(jì)算機(jī)

淺析計(jì)算機(jī)的發(fā)展1.現(xiàn)代計(jì)算機(jī)：發(fā)展史：第一代電子管時(shí)代(1942年--1956年)

第二代晶體管時(shí)代(1955年--1964年)

第三代成電路時(shí)代(1964年--1970年)

第四代大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路時(shí)代(1971年--現(xiàn)在)發(fā)展方向——只能夠發(fā)展方向——只能夠通過擴(kuò)大規(guī)模的方式加強(qiáng)性能電子計(jì)算機(jī)——工作原理：主要以大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路為電子元器件的計(jì)算機(jī)工作性能：主要取決于他的核心器件——處理器（ＣＰＵ）的性能現(xiàn)在的處理器基本現(xiàn)在的處理器基本是由半導(dǎo)體材料——硅做成的性能極限：目前是中國國防科技大學(xué)研制的天河二號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)與普通電子計(jì)算機(jī)工作原理一樣，只是規(guī)模和功能與普通電子計(jì)算機(jī)工作原理一樣，只是規(guī)模和功能不同，這貨的計(jì)算核心總數(shù)達(dá)3120000（我家４核）簡介：目前以集成電路為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)已經(jīng)快要發(fā)展到極限。按照目前的速度，計(jì)算機(jī)發(fā)展遵循的“摩爾定律”（每18個(gè)月芯片速度翻一番，價(jià)格降低一半）將會(huì)失效一旦芯片上線條的寬度達(dá)到納米數(shù)量級(jí)時(shí)，相當(dāng)于只有幾個(gè)分子的大小，這種情況下材料的物理、化學(xué)性能將發(fā)生質(zhì)的變化，致使采用現(xiàn)行工藝的半導(dǎo)體器件不能正常工作。。一旦芯片上線條的寬度達(dá)到納米數(shù)量級(jí)時(shí)，相當(dāng)于只有幾個(gè)分子的大小，這種情況下材料的物理、化學(xué)性能將發(fā)生質(zhì)的變化，致使采用現(xiàn)行工藝的半導(dǎo)體器件不能正常工作。從技術(shù)的角度看，隨著硅片上線路密度的增加，其復(fù)雜性和差錯(cuò)率也將呈指數(shù)增長，同時(shí)也使全面而徹底的芯片測試幾乎成為不可能。一旦芯片上線條的寬度達(dá)到納米數(shù)量級(jí)時(shí)，相當(dāng)于只有幾個(gè)分子的大小，這種情況下材料的物理、化學(xué)性能將發(fā)生質(zhì)的變化，致使采用現(xiàn)行工藝的半導(dǎo)體器件不能正常工作。目前最先進(jìn)的集成電路已含有17億個(gè)晶體管。再增加是很困難的，必須想別的出路。２．未來計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向：目前主要分為三種：１．生物計(jì)算機(jī)目前主要分為三種：１．生物計(jì)算機(jī)２．量子計(jì)算機(jī)３．光子計(jì)算機(jī)１．生物計(jì)算機(jī)：工作原理：DNA電腦的工作原理是以瞬間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)，通過和酶的相互作用，將發(fā)生過程進(jìn)行分子編碼，把二進(jìn)制數(shù)翻譯成遺傳密碼的片段，每一個(gè)片段就是著名的雙螺旋的一個(gè)鏈，然后對(duì)問題以新的DNA編碼形式加以解答。以生物芯片取代在半導(dǎo)體硅片上集成數(shù)以萬計(jì)的晶體管制成的計(jì)算機(jī)。它的主要原材料是生物工程技術(shù)DNA電腦的工作原理是以瞬間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)，通過和酶的相互作用，將發(fā)生過程進(jìn)行分子編碼，把二進(jìn)制數(shù)翻譯成遺傳密碼的片段，每一個(gè)片段就是著名的雙螺旋的一個(gè)鏈，然后對(duì)問題以新的DNA編碼形式加以解答。優(yōu)點(diǎn)：主要是存貯容量和運(yùn)算速度。主要是存貯容量和運(yùn)算速度。①集成度、功效更高

生物計(jì)算機(jī)的電路以分子為單位，在一平方毫米的面積上，可容納幾億個(gè)電路，相比于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的半導(dǎo)體硅片制成的芯片，生物芯片能容納電路的電路數(shù)量級(jí)提高了不只一個(gè)層次。

②可靠性高，壽命更長

具有生物性質(zhì)的生物計(jì)算機(jī)能做到自我修復(fù)，并且可以編碼設(shè)置其自我再生和復(fù)制的功能，因此有傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)所沒有的高可靠性和超長使用壽命。

③耗能少

生物計(jì)算機(jī)的元件是由有機(jī)分子組成的生物化學(xué)元件，只需很少的能量就能就行所需的化學(xué)反應(yīng)，耗能比傳統(tǒng)的消耗電能并不斷產(chǎn)生熱能的計(jì)算機(jī)大大減少，并且能量利用率大幅度提高。

④方便適用

生物計(jì)算機(jī)由于體積下且具有生物特性，可以置于很多傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無法置放的地方，可以隨意設(shè)置在我們身邊的任何事物中，并且可以發(fā)揮其生物特性更方便地為生命體服務(wù)。

⑤性能大幅度提升

生物計(jì)算機(jī)由于其蛋白質(zhì)分子可以并行工作的原理，可以輕松實(shí)現(xiàn)大量的并行運(yùn)算，28.3g

DNA的運(yùn)行速度超過了現(xiàn)代超級(jí)計(jì)算機(jī)的10萬倍且速度提高了10萬倍以上這里指的１０萬倍速度指的是超級(jí)計(jì)算機(jī)的速度，不是家用的ＰＣ電腦．．．．．．現(xiàn)在最快超級(jí)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度大約是一秒鐘這里指的１０萬倍速度指的是超級(jí)計(jì)算機(jī)的速度，不是家用的ＰＣ電腦．．．．．．現(xiàn)在最快超級(jí)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度大約是一秒鐘可以運(yùn)算１０的１４次方次，生物計(jì)算機(jī)則可以達(dá)到每秒鐘１０的２０次方次缺點(diǎn)：①提取信息不方便一種生物計(jì)算機(jī)可以在２４小時(shí)內(nèi)完成人類迄今全部的計(jì)算量，但提取一個(gè)信息卻花了一周的時(shí)間②以遺傳物質(zhì)為基礎(chǔ)的生物計(jì)算機(jī)會(huì)受環(huán)境的干擾、計(jì)算結(jié)果難以檢測、生物化學(xué)反應(yīng)不是百分之百成功未來的實(shí)戰(zhàn)運(yùn)用：①可以用于未來戰(zhàn)爭中，進(jìn)行各種龐大的數(shù)據(jù)的處理計(jì)算以及模擬。如：感受氣流變化進(jìn)行飛行的技術(shù)；進(jìn)行多如：感受氣流變化進(jìn)行飛行的技術(shù)；進(jìn)行多星體甚至是星系之間的碰撞計(jì)算；②進(jìn)行人機(jī)結(jié)合生物計(jì)算機(jī)的主要原材料是生物工程技術(shù)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)分子，生物計(jì)算機(jī)具有生物活性，生物計(jì)算機(jī)的主要原材料是生物工程技術(shù)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)分子，生物計(jì)算機(jī)具有生物活性，能夠和人體的組織有機(jī)地結(jié)合起來，尤其是能夠與大腦和神經(jīng)系統(tǒng)相連。（注：這方面的相關(guān)資料較少，可以適當(dāng)ＹＹ一下。比如在人腦中加入了微型生物計(jì)算器后，人就獲得了相當(dāng)驚人的計(jì)算能力，如果身體機(jī)能足夠強(qiáng)大（不是群里有人想要強(qiáng)化人嗎？），躲子彈，甚至是根據(jù)炮彈落點(diǎn)周圍的環(huán)境來計(jì)算沖擊力的大小從而選取最佳躲藏地點(diǎn)（近距離）也不成問題）注：其他的功能就看大家自己的腦洞大小了，也別猛的太離譜，雖然生物計(jì)算機(jī)非常猛，它的計(jì)算速度比人腦快出了很多，但綜合能力還是不能取代人腦的。２．量子計(jì)算機(jī)工作原理：量子計(jì)算機(jī)是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的物理裝置。當(dāng)某個(gè)裝置處理和計(jì)算的是量子信息，運(yùn)行的是量子算法時(shí)，它就是量子計(jì)算機(jī)。計(jì)算法則：半導(dǎo)體靠控制集成電路來記錄及運(yùn)算信息，量子計(jì)算機(jī)則希望控制原子或小分子的狀態(tài)，記錄和運(yùn)算信息。

主要運(yùn)用的是量子態(tài)的疊加性和相干性。在經(jīng)典計(jì)算機(jī)中，基本信息單位為比特，運(yùn)算對(duì)象是各種比特序列。與此類似，在量子計(jì)算機(jī)中，基本信息單位是量子比特，運(yùn)算對(duì)象是量子比特序列。所不同的是，量子比特序列不但可以處于各種正交態(tài)的疊加態(tài)上，而且還可以處于糾纏態(tài)上。這些特殊的量子態(tài)，不僅提供了量子并行計(jì)算的可能，而且還將帶來許多奇妙的性質(zhì)。簡而言之，就是量子計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行疊加式的運(yùn)算，打個(gè)比方：簡而言之，就是量子計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行疊加式的運(yùn)算，打個(gè)比方：如果普通的電子計(jì)算機(jī)是從１＋１＋１＋．．．．．＋１加到１Ｗ的話就要經(jīng)過１Ｗ次運(yùn)算；而量子計(jì)算機(jī)則是１０×１０×１０×１０甚至是１００×１００來計(jì)算！想這種問題量子計(jì)算機(jī)往往只用幾步就能搞定！有個(gè)新聞量子計(jì)算機(jī)和超級(jí)計(jì)算機(jī)比賽解線性方程組，結(jié)果10秒比100年優(yōu)點(diǎn)：大規(guī)模、高精度的高速浮點(diǎn)運(yùn)算的工作。傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)只使用1和0兩種狀態(tài)來記錄數(shù)據(jù)和進(jìn)行計(jì)算，而量子計(jì)算機(jī)可將現(xiàn)實(shí)世界中的上百個(gè)變量和約束條件，“視作”能量狀態(tài)（量子態(tài)）來考慮，用量子物理迅速找到一個(gè)能滿足所有變量和條件的最低能量結(jié)果。（就兩個(gè)字，快傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)只使用1和0兩種狀態(tài)來記錄數(shù)據(jù)和進(jìn)行計(jì)算，而量子計(jì)算機(jī)可將現(xiàn)實(shí)世界中的上百個(gè)變量和約束條件，“視作”能量狀態(tài)（量子態(tài)）來考慮，用量子物理迅速找到一個(gè)能滿足所有變量和條件的最低能量結(jié)果。缺點(diǎn)：①恐怖的能耗②不怎么長的使用壽命（一般是兩年）③恐怖的熱量（必須要在接近絕對(duì)零度的環(huán)境溫度下才能正常運(yùn)行）④高昂的造價(jià)（注定不可平民化）未來實(shí)戰(zhàn)運(yùn)用：①進(jìn)行生物計(jì)算機(jī)都難以處理的計(jì)算，可以把它ＹＹ成只要量子位足夠高當(dāng)然量子位越高，那么就越難制造，因?yàn)榱孔游辉礁咚枰漠?dāng)然量子位越高，那么就越難制造，因?yàn)榱孔游辉礁咚枰沫h(huán)境溫度就越接近絕對(duì)零度，當(dāng)然隨著科技的發(fā)展，量子計(jì)算機(jī)所需要的環(huán)境溫度的要求也會(huì)逐步降低②偵探“死水”的運(yùn)動(dòng)。（實(shí)在很難想象出還有什么更難得東西了）３．光子計(jì)算機(jī)這個(gè)就簡寫吧～～直接維基了簡介：光子計(jì)算機(jī)是一種由光信號(hào)進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算、邏輯操作、信息存貯和處理的新型計(jì)算機(jī)。它由激光器、光學(xué)反射鏡、透鏡、濾波器等光學(xué)元件和設(shè)備構(gòu)成，靠激光束進(jìn)入反射鏡和透鏡組成的陣列進(jìn)行信息處理，以光子代替電子，光運(yùn)算代替電運(yùn)算。優(yōu)點(diǎn)：①光子不帶電荷它們之間不存在電磁場相互作用在自由空間中幾束光平行傳播、相互交叉?zhèn)鞑?，彼此之間不發(fā)生干擾，千萬條光束可以同時(shí)穿越一只光學(xué)元件而不會(huì)相互影響。一只20×20c㎡的光學(xué)系統(tǒng)，能夠提供5×10^5條并行傳輸信息通道；一只質(zhì)量好的透鏡能夠提供10^8條信息通道。如果用光波導(dǎo)傳輸，光波導(dǎo)也可以相互穿越，只要它們的交叉角大于10°左右就不會(huì)有明顯的交叉耦合。上述的性質(zhì)又稱光信號(hào)傳輸?shù)牟⑿行?。②超高速的運(yùn)算速度是量子計(jì)算機(jī)、生物計(jì)算機(jī)、光子計(jì)算機(jī)中最慢的是量子計(jì)算機(jī)、生物計(jì)算機(jī)、光子計(jì)算機(jī)中最慢的光子計(jì)算機(jī)并行處理能力強(qiáng)，因而具有更高的運(yùn)算速度。電子的傳播速度是593km/s，而光子的傳播速度卻達(dá)3×10^5km/s，對(duì)于電子計(jì)算機(jī)來說，電子是信息的載體，它只能通過一些相互絕緣的導(dǎo)線來傳導(dǎo)，即使在最佳的情況下，電子在固體中的運(yùn)行速度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如光速，盡管目前的電子計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度不斷提高，但它的能力極限還是有限的；此外，隨著裝配密度的不斷提高，會(huì)使導(dǎo)體之間的電磁作用不斷增強(qiáng)，散發(fā)的熱量也在逐漸增加，從而制約了電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度；而光子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度要比電子計(jì)算機(jī)快得多，對(duì)使用環(huán)境條件的要求也比電子計(jì)算機(jī)低得多。③超大規(guī)模的信息存儲(chǔ)容量與電子計(jì)算機(jī)相比，光子計(jì)算機(jī)具有超大規(guī)模的信息存儲(chǔ)容量。光子計(jì)算機(jī)具有極為理想的光輻射源——激光器，光子的傳導(dǎo)是可以不需要導(dǎo)線的，而且即使在相交的情況下，它們之間也不會(huì)產(chǎn)生絲毫的相互影響。光子計(jì)算機(jī)無導(dǎo)線傳遞信息的平行通道，其密度實(shí)際上是無限的，一枚五分硬幣大小的枚鏡，它的信息通過能力竟是全世界現(xiàn)有電話電纜通道的許多倍。④能量消耗小，散發(fā)熱量低是一種節(jié)能型產(chǎn)品。光子計(jì)算機(jī)的驅(qū)動(dòng)，只需要同類規(guī)格的電子計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)能量的一小部分，這不僅降低了電能消耗，大大減少了機(jī)器散發(fā)的熱量，而且為光子計(jì)算機(jī)的微型化和便攜化研制，提供了便利的條件。科學(xué)家們正試驗(yàn)將傳統(tǒng)的電子轉(zhuǎn)換器和光子結(jié)合起來，制造一種“雜交”的計(jì)算機(jī)，這種計(jì)算機(jī)既能更快地處理信息，又能克服巨型電子計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)內(nèi)部過熱的