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量子计算的意义范文1
关键词：机器人；联盟；蚁群算法；量子蚁群算法
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）15-3596-03
在多机器人系统中，单个机器人个体的资源、能力与智能都是有限的，往往不能独自完成特定的任务。为了完成任务，机器人之间就必须相互协作，通过结成联盟来提高求解问题的能力[1]。因此联盟是多机器人系统的重要合作方式，而机器人联盟生成问题（Multi-Robot Coalition Formation）则成为多机器人系统研究中一个关键的基础性问题，主要研究如何在多机器人系统中动态生成面向任务的最优机器人联盟。从1993年提出联盟方法以来，国内外学者对面向任务的联盟生成进行了大量的研究工作，其中智能进化算法由于具有全局寻优能力强、收敛速度快等优点，在近年来更是被广泛地应用到机器人联盟问题的求解中，如蒋建国、夏娜、李杰等[2-4]基于粒子群和蚁群算法、许波等人[5-6]基于量子粒子群算法，这些方法在可接受时间内获得的解的质量有所提高，仿真实验也验证了智能算法的高效性。
1 机器人联盟问题描述
机器人联盟C是一组相互合作、能共同完成某一任务的一个或多个机器人集合。若系统中有n个机器人集合[R={R1，R2，…，Rn}]，则一个联盟C就是R的一个非空子集。在多机器人系统中，每个机器人[Ri]都具有一个能力向量[Bi=b1i，b2i，…，bri]， [bji≥0，（1≤i≤n，1≤j≤n）]，用于定量描述[Ri]执行某种特定动作的能力大小，若[bji]=0，则表示[Ri]不具备能力[bji]。任务t具有一定的能力需求[Bt=b1t，b2t，…，brt]。联盟C具有一个能力向量[BC=b1C，b2C，…，brC]，BC是联盟中所有机器人能力向量的总和，即[BC=Ri∈CBi]，联盟C能完成任务t的必要条件是：[BC≥Bt]。
任何一个联盟C都有联盟代价CostC、联盟收益ProfitC和联盟值ValueC，若联盟C不能完成任务，则联盟值ValueC为0，否则，ValueC为一正数，并且随着ProfitC值的递增而递增，随着CostC的递增而递减。因此在本文中我们将联盟值定义为：ValueC=ProfitC /CostC（当联盟C不能完成任务时，ProfitC=0）。机器人联盟问题就是要求出能完成任务的并拥有最大ValueC值的最优联盟。
2 量子蚁群算法（QACA）
2.1编码方式
2.2 量子信息素
量子蚂蚁[QAtk]的量子信息素值[Qτtk]的具体表示如下：
[Qτtk=βt112βt122…βt1n2βt212βt222…βt212??βtij2?βtn12βtn12…βtnn2] （2）
通过上面公式可以发现，量子信息素量直接通过相应的量子蚂蚁就可获得，采用这种量子信息素表示方式使得信息素的更新操作变得非常简单，不需要任何参数，对于各路径上信息素的挥发和增强完全可以通过对量子蚂蚁的更新来完成，例如：若蚂蚁在机器人 i 上选择了机器人 j 作为盟友，并成为较优的联盟组合，则机器人 i 到机器人 j 就是用来更新量子蚂蚁的较优路径中的一条边，通过更新量子蚂蚁，会使得其概率幅[βtij]的值增加，从而[βtij2]也增加，即使得机器人 i 到 机器人 j 路径上的信息素得以增强；反之，该路径上的信息素会有所挥发。
2.3 多种群并行搜索及量子交叉
为了避免算法陷入局部最优，我们采用多种群并行搜索策略，得到解空间中不同区域的最优值。在进化初期，以各种群最优值为进化目标引导搜索方向。每进化一定代数后，比较各种群的最优值，保留全局最优个体，并以该最优个体取代各种群中最差个体。若某种群连续若干代仍没有找到更优个体时，则利用量子信息的纠缠和干涉特性执行一种量子交叉策略，以促进种群内部的信息交流，增强种群多样性。量子交叉的具体做法如下：
2.4 算法流程
求解机器人联盟问题的量子蚁群算法（QACA）具体操作步骤如下：
1） 初始化N组量子蚁群；
2） 分别计算各组种群的量子信息素[Qτ（t）=Qτtk，k=1，2，…m]；
3） 构建路径，计算适应度；
4） 判断是否满足终止条件，若满足，则算法终止，否则执行下一步；
5） 采用量子旋转门[7]更新量子蚁群[QA（t）]；
6） 进化每间隔D代，记录所有种群中全局最优个体，并以全局最优个体取代各种群中最差个体。若某种群连续D代没有找到更优个体，则执行量子交叉操作；
7） t=t+1，算法转到（2）继续执行，直到算法结束。
3 仿真实验
为了验证算法的有效性，将QACA与文献[3]中基本蚁群算法（BACA）和文献[8]中的量子遗传算法（QGA）进行比较。实验中机器人个数、能力向量及任务等相关参数选用文献[5]中给定的实验数据，其它参数设定为：种群规模100，进化代数1000，[α]=1，[β]=2，D=10。针对给定的联盟问题，分别采用QGA、BACA和QACA三种算法进行50次独立实验，并记录下50次实验中各算法找到的最优联盟值、最差联盟值、平均联盟值，及最快搜索到最优解的迭代次数和50次实验平均搜索到最优解的迭代次数。通过考察这几个参数指标，可以实现对算法全局寻优性能及收敛性能的比较，其对比实验结果见表1。
从表1的统计结果可以看出， QACA算法无论在最好情况、最差情况还是平均情况下都要明显优于QGA和BACA算法。这表明在相同的迭代条件下QACA算法能够搜索到较高质量的解，具有较好的全局寻优能力。而通过搜索到最优解的迭代次数，可以表明QACA算法的收敛速度较快，且收敛稳定性较高。
4 结束语
将蚁群算法与量子进化算法思想相结合，提出了一种求解机器人联盟问题的量子蚁群算法（QACA）。算法中根据量子编码的多样性特性，设计了一种新的信息素表示及更新方式；为了避免搜索陷入局部最优，设计了一种多种群并行搜索和量子交叉策略。最后将QACA与BACA和QGA进行仿真实验比较，测试结果也表明了算法具有一定的优势。在QACA基础上的多任务联盟问题求解将是我们下一步研究工作的重点。
参考文献：
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[3] 夏娜，蒋建国，魏星，等.改进型蚁群算法求解单任务agent联盟[J].计算机研究与发展，2005，42（5） ：734-739.
[4] 李杰，王爱民，于金刚，等.一种非线性动态自适应的Agent联盟生产算法[J].小型微型计算机系统， 2012， 33（8）： 1792-1794.
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量子计算的意义范文2
关键词：工程预结算；自动计算软件
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
中图分类号：F811.3文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）
建筑工程预结算是建筑行业中非常重要的一项工作，而工程量计算又是这项工作中至关重要的一部分。如何提高工程量计算的效率、减少其工作量，做到准确无误，一直是工程预算行业急待解决的一个课题。
计算机技术的日益发展，并渗入到各行各业中以及计算机平面设计技术的推广，使得计算机绘图技术应用到工程量计算中成为可能，工程量自动计算软件的应用和发展是建筑工程预结算的必然趋势。
2003年7月我在公司预算处开始从事工程预算工作，刚参加工作时，工程预算对我来说非常陌生，书本理论与实际应用之间差距太大。经过很长一段努力，我的预算技能虽然有所提高，但对于计算规则和定额的深入理解以及计算速度的有效提高等方面仍有相当的不足。
2007年，在参与我公司内蒙古商厦的审计结算工作中，我接触到了鲁班算量软件，同时，在学习和应用当中感受到它给我的工作带来了很大的方便。
（一）在工作方式上，鲁班软件采用的是AutoCad界面和绘图方式，这正是我在校期间的学习内容，所以感觉上手很快，达到熟练程度也比较容易。
当然对于很多初学者来说，软件入门的确有一定的困难，但这只是暂时的，只要我们把握正确的方法，通过正确的渠道，再加上自己的努力就一定能掌握它。
（二）对于工程量计算规则，其中大部分已经在鲁班软件中设置完毕，我们只要稍做修改就可以正确应用。
显而易见，工程量计算软件为预算初学者提供了学习的捷径。因为老预算员精通定额，熟练掌握计算规则，但计算机水平都不是很高，而对于初学者来说计算机操作是我们的优势，计算规则已经由软件定义，我们就可以先入门学习软件再逐渐熟悉定额和计算规则。通过这种方式我感到预算水平提高很快。
（三）在工作步骤上，使用工程量计算软件省略了原先的计算书汇总、上表套定额的手工工序，完全由计算机自动完成，极大程度上节省了时间。
在工作效率上，以前用手工算量大约用一星期才能完成的工程量，用算量软件五天就能完成。
（四）在采用的工作方式上，鲁班软件采用AutoCad绘图方式，省略了手工计算时使用的铅笔、橡皮、计算器和大量的工程量计算书等耗材，简化了手写计算式的步骤和手按计算器计算的繁复工作，在极大程度上实现了无纸办公。
（五）在打印输出格式上，鲁班软件打印输出的整洁版面是手工书写无法比拟的，其格式明确，计算公式详细，汇总方式合理，做为预算资料的保存和查阅十分适用。
另外，在核对工程量时，还可以利用电子计算书的分类汇总和条件汇总功能，在计算机中随时调用有用的数据，减少了手工计算书不易分类、不易汇总的麻烦。
再有，软件提供了自动输出到TXT、EXCEL、XML多种文件形式，极大程度上方便了各种用户的转化与应用。
（六）图形算量软件作为一种高科技含量的新兴技术产业，具有很大的发展前景，通过每一次的软件不定期升级，软件必将越做越成熟，越做越合乎人性化设计。到目前为止，该软件已经由最初的2007版升级到2008版，而且2009版已经在网上公布并进入全国巡回展览阶段。
我相信，新一版的鲁班软件设计一定会有更强大的功能，有更出色的表现，让我们拭目以待。
量子计算的意义范文3
[关键词] 咪唑斯汀；过敏性鼻炎；微量元素；特异性免疫球蛋白E；嗜酸性粒细胞阳离子蛋白；炎性因子
[中图分类号] R765.2 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2013）03（a）-0099-03
过敏性鼻炎是临床高发病，其治疗方法较多，多数效果不甚理想。国内外的较多研究认为，此类疾病与患者机体中的较多检测指标有一定的相关性，其中微量元素及炎性因子，还有其他较多指标均是对疾病诊断和发展转归有较高检测价值的指标，因此认为其可以作为了解治疗干预方案是否有效的检测项目[1-2]。本研究就咪唑斯汀对过敏性鼻炎患者血清元素及特异性免疫球蛋白E（sIgE）、嗜酸性粒细胞阳离子蛋白（ECP）、炎性因子的影响进行分析探讨，并将分析步骤及结果报道如下：
1 资料与方法
1.1 一般资料
选择2010年6月～2012年5月重庆医科大学附属永川医院收治的84例过敏性鼻炎患者，将其分为对照组（42例）和观察组（42例）。对照组中男23例，女19例；年龄15～71岁，平均（34.1±5.2）岁；病程10.0～88.5个月，平均（45.3±3.7）个月。观察组中男24例，女18例；年龄16～72岁，平均（34.3±5.1）岁；病程11.0～88.0个月，平均（45.5±3.6）个月。两组患者的男女所占比例、年龄及病程比较，差异均无统计学意义（均P > 0.05），具有可比性。
1.2 方法
1.2.1 治疗方法 两组患者均无1个月内用药治疗史。对照组采用伯克纳进行治疗，以伯克纳鼻喷雾剂进行喷鼻治疗，2揿/次，2次/d，较为严重者可加至3～4次/d。观察组则采用伯克纳联合咪唑斯汀进行治疗，伯克纳用药方法与对照组一致，同时给予咪唑斯汀10 mg/次口服，1次/d。两组均根据治疗情况治疗7～14 d。后将两组患者的治疗总有效率及治疗前，治疗后7、14 d的血清锌（Zn）、铜（Cu）、锰（Mn）、sIgE、ECP及白介素4（IL-4）、白介素6（IL-6）、白介素8（IL-8）、肿瘤坏死因子α（TNF-α）、γ干扰素（IFN-γ）水平进行比较。
1.2.2 检测方法 两组患者均于用药前1 d空腹状态下采集静脉血5.0 mL进行检测血清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微量元素分析仪进行检测；sIgE及ECP则采用上海逸晗生物科技有限公司的sIgE ELISA试剂盒及ECP ELISA检测试剂盒进行检测；IL-4、IL-6、IL-8、TNF-α、IFN-γ则均采用上海丽臣生物科技有限公司的相应酶联免疫定量试剂盒进行检测，最后将上述所有检测项目所得检测数据进行统计分析。
1.3 疗效评价标准
以经治疗后患者的所有症状体征消失，同时实验室检测指标均恢复正常为显效，以患者所有症状体征及实验室检测指标均明显改善为有效，以患者所有症状体征及实验室检测指标均无改善、轻微改善或加重为无效[3]，且以显效例数和有效例数相加之和为总有效例数。
1.4 统计学方法
软件包为SAS 8.0，计量资料采用均数±标准差（x±s）表示，组间比较采用t检验，重复测量的计量资料采用重复测量方差分析，以P < 0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 两组临床疗效比较
治疗后7、14 d统计数据显示，观察组的总有效率显著高于对照组，差异有统计学意义（P < 0.05）。
2.2 两组治疗前后血清微量元素及sIgE、ECP比较
观察组患者治疗前的血清Zn、Cu、Mn、sIgE及ECP与对照组比较，差异均无统计学意义（均P > 0.05），而治疗后7、14 d观察组血清Zn高于对照组，Cu、Mn、sIgE、ECP低于对照组，差异均有统计学意义（均P < 0.05）。见表2。
2.3 两组治疗前后炎性因子指标比较
治疗前两组患者的IL-4、IL-6、IL-8、TNF-α及IFN-γ比较，差异均无统计学意义（均P > 0.05），而治疗后7、14 d观察组血清IL-4、IL-6、IL-8、TNF-α及IFN-γ低于对照组，差异均有统计学意义（均P < 0.05）。见表3。
3 讨论
过敏性鼻炎是由IgE介导的I型变态反应性疾病，临床发病率较高，且具有反复发作的特点，严重影响到患者的生存状态。另外，较多研究认为本类疾病发生过程中多种免疫活性细胞和细胞因子等均发生一定的变化[4]。另外，国内外一些研究认为[5-6]，机体某些微量元素的异常与本病有较为明显的相关性，其中Zn的降低和Cu、Mn的升高可导致机体功能的异常，甚至影响到机体的免疫状态，因此患者更易发生一些疾病。再者，临床中对于sIgE及ECP在本病患者中存在异常升高的情况已经基本得到肯定[7-8]，均与其特异性抗原引起的免疫性反应有关，其在疾病发生的过程中起到敏感症状介质的作用。同时，较多研究显示，此类患者存在明显的炎性指标的异常升高的状况，其中IL-4、IL-6、IL-8、TNF-α及IFN-γ均是临床研究基本肯定的参与本病的指标[9-10]。综合这些因素认为，上述项目均可在患者治疗的过程中给予细致的监测，以利于了解病情的发展转归。
伯克纳是临床中对于过敏性鼻炎治疗较受肯定的药物之一，其为糖皮质激素类药物，主要为通过收缩皮肤血管来达到抗炎及抗过敏的作用，从而对过敏性鼻炎发挥治疗效果。咪唑斯汀是临床中较为常用的一类治疗变态反应的药物，具有抗组胺和抗变态反应活性，还可抑制活化的肥大细胞释放组胺以及抑制嗜中性粒细胞等炎症细胞的趋化作用，而这些作用均有效针对了过敏性鼻炎的发病机制，因此认为效果较为可靠。
本研究就咪唑斯汀对过敏性鼻炎患者血清元素及sIgE、ECP、炎性因子的影响进行观察，以从这些指标的变化方面进一步了解咪唑斯汀的疗效，结果显示，加用咪唑斯汀的患者较未加用咪唑斯汀的患者，其血清微量元素及sIgE、ECP、炎性因子的变化幅度更大，且这些变化呈现出持续性，因此从这些方面肯定了其疗效。
综上所述，本研究认为咪唑斯汀对过敏性鼻炎患者血清元素及SIgE、ECP、炎性因子的影响较为明显，其可有效改善患者的疾病状态。
[参考文献]
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量子计算的意义范文4
关键词：计算科学 计算机科研 计算工具
理论研究科学既有深厚的科学意义，又具备丰富的应用功能，是最基本的计算机科学的组成部分，在国际上一直很受重视，但在国内却是大家不太了解的领域。
据了解，从1998年成立至今，微软亚洲研究院已经确立了五大研究方向，涵盖多媒体、数字娱乐、用户界面、无线及网络技术和互联网搜索与挖掘等领域。本次成立的理论研究组将与原有的五个研究组平行运作，为他们提供理论方面的支持，帮助他们进一步拓展研究的深度和广度。
首先，先谈谈关于计算科学与计算机发展。
第一，计算的本质以及远古的计算工具。抽象地说, 所谓计算, 就是从一个符号串f变换成另一个符号串g。比如说，从符号串12+3变换成15就是一个加法计算。如果符号串f是x2，而符号串g是2x，从f到g的计算就是微分。定理证明也是如此,令f表示一组公理和推导规则,令g是一个定理, 那么从f到g的一系列变换就是定理g的证明。从这个角度看,文字翻译也是计算,如f代表一个英文句子, 而g为含意相同的中文句子, 那么从f到g就是把英文翻译成中文。这些变换间有什么共同点？为什么把它们都叫做计算？因为它们都是从己知符号(串) 开始, 一步一步地改变符号(串) , 经过有限步骤, 最后得到一个满足预先规定的符号(串) 的变换过程。
从类型上讲, 计算主要有两大类:：数值计算和符号推导。随着数学的不断发展, 还可能出现新的计算类型。早在公元前5世纪,中国人已开始用算筹作为计算工具,并在公元前3世纪得到普遍的采用,一直沿用了二千年。同时还把算法口诀化,从而加快了计算速度。
第二，近代计算系统与电动计算机和电子计算机。近代的科学发展促进了计算工具的发展:在1614年,对数被发明以后,乘除运算可以化为加减运算,对数计算尺便是依据这一特点来设计。1620年,冈特最先利用对数计算尺来计算乘除。1850年,曼南在计算尺上装上光标,因此而受到当时科学工作者,特别是工程技术人员广泛采用。机械式计算器是与计算尺同时出现的,是计算工具上的一大发明。帕斯卡于1642年发明了帕斯卡加法器。在1671年,莱布尼茨发明了一种能作四则运算的手摇计算器,是长1米的大盒子。自此以后,经过人们在这方面多年的研究,特别是经过托马斯、奥德内尔等人的改良后,出现了多种多样的手摇计算器, 并风行全世界。
20世纪初,电子管的出现,使计算器的改革有了新的发展,美国宾夕法尼亚大学和有关单位在1946年制成了第一台电子计算机。电子计算机的出现和发展,使人类进入了一个全新的时代。它是20世纪最伟大的发明之一,也当之无愧地被认为是迄今为止由科学和技术所创造的最具影响力的现代工具。
第三，摩尔定律与计算的极限。人类是否可以将电子计算机的运算速度永无止境地提升?传统计算机计算能力的提高有没有极限?对此问题,学者们在进行严密论证后给出了否定的答案。如果电子计算机的计算能力无限提高,最终地球上所有的能量将转换为计算的结果――造成熵的降低,这种向低熵方向无限发展的运动被哲学界认为是禁止的, 因此, 传统电子计算机的计算能力必有上限。
而以IBM研究中心朗道(R.Landauer)为代表的理论科学家认为到21世纪30年代,芯片内导线的宽度将窄到纳米尺度(1纳米=10-9米), 此时,导线内运动的电子将不再遵循经典物理规律――牛顿力学沿导线运行,而是按照量子力学的规律表现出奇特的“电子乱窜”的现象,从而导致芯片无法正常工作;同样,芯片中晶体管的体积小到一定临界尺寸(约5纳米)后,晶体管也将受到量子效应干扰而呈现出奇特的反常效应。所有的美妙都是彼此联系和有意义的
第四，量子计算系统。量子计算最初思想的提出可以追溯到20世纪80年代。物理学家费曼RichardP.Feynman曾试图用传统的电子计算机模拟量子力学对象的行为。他遇到一个问题:量子力学系统的行为通常是难以理解同时也是难以求解的。以光的干涉现象为例,在干涉过程中,相互作用的光子每增加一个,有可能发生的情况就会多出一倍,也就是问题的规模呈指数级增加。模拟这样的实验所需的计算量实在太大了,不过,在费曼眼里,这却恰恰提供一个契机。因此,只要在计算机运行的过程中,允许它在真实的量子力学对象上完成实验,并把实验结果整合到计算中去,就可以获得远远超出传统计算机的运算速度。
量子计算的出现,则彻底打破了这种认识与创新规律。它建立在对量子力学实验的在现实世界的不可计算性。试图利用一个实验来代替一系列复杂的大量运算。电子计算机和互联网的出现,大大加强了人类整体的科研能力,那么,量子计算系统的产生,会给人类整体带来更加强大的科研能力和思考能力。不仅如此, 量子计算系统会更加深刻的揭示计算的本质, 把人类对计算本质的认识从牛顿世界中扩充到量子世界中。
再次，关于理论计算机科学研究提速
据了解，从1998年成立至今，微软亚洲研究院已经确立了五大研究方向，涵盖多媒体、数字娱乐、用户界面、无线及网络技术和互联网搜索与挖掘等领域。本次成立的理论研究组将与原有的五个研究组平行运作，为他们提供理论方面的支持，帮助他们进一步拓展研究的深度和广度。
第一，理论研究科学深厚的科学意义和具备丰富的应用功能。理论研究科学既有深厚的科学意义，又具备丰富的应用功能，是最基本的计算机科学的组成部分，在国际上一直很受重视，但在国内却是大家不太了解的领域。直到2004年,计算机理论学界大师姚期智从任教多年的普林斯顿大学回归清华大学时，才算刚刚起步。
微软亚洲研究院院长沈向洋认为，理论研究组的意义在于，从科研角度来讲，理论相当于底层的基础支撑，丰富的、有深度的、坚实的理论资源将使基础研发走得更快更远。他表示，对于微软亚洲研究院来说，促进地区整体科研实力的提高是其使命之一。理论研究组的成立，除了为研究院其他组的研究以及微软产品的研发做好坚实的理论储备，进一步促进研究院的发展和创新外，还希望能和清华大学等科研院所一道促进理论计算机科学在中国的研究与发展。
第二，理论计算机科学研究的机会与挑战。理论计算机科学怎样才能够做出一些突破性的研究，让中国信息科学的研究更上一层楼，姚期智院士举了两个例子：
其一点，有些问题是效率问题，譬如互联网的搜索就能得益于理论计算机科学的发展。互联网是一个很大的图形，在这个图形里面所做的事情，基本上是理论计算机科学里面所包含的问题，如果能在算法上进行改进的话，就能在科学、时间、商业上取得非常大的效果，从而发挥强大的效益。
另一点，有些问题，不单是效率问题，而是能不能够做到的问题。譬如安全，在过去30年的研究里，大家公认的在信息安全、网络安全方面，没有一个好的理论框架和基础，不可能做到绝对安全，完全避免黑客的攻击。因此，必须在理论发展的基础上去保证各种信息的安全。
未来可能会从两个方面解决摩尔定律的极限问题：一方面是计算机的硬件，譬如说量子计算机；另一方面是计算机的软件。
综上所述，如果观察历史,会发现人类文明不断增多的“发现”已经构成了我们理解世界的“公理”,人们的公理系统在不断的增大,随着该系统的不断增大,人们认清并解决了许多问题。人类的认识模式似乎符合下面的规律：“计算工具不断发展-整体思维能力的不断增强-公理系统的不断扩大-旧的神谕被解决-新的神谕不断产生”不断循环。
无论量子计算的本质是否被发现,也不会妨碍量子计算时代的到来。量子计算是计算科学本身的一次新的革命,也许许多困扰人类的问题,将会随着量子计算机工具的发展而得到解决,它将“计算科学”从牛顿时代引向量子时代,并会给人类文明带来更加深刻的影响。如果我们用最好的方法，写的软件程序能够比现在更有效率的话，计算能力本身就会帮我们做许多现在无法做到的事情。
参考文献：
[1]M.A.NielsenandI.L.Chuang,QuantumComputation and Quantum Information[M].Cambridge University Press.
量子计算的意义范文5
关键词:超对称量子力学 形状不变势 对数微商
中图分类号: O174文献标识码:A文章编号:1007-3973(2010)06-095-02
量子力学的发展伴随着量子力学系统的求解问题,量子力学系统的求解问题一直是比较困难的,只有很少一部分量子力学系统可以精确求解。20世纪80年代初,Witten在量子场论中为了把费米子场和玻色子场联系起来提出了超对称性的概念。此后,Schrodinger的因式分解方法和超对称概念被推广,用来处理一般的一维势阱中粒子的能量本征方程,形成了超对称量子力学方法。超对称量子力学发现某些一维量子系统的能级可以用代数方法求解。这些系统的哈密顿量可以因子化,引入的超对称配对势有相同的空间依赖性,称为形状不变势。后来又进一步发现超对称量子力学中引入的超对称势实际上与基态波函数的对数微商成比例。这就意味着,具有形状不变势的量子系统中,基态波函数决定了所有激发态的能级和波函数。所以求出波函数的对数微商在求解这类量子力学问题中具有很重要的物理意义。
1形状不变势的束缚态能级求解
对于具有形状不变势的束缚态能级,构造以下Hamilton量系列:
比较(2)式和(3)式,可见由可以递推出,只在于由 递推到 ,与余式部分完全无关。通常称和构成超对称伴Hamilton量。类似于一维谐振子可知,除了的最低一条能级外,与的能谱完全相同。
2形状不变势波函数对数微商的计算
对于一个势阱,设其具有形状不变性,构造以下Hamilton量:
式中代表一个与x无关的参数,是的函数,与x无关。
设的波函数与对应能级分别为;的波函数为。令波函数的对数微商为:
由此,对于任意一个给定的形状不变势,利用基态波函数的对数微商,可以代数解法求解任意态的波函数的对数微商,这给求解系统的波函数带来极大的方便。容易看出,(18)式具有明显的规律性,这种形式还使波函数对数微商的奇点数随着能级的增加而依次递增,满足Sturm定理对本征波函数的要求。
3意义和前景
利用超对称量子力学体系波函数的关系,我们得到了具有形状不变势的量子力学系统的本征函数的对数微商所满足的递推关系式。这种简单的关系式可以快速求解束缚态的本征函数。对于一个给定的形状不变势,利用基态波函数的对数微商,可以求解任意激发态波函数的对数微商,通过对数微商的积分的指数化,可以求得任意激发态的波函数。这就避免了直接求解薛定谔方程的困难。对于只能得到基态波函数的数值解的情形,我们的代数解法依然成立,这对某些问题的实际应用具有一定的价值。
参考文献:
[1]E.Witten, Nucl. Phys. B,185(1981), 513.
[2]F. Cooper and B. Freedman, Ann. Phys.,146(1983).262.
量子计算的意义范文6
[关键词]网络支付信息安全量子计算量子密码
目前电子商务日益普及,电子货币、电子支票、信用卡等综合网络支付手段已经得到普遍使用。在网络支付中,隐私信息需要防止被窃取或盗用。同时,订货和付款等信息被竞争对手获悉或篡改还可能丧失商机等。因此在网络支付中信息均有加密要求。
一、量子计算
随着计算机的飞速发展，破译数学密码的难度也在降低。若能对任意极大整数快速做质数分解，就可破解目前普遍采用的RSA密码系统。但是以传统已知最快的方法对整数做质数分解，其复杂度是此整数位数的指数函数。正是如此巨额的计算复杂度保障了密码系统的安全。
不过随着量子计算机的出现,计算达到超高速水平。其潜在计算速度远远高于传统的电子计算机，如一台具有5000个左右量子位(qubit)的量子计算机可以在30秒内解决传统超级计算机需要100亿年才能解决的问题。量子位可代表了一个0或1,也可代表二者的结合,或是0和1之间的一种状态。根据量子力学的基本原理,一个量子可同时有两种状态,即一个量子可同时表示0和1。因此采用L个量子可一次同时对2L个数据进行处理,从而一步完成海量计算。
这种对计算问题的描述方法大大降低了计算复杂性，因此建立在这种能力上的量子计算机的运算能力是传统计算机所无法相比的。例如一台只有几千量子比特的相对较小量子计算机就能破译现存用来保证网上银行和信用卡交易信息安全的所有公用密钥密码系统。因此，量子计算机会对现在的密码系统造成极大威胁。不过，量子力学同时也提供了一个检测信息交换是否安全的办法，即量子密码技术。
二、量子密码技术的原理
从数学上讲只要掌握了恰当的方法任何密码都可破译。此外，由于密码在被窃听、破解时不会留下任何痕迹，用户无法察觉，就会继续使用同地址、密码来存储传输重要信息，从而造成更大损失。然而量子理论将会完全改变这一切。
自上世纪90年代以来科学家开始了量子密码的研究。因为采用量子密码技术加密的数据不可破译，一旦有人非法获取这些信息,使用者就会立即知道并采取措施。无论多么聪明的窃听者在破译密码时都会留下痕迹。更惊叹的是量子密码甚至能在被窃听的同时自动改变。毫无疑问这是一种真正安全、不可窃听破译的密码。
以往密码学的理论基础是数学，而量子密码学的理论基础是量子力学，利用物理学原理来保护信息。其原理是“海森堡测不准原理”中所包含的一个特性，即当有人对量子系统进行偷窥时，同时也会破坏这个系统。在量子物理学中有一个“海森堡测不准原理”,如果人们开始准确了解到基本粒子动量的变化，那么也就开始丧失对该粒子位置变化的认识。所以如果使用光去观察基本粒子,照亮粒子的光(即便仅一个光子)的行为都会使之改变路线,从而无法发现该粒子的实际位置。从这个原理也可知，对光子来讲只有对光子实施干扰才能“看见”光子。因此对输运光子线路的窃听会破坏原通讯线路之间的相互关系,通讯会被中断,这实际上就是一种不同于传统需要加密解密的加密技术。在传统加密交换中两个通讯对象必须事先拥有共同信息——密钥，包含需要加密、解密的算法数据信息。而先于信息传输的密钥交换正是传统加密协议的弱点。另外,还有“单量子不可复制定理”。它是上述原理的推论,指在不知道量子状态的情况下复制单个量子是不可能的,因为要复制单个量子就必须先做测量,而测量必然会改变量子状态。根据这两个原理,即使量子密码不幸被电脑黑客获取,也会因测量过程中对量子状态的改变使得黑客只能得到一些毫无意义的数据。
量子密码就是利用量子状态作为信息加密、解密的密钥，其原理就是被爱因斯坦称为“神秘远距离活动”的量子纠缠。它是一种量子力学现象，指不论两个粒子间距离有多远，一个粒子的变化都会影响另一个粒子。因此当使用一个特殊晶体将一个光子割裂成一对纠缠的光子后，即使相距遥远它们也是相互联结的。只要测量出其中一个被纠缠光子的属性，就容易推断出其他光子的属性。而且由这些光子产生的密码只有通过特定发送器、吸收器才能阅读。同时由于这些光子间的“神秘远距离活动”独一无二，只要有人要非法破译这些密码，就会不可避免地扰乱光子的性质。而且异动的光子会像警铃一样显示出入侵者的踪迹，再高明的黑客对这种加密技术也将一筹莫展。
三、量子密码技术在网络支付中的发展与应用
由于量子密码技术具有极好的市场前景和科学价值，故成为近年来国际学术界的一个前沿研究热点，欧洲、北美和日本都进行了大量的研究。在一些前沿领域量子密码技术非常被看好，许多针对性的应用实验正在进行。例如美国的BBN多种技术公司正在试验将量子密码引进因特网，并抓紧研究名为“开关”的设施，使用户可在因特网的大量加密量子流中接收属于自己的密码信息。应用在电子商务中，这种设施就可以确保在进行网络支付时用户密码等各重要信息的安全。
2007年3月国际上首个量子密码通信网络由我国科学家郭光灿在北京测试运行成功。这是迄今为止国际公开报道的惟一无中转、可同时任意互通的量子密码通信网络，标志着量子保密通信技术从点对点方式向网络化迈出了关键一步。2007年4月日本的研究小组利用商业光纤线路成功完成了量子密码传输的验证实验，据悉此研究小组还计划在2010年将这种量子密码传输技术投入使用，为金融机构和政府机关提供服务。
随着量子密码技术的发展，在不久的将来它将在网络支付的信息保护方面得到广泛应用，例如获取安全密钥、对数据加密、信息隐藏、信息身份认证等。相信未来量子密码技术将在确保电子支付安全中发挥至关重要的作用。
参考文献:
[1]王阿川宋辞等:一种更加安全的密码技术——量子密码[J].中国安全科学学报,2007,17(1):107～110
