[发明专利]基于生物分子的量子点计算机系统及其控制方法

权利要求书

1.基于生物分子的量子点计算机系统，其特征在于，所述系统包括多个生物分子运算器（1）、生物分子控制器（2）、多个生物分子存储器（3）、生物分子指令集组件（4）、生物分子量子点计算机总线（5）和多个生物分子量子点计算机I/O接口（6）；

所述系统将用户计算指令解析为生物分子指令，执行生物分子指令进行量子计算、量子通信，将最终计算结果以用户可读形式输出；所述生物分子指令，由生物分子控制器在运算时调度生物分子运算器、生物分子存储器、指令集组件、生物分子量子点计算机总线和生物分子量子点计算机I/O接口，并操作生物分子完成一系列可逆生物化学反应、聚合酶链式反应和基因调控；

生物分子运算器（1）内部有大量的DNA分子、RNA分子、蛋白质分子、碱基和酶，以这些生物分子的物理态或化学态作为量子态，接受生物分子控制器的控制指令，通过生物分子的可逆生物化学反应、聚合酶链式反应和基因调控完成可逆的量子算术和逻辑运算；所述生物分子的物理态包括生物分子的三维空间形状、构象、蛋白质序列、基因序列、碱基、氢键、离子键、范德华力和疏水作用；所述生物分子的化学态包括生物分子元素的价态、化合态、无机态和有机态、结合态和结构态；

生物分子控制器（2）包括用户指令地址存储单元（202）、调度单元（201）和时序单元（203）；

时序单元（203）为生物分子运算器、生物分子控制器、生物分子存储器、生物分子指令集组件、生物分子量子点计算机总线和生物分子量子点计算机I/O接口提供同步时序信息，确保基于生物分子的量子点计算机系统各部件同步操作，按次序完成用户的操作指令，得到所需的量子计算结果；

用户指令地址存储单元（202），用于保存当前指令的地址；

调度单元（201），根据量子计算任务优化调度多个生物分子运算器、多个生物分子存储器、指令集组件、多个生物分子量子点计算机总线和多个生物分子量子点计算机I/O接口，以最优的效率实现不同部件的量子并行运算；

生物分子存储器（3），包括呈阵列排列的生物分子存储单元（301）和存储地址寻址单元（302）；

生物分子存储单元（301）包括生物分子以及生物分子中的DNA分子、RNA分子、蛋白质分子、碱基和酶，生物分子作为生物分子存储单元的基本存储位，利用生物分子的不同物理态或化学态存储量子信息；

存储地址寻址单元（302），用于寻找指定的存储单元地址；

生物分子存储器（3）接受生物分子控制器的控制指令，为生物分子运算器提供计算数据输入或计算结果数据暂存或输出；

生物分子存储器（3）收到生物分子指令产生的量子态编码时，利用生物分子运算器（1）的量子态与生物分子存储器（3）中生物分子存储单元进行量子纠缠操作，改变存储单元的量子态，实现量子信息的存储；

生物分子存储器（3）将存储单元的量子态数据发送至生物分子量子点计算机总线（5），或经生物分子量子点计算机I/O接口（6）将计算结果的量子态传输给外部设备或经典计算机，供用户进一步使用；

生物分子指令集组件（4）包括生物分子指令存储单元（401）、生物分子指令寻址单元（402）和组合逻辑电路（403）；

生物分子指令存储单元（401），存储多条生物分子指令的二进制编码，记录每条生物分子指令包含的微操作步骤，以及每个微操作步骤所涉及的硬件和软件资源；

生物分子指令寻址单元（402），根据所需执行的生物分子指令地址找到相应的生物分子指令内容；

组合逻辑电路（403），用于将外部设备输入信号的二进制指令编码转换成量子态编码；

生物分子量子点计算机总线（5）连接所述的量子点计算机系统内部的不同量子位，所述生物分子量子点计算机总线包括短距离总线、中距离总线和远距离总线；

短距离总线利用电子连接线连接相邻量子位，即采用电子连接线在生物分子间建立总线连接；中距离总线使用量子振动在生物分子间建立连接通道，将生物分子的量子态转换为量子振动信号或相反转换；远距离总线使用光子在生物分子间建立连接通道，将生物分子的量子态转换为光子偏振信号或相反转换，直接传输光子作为量子态信息，并进行量子位元间远距离信息运算和量子操作；

生物分子量子点计算机I/O接口（6）用于提供其他外部设备与所述系统的连接通道，包括与外部的其他经典计算机或量子计算机通信的连接通道；

所述生物分子量子点计算机I/O接口（6）将外部设备的输入信号转换为生物分子运算器、生物分子存储器可识别的量子态信号，通过生物分子量子点计算机总线（5）输入所述的量子点计算机系统内部；

所述生物分子量子点计算机I/O接口（6）将生物分子运算器、生物分子存储器的量子态信号转换为外部设备能够识别的输出信号，通过生物分子量子点计算机总线（5）将所述的基于生物分子的量子点计算机系统内部数据输出至外部，供外部设备使用。