量子计算发展前景精选(九篇)
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第1篇：量子计算发展前景范文
关键词：计算机；发展史；前景展望
1 前言
计算机由机械技术向电子技术以及生物技术、智能技术的转变，为我们的生活带来了巨大的变化。计算机已经拥有了60年的发展历程，共经历了5个重要的发展阶段，将在不久的未来经历第六个发展阶段。
2 计算机发展历史
（1）电子管计算机（1946-1958年）
用阴极射线管或汞延尺线作主存储器，外存主要使用纸带、卡片等，程序设计主要使用机器指令或符号指令，应用邻域主要是科学计算。
（2）晶体管计算机（1958-1964年）
主存储器均采用磁蕊存储器，磁鼓和磁盘开始用作主要的外存储器，程序设计使用了更接近于人类自然语言的高级程序设计语言，计算机的应用领域也从科学计算扩展到了事务处理，工程设计等各个方面。
（3）小规模集成电路计算机(1964-1971年)
半导体存储器逐步取代了磁芯存储器的主存储地位，磁盘成了不可缺少的辅助存储器，计算机也进入了产品标准化、模块化、系列化的发展时期，使计算机使用效率明显提高。
（4）大规模集成电路（1972年-至今）
大规模、超大规模集成电路应用的一个直接结果是微处理器和微型计算机的诞生。微处理器自1971年诞生以来几乎每隔二至三年就要更新换代，以高档微处理器为核心构成的高档微型计算机系统已达到和超过了传统超极小型计算机水平，其运算速度可以达到每秒数亿次。由于微型计算机体积小、功耗低、其性能价格比占有很大优势，因而得到了广泛的应用。
（5）人工智能计算机——神经计算机。
其特点是可以实现分布式联想记忆．并能在一定程度上模拟人和动物的学习功能。它是一种有知识、会学习、能推理的计算机，具有能理解自然语言、声音、文字和图像的能力，并且具有说话的能力，使人机能够用自然语言直接对话，它可以利用已有的和不断学习到的知识，进行思维、联想、推理，并得出结论，能解决复杂问题，具有汇集、记忆、检索有关知识的能力。
3 计算机发展前景展望
计算机的发展将趋向超高速、超小型、并行处理和智能化。计算发展如此之快，计算机界据此总结出了“ 摩尔法则”，该法则认为每 18个月左右计算机性能就会提高一倍。因此，在未来，第六代计算机发展方向如下：
（1）分子计算机
分子计算机体积小、耗电少、运算快、存储量大。分子计算机的运行是吸收分子晶体上以电荷形式存在的信息，并以更有效的方式进行组织排列。分子计算机的运算过程就是蛋白质分子与周围物理化学介质的相互作用过程。转换开关为酶，而程序则在酶合成系统本身和蛋白质的结构中极其明显地表示出来。生物分子组成的计算机具备能在生化环境下，甚至在生物有机体中运行，并能以其它分子形式与外部环境交换。因此它将在医疗诊治、遗传追踪和仿生工程中发挥无法替代的作用。分子芯片体积可比现在的芯片大大减小，而效率大大提高， 分子计算机完成一项运算，所需的时间仅为10 微微秒，比人的思维速度快 100 万倍。分子计算机具有惊人的存贮容量，1立方米的DNA溶液可存储 1 万亿亿的二进制数据。分子计算机消耗的能量非常小，只有电子计算机的十亿分之一。由于分子芯片的原材料是蛋白质分子，所以分子计算机既有自我修复的功能，又可直接与分子活体相联。
（2）光子计算机
光子计算机利用光子取代电子进行数据运算、传输和存储。在光子计算机中，不同波长的光代表不同的数据，这远胜于电子计算机中通过电子“0”和“1” 状态变化进行的二进制运算, 可以对复杂度高、计算量大的任务实现快速的并行处理。光子计算机将使运算速度在目前基础上呈指数上升。
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。量子计算机是基于量子效应基础上开发的，它利用一种链状分子聚合物的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。量子计算机中的数据用量子位存储。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。因此, 一个量子位可以存储2个数据，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。同时量子计算机能够实行量子并行计算，其运算速度可能比目前计算机的 PentiumⅢ晶片快10亿倍。
（4）纳米计算机
纳米计算机是用纳米技术研发的新型高性能计算机。纳米管元件尺寸在几到几十纳米范围, 质地坚固,有着极强的导电性, 能代替硅芯片制造计算机。“纳米”是一个计量单位, 一个纳米等于10-9米, 大约是氢原子直径的10倍。纳米技术是从20世纪80年代初迅速发展起来的新的前沿科研领域，最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子，制造出具有特定功能的产品。现在纳米技术正从微电子机械系统起步，把传感器、电动机和各种处理器都放在一个硅芯片上而构成一个系统。应用纳米技术研制的计算机内存芯片，其体积只有数百个原子大小，相当于人的头发丝直径的千分之一。纳米计算机不仅几乎不需要耗费任何能源， 而且其性能要比今天的计算机强大许多倍。
（5）生物计算机[1]
20世纪80年代以来，生物工程学家对人脑、神经元和感受器的研究倾注了很大精力，以期研制出可以模拟人脑思维、低耗、高教的第六代计算机——生物计算机。用蛋白质制造的电脑芯片，存储量可以达到普通电脑的10亿倍。生物电脑元件的密度比大脑神经元的密度高100万倍，传递信息的速度也比人脑思维的速度快100万倍。
第2篇：量子计算发展前景范文
【关键词】“互联网+”;计算机技术;信息技术
随着互联网、自媒体、云计算、物联网等信息技术的成熟与普及，互联网逐渐渗透到社会生活的各个领域，形成了“互联网+传统行业”的发展格局，这些不仅深刻影响着教育、医疗、社会治理、公共服务、商业模式等，也对计算机技术的发展产生了深远影响，逐步形成了以应用为导向、各种技术相互融合的计算机应用技术发展趋势。在这种情况下应当从“互联网+”的视角考察计算机技术的基本特征、发展趋势等，以更好地发挥计算机技术在服务传统行业、推动产业转型等方面的重要作用。
一、“互联网+”背景下计算机技术的发展现状
进入21世纪以后，互联网技术快速发展并广泛普及，人类的生产及生活方式发生了巨大变化，比如互联网技术和互联网思维开始影响人类生活的方方面面，改变着人类的社会交往、商业活动、社会治理等，变成了人类生存方式的重要组成部分。特别是随着大数据、人工智能和物联网的广泛普及，人类社会进入了万物互联的新时代，这些深刻影响着计算机技术的发展，使计算机技术更新速度更快、运行方式更多元化、实用性和功能更加强大、自我防御和修复能力更完善等。
(一)计算机技术运行速度快。从运行速度看，随着“互联网+”的快速发展，人类对计算机的运行速度提出了更高要求，比如天气预报、用户数据分析、科学研究等活动都需要计算机拥有超级运算能力，这些对计算机发展提出了明确要求，所以许多计算机公司都将计算速度作为计算机技术发展的核心指标，同时政府也加大了对计算机运算能力研究的投入，比如我国就成立了国家超级计算中心，专门负责计算机运算速度研究工作。
(二)计算机技术运行方式更加多元。从运行方式上看，随着芯片技术的发展，计算机开始向小型化、微型化的方向发展，笔记本电脑、平板电脑、智能手机等成为计算机技术发展的新方向，这些智能终端不仅体积小、携带方便，而且功能强大，能够较好地满足用户的各种上网需要。
(三)计算机技术基本功能更加实用。从基本功能上看，随着“互联网+”的深入发展，电脑成了网上购物、电子支付、社会交往、网络学习、生活娱乐等活动的重要平台，可以说人们每天的生活都离不开电脑，从而使计算机技术发展更加多元化，计算机性能更具有实用性，比如有些电商就以CRM系统实现了销售存储一体化管理，利用计算机技术极大节省了人工成本。
(四)计算机技术运行更加安全。从运行能力看，在“互联网+”时代人们对计算机的要求更高、更全面，要求计算机操作简便、运行安全等，在这种情况下计算机安全技术有了长足发展，计算机可以通过相关设备监理一套完整的防御体系，极大提升了计算机运行的安全性。
二、“互联网+”背景下计算机技术的应用领域
近年来中国大力推动工业信息化进程，将“互联网+”作为推动产业转型升级、社会治理创新的重要方式，在这种情况下计算机技术与商业、国防、社会等领域的结合越来越紧密，形成了许多计算机边缘技术。
(一)计算机技术在商业领域的应用情况。从发展过程看，“互联网+”首先产生于商业领域，而后在社会生活的各个领域推广开来。从总体上看计算机技术在电子商务、网上支付、网络媒体等领域的应用范围最广，并且推动了这些行业的繁荣发展，比如计算机技术与传感技术、物联网技术、网络技术、大数据技术的有机结合，催生了许多重要的产业形态，推动了淘宝、京东、今日头条等一大批互联网公司的诞生。
(二)计算机技术在工业领域的应用情况。计算机技术在能源、电力等领域也有许多应用，推动了智能电网的发展。比如一些新能源电力系统经常受到恶劣天气的攻击，像雾霾天气、冰雪天气等往往会影响发电质量，为了更加准确地获取相关数据，就需要以计算机技术快速获取相关数据，以便在第一时间传输到相关人员手中。此外，互联网技术与传统制造业的深度融合也推动了计算机应用技术在工业生产活动中的应用，促进了工业智能化、工业自动化的发展，促进了计算机技术与传感技术、物联网技术、自动控制技术、工业机器人技术等现代信息技术的融合发展，大大提升了传统制造业的信息化水平。
(三)计算机技术在国防领域的应用情况。计算机技术在国防领域有着广泛应用，像雷达、无人机、导弹等尖端武器上都应用了大量的计算机技术，特别是无人机技术与计算机技术有着密切联系，军事侦察、电子干扰等都离不开计算机技术的有效应用。美国等发达国家就利用无人机精确打击各种战略目标，并能够在复杂的自然环境和高偶然事件中完成供给任务。这些都说明计算机技术在国防领域拥有广阔的应用前景。此外，随着空天战、网络战的发展，卫星、网络等成为军事打击的重要目标，这些对计算机技术的依赖程度越来越高。
(四)计算机技术在社会领域的应用情况。“互联网+”不仅改变了商业模式、工业生产和现代战争，也给社会领域带来了翻天覆地的变化，推动了教育、医疗、社会治理等与互联网技术、计算机技术的融合。比如随着“互联网+教育”的发展，电子图书馆、网络大学、多媒体课堂、慕课、网络付费学习等有了长足发展，这些推动了计算机技术与现代教育的融合发展。在社会管理活动中，信息管理及查询系统、指纹识别系统、人脸识别系统等有了广泛应用，这些推动了计算机技术在信息管理方面的应用。此外，计算机技术在精准医疗、健康体检等医疗活动中也有着广泛应用，医生可以利用计算机技术、互联网技术、传感器技术等精准了解病人的病情、成因等。
三、“互联网+”背景下计算机应用技术的发展前景
从总体上看“互联网+”不仅深刻改变了人类社会的商业模式、工业生产、社会管理、教育医疗等，也深刻影响着计算机技术的发展趋势及前景。因此应当从“互联网+”的时代背景出发分析计算机技术的发展问题，把握计算机技术的发展趋势。
(一)各种新型计算机将不断涌现。1．光计算机。随着“互联网+”和大数据技术的发展，人们对计算机的运行速度要求越来越高，但是传统计算机无法满足人们的运算需要，于是各种崭新的计算技术不断涌现，比如当前科学家就在考虑以光子代替电子和电流为载体，以纳米电浆子原件作为计算机的核心原件，对海量数据信息进行处理。与传统计算机相比，光计算机以光内连技术、空间光调制器等为基础，具有运算速度极快、耗电量非常低、存取信息方便等特征，在天气预报、水文变化、资本市场等方面具有广阔应用前景。2．量子计算机。量子计算机业有计算速度快的特点，并且在理论上已经成熟，在实践上也处于实验室阶段。英特尔、IBM、华为等企业不仅在研发大规模集成电路，还在研发量子计算机，谷歌、微软就相继宣布研发了200秒内可以完成普通计算机1万年完成的计算任务的量子计算机。中国专家潘建伟、陆朝阳、汪喜林等也通过调控6给光子的偏振、路径等，实现了18个光量子比特纠缠;中科院、浙大、背景计算科研中心等共同开发了量子芯片，在国际量子计算机研究中处于领先地位。3．纳米技术。纳米技术在计算机领域仍有广阔的应用前景，并成为计算机技术发展的新趋势。与传统电子元器件相比，纳米技术原件的体积远远小于普通电子原件，而且拥有导电性能超强、质地优良等特征，所以说纳米芯片成了当前硅基芯片的良好替代产品。当前纳米技术已从微电子方向向传感器方向发展，未来将成为传统计算机的重要替代方式之一。4．化学计算机、生物计算机。化学计算机、生物计算机等新型计算机技术也都处于理论和实验阶段，化学计算机是以炭基制品代替硅基芯片，实现信息传输和存储，能够以较小体积实现快速运输;生物计算机是以生物传感器实现信息计算、传输和存储的计算机，它能够直接受人脑控制，不过这一计算机尚处于理论研究阶段。
(二)计算机技术将与信息技术深度融合。1．计算机技术将与网络技术深度融合。毫无疑问，人类已经进入互联网时代，互联网已经成为人们学习新知识、浏览新闻、休闲娱乐、社会交往、商业活动的重要组成部分，这些彻底改变了人类社会的存在当时，也促进了计算机和互联网的深度融合，在这种情况下许多人都将计算机等同于互联网，这些充分说明了计算机和互联网的融合程度。随着网络化的深入发展，计算机技术将会与网上购物、网上学习、网上办公、电子商务等更加紧密地连接在一起。3．计算机技术与人工智能技术的融合。随着人工智能的发展，计算机技术与人工智能技术的融合将成为必然趋势，如今智能家居、无人驾驶、无人超市、工业机器人等在社会生活的应用越来越广泛，成为信息技术发展的新趋势。比如小米、华为、海尔等科技企业都在大力推动智能家居的发展，这些必然对计算机的计算速度、运行方式等提出更多要求，推动计算机技术与大数据、云计算的融合发展。
(三)计算机技术的应用范围会越来越广。随着信息化时代的到来，以计算机技术为基础的互联网、物联网、人工智能等将会深刻改变人类社会的方方面面，这将使计算机技术的应用范围越来越广泛。比如随着GIS技术的发展，计算机技术将被广泛用于农业资源规划、林业数据分析、土地资源开发、自然灾害预警等方面。计算机技术将进一步推动农业资源管理，对土地资源进行利用规划，对农业进行区域化管理，促进农业信息技术更加精细化。计算机技术可以用于林业发展中，通过对大量地理信息、林业数据的分析等，推动森林防火、林业资源开发等，提高林业管理的数字化程度。计算机技术可以用于土地资源信息采集和处理，促进土地信息资源整合，有效解决土地资源信息逐级上报、弄虚作假等问题，推动土地资源管理信息化和科学化。计算机技术还将用于自然灾害预测、灾情评估、灾后救援等活动中，极大提高人力对自然灾害的处理能力。
四、结语
第3篇：量子计算发展前景范文
关键词：纳米涂层；场发射；电子强关联；软凝聚态物质
2003年在国际和中国都发生了具有突发性的灾难事件，但中国的GDP仍以9.1％的高速度在增长，达到了人民币11.6万亿元，其中第二产业贡献4万多亿元。中国现今的第二产业主要领域是冶金、制造和信息，在世界的地位是大加工厂，也是大市场。在国际竞争中所以有优势是中国的劳动力廉价，这个优势我们能保持多久?我们还注意到与化工有关的产品中，我们的生产效率是国际发达国家的5％，能耗是3倍，环境的破坏是9倍。这就是我们所付出的代价。不论形势如何严峻，21世纪是中华民族振兴的机遇期，制造业绝对是一个极其重要的领域，是个急速发展变化的领域。2003年3月国际真空学会执委会在北京举行，会议上讨论了将原来的冶金专委会改名为“表面工程专委会”，当时也考虑了另一个名字“涂层专委会”，我想用涂层材料更合适，含有继承性和变革性。20世纪70年代曾经说成是塑料年代，此后塑料科技和工业迅速崛起，极大地改变了人类社会。继而是信息时代，通信网、计算机网、万维网、智能网，信息流，日新月异地改变着人类的生活和观念。我们这个时代是高速发展的时代，技术和观念都在与时俱进地改变着。
本世纪初兴起了纳米科技，促进其到来的是由于微电子小型化的发展趋势，推动科技发展进入纳米时代[1]，不仅电子学将进入纳电子学领域，物理学进入介观物理领域，各类科技，包括生物医学等都在探索纳米结构与特性。涂层和表面改性越来越多地增加了纳米科技的内容，这是一种低维材料的制造和加工科技，将是制造技术的主流，将迅速地改变传统制造技术的方法、理论和观念，作为现今国际上的制造大国，世界加工厂，我们更应该注意研究制造技术的发展和未来。
1突破传统制造技术的观念
纳米科技研究的内容主要是在原子、分子尺度上构造材料和器件，测量表征其结构和特性，探索、发现新现象、新规律和应用领域。与我们熟悉传统的相比，纳米材料和器件具有显著的维数效应和尺寸效应。近几年来，在纳米材料制造方面做了大量的研究工作，在纳米粒子粉材的制造，以及材料结构和特性测量、表征上取得了显著成果[2～7]。接下来深入到纳米线、纳米管和纳米带的研究[8～14]，出现了一些成功有效的制造方法，发现了一些惊人的结构和特性。在此基础上，发展了纳米复合材料的研究，展现了非常有希望的应用前景[15～17]。近来人们在纳米科技初期成果的基础上挑战某些产品的传统加工技术，比如Al组件的快速加工。
T.B.Sercombe等人报道了快速加工铝(Al)组件的新方法[18]，这个方法的主要特征是用快速成型技术先形成树脂键合件，然后在氮气氛中分解其键和第二次渗入铝合金。在热处理过程中，铝与氮反应形成氮化铝骨架，在渗透过程中得到刚体结构。与传统制造工艺相比，这个过程是简单的快速的，可以制造任何复杂组件，包括聚合物、陶瓷、金属。图1是过程示意和原型样品，(a)是尼龙巾镶嵌铝粒子的SEM像，中心有结构细节的是Mg粒子，白色是Al粒子，加入少量的Mg是为还原氧化铝，它将不是铸件中的成分。在尼龙被烧去时，这个结构基本保持不变。(b)是氮化物骨架，围绕Al粒子的一些环状结构的光学显微镜像，再渗入Al时将形成密实结构。(c)是烧结的氮化铝和渗铝组件，小柱的厚为0.5mm其密度和强度都达到了传统铸造技术的水平。他们还制作了公斤重量多种结构的样品。这是一种冶金技术的探索，开辟了一种新的冶金和制造技术途径。
2纳米材料的完美定律
描述材料结构的常用术语是原子结构和电子结构。原子结构的主要参量是晶格常数、键长、键角；电子结构的主要参量是能带、量子态、分布函数。对于我们熟悉的宏观体系，这些参量多是确定的常数，但对于纳米体系，多数参量随着原子数量的改变而变化。这是纳米材料和器件的典型特征，它决定了纳米材料的多样性。其中有个重要规律，我们称之为纳米材料的完美定律，用简单语言表述：“存在是完美的，完美的才能存在”。它包括了纳米晶粒的魔数规则，即含有13、55、147…等数量原子的原子团是稳定的，对于富勒烯碳60和碳70存在的几率最大，而对于碳59或碳71等结构体系根本不存在。这就是为什么斯莫利(Smmolley)他们当初能在大量的富勒烯中首先发现碳60和碳70，从而获得了诺贝尔奖。对于一维纳米结构，包括纳米管和纳米线，存在类似的规则。可以模型上认为是由壳层构成的，每个壳层中更精细的结构称为股，每一股是一条原子链，中心为1股包裹壳层为7股的表示为7-1结构，再外壳层为11股的，表示为11-7-1结构，等等，构成最稳定的结构，这是一维纳米结构的魔数规则。对二维纳米膜存在类似的缺陷熔化规则，即不容许存在很多缺陷，一旦超过临界值，缺陷自发产生，完全破坏二维晶态结构。上述这些低维结构特征是完美定律的具体表述，进步普遍表述理论是正在研究中的课题。
完美定律是我们讨论涂层材料的出发点，因为纳米材料有更多的人造品格，是大自然很少存在或者不存在的，需要人工大量制造。在制造过程中，方法简单、产额高、成本低是最有竞争力的。可以想象，制造成本很高的材料和器件能有市场，一定是不计成本的特殊需要，有政治背景或短期的社会需求。因此在我们探索纳米材料制造时，首先考虑的应是满足完美定律的技术，如用甲烷电弧法制备纳米金刚石粉技术[1]，电化学沉积法制备金属纳米线阵列技术[19]，以及电炉烧结法制造氧化物纳米带技术[20]等等。
3涂层纳米材料将给我们带来什么?
涂层纳米材料是纳米科技领域具有代表的材料，或是低维纳米材料的有序堆积结构，或者是低维纳米材料填充的复合结构。两者都比传统材料有惊人的结构和特性。如新型高效光电池[21]、各向异性结构材料[19]、新型面光源材料[22]等，这里举例介绍基于热电效应的新型纳米热电变换材料。
热电效应器件的代表是热电偶，即利用不同导体接触的温差电现象进行温度测量的器件。基于热电效应可以制成两类器件：热产生电和电产生温差。前者可以用于制造焦电器件，即用热直接发电，如将焦电材料涂于内燃机缸表面，利用缸体温度高于环境几百度的温差发电，将余热变作电能回收。后者可以做成电致冷器件。这类的直接热电变换器件具有无污染，没有活动部件，长寿命，高可靠性等优点，但块体材料制成器件的效率低，限制了它的应用。纳米科技兴起以后，人们探索利用纳米晶或纳米线结构能否解决热电效应的效率问题。认为用量子点超晶格材料有希望显著提高热电器件的效率，这是由于纳米材料显著的能级分裂，有利于载流子的共振输运和降低晶格热传导，从而提高了器件的效率。T.C.Harman等人[23]报告了量子点超晶格结构的热-电效应器件，他们制备了PbSeTe／PbTe量子点超晶格(QDSL)结构，用其制造了热电器件(Thermo-electrics，TE)，图2(a)是纳米超晶格TE致冷器件的结构和电路图，(b)电流-温度曲线。将TE超晶格材料，其宽11mm，长5mm，厚0.104mm，n-型的TE片，一端置于热槽，另一端置于冷槽，为了减小冷槽热传导而形成这同结接触，用一根细金属线与热槽连接。当如图2(a)所示加电流源时，将致冷降温。对于这种纳米线超晶格结构，由于量子限制效应，发生间隔很大的能级分裂，从而得到很高的热电转换效率。图2(b)是TE器件的电流-温度曲线，实验点标明为热与冷端温差(T)与电流(I)关系，电流坐标表示相应通过器件的电流。■为热端温度Th与电流I的关系，其温度对于流过器件的电流不敏感。为冷端温度Tc与电流I的关系，其温度对于电流是敏感的。图中A是测得的最大温差，43.7K，B是块体(Bi，Sb)2(Se，Te)3固溶合金TE材料最大温差，30.8K。从图中可以看出，在较大电流时，冷端温度趋于饱和。采用这种致冷器件由室温降至一般冰箱的冷冻温度是可能的。
电热效应的逆过程的应用就是焦电器件，即利用热源与环境的温差发电。对于内燃机、锅炉、致冷器高温热端等设备的热壁，涂上超晶格纳米结构涂层，利用剩余热能发电，将是人们利用纳米材料和组装技术研究的重要课题。
类似面致冷、取暖，面光源，面环境监测等涂层功能材料，将给家电产业带来革命性的影响，将会极大地改变人类的生活方式和观念。
4含铁碳纳米管薄膜场发射
碳纳米管阵列或含碳纳米管涂层场发射被广泛研究，以其为场发射阴极做成了平板显示器。研究结果表明碳管的前端有较强的场发射能力，因此碳管涂层膜中多数碳管是平放在基底上的，场电子发射能力很差。我们制备了含有铁(Fe)纳米粒子的碳纳米管，它的侧向有更大的场发射能力，有利于用涂层法制造平板场发射阴极。图3(a)是含铁粒子碳纳米的TEM像，碳管外形发生显著改变。(b)是碳管场发射I-V特性曲线，I是CVD生长的竖直排列碳纳米管的场发射曲线，II是含铁粒子碳纳米管竖直阵列的场发射曲线，III是含粒子碳纳米管躺在基底上的场发射曲线，有最强的场发射能力。根据此结果，将含铁的碳纳米管用作涂层场发射阴极，有利于研制平板显示器。
5电子强关联体系和软凝聚态物质
上面所讲到的涂层纳米功能材料和器件是当今国际上研究的热门课题，会很快取得重要成果，甚至有新产品进入市场。当我们在讨论这个纳米科技中的重要方向时，不能不考虑更深层的理论问题和更长远的发展前景。这就涉及到物理学的重要理论问题，即电子强关联体系(electronstrongcorrelationsystem)与软凝聚态物质(softcondensationmatter)。
在量子力学出现之前，金属材料电导的来源是个谜，20世纪初量子力学诞生后，解决了金属导电问题。基于Bloch假设：晶体中原子的外层电子，适应晶格周期调整它们的波长，在整个晶体中传播；电子-电子间没有相互作用。这是量子力学的简化模型，没有考虑电子间的相互作用，特别是在局域态电子的强相互作用。2003年又有人提出了金属导电问题，Phillips和他的同事以“难以琢磨的Bose金属”为题重新讨论了金属导电问题[24]。当计入电子间的相互作用时，可能产生的多体态，超导和巨磁阻就是这种状态。晶体中的缺陷破坏了完善导体，导致电子局域化。电子与核作用的等效结果表现为电子间的吸引作用，导致电荷载流子为Cooper对。但这个对的形成，不是超导的充分条件。当所有Cooper对都成为单量子态时，才能观察到超导性。这样，对于费米子由于包利(Paulii)不相容原则，不可能产生宏观上的单量子态。Cooper对的旋转半径小于通常两个电子相互作用的空间，成为Bose子。宏观上呈现单量子态，Bose子的相干防止了局域量子化。在局域化电子范围内，超导性可能认为是玻色-爱因斯坦凝聚，这个观点现今被很多人接受。从20世纪初至今，对于基本粒子的量子统计有两种，一是Fermi统计，遵从Paulii不相容原理，即每个能量量子态上只能容纳自旋不同的2个电子，而Bose子则不受这个限制。在凝聚态物质中有两个基态：即共有化Bose子呈现超导态，局域化Bose子呈现绝缘态。然而，在几个薄合金膜的实验中，观察到金属相，破坏了超导体和绝缘体之间直接转换。经分析认为这是玻色金属态，参与导电的是Bose子。推断这个金属相可能是涡流玻璃态，这个现象在铜氧化物超导体中得到了验证。
软凝聚态物质研究的对象是原子、分子间不仅存在短程作用力，而且存在长程作用力，表观上呈现的粘稠物质形态，称为软凝聚态。至今，人类对于晶体和原子存在强相互作用的固体已经知道得相当透彻了，但对软凝聚态的很多科学问题还没有深入研究，21世纪以来，引起了科学家的极大兴趣。软凝聚态物质包括流体、离子液体、复合流体、液晶、固体电解、离子导体、有机粘稠体、有机柔性材料、有机复合体，以及生物活体功能材料等。这其中的液晶由于在显示器件上的很大市场需求，是被研究得相当清楚的一种。其他软凝聚态结构和特性的科学问题和应用前景是目前被关注的研究课题。这其中主要有：微流体阀和泵、纳米模板、纳米阵列透镜、有机半导体、有机陶瓷、流体类导体、表面敏感材料、亲水疏水表面、有机晶体、生物材料(人造骨和牙齿)、柔性集成器件，以及他们的复合，统称为分子调控材料(materialsofmolecularmanipulation)。其主要特征是原子结构的多变性和柔性，研究材料的设计、制造、结构和特性的测量、表征，追求特殊功能；理论上探讨原子结构的稳定体系，光、电、热、机械特性，以及载流子及其输运。关于软凝聚态物质，有些早已为人类所用，电解液、液晶等，但对其理论研究处于初期阶段。科学的发展和应用的需求促进深入的理论研究，判断体系稳定存在的依据是自由能最小，体系自由能可表示为F=E-TS，其中S是熵。对于软凝聚态物质体系，S是重要参量。其中更多的缺陷，原子、分子运动的复杂行为，更多的电子强关联，不再是单粒子统计所能描述，需要研究粒子间存在相互作用的统计理论。多样性是这个体系的突出特征，因此其理论涉及广泛、复杂问题。
物理学是探索物态结构与特性的基础学科，是认识自然和发展科技的基础，其中以原子间有较强作用的稠密物质体系为主要研究对象的凝聚态物理近些年有了迅速进展，研究范围不断扩大，从固体结构、相变、光电磁特性扩展到液晶、复杂流体、聚合物和生物体结构等。几乎每一二十年就有新物质状态被发现，促进了人类对自然的认识和对其规律把握能力，推动了科学和技术的发展。21世纪仍有一些老的科学问题需要深入研究，一些新科学问题已提到人们的面前。特别是低维量子限域体系和极端条件下的基本物理问题。20世纪80年代出现的介观物理，后来发展成为纳米科技所涉及的学科领域。与宏观体系和原子体系相比，低维量子限域体系，还有很多物理问题有待解决，人们熟悉的宏观体系得到的规则和结论有些不再有效，适用于低维量子限域体系的处理方法和理论需要探索，特别是将涉及到多层次多系统问题的描述和表征，将会有更多的新现象、新效应、新规律被发现。在纳米尺度，研究原子、分子组装、测量、表征，涉及有机材料、无机／有机复合材料和生物材料，这将大大的扩展了物理学研究的范围和深度。涉及的重大科学前沿问题和重点发展方向有①强关联和软凝聚态物质，及其他新奇特性凝聚态物质；②低维量子限域体系的结构和量子特性，包括纳米尺度功能材料和器件结构和特性；③粒子物理，描述物质微观结构和基本相互作用的粒子物理标准模型和有关问题，以及复杂系统物理；④极端条件下的物理问题，探索高能过程、核结构、等离子体、新物理现象和核物质新形态等；⑤生命活动中的物理问题，物理学的基本规律、概念、技术引入生命科学中，研究生物大分子体系特征、DNA、蛋白质结构和功能等，其研究关键将在于定量化和系统性，必然是多学科的交叉发展，成为未来科学的重要领域。
6结论
本文讨论了纳米线涂层的结构和特性，重点是纳米线的复合涂层和其电学特性、光电特性。其中包括制造技术新观念，纳米材料的完美定律，纳米涂层的热-电效应，碳纳米管的侧向场发射，以及电子强关联体系和软凝聚态物质，展示了涂层科学与技术的发展前景。
参考文献：
[1]薛增泉，纳米科技探索[M]．北京：清华大学出版社，2002.
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第4篇：量子计算发展前景范文
关键词:信息安全;数据加密;节点加密
1计算机网络信息安全和数据加密技术简介
1．1计算机网络信息安全
信息安全主要保证信息免受各种威胁的损害，网络环境下的信息安全是指保证自身的信息不被他人非法或者利用不正当手段获取。常用的网络安全技术包括对数据的加密与认证，增加防火墙，上网时进行木马检测，以及防治计算机病毒等。
1．2数据加密技术
数据加密技术是对计算机网络信息加以保护的一种简便且可靠的技术。将明文数据或者文件按照某种算法转换后，成为了一段不可读的代码，称之为“密文”，这一基本过程称之为加密;其逆过程称之为解密:只有在输入相应的密钥以后才能将密文转换为明文。加密技术在网络传输中是为了防止有用信息被他人非法获取，导致自己的隐私泄露。所以，优秀的加密算法不仅有利于数据的有效传输，而且还有利于系统的运行。
2计算机网络信息安全中数据加密技术的类型
2．1链路加密
对于网络OSI七层协议，链路加密通常是指网络层以下的数据加密。该加密技术能够为两个节点之间的通信过程提供安全保证;并且对于链路加密，全部消息都要在进行传输之前加密，之后的每一个节点上都要对数据执行解密操作，然后利用下一个链路的密钥再对数据执行加密操作，然后继续传输。这样，每一条消息都可能会进行许多次传输加密。在消息的传输过程中，数据经过每一个链路时加密的方式都不相同，因此数据在传输过程中都是以密文的形式出现的。这样，即便遇到病毒的入侵，这种将被传输消息的起点和终点隐藏起来的机制就会保护数据。除此之外，链路加密使用了填充技术，这使得他人不能获得消息的长度和频率，有效保护了数据。但链路加密对节点的安全性要求极高，否则就会泄露数据。
2．2节点加密
节点加密比链路加密能够对数据提供更高的安全性，不过两者的操作都是在链路层对数据提供安全保障，但是节点加密所传输消息在节点网络上不是以明文的形式存在的。节点加密过程中，消息在传输到下一节点进行解密时，是在一个安全模块上进行的，之后使用不同的密钥对数据进行加密操作。但是节点加密也存在一定的弊端，那就是在传输过程中，报头和路由信息必须用明文的形式来传输，这样攻击者就能够对数据进行窃取和分析。
2．3端到端加密
端到端加密过程中的消息存在的形式始终是密文，所以消息只有到达终点时才进行解密，这样即使中间某一个节点存在损坏，也不会影响消息的传输。该加密方式是在应用层来实现的，相比于其他两种加密技术，端到端加密技术在中间的环节都不需要对消息进行解密，这样就减少了解密装置的数量。但是，该方式不能对报头进行加密，只能对报文加密，这样攻击者就容易获取到数据中的某些敏感信息。端到端加密系统成本低廉并且设计较为简单，而且稳定性比较好，但是这种加密技术对消息的起点和终点不能加密，所以它对于攻击者的窃取的防范性不高，因此在具体使用中应该具体分析用户需求来选取加密方式。
3加密技术在计算机网络信息安全中的应用
3．1数据加密技术应用于电子商务
电子商务主要是指交易往来的双方通过网络进行电子商业贸易，并不通过面对面的传输信息或文件，是在虚拟网络中进行的交易。电子商务需要考虑核心的问题就是交易安全问题，只有安全得到了保证，交易才能顺利进行。为了保护双方的重要信息和数据，电子商务在交易过程中往往会使用加密技术，它不仅可以为交易双发提供安全保障，而且还可以保证保护交易信息不被他人随意获取。所以，在电子商务中可以使用set安全协议、数字签名等加密技术来保证贸易双方信息的安全性。
3．2数据加密技术应用于信息隐藏
信息隐藏技术是将需要隐藏的信息隐藏在大量信息中，而保证信息不被破坏的方法。信息加密隐藏不像传统的加密方式，看起来是一堆乱码，而是与重要信息无关的明文信息，不仅保护了信息的内容，而且隐藏了信息的安全。信息隐藏主要通过密钥来执行，经过嵌入算法将需要被隐藏的信息藏于明文信息中，同时隐蔽宿主通过信道传递给对方的检测器，然后使用密钥从信息中恢复出有用信息;如果攻击者不知道密钥的前提下，很难从隐蔽宿主中发现隐藏信息并且窃取信息。其过程如图所示。信息隐藏过程图通过加密隐藏技术可是使隐藏的游泳信息不能被人为的发现，增加信息的保密性;并且被加密的信息和原始宿主具有一样的特性，使得攻击者无法判断大量信息中是否含有有用信息。这样，信息的保密性大大增强了。
3．3数据加密技术应用于安全电子交易协议
随着互联网和手机的蓬勃发展，在线支付手段越来越大众化，为了保证用户支付时的安全性，需要使用一定的加密技术对支付信息进行保护，以防止数据被他人获取，进而导致隐私或者财产的损失。基于此情况，各个公司都会使用不同的加密手段来保证用户信息的安全性，使用安全电子交易协议保护数据。安全电子交易协议是一种在互联网上基于消息流的协议，用来实现在网络环境中持卡交易或者电子交易的安全性。除此之外，安全电子交易协议中使用了诸如数字签名、对称密钥等保密技术，用来保证电子交易的安全性。
4计算机网络安全中数据加密技术的前景
算机网络安全中数据加密技术不断发展，各种新兴的加密技术也在不断改变着我们的生活。量子密码，DNA密码以及混沌密码都是未来加密技术的研究方向。
4．1量子密码
量子密码指的是使用量子作为密钥，这样打破了传统的加密技术，这样量子状态是不可复制的，大大加强了密钥的安全性。这样攻击者截获到的密钥都会使量子的状态改变，都只是没有用的信息，而且信息的管理者可以由状态被改变的这一现状看出密钥被截获过。现有的量子密码实现方案有三种:(1)基于Bell原理的(2)基于非正交量子态性质的(3)基于测不准原理的。除此之外，量子密码可以实现远距离传输，但是现在我国对量子密码的研究还处于基础阶段，有很多问题需要去研究和发展，比如说量子的相干性对系统的破坏，量子密钥的分配等。
4．2DNA密码
DNA密码是在生物特征的基础上上建立起来的，DNA存储着生物所有的遗传信息。DNA序列中的编码区占据DNA总长的1/10～1/30，这就是遗传密码区。DNA密码是以DNA为载体，利用DNA序列优秀的存储能力，以及能耗比较低，能够并行等特点，来完成基于数学以及生物技术的加密技术，这保证了DNA密码的安全性。虽然DNA密码具有强大的保密功能，但是DNA密码实现起来比较困难，发展比较缓慢。
4．3混沌密码
混沌加密的过程是指使用混沌系统产生的混沌序列作为密钥，然后对信息进行加密，经过信道传输后的密文被接受方用混沌同步的方法来实现密文的解密。这样，经过混沌加密后的数据使攻击者难以破译信息甚至分析数据。基于以上优点，混沌加密数据不断在改进并且得到发展，为我们的生活带来更多的便利以及价值。也有很多的难点需要克服，比如许多混沌系统难以实现，短周期响应会降低混沌加密系统的可靠性;不过，随着科技的发展，这些难题会被一一克服，从而使混沌加密系统更多地服务大众。
第5篇：量子计算发展前景范文
关键词：计算机技术；智能；网络发展；趋势研究
中图分类号：TP3-4
计算机在最近的几十年发展突飞猛进，是在众多行业中发展最快速的领域，技术成果的更新换代令人目不暇接。在全球化日益蔓延的今天，智能化技术、网络技术等逐渐发展成熟，使计算机的功能越来越广泛，涉及的领域也越来越多。计算机进入了日常生活和工作中，成为必不可少的办公、学习和娱乐工具。业已引起社会各界的高度重视，开发创新在各个领域不断的到了推进。
1 计算机技术的发展的特点
1.1 多极化
现阶段，个人计算机的普遍程度已经非常广泛，但各行业对计算机要求不仅仅局限在小型个人计算机上，很多大型、巨型的计算机也有着举足轻重的作用。因此，现在呈现出了巨型、大型、小型、微型机都有着各自的领域的形势，也就是多极化的形势。就如在尖端科学技术领域和国防事业领域，巨型计算机的存在具有非常大的必要性，在这些领域中巨型计算机应技术的应用的成熟度程度标志着一个国家计算机技术的整体水平。
1.2 智能化
计算机智能化是指使计算机通过模拟人的感觉和思维过程，使计算机处理信息能够更加精确和快速。这是第五代计算机力求实现的目标。计算机智能化的研究领域十分广泛，其中最具代表性的是计算机机器人技术。在计算机机器人技术上最著名的例子是，1997年运算速度为每秒约十亿次的“深蓝”计算机战胜了国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫。
1.3 网络化
网络化是计算机发展的又一个重要趋势。计算机网络化是指通过利用现代通信技术和计算机技术把不同地方的计算机连接起来，共同构建成一个大规模、功能多，并且可以相互传递信息的网络。计算机网络化的实现，使网络中的资源共享变成现实，大大提高信息中资源的整合程度，也为实现全球化做出了积极贡献。
目前，网络已经在全球范围内迅速普及，几乎所有的家庭或者办公室内都配有连接网络的计算机。有了网络的计算机，就能帮助用户能够更加快捷的了解到网络中的信息资源，提高计算机的使用效率，受到了广大用户的喜爱。
1.4 多媒体化
多媒体计算机的出现为计算机技术的发展翻开了新的一页。多媒体技术并不能简单地理解为多种媒体相结合的技术，应该是多种媒体技术的融合应用。
在计算机领域的多媒体化是指利用计算机技术、通信技术和大众传播技术，来综合处理文本、视频图像、图形、声音、文字等多种媒体信息的计算机。多媒体技术的产生使计算机技术中的各种信息资源有了相互的联系，成为一个相互交叉的整体。多媒体技术的产生也会帮助人们采取最适宜的方法去处理信息，改变现在矛盾的人机关系。
2 未来计算机的发展趋势
2.1 量子计算机
量子计算机是一种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新型计算机。当计算机中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。在计算机领域应用量子技术是史无前例的。量子计算机的存储量远远大于普通计算机的存储量，计算速度也比个人计算机快得多。预计将在2030 年将普及量子计算机。
2.2 神经网络计算机
从字面上就可以理解出神经网络计算式是一种模仿人体大脑神经脉络所构建的计算机网络系统。人脑总体运行速度是远远高于电脑功能所能达到的速度的，在这个前提下神经网络计算机被看作是一个庞大的机器，处理着数量多且繁杂的信息。在这个过程中，神经网络计算机通过对信息进行判断和处理，进而得出有效的结论。神经网络计算机内的信息存储在神经元之间的联络网中。这样一来，就算神经元结点发生断裂，计算机还可以重新组建信息，保证机内信息不被泄露或丢失。
2.3 分子（生物）计算机
分子计算机是处理信息时利用分子计算的新型计算机。该类计算机运行主要利用分子晶体吸收以电荷形式存在的信息，并以更有效的方式进行组织排列。分子计算机具有体积小、耗能少、运算速度快、存储信息量大、存储信息时间长的特点。在未来的日子里，分子技术的不断进步和成熟，将会使分子计算机普遍存在。生物计算机是以生物芯片取代在半导体硅片上集成效以万计的晶体管制成的计算机。生物计算机耗能低，存储量大，同时运算速度极快。但是，生物计算机也有自身难以克服的缺点，其中最主要的便是从中提取信息困难。这也导致了生物计算机在目前的技术条件下普及程度并不高。
2.4 光计算机
光计算机是由光代替电子或电流，实现高速处理大容量信息的计算机，它运算速度极高、耗电极低。光计算机的基础部件是空间光调制器，并采用光内连技术，在运算部分与存储部分之间进行光连接，运算部分可直接对存储部分进行并行存取。光计算机的构想使计算机接连体系结构方面实现了突破和创新，但光计算机在现阶段还处于研制阶段。众所周知，光与电子相比，其传播速度极快，它的能力超过了现有电话电缆的很多倍，同时光子计算机在一般室温下就可以使用，不易出现错误，和人脑具有类似的容错性。光计算机拥有的这些技术优势，在提高计算机功能的基础上，会促进光计算机的应用和普及。
2.5 纳米计算机
作为一种新兴技术，纳米技术的诞生也为计算机未来的发展提供了新的技术导向。纳米是一种长度单位，原称毫微米，就是10亿分之一米。相当于4倍原子大小，比单个细菌的长度还要小。纳米技术从被研发之初就受到了全世界科学研究者们的高度关注。从80年代直到现在，纳米技术的应用领域已经越来越广泛。专家预测，在不久的将来具有众多优势条件的纳米计算机将逐渐取代芯片计算机，推动计算机行业的快速发展。
3 结语
综上所述，可以推测出未来计算机技术发展趋势是更高、更广、更深。更高使指性能越来越高，速度越来越快；更广是指计算机技术发展方向更广，计算机的发展是朝着多个方面进行的，今后计算机的功能会更加全面；更深是指向“深”度方向发展，即向信息的智能化发展。
在当今社会，计算机已经渗透到社会的每一个角落，未来的计算机将发挥更大的作用，计算机技术也将带动各行各业的迅猛发展，为共同推动人类社会的进步做出贡献。无论是研究今后计算机技术的发展趋势还是计算机的发展趋势，现在的研究结果都有一定的未知性，我们只能大概确定在未来的日子里计算机技术可能会朝着某些方向发展，并为之付出努力。当某项技术遇到瓶颈时，需要科研人员创新思维，勇于攻克，创造计算机领域的新形势。
关于本文介绍的很多方面，都是即将或者快要实现的成果，而有一些则距离现实还有很大距离，甚至有些研究会是失败的，但这完全不能阻挡计算机的发展，也不会阻止与计算机有关的新技术的产生。
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第6篇：量子计算发展前景范文
利用等价无穷小计算函数极限
对周期函数的一些探讨
函数对称性的探究
DOS的一个优势与Windows(Me)缺陷的新发现
利用指针在C语言中构造动态数组
基于路径表达式的XML查询优化方法
IPv4到IPv6的转变策略
催化动力学褪色光度法测定痕量铜
藏药质量标准规范化研究中的化学分析法
工业废水的生物降解
巯基泡塑对重金属离子的吸附洗脱性能研究
黄花菜及蛋白质指标的测定
水分胁迫下氮磷营养对玉米幼苗生物量和细胞保护酶活性的影响
三种牡丹茎尖培养研究
金翅和白头鹎的繁殖生态研究
黄土高原紫花苜蓿产业可持续发展前景分析
庆阳市农业经济结构现状与调整思路及运作方式
陇东旱塬果园生草与覆草对环境因子和生长效应研究初报
城市绿化生态设计浅析
积分的评述
探讨射影几何中一个命题的证明
随机利率下的年金现值
网络环境下S-P表的扩展应用
论局域网中IP地址非法使用及其管理
基于B/S的学生信息管理查询系统的设计与实现
基于面向对象程序设计的有限元法模型
智能小区信息传输方法的研究
JSP技术介绍
Delphi中数据的自动录入
论高校教务管理系统中数据格式
关于热力学第二定律与熵概念教学探析
论分光仪实验中望远镜的调整技巧
上菱电冰箱化霜定时器的应急代换
真空开关安装运行经验总结
黄土高源古今脊椎动物兴衰演替
污水对豌豆根尖有丝分裂及细胞微核诱变的研究
短柄五加扦插繁殖技术研究
陇东地区苹果斑点落叶病发病规律及药效试验研究
子午岭林区紫斑牡丹传粉昆虫的多样性研究
扩大欧氏平面上的线段长
我国人均GDP的混合时间序列模型
均匀带电圆环电场分布的计算机辅助分析
推广的微分中值定理在凸函数研究中的应用
数列上、下极限问题的若干讨论
巧用路径图求多元复合函数的偏导数
从20世纪数学发展谈数学哲学的几个问题
TheIsotopeEffectofGaseousHydrogenUnderShockCompression
Vaidya-Bonner-deSitter黑洞的量子熵
用费马原理推导透镜对轴外物点的物像公式
激光陀螺光电检测电路的低噪声设计
任意两点电荷电场线分布的计算机模拟
TheApplicationof2,4-DihydroxyacetophenoneBenzoylhydrazonetotheDeterminationofTraceAmountsofAluminiumbySpectrofluorimetry
ⅣB,ⅤB族元素金属有机化学中的平面四配位碳
SpectrophotometricDeterminationofPlatinumafterSolid-LiquidExtractionwith1-(2-Pyridylazo)-2-Naphtholat90℃
SpectrofluorimetricDeterminationofTraceAmountsofCopperwith2,4-Dihydroxyacetophenone-4-Hydroxybenzoylhydrazone
第7篇：量子计算发展前景范文
关键词：信息；科学；哲学；问题；评介
中图分类号：B08 文献标识码：A 文章编号：1000－2731(2012)02－0023－05
在2010年8月召开的第四届国际信息科学基础大会(FIS 2010，北京)上，我很荣幸地认识了俄罗斯科学院信息科学问题研究所首席研究员，康斯坦丁・科林(KOHCTaHTl4H Koz_rm)先生。他为大会提交的英文论文的题目是“Philosophy of informationand fundamental problems of modelTl Informatics”(《信息哲学与现代信息科学的基本问题》)，而这样的研究方向正是我所感兴趣的。在进一步的接触中，我们了解到，科林先生在信息哲学和信息科学中的哲学问题的方向上已经研究了20多年，是信息哲学和社会信息科学领域的著名专家，取得了丰硕的研究成果。从科林先生的介绍中，我们还了解到，俄罗斯学者在信息哲学和信息科学中的哲学问题的方向上的理论研究已经有40多年的历史，其中有相当一批学者都对这一研究领域十分重视，并作出了一系列开创性的成果。
另外，自上个世纪90年代以来，俄罗斯科学院和俄罗斯的一些大学还开创性地在大学生和研究生中开设了关于信息科学与哲学方向的通识课程和学位课程，其中举办较为成熟的课程有《信息科学中的哲学问题》和《社会信息科学》。而科林先生正是这两门课程的积极倡导者和重要设计者。
在会议期间我们还了解到，科林先生有一本新书将以俄文和英文两种语言同时出版，而这本新书既是一本专著，又是为配合《信息科学中的哲学问题》的研究生课程而编写的教材。会后征得科林先生的同意，我将这本新书从俄文译成了中文，该译本即将由中国社会科学出版社出版。
本书是一本关于信息科学的性质、研究对象和范围、学科地位、体系结构、领域和方法，信息科学教育，信息的科学观和哲学观，信息社会与人类文明的发展，以及信息科学发展的历史、现状和未来前景的学术专著。全书论域之宽泛、理论之深入、观点之明确、论述之简明，都已达到了很高的水平。如此体例和内容的学术专著尚未见到。
全书的立论是建立在作者对信息的本质及其存在范围和普适性规律的认识的基础之上的。
在关于信息的本质和信息的存在范围的认识上历来颇多争议。科林先生坚持从世界客观本体的层面上对信息的本质和存在范围做出相应的规定。他写道：“在最广泛意义上，信息是现实世界的客观属性，它是物质和能量在空间和时间中分布的差异性(不对称)的表现，这些表现存在于所有自然发生的生命界、无生命界，以及人类社会和意识活动的非平衡过程之中”(第三章第三节)。这样的认识无疑在两个方面是十分成功的：一是把信息看作是所有事物中普遍存在的现象，即是说，信息具有最为普遍性的存在论品格；二是用信息显现和表征的“差异性(不对称)”来解读信息的本质，这就在某种程度上看到了信息存在方式和物质、能量的存在方式的区别。
但是，在这里我们还是要提请注意，仅仅用“差异性(不对称)”来标明信息的本质，还只是看到了信息活动外在表现的方面。固然信息必须通过“差异性(不对称)。”来显现和规定自身，然而，这种“差异性(不对称)”本身却不是信息最本质层面的规定性，因为，人们完全可以把“差异性(不对称)”看作是物质世界自身存在的一种方式、一种关系。另外，任何“差异性(不对称)”都还必须通过信息的对应性显现才能表征自身的存在。如此看来，信息只能是在显现、表征的意义上才可能构成自身区别于物质世界的独特存在方式。这样，要真正揭示信息区别于其他存在形式的本质，还有必要从信息独特的存在方式的层面上继续探讨。但是，无论如何，科林先生已经把对信息本质的规定设置在了客观自然关系的尺度上，这就离我们关于信息本质真谛的认识不远了。
科林先生的理论的更为深刻之处还在于，他基于他对信息的本质和信息存在范围的认识，提出了一个关于世界二重化存在的理论。他写道：“我们面对世界的现实结构具有二重化的性质，因为，这个世界同时包括两个主要的组成部分：物理现实和理想现实。这两个部分都是客观存在的，并且是相互作用的，因而它们具有相互反映的特性”(第三章第二节)。由此出发，我们便可以建立一种全新的哲学本体论学说，从而打破传统的关于世界是由物质和精神构成的二元对立的哲学观念，这在实质上就是建立了一种全新的世界观。
在科林先生那里，信息的科学观和世界观是统一的，并且，信息的世界观是以信息的科学观为其科学基础和依据的。这种信息的科学观就集中体现在科林先生对信息的性质和作用的认识之中。在科林先生看来：“信息贯穿于我们周围世界的有组织的物质和能量的各个层次，它是物质和能量运动的首要的原因，并决定着它们在空间和时间中运动的方向”；“信息是进化的决定性因素，它决定着自然和社会进化过程的发展方向”；“信息是现实世界中的多方面的现象，它以某种特定的方式体现于自然的生命界和无生命界的各种信息环境之中，体现于信息活动过程的不同条件之中”；“可以假定，在这些一般的信息流程、现实对象，以及任何形式的过程和现象中，都体现着某些基本的信息规律”(第三章结论)。
正是基于这样的一种科学观和哲学观，科林先生才确立了他关于信息科学的性质、研究对象和范围，以及其在现代科学中的学科地位的理论。他特别强调“信息是现代科学的基本概念”，信息科学是“一门基础科学”，并具有“跨学科性质”(第二章第一节)。他写道：“信息现象乃是信息科学的最重要的研究对象，根据信息概念的规定以及信息活动的规律，在生物领域和无生命的自然领域，也包括人类创建的人工技术系统之中，应当有一个共同的信息活动的基础”(第一章结论)；“正是信息的基本概念，以及信息在生命和非生命的自然发展过程中所起的关键性作用，使信息科学推动了基础科学发展的水平，同时也使信息科学自身发展成为一门独立的科学知识领域”(第二章结论)。“作为基础科学的信息科学的研究对象是信息的基本性质、自然和社会相互作用中的信息活动过程的规律，以及这些活动过程在技术、生物和社会系统中的组织方法”(第三章结论)。
由于科林先生认为信息科学具有基础科学和跨学科的性质，所以，在论及信息科学的体系结构和领域方法时，科林先生也应用了从基础科学到分支科学和应用科学的跨学科的系统综合集成的方法。科林先生写道：“信息科学研究的并不仅仅是在计算机通讯和其他技术系统中收集、存储、处理和传递信息的仪器和技术方面的问题，而且还包括在自然的生命界和无生命界，以及在人类社会中存在的信息活动过程”；“把不同科学领域(物理、化学、生物学、心理学、计算机科学)的科学家们汇聚起来，对生物系统，以及无生命的自然过程中发生的信息显示的特征进行研究乃是一件特别重要的事情。毕竟，这些研究结果可能会导致科学家们揭示出某些一般性的规律，这些规律对于不同性质的信息环境中发生的各类信息活动过程都具有解释的有效性”(第三章结论)。
早在1990年科林先生就提出了一个信息科学的体系结构，它包括四个主要的部分：理论信息科学；技术信息科学；社会信息科学；生物信息科学。后来，他又根据俄罗斯科学院信息科学问题研究所的相关研究成果增加了一个部分――物理信息科学。科林先生认为上述的五个部分可以分为两个层次：一个是处于上层的理论信息科学，它研究的是信息过程的一般性质和规律；另一个是处于较低层次的四个并列的部分――技术信息科学、社会信息科学、生物信息科学和物理信息科学，它们研究的是在某一特定类型的信息领域中实现的相应的信息过程(第一章第三节)。
我们有理由把这样一个学科体系结构看作是最基本层面的结构划分，在其之下一定还可能细分出大量的分支性和应用性学科。由此，也可以显示当代信息科学发展的跨层次的学科群的特征。其实，由于信息已经成为构成世界的基本要素，所以，从理论上来说，所有的传统科学学科在对其研究对象进行研究时，都不可能回避这些对象的信息特征以及其中现实发生的信息活动过程。另外，我们还应当在上述体系结构的顶端再增加一个更为一般和综合的层次――信息哲学。毕竟，信息科学的发展已经有迹象把人类的哲学思维和科学思维重新统一起来。并且，要建构统一的信息科学理论，必须对信息的本质以及信息的一些最基本层面的规定进行综合而统一的解释，而这样的一种解释，只有在哲学的层面上才能最终实现。
正是基于这样的认识，我才在北京1995年召开的一次关于信息科学和社会发展理论的学术研讨会上提出了“科学的信息科学化”的理论，并给出了一个包含六大层次的信息科学的体系结构：信息哲学、一般信息理论、领域信息学、门类信息学、分支信息学、工程技术信息学。领域信息学又包含三大并列的学科――自然信息学、社会信息学、智能信息学，分支信息学还可以再行分化出多级分支学科。两相比较，我们可以看出，科林先生所划分的信息科学的体系与我所划分的信息科学体系的一般信息理论、领域信息学的层次基本对应，而其所提出的技术信息科学则对应于我所划分体系中的工程技术信息学的层次。
虽然，科林先生仅只给出了两个层级的信息科学体系的划分，但是，他的信息科学的体系却并不具有封闭于这两个层次的性质。因为他同样关心和注重讨论了向上的信息哲学问题的方向，以及向下的分支信息科学的方向。
在这本书中，科林先生反复强调了信息科学的历史和哲学问题方面的重要性，并对那些只关注信息科学中的工具性和技术性问题的做法的狭隘性提出了批评。科林先生在其自拟的关于本书内容的《简介》中明确地表示：“本书的目标是要建立信息科学的哲学和科学方法论的基本理论，并对这一理论所具有的越来越重要的跨学科的基础科学的性质，以及其在意识形态和社会经济中的重要作用进行讨论”。
在本书“第一章”的“结论”中科林先生曾经这样写道：“信息科学正在实现它作为一种系统的科学知识而发挥其整合功能的作用……信息科学基础知识的进一步发展具有重要的哲学和科学的方法论意义”；“当前，一个非常值得关注的问题是信息科学的哲学基础的发展，这一问题是建立在对信息本质的新的哲学理论形成的基础之上的”(第一章结论)。
从上面我们提到的科林先生关于信息的本质、信息存在范围，以及世界的二重化存在的理论中，我们也可以清晰地看到，科林先生关于信息科学的整体认识其实是以他提出的信息哲学理念为前提的。在书中他还明确强调：已经“形成了一个新的认识世界的信息方式和信息世界观，这一新的观念从根本上改变了当代以物质一能量为标准模式的世界图景、科学范式和科学研究方法”(第四章第一节)。
当然，信息哲学的研究内容并不仅限于科林先生所论及的部分，因此我们还是应当强调，信息哲学应该成为信息科学中的一个独立的研究层次，它也应当有它自己的具体研究领域，如，信息本体论、信息认识论、信息进化论、信息价值论、信息方法论，等等。
从科林先生所揭示的信息科学的跨学科的性质出发，在科林先生所论述的信息科学体系的第二个层次的四大信息科学的研究领域之下再派生出众多分支性和应用性的信息科学学科同样具有合理性和必然性。这也与科林先生在书中的相关论述和所介绍和讨论的相关信息科学学科的具体领域和方向的内容完全吻合。
科林先生写道：“信息科学的跨学科的性质主要表现在，信息科学的研究方法越来越多的被应用于自然科学的各个领域：量子物理学、天文学、生物学、遗传学、地质学、矿物学等。另外，信息科学的研究方法还越来越多的、频繁的开始被应用于人文学科领域：经济学、社会学、心理学和语言学。虽然，在信息科学自身的方法论研究领域，以及在信息科学的各种应用性研究领域，现在仍然有许多工作要做。”“信息科学的学科领域正在迅速扩展”(第二章结论)。
在论及信息科学的现状及其未来发展前景的时候，科林先生具体介绍和讨论了大量信息科学的分支性和应用性学科。其中主要包括：经济信息科学、网络信息经济、信息政治经济学、信息科学的脑科学、社会信息技术、社会信息理论、心理信息科学、教育信息科学、医疗信息科学、计算机图形学、纳米信息科学、量子信息科学，等。其实，就目前信息科学的发展而言，由于本书目的所限，已有的大量信息科学的分支性和应用性学科都未进入本书的视野，此外，尚有更多的信息科学的应有的学科或者是正在酝酿形成之中，或者是连一个基本的概念都还未能提出。
值得指出的是，科林先生对量子信息科学的科学和哲学意义给以了相当高的评价。他认为：正是量子信息科学的产生和发展“从根本上改变了人类科学和实践的面貌，它使人类对物质自组织的信息问题的定性认识上升到了一个新的量子层级的水平，人们在这一水平上达到的认识乃是人们对各级自然和人工系统的性质进行认识的基本原则。”“这一基本原则的揭示不仅能够作为科学技术发展进步的一种新突破的标志，而且还能够作为人类文明过渡到一个新的质的发展水平的标志”(第六章第八
节)。
科林先生对量子信息科学所作的这一评价是毫不过分的。其实，无论是量子信息科学，还是纳米科学，或是虚拟现实科学的领域都是最能集中体现信息科学理论的最有发展前途的前沿性领域。因为，正是这些领域的发展把信息科学的码元、码元序的组织结构、关系模式建构，演化程序、过程模式展示的基本科学理念和技术方法贯彻到了自然原子、分子结构的构造，以及数码人工技术实现的层次和水平。从而以科学的名义实现了信息系统复杂综合的世界图景，并最终导致人类的科学观念和科学思维方式、哲学观念和哲学思维方式的根本性变革。
除了理论阐释的清晰性和深刻性之外，该书的另外一个鲜明的特点就是它的实践指向性。这一方面的特点主要体现在该书对社会信息科学，以及实施信息科学教育原则的设计之中。该书的“第四章新的现实信息与社会信息科学”“第五章信息科学与教育”，以及关于《信息科学中的哲学问题》《社会信息科学》两门课程的教学大纲的两个附录，涉及的都是这方面的内容。
科林先生强调说：“全球信息社会的发展为人类生存条件的根本改变提供了新的机遇和新的挑战，而我们的现代教育体系仍然不能适应这一发展，需要从根本上进行现代化的改造……因此，迫切需要建立发展教育的国家标准”(第五章结论)。“我们必须用信息科学提升我们各级教育系统课程教学的内容”(第三章第一节)，并“把教育方式转变到对信息科学的新原则进行学习的方向上来”(俄文版内容简介)。有必要提出一个“十分重大的、具有前瞻性的全新教育原则：把信息科学的教学纳人基础自然科学和通识教育的具体科目”(第一章第二节)。
科林先生还进一步指出，由于信息科学的发展所导致的人类社会的全方位的变革，致使“人类现有的教育哲学的观念将不得不在很大程度上予以改变，人们必须对信息社会的进程，以及形成的新的信息现实进行必要的反思。”“现在，必须对俄罗斯的科技人员进行系统培训，使他们能够对信息科学的历史问题和哲学问题进行研究”(结束语)。“我们对作为一门基础科学的信息科学的发展前景进行展望，就是要为进一步加强自然科学和人文科学的融合创建一个共同的框架。然而，自然科学和人文科学目前的相互割裂的状态，不能为人们提供关于自然和社会的全面知识，因此，有必要实行全面的教育和塑造全面的人格”(第六章结论)。
正因为有了如此明确的认识，科林先生才致力于俄罗斯教育理念、教育体制、教学内容和教学方式的改革，并长期努力投入具体实践。
科林先生和他的俄罗斯同事们以信息科学和信息社会的发展为背景，对当代教育理念和体制所进行的反思，对俄罗斯教育所进行的改革实践，不仅是合理的、现实的，而且还是超前的。目前，在我国的教育界，相关的理论探索十分薄弱，更谈不上实践方案的制定和落实。如此看来，科林先生所代表的俄罗斯学者的相应研究和工作，一定会给我们以启发，实在值得我们借鉴。
第8篇：量子计算发展前景范文
【关键词】高速；网络；数字化；信息技术
信息技术是主要用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称。信息技术的功能等同于人脑的思维功能。从中国人发明的算盘到欧洲人发明的计算尺，在漫长的岁月里，信息处理主要是靠人脑的筹算并加之以简单的计算工具。这种人工信息处理方式尽管十分方便，但在速度和准确性方面存在着明显的劣势。伴随着生产力的提高，人们的认识由低级向高级发展，人类进入了文明社会，信息技术也有了新的发展。信息技术是人类社会创造的知识的总和，是构成我们世界的基本要素之一，是研究其生产、收集、存储、变换、传递、处理过程及广泛应用的科技领域。信息资源与物质、能源资源有一个很大的不同特点，就是它可以被重复使用，可被同时共享，在使用过程中不仅可以不减少，有时还可产生新的增量。自1946年第一台计算机诞生以来，半个多世纪信息技术以其广泛的影响和巨大的生命力，成为科技发展史上成果最辉煌、发展最迅猛、对人类影响最深远的科技领域。可以预见，21世纪将是信息的时代，信息技术将成为最活跃、与人们生活最密切相关的科技领域。
21世纪，信息技术发展速度越来越快、容量越来越大，向着超高速度、逐渐小型化、智能化方向发展。目前在信息技术领域有一个10倍速定律：即每5～7年速度增加10倍，体积减少10倍。IBM的高性能计算机峰值已达到每秒300万亿次以上。美国计划在2010年前研制出千万亿次计算机。从量子理论推出来的极限计算机，其速度将达1051次/秒，且内存可达1031比特。另外日本在利用集成电路方面，将电视台的包括设备和信息采集存贮压缩到纽扣小的芯片上，取得了初步成功。他们准备将其再压缩到药片大小，甚至设想将检查设备通过药片置入病人体内，以直接观察病人的病情。能量实现了无限扩充，信息资源得到了最充分的利用。特别是在智能化方面，主妇也能当米其淋大厨，只要你把食材放进去，烤箱可以自动下载食谱，它便会在你预定的时间自动进行调味烘烤，做成香喷喷的美味佳肴。这些预想，展现了信息技术深远的发展前景和发展空间。
未来的信息技术发展实现业务综合以及网络综合。网络的出现，使信息资源成为了真正继物质、能源之后的第三大重要资源。传统网络由于基础设备和技术的局限，在网络的安全、规模、性能、提供的业务能力方面都存在缺陷，随着信息技术的不断进步、使用人数的不断增多，将会促使依托以计算机为中心的网路通信兴起。将网络分布在世界每一个角落，业务无缝地连接起来，人们可以在任何一个地方用任何一种接入方式，访问世界任何一个数据库和网络，一个人在世界任何一个地方都可以利用同样的信息资源和信息加工处理的手段。这样不仅可以大大提高其效率和安全性，还给人们带来方便，带去了放心。这种贴合人们需求的方式，在未来将会有很好的发展前景，也必将带动信息技术整体的网络化。未来的网络向着更快、更安全、更方便的方向发展。
第9篇：量子计算发展前景范文
朱光亚教授为本书所作的序言对原子核物理学的产生、发展、与其他学科的交叉、及下一个世纪的展望做了极好的描述。原子核物理研究的基本问题包括：核的构成及“版图”是怎样的？核子间相互作用及其表现形式是怎样的？核的转化规律是怎样的？……随着加速器技术、探测器技术和计算机技术的发展，人们可以获得更高能量及各种种类的离子（包括放射性离子），它可用作炮弹去轰击各种不同的原子核（靶核），产生各种核反应产物，从而研究原子核物理学的各种基本问题。促使原子核物理学在更高激发能、更高角动量和更大同位旋等的自由度内不断开拓新领域。
本书基本上是围绕着这个发展主线来描述的。全书共分八章，第一章绪论，概述了80年代以来原子核物理发展的主要成就，并展望今后可能取得重大进展的前沿方向，非常值得普通读者一读。第二至第五章分别论述了核结构和亚位垒融合及核裂变理论方面的最新成就。第六至第八章分别论述了下世纪初期原子核物理研究的三个前沿领域：中高能核－核碰撞，亚核子自由度研究和放射性束物理。
核结构一直是原子核物理学研究的中心课题之一在证实原子核由质子和中子组成的假设并建立了核的壳模型和集体模型以后，出现了两个新领域——原子核的高自旋态研究和巨共振研究，揭示原子核在快速转动和具有更高激发能时的核结构特性。最近几年随着放射性核束装置投入使用，当强烈改变核内中子数和质子数平衡，推向质子滴线和中子滴线时的原子核结构特性已引起人们的极大兴趣。本书第二、三章详细介绍了这些方面的新进展和发展前景，详细介绍了高自旋态研究中发现的回弯现象。有些现象的物理内涵至今还没有搞清楚。特别地，为了便于读者理解，作者对于巨共振的一般知识和各种巨共振模式做了系统介绍，并着重介绍了新的中子晕核产生的软模式巨共振，建立在激发态上的巨共振，巨共振的各种衰变方式，原子核自旋同位旋激发，磁巨共振，高温转动核的巨共振等前沿课题。
核裂变的发现是原子核物理基础研究的产物，并已得到了广泛的应用，但是有关核裂变的许多问题尚未完全搞清楚，一直还是原子核研究的一个重要方面。本书第四、五章论述垒下重离子融合裂变反应和原子核裂变，也提到了作者在这方面的近期成果，内容丰富，有的现象用理论解释还有偏差。作者也介绍了最近少量有关中子晕（皮）核的近垒和垒下裂变反应的实验及两种相反的理论预言，并预计这方面研究将开辟重离子核反应的新方向。对通常原子核的裂变反应以及现有的核裂变的液滴模型、裂变道理论、裂变理论的壳修正、核裂变的扩散模型、用多维输运过程来研究裂变动力学以及裂变理论中的量子修正，书中都有介绍。并对形状同质异能态现象、裂变中的延迟现象等实验及其理论进行了详尽的描述。对耗散裂变从唯象描述到微观理论的发展，作者给出了一个极好的展望。对裂变过程中的时标和核的粘滞性直到裂变理论和相关的非平衡态理论的关系也有很好的描述。
从第六章开始本书着重描述下世纪原子核物理可能会取得重大进展的三个前沿领域。第六章是有关中高能和相对论性核－核碰撞的，其中重大课题有：核物质的状态方程；核物质相变，包括液气相变和夸克－胶等离子体(QGP)的产生；热核性质和多重碎裂衰变的新模式等。宇宙初期大爆炸时可能产生QGP，这是人们从未认识过的新物态。作者从介绍核态方程的一般知识开始，进而较为详细地介绍了理论研究的现状，包括玻耳兹曼－乌林－乌伦贝克(BUU)方程，量子分子动力学方法(QMD)及核－核碰撞的输运模型的蒙特卡罗模拟，然后描述中高能核－核碰撞的有关实验及其解释。最后详细地介绍了QGP产生的有关实验和实验上诊断QGP产生的方法。对QGP的研究将对原子核物理，粒子物理和天体物理产生重大影响，但到目前为止，还没有一个实验明确表明QGP的存在。人们期待着20世纪末美国相对论性重离子加速器RIHC的运行及其实验结果。除了通过观察中子星和超新星爆发可以获得部分有关高温高密核物质的信息外，中高能核－核碰撞是目前实验室中研究高温高密核物质的唯一途径，这方面将有许多新的结果出现。
自80年代放射性核束装置问世以来，人们发现了中子晕核等一系列新现象。国际核物理学界普遍认为，放射性核束物理，包括它在天体物理和其他相关学科的应用是今后一个较长时期内原子核物理学重要的前沿领域之一。本书第七章对放射性核束产生的方法和有关装置做了详细的介绍，特别介绍了我国学者提出的兰州重离子加速器冷却储存环装置和北京放射性核束装置。这是一个方兴未艾的新领域。许多发现对传统核理论模型提出了尖锐的挑战。利用放射性核束进行的核反应和传统的核反应有很多不同之处，特别是一些学者提出用这种核反应来合成超重元素，从而扩展人们已经知道的元素种类，放射性核束将大大提高人们合成新元素并研究这些新核素的性质的能力。自然界除了200多种稳定核素外，理论预言大约还有6000个以上的不稳定核素，到目前为止人们合成了其中的2000多个，放射性核束将使人们更容易去合成这些未知的核素，特别是当这些核素越来越接近于中子滴线和质子滴线时，将表现出许多新奇的性质，发现并解释这些性质将是对原子核物理学的重大挑战。
放射性核束的产生和应用还打开了核天体物理学的新局面，它主要研究宇宙和天体中各种元素及其同位素的核合成机制、时间、物理环境和宇宙场所。核反应在天体演化和宇宙演化中起着极其重要的作用，它是恒星和超新星爆发的主要能源，导致了天体和宇宙中各种化学元素和同位素的产生。迄今为止，天体物理学感兴趣的一些核反应的截面及其随能量的变化，多半是通过理论计算或是从较高能区的实验数据外推到天体核反应发生的能区而得到的，而且特别缺少不稳定核的数据，放射性核束正好可以填补这个空缺。实验核天体物理学正在进入一个以放射性核束引起的热核反应为重点的新的发展阶段。书中对宇宙大爆炸后初始核合成，主序星和高温天体环境中氢的燃烧，天体中比较重的元素的合成所需的核反应及相应的实验方法都做了介绍。
