计算机的起源和发展
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信息技术
在现代信息处理技术中，传感技术、计算机技术、通信技术和网络技术为主导技术。其中计算机起到了关键作用，它首先是一种信息处理机，通过计算机可以高速度、高质量地完成信息的整理、加工、分析和存储等工作；其次，通常计算机也是其他技术中的关键设备。 在现代通信技术中计算机更是起到核心的作用，而网络技术则是计算机技术的进一步延伸。所以说信息处理过程的每一个环节都是由计算机直接或间接参与完成的。
计算机的起源和发展
计算机的起源
在第二次世界大战中，交战双方都使用了飞机和火炮，对敌方军事目标进行轰炸。若要准确命中，必须精确计算并绘制出“射击图表”。而这份“图表”需要十几个人用手摇机械计算机算几个月。美国军方为了解决此问题，组织了许多科学家参与此研究。1946年2月，美国宾夕法尼亚大学电工系的莫利奇和艾克特领导的研究小组，研制出了一台用于炮弹弹道轨迹计算的“电子数值积分和计算机” 这是世界上第一台电子计算机。
埃尼克ENIAC：第一台真正意义上的电子计算机，是Electronic Numerical Integrator And Calculator的缩写。于1946年2月在美国的宾夕法尼亚大学正式投入运行 ，ENIAC共使用了约18 800个真空电子管，重达30吨，功率174千瓦，占地约140平方米，用十进制计算，每秒运算5 000次加法。它没有今天的键盘、鼠标等设备，人们只能通过扳动庞大面板上的无数开关向计算机输入信息。
计算机的发展
新一代计算机
计算机中最基本的元件是芯片，芯片制造技术的不断进步，是推动计算机技术发展的基本动力之一。然而，以硅为基础的芯片制造技术的发展不是无限的，由于存在磁场效应、热效应、量子效应以及制作上的困难，人们正在开拓新的芯片制造技术。科学家认为，现有芯片制造方法将在未来十多年内达到极限，为此，世界各国的研究人员正在加紧开发以量子计算机、分子计算机和生物计算机等为代表的未来计算机。但目前尚未有真正意义上的新一代计算机问世。
头脑风暴：计算机的发展，将给我们未来的社会生活带来哪些新的变化？
量子计算机
量子计算机今天刷屏了——中国研究团队构建的量子计算机“九章”，实现了对玻色采样问题的快速求解，其计算速度比目前最快的超级计算机快一百万亿倍！具体报道请戳下图
不过，大部分朋友看完都只能留下一句话：“每个字我都认识但……”别担心，AI准备了一份小白友好的说明书。什么是量子计算机？量子计算机为什么厉害？量子霸权又是什么？你都能在这里找到看得懂的答案。
量子计算机是计算机吗？
是，但和我们现在所理解的“电脑”差别很大——两者的计算形式不一样，电脑通过电路的开和关进行计算，而量子计算机则是以量子的状态作为计算形式。
我们日常用的电脑，不管是屏幕上的图像还是输入的汉字，这些信息在硬件电路里都会转换成 1 和 0（在电路中则表达为“开”和“关”），再进行传输、运算与存储。正是因为这种 0 和 1 的“计算”过程，电脑才被称为“计算机”。
世界上第一台电子数字计算设备：阿塔纳索夫-贝瑞计算机 | Wikimedia Commons
量子计算机则以量子的状态作为计算形式。目前的量子计算机使用的是如原子、离子、光子等物理系统，不同类型的量子计算机使用的是不同的粒子，这次的“九章”使用的是光子。
为什么量子计算机可以“超快”？
传统的数字电路只有 0 或 1 两种选择，量子计算机使用的粒子则能够同时处于多种状态。以光子为例，光除了亮与灭，其本身有着不同的偏振态，这种偏振态可以表示除了 0 与 1 之外的多组信息，量子计算机因而能够同时承载更多内容。普通的计算机单元一次只能处理一个数据，称之为 1 个比特；量子计算机则可以一次处理 1 个“量子比特”，这不仅是0和1的状态，而是一种叠加态，可以简单认为这是包含了多个数据，从而使处理速度大大提升。
自然光在各个方向上振动（如2），通过“偏振片”（如3）的过滤后，仅留下特定方向振动的“偏振光”（如4）| Wikimedia Commons
超级计算机也以处理速度快而著称，但它与量子计算机不一样。超级计算机本质上还是以传统计算机二进制（0 与 1）为基础的，运算速度依然受限于电路的性能，而量子计算机完全属于另一个体系。
量子计算机擅长解决什么问题？
正如上面所说的，量子计算机最大的特点就是计算速度快，太快了。举个例子，小学的时候都学过质因数分解，例如 6 可以分解为 2 和 3 两个质数；但如果数字很大，质因数分解就是一个很难的数学问题。1994 年，为了分解一个 129 位的大数，科学家同时动用了 1600 台高端计算机，花了 8 个月的时间才分解成功；但量子计算机理论上只需 1 秒钟就可以破解。
大数质因数分解是许多安全系统的基础，基于此的加密算法——例如 RSA 算法，则可能会因为量子计算机的研制成功而被攻破。
量子计算机需要安装系统吗？
量子计算机本身就是一套“系统”，独立的光学组件提供了硬件，复杂的光路结构则决定了它的“算法”。例如，以光子作为量子比特的量子计算机，需要能够产生光子的单光子源，能够改变光子状态、完成“算法”的特定光路结构，还需要单光子探测器对光子的最终状态进行观测。
光量子计算机原型图 | 墨子沙龙
不过，对于量子计算机的控制，仍然需要通过普通电脑进行信息的输入和输出。就像下图这样，工作人员在普通电脑上输入初始数据，数据在量子计算机控制系统中进行复杂的转换和运算，最后得到的结果则会传输回工作人员的普通电脑上。
量子计算机的实际操作过程 | 参考文献[3]
什么是量子霸权？
只要在某些特定的问题上，量子计算机的能力超越了任何经典计算机，这就叫做“量子霸权”。虽然听起来很有震慑力，但“量子霸权”其实只是量子计算机发展的一个阶段，还没有达到最理想的状态。
目前，世界上的量子计算机研究大多是针对用某个特定的问题。例如我国这次研发出来的“九章”，就是专门用以解决玻色采样问题，这是常用来测试量子计算机优越性的热门问题。
量子计算机的理想状态则是通用量子计算机。这样的量子计算机将被用来解决任何可解的问题，在很多领域会得到广泛应用。然而，目前量子比特数还远远不够，纠错容错技术也不够完善，大大限制了计算能力。
通用量子计算机是未来的研究方向 =
量子计算机最主要的优势，是可以对数据进行同时处理。目前，更多的应用仍然是对于特定难题的计算，而想在普通的使用中发挥它的优势，或许还有待漫长的探索。
参考文档：https://baijiahao.baidu.com/s?id=1685235493857837946&wfr=spider&for=pc
