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量子計算的意義范文1
關鍵詞：機器人；聯盟；蟻群算法；量子蟻群算法
中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）15-3596-03
在多機器人系統中，單個機器人個體的資源、能力與智能都是有限的，往往不能獨自完成特定的任務。為了完成任務，機器人之間就必須相互協作，通過結成聯盟來提高求解問題的能力[1]。因此聯盟是多機器人系統的重要合作方式，而機器人聯盟生成問題（Multi-Robot Coalition Formation）則成為多機器人系統研究中一個關鍵的基礎性問題，主要研究如何在多機器人系統中動態生成面向任務的最優機器人聯盟。從1993年提出聯盟方法以來，國內外學者對面向任務的聯盟生成進行了大量的研究工作，其中智能進化算法由于具有全局尋優能力強、收斂速度快等優點，在近年來更是被廣泛地應用到機器人聯盟問題的求解中，如蔣建國、夏娜、李杰等[2-4]基于粒子群和蟻群算法、許波等人[5-6]基于量子粒子群算法，這些方法在可接受時間內獲得的解的質量有所提高，仿真實驗也驗證了智能算法的高效性。
1 機器人聯盟問題描述
機器人聯盟C是一組相互合作、能共同完成某一任務的一個或多個機器人集合。若系統中有n個機器人集合[R={R1，R2，…，Rn}]，則一個聯盟C就是R的一個非空子集。在多機器人系統中，每個機器人[Ri]都具有一個能力向量[Bi=b1i，b2i，…，bri]， [bji≥0，（1≤i≤n，1≤j≤n）]，用于定量描述[Ri]執行某種特定動作的能力大小，若[bji]=0，則表示[Ri]不具備能力[bji]。任務t具有一定的能力需求[Bt=b1t，b2t，…，brt]。聯盟C具有一個能力向量[BC=b1C，b2C，…，brC]，BC是聯盟中所有機器人能力向量的總和，即[BC=Ri∈CBi]，聯盟C能完成任務t的必要條件是：[BC≥Bt]。
任何一個聯盟C都有聯盟代價CostC、聯盟收益ProfitC和聯盟值ValueC，若聯盟C不能完成任務，則聯盟值ValueC為0，否則，ValueC為一正數，并且隨著ProfitC值的遞增而遞增，隨著CostC的遞增而遞減。因此在本文中我們將聯盟值定義為：ValueC=ProfitC /CostC（當聯盟C不能完成任務時，ProfitC=0）。機器人聯盟問題就是要求出能完成任務的并擁有最大ValueC值的最優聯盟。
2 量子蟻群算法（QACA）
2.1編碼方式
2.2 量子信息素
量子螞蟻[QAtk]的量子信息素值[Qτtk]的具體表示如下：
[Qτtk=βt112βt122…βt1n2βt212βt222…βt212??βtij2?βtn12βtn12…βtnn2] （2）
通過上面公式可以發現，量子信息素量直接通過相應的量子螞蟻就可獲得，采用這種量子信息素表示方式使得信息素的更新操作變得非常簡單，不需要任何參數，對于各路徑上信息素的揮發和增強完全可以通過對量子螞蟻的更新來完成，例如：若螞蟻在機器人 i 上選擇了機器人 j 作為盟友，并成為較優的聯盟組合，則機器人 i 到機器人 j 就是用來更新量子螞蟻的較優路徑中的一條邊，通過更新量子螞蟻，會使得其概率幅[βtij]的值增加，從而[βtij2]也增加，即使得機器人 i 到 機器人 j 路徑上的信息素得以增強；反之，該路徑上的信息素會有所揮發。
2.3 多種群并行搜索及量子交叉
為了避免算法陷入局部最優，我們采用多種群并行搜索策略，得到解空間中不同區域的最優值。在進化初期，以各種群最優值為進化目標引導搜索方向。每進化一定代數后，比較各種群的最優值，保留全局最優個體，并以該最優個體取代各種群中最差個體。若某種群連續若干代仍沒有找到更優個體時，則利用量子信息的糾纏和干涉特性執行一種量子交叉策略，以促進種群內部的信息交流，增強種群多樣性。量子交叉的具體做法如下：
2.4 算法流程
求解機器人聯盟問題的量子蟻群算法（QACA）具體操作步驟如下：
1） 初始化N組量子蟻群；
2） 分別計算各組種群的量子信息素[Qτ（t）=Qτtk，k=1，2，…m]；
3） 構建路徑，計算適應度；
4） 判斷是否滿足終止條件，若滿足，則算法終止，否則執行下一步；
5） 采用量子旋轉門[7]更新量子蟻群[QA（t）]；
6） 進化每間隔D代，記錄所有種群中全局最優個體，并以全局最優個體取代各種群中最差個體。若某種群連續D代沒有找到更優個體，則執行量子交叉操作；
7） t=t+1，算法轉到（2）繼續執行，直到算法結束。
3 仿真實驗
為了驗證算法的有效性，將QACA與文獻[3]中基本蟻群算法（BACA）和文獻[8]中的量子遺傳算法（QGA）進行比較。實驗中機器人個數、能力向量及任務等相關參數選用文獻[5]中給定的實驗數據，其它參數設定為：種群規模100，進化代數1000，[α]=1，[β]=2，D=10。針對給定的聯盟問題，分別采用QGA、BACA和QACA三種算法進行50次獨立實驗，并記錄下50次實驗中各算法找到的最優聯盟值、最差聯盟值、平均聯盟值，及最快搜索到最優解的迭代次數和50次實驗平均搜索到最優解的迭代次數。通過考察這幾個參數指標，可以實現對算法全局尋優性能及收斂性能的比較，其對比實驗結果見表1。
從表1的統計結果可以看出， QACA算法無論在最好情況、最差情況還是平均情況下都要明顯優于QGA和BACA算法。這表明在相同的迭代條件下QACA算法能夠搜索到較高質量的解，具有較好的全局尋優能力。而通過搜索到最優解的迭代次數，可以表明QACA算法的收斂速度較快，且收斂穩定性較高。
4 結束語
將蟻群算法與量子進化算法思想相結合，提出了一種求解機器人聯盟問題的量子蟻群算法（QACA）。算法中根據量子編碼的多樣性特性，設計了一種新的信息素表示及更新方式；為了避免搜索陷入局部最優，設計了一種多種群并行搜索和量子交叉策略。最后將QACA與BACA和QGA進行仿真實驗比較，測試結果也表明了算法具有一定的優勢。在QACA基礎上的多任務聯盟問題求解將是我們下一步研究工作的重點。
參考文獻：
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量子計算的意義范文2
關鍵詞：工程預結算；自動計算軟件
Abstract: The development of the computer technology, and infiltrated all walks of life and computer graphic design technology promotion, the computer graphics technology is applied to the calculation of engineering quantity possible, automatic calculation software application and development is the inevitable trend of the building engineering budget.
Key words : the project pre-settlement; automatic calculation software
中圖分類號：F811.3文獻標識碼： A文章編號：2095-2104（2012）
建筑工程預結算是建筑行業中非常重要的一項工作，而工程量計算又是這項工作中至關重要的一部分。如何提高工程量計算的效率、減少其工作量，做到準確無誤，一直是工程預算行業急待解決的一個課題。
計算機技術的日益發展，并滲入到各行各業中以及計算機平面設計技術的推廣，使得計算機繪圖技術應用到工程量計算中成為可能，工程量自動計算軟件的應用和發展是建筑工程預結算的必然趨勢。
2003年7月我在公司預算處開始從事工程預算工作，剛參加工作時，工程預算對我來說非常陌生，書本理論與實際應用之間差距太大。經過很長一段努力，我的預算技能雖然有所提高，但對于計算規則和定額的深入理解以及計算速度的有效提高等方面仍有相當的不足。
2007年，在參與我公司內蒙古商廈的審計結算工作中，我接觸到了魯班算量軟件，同時，在學習和應用當中感受到它給我的工作帶來了很大的方便。
（一）在工作方式上，魯班軟件采用的是AutoCad界面和繪圖方式，這正是我在校期間的學習內容，所以感覺上手很快，達到熟練程度也比較容易。
當然對于很多初學者來說，軟件入門的確有一定的困難，但這只是暫時的，只要我們把握正確的方法，通過正確的渠道，再加上自己的努力就一定能掌握它。
（二）對于工程量計算規則，其中大部分已經在魯班軟件中設置完畢，我們只要稍做修改就可以正確應用。
顯而易見，工程量計算軟件為預算初學者提供了學習的捷徑。因為老預算員精通定額，熟練掌握計算規則，但計算機水平都不是很高，而對于初學者來說計算機操作是我們的優勢，計算規則已經由軟件定義，我們就可以先入門學習軟件再逐漸熟悉定額和計算規則。通過這種方式我感到預算水平提高很快。
（三）在工作步驟上，使用工程量計算軟件省略了原先的計算書匯總、上表套定額的手工工序，完全由計算機自動完成，極大程度上節省了時間。
在工作效率上，以前用手工算量大約用一星期才能完成的工程量，用算量軟件五天就能完成。
（四）在采用的工作方式上，魯班軟件采用AutoCad繪圖方式，省略了手工計算時使用的鉛筆、橡皮、計算器和大量的工程量計算書等耗材，簡化了手寫計算式的步驟和手按計算器計算的繁復工作，在極大程度上實現了無紙辦公。
（五）在打印輸出格式上，魯班軟件打印輸出的整潔版面是手工書寫無法比擬的，其格式明確，計算公式詳細，匯總方式合理，做為預算資料的保存和查閱十分適用。
另外，在核對工程量時，還可以利用電子計算書的分類匯總和條件匯總功能，在計算機中隨時調用有用的數據，減少了手工計算書不易分類、不易匯總的麻煩。
再有，軟件提供了自動輸出到TXT、EXCEL、XML多種文件形式，極大程度上方便了各種用戶的轉化與應用。
（六）圖形算量軟件作為一種高科技含量的新興技術產業，具有很大的發展前景，通過每一次的軟件不定期升級，軟件必將越做越成熟，越做越合乎人性化設計。到目前為止，該軟件已經由最初的2007版升級到2008版，而且2009版已經在網上公布并進入全國巡回展覽階段。
我相信，新一版的魯班軟件設計一定會有更強大的功能，有更出色的表現，讓我們拭目以待。
量子計算的意義范文3
[關鍵詞] 咪唑斯??；過敏性鼻炎；微量元素；特異性免疫球蛋白E；嗜酸性粒細胞陽離子蛋白；炎性因子
[中圖分類號] R765.2 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2013）03（a）-0099-03
過敏性鼻炎是臨床高發病，其治療方法較多，多數效果不甚理想。國內外的較多研究認為，此類疾病與患者機體中的較多檢測指標有一定的相關性，其中微量元素及炎性因子，還有其他較多指標均是對疾病診斷和發展轉歸有較高檢測價值的指標，因此認為其可以作為了解治療干預方案是否有效的檢測項目[1-2]。本研究就咪唑斯汀對過敏性鼻炎患者血清元素及特異性免疫球蛋白E（sIgE）、嗜酸性粒細胞陽離子蛋白（ECP）、炎性因子的影響進行分析探討，并將分析步驟及結果報道如下：
1 資料與方法
1.1 一般資料
選擇2010年6月～2012年5月重慶醫科大學附屬永川醫院收治的84例過敏性鼻炎患者，將其分為對照組（42例）和觀察組（42例）。對照組中男23例，女19例；年齡15～71歲，平均（34.1±5.2）歲；病程10.0～88.5個月，平均（45.3±3.7）個月。觀察組中男24例，女18例；年齡16～72歲，平均（34.3±5.1）歲；病程11.0～88.0個月，平均（45.5±3.6）個月。兩組患者的男女所占比例、年齡及病程比較，差異均無統計學意義（均P > 0.05），具有可比性。
1.2 方法
1.2.1 治療方法 兩組患者均無1個月內用藥治療史。對照組采用伯克納進行治療，以伯克納鼻噴霧劑進行噴鼻治療，2撳/次，2次/d，較為嚴重者可加至3～4次/d。觀察組則采用伯克納聯合咪唑斯汀進行治療，伯克納用藥方法與對照組一致，同時給予咪唑斯汀10 mg/次口服，1次/d。兩組均根據治療情況治療7～14 d。后將兩組患者的治療總有效率及治療前，治療后7、14 d的血清鋅（Zn）、銅（Cu）、錳（Mn）、sIgE、ECP及白介素4（IL-4）、白介素6（IL-6）、白介素8（IL-8）、腫瘤壞死因子α（TNF-α）、γ干擾素（IFN-γ）水平進行比較。
1.2.2 檢測方法 兩組患者均于用藥前1 d空腹狀態下采集靜脈血5.0 mL進行檢測血清Zn、Cu、Mn、sIgE、ECP及IL-4、IL-6、IL-8、TNF-α、IFN-γ，其中血清Zn、Cu、Mn采用DS-3B微量元素分析儀進行檢測；sIgE及ECP則采用上海逸晗生物科技有限公司的sIgE ELISA試劑盒及ECP ELISA檢測試劑盒進行檢測；IL-4、IL-6、IL-8、TNF-α、IFN-γ則均采用上海麗臣生物科技有限公司的相應酶聯免疫定量試劑盒進行檢測，最后將上述所有檢測項目所得檢測數據進行統計分析。
1.3 療效評價標準
以經治療后患者的所有癥狀體征消失，同時實驗室檢測指標均恢復正常為顯效，以患者所有癥狀體征及實驗室檢測指標均明顯改善為有效，以患者所有癥狀體征及實驗室檢測指標均無改善、輕微改善或加重為無效[3]，且以顯效例數和有效例數相加之和為總有效例數。
1.4 統計學方法
軟件包為SAS 8.0，計量資料采用均數±標準差（x±s）表示，組間比較采用t檢驗，重復測量的計量資料采用重復測量方差分析，以P < 0.05為差異有統計學意義。
2 結果
2.1 兩組臨床療效比較
治療后7、14 d統計數據顯示，觀察組的總有效率顯著高于對照組，差異有統計學意義（P < 0.05）。
2.2 兩組治療前后血清微量元素及sIgE、ECP比較
觀察組患者治療前的血清Zn、Cu、Mn、sIgE及ECP與對照組比較，差異均無統計學意義（均P > 0.05），而治療后7、14 d觀察組血清Zn高于對照組，Cu、Mn、sIgE、ECP低于對照組，差異均有統計學意義（均P < 0.05）。見表2。
2.3 兩組治療前后炎性因子指標比較
治療前兩組患者的IL-4、IL-6、IL-8、TNF-α及IFN-γ比較，差異均無統計學意義（均P > 0.05），而治療后7、14 d觀察組血清IL-4、IL-6、IL-8、TNF-α及IFN-γ低于對照組，差異均有統計學意義（均P < 0.05）。見表3。
3 討論
過敏性鼻炎是由IgE介導的I型變態反應性疾病，臨床發病率較高，且具有反復發作的特點，嚴重影響到患者的生存狀態。另外，較多研究認為本類疾病發生過程中多種免疫活性細胞和細胞因子等均發生一定的變化[4]。另外，國內外一些研究認為[5-6]，機體某些微量元素的異常與本病有較為明顯的相關性，其中Zn的降低和Cu、Mn的升高可導致機體功能的異常，甚至影響到機體的免疫狀態，因此患者更易發生一些疾病。再者，臨床中對于sIgE及ECP在本病患者中存在異常升高的情況已經基本得到肯定[7-8]，均與其特異性抗原引起的免疫性反應有關，其在疾病發生的過程中起到敏感癥狀介質的作用。同時，較多研究顯示，此類患者存在明顯的炎性指標的異常升高的狀況，其中IL-4、IL-6、IL-8、TNF-α及IFN-γ均是臨床研究基本肯定的參與本病的指標[9-10]。綜合這些因素認為，上述項目均可在患者治療的過程中給予細致的監測，以利于了解病情的發展轉歸。
伯克納是臨床中對于過敏性鼻炎治療較受肯定的藥物之一，其為糖皮質激素類藥物，主要為通過收縮皮膚血管來達到抗炎及抗過敏的作用，從而對過敏性鼻炎發揮治療效果。咪唑斯汀是臨床中較為常用的一類治療變態反應的藥物，具有抗組胺和抗變態反應活性，還可抑制活化的肥大細胞釋放組胺以及抑制嗜中性粒細胞等炎癥細胞的趨化作用，而這些作用均有效針對了過敏性鼻炎的發病機制，因此認為效果較為可靠。
本研究就咪唑斯汀對過敏性鼻炎患者血清元素及sIgE、ECP、炎性因子的影響進行觀察，以從這些指標的變化方面進一步了解咪唑斯汀的療效，結果顯示，加用咪唑斯汀的患者較未加用咪唑斯汀的患者，其血清微量元素及sIgE、ECP、炎性因子的變化幅度更大，且這些變化呈現出持續性，因此從這些方面肯定了其療效。
綜上所述，本研究認為咪唑斯汀對過敏性鼻炎患者血清元素及SIgE、ECP、炎性因子的影響較為明顯，其可有效改善患者的疾病狀態。
[參考文獻]
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量子計算的意義范文4
關鍵詞：計算科學 計算機科研 計算工具
理論研究科學既有深厚的科學意義，又具備豐富的應用功能，是最基本的計算機科學的組成部分，在國際上一直很受重視，但在國內卻是大家不太了解的領域。
據了解，從1998年成立至今，微軟亞洲研究院已經確立了五大研究方向，涵蓋多媒體、數字娛樂、用戶界面、無線及網絡技術和互聯網搜索與挖掘等領域。本次成立的理論研究組將與原有的五個研究組平行運作，為他們提供理論方面的支持，幫助他們進一步拓展研究的深度和廣度。
首先，先談談關于計算科學與計算機發展。
第一，計算的本質以及遠古的計算工具。抽象地說, 所謂計算, 就是從一個符號串f變換成另一個符號串g。比如說，從符號串12+3變換成15就是一個加法計算。如果符號串f是x2，而符號串g是2x，從f到g的計算就是微分。定理證明也是如此,令f表示一組公理和推導規則,令g是一個定理, 那么從f到g的一系列變換就是定理g的證明。從這個角度看,文字翻譯也是計算,如f代表一個英文句子, 而g為含意相同的中文句子, 那么從f到g就是把英文翻譯成中文。這些變換間有什么共同點？為什么把它們都叫做計算？因為它們都是從己知符號(串) 開始, 一步一步地改變符號(串) , 經過有限步驟, 最后得到一個滿足預先規定的符號(串) 的變換過程。
從類型上講, 計算主要有兩大類:：數值計算和符號推導。隨著數學的不斷發展, 還可能出現新的計算類型。早在公元前5世紀,中國人已開始用算籌作為計算工具,并在公元前3世紀得到普遍的采用,一直沿用了二千年。同時還把算法口訣化,從而加快了計算速度。
第二，近代計算系統與電動計算機和電子計算機。近代的科學發展促進了計算工具的發展:在1614年,對數被發明以后,乘除運算可以化為加減運算,對數計算尺便是依據這一特點來設計。1620年,岡特最先利用對數計算尺來計算乘除。1850年,曼南在計算尺上裝上光標,因此而受到當時科學工作者,特別是工程技術人員廣泛采用。機械式計算器是與計算尺同時出現的,是計算工具上的一大發明。帕斯卡于1642年發明了帕斯卡加法器。在1671年,萊布尼茨發明了一種能作四則運算的手搖計算器,是長1米的大盒子。自此以后,經過人們在這方面多年的研究,特別是經過托馬斯、奧德內爾等人的改良后,出現了多種多樣的手搖計算器, 并風行全世界。
20世紀初,電子管的出現,使計算器的改革有了新的發展,美國賓夕法尼亞大學和有關單位在1946年制成了第一臺電子計算機。電子計算機的出現和發展,使人類進入了一個全新的時代。它是20世紀最偉大的發明之一,也當之無愧地被認為是迄今為止由科學和技術所創造的最具影響力的現代工具。
第三，摩爾定律與計算的極限。人類是否可以將電子計算機的運算速度永無止境地提升?傳統計算機計算能力的提高有沒有極限?對此問題,學者們在進行嚴密論證后給出了否定的答案。如果電子計算機的計算能力無限提高,最終地球上所有的能量將轉換為計算的結果――造成熵的降低,這種向低熵方向無限發展的運動被哲學界認為是禁止的, 因此, 傳統電子計算機的計算能力必有上限。
而以IBM研究中心朗道(R.Landauer)為代表的理論科學家認為到21世紀30年代,芯片內導線的寬度將窄到納米尺度(1納米=10-9米), 此時,導線內運動的電子將不再遵循經典物理規律――牛頓力學沿導線運行,而是按照量子力學的規律表現出奇特的“電子亂竄”的現象,從而導致芯片無法正常工作;同樣,芯片中晶體管的體積小到一定臨界尺寸(約5納米)后,晶體管也將受到量子效應干擾而呈現出奇特的反常效應。所有的美妙都是彼此聯系和有意義的
第四，量子計算系統。量子計算最初思想的提出可以追溯到20世紀80年代。物理學家費曼RichardP.Feynman曾試圖用傳統的電子計算機模擬量子力學對象的行為。他遇到一個問題:量子力學系統的行為通常是難以理解同時也是難以求解的。以光的干涉現象為例,在干涉過程中,相互作用的光子每增加一個,有可能發生的情況就會多出一倍,也就是問題的規模呈指數級增加。模擬這樣的實驗所需的計算量實在太大了,不過,在費曼眼里,這卻恰恰提供一個契機。因此,只要在計算機運行的過程中,允許它在真實的量子力學對象上完成實驗,并把實驗結果整合到計算中去,就可以獲得遠遠超出傳統計算機的運算速度。
量子計算的出現,則徹底打破了這種認識與創新規律。它建立在對量子力學實驗的在現實世界的不可計算性。試圖利用一個實驗來代替一系列復雜的大量運算。電子計算機和互聯網的出現,大大加強了人類整體的科研能力,那么,量子計算系統的產生,會給人類整體帶來更加強大的科研能力和思考能力。不僅如此, 量子計算系統會更加深刻的揭示計算的本質, 把人類對計算本質的認識從牛頓世界中擴充到量子世界中。
再次，關于理論計算機科學研究提速
據了解，從1998年成立至今，微軟亞洲研究院已經確立了五大研究方向，涵蓋多媒體、數字娛樂、用戶界面、無線及網絡技術和互聯網搜索與挖掘等領域。本次成立的理論研究組將與原有的五個研究組平行運作，為他們提供理論方面的支持，幫助他們進一步拓展研究的深度和廣度。
第一，理論研究科學深厚的科學意義和具備豐富的應用功能。理論研究科學既有深厚的科學意義，又具備豐富的應用功能，是最基本的計算機科學的組成部分，在國際上一直很受重視，但在國內卻是大家不太了解的領域。直到2004年,計算機理論學界大師姚期智從任教多年的普林斯頓大學回歸清華大學時，才算剛剛起步。
微軟亞洲研究院院長沈向洋認為，理論研究組的意義在于，從科研角度來講，理論相當于底層的基礎支撐，豐富的、有深度的、堅實的理論資源將使基礎研發走得更快更遠。他表示，對于微軟亞洲研究院來說，促進地區整體科研實力的提高是其使命之一。理論研究組的成立，除了為研究院其他組的研究以及微軟產品的研發做好堅實的理論儲備，進一步促進研究院的發展和創新外，還希望能和清華大學等科研院所一道促進理論計算機科學在中國的研究與發展。
第二，理論計算機科學研究的機會與挑戰。理論計算機科學怎樣才能夠做出一些突破性的研究，讓中國信息科學的研究更上一層樓，姚期智院士舉了兩個例子：
其一點，有些問題是效率問題，譬如互聯網的搜索就能得益于理論計算機科學的發展?；ヂ摼W是一個很大的圖形，在這個圖形里面所做的事情，基本上是理論計算機科學里面所包含的問題，如果能在算法上進行改進的話，就能在科學、時間、商業上取得非常大的效果，從而發揮強大的效益。
另一點，有些問題，不單是效率問題，而是能不能夠做到的問題。譬如安全，在過去30年的研究里，大家公認的在信息安全、網絡安全方面，沒有一個好的理論框架和基礎，不可能做到絕對安全，完全避免黑客的攻擊。因此，必須在理論發展的基礎上去保證各種信息的安全。
未來可能會從兩個方面解決摩爾定律的極限問題：一方面是計算機的硬件，譬如說量子計算機；另一方面是計算機的軟件。
綜上所述，如果觀察歷史,會發現人類文明不斷增多的“發現”已經構成了我們理解世界的“公理”,人們的公理系統在不斷的增大,隨著該系統的不斷增大,人們認清并解決了許多問題。人類的認識模式似乎符合下面的規律：“計算工具不斷發展-整體思維能力的不斷增強-公理系統的不斷擴大-舊的神諭被解決-新的神諭不斷產生”不斷循環。
無論量子計算的本質是否被發現,也不會妨礙量子計算時代的到來。量子計算是計算科學本身的一次新的革命,也許許多困擾人類的問題,將會隨著量子計算機工具的發展而得到解決,它將“計算科學”從牛頓時代引向量子時代,并會給人類文明帶來更加深刻的影響。如果我們用最好的方法，寫的軟件程序能夠比現在更有效率的話，計算能力本身就會幫我們做許多現在無法做到的事情。
參考文獻：
[1]M.A.NielsenandI.L.Chuang,QuantumComputation and Quantum Information[M].Cambridge University Press.
量子計算的意義范文5
關鍵詞:超對稱量子力學 形狀不變勢 對數微商
中圖分類號: O174文獻標識碼:A文章編號:1007-3973(2010)06-095-02
量子力學的發展伴隨著量子力學系統的求解問題,量子力學系統的求解問題一直是比較困難的,只有很少一部分量子力學系統可以精確求解。20世紀80年代初,Witten在量子場論中為了把費米子場和玻色子場聯系起來提出了超對稱性的概念。此后,Schrodinger的因式分解方法和超對稱概念被推廣,用來處理一般的一維勢阱中粒子的能量本征方程,形成了超對稱量子力學方法。超對稱量子力學發現某些一維量子系統的能級可以用代數方法求解。這些系統的哈密頓量可以因子化,引入的超對稱配對勢有相同的空間依賴性,稱為形狀不變勢。后來又進一步發現超對稱量子力學中引入的超對稱勢實際上與基態波函數的對數微商成比例。這就意味著,具有形狀不變勢的量子系統中,基態波函數決定了所有激發態的能級和波函數。所以求出波函數的對數微商在求解這類量子力學問題中具有很重要的物理意義。
1形狀不變勢的束縛態能級求解
對于具有形狀不變勢的束縛態能級,構造以下Hamilton量系列:
比較(2)式和(3)式,可見由可以遞推出,只在于由 遞推到 ,與余式部分完全無關。通常稱和構成超對稱伴Hamilton量。類似于一維諧振子可知,除了的最低一條能級外,與的能譜完全相同。
2形狀不變勢波函數對數微商的計算
對于一個勢阱,設其具有形狀不變性,構造以下Hamilton量:
式中代表一個與x無關的參數,是的函數,與x無關。
設的波函數與對應能級分別為;的波函數為。令波函數的對數微商為:
由此,對于任意一個給定的形狀不變勢,利用基態波函數的對數微商,可以代數解法求解任意態的波函數的對數微商,這給求解系統的波函數帶來極大的方便。容易看出,(18)式具有明顯的規律性,這種形式還使波函數對數微商的奇點數隨著能級的增加而依次遞增,滿足Sturm定理對本征波函數的要求。
3意義和前景
利用超對稱量子力學體系波函數的關系,我們得到了具有形狀不變勢的量子力學系統的本征函數的對數微商所滿足的遞推關系式。這種簡單的關系式可以快速求解束縛態的本征函數。對于一個給定的形狀不變勢,利用基態波函數的對數微商,可以求解任意激發態波函數的對數微商,通過對數微商的積分的指數化,可以求得任意激發態的波函數。這就避免了直接求解薛定諤方程的困難。對于只能得到基態波函數的數值解的情形,我們的代數解法依然成立,這對某些問題的實際應用具有一定的價值。
參考文獻:
[1]E.Witten, Nucl. Phys. B,185(1981), 513.
[2]F. Cooper and B. Freedman, Ann. Phys.,146(1983).262.
量子計算的意義范文6
[關鍵詞]網絡支付信息安全量子計算量子密碼
目前電子商務日益普及,電子貨幣、電子支票、信用卡等綜合網絡支付手段已經得到普遍使用。在網絡支付中,隱私信息需要防止被竊取或盜用。同時,訂貨和付款等信息被競爭對手獲悉或篡改還可能喪失商機等。因此在網絡支付中信息均有加密要求。
一、量子計算
隨著計算機的飛速發展，破譯數學密碼的難度也在降低。若能對任意極大整數快速做質數分解，就可破解目前普遍采用的RSA密碼系統。但是以傳統已知最快的方法對整數做質數分解，其復雜度是此整數位數的指數函數。正是如此巨額的計算復雜度保障了密碼系統的安全。
不過隨著量子計算機的出現,計算達到超高速水平。其潛在計算速度遠遠高于傳統的電子計算機，如一臺具有5000個左右量子位(qubit)的量子計算機可以在30秒內解決傳統超級計算機需要100億年才能解決的問題。量子位可代表了一個0或1,也可代表二者的結合,或是0和1之間的一種狀態。根據量子力學的基本原理,一個量子可同時有兩種狀態,即一個量子可同時表示0和1。因此采用L個量子可一次同時對2L個數據進行處理,從而一步完成海量計算。
這種對計算問題的描述方法大大降低了計算復雜性，因此建立在這種能力上的量子計算機的運算能力是傳統計算機所無法相比的。例如一臺只有幾千量子比特的相對較小量子計算機就能破譯現存用來保證網上銀行和信用卡交易信息安全的所有公用密鑰密碼系統。因此，量子計算機會對現在的密碼系統造成極大威脅。不過，量子力學同時也提供了一個檢測信息交換是否安全的辦法，即量子密碼技術。
二、量子密碼技術的原理
從數學上講只要掌握了恰當的方法任何密碼都可破譯。此外，由于密碼在被竊聽、破解時不會留下任何痕跡，用戶無法察覺，就會繼續使用同地址、密碼來存儲傳輸重要信息，從而造成更大損失。然而量子理論將會完全改變這一切。
自上世紀90年代以來科學家開始了量子密碼的研究。因為采用量子密碼技術加密的數據不可破譯，一旦有人非法獲取這些信息,使用者就會立即知道并采取措施。無論多么聰明的竊聽者在破譯密碼時都會留下痕跡。更驚嘆的是量子密碼甚至能在被竊聽的同時自動改變。毫無疑問這是一種真正安全、不可竊聽破譯的密碼。
以往密碼學的理論基礎是數學，而量子密碼學的理論基礎是量子力學，利用物理學原理來保護信息。其原理是“海森堡測不準原理”中所包含的一個特性，即當有人對量子系統進行偷窺時，同時也會破壞這個系統。在量子物理學中有一個“海森堡測不準原理”,如果人們開始準確了解到基本粒子動量的變化，那么也就開始喪失對該粒子位置變化的認識。所以如果使用光去觀察基本粒子,照亮粒子的光(即便僅一個光子)的行為都會使之改變路線,從而無法發現該粒子的實際位置。從這個原理也可知，對光子來講只有對光子實施干擾才能“看見”光子。因此對輸運光子線路的竊聽會破壞原通訊線路之間的相互關系,通訊會被中斷,這實際上就是一種不同于傳統需要加密解密的加密技術。在傳統加密交換中兩個通訊對象必須事先擁有共同信息——密鑰，包含需要加密、解密的算法數據信息。而先于信息傳輸的密鑰交換正是傳統加密協議的弱點。另外,還有“單量子不可復制定理”。它是上述原理的推論,指在不知道量子狀態的情況下復制單個量子是不可能的,因為要復制單個量子就必須先做測量,而測量必然會改變量子狀態。根據這兩個原理,即使量子密碼不幸被電腦黑客獲取,也會因測量過程中對量子狀態的改變使得黑客只能得到一些毫無意義的數據。
量子密碼就是利用量子狀態作為信息加密、解密的密鑰，其原理就是被愛因斯坦稱為“神秘遠距離活動”的量子糾纏。它是一種量子力學現象，指不論兩個粒子間距離有多遠，一個粒子的變化都會影響另一個粒子。因此當使用一個特殊晶體將一個光子割裂成一對糾纏的光子后，即使相距遙遠它們也是相互聯結的。只要測量出其中一個被糾纏光子的屬性，就容易推斷出其他光子的屬性。而且由這些光子產生的密碼只有通過特定發送器、吸收器才能閱讀。同時由于這些光子間的“神秘遠距離活動”獨一無二，只要有人要非法破譯這些密碼，就會不可避免地擾亂光子的性質。而且異動的光子會像警鈴一樣顯示出入侵者的蹤跡，再高明的黑客對這種加密技術也將一籌莫展。
三、量子密碼技術在網絡支付中的發展與應用
由于量子密碼技術具有極好的市場前景和科學價值，故成為近年來國際學術界的一個前沿研究熱點，歐洲、北美和日本都進行了大量的研究。在一些前沿領域量子密碼技術非常被看好，許多針對性的應用實驗正在進行。例如美國的BBN多種技術公司正在試驗將量子密碼引進因特網，并抓緊研究名為“開關”的設施，使用戶可在因特網的大量加密量子流中接收屬于自己的密碼信息。應用在電子商務中，這種設施就可以確保在進行網絡支付時用戶密碼等各重要信息的安全。
2007年3月國際上首個量子密碼通信網絡由我國科學家郭光燦在北京測試運行成功。這是迄今為止國際公開報道的惟一無中轉、可同時任意互通的量子密碼通信網絡，標志著量子保密通信技術從點對點方式向網絡化邁出了關鍵一步。2007年4月日本的研究小組利用商業光纖線路成功完成了量子密碼傳輸的驗證實驗，據悉此研究小組還計劃在2010年將這種量子密碼傳輸技術投入使用，為金融機構和政府機關提供服務。
隨著量子密碼技術的發展，在不久的將來它將在網絡支付的信息保護方面得到廣泛應用，例如獲取安全密鑰、對數據加密、信息隱藏、信息身份認證等。相信未來量子密碼技術將在確保電子支付安全中發揮至關重要的作用。
參考文獻:
[1]王阿川宋辭等:一種更加安全的密碼技術——量子密碼[J].中國安全科學學報,2007,17(1):107～110
