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NSA加密破解计划
量子计算机的最新应用
IBM研究人员完成了四量子位原型电路，为推出真正量子计算 机奠定基础。该电路采用四个超低温超导设备构建。这是量子 芯片难以构建的技术瓶颈。计算机行业将需要找到一种新的增 长方式，来提供芯片性能提升，突破瓶颈。IBM目前把赌注押 在量子计算机上，这有可能超越传统计算机，帮助开发新一代 的数据分析、机器学习和加密计算方式。
这台可编程量子计算机的核 心部件是一个标有金黄图案 的铝晶片，其中包含了一个 直径大约200微米的微型电 磁圈。由于量子比特可能产 生多种操作可能，因此科学 家们在实验中随机选取了 160可能操作进行了演示， 来验证处理器的通用性。每 次操作都用31个不同的量子 逻辑门去将2个量子比特编 码至一个激光脉冲中。
种 类
01
生物分子 超分子芯片
立足于传统计算机模式， “生物化学电路” 即属于此。
02
仿生算法
以生物智能为基础。
03
自动机
模型
以自动理论为基础。 在非数值计算、模拟、识别方面有极大 的潜力。
19
种 类
04
生物化学 反应算法
立足于可控的生物化学反应或反应系 统。DNA计算机属于此类。
05
细胞 计算机
2013年6月8日，由中国 科学技术大学潘建伟院士 领衔的量子光学和量子信 息团队的陆朝阳、刘乃乐 研究小组，在国际上首次 成功实现了用量子计算机 求解线性方程组的实验。
量子计算机的最新应用
正如大多数人所了解的，量子计算机在密码破解上有着巨大潜力。当今 主流的非对称（公钥）加密算法，如RSA加密算法，大多数都是基于大 整数的因式分解或者有限域上的离散指数的计算这两个数学难题。他们 的破解难度也就依赖于解决这些问题的效率。传统计算机上，要求解这 两个数学难题，花费时间为指数时间（即破解时间随着公钥长度的增长 以指数级增长），这在实际应用中是无法接受的。而为量子计算机量身 定做的秀尔算法可以在多项式时间内（即破解时间随着公钥长度的增长 以k次方的速度增长）进行整数因式分解或者离散对数计算，从而为 RSA、离散对数加密算法的破解提供可能。
01 量子计算机 02 生物计算机
量子计算机
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。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。
01
同时完成 处理数据
02
微型化 集成化
与经典计算 机相比的三
大优点
03
自动回避 故障
21
优点
01
体积小,功效高
02
永久性与可靠性
03
存储与并行处理
04
发热与信号干扰
05
数据错误率
22
a
构造的现实性及计算潜力
缺
b
运算过程中的错误问题
点
c
人机界面
23
发展进程
1983年，美国公布了研制生物计算机的设想之后，立即激起了包括美国 在内的日本、德国和俄罗斯的科学家正在积极开展生物芯片的开发研究， 发达国家开始了研制的热潮
采用系统遗传学原理、合成 生物技术。
06
生物 计算机
可以做复杂的计算与信息处理， 细胞计算机又称为湿计算机， 目前的计算机是干计算机
20
原理
与传统电子计算机以“0”和“1”来代表 信息不同，在DNA计算机中，信息将以分 子代码的形 式排列于DNA上，特定的酶可 充当“软件”来完成所需的各种信息处理 工作
1994年
中科院曾邦哲发表系统生物工程的基因组蓝图设计与生物机器装 配、生物分子电脑与细胞仿生工程等仿生学与基因工程的整合概 念。发表系统生物工程的基因组蓝图设计与生物机器装配、生物 分子电脑与细胞仿生工程等仿生学与基因工程的整合概念。
发展进程及应用
目前，生物芯片仍处于研制阶段，但在生物元件，特别是在生物传 感器的研制方面已取得不少实际成果。这将会促使计算机、电子工程和 生物工程这三个学科的专家通力合作，加快研究开发生物芯片。
生物计算机一旦研制成功，可能会在计算机领域内引起一场划时代 的革命。
计算机工业在近几十年内飞速发展，其速度令人瞠目。然而目前晶 体管的密度已近当前所用技术的理论极限，晶体管计算机能否继续发展 下去？所以，人们在不断寻找新的计算机结构。另一方面，人们在研究 人工智能的同时，借鉴生物界的各种处理问题的方式，即所谓生物算法， 提出了一些生物计算机的模型，部分模型已经解决了一些经典计算机难 以解决的问题。
生物计算机
14
传统计算机的瓶颈
“摩尔定律”失效 芯片测试困难 晶体管增加困难
生物 计算机
15
优 缺 点
16
仿生
生物计算机
也称仿生计算机，是以蛋白质 分子为原材料，并以此作为生物芯 片来替代半导体硅片，利用有机化 合物存储数据。有巨大抗干扰能力 和存储能力，并能模仿人脑的一种 新型计算机
17
量
子
量子计算机为什么会有这么大的威
计 算
力呢？其根本原因在于构成量子计 算机的基本单元——量子比特 （q-bit），它具有奇妙的性质，
机 的
这种性质必须用量子力学来解释， 因此称为量子特性。为了更好地理 解什么是量子比特，让我们看看经
工 作
典计算机的比特与量子计算机的量
子比特有什么不同。量子比特是 由量子态相干叠加而成.我们就
原
采用有两个Baidu Nhomakorabea级的原子来做量
理
子计算机的q-bit。
量子计算机的里程碑
首台商用量子计算机 . 首台编程通用量子计算机
首次实现线性方程组量子算法
2007年初，加拿大公司DWave Systems今天揭开了“全 球第一台商用实用型量子计算 机”的神秘面纱，展示了这台 新型计算机“Orion”如何运行 商用程序，及其在解决特定问 题上相比传统电子计算机的巨 大优势。 D-Wave称，这一系统可以在 今后加入更多的量子位，计划 在2013年底达到32个，2014 年底增至1024个，计算能力则 会呈指数级增长。
发展进程
2002年 1999年
在德国提出分20子08 模块、细胞器、基因群设计细胞并设计细胞信号 通讯的生物计算机模型，从而拓展了多元细胞计算机与层次的概 念。生物计算20机07 研究与开发成为现代合成生物学的重要内容。
2006
中科院曾邦哲提出把遗传信息系统看作基因组智能人工编制基因程 序，重新设计细胞内复杂生物分子相互作用网络，使细胞成为人工 生命系统并在线公布了人工设计细胞内分子电路系统的概念图从而 提出计算机仿生学、基因工程的细胞分子机器的设计与装配研究 。
量子计算机的最新应用
IBM研究人员完成了四量子位原型电路，为推出真正量子计算 机奠定基础。该电路采用四个超低温超导设备构建。这是量子 芯片难以构建的技术瓶颈。计算机行业将需要找到一种新的增 长方式，来提供芯片性能提升，突破瓶颈。IBM目前把赌注押 在量子计算机上，这有可能超越传统计算机，帮助开发新一代 的数据分析、机器学习和加密计算方式。
这台可编程量子计算机的核 心部件是一个标有金黄图案 的铝晶片，其中包含了一个 直径大约200微米的微型电 磁圈。由于量子比特可能产 生多种操作可能，因此科学 家们在实验中随机选取了 160可能操作进行了演示， 来验证处理器的通用性。每 次操作都用31个不同的量子 逻辑门去将2个量子比特编 码至一个激光脉冲中。
种 类
01
生物分子 超分子芯片
立足于传统计算机模式， “生物化学电路” 即属于此。
02
仿生算法
以生物智能为基础。
03
自动机
模型
以自动理论为基础。 在非数值计算、模拟、识别方面有极大 的潜力。
19
种 类
04
生物化学 反应算法
立足于可控的生物化学反应或反应系 统。DNA计算机属于此类。
05
细胞 计算机
2013年6月8日，由中国 科学技术大学潘建伟院士 领衔的量子光学和量子信 息团队的陆朝阳、刘乃乐 研究小组，在国际上首次 成功实现了用量子计算机 求解线性方程组的实验。
量子计算机的最新应用
正如大多数人所了解的，量子计算机在密码破解上有着巨大潜力。当今 主流的非对称（公钥）加密算法，如RSA加密算法，大多数都是基于大 整数的因式分解或者有限域上的离散指数的计算这两个数学难题。他们 的破解难度也就依赖于解决这些问题的效率。传统计算机上，要求解这 两个数学难题，花费时间为指数时间（即破解时间随着公钥长度的增长 以指数级增长），这在实际应用中是无法接受的。而为量子计算机量身 定做的秀尔算法可以在多项式时间内（即破解时间随着公钥长度的增长 以k次方的速度增长）进行整数因式分解或者离散对数计算，从而为 RSA、离散对数加密算法的破解提供可能。
01 量子计算机 02 生物计算机
量子计算机
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。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。
01
同时完成 处理数据
02
微型化 集成化
与经典计算 机相比的三
大优点
03
自动回避 故障
21
优点
01
体积小,功效高
02
永久性与可靠性
03
存储与并行处理
04
发热与信号干扰
05
数据错误率
22
a
构造的现实性及计算潜力
缺
b
运算过程中的错误问题
点
c
人机界面
23
发展进程
1983年，美国公布了研制生物计算机的设想之后，立即激起了包括美国 在内的日本、德国和俄罗斯的科学家正在积极开展生物芯片的开发研究， 发达国家开始了研制的热潮
采用系统遗传学原理、合成 生物技术。
06
生物 计算机
可以做复杂的计算与信息处理， 细胞计算机又称为湿计算机， 目前的计算机是干计算机
20
原理
与传统电子计算机以“0”和“1”来代表 信息不同，在DNA计算机中，信息将以分 子代码的形 式排列于DNA上，特定的酶可 充当“软件”来完成所需的各种信息处理 工作
1994年
中科院曾邦哲发表系统生物工程的基因组蓝图设计与生物机器装 配、生物分子电脑与细胞仿生工程等仿生学与基因工程的整合概 念。发表系统生物工程的基因组蓝图设计与生物机器装配、生物 分子电脑与细胞仿生工程等仿生学与基因工程的整合概念。
发展进程及应用
目前，生物芯片仍处于研制阶段，但在生物元件，特别是在生物传 感器的研制方面已取得不少实际成果。这将会促使计算机、电子工程和 生物工程这三个学科的专家通力合作，加快研究开发生物芯片。
生物计算机一旦研制成功，可能会在计算机领域内引起一场划时代 的革命。
计算机工业在近几十年内飞速发展，其速度令人瞠目。然而目前晶 体管的密度已近当前所用技术的理论极限，晶体管计算机能否继续发展 下去？所以，人们在不断寻找新的计算机结构。另一方面，人们在研究 人工智能的同时，借鉴生物界的各种处理问题的方式，即所谓生物算法， 提出了一些生物计算机的模型，部分模型已经解决了一些经典计算机难 以解决的问题。
生物计算机
14
传统计算机的瓶颈
“摩尔定律”失效 芯片测试困难 晶体管增加困难
生物 计算机
15
优 缺 点
16
仿生
生物计算机
也称仿生计算机，是以蛋白质 分子为原材料，并以此作为生物芯 片来替代半导体硅片，利用有机化 合物存储数据。有巨大抗干扰能力 和存储能力，并能模仿人脑的一种 新型计算机
17
量
子
量子计算机为什么会有这么大的威
计 算
力呢？其根本原因在于构成量子计 算机的基本单元——量子比特 （q-bit），它具有奇妙的性质，
机 的
这种性质必须用量子力学来解释， 因此称为量子特性。为了更好地理 解什么是量子比特，让我们看看经
工 作
典计算机的比特与量子计算机的量
子比特有什么不同。量子比特是 由量子态相干叠加而成.我们就
原
采用有两个Baidu Nhomakorabea级的原子来做量
理
子计算机的q-bit。
量子计算机的里程碑
首台商用量子计算机 . 首台编程通用量子计算机
首次实现线性方程组量子算法
2007年初，加拿大公司DWave Systems今天揭开了“全 球第一台商用实用型量子计算 机”的神秘面纱，展示了这台 新型计算机“Orion”如何运行 商用程序，及其在解决特定问 题上相比传统电子计算机的巨 大优势。 D-Wave称，这一系统可以在 今后加入更多的量子位，计划 在2013年底达到32个，2014 年底增至1024个，计算能力则 会呈指数级增长。
发展进程
2002年 1999年
在德国提出分20子08 模块、细胞器、基因群设计细胞并设计细胞信号 通讯的生物计算机模型，从而拓展了多元细胞计算机与层次的概 念。生物计算20机07 研究与开发成为现代合成生物学的重要内容。
2006
中科院曾邦哲提出把遗传信息系统看作基因组智能人工编制基因程 序，重新设计细胞内复杂生物分子相互作用网络，使细胞成为人工 生命系统并在线公布了人工设计细胞内分子电路系统的概念图从而 提出计算机仿生学、基因工程的细胞分子机器的设计与装配研究 。