量子力学和计算机的关系范文
时间：2023-11-20 17:38:11
量子力学和计算机的关系篇1
[关键词]物理学理论 计算机技术 量子计算机
中图分类号：O4-39 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）27-0198-01
一、近代物理学理论的发展与现代物理学理论
现代物理学的发展即为19世纪至今，是现代物理学理论发展不断壮大的时期。
当力学，热力学，统计学，电磁学都发展的很完善时，有“两个不稳定因素”打破了物理界的当时的境况，推动了物理学的变革。第一个是迈克尔逊-莫雷实验，即在实验中没测到“以太风”，也就是说不存在真正的参考系，光速与光源运动无关，光速各向同性。第二个是黑体辐射实验，用经典物理学理论无法解释实验结果。
20世纪初，爱因斯坦打破了传统的物理学理论，提出了侠义相对论，彻底了之前牛顿提出的绝对时空观的理论。十年后又创立了广义相对论，阐述了万有引力的实质。
物理学界的第二个稳定因素――黑体辐射实验，通过普朗克，爱因斯坦，玻尔等一大批物理学家的努力下，量子力学应时诞生了。随着薛定谔波动方程解释物质与波的关系，量子力学愈来愈趋于完善。
量子力学与相对论力学在现代物理学理论发展中是不可忽略的伟大成就。这两个的研究的对象也发生了改变，由低速到高速，宏观到微观等，物理学理论也日趋成熟。
二物理学理论是计算机诞生的基础
物理学作为理论基础：随着微积分、力学三大定律、万有引力定律，经典光学理论的建立，总所周知的一位伟大的物理学家――牛顿的整个力学的体系也完美的呈现于人们眼中。一对天才数学家布尔和德莫根历经无数次的推演证明，挖掘出了数理逻辑中那闪耀着最亮的光辉――布尔代数：电磁理论则是伟大的物理学家法拉第和麦克斯文创立的！而微观领域上的量子力学经由多位物理学家――德布罗意、玻尔、爱因斯坦、海森伯、薛定谔建立;还有电子三极管经过无数次实验也被德弗雷斯发明出来了。
上世纪40年代，200多位的专家研制小组由美国国防部任命的莫奇利和埃克特领导着并且克服了无数困难，两年中坚持的开发创新，人类第一台计算机――ENIAC（1946）在宾夕法尼亚大学研制成功！这不仅是第一台电子管数字积分计算机更是人类文明进步的一大步。
随着第一台计算机的成功研制的第二年，一种不仅小而且安全可靠，又不会变热，结构也什么简单的晶体管在美国的科学家巴丁等人研制出来。德克萨斯一器和仙童公司也紧跟着飞速发展的科技的步伐，在1953年成功的生产出了首个集成电路。次年，得克萨斯仪器公司首先的宣布他们拥有了集成电路的生产线，这意味着集成电路可以大量的投入生产和使用，然后TRADIC――首台晶体管计算机诞生了，这个在体积上要小很多的计算机就诞生了。
伴随着集成电路的出现，第三代计算机则是诞生在60年代中期。同样是由IBM公司生产出的IBN600系列计算机成为了第三代计算机的代表产品。早一些的INTEL8080CPU的晶体管集成度超过5000管/片，1977年在一个小小的硅片上就可包含几万个管子。
随着时间的推移，以大比例的集成电路当作逻辑元件和存储器的第四代计算机也向着微型或巨型改。计算机的处理器也由8086不停地在转化，到了我们熟知的奔腾系列。
不管是计算机的理论基础还是硬件设施，其实都是以物理学理论为根本的。物理学理论与计算机技术在未来的日子里互相补益，会不断的推动科学向前飞速发展的。
三、计算机零件应用的物理学理论
液晶屏，一听名字就可以想象得到它是以液晶材料为基本组件的。实际上液晶屏就是把液晶材料填充于两块平行板之间，并且利用电压来改变其材料内部的分子排列情况，控制遮光与透光以显示明暗不同，鳞次栉比的图案。如果想要显示彩色的图案时，只要把带着三元色的滤光层加入到两块平行板之间就可以了。液晶屏的广泛应用还因为其功耗十分的低，应用电池的电子产品都可以配置液晶屏。由于液晶介于固态与液态之间，那么就可以既体现固态晶体所有的光学特性，还可以表现出液态的流动特性。总结液晶的物理特性可归纳为：粘性、弹性和其极化性。
目前的CPU一般就是包括三个部分：基板、核心、针脚。大家都知道有一种电脑的硬件的组成的基本单位十分的重要，就是晶体管，而CPU的主要的组成也是晶体管。AMD主流CPU内核在早期的Palomino核心和Thoroughbred-B核心的配备，通常采用3750万个晶体管，而Barton核心使用了5400万个晶体管，核心Opteron处理器使用多达1.06亿个晶体管;。因此，实际上说的CPU核心构成的最基本单位就是晶体管的的芯数，针脚。所说的基板通常是印刷电路板，它承载着核心与针脚。然后该晶体管通过电路连接，成为一个不可或缺的整体，然后可以去分成不同的执行单元，每个单元又可以去处理不同的数据，这样有秩序的完成每个任务，才会准确而快速，这也是CPU为何拥有如此强大的处理能力的原因。
其实还有很多的零件都运用了大量的物理学理论。下面向大家介绍一下比较先进的计算机――量子计算机。
四、简介量子计算机
从物理观点看，计算机是一个物理系统.计算过程是一个物理过程。量子计算机是一个量子力学系统，量子计算过程就是这个量子力学系统内量子态的演化过程。
量子计算机以量子力学建立逻辑体系，与量子计算机有关的量子力学的原理，即量子状态的主要性质包括：状态叠加、干涉性、状态变化、纠缠、不可复制性与不确定性。
量子计算机具有学术价值和产业价值不可估量。对人类的文明，它实际上是一个很大的进步，我认为最主要的方面则是它的工业价值。最直接的应用各种各样的量子算法，他就可以用于商用化。
可以回想机器在20年前的悲惨境况和现在的春分得意，利用机器学习是很难在工业部门查找数值，因为计算能力的时候真的很烂。然后还要测试几个月，谁还有时间来调整参数啊。而这两十年间，计算机体系结构不断的优化下，机器学习强大了好多倍。想想看，如果我们比今天的计算能力更强大，我们无法想象一个强大的AI强量子任务不是指日可待？而当每家每户都有一个量子计算机，互联网将演变成什么形式？总之，商业量子计算机将是未来科技的发动机，就像蒸汽机是工业文明的象征，量子计算机的前景值得我们期待！
我国科技飞速发展的今天，我们不难发现现代生活已经步入了一个电子的天堂，计算机将会发挥它不可估量的价值，而作文计算机技术的支架――物理学理论也在不断的发展着，这就要求我们在紧跟着的脚步，努力研究，发现问题、认识问题、解决问题，逐渐的将我们国力壮大，2020年全面建成小康社会。
参考文献
[1] 王炳根.百年物理学发展的回顾与未来的展望[J].南平师专学报. 1997，04：11-14.
[2] 龙姝明，尹继武.物理学中的臻美思想[J].汉中师范学院学报（自然科学）. 2002，03：：12-18.
量子力学和计算机的关系篇2
关键词:计算科学计算工具图灵模型量子计算
1计算的本质
抽象地说,所谓计算,就是从一个符号串f变换成另一个符号串g。比如说,从符号串12+3变换成15就是一个加法计算。如果符号串f是x2,而符号串g是2x,从f到g的计算就是微分。定理证明也是如此,令f表示一组公理和推导规则,令g是一个定理,那么从f到g的一系列变换就是定理g的证明。从这个角度看,文字翻译也是计算,如f代表一个英文句子,而g为含意相同的中文句子,那么从f到g就是把英文翻译成中文。这些变换间有什么共同点？为什么把它们都叫做计算？因为它们都是从己知符号(串)开始,一步一步地改变符号(串),经过有限步骤,最后得到一个满足预先规定的符号(串)的变换过程。
从类型上讲,计算主要有两大类:数值计算和符号推导。数值计算包括实数和函数的加减乘除、幂运算、开方运算、方程的求解等。符号推导包括代数与各种函数的恒等式、不等式的证明,几何命题的证明等。但无论是数值计算还是符号推导,它们在本质上是等价的、一致的,即二者是密切关联的,可以相互转化,具有共同的计算本质。随着数学的不断发展,还可能出现新的计算类型。
2远古的计算工具
人们从开始产生计算之日,便不断寻求能方便进行和加速计算的工具。因此,计算和计算工具是息息相关的。
早在公元前5世纪,中国人已开始用算筹作为计算工具,并在公元前3世纪得到普遍的采用,一直沿用了二千年。后来,人们发明了算盘,并在15世纪得到普遍采用,取代了算筹。它是在算筹基础上发明的,比算筹更加方便实用,同时还把算法口诀化,从而加快了计算速度。
3近代计算系统
近代的科学发展促进了计算工具的发展:在1614年,对数被发明以后,乘除运算可以化为加减运算,对数计算尺便是依据这一特点来设计。1620年,冈特最先利用对数计算尺来计算乘除。1850年,曼南在计算尺上装上光标,因此而受到当时科学工作者,特别是工程技术人员广泛采用。机械式计算器是与计算尺同时出现的,是计算工具上的一大发明。帕斯卡于1642年发明了帕斯卡加法器。在1671年,莱布尼茨发明了一种能作四则运算的手摇计算器,是长1米的大盒子。自此以后,经过人们在这方面多年的研究,特别是经过托马斯、奥德内尔等人的改良后,出现了多种多样的手摇计算器,并风行全世界。
4电动计算机
英国的巴贝奇于1834年,设计了一部完全程序控制的分析机,可惜碍于当时的机械技术限制而没有制成,但已包含了现代计算的基本思想和主要的组成部分了。此后,由于电力技术有了很大的发展,电动式计算器便慢慢取代以人工为动力的计算器。1941年,德国的楚泽采用了继电器,制成了第一部过程控制计算器,实现了100多年前巴贝奇的理想。
5电子计算机
20世纪初,电子管的出现,使计算器的改革有了新的发展,美国宾夕法尼亚大学和有关单位在1946年制成了第一台电子计算机。电子计算机的出现和发展,使人类进入了一个全新的时代。它是20世纪最伟大的发明之一,也当之无愧地被认为是迄今为止由科学和技术所创造的最具影响力的现代工具。
在电子计算机和信息技术高速发展过程中,因特尔公司的创始人之一戈登·摩尔(GodonMoore)对电子计算机产业所依赖的半导体技术的发展作出预言:半导体芯片的集成度将每两年翻一番。事实证明,自20世纪60年代以后的数十年内,芯片的集成度和电子计算机的计算速度实际是每十八个月就翻一番,而价格却随之降低一倍。这种奇迹般的发展速度被公认为“摩尔定律”。
6“摩尔定律”与“计算的极限”
人类是否可以将电子计算机的运算速度永无止境地提升?传统计算机计算能力的提高有没有极限?对此问题,学者们在进行严密论证后给出了否定的答案。如果电子计算机的计算能力无限提高,最终地球上所有的能量将转换为计算的结果——造成熵的降低,这种向低熵方向无限发展的运动被哲学界认为是禁止的,因此,传统电子计算机的计算能力必有上限。
而以IBM研究中心朗道(R.Landauer)为代表的理论科学家认为到21世纪30年代,芯片内导线的宽度将窄到纳米尺度(1纳米=10-9米),此时,导线内运动的电子将不再遵循经典物理规律——牛顿力学沿导线运行,而是按照量子力学的规律表现出奇特的“电子乱窜”的现象,从而导致芯片无法正常工作;同样,芯片中晶体管的体积小到一定临界尺寸(约5纳米)后,晶体管也将受到量子效应干扰而呈现出奇特的反常效应。
哲学家和科学家对此问题的看法十分一致:摩尔定律不久将不再适用。也就是说,电子计算机计算能力飞速发展的可喜景象很可能在21世纪前30年内终止。著名科学家,哈佛大学终身教授威尔逊(EdwardO.Wilson)指出:“科学代表着一个时代最为大胆的猜想(形而上学)。它纯粹是人为的。但我们相信,通过追寻“梦想—发现—解释—梦想”的不断循环,我们可以开拓一个个新领域,世界最终会变得越来越清晰,我们最终会了解宇宙的奥妙。所有的美妙都是彼此联系和有意义的。”[论/文/网LunWenNet/Com]
7量子计算系统
量子计算最初思想的提出可以追溯到20世纪80年代。物理学家费曼RichardP.Feynman曾试图用传统的电子计算机模拟量子力学对象的行为。他遇到一个问题:量子力学系统的行为通常是难以理解同时也是难以求解的。以光的干涉现象为例,在干涉过程中,相互作用的光子每增加一个,有可能发生的情况就会多出一倍,也就是问题的规模呈指数级增加。模拟这样的实验所需的计算量实在太大了,不过,在费曼眼里,这却恰恰提供一个契机。因为另一方面,量子力学系统的行为也具有良好的可预测性:在干涉实验中,只要给定初始条件,就可以推测出屏幕上影子的形状。费曼推断认为如果算出干涉实验中发生的现象需要大量的计算,那么搭建这样一个实验,测量其结果,就恰好相当于完成了一个复杂的计算。因此,只要在计算机运行的过程中,允许它在真实的量子力学对象上完成实验,并把实验结果整合到计算中去,就可以获得远远超出传统计算机的运算速度。
在费曼设想的启发下,1985年英国牛津大学教授多伊奇DavidDeutsch提出是否可以用物理学定律推导出一种超越传统的计算概念的方法即推导出更强的丘奇——图灵论题。费曼指出使用量子计算机时,不需要考虑计算是如何实现的,即把计算看作由“神谕”来实现的:这类计算在量子计算中被称为“神谕”(Oracle)。种种迹象表明:量子计算在一些特定的计算领域内确实比传统计算更强,例如,现代信息安全技术的安全性在很大程度上依赖于把一个大整数(如1024位的十进制数)分解为两个质数的乘积的难度。这个问题是一个典型的“困难问题”,困难的原因是目前在传统电子计算机上还没有找到一种有效的办法将这种计算快速地进行。目前,就是将全世界的所有大大小小的电子计算机全部利用起来来计算上面的这个1024位整数的质因子分解问题,大约需要28万年,这已经远远超过了人类所能够等待的时间。而且,分解的难度随着整数位数的增多指数级增大,也就是说如果要分解2046位的整数,所需要的时间已经远远超过宇宙现有的年龄。而利用一台量子计算机,我们只需要大约40分钟的时间就可以分解1024位的整数了。
8量子计算中的神谕
人类的计算工具,从木棍、石头到算盘,经过电子管计算机,晶体管计算机,到现在的电子计算机,再到量子计算。笔者发现这其中的过程让人思考:首先是人们发现用石头或者棍棒可以帮助人们进行计算,随后,人们发明了算盘,来帮助人们进行计算。当人们发现不仅人手可以搬动“算珠”,机器也可以用来搬动“算珠”,而且效率更高,速度更快。随后,人们用继电器替代了纯机械,最后人们用电子代替了继电器。就在人们改进计算工具的同时,数学家们开始对计算的本质展开了研究,图灵机模型告诉了人们答案。
量子计算的出现,则彻底打破了这种认识与创新规律。它建立在对量子力学实验的在现实世界的不可计算性。试图利用一个实验来代替一系列复杂的大量运算。可以说。这是一种革命性的思考与解决问题的方式。
因为在此之前,所有计算均是模拟一个快速的“算盘”,即使是最先进的电子计算机的CPU内部,64位的寄存器(register),也是等价于一个有着64根轴的二进制算盘。量子计算则完全不同,对于量子计算的核心部件,类似于古代希腊中的“神谕”,没有人弄清楚神谕内部的机理,却对“神谕”内部产生的结果深信不疑。人们可以把它当作一个黑盒子,人们通过输入,可以得到输出,但是对于黑盒子内部发生了什么和为什么这样发生确并不知道。
9“神谕”的挑战与人类自身的回应人类的思考能力,随着计算工具的不断进化而不断加强。电子计算机和互联网的出现,大大加强了人类整体的科研能力,那么,量子计算系统的产生,会给人类整体带来更加强大的科研能力和思考能力,并最终解决困扰当今时代的量子“神谕”。不仅如此,量子计算系统会更加深刻的揭示计算的本质,把人类对计算本质的认识从牛顿世界中扩充到量子世界中。
如果观察历史,会发现人类文明不断增多的“发现”已经构成了我们理解世界的“公理”,人们的公理系统在不断的增大,随着该系统的不断增大,人们认清并解决了许多问题。人类的认识模式似乎符合下面的规律:
“计算工具不断发展—整体思维能力的不断增强—公理系统的不断扩大—旧的神谕被解决—新的神谕不断产生”不断循环。
无论量子计算的本质是否被发现,也不会妨碍量子计算时代的到来。量子计算是计算科学本身的一次新的革命,也许许多困扰人类的问题,将会随着量子计算机工具的发展而得到解决,它将“计算科学”从牛顿时代引向量子时代,并会给人类文明带来更加深刻的影响。[论*文*网]
参考文献
[1]M.A.NielsenandI.L.Chuang,QuantumComputationandQuantumInformation[M].CambridgeUniversityPress,2000.
[2]A.M.Turing.Oncomputablenumbers,withanapplicationtotheEntscheidungsproblem,Proc.Lond,1936(42):230～265.
量子力学和计算机的关系篇3
关键词：计算机；科技；发展；研究；技术
中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 (2012) 10-0217-01
一、以计算机网络技术为基础的电子商务
通过对计算机技术、网络技术和远程通信的技术利用就是电子商务，它对于整个商务过程中的电子化、数字化和网络化的实现是有一定的帮助的。
供需双方的商家通过借助Internet的技术或者是各种商务网络平台所进行的电子商务交易，并完成商务交易的过程就被称之为电子商务。供求关系的、订货以及订货的确认、支付的过程以及签发票据、接受和传送、配送方案的确定并对配送过程进行监控等都是商务交易的过程。因此。电子商务的概念是在计算机技术和网络技术发展到一定水平后才出现的。
开放式标准上的Internet通信通道是电子商务所采用的基本方式，相较于传统的商务活动通信方式而言，其内容和内涵都已经发生了很大的变化，比如说：就电子商务的交互性而言，由双向通信取代了单项通信；其通道功能得到了扩大，不仅能够对信息进行传递，同时也能够在支付和传递服务上应用；相较于传统手段而言，其通信费用得到大大降低，Internet的通信费用是最低廉的。另一方面，虚拟的全球性贸易环境也是由电子商务为企业所提供的，这使得商务活动的水平以及服务质量都得到了大大的提高。商务通信速度的大大提高使得大量的开支得以节省，比如说传真和电话费用就由于电子邮件的存在得到节省，广告和销售的费用就由于电子和电子订单的存在而得到节省。企业与客户和供应商之间可以通过电子商务系统的主页而增加直接联系，这样就能够对相关产品的价格、新品种等最新数据有一个及时的了解。
二、对计算机的关键技术继续发展的简单分析
超高速、超小型、平行处理、智能化是未来计算机技术的发展方向。硅芯片计算机的核心部件CPU尽管在物理限制的约束仍旧持续不断发展，但在上世纪末也出现了每秒100万亿次的超级计算机。平行处理技术是超高速计算机所采用的方式，使计算机系统能够对数据或者是指令进行同时处理，这对于计算机结构的改进、计算机运行速度的提高都是一项极为关键的重要技术。
另外，更多的智能成分是计算机所将要具备的，多种感知能力、一定思考与判断能力以及一定的自然语言能力是其将具备的能力。它除了会提供语音输入与手写输入这样的自然输入手段以外，其虚拟现实技术还会让人产生一种身临其境的感觉，这一领域的集中体现就是各种交互设备的出现。
传统的磁存储以及光盘的存储容量一直在不断的攀升着，趋于成熟的全新海量储存技术使得新型储存器的储存容量将达到每立方米10TB。将信息永久的储存也将不会再是梦想，对千年储存器的研制正在进行中，抗干扰、抗高温、防震、防水、防腐蚀等是这样储存器的基本特征。这样就可以原汁原味的保存现今的大量文献，并使其能够流芳百世。
三、不断涌现的新型计算机系统
硅技术的物理极限随着硅芯片技术的高速发展而逐步体现出来，世界各国的研究人员对新型计算机的研究开发也在这样的情况下紧张的进行着，可以说，计算机将会有一次从体系结构到器件与革命的大变革，甚至可以被称之为是一次质的飞跃。量子计算机、光子计算机、生物计算机等新型的电子产品将会在二十一世纪走进我们生活中的各个领域。
（一）量子计算机。以量子效应为奠基开发的量子计算机表示开与关的状态是通过利用一种链状分子聚合物的特性来表示的，其分子状态的改变是通过利用激光脉冲来实现的，其运算也是使信息沿着聚合物的移动而进行的。
量子位储存是量子计算机中的数据储存方式，其具有量子叠加效应的特点，这样在面对同样数量储存位的时候，通常计算机却远不及量子计算机的储存量，另外，两字并行计算也是量子计算机的一大特色。
（二）光子计算机。电子由光子取代、导线互连用光互连带取代、计算机中的电子硬件由光硬件取代、电运算由光运算取代这样的全光数字计算机就是光子计算机。
光子计算机的“无导线计算机”相较于电子计算机而言，其信息传递平行通道密度更大。拿一枚5分硬币大小的棱镜为例，全世界现有的电话电缆仅是其通过能力的几分之一。光计算机超强的并行处理能力由光的并行、高速所天然决定了，由此，它的运算速度是超高速的。但是只能够在低温的环境下超高速电子计算机才会进行工作，而光计算机开展工作仅需要在常温下即刻。与人脑相似的容错性也是光计算机所具备的一大特点，也就是说，其最终计算结果并不受系统中某一原件的损坏或出错的影响。
（三）生物计算机。蛋白质分子与周围物理化学介质的相互作用过程就是生物计算机的运算过程。由酶来充当计算机的转换开关，酶合成系统本身和蛋白质的结构中极为明显的就能将程序呈现。
在二十世纪七十年代的时候，人们发现信息的有或无可以通过脱氧核糖核酸（DNA）处于不用状态将其代表。其储存的数据也就是指DNA分子中的遗传密码，生化反应在DNA分子间发生，另一种基因代码由前一种基因代码所转化而来。输入数据可以被当作是反应前的基因代码，输出数据则就代表了反应后的基因代码。倘若能够对这一反应过程进行控制，那么DNA计算机也就能够得以成功制作。
将一项运算交由生物计算机来完成的话仅需要10微微秒的时间就已足够，其速度快过人思维速度的100万倍，这是由于蛋白质分子小过硅晶片上的电子元件很多，而且他们之间的距离又相当的近。同时，DNA分子计算机不仅存贮容量相当惊人，其消耗能量也是非常小的。生物计算机具有自我修复功能的原因是由于蛋白质分子是构成生物芯片的原材料，且能够与活体直接相联。DNA计算机预计会在10-20年后进入实用阶段。
四、总结
目前科学技术就是第一生产力，即计算机科学与技术的发展现状普及性与深入发展性，当今社会中所潜在的重要生产力就是对计算机科学技术的不断发展，它在人类的社会发展进步中也占有不可取代的地位，是不置可否的生产力。
参考文献：
[1]远德玉.科学技术发展简史[M].沈阳:东北大学出版社,2000
量子力学和计算机的关系篇4
关键词：计算机技术;特点;发展趋势
作为一个新兴领域，计算机改变了人们的生活和消费习惯，彰显了无穷的魅力，推动了科技的发展与进步。在未来的发展方向中，计算机技术更倾向于高速化、智能化和超小型化，研究计算机技术，能更好的推动计算机技术的发展。
一、计算机技术发展概况
第一台计算机诞生于1946年美国的宾夕法尼亚大学，其设计是为了计算导弹的弹道。20世纪50年代，因为计算机还有着高昂的成本，主要是为军事部门服务，涵盖与军事相关的空间计算和导弹计算。而到了20世纪60年代，开始逐步降低了计算机的成本，它不仅在军事单位应用，还在各个大型的科研机构和政府部门应用，甚至一些企业部门因为具有较强的实力，也开始对计算机管理进行应用。而计算机的进一步推广和应用是在因特尔四位CPU微处理器的诞生下。首台个人计算机是在1982年诞生，个人计算机的发展快速降低了整个计算机的成本，计算机也开始逐步转入到一般的家庭和小公司使用。很多家庭和企业在20世纪90年代开始使用计算机，同时计算机向两极分化：一方面是向高、向大、向难发展。另一方面是向便宜、向小、向微发展，并且在科学技术和军事、政府机关和互联网方面，都有着非常广泛的应用，几乎涵盖了社会的各个领域。作为一门新兴技术，计算机在不断的突破发展与创新，并彰显了旺盛的生命力。而每次对技术的革新，都是对自身的推广和发展。
二、计算机技术性能发展趋势
1.服务器计算能力超强大。计算机能在短时期内，对大量的信息进行处理，未来，计算机会进一步提高其计算能力及信息处理能力，和当前的处理能力相比，甚至要高出一百倍。而为了更好的满足未来对计算机的需求，就需要使计算机的性能进一步提高，若是仅仅依赖LSI的高速化，不容易提高计算机的计算速度，还必须依赖RISC结构来实现高速计算能力。在将来，不但要使硅技术、集成技术提升，还要对新的器件进行开发，使计算机引擎的速度与光速更加趋近。
2.纳米技术发展。未来的一个主要方向，就是计算机纳米技术，实现计算机高度集成处理是其主要优势。它能将处理速度的限制突破，使计算机的运算水平进一步提高，进而突破计算机的存储能力，实现计算机发展质的飞跃。
3.多功能计算机体系。完善不同的构建，是计算机技术发展的关键，在未来将会广泛的应用集群系统。最后，在集群的基础上，WINDOWSNT和UNIX能将更加完善的服务提供给客户。4.架构方面。目前，计算发展方向是网格化。部分资源进行良好的协同和集成，是网格计算的特点。运用更高层次的信息，能够很好的解决当前的信息孤岛问题。
5.环保化。提高计算机性能会使消耗越来越多，而大量的计算机在生产和生活中的使用，将更多的电量消耗。为了能使这个问题很好的解决，计算机技术在未来会发展为环保方向，通过计算机效率的提高，而将能耗减少。
6.软件生产构件化。在计算机领域，软件有着非常广泛的应用。为了解决供需矛盾，与计算机硬件的发展相适应，计算机软件也要实现构件化的生产。而并行处理和可生产性，是软件生产的重点，并以更高地方水平，解决软件开发的问题。
7.智能化。在未来，计算机技术会不断的更新换代。以第五代计算机技术为例，其具备的功能是智能化，能够学习、判断和联想，能使人们走出枯燥的信息处理，拓展人类的生活空间，变革人们的学习和生活。
三、计算机种类发展趋势
在不断发展和完善计算机技术的过程中，也开始有各种新型的，具有高性能化和完善的计算机出现。
1.量子计算机。作为一种新型计算机，量子计算机的基础是量子力学，能够进行逻辑运算和高速数学。处理和计算量子信息是量子计算机的优势。将量子技术运用到计算机领域，是一项新的研究。而相比于当前的计算机，它有着相当巨大的存储空间。而且当前的计算机也无法比拟其速度。初步预测在2030年，实现计算机的应用。从当前计算机技术发展的趋势和速度分析，很快就会实现量子机的使用。
2.分子计算机。通过分子对信息进行处理，是分子生物计算机的功能。其运行是通过分子晶体，而高效的组织排列是其主要的优势所在。同时还具有较长的存储时间、较快的速度以及较小体积的特征。在未来，随着不断完善的分子技术，就会出现分子计算机。
3.生物计算机。通过生物芯片集成晶体管而制成的计算机，被称为生物计算机。具有巨大存储空间、较快的速度计较低的能耗，是其主要的优势，但这种计算机也有一定的缺陷存在。在未来它一定会有良好的发展前景，而且一定会解决其缺陷。
4.神经网络计算机。电脑运行是达不到人脑的运行速度的。而作为一种新型的计算机，神经网络计算机就是模仿人脑绘制成的网络系统。它能处理很多繁杂的信息，并进行判断。在神经元的网络中，存贮内部的信息组，若神经元结点出现问题，对于原来的存储信息，该计算机就会备份，保证信息不会丢失。
四、计算机技术未来发展的建议
1.革新计算机技术，体现科学性和时效性。经济的发展，使人们更加关注如何改进计算机技术。在计算机技术发展的过程当中，为了更好地推进其发展，就要创建计算机技术相关措施，并及时处理其发展中面临的问题。为此，应系统和全面的了解计算机技术的实施形成系统，并依据经济规律和自然规律来开发新技术，对其失效性和科学性进行体现，唯有如此，才能更加完善计算机的改进技术。
2.加强培训工作，提高计算机研发人员的能力。拥有高技能和高素质的研发技术人员，是发展计算机技术的关键。只有依赖研发人员，才能促进计算机技术的进一步发展。为此研发人员必须掌握一定的工作规范和技术要领，同时具备一定的创新意识和责任意识，能高度重视计算机技术的发展，而推动计算机技术的革新，就必须要拥有一定的创新意识，使计算机在生产和生活中能广泛应用。在完善计算机技术的同时，进一步提高人们的生活水平。
3.鼓励研发，给予研发人员相应的奖励。相比于发达国家，我国的计算机技术研发人员还存在着一定的差距。所以，必须加大对计算机技术的研发和保护，促进计算机技术的进一步发展。大力倡导技术研发，并给予相关部门一定的鼓励，给贡献者提供奖励。
五、结语
作为一门新型技术，计算机技术具有极强的自我发展能力和自我生存能力，和我们的生产生活息息相关。对计算机技术进行总结，并对未来发展趋势进行预测，能对计算机产业的发展，起到一定的推动作用。
作者:王晶 单位:武汉商贸职业学院
参考文献：
[1]陈黎.浅析计算机技术的发展与应用[J].电子技术与软件工程.2016(16).
[2]李星.探究企业管理中计算机技术的应用[J].电子技术与软件工程.2016(16).
[3]于隆.计算机技术在企业管理中的应用研究[J].电子技术与软件工程.2016(16).
[4]霍玲玲,李岳.浅谈计算机技术的发展[J].现代交际.2015(12).
量子力学和计算机的关系篇5
关键词：计算工具；图灵模型；量子计算；哥德尔不完备定理；神谕
一、引言与计算的产生
在人类社会的早期时代，加减乘除的概念就被人们所认识到。随着人类文明的发展和技术的进步，对求方程的解，求函数的微分和积分等概念也纳入了计算的范畴。伴随人类生产活动的不断增加，人们对计算的要求也越来越大，计算工具也再不断的改进。
二、远古的计算工具
人们开始产生计算之日，便不断寻求能方便进行和加速计算的工具。因此，计算和计算工具是息息相关的。
早在公元前5世纪，中国人已开始用算筹作为计算工具，并在公元前3世纪得到普遍的采用，一直沿用了二千年。后来，人们发明了算盘，并在15世纪得到普遍采用，取代了算筹。它是在算筹基础上发明的，比算筹更加方便实用，同时还把算法口诀化，从而加快了计算速度。因此源用至今，并流传到海外，成为一种国际性的计算工具。
三、近代计算系统
近代的科学发展促进了计算工具的发展：在1614年，对数被发明以后，乘除运算可以化为加减运算，对数计算尺便是依据这一特点来设计。1620年，冈特最先利用对数计算尺来计算乘除。1850年，曼南在计算尺上装上光标，因此而受到当时科学工作者，特别是工程技术人员所广泛采用。
机械式计算器是与计算尺同时出现的，是计算工具上的一大发明。帕斯卡于1642年发明了帕斯卡加法器。在1671年，莱布尼茨发明了一种能作四则运算的手摇计算器，是长1米的大盒子。自此以后，经过人们在这方面多年的研究，特别是经过托马斯、奥德内尔等人的改良后，出现了多种多样的手摇计算器，并风行全世界。
四、电动计算机
英国的巴贝奇于1834年，设计了一部完全程序控制的分析机，可惜碍于当时的机械技术所限制而没有制成，但已包含了现代计算的基本思想和主要的组成部分了。
此后，由于电力技术有了很大的发展，电动式计算器便慢慢取代以人工为动力的计算器。1941年，德国的楚泽采用了继电器，制成了第一部通用过程控制计算器，实现了100多年前巴贝奇的理想。
五、电子计算机
20世纪初，电子管的出现，使计算器的改革有了新的发展，并由于二次大战的迫切的军事需要，美国宾夕法尼亚大学和有关单位在1946年制成了第一台电子计算器。
电子计算机的出现和发展，让人类进入了一个全新的时代。它极大影响了经济社会发展，并彻底改变了人们的生活。电子计算机是二十世纪最伟大的发明之一，也当之无愧地被认为是迄今为止由科学和技术所创造的最具影响力的现代工具。
在电子计算机和信息技术高速发展过程中，因特尔公司的创始人之一戈登·摩尔(godon moore) 对电子计算机产业所依赖的半导体技术的发展作出预言：半导体芯片的集成度将每两年翻一番。事实证明，自二十世纪60 年代以后的数十年内，芯片的集成度和电子计算机的计算速度实际是每十八个月就翻一番，而价格却随之降低一倍。这种奇迹般的发展速率被公认为“摩尔定律”。
六、 “摩尔定律”与“计算的极限”
人类是否可以将电子计算机的运算速度永无止境地提升? 传统计算机计算能力的提高有没有极限? 对此问题，学者们在进行严密论证后给出了否定的答案。
如果电子计算机的计算能力无限提高，最终地球上所有的能量将转换为计算的结果——造成熵的降低，这种向低熵方向无限发展的运动被哲学界认为是禁止的，因此，传统电子计算机的计算能力必有上限。
而以ibm研究中心朗道(r. landauer) 为代表的理论科学家认为到二十一世纪三十年代，芯片内导线的宽度将窄到纳米尺度(1 纳米= 10-9 米) ，此时，导线内运动的电子将不再遵循经典物理规律——牛顿力学沿导线运行，而是按照量子力学的规律表现出奇特的“电子乱窜”的现象，从而导致芯片无法正常工作；同样，芯片中晶体管的体积小到一定临界尺寸(约5纳米) 后，晶体管也将受到量子效应干扰而呈现出奇特的反常效应。
哲学家和科学家对此问题的看法十分一致：摩尔定律不久将不再适用。也就是说，电子计算机计算能力飞速发展的可喜景象很可能在二十一世纪前三十年内终止。
著名科学家，哈佛大学终身教授威尔逊(edward o. wilson) 指出：“科学代表着一个时代最为大胆的猜想(形而上学) 。它纯粹是人为的。但我们相信，通过追寻“梦想—发现—解释—梦想”的不断循环，我们可以开拓一个个新领域，世界最终会变得越来越清晰，我们最终会了解宇宙的奥妙。所有的美妙都是彼此联系和有意义的。”
这段话成为许多科学家的座右铭，给人以启示。科学需要梦想，甚至需要形而上的猜想。科学的预言有时在哲学看来有着形而上学的味道。而在人类面临着计算科学的最大难题——计算的极限到来之时，dna计算和量子计算为实现人类的这个梦想铺开了宏伟蓝图。
七、dna计算系统
1994年11月，美国计算机科学家阿德勒曼(l.adleman)在美国《科学》上公布dna计算机的理论，并成功运用dna计算机解决了一个有向哈密顿路径问题[7]。 dna计算机的提出，产生于这样一个发现，即生物与数学的相似性：(1)生物体异常复杂的结构是对由dna序列表示的初始信息执行简单操作(复制、剪接)的结果；(2)可计算函数f(ω)的结果可以通过在ω上执行一系列基本的简单函数而获得。
阿德勒曼不仅意识到这两个过程的相似性，而且意识到可以利用生物过程来模拟数学过程。更确切地说是，dna串可用于表示信息，酶可用于模拟简单的计算。这是因为：首先，dna是由称作核昔酸的一些单元组成，这些核昔酸随着附在其上的化学组或基的不同而不同。共有四种基：腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶，分别用a、g、c、t表示。单链dna可以看作是由符号a、g、c、t组成的字符串。从数学上讲，这意味着可以用一个含有四个字符的字符集∑ =a、g、c、t来为信息编码(电子计算机仅使用0和1这两个数字)。其次，dna序列上的一些简单操作需要酶的协助，不同的酶发挥不同的作用。起作用的有四种酶：限制性内切酶，主要功能是切开包含限制性位点的双链dna；dna连接酶，它主要是把一个dna链的端点同另一个链连接在一起；dna聚合酶，它的功能包括dna的复制与促进dna的合成；外切酶，它可以有选择地破坏双链或单链dna分子。正是基于这四种酶的协作实现了dna计算。
dna计算与电子计算机完全不同，它的计算单元是装在试管培养液中的dna长链。通过控制试管的温度和向试管中投放反应物，来进行计算。
八、量子计算系统
量子计算最初思想的提出可以追溯到20世纪80年代。物理学家费曼richardp.feynman 曾试图用传统的电子计算机模拟量子力学对象的行为。他遇到一个问题[11]：量子力学系统的行为通常是难以理解同时也是难以求解的。以光的干涉现象为例，在干涉过程中，相互作用的光子每增加一个 ，有可能发生的情况就会多出一倍 ，也就是问题的规模呈指数级增加。模拟这样的实验所需的计算量实在太大了，不过，在费曼眼里 ，这却恰恰提供一个契机。
因为另一方面，量子力学系统的行为也具有良好的可预测性：在干涉实验中，只要给定初始条件，就可以推测出屏幕上影子的形状。费曼推断认为如果算出干涉实验中发生的现象需要大量的计算，那么搭建这样一个实验，测量其结果，就恰好相当于完成了一个复杂的计算。因此，只要在计算机运行的过程中，允许它在真实的量子力学对象上完成实验，并把实验结果整合到计算中去，就可以获得远远超出传统计算机的运算速度。
在费曼设想的启发下，1985年英国牛津大学教授多伊奇david deutsch 提出是否可以用物理学定律推导出一种超越传统的计算概念的方法即推导出更强的丘奇——图灵论题[15]。费曼指出使用量子计算机时，不需要考虑计算是如何实现的，即把计算看作由“神谕”来实现的：这类计算在量子计算中被称为“神谕”（oracle）。
有种种迹象表明：量子计算至少在一些特定的计算领域内确实比传统计算更强，例如，现代信息安全技术的安全性在很大程度上依赖于把一个大整数（如1024 位的十进制数) 分解为两个质数的乘积的难度。这个问题是一个典型的“困难问题”，困难的原因是目前在传统电子计算机上还没有找到一种有效的办法将这种计算快速地进行。目前，就是将全世界的所有大大小小的电子计算机全部利用起来来计算上面的这个1024 位整数的质因子分解问题，大约需要28 万年，这已经远远超过了人类所能够等待的时间。而且，分解的难度随着整数位数的增多指数级增大，也就是说如果要分解2046 位的整数，所需要的时间已经远远超过宇宙现有的年龄。而利用一台量子计算机，我们只需要大约40 分钟的时间就可以分解1024 位的整数了。
更重要的是，量子计算从本质上说是可逆的，朗道证明了可逆计算可以不消耗资源———也就是说，量子计算的运算速度可以不违背熵持续增加原理而无限增加。从这个例子我们可以直觉地认为量子计算在处理大规模计算问题时优越性是十分明显的，但目前还没法用数学证明这一点。
九、计算的本质
在人类文明的早期，人们就认识到“加减”这些计算活动，以及它们的重要性。随着，计算工具的不断改进，人们的“计算”本身的也不断的加深了解。到后来开方、求方程的解、求微分求积分也被纳入进计算的范畴。
“什么是计算？”问题一直到20世纪30年，才由哥德尔（k.godel，1906-1978），丘奇(a.church，1903-1995)，图灵(a.m.tui-ing，1912-1954)等数学家 的工作，人们才弄清楚什么是计算的本质，以及什么是可计算的，什么是不可计算的等根本性问题。
抽象地说，所谓计算，就是从一个符号串f变换成另一个符号串g。比如说，从符号串12+3变换成15就是一个加法计算。如果符号串f是x2，而符号串g是2x，从f到g的计算就是微分。定理证明也是如此，令f表示一组公理和推导规则，令g是一个定理，那么从f到g的一系列变换就是定理g的证明。从这个角度看，文字翻译也是计算，如f代表一个英文句子，而g为含意相同的中文句子，那么从f到g就是把英文翻译成中文。这些变换间有什么共同点？为 什么把它们都叫做计算？因为它们都是从己知符号(串)开始，一步一步地改变符号(串)，经过有限步骤，最后得到一个满足预先规定的符号(串)的变换过程。
从类型上讲，计算主要有两大类：数值计算和符号推导。数值计算包括实数和函数的加减乘除、幕运算、开方运算、方程的求解等。符号推导包括代数与各种函数的恒等式、不等式的证明，几何命题的证明等。但无论是数值计算还是符号推导，它们在本质上是等价的、一致的，即二者是密切关联的，可以相互转化，具有共同的计算本质。随着数学的不断发展，还可能出现新的计算类型。
随着计算机日益广泛而深刻的运用，计算这个原本专门的数学概念已经泛化到了人类的整个知识领域，并上升为一种极为普适的科学概念和哲学概念，成为人们认识事物、研究问题的一种新视角、新观念和新方法。
十、“计算主义”的兴起
随着计算工具的发展，一些哲学家和科学家开始从计算的视角审视世界，科学家们不仅发现大脑和生命系统可被视作计算系统 ，而且发现整个世界事实上就是一个计算系统。当康韦证明细胞自动机与图灵机等价时 ，就有人开始把整个宇宙看作是计算机。因为特定配置的细胞自动机原则上能模拟任何真实的过程。如果真是这样，那么 ，我们便可以设想一种细胞自动机，它能模拟整个宇宙。实际上，我们完全可以把宇宙看作是一个三维的细胞自动机。基本粒子或其它什么层次的物质实体可以看作是这个细胞自动机格点上的物质状态 ，支配它们运动变化的规律可以看作是它们的行为规则。在这些规则的作用下基本粒子发生各种变化，从而导致宇宙的演化。
总之，计算或算法的观念在当今已经渗透到宇宙学、物理学、生物学乃至经济学和社会科学等诸多领域。计算已不仅成为人们认识自然、生命、思维和社会的一种普适的观念和方法 ，而且成为一种新的世界观。一些学者认为：不仅生命和思维的本质是计算，自然事件的本质也是计算。
十一、量子计算中的神谕
人类的计算工具，从木棍、石头到算盘，经过机械计算器，电器计算机，到现代的电子计算机，再到dna计算机和量子计算。笔者发现这其中的过程让人思考：首先是人们发现用石头或者棍棒可以帮助人们进行计算，随后，人们发明了算盘，来帮助人们进行计算。当人们发现不仅人手可以搬动“算珠”，机器可以用来搬动“算珠”，而且效率更高，速度更快的时候，人们自然想到利用机器来搬动算珠，诞生了机械计算设备。
随后，人们用继电器替代了纯机械。最后人们用电子代替了继电器。就在人们改进计算工具的同时，数学家们开始对计算的本质展开了研究，图灵机模型告诉了人们答案。
电子计算机后，人们改变了思路，即：到自然界中去发现那些符合图灵模型的现象，例如dna分子链的自我复制现象。dna分子提供了agct四种碱基，相当于电子计算机中的2进制的0和1。dna自我复制的机制，非常接近电子计算机的的模型——图灵机模型。
可以说，dna计算机是基于图灵机的先进计算方式。但是它始终不能突破图灵机的极限。即：在牛顿经典物理学下“确定世界”的计算模型。
量子计算的出现，则彻底打破了这种认识与创新规律。它建立在对量子力学实验的在现实世界的不可计算性。试图利用一个实验来代替一系列复杂的大量运算。可以说。这是一种革命性的思考与解决问题的方式。
应为在此之前，所有计算均是模拟一个快速的“算盘”，即使是最先进电子计算机cpu内部，64位的寄存器(register)，也是等价于一个有着64根轴的二进制算盘。在dna计算中，这种情况稍微复杂一点，可视为atcg四种碱基所构成的拥有上百万根轴，每根轴上有四个珠的“超级算盘”，尽管它的体积小到可以放在一根试管中。
量子计算则完全不同，对于量子计算的核心部件，类似与古代希腊世界中的“神谕”，没有人弄清楚神谕内部的机理，却对“神谕”内部产生的结果深信不疑。人们可以把它当作一个黑盒子，人们通过输入，可以得到输出，但是对于黑盒子内部发生了什么和为什么这样发生确并不知道。
十二、“神谕”的本质与哥德尔不完备性
量子计算在信息的承载体上与经典计算毫无区别:它同样利用二进制比特——称为量子比特——来进行运算。但是，量子力学的一个十分“反直觉”的奇特现象铸就了量子比特与传统比特的天壤之别。一个量子比特不仅仅可以表示信息“0”和“1”，还出人意料地可以表示一种“0”和“1”的叠加状态。
我们可以清晰地看到量子计算的神奇以及它不同于经典计算之处。那么，为什么量子计算会显示出如此奇怪的性质呢? 这些性质又有什么本质的物理原因呢[12]? 遗憾的是，迄今为止，科学家们还在为这些神奇的量子现象的本质而进行探索，答案不得而知。
人们对量子计算本质的无知来自于人们对量子世界内部的本质的认识还不统一。但这并不妨碍人们把量子计算最为超级计算机的想法。虽然它带有强烈的工具主义倾向。
量子计算的科学研究依然在继续，然而，对量子计算和量子力学本身的哲学研究却已经显示出人类的无奈和无助。也许，世界本身就是一个整体，我们仅仅从细处着眼永远无法看到导致整体变化的内因。
哥德尔不完备性定理告诉我们，任何一个足够强的一致的公理系统的完备性是不可证明的，而它的完备性的不可证明是可以证明的。
一些悲观的科学家和哲学家认为：我们科学研究所依赖的各种公理系统是无法证明完备的，即现实世界的有些现象是无法被已有定律和规律来揭示，人们努力地试图用这些已经发现的公理和规律去解释量子计算、量子力学，去解释自然和宇宙是不可行的。科学家们一直在努力解释量子世界的本质，但也应该清醒，这些努力有可能最终是失败的。而这些失败恰恰证明了哥德尔不完备性定理的正确性。所以他们认为人类是无法认识某些规律的，一些迷题永远是个迷。
十三、“神谕”的挑战与人类自身的回应
笔者的观点与上述不同，人类的思考能力，随着工具的不断进化而不断加强，尽管在远古时期，有些智者的思考能力已经远远超越了他们的时代，但是，在整体上，人类的思维能力和解决问题的能力是随着经济和科技的进步而不断加强。电子计算机和互联网的出现，大大加强了人类整体的科研能力，那么，量子计算系统的产生，会给人类整体带来更加强大的科研能力和思考能力，并最终解决困扰当今时代的量子“神谕”。不仅如此，量子计算系统会更加深刻的揭示计算的本质，把人类对计算本质的认识从牛顿世界中扩充到量子世界中。
哥德尔的不完备性并不能组织人类对未知事物的新发现，如果观察历史，会发现人类文明不断增多的“发现”已经构成了我们理解世界的“公理”，人们的公理系统在不断的增大，随着该系统的不断增大，人们认清并解决了许多问题。人类的认识模式似乎符合下面的规律：
“计算工具不断发展——整体思维能力的不断增强——公理系统的不断扩大——旧的神谕被解决——新的神谕不断产生”不断循环。
也许那时会出现新的“神谕”，而“神谕”的出现对人类来说并不是负面的，而是对人类整体思维能力和认识能力的一次挑战。并将刺激着人类对宇宙和自身的更深刻认识。
无论量子计算的本质是否被发现，也不会妨碍量子计算时代的到来。量子计算是计算科学本身的一次新的革命，也许许多困扰人类的问题，将会随着量子计算机工具的发展而得到解决，它将“计算科学”从牛顿时代引向量子时代，并会给人类文明带来更加深刻的影响。
参考文献
[1]m.a.nielsenandi.l.chuang,quantum computation and quantum information. cambridge university press, 2000
[2]a.m.turing,“on computable numbers,with an application to the entscheidungs problem,”proc. lond. math. soc. 2 ,vol.42,pp.230-265,1936
[3]“quantum information scienceand technology quist program ver.2.0”defense advanced research projects agency darpa ,apr.2004
[4] p.w.shor,“algorithms for quantum computation:discrete logarithms and factoring” new mexico: ieee computer society press,1994,pp.124-134
[5]吴楠 由量子计算看科学与哲学的层次观，自然辨证法通讯，vol.29,no.4,pp90-95,2007
[6]李建会 走向计算主义，自然辨证法通讯，vol.25,no.3,pp31-36,2003
[7]adleman,l.m.“molecular computation of solutions to combinatorial problems.” science , 266:1020-24,1994
[8] adleman,l.m. “computing with dna.”scientific american,279 2 :54-61, 1998
[9]d.p.divincenzo,“quantum computation,” science ,vol.270,pp.255-261,1995.
[10]彭罗斯1998：《皇帝新脑》。许明贤等译。长沙：湖南科技出版社
[11] r.p.feynman,“simulatingphysicswithcomputers,”international j. theor. phys. , vol. 1, pp. 467-488, 1982.
[12]a.einstein,b.podolskey,andn.rosen,“can quantum-mechanical description of physical reality be considered complete?”physical review, vol.47,pp.777-780,1935.
[13] k.gdel, “on formally undecidable propositions of principia mathematica and relatedsystems” , new york: dover publications , inc., 1961 (translated)
[14] church a.an unsolvable problem of elementary number theory.am j math,1936,58:345
量子力学和计算机的关系篇6
关键词：计算工具；图灵模型；量子计算；哥德尔不完备定理；神谕
一、引言与计算的产生
在人类社会的早期时代，加减乘除的概念就被人们所认识到。随着人类文明的发展和技术的进步，对求方程的解，求函数的微分和积分等概念也纳入了计算的范畴。伴随人类生产活动的不断增加，人们对计算的要求也越来越大，计算工具也再不断的改进。
二、远古的计算工具
人们开始产生计算之日，便不断寻求能方便进行和加速计算的工具。因此，计算和计算工具是息息相关的。
早在公元前5世纪，中国人已开始用算筹作为计算工具，并在公元前3世纪得到普遍的采用，一直沿用了二千年。后来，人们发明了算盘，并在15世纪得到普遍采用，取代了算筹。它是在算筹基础上发明的，比算筹更加方便实用，同时还把算法口诀化，从而加快了计算速度。因此源用至今，并流传到海外，成为一种国际性的计算工具。
三、近代计算系统
近代的科学发展促进了计算工具的发展：在1614年，对数被发明以后，乘除运算可以化为加减运算，对数计算尺便是依据这一特点来设计。1620年，冈特最先利用对数计算尺来计算乘除。1850年，曼南在计算尺上装上光标，因此而受到当时科学工作者，特别是工程技术人员所广泛采用。
机械式计算器是与计算尺同时出现的，是计算工具上的一大发明。帕斯卡于1642年发明了帕斯卡加法器。在1671年，莱布尼茨发明了一种能作四则运算的手摇计算器，是长1米的大盒子。自此以后，经过人们在这方面多年的研究，特别是经过托马斯、奥德内尔等人的改良后，出现了多种多样的手摇计算器，并风行全世界。
四、电动计算机
英国的巴贝奇于1834年，设计了一部完全程序控制的分析机，可惜碍于当时的机械技术所限制而没有制成，但已包含了现代计算的基本思想和主要的组成部分了。
此后，由于电力技术有了很大的发展，电动式计算器便慢慢取代以人工为动力的计算器。1941年，德国的楚泽采用了继电器，制成了第一部通用过程控制计算器，实现了100多年前巴贝奇的理想。
五、电子计算机
20世纪初，电子管的出现，使计算器的改革有了新的发展，并由于二次大战的迫切的军事需要，美国宾夕法尼亚大学和有关单位在1946年制成了第一台电子计算器。
电子计算机的出现和发展，让人类进入了一个全新的时代。它极大影响了经济社会发展，并彻底改变了人们的生活。电子计算机是二十世纪最伟大的发明之一，也当之无愧地被认为是迄今为止由科学和技术所创造的最具影响力的现代工具。
在电子计算机和信息技术高速发展过程中，因特尔公司的创始人之一戈登·摩尔(Godon Moore) 对电子计算机产业所依赖的半导体技术的发展作出预言：半导体芯片的集成度将每两年翻一番。事实证明，自二十世纪60 年代以后的数十年内，芯片的集成度和电子计算机的计算速度实际是每十八个月就翻一番，而价格却随之降低一倍。这种奇迹般的发展速率被公认为“摩尔定律”。
六、 “摩尔定律”与“计算的极限”
人类是否可以将电子计算机的运算速度永无止境地提升? 传统计算机计算能力的提高有没有极限? 对此问题，学者们在进行严密论证后给出了否定的答案。
如果电子计算机的计算能力无限提高，最终地球上所有的能量将转换为计算的结果——造成熵的降低，这种向低熵方向无限发展的运动被哲学界认为是禁止的，因此，传统电子计算机的计算能力必有上限。
而以IBM研究中心朗道(R. Landauer) 为代表的理论科学家认为到二十一世纪三十年代，芯片内导线的宽度将窄到纳米尺度(1 纳米= 10-9 米) ，此时，导线内运动的电子将不再遵循经典物理规律——牛顿力学沿导线运行，而是按照量子力学的规律表现出奇特的“电子乱窜”的现象，从而导致芯片无法正常工作；同样，芯片中晶体管的体积小到一定临界尺寸(约5纳米) 后，晶体管也将受到量子效应干扰而呈现出奇特的反常效应。
哲学家和科学家对此问题的看法十分一致：摩尔定律不久将不再适用。也就是说，电子计算机计算能力飞速发展的可喜景象很可能在二十一世纪前三十年内终止。
著名科学家，哈佛大学终身教授威尔逊(Edward O. Wilson) 指出：“科学代表着一个时代最为大胆的猜想(形而上学) 。它纯粹是人为的。但我们相信，通过追寻“梦想—发现—解释—梦想”的不断循环，我们可以开拓一个个新领域，世界最终会变得越来越清晰，我们最终会了解宇宙的奥妙。所有的美妙都是彼此联系和有意义的。”
这段话成为许多科学家的座右铭，给人以启示。科学需要梦想，甚至需要形而上的猜想。科学的预言有时在哲学看来有着形而上学的味道。而在人类面临着计算科学的最大难题——计算的极限到来之时，DNA计算和量子计算为实现人类的这个梦想铺开了宏伟蓝图。
七、DNA计算系统
1994年11月，美国计算机科学家阿德勒曼(L.Adleman)在美国《科学》上公布DNA计算机的理论，并成功运用DNA计算机解决了一个有向哈密顿路径问题[7]。 DNA计算机的提出，产生于这样一个发现，即生物与数学的相似性：(1)生物体异常复杂的结构是对由DNA序列表示的初始信息执行简单操作(复制、剪接)的结果；(2)可计算函数f(ω)的结果可以通过在ω上执行一系列基本的简单函数而获得。
阿德勒曼不仅意识到这两个过程的相似性，而且意识到可以利用生物过程来模拟数学过程。更确切地说是，DNA串可用于表示信息，酶可用于模拟简单的计算。这是因为：首先，DNA是由称作核昔酸的一些单元组成，这些核昔酸随着附在其上的化学组或基的不同而不同。共有四种基：腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶，分别用A、G、C、T表示。单链DNA可以看作是由符号A、G、C、T组成的字符串。从数学上讲，这意味着可以用一个含有四个字符的字符集∑ =A、G、C、T来为信息编码(电子计算机仅使用0和1这两个数字)。其次，DNA序列上的一些简单操作需要酶的协助，不同的酶发挥不同的作用。起作用的有四种酶：限制性内切酶，主要功能是切开包含限制性位点的双链DNA；DNA连接酶，它主要是把一个DNA链的端点同另一个链连接在一起；DNA聚合酶，它的功能包括DNA的复制与促进DNA的合成；外切酶，它可以有选择地破坏双链或单链DNA分子。正是基于这四种酶的协作实现了DNA计算。
DNA计算与电子计算机完全不同，它的计算单元是装在试管培养液中的DNA长链。通过控制试管的温度和向试管中投放反应物，来进行计算。
八、量子计算系统
量子计算最初思想的提出可以追溯到20世纪80年代。物理学家费曼RichardP.Feynman 曾试图用传统的电子计算机模拟量子力学对象的行为。他遇到一个问题[11]：量子力学系统的行为通常是难以理解同时也是难以求解的。以光的干涉现象为例，在干涉过程中，相互作用的光子每增加一个 ，有可能发生的情况就会多出一倍 ，也就是问题的规模呈指数级增加。模拟这样的实验所需的计算量实在太大了，不过，在费曼眼里 ，这却恰恰提供一个契机。转贴于 因为另一方面，量子力学系统的行为也具有良好的可预测性：在干涉实验中，只要给定初始条件，就可以推测出屏幕上影子的形状。费曼推断认为如果算出干涉实验中发生的现象需要大量的计算，那么搭建这样一个实验，测量其结果，就恰好相当于完成了一个复杂的计算。因此，只要在计算机运行的过程中，允许它在真实的量子力学对象上完成实验，并把实验结果整合到计算中去，就可以获得远远超出传统计算机的运算速度。
在费曼设想的启发下，1985年英国牛津大学教授多伊奇David Deutsch 提出是否可以用物理学定律推导出一种超越传统的计算概念的方法即推导出更强的丘奇——图灵论题[15]。费曼指出使用量子计算机时，不需要考虑计算是如何实现的，即把计算看作由“神谕”来实现的：这类计算在量子计算中被称为“神谕”（Oracle）。
有种种迹象表明：量子计算至少在一些特定的计算领域内确实比传统计算更强，例如，现代信息安全技术的安全性在很大程度上依赖于把一个大整数（如1024 位的十进制数) 分解为两个质数的乘积的难度。这个问题是一个典型的“困难问题”，困难的原因是目前在传统电子计算机上还没有找到一种有效的办法将这种计算快速地进行。目前，就是将全世界的所有大大小小的电子计算机全部利用起来来计算上面的这个1024 位整数的质因子分解问题，大约需要28 万年，这已经远远超过了人类所能够等待的时间。而且，分解的难度随着整数位数的增多指数级增大，也就是说如果要分解2046 位的整数，所需要的时间已经远远超过宇宙现有的年龄。而利用一台量子计算机，我们只需要大约40 分钟的时间就可以分解1024 位的整数了。
更重要的是，量子计算从本质上说是可逆的，朗道证明了可逆计算可以不消耗资源———也就是说，量子计算的运算速度可以不违背熵持续增加原理而无限增加。从这个例子我们可以直觉地认为量子计算在处理大规模计算问题时优越性是十分明显的，但目前还没法用数学证明这一点。
九、计算的本质
在人类文明的早期，人们就认识到“加减”这些计算活动，以及它们的重要性。随着，计算工具的不断改进，人们的“计算”本身的也不断的加深了解。到后来开方、求方程的解、求微分求积分也被纳入进计算的范畴。
“什么是计算？”问题一直到20世纪30年，才由哥德尔（K.Godel，1906-1978），丘奇(A.Church，1903-1995)，图灵(A.M.TUI-ing，1912-1954)等数学家 的工作，人们才弄清楚什么是计算的本质，以及什么是可计算的，什么是不可计算的等根本性问题。
抽象地说，所谓计算，就是从一个符号串f变换成另一个符号串g。比如说，从符号串12+3变换成15就是一个加法计算。如果符号串f是x2，而符号串g是2x，从f到g的计算就是微分。定理证明也是如此，令f表示一组公理和推导规则，令g是一个定理，那么从f到g的一系列变换就是定理g的证明。从这个角度看，文字翻译也是计算，如f代表一个英文句子，而g为含意相同的中文句子，那么从f到g就是把英文翻译成中文。这些变换间有什么共同点？为 什么把它们都叫做计算？因为它们都是从己知符号(串)开始，一步一步地改变符号(串)，经过有限步骤，最后得到一个满足预先规定的符号(串)的变换过程。
从类型上讲，计算主要有两大类：数值计算和符号推导。数值计算包括实数和函数的加减乘除、幕运算、开方运算、方程的求解等。符号推导包括代数与各种函数的恒等式、不等式的证明，几何命题的证明等。但无论是数值计算还是符号推导，它们在本质上是等价的、一致的，即二者是密切关联的，可以相互转化，具有共同的计算本质。随着数学的不断发展，还可能出现新的计算类型。
随着计算机日益广泛而深刻的运用，计算这个原本专门的数学概念已经泛化到了人类的整个知识领域，并上升为一种极为普适的科学概念和哲学概念，成为人们认识事物、研究问题的一种新视角、新观念和新方法。
十、“计算主义”的兴起
随着计算工具的发展，一些哲学家和科学家开始从计算的视角审视世界，科学家们不仅发现大脑和生命系统可被视作计算系统 ，而且发现整个世界事实上就是一个计算系统。当康韦证明细胞自动机与图灵机等价时 ，就有人开始把整个宇宙看作是计算机。因为特定配置的细胞自动机原则上能模拟任何真实的过程。如果真是这样，那么 ，我们便可以设想一种细胞自动机，它能模拟整个宇宙。实际上，我们完全可以把宇宙看作是一个三维的细胞自动机。基本粒子或其它什么层次的物质实体可以看作是这个细胞自动机格点上的物质状态 ，支配它们运动变化的规律可以看作是它们的行为规则。在这些规则的作用下基本粒子发生各种变化，从而导致宇宙的演化。
总之，计算或算法的观念在当今已经渗透到宇宙学、物理学、生物学乃至经济学和社会科学等诸多领域。计算已不仅成为人们认识自然、生命、思维和社会的一种普适的观念和方法 ，而且成为一种新的世界观。一些学者认为：不仅生命和思维的本质是计算，自然事件的本质也是计算。
十一、量子计算中的神谕
人类的计算工具，从木棍、石头到算盘，经过机械计算器，电器计算机，到现代的电子计算机，再到DNA计算机和量子计算。笔者发现这其中的过程让人思考：首先是人们发现用石头或者棍棒可以帮助人们进行计算，随后，人们发明了算盘，来帮助人们进行计算。当人们发现不仅人手可以搬动“算珠”，机器可以用来搬动“算珠”，而且效率更高，速度更快的时候，人们自然想到利用机器来搬动算珠，诞生了机械计算设备。
随后，人们用继电器替代了纯机械。最后人们用电子代替了继电器。就在人们改进计算工具的同时，数学家们开始对计算的本质展开了研究，图灵机模型告诉了人们答案。
电子计算机后，人们改变了思路，即：到自然界中去发现那些符合图灵模型的现象，例如DNA分子链的自我复制现象。DNA分子提供了AGCT四种碱基，相当于电子计算机中的2进制的0和1。DNA自我复制的机制，非常接近电子计算机的的模型——图灵机模型。
可以说，DNA计算机是基于图灵机的先进计算方式。但是它始终不能突破图灵机的极限。即：在牛顿经典物理学下“确定世界”的计算模型。
量子计算的出现，则彻底打破了这种认识与创新规律。它建立在对量子力学实验的在现实世界的不可计算性。试图利用一个实验来代替一系列复杂的大量运算。可以说。这是一种革命性的思考与解决问题的方式。
应为在此之前，所有计算均是模拟一个快速的“算盘”，即使是最先进电子计算机CPU内部，64位的寄存器(register)，也是等价于一个有着64根轴的二进制算盘。在DNA计算中，这种情况稍微复杂一点，可视为ATCG四种碱基所构成的拥有上百万根轴，每根轴上有四个珠的“超级算盘”，尽管它的体积小到可以放在一根试管中。
量子计算则完全不同，对于量子计算的核心部件，类似与古代希腊世界中的“神谕”，没有人弄清楚神谕内部的机理，却对“神谕”内部产生的结果深信不疑。人们可以把它当作一个黑盒子，人们通过输入，可以得到输出，但是对于黑盒子内部发生了什么和为什么这样发生确并不知道。
十二、“神谕”的本质与哥德尔不完备性
量子计算在信息的承载体上与经典计算毫无区别:它同样利用二进制比特——称为量子比特——来进行运算。但是，量子力学的一个十分“反直觉”的奇特现象铸就了量子比特与传统比特的天壤之别。一个量子比特不仅仅可以表示信息“0”和“1”，还出人意料地可以表示一种“0”和“1”的叠加状态。
我们可以清晰地看到量子计算的神奇以及它不同于经典计算之处。那么，为什么量子计算会显示出如此奇怪的性质呢? 这些性质又有什么本质的物理原因呢[12]? 遗憾的是，迄今为止，科学家们还在为这些神奇的量子现象的本质而进行探索，答案不得而知。
人们对量子计算本质的无知来自于人们对量子世界内部的本质的认识还不统一。但这并不妨碍人们把量子计算最为超级计算机的想法。虽然它带有强烈的工具主义倾向。
量子计算的科学研究依然在继续，然而，对量子计算和量子力学本身的哲学研究却已经显示出人类的无奈和无助。也许，世界本身就是一个整体，我们仅仅从细处着眼永远无法看到导致整体变化的内因。
哥德尔不完备性定理告诉我们，任何一个足够强的一致的公理系统的完备性是不可证明的，而它的完备性的不可证明是可以证明的。
一些悲观的科学家和哲学家认为：我们科学研究所依赖的各种公理系统是无法证明完备的，即现实世界的有些现象是无法被已有定律和规律来揭示，人们努力地试图用这些已经发现的公理和规律去解释量子计算、量子力学，去解释自然和宇宙是不可行的。科学家们一直在努力解释量子世界的本质，但也应该清醒，这些努力有可能最终是失败的。而这些失败恰恰证明了哥德尔不完备性定理的正确性。所以他们认为人类是无法认识某些规律的，一些迷题永远是个迷。
十三、“神谕”的挑战与人类自身的回应
笔者的观点与上述不同，人类的思考能力，随着工具的不断进化而不断加强，尽管在远古时期，有些智者的思考能力已经远远超越了他们的时代，但是，在整体上，人类的思维能力和解决问题的能力是随着经济和科技的进步而不断加强。电子计算机和互联网的出现，大大加强了人类整体的科研能力，那么，量子计算系统的产生，会给人类整体带来更加强大的科研能力和思考能力，并最终解决困扰当今时代的量子“神谕”。不仅如此，量子计算系统会更加深刻的揭示计算的本质，把人类对计算本质的认识从牛顿世界中扩充到量子世界中。
哥德尔的不完备性并不能组织人类对未知事物的新发现，如果观察历史，会发现人类文明不断增多的“发现”已经构成了我们理解世界的“公理”，人们的公理系统在不断的增大，随着该系统的不断增大，人们认清并解决了许多问题。人类的认识模式似乎符合下面的规律：
“计算工具不断发展——整体思维能力的不断增强——公理系统的不断扩大——旧的神谕被解决——新的神谕不断产生”不断循环。
也许那时会出现新的“神谕”，而“神谕”的出现对人类来说并不是负面的，而是对人类整体思维能力和认识能力的一次挑战。并将刺激着人类对宇宙和自身的更深刻认识。
无论量子计算的本质是否被发现，也不会妨碍量子计算时代的到来。量子计算是计算科学本身的一次新的革命，也许许多困扰人类的问题，将会随着量子计算机工具的发展而得到解决，它将“计算科学”从牛顿时代引向量子时代，并会给人类文明带来更加深刻的影响。
参考文献
[1]M.A.NielsenandI.L.Chuang，Quantum Computation and Quantum Information. Cambridge University Press， 2000
[2]A.M.Turing，“On computable numbers，with an application to the Entscheidungs problem，”Proc. Lond. Math. Soc. 2 ，vol.42，pp.230-265，1936
[3]“Quantum Information Scienceand Technology QuIST program ver.2.0”Defense Advanced Research Projects Agency DARPA ，Apr.2004
[4] P.W.Shor，“Algorithms for quantum computation:discrete logarithms and factoring” New Mexico: IEEE Computer Society Press，1994，pp.124-134
[5]吴楠 由量子计算看科学与哲学的层次观，自然辨证法通讯，vol.29，no.4，pp90-95，2007
[6]李建会 走向计算主义，自然辨证法通讯，vol.25，no.3，pp31-36，2003
[7]Adleman，L.M.“Molecular Computation of Solutions to Combinatorial Problems.” Science ， 266:1020-24，1994
[8] Adleman，L.M. “Computing with DNA.”Scientific American，279 2 :54-61， 1998
[9]D.P.DiVincenzo，“Quantum computation，” Science ，vol.270，pp.255-261，1995.
[10]彭罗斯1998：《皇帝新脑》。许明贤等译。长沙：湖南科技出版社
[11] R.P.Feynman，“Simulatingphysicswithcomputers，”International J. Theor. Phys. ， vol. 1， pp. 467-488， 1982.
[12]A.Einstein，B.Podolskey，andN.Rosen，“Can quantum-mechanical description of physical reality be considered complete?”Physical Review， vol.47，pp.777-780，1935.
[13] K.Gdel， “On formally undecidable propositions of Principia Mathematica and relatedsystems” ， New York: Dover Publications ， INC.， 1961 (Translated)
[14] Church A.An unsolvable problem of elementary number theory.Am J Math，1936，58:345
量子力学和计算机的关系篇7
关键词：计算机；仿真；技术；环境；执法
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2011) 18-0000-01
Computer Simulation Technology Application in Environmental Law Enforcement
Zhou Jing
(Changzhou Environmental Monitoring Unit,Changzhou 213022,China)
Abstract:This paper studies the computer simulation technology in environmental law enforcement applications,analysis of the advantages of computer simulation technology and the specific implementation,and enforcement of environmental chemical companies as an example,chemical companies environmental systems Fencheng water,air and solid Waste three parts,to establish a chemical environment,the system dynamics simulation model,has some practical significance.
Keywords:Computer;Simulation;Technology;Environment;Law enforcement
一、计算机仿真技术的优点以及实施过程
（一）计算机仿真技术的优点。计算机仿真技术可以十分迅速的对多种方案进行比较，通过计算机能够在很短的时间之内对多种方案进行仿真模拟；计算机仿真技术的成本比较低，它和真实的原型试验的不同之处是，它是虚拟现实技术，不会破坏原型，需要的只是软件的开发和应用费用，而且，只要软件投入到使用中，它就能够进行多个方案的计算，并且具有极高的重复使用率，总体成本比较低；计算机仿真技术的可靠性高；计算机仿真技术的实用性强，它可以在多个方面进行应用，只要是能够用数学进行描述的模型，几乎都是能够用计算机来对系统的行为进行模拟，并且还能够对未来的发展趋势进行预测等等。
（二）计算机仿真技术的实施过程。首先就是模型的建立，按照研究对象以及研究目的的不同，在进行仿真之前，首先就是要按照实际的问题来抽象出一个确定的系统，并给出系统的边界条件以及约束条件，接着利用数学、动力学以及其他学科的相关的只是来把这一系统用数学表达式进行描述，这也就是我们所说的数学建模，按照研究目的的不同，系统的数学模型也不同，具体可以划分成为静态模型、动态模型、离散事件动态模型以及混合时间动态模型等等。其次就是要进行模型的输入，也就是要结合软件的不同特点来对前一步中所建立的数学表达式输入成计算机所能够处理的形式，也就是仿真模型，这一模型是进行计算机仿真的关键之所在。接着是模型的仿真计算，把前一步所得到的仿真模型载入到计算机中的计算模块中，并根据预先设定好的实验方案来进行仿真的计算，这也就是我们所说的“模型仿真计算”。
二、化工企业环境系统的仿真模型
仿真模型的建立
对于化工企业来讲，资源对系统的影响主要体现在固体废弃物污染、水污染以及大气污染这三方面对环境的影响，所以，环境系统的结构是把资源作为核心，并且是由污水处理系统、大气污染的处理系统以及固体废弃物污染处理系统构成的，具体情况如下：
（一）污水处理系统。以苏南某个县区的化工工业园区的化工企业所排放的废水为例，废水中的污染物主要就是五日生化需氧量、化学耗氧量、氨氮含量、悬浮固体物质以及石油类等等，另外还有一些少量的铁离子、硫离子以及氯离子等等污染物，经检测，只有化学需氧量是超标的，所以污水处理系统把化学耗氧量存量作为状态变量，把化学耗氧量产生量、化学耗氧量的减少量以及化学耗氧量的自然降解量来作为速率变量，并同时用多个辅助变量来和其他的子系统相互连接。这样，就能够把这一模块的结构关系进行确定。并可以得出以下的方程：
水污染化学耗氧量存量（CSWR）CSWR.K=CSWR.J+DT×（CCSL.JK-CJSL.JK）
化学耗氧量产生量（CCSL）CCSL.JK=CCSL.JK+CSHWSL.JK
生产废水化学耗氧量产生量（CSCFSL）CSCFSL.JK=SCFSPFL.JK×pndz.k
生产废水排放量（SCFSPFL）SCFSPFL.JK=GYZCZZ.JK SCFSPFLgfwypfl.k
生活污水化学耗氧量产生量（CSHWSL）CSHWSL.JK=SHWSCSL.JK×Indz.k
生活污水产生量（SHWSCSL）SHWSCSL.JK=P.K×rjwscsl.k
化学耗氧量减少量（CJSL）CJSL.JK=CZRXJL.JK+CXJL.JK
化学耗氧量自然消解量（CZRXJL）CZRXJL.JK=CSWR.K×czrxjxs.k
化学耗氧量自然消减量（CXJL）CXJL.JK=WSCFSL.JK×（fsnd.k-dbnd.K）
污水厂进废水量（WSCFSL）WSCFSL.JK=IF THEN ELSE（FSZL.K×fscll.k>=WSCCLL.K，FSZL.Kfscll.k）
废水总量（FSZL）FSZL.K=SCFSPFL.JK+SHWSCSL.JK
污水厂污水处理能力（WSCCLL）WSCCLL.K=WSCLTZ.K×wywscll.k
污水处理投资（WSCLTZ）WSCLTZ.JK=HBZTZ.K×wstzl.k
区域地表水化学耗氧量浓度（CDBSND）CDBSND.K=bjnd.K+CSWR.K÷njjll.K
水质相对污染度（SZXDWRD）SZXDWRD.K=CDBSND.K÷bjnd.K
（二）大气污染处理系统。对于化工工业区化工企业排放的大气污染来讲，主要污染物有二氧化硫、二氧化氮、总悬浮颗粒物等等。现在把二氧化硫存量作为状态变量、把二氧化硫产生量和消减量作为速率变量，同时把多个辅助变量和其他子系统相互连接。这样，就能够把这一模块的结构关系进行确定，就可以列出相应的方程，其方法和上述方法相同。
三、结语
总之，环境执法工程的计算机仿真是一项比较系统且较为复杂的工程，利用计算机仿真技术能够为环境执法人员搭建出一个真实且能够自然交互的管理平台，从而为环境执法人员工作的有效开展提供有力的依据。
参考文献：
[1]孙玉峰.矿区环境系统力学仿真模型的建立[J].辽宁工程技术大学学报,2006,2
[2]胡大伟.基于系统动力学和神经网络模型的区域可持续发展的仿真研究[D].南京农业大学,2006
量子力学和计算机的关系篇8
一是思想难适应。目前县级审计机关在计算机审计运用问题上，主要存在“排斥、畏难、侥幸”意识。排斥者因在审计业务上驾轻就熟，认为县级审计多年来依靠手工、轻车熟路，现场审计出成绩，而计算机审计需要学习新知识、新技术太多、编制程序太难、思想和方法转变太大，在一些中小项目中并不适用，多以学之吃力、用之乏力而心生排斥；侥幸者则被动应付，领导推一下动一下，以学上一点点、用上一点点的心理应对；畏难者以年龄大、文化水平低、理论基础差、实践底子薄、专业知识缺而丧失信心，畏惧失败而不敢大胆尝试。
二是人才难引进。一方面计算机专业技术人才难以引进。没有优厚的待遇却有编制的限制，没有宽松的条件却有严格的要求，与当前计算机专业技术人才供不应求的形势相比，县级审计部门自然缺乏吸引力，甚至在公务员报考中曝出冷门，要引进既具备审计专业知识又精通计算机技术的人才更是难上加难。另一方面审计机关专业技术人才素质难以提升。县级审计机关整体技能存在较大差距，在职教育和培训虽然为审计队伍提供了良好的学习平台，使审计人员普遍掌握了文字编辑、电子表格数据处理和上网等应用基础，但依然离“五能”（能打开被审单位数据库、能将被审单位的数据转换过来、能使用审计软件进行查询分析、能在审计现场搭建临时网络、能排除常见的软硬件故障）有较大差距。在AO审计实施系统的运用中，仅有少部分审计人员能将AO搭建的项目管理、数据采集、统计抽样、评价测试、底稿生成、审计日记、审计分析生成报告等多功能应用集于一体，在运用现场组网和远程审计方面的技术也相当薄弱。
三是机制难转换。一方面县级审计部门在业务上接受上级审计部门的指导和监督管理，但目前县级审计部门自身的工作任务很繁重，在对县级审计部门的业务指导上往往就技术论技术、就方法论方法，培训时间短、内容多，填塞式的培训对一些有一定计算机审计操作基础的审计人员而言能较快掌握并运用，而其余大部分审计人员都难以全部接受和消化。另一方面，国家审计已为审计系统构建了审计管理系统（OA）和审计现场实施系统（AO）两大平台，实现这两大系统功能的评价机制和考核机制都尚未形成，为县级审计部门“登录”这两大平台留存了太大的自主性和随意性。
针对以上难题，作为县级审计部门，必须牢牢树立创新发展意识，按照国家审计署的要求，把推进计算机应用作为审计发展的重要目标和根本任务，切实制订发展规划，建立和完善审计计划、目标管理、教育培训、业务考核等工作机制，促进审计方式尽早转变。
一是转变思想观念，增强发展动力。要从科学发展审计的高度，充分认识县级审计计算机运用的重要性和紧迫性。首先要明确推广计算机审计是更好地坚持提高工作效能、实现科学发展的需要；其次要明确推广计算机审计是更好地坚持依法依规、客观公正的需要；再次要明确推广计算机审计是更好地坚持提高审计质量、创新审计方式的需要。要按照科学发展观的要求，加强计算机审计建设，建立计算机审计管理应用规则、OA实施系统与AO管理系统信息交互管理暂行办法、外部来文传递处理的有关规定、AO应用实例评选奖励办法等多项制度，逐步形成AO、OA系统应用管理制度体系，达到提高审计效率、审计质量的目的，增强审计可持续发展能力。
二是转变用人观念，增强发展活力。首先要重视审计专业人才。要为计算机专业技术人员创造良好的工作环境，政治上关心、经济上关怀、生活上关爱，鼓励审计人员学习运用计算机审计，减轻审计人员的心理压力。其次要培育审计专业人才。要进一步加强审计专业人才学习，推进计算机审计运用的紧迫感和责任感，化压力为学习和奋进的动力；要探索学习方法，既不急功近利、也不急于求成或慢条斯理，要尽力而为、量力而行；要学以致用、用以促学，在具体审计项目实践中学习掌握计算机审计的技术与方法，通过实践研究问题、总结经验、逐步提高审计质量。再次要引进审计专业人才。要引进一批核查问题的高手、精通业务的能手、计算机运用的行家理手，既精通计算机技术又具备审计专业知识的人才为审计队伍增添活力。第四要使用好审计专业人才。要强化目标管理责任制，制定结合县级实际的计算机审计项目计划，往审计人员身上压担子，实行“一人担子众人挑、人人身上有指标”。
三是转变工作方法，增强发展聚力。要以审计信息化建设为突破口，抓基层、打基础、建制度、转方法、促应用。一要设置机构，确定人员职责。要设立单独的计算机审计中心，由局一名副科级领导担任中心主任或由一名局班子成员分管负责，选聘计算机专业水平高的同志具体实施审计信息化建设事宜，明确要求局内各股组都配备一名专、兼职计算机审计人员，负责计算机审计和网络管理，为规范AO、OA系统操作提供组织保障。二要完善功能，畅通网络渠道。要建立完善审计内网专网网站，优化网络环境，从网络配置、维护、管理、软件功能等方面予以保障；增强网络功能，开通FTP应用服务系统，增加VPN硬件、全面推广视频会议、强化上下网络连接功能，为规范AO、OA系统操作提供硬件支撑。三要统筹兼顾，定期检查通报。利用网络功能组织学习内容、学习时间的检查，每月进行一次考评，每季度对AO、OA系统应用进行一次通报，年底进行总结，为规范AO、OA系统操作提供持续动力、科学聚力。
四是转变体制机制，增强发展能力。要以“金审工程”启动为契机，加速推进审计机关体制机制转变。一要重块管促条块。要通过上下联网审计、计算机综合运用、加强业务工作指导，逐步把县级审计机关编制、人员、经费由块管为主转向以条管为主，扩大审计部门依法、独立行使审计监督权力，理顺审计机关管理体制，加大对县级以上审计主要干部的监督使用力度，增强审计条管的凝聚力和战斗力。二要重投入促推广。要像公、检、法、司一样为县级基层审计机关配置网络设备、交通设备，实现国家审计署、省审计厅、市县审计局机关“一拖N版”联网；要更新信息中心设备，强化内网传输质量，加大审计系统计算机等综合运用转移支付力度，科学配备内外网系统设施，为提高AO、OA系统应用奠定物质基础。三要重奖励促应用。要制定严格的计算机应用考评制度，按照计算机运用奖励细则和《AO应用实例评选奖励办法》规定，根据量化记分法，年底评选、排定名次，对计算机运用成绩突出的县（区）及先进个人给予一定的物质奖励和精神奖励。四要重培训促提高。要加强系统培训，提升全员计算机水平。建议国家审计署、省审计厅可通过金审信息中心举行计算机审计讲座，AO、OA实例审计演讲等活动，为县级审计人员灌输计算机审计知识，县级审计机关也要经常派出人员到上级审计部门进行专业学习，鼓励审计机关人员参加AO认证考试培训，同时还要采取请进来的办法，加强横纵向计算机审计运用的学习和交流，促进计算机审计应用健康科学发展。