[發明專利]基于生物分子的量子點計算機系統及其控制方法

在審

• 申請號: 202111495467.4
• 申請日: 2021-12-08
• 公開（公告）號: CN114358293A
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 蔡政英;董家慧子;陳旭暉
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G06N10/20
• 分類號: G06N10/20;G06N10/70;G06N3/12;G06F11/07;G06F11/16
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

1.基于生物分子的量子點計算機系統，其特征在于，所述系統包括多個生物分子運算器（1）、生物分子控制器（2）、多個生物分子存儲器（3）、生物分子指令集組件（4）、生物分子量子點計算機總線（5）和多個生物分子量子點計算機I/O接口（6）；

所述系統將用戶計算指令解析為生物分子指令，執行生物分子指令進行量子計算、量子通信，將最終計算結果以用戶可讀形式輸出；所述生物分子指令，由生物分子控制器在運算時調度生物分子運算器、生物分子存儲器、指令集組件、生物分子量子點計算機總線和生物分子量子點計算機I/O接口，并操作生物分子完成一系列可逆生物化學反應、聚合酶鏈式反應和基因調控；

生物分子運算器（1）內部有大量的DNA分子、RNA分子、蛋白質分子、堿基和酶，以這些生物分子的物理態或化學態作為量子態，接受生物分子控制器的控制指令，通過生物分子的可逆生物化學反應、聚合酶鏈式反應和基因調控完成可逆的量子算術和邏輯運算；所述生物分子的物理態包括生物分子的三維空間形狀、構象、蛋白質序列、基因序列、堿基、氫鍵、離子鍵、范德華力和疏水作用；所述生物分子的化學態包括生物分子元素的價態、化合態、無機態和有機態、結合態和結構態；

生物分子控制器（2）包括用戶指令地址存儲單元（202）、調度單元（201）和時序單元（203）；

時序單元（203）為生物分子運算器、生物分子控制器、生物分子存儲器、生物分子指令集組件、生物分子量子點計算機總線和生物分子量子點計算機I/O接口提供同步時序信息，確保基于生物分子的量子點計算機系統各部件同步操作，按次序完成用戶的操作指令，得到所需的量子計算結果；

用戶指令地址存儲單元（202），用于保存當前指令的地址；

調度單元（201），根據量子計算任務優化調度多個生物分子運算器、多個生物分子存儲器、指令集組件、多個生物分子量子點計算機總線和多個生物分子量子點計算機I/O接口，以最優的效率實現不同部件的量子并行運算；

生物分子存儲器（3），包括呈陣列排列的生物分子存儲單元（301）和存儲地址尋址單元（302）；

生物分子存儲單元（301）包括生物分子以及生物分子中的DNA分子、RNA分子、蛋白質分子、堿基和酶，生物分子作為生物分子存儲單元的基本存儲位，利用生物分子的不同物理態或化學態存儲量子信息；

存儲地址尋址單元（302），用于尋找指定的存儲單元地址；

生物分子存儲器（3）接受生物分子控制器的控制指令，為生物分子運算器提供計算數據輸入或計算結果數據暫存或輸出；

生物分子存儲器（3）收到生物分子指令產生的量子態編碼時，利用生物分子運算器（1）的量子態與生物分子存儲器（3）中生物分子存儲單元進行量子糾纏操作，改變存儲單元的量子態，實現量子信息的存儲；

生物分子存儲器（3）將存儲單元的量子態數據發送至生物分子量子點計算機總線（5），或經生物分子量子點計算機I/O接口（6）將計算結果的量子態傳輸給外部設備或經典計算機，供用戶進一步使用；

生物分子指令集組件（4）包括生物分子指令存儲單元（401）、生物分子指令尋址單元（402）和組合邏輯電路（403）；

生物分子指令存儲單元（401），存儲多條生物分子指令的二進制編碼，記錄每條生物分子指令包含的微操作步驟，以及每個微操作步驟所涉及的硬件和軟件資源；

生物分子指令尋址單元（402），根據所需執行的生物分子指令地址找到相應的生物分子指令內容；

組合邏輯電路（403），用于將外部設備輸入信號的二進制指令編碼轉換成量子態編碼；

生物分子量子點計算機總線（5）連接所述的量子點計算機系統內部的不同量子位，所述生物分子量子點計算機總線包括短距離總線、中距離總線和遠距離總線；

短距離總線利用電子連接線連接相鄰量子位，即采用電子連接線在生物分子間建立總線連接；中距離總線使用量子振動在生物分子間建立連接通道，將生物分子的量子態轉換為量子振動信號或相反轉換；遠距離總線使用光子在生物分子間建立連接通道，將生物分子的量子態轉換為光子偏振信號或相反轉換，直接傳輸光子作為量子態信息，并進行量子位元間遠距離信息運算和量子操作；

生物分子量子點計算機I/O接口（6）用于提供其他外部設備與所述系統的連接通道，包括與外部的其他經典計算機或量子計算機通信的連接通道；

所述生物分子量子點計算機I/O接口（6）將外部設備的輸入信號轉換為生物分子運算器、生物分子存儲器可識別的量子態信號，通過生物分子量子點計算機總線（5）輸入所述的量子點計算機系統內部；

所述生物分子量子點計算機I/O接口（6）將生物分子運算器、生物分子存儲器的量子態信號轉換為外部設備能夠識別的輸出信號，通過生物分子量子點計算機總線（5）將所述的基于生物分子的量子點計算機系統內部數據輸出至外部，供外部設備使用。