[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

本發明涉及基于生物分子的量子點計算機系統，所述系統包括生物分子運算器、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；生物分子運算器，包括多個可進行并行運算的生物分子運算器單元，內部有大量的DNA分子、RNA分子、蛋白質分子和酶，以生物分子的物理態或化學態作為量子態，通過生物分子的生物化學反應、聚合酶鏈式反應和基因調控實現可逆的量子計算和并行運算。本發明利用生物分子物理態或化學態的雙向變遷，實現量子信息的計算和存儲，耗電更低，發熱量小，計算速度快，存儲容量大，還能夠利用生物分子化學反應自動檢測故障、自動定位、自我復制和修復故障部件。

技術領域

本發明屬于生物分子和量子計算領域，具體涉及一種基于生物分子的量子點計算機系統。

背景技術

量子計算機不同于經典計算機，其遵循量子力學原理進行高速算術和邏輯運算、存儲及處理量子信息。量子計算機和經典計算機一樣，包括了硬件和軟件組成，硬件有量子晶體管、量子存儲器、量子效應器等，軟件有量子算法、量子編碼等。通常情況下，如物理裝置中計算和處理的是量子信息，或者運行量子算法，均可視為量子計算機。20世紀80年代初期，Benioff首次提出量子計算的思想，并設計了一臺可執行的、有經典類比的量子Turing機的雛形。1982年，Feynman在Benioff的基礎上提出利用量子計算機模擬各種量子力學系統，并提出了按照量子力學原理工作的新型計算機概念，也是最早的量子計算機思想。1994年，ATT公司的Perer Shor博士提出了因子分解的量子算法，即Shor算法。1996年，S.Loyd證明了Feynman的猜想，并指出量子計算機可以建立在量子圖靈機的基礎上，并模擬量子系統的演化。量子計算機相較經典計算機的運行速度更快，信息處理并行度高，在科學、國防、氣象等領域中具有極大的應用范圍。

近年來，隨著計算機科學和物理學的迅速發展，量子計算理論和量子力學實驗取得了一系列突破。2002年12和2004年4月，美國高級研究計劃局先后制定了《量子信息科學和技術發展規劃》的1.0版以及2.0版，介紹了美國發展量子計算的主要步驟和時間表。2009年11月15日，美國國家標準技術研究院研制出可處理兩個量子比特數據的量子計算機。歐洲也提出了第五個框架計劃，對包括原子、離子和諧振的不同量子系統的離散、糾纏、量子算法及信息處理進行研究。歐洲在第六個框架計劃中重點研究量子算法和加密技術，以研制高可靠、遠距離量子數據加密技術。2000年10月，日本發起了為期5年的量子計算與信息計劃，研究量子計算和量子通訊的復雜性、新型量子算法、穩定量子線路、量子自控特性和量子計算模擬器。2007年，加拿大DWave公司研制成功16量子比特的“獵戶星座”量子計算機。2015年6月22日，DWave公司又突破了1000量子位的新型量子處理器。2017年3月6日，IBM宣布推出全球首個商業通用量子計算服務，配備直接互聯網訪問能力。此外，英特爾、谷歌以及微軟等公司，也在量子計算機領域取得了進展和突破。2021年7月27日，東京大學與日本IBM宣布商用量子計算機已開始投入。

國內在量子計算機方面也在近年取得了突破性進展。2017年5月3日，中國科學院潘建偉團隊研制出了光量子計算機實驗樣機，并實現了10個超導量子比特的操縱。2020年6月18日，中國科學技術大學潘建偉、苑震生等在理論上提出原子深度冷卻新機制的基礎上，在光晶格中首次實現了1250對原子高保真度糾纏態同步制備。2020年12月4日，中國科學技術大學校潘建偉等人成功研制76個光子的量子計算原型機“九章”，求解數學算法高斯玻色取樣僅需200秒，大大優于當前世界最快超級計算機所用的6億年求解時間。2021年2月8日，合肥本源量子科技公司發布了量子計算機操作系統“本源司南”。

但是現有的量子計算機技術仍然存在一些缺點。