生物計算機和量子計算機 生物計算機
時間：2023-09-08 18:52:52
1、生物計算機與量子計算機首先是生物計算機人類有一門學科叫仿生學，即通過對自然界生物特性的研究與模仿，來達到為人類社會更好地服務的目的。
2、典型的例子如，通過研究蜻蜒的飛行制造出了直升機；對青蛙眼睛的表面“視而不見”，實際“明察秋毫”的認識，研制出了電子蛙眼；對蒼蠅飛行的研究，仿制出一種新型導航儀——振動陀螺儀，它能使飛機和火箭自動停止危險的“跟頭”飛行，當飛機強烈傾斜時，能自動得以平衡，使飛機在最復雜的急轉彎時也萬無一失；對蝙蝠沒有視力，靠發出超聲波來定向飛行的特性研究，制造出了雷達、超聲波定向儀等；對“變色龍”的研究，產生了隱身科學和保護色的應用……仿生學同樣可應用到計算機領域中。
(資料圖)
3、科學家通過對生物組織體研究，發現組織體是由無數的細胞組成，細胞由水、鹽、蛋白質和核酸等有機物組成，而有些有機物中的蛋白質分子像開關一樣，具有“開”與“關”的功能。
4、因此，人類可以利用遺傳工程技術，仿制出這種蛋白質分子，用來作為元件制成計算機。
5、科學家把這種計算機叫做生物計算機。
6、生物計算機有很多優點，主要表現在以下幾個方面：首先，它體積小，功效高。
7、在一平方毫米的面積上，可容納幾億個電路，比目前的集成電路小得多，用它制成的計算機，已經不像現在計算機的形狀了，可以隱藏在桌角、墻壁或地板等地方。
8、其次，當我們在運動中，不小心碰傷了身體，有的上點兒藥，有的年輕人甚至藥都不上，過幾天，傷口就愈合了。
9、這是因為人體具有自我修復功能。
10、同樣，生物計算機也有這種功能，當它的內部芯片出現故障時，不需要人工修理，能自我修復，所以，生物計算機具有永久性和很高的可靠性。
11、再者，生物計算機的元件是由有機分子組成的生物化學元件，它們是利用化學反應工作的，所以，只需要很少的能量就可以工作了，因此，不會像電子計算機那樣，工作一段時間后，機體會發熱，而它的電路間也沒有信號干擾。
12、1983年，美國公布了研制生物計算機的設想之后，立即激起了發達國家的研制熱潮。
13、當前，美國、日本、德國和俄羅斯的科學家正在積極開展生物芯片的開發研究。
14、從1984年開始，日本每年用于研制生物計算機的科研投資為86億日元。
15、目前，生物芯片仍處于研制階段，但在生物元件，特別是在生物傳感器的研制方面已取得不少實際成果。
16、這將會促使計算機、電子工程和生物工程這三個學科的專家通力合作，加快研究開發生物芯片。
17、生物計算機一旦研制成功，可能會在計算機領域內引起一場劃時代的革命。
18、然后是量子計算機量子計算機是一類遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。
19、當某個裝置處理和計算的是量子信息，運行的是量子算法時，它就是量子計算機。
20、量子計算機的概念源于對可逆計算機的研究。
21、研究可逆計算機的目的是為了解決計算機中的能耗問題。
22、20世紀60年代至70年代，人們發現能耗會導致計算機中的芯片發熱，極大地影響了芯片的集成度，從而限制了計算機的運行速度。
23、研究發現，能耗來源于計算過程中的不可逆操作。
24、那么，是否計算過程必須要用不可逆操作才能完成呢？問題的答案是：所有經典計算機都可以找到一種對應的可逆計算機，而且不影響運算能力。
25、既然計算機中的每一步操作都可以改造為可逆操作，那么在量子力學中，它就可以用一個幺正變換來表示。
26、早期量子計算機，實際上是用量子力學語言描述的經典計算機，并沒有用到量子力學的本質特性，如量子態的疊加性和相干性。
27、在經典計算機中，基本信息單位為比特，運算對象是各種比特序列。
28、與此類似，在量子計算機中，基本信息單位是量子比特，運算對象是量子比特序列。
29、所不同的是，量子比特序列不但可以處于各種正交態的疊加態上，而且還可以處于糾纏態上。
30、這些特殊的量子態，不僅提供了量子并行計算的可能，而且還將帶來許多奇妙的性質。
31、與經典計算機不同，量子計算機可以做任意的幺正變換，在得到輸出態后，進行測量得出計算結果。
32、因此，量子計算對經典計算作了極大的擴充，在數學形式上，經典計算可看作是一類特殊的量子計算。
33、量子計算機對每一個疊加分量進行變換，所有這些變換同時完成，并按一定的概率幅疊加起來，給出結果，這種計算稱作量子并行計算。
34、除了進行并行計算外，量子計算機的另一重要用途是模擬量子系統，這項工作是經典計算機無法勝任的。
35、無論是量子并行計算還是量子模擬計算，本質上都是利用了量子相干性。
36、遺憾的是，在實際系統中量子相干性很難保持。
37、在量子計算機中，量子比特不是一個孤立的系統，它會與外部環境發生相互作用，導致量子相干性的衰減，即消相干。
38、因此，要使量子計算成為現實，一個核心問題就是克服消相干。
39、而量子編碼是迄今發現的克服消相干最有效的方法。
40、主要的幾種量子編碼方案是：量子糾錯碼、量子避錯碼和量子防錯碼。
41、量子糾錯碼是經典糾錯碼的類比，是目前研究的最多的一類編碼，其優點為適用范圍廣，缺點是效率不高。
42、迄今為止，世界上還沒有真正意義上的量子計算機。
43、但是，世界各地的許多實驗室正在以巨大的熱情追尋著這個夢想。
44、如何實現量子計算，方案并不少，問題是在實驗上實現對微觀量子態的操縱確實太困難了。
45、目前已經提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束縛離子、電子或核自旋共振、量子點操縱、超導量子干涉等。
46、現在還很難說哪一種方案更有前景，只是量子點方案和超導約瑟夫森結方案更適合集成化和小型化。
47、將來也許現有的方案都派不上用場，最后脫穎而出的是一種全新的設計，而這種新設計又是以某種新材料為基礎，就像半導體材料對于電子計算機一樣。
48、研究量子計算機的目的不是要用它來取代現有的計算機。
49、量子計算機使計算的概念煥然一新，這是量子計算機與其他計算機如光計算機和生物計算機等的不同之處。
50、量子計算機的作用遠不止是解決一些經典計算機無法解決的問題。
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