信息技术发展的前景

 新课题 主要的技术
量子计算机
生物计算机
网格计算
机器人技术
数字地球和智能化社区
因特网2和下一代因特网
虚拟现实的实用化


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。当某个装置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。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。研究可逆计算机的目的是为了解决计算机中的能耗问题。

20世纪60年代至70年代，人们发现能耗会导致计算机中的芯片发热，极大地影响了芯片的集成度，从而限制了计算机的运行速度。研究发现，能耗来源于计算 过程中的不可逆操作。那么，是否计算过程必须要用不可逆操作才能完成呢？问题的答案是：所有经典计算机都可以找到一种对应的可逆计算机，而且不影响运算能 力。既然计算机中的每一步操作都可以改造为可逆操作，那么在量子力学中，它就可以用一个幺正变换来表示。早期量子计算机，实际上是用量子力学语言描述的经 典计算机，并没有用到量子力学的本质特性，如量子态的叠加性和相干性。在经典计算机中，基本信息单位为比特，运算对象是各种比特序列。与此类似，在量子计 算机中，基本信息单位是量子比特，运算对象是量子比特序列。所不同的是，量子比特序列不但可以处于各种正交态的叠加态上，而且还可以处于纠缠态上。这些特 殊的量子态，不仅提供了量子并行计算的可能，而且还将带来许多奇妙的性质。与经典计算机不同，量子计算机可以做任意的幺正变换，在得到输出态后，进行测量 得出计算结果。因此，量子计算对经典计算作了极大的扩充，在数学形式上，经典计算可看作是一类特殊的量子计算。量子计算机对每一个叠加分量进行变换，所有 这些变换同时完成，并按一定的概率幅叠加起来，给出结果，这种计算称作量子并行计算。除了进行并行计算外，量子计算机的另一重要用途是模拟量子系统，这项 工作是经典计算机无法胜任的。

无论是量子并行计算还是量子模拟计算，本质上都是利用了量子相干性。遗憾的是，在实际系统中量子相干性很难保持。在量子计算机中，量子比特不是一个孤立的 系统，它会与外部环境发生相互作用，导致量子相干性的衰减，即消相干。因此，要使量子计算成为现实，一个核心问题就是克服消相干。而量子编码是迄今发现的 克服消相干最有效的方法。主要的几种量子编码方案是：量子纠错码、量子避错码和量子防错码。量子纠错码是经典纠错码的类比，是目前研究的最多的一类编码， 其优点为适用范围广，缺点是效率不高。

迄今为止，世界上还没有真正意义上的量子计算机。但是，世界各地的许多实验室正在以巨大的热情追寻着这个梦想。如何实现量子计算，方案并不少，问题是在实 验上实现对微观量子态的操纵确实太困难了。目前已经提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束缚离子、电子或核自旋共振、量子点操纵、超导量子干涉 等。现在还很难说哪一种方案更有前景，只是量子点方案和超导约瑟夫森结方案更适合集成化和小型化。将来也许现有的方案都派不上用场，最后脱颖而出的是一种 全新的设计，而这种新设计又是以某种新材料为基础，就像半导体材料对于电子计算机一样。研究量子计算机的目的不是要用它来取代现有的计算机。量子计算机使 计算的概念焕然一新，这是量子计算机与其他计算机如光计算机和生物计算机等的不同之处。量子计算机的作用远不止是解决一些经典计算机无法解决的问题。
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生物计算机



美国国家科学基金会于1983年11月召开了一次有近40名不同学科的科学家参加的学术会议，会议的主要议题是根据当时掌握的理论和实验研究基 础，探讨制造生物计算机的可能性。这次会议有如一种催化剂，推动了生物计算机的研究进程。现在，美国已成立了许多跨学科的生物计算机研制小组。同时，日 本、英国等国也开展了类似的研制工作。基因与蛋白质工程，重组脱氧核糖核酸（DNA）技术，聚合物化学，人造膜工艺等相邻领域的平行发展，为生物计算机系 统的创立提供了材料方法的保证。

现代电子计算机正朝着巨型化和微型化两个方向发展，其运算速度已高达五亿次以上。但是，不论哪种类型，其基本都相同，即只能处理0与1两个数值。 而且在用计算机解决某个问题之前，必须对问题进行描述，建立数学模型或给出计算公式，然后进行程序设计，也就是说人和计算机之间的相互“理解”是通过预先 编制好的程序来实现的，这对外行人来说是十分复杂和困难的。再者，现代半导体超大规模集成电路的体积已经小到1微米，很难再缩小了，这意味着，提高集成 度，以及与此相应的计算系统存储容量和快速动作，都将遇到极大的障碍。在这种情况下，科学家们设想如果借助基因工程用蛋白质制造器件，那将为计算机的发展 开辟一条新的途径。八十年代初，美国生化学家詹姆斯·麦克阿瑟第一个用重组DNA技术制成了分子生物芯片，大大提高了电路的集成度，为研制分子生物计算机 迈出了关键的一步。此后，各国科学家相继取得了许多新的成果，例如他们发现了一种由嗜盐细菌产生的有机色素——细菌紫红质，这种色素与我们眼睛视网膜的视 紫质极为相近，在受到红色和绿色激光照射时会改变自己的电子光学性能。在液氮低温条件下，细菌紫红质分子可在大约10微微秒（1微微秒=10-12秒）时 间内完成开关转换动作，利用这种开关速度将会大大提高运算速度。

生物计算机除了具有集成密度更高，运算速度更快，外形体积更小，存贮容量更大，特性功能更强之外，它最大的特点，是生物芯片上的蛋白质成分能够和 人的大脑、神经系统有机地相互连接，使人—机界面自然吻合，免除了通常必不可少且繁琐复杂的“人—机对话”。因此，分子生物计算机可以直接受人脑的统一指 挥，成为人脑的延伸和扩充部分。

美国通用电子公司研究小组设想了一种使生物计算机在人脑中活化和增殖的方法。将计算机的设计、结构的操作指令，完成后的处理说明等，按核苷酸的排 列刻在基因中，然后将这个计算机基因编入到人的基因。于是，从双亲取得计算机基因的婴儿从胎儿阶段起，随着脑神经组织的发育使生物计算机在脑中成长，生下 时，生物计算机将作为自己的器官配备。还有一种方法是将计算机基因载在病毒上带进脑中。如果生物计算机果真能在人的大脑中共生，那么人的智能便会不可估 量。不管怎样复杂的计算，只要人的大脑思考，连接大脑的计算机网络就马上会作出回答。如果将世界上的数据库与大脑连接起来，一个人就可掌握世界上正在工作 的计算机的全部数据，并作为自己的记忆，可随时取出。再者，如果脑内生物计算机用脑神经细胞活动控制器以一定的方式输送或接收信号，那么至今尚被人怀疑的 “心灵感应”也将成为人所共有的功能，不足为奇。

生物计算机为我们描绘了神话般的应用前景，科学的进步曾使许多神话成为现实，生物计算机的崛起将使人类的进步迈上新的台阶。

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网格计算是构筑在互联网上的一组新兴技术，致力于将高速互联网、高性能计算机、大型数据库、远程设备等连通和“一体化”，为科学技术人员和普通百 姓提供更多资源的全面连通，包括计算资源、存储资源、通信资源、软件资源、信息资源、知识资源等，让人们透明地使用该资源和功能。
网格计算一般可分为3个逻辑部署级别。
部门级计算 部门级计算作为最简单和最通用的网格形式，包含通过网络互连的多个系统，提供最大限度的利用率和“基于优先级”资源分配。可以包含分布式工作站和服务器以及数据中心环境中的集中化资源。一般由单个项目或部门所有和使用，可以支持高吞吐量和高性能作业。
企业级计算 企业级计算随着容量需求的增加，可以把多个部门级网格形式组合成一个企业网格形式，使多个管理域的资源一般占据同一地理位置。企业网格除优先级之外还利用“策略”，以确保多个组或部门公平地按需访问企业资源。
互联网级计算 互联网级计算代表一个由多个企业网格组成的集合，所有企业网格都遵守全球共用策略和协议，但不必具有同样的实施方法。
网格计算环境一般可分为网格节点、中间件、开发环境和工具层及应用层。
网格节点由分布在Internet上的各类资源组成，包括各类主机、工作站甚至PC机。它们是异构的，可运行在Unix、Windows等各种操作系统上。网格节点也可以是上述机型的集群系统、大型存储设备、数据库和其他设备。
中间件是网格计算的核心，负责提供远程进程管理、资源分配、存储访问、登录和认证、安全性和服务质量等。
开发环境和工具层提供用户二次开发环境和工具，以便更好地利用网络资源。
应用层提供系统能接受的语言，如HP C++和MPI等，可配置其他一些支持工程应用、数据库访问的软件，还可提供Web服务接口，使用户可以使用Web方式提交其作业并取得计算结果。
网格计算近几年来发展速度较快，各家标准也不尽相同，出现了网格计算没有世界标准的局面。目前最大的任务就是制定一套标准，即所谓的开放网格服务接口和网 格计算的开放标准。业界认为，今年会出现第一个网格计算标准，这对于网格计算来说预示着一个大规模的爆炸发展时期的到来。

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首先我介绍一下机器人产生的背景，机器人技术的发展，它应该说是一个科学技术发展共同的一个综合性的结果，也同时，为社会经济发展产生了一个重大影响的一门科学技术，它的发展归功于在第二次世界大战中，各国加强了经济的投入，就加强了本国的经济的发展。

另一方面它也是生产力发展的需求的必然结果，也是人类自身发展的必然结果，那么人类的发展随着人们这种社会发展的情况，人们越来越不断探讨自然过程中，在改造自然过程中，认识自然过程中，实现人们对不可达世界的认识和改造，这也是人们在科技发展过程中的一个客观需要。

那么什么是机器人呢？人们一般的理解来看，机器人是具有一些类似人的功能的机械电子装置，或者叫自动化装置，它仍然是个机器，它有三个特点，一个是有类人 的功能，比如说作业功能，感知功能，行走功能，还能完成各种动作，它还有一个特点是根据人的编程能自动的工作，这里一个显著的特点，就是它可以编程，改变 它的工作、动作、工作的对象，和工作的一些要求，它是人造的机器或机械电子装置。但从完整的更为深远的机器人定义来看，应该更强调机器人智能，所以人们又 提出来机器人的定义是能够感知环境，能够有学习、情感和对外界一种逻辑判断思维的这种机器。那么这给机器人提出来更高层次的要求，展望21世纪，机器人将 是一个与20世纪计算机的普及一样，会深入地应用到各个领域，在21世纪的前20年是机器人从制造业走向非制造业的发展一个重要时期，也是智能机器人发展 的一个关键时期。

刚才我们用了短暂的时间，讲了机器人的发展以及我们对机器人的看法，进行了简单地介绍，相信大家在今后的学习中，能够加入到我们研究机器人这个行列中。

相关文章
http://www.cctv.com/lm/131/61/79555.html
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数字地球

是人类以数字的形式再现的地球信息场，是信息化的地球。它包括地球信息的获取、处理、传输、存储管理、检索、决策分析和表达等内容。它外在表现为超大型并 行、互连和智能的计算机管理信息系统。空间、地下和地面的各种传感器，计算机网络，计算机数据处理中心，生物和非生物的信息前端、终端及载体等是数字地球 的基础设施。（一解） 从狭义的地学技术面来看，数字地球技术主要包括地理信息系统（GIS）、遥感（RS）和全球定位系统（GPS）等技术。美国副总统戈尔认为，数字地球是指 以地球坐标为依据的、具多分辨率的、由海量数据组成的、能立体表达的虚拟地球。（二解）

什么是智能化社区？

在智能建筑行业，目前主要存在两个大的分支，一个是智能大厦，另一个就是智能社区。智能社区的发展，起源于智能建筑，所以要想了解智能化社区，就 应该对智能大厦进行一些了解。 智能大厦是指通过将建筑物的结构、系统、服务和管理四项基本要求以及它们之间的内在关系进行最优化，来提供一个投资合理的、具有高效、舒适、便利的环境的 建筑物。如果把建筑物的结构和装修比成一个人具有健康的身体和俊美的外表，那么通过各种现代化技术所构建的智能化系统，则使建筑物具备了聪明的脑子和敏锐 的视觉、感觉、听觉，它可对建筑物内外的信息进行收集、处理，并通过智能化系统做出适当的反应，为建筑物的管理者和使用者提供各种信息，营造一个安全、舒 适、高效、便利的环境。
智能社区是在智能建筑的基础上进行升化而成，由于智能社区是人们生活、休闲、娱乐的场所，因此除了具有和上述智能大厦具有同样的要求之外，更加强调的是通 过智能化系统，实现对其住户更加周道而及时的服务，以及对整个社区更加人性化的管理，同也可大大提高开发商和物业管理公司的经济效益。
让我们相象一个真正的智能化社区，是一种什么样的感觉。您如果想了解某个智能化社区，不管您在何处，都可通过网络连上社区的计算机信息系统，对社区的环 境、设施、服务进行了解，可以看到社区环境、建筑等的实时图像，以使您足不出户即可对社区有一个深入的了解。您在一个智能化社区中购置了一个物业后，您更 能感受到智能化社区给您带来的便利。您每天在离家去上班时，家中的空调、电力等均会调至节能状态，安防系统自动启动，您家中则立即成为了安全的保垒，不论 是谁要试图闯入您家中，防盗装置都会立即启动，立刻给物业管理中心、保卫处等发出报警信息，并可给110等公安系统报警，同时可拨打你的电话，将报警信息 传送到您的手机上。而当你下班回家时，您可在路上通过电话将空调、照明系统唤醒，将房间内温、湿度调至你想要状态，甚至可以让自动化的厨具为您煮好咖啡。 您用的个人卡打开您的家门后，您就进入了一个舒适的环境，同时音响系统中播出你喜欢的音乐，高清晰度电视中可播放出您喜欢的频道中的电视节目或者留言、日 程安排等。如果你需要在家中办公，你可通过小区的宽带网和您办公室的电脑连接，方便的调用办公室的资料、使您在家中办公和在办公室一样方便。如果您想要看 您想看的电视节目，您可通过小区的视频点播系统任意选择您想要的电视节目。如果想要购物而又不愿出门，可通过网络进行网上购物。一会儿就有人送上门来，而 您只需用您的卡进行结算。而这张卡同时也是进门，进出自动化车库的卡。如果想休息，空调、照明系统进行休息状态，把温度、照度调到最适合睡眠的状态，而煤 气报警、火灾报警则在随时监视着各种不安全因素。如果出现了紧急或意外情况，你可马上按动床边、卫生间等处的紧急按钮，保卫处接到报警信号则马上派人在第 一时间前来处理。而在室外、社区周边，电视监控系统、周边报警系统等紧密的监视着出入口、围墙，防止的任何的非法闯入行为。而保安员则在电子巡更系统的规 定下进行定时定点的巡逻，确保小区的安全。
在这样的智能化社区中，您还可以足不出户就可以去网上图书馆看书、去网上大学受教育、去网上医院医疗、去网上游戏室娱乐，而且这样种种的便利还将随着技术的发展而进步，将使人们有更多的时间来进行工作和休息，大大提高生活的质量。

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1.什么是虚拟现实技术
所谓虚拟现实，就是把一个场景或一个物体的前后左右一览无余地推到观者的眼前，虚拟现实技术就是居于这样一种构想而研发的数字化、网络化技术。随着数字影 像技术和Internet技术的不断发展，可以用一个专用的播放软件在互联网上播放全景图像或展示一个产（物）品，也可以虚拟一个人在某个自然环境或场合 中来环视现实生活的三维立体空间，用户通过使用鼠标和键盘控制观察景物的方向，可左可右可近可远，使您感到就在真实的环境当中浏览大好风光。
2.虚拟现实技术的主要应用有哪些

虚拟现实技术的应用目前大致分为三类，分别是虚拟场景、虚拟漫游和虚拟物体。


3.什么是虚拟场景

虚拟场景就是人在一个固定的点来环视四周的环境，通地前后左或移动鼠标来模拟人眼的视角，可以足不出户就把虚拟环境中的很多细节一览无余地尽收眼底。

4.什么是虚拟漫游

虚拟漫游是把若干个虚拟场景中的景象通过电子地图或建筑方位图有机地结合在一起，用户可以一个空间或视角跳转到另人个空间或视角，就好像在一个大的地域范围内实现漫游一样，这在大型商场、酒店、楼市或房产户型、以及旅游的行业应用相当广泛。

5.什么是虚拟物体

虚拟物体，就是对一个产（物）品进行360度全方位立体式的展示和观察，小到一个茶杯，大到一辆小汽车，只要是便于旋转的物体都可以放到虚拟的环境中来做展示。

6.虚拟现实技术的行业应用
技术只有应用服务，同样