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1、诺贝尔奖与仪器分析小论文浅谈计算机在科学研究方面的突出贡献以“诺贝尔奖”获奖成果为例的分析姓名：王金科 学号：1043111051 学院：软件学院 专业：软件工程 指导老师：吴鹏计算机科学主要的研究范畴包括计算机理论、计算机硬件、计算机软件、 计算机网络及计算机应用等。科学研究是计算机的传统应用领域。主要用来进行 科技文献的存储与查询、仿真计算、虚拟现实、复杂现象的跟踪与分析以及知识 发现等。一、计算机仿真技术仿真就是应用计算机对复杂现实系统经过抽象和简化形成系统模型，然后在 分析的基础上运行此模型，从而得到系统一系列的统计性能。计算机仿真技术可以缩短决策时间，避免资金、人力和时间的浪费。可以
2、重 复进行，优化实施方案，具有很高的科学研究价值和巨大的经济效益。首先由于仿真技术在应用上的安全性，使得航空、航天、核电站等成为仿真 技术最早的和最主要的应用领域。特别是在军事领域，新型的武器系统、大型的 航空航天飞行器在其设计、定型过程中，都要依靠仿真试验进行修改和完善。其 次从仿真的经济性考虑，由于仿真往往是在计算机上模拟现实系统过程，并可多 次重复运行，使得其经济性十分突出。采用模拟器培训工作人员，经济效益和社 会效益也十分明显。另外，从环境保护的角度考虑，仿真技术也极具价值，如现 代核试验多是在计算机上仿真进行。二、虚拟现实技术虚拟现实技术是一种高度逼真地模拟人在自然环境中视、听、动等
3、行为的人 机界面技术，按其功能不同，可分成三种类型：（1）沉浸型虚拟现实系统：是一套比较复杂的系统。使用者必须头戴头盔、 手带数据手套等传感跟踪装置，才能与虚拟世界进行交互。优点是用户可完全沉 浸到虚拟世界中去，缺点是系统设备价格昂贵，难以普及推广。（2）简易型虚拟现实系统：由一台普通的计算机系统组成，使用者通过键 盘、鼠标便可与虚拟环境进行交互。特点是结构简单、价格低廉，易于普及推广， 是一套经济实用的系统。（3）共享型虚拟现实系统：是利用远程网络，将异地的不同用户联结起来， 共享一个虚拟空间，多个用户通过网络对同一虚拟世界进行观察和操作，达到协 同工作的目的。虚拟现实系统的通常由3个子系统
4、构成：视觉子系统，提供的信息使参与者 可以感知环境及其变化；听觉子系统，给参与者一个覆盖360度球体的声音环境， 从而可以增强虚拟环境的真实性；触觉子系统，可以使参与者能够感觉到物体的 运动阻力、表面纹理、材质和弹性等。虚拟现实技术广泛地应用于各个领域，科学研究与实验、教育与培训、制造、 建筑、艺术娱乐、遥控操作、城市规划等。尽管目前虚拟现实系统的硬件设备还 比较昂贵，虚拟现实技术尚未能普及。但是，随着虚拟现实技术的不断发展和完 善，以及硬件设备价格的不断降低，我们相信，虚拟现实技术以其自身强大的优 势和潜力，最终会在许多领域广泛应用并发挥其重要作用。三、文件存储与检索系统科技文献的检索与查询
5、是开展科学研究工作的先导。在进行任何一项科学研 究工作之前都必须对该课题国内外的研究状况有一个全面、深入的了解，这样才 能够继承前人所取得的成果、避免花费无谓的精力去重复做他人已经做过的工作 或者重蹈他人已经失败的覆辙。在信息化的社会中，科技文献正在以爆炸性的速度急剧地增加。据统计，目 前全世界每年发表的科技论文多达500万篇以上、科学杂志已达数十万种、每天 约有近百亿信息单元的信息量在网上传递，如此庞大的信息量，只有依靠计算机 来检索和存储才能进行正常有效的科学研究和科技成果的交流。计算机智能技术在生物医学实验与医学诊断中的应用：（1）控制实验室条件。室内的温湿度，光线等用计算机自动控制，以
6、保持 实验室环境条件的绝对恒定。计算机做药物在体内代谢的实验时，只要把一种药 物的投药方法、剂量及给药间隔时间送入系统，药物在体内的代谢曲线即可在荧 光屏上出现，它比化学方法测定血药尝试快而准确，效率高。（2）模拟实验。模拟实验大体分为两种：第一种是将研究现象先作数学约 理研究，通过电脑运算得出结果，然后再做动物实验验证，这样可取代大量的动 物实验。第二种模拟研究是当现实条件不可能时，求助于电脑，这种研究方法可 以开拓新的局面。（3）智能诊断。护士在计算机的辅助下系统地解决病人不断出现的各种健 康问题，为病人提供适合其个人需要的最佳护理和健康指导。计算机系统可根据 病人情况，指出病人每天需要各
7、种物质及其输液的数量，大大提高工作质量和效 率。临床用药监护仪。具有检索504种常用中西药物的潜在性相互作用，不良反 应、禁忌证及204种注射液的pH值、配伍变化、成人剂量及老幼折算等七种功 能，是应用于医疗卫生作为瞻性用药监护和回顾医疗质量分析的工具。专家系统、 人工神经网络、模糊系统、进化算法、数据提取、知识探索等都属于计算机智能 的范畴。今年的诺贝尔物理学奖被授予法国科学家阿罗什与美国科学家维因兰德，以表彰他们 在量子光学领域作出的突出贡献。阿罗什是腔量子电动力学（CQED）的奠基人之一。腔量子 电动力学在上世纪八十年代起步，早期主要研究原子性质受高Q谐振腔影响的程度，再后 来发展到利用
8、高Q谐振腔研究光子和原子的耦合作用。阿罗什利用高Q谐振腔成功地实现 了对腔内光子态的量子无损测量。维因兰德的突出贡献在于离子囚禁和冷却技术的发展，他 是最早提出利用激光冷却离子，利用离子阱囚禁离子的科学家之一，并成功地在实验上实现 了单个离子的囚禁，量子态的操纵以及探测，并利用这些技术发展了光学频率标准，有望成 为下一代时间定义基准。两位科学家的研究为量子物理学实验开辟了一扇大门，实现了原先 人们认为不可能实现，只能想象的实验。量子计算机最基本的数据单位依然是比特0或1。但与常规计算机不同， 一个量子构成的量子比特，可以同时表现为0和1，两个量子比特就是00、01、 10、11四种状态。以此类
9、推，300个量子比特承载的数据量便可达到2的300 次方，超过整个宇宙的原子数量总和。同时，它的运算速度极快。张卫平说，虽 然整体上量子计算机与实用还有很远的距离，但既然其最基础的部分一一得到1 个量子比特已获成功，那么，说不定本世纪内相关技术就能成熟，从而给人类带 来新的计算革命。与量子计算机相比，光钟更接近现实。正因为可以操控单个量子，科学家就 能按意愿调控量子的振荡频率，直到光频段。量子振荡相当于钟摆，频率越高， 精度越高。目前，实验中的光钟比此前最先进的铯原子钟精准数百倍若这座 钟从宇宙发端之日起运行，至今的误差只有5秒。借助这样的钟，GPS卫星能更 精确地进行全球定位，科学家甚至可以用它来观测因为步行导致的时间变慢 相对论认为，运动会导致时间变慢；接近光速时，时间将趋于停止。超级计算机是计算机中功能最强、运算速度最快、存储容量最大的一类计算 机，多用于高科技领域和极端技术研究，是国家科技发展水平的重要标志。超级 计算机常用于需要大量运算或者软件模拟实验，譬如运算化学、分子模型、物理 模拟、密码分析等等。
