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2014年第23期总第167期

SILICON VALLEY

CPU的发展与量子计算机

1 2

王博，任东飞

(1. 南阳医学高等专科学校卫生管理系，河南南阳 473061 ；2. 南阳医学高等专科学校网络中心，河南南阳 473061)

摘要随着计算机的快速发展及普及，在各行各业的应用中都取得了巨大的成就，但从计算机技术而言，其发展过

程正经历着一次变革。传统的制造工艺已经不能满足计算机发展的需求，量子计算机、光子计算机等新型计算机的研

究就是该问题的解决方案，本文从 CPU的制造技术为着力点，阐述计算机变革的必然性，重点讲解量子计算机的理论，

研发可行性及目前的发展情况，对光子计算机、生物计算机也有涉及。

关键词计算机技术；CPU制造；量子计算机；光子计算机；生物计算机

中图分类号：P315 文献标识码：A 文章编号：1671-7597(2014)23-0005-02

1 概述成系统本身和蛋白质的结构中明显的表示出来。由于 DNA 分子

计算机从 1946 年正式出现在人们的生活中，到现在经历了特异性复杂，超强的并行操作，和微小性等天然特性，具有高

将近 70 年的发展，从 5000 次每秒的加法运算能力到现在的5.59 密信息存储能力，良好的相容性和较强的控制能力，但目前的

亿亿次每秒的峰值计算速度；从进行简单的科学计算到现在各生物计算机受环境的干扰，计算结果难以控制，生化反应不能

种领域的数据处理；从单机处理到现在的全球网络相互通信协保证绝对成功，和电子技术结合困难，无法使其像传统计算机

同工作；从人工连线驱动计算到现在的智能化自主控制机器人一样进行信息处理，只能活跃在计算技术方面。

的诞生；从方方面面显示出其在人类文明发展进程中的旺盛生 4)其他计算机。新型的计算机还有纳米计算机，神经网络

命力。计算机等。

计算机根据使用的主要电子元件不同分为电子管计算机、在众多的新型计算机中，量子计算机目前研究的成果比较

晶体管计算机和集成电路计算机，后者根据其集成度 (芯片中丰富，具有比较大的操作可行性和商用可能性。现有主要影响

集成元件个数)分为中小规模集成电路计算机和大规模超大规的是：量子点、离子阱、量子光学等设计方案，各方案都有关

模集成电路计算机。集成度目前已经达到了 19 亿。CPU 制造技键问题需要解决。

术的理论基石是通过增加集成度提高性能，芯片上的线宽尺寸 3 量子计算机的相关理论

要无限制缩小，极限情况下材料的物理性能将发生变化，现行

3.1 量子力学

的半导体器件将无法工作，出现系统开销增大，系统不稳定等

情况。CPU 的制造工艺使摩尔定律走到了尽头。再增加集成度 3.1.1 量子力学的五个基本假设

已经意义不大，必须有一种新的CPU 制造理论来解决。 1)量子系统状态可用希尔伯空间中的态矢量描述。

2)量子系统的所有力学量都对应希尔伯特空间中的线性厄

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