计算机与计算技术发展趋势

硅芯片技术高速发展的同时，也意味着硅技术越来越接近其物理极限。因此 开发新型计算机成为世界各国研究人员的主要目标，这也使得计算机的体系结构与技术都将产生一次量与质的飞跃。新型的量子计算机、光子计算机、分子计算机、纳米计算机等，将会在二十一世纪走进我们的生活，遍布各个应用领域。 

量子计算机  

量子计算机最初是由理查德·费曼提出来的，如图1-29。它在模拟量子现象时发现，庞大的希尔伯特空间使资料量也变得十分庞大，使得一个完好的模拟所需要的运算时间变得相当可观，甚至是不切实际的天文数字，此时，理查德·费曼就想到，如果用量子系统构成的计算机来模拟量子现象，则运算时间可大幅度减少，量子计算机的概念由此诞生。

 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。量子计算机是通过量子分裂式量子修补式来进行一系列的大规模高精确度的运算的，其浮点运算性能是普通个人电脑的CPU所无法比拟的。量子计算机大规模运算的方式其实就类似于普通电脑的批处理程序，其运算方式简单来说就是通过大量的量子分裂，再进行高速的量子修补。但是其精确度和速度是普通电脑望尘莫及的。

今天我们使用的计算机像图灵机一样，通过操作具有两种状态的位元（0或1）进行工作的。量子计算机不只依靠两种状态，它们将信息编码为量子比特，或称昆比特（qubit）。量子比特可以是1或0，也可以是某种叠加态：即同时是1、0或二者之间的某个值。量子比特由一组原子实现，它们协同工作起到计算机内存和处理器的作用。因为量子计算机可以同时包含这几种状态，所以它可能比当今功能最强大的超级计算机还要强大数百万倍的计算机。这种量子比特的叠加使量子计算机具有内在并行性。物理学家戴维·多伊奇（David Deutsch）指出，这种并行性使量子计算机能够同时进行一百万条计算，而台式PC只能进行一条计算。一台30个量子比特的量子计算机的计算能力和一台每秒十万亿次浮点运算的传统计算机的水平相当。当今典型的台式机运行能力为每秒十亿次浮点运算。

微软研究者采用了“拓扑量子计算”方案，基于一种被称为“拓扑量子比特”的量子信息单位。微软团队相信拓扑量子比特能够更好地应对温度、电噪声等因素的干扰，从而长时间保持量子状态，更具实用性、稳定性和工作效率。

负责量子计算机项目的微软资深技术经理托德·霍尔姆达尔（Todd Holmdahl）透露，微软目前已经基本完成了基本量子比特模块的设计，正在进行样机设计。霍尔姆达尔表示，一旦第一个量子比特制成，微软将开始构建大规模量子比特阵列的研究。