前言：中文期刊网精心挑选了量子计算的优势范文供你参考和学习，希望我们的参考范文能激发你的文章创作灵感，欢迎阅读。
量子计算的优势范文1
计算机网络 多媒体 教学课件
随着计算机网络技术的普及，使利用计算机技术制作多媒体教学课件如虎添翼。计算机网络技术包含了流媒体技术、WEB技术、FTP共享技术、磁盘阵列存储技术、云计算技术等与多媒体课件制作有关的内容，这些技术如果被充分利用，老师制作多媒体课件的技术水平可以得到更大的提高，制作的多媒体课件质量也具有较高的水准。下面分步叙述如何综合利用计算机网络技术制作多媒体课件。
一、多媒体数据库的建立
媒体是信息的载体，多媒体是指多种媒体，如数字、文本、图形、图像和声音的有机集成，而不是简单的组合。其中数字、字符等称为格式化数据；文本、图形、图像、声音、视频等称为非格式化数据，非格式化数据具有数据量大、处理复杂等特点。多媒体数据库实现对格式化和非格式化的多媒体数据的存储、管理和查询。由于多媒体数据库对数字、字符、文字、图形、图像、语音处理和影视处理与数据库的独立性、安全性等优点的结合，使得多媒体数据库的应用前景十分广泛。多媒体数据库在建立中应包含如下几个重要数据库：
1.图片数据库。图片数据库重点存放与教学相关的图片、图形、照片等资料。这些数据应该分门别类，按照图片格式、数据大小、存放日期等进行存放，经过多年的逐步积累，形成一个门类齐全、范围广泛、格式众多、具有一定规模的图片数据库。教学多媒体课件常用的图片格式一般有BMP、JPEG、GIF等。有些多媒体课件制作软件会对图片格式有统一要求，选用多媒体课件制作软件时要注意使用图片格式转换软件进行转换。另外，存放的图片应该使用图片处理软件进行调整和整理后再存放，以确保图像质量。
2.视频数据库。视频数据库重点存放与教学相关的数字视频、动画等影像资料。这些资料既有完整的电影、电视或动画视频，也应该有以镜头、场景和视频片段为资料的视频。在多媒体课件中可以根据教学需要随意选用。视频数据库利用视频处理技术进行视频格式转换和调整整理再进行存放，并建立目录索引，使丰富的视频数据库具有方便的检索功能。因视频文件在保存中需要较大的空间，所以建立较高规格的磁盘阵列是很好的选择。又因视频文件在传输中需要较大的带宽才能保证视频在播放时流畅，不出现停顿和卡住的情况，所以我们需要采用的存储系统体系结构以保证最低的数据传输速度。计算机网络主干传输带宽应不小于1000M，到计算机用户桌面带宽不应小于100M。不管被访问的视频图像有多大，也不管访问的用户数量有多大，视频图像的发送系统要求存储数据量大且有足够的带宽传输，必须保证最基本的传输速度，以保证传输的视频图像有较高的质量。教学多媒体课件常用的视频图像格式一般有AVI、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、RM、RMVB、MKV等格式。这些格式据有画面规格大小、清晰度高低、是否适合视频编辑软件使用等不同特点。为了确保教学多媒体课件采用视频的清晰度和色彩还原真实，建议尽量使用AVI、MPEG-2、MPEG-4、RMVB和MKV等格式。
3.音频数据库。在音频数据库中，如何存放才能对音频数据方便分析、检索，是音频数据库成功实现的关键，传统的数据存放和处理方式是无法满足这些要求的。在多媒体课件制作中调用的音频资料主要包括解说、朗诵、配乐、主题音乐、背景音乐、片头片尾音乐和各种效果声音等。
4.文字数据库。文字数据库一般包括各种书籍里的文字以及相关和参考书目的文字，以便在制作多媒体课件时选用。常用的文字格式包括DOC、TXT、WPS等。这些较容易掌握，在这里不做赘述。
二、FTP服务的使用
很多学校在建设自己的校园计算机局域网时，都购买了FTP服务器，建立了适合自己学校教学、科研和行政管理等共享使用的FTP服务。在FTP服务器上可以建立以教学系部、教研室或个人的存储专区，放置各种多媒体素材和制成的多媒体课件。FTP服务器的建立对老师们制作和存储，以及共享自己的多媒体教学课件提供了极大的方便。
1.素材的积累。老师们可以随时随地把自己平时搜集到的、购买的，以及自己制作的各种素材存放到FTP服务器上自己的文件夹内。系部或教研室也可以建立自己的素材库。老师们在联网的计算机上可以随时调用各种素材，使制作多媒体课件的素材选取范围有较大的空间，扩展多媒体课件的多样性，增强其艺术感，使内容更加丰富多彩，从而进一步提高了广大教师们多媒体课件的制作水平。
2.群策群力，使多媒体课件制作具有较高水平。老师们也可以随时下载和观看FTP服务器上其他教师制作的多媒体课件的成品或半成品，及时提出自己的见解和修改意见；或是直接进行修改另取相近名称保存，供制作教师参考。这样可使教师们在制作多媒体课件时广泛听取其他教师的意见和建议，相互借鉴，取长补短，群策群力；相比之下，要比单个教师单打独斗制作的多媒体课件的质量和水平好得多。
3.多媒体课件的共享。老师们在上课时可以直接调用存储在FTP服务器上的多媒体课件直接上课，免去了忘记携带优盘，或因优盘品牌各异、型号各异，或因感染病毒造成计算机无法读取优盘的烦恼。另外上课时还可以调用其他教师制作的多媒体课件，或链接的相关网页进行参考。
三、教学平台服务的开展
随着社会对教育的认识程度越来越高，计算机网络教学平台的发展也越来越快，由过去单一的以教师为中心进行课堂授课，发展到现在的高度综合性、形式多样化、内容范围广、适合学生自主学习的教学模式。很多学校在建设校园计算机局域网的同时，一般都会购买教学平台服务器，建立适合本学校进行教学的教学平台服务。同时会号召和发动老师们在教学平台服务器上建设和完善各门课程完整的授课和评测体系，明显提高了学校的教学水平和教学效果。
1.分平台的建立。在教学平台服务体系中各系部或教研室建立自己的二级教学平台，在二级教学平台进行课程目录、课程级别、教师类别等项目设置。让老师们按照教学平台的使用规则建设和完善自己所授课程的全部内容以及参考资料，以方便学生的自主学习。
2.课程的分级分类。授课课程一般分为精品课程栏目和校内一般授课课程栏目。授课课程按照国家级、省级和校级精品课程的类别，从上到下按序设置目录；校内一般授课课程按建设的先后分类设置目录，以方便学生选择学习。
量子计算的优势范文2
量子密码应运而生
量子计算的原理与传统计算机采用的原理有很大不同，传统计算机采用单路串行操作，而量子计算机采用多路并行操作，它们运算速度的差异就如同万只飞鸟同时升上天空与万只蜗牛排队过独木桥的区别。
20世纪70年代，英国和美国最早开始对量子计算的研究。近年来，量子计算的理论和实践都相继取得重大进展，产生了多种新的量子算法，研制了多种量子计算机原型。
科学家预测，未来10～20年将研制成功103～104量子比特的大型量子计算机，其运算能力可以在几分钟内破译现有任何采用非对称密钥系统生成的密码。
面对量子计算未来可能随时“秒杀”传统密码的危险，科学家致力于寻找不基于数学问题，能有效抵抗量子计算攻击的新型密码体制。解铃还须系铃人，同样基于量子信息技术的量子密码应运而生，成为对抗量子计算的“神器”。
又一个可能的“技术差”
二战中，英国破译德军ENGMA密码，获知其即将轰炸考文垂市，但为保守德军密码已被破译的秘密，英国断然牺牲考文垂这个重要工业城市，不发出防空警报任由德军轰炸；美军在中途岛海战的胜利，以及击落山本五十六座机等影响战争进程的重大事件，与其成功破译日军“紫密”有直接关系。一些专家们甚至估计，盟军在密码破译上的成功至少使二战缩短了8年。
当前，战场网络已成为连接人与武器、武器与武器的技术纽带，构成了信息化军队的神经中枢。侦察预警、指挥协同、武器控制、后勤保障等作战活动均离不开网络的支持。安全可靠的战场网络是保证自身作战体系稳定，在体系对抗中谋取胜势的重要前提，而战场网络的安全又十分依赖于网络通信密码提供的“安全屏障”。
一个国家的军队一旦率先实现量子密码和量子计算的武器化，并在战争中投入使用，将与对手形成巨大的“技术差”，在保持自身网络通信绝对安全的同时，可随时破译对方网络通信密码，洞悉对手的一举一动，从而占据绝对信息优势，甚至可以直接瘫痪和控制对方网络，由此将置作战对手于极为被动的不利地位，战局可能出现“一边倒”的情况。
以超常措施推进军事应用
意大利军事家杜黑指出：“胜利只向那些能预见战争特性变化的人微笑，而不是向那些等待变化发生才去适应的人微笑。”面对量子信息技术的机遇与挑战，只有未雨绸缪，尽早规划，提前部署，才能在未来战争中占据先机和主动，避免对手利用技术突然性陷我于被动。
目前，量子密码已经从实验室演示性研究迈向实际应用。发达国家军队已把量子信息技术作为引领未来军事革命的颠覆性、战略性技术。例如，美国防高级研究计划局专门制定“量子信息科学和技术发展规划”、研发量子芯片的“微型曼哈顿”计划等。美国正加速推进量子信息技术的实际应用，美国白宫和五角大楼已安装量子通信系统并已投入使用。英、法、德、日等国军队也相继制定实施一系列发展量子信息技术的计划。
量子计算的优势范文3
【关键词】过程神经网络 量子混合蛙跳算法
过程神经网络具有较强的信息处理能力，在实际中有着广泛应用。然而随着信息量的增加及处理的复杂化，该技术的不足之处也渐渐显露，如对较大样本的学习很难解决、不能满足系统反映时变输入信息对输出的累积效应等。在长期探索中，多位专业人员不断提出新的方法，但都有一定的缺陷。量子进化计算的全局寻优能力较强，蛙跳算法则具备计算简单快速的优势，在此将二者相结合，提出一种的新的算法，以提高过程神经网络的稳定性。
1 量子混合蛙跳算法在过程神经网络优化中的应用
1.1 个体编码方案设计
|0〉和|1〉是微观粒子基本状态在量子计算中的表现形式，用其线性组合|φ〉=α |0〉+β|1〉可表示单量子比特的所有状态，但其应符合|α|2 +|β|2 =1的要求。因此，可按照叠加理论，将量子比特的全部状态均表示为：
|φ〉=cos|0〉+eiφsin |1〉
上式中，θ[0， π]，φ[0， 2π]，且（cos）2 +（eiφsin ）2 =1
可见，量子比特是由θ及φ两个变量所刻画的矢量空间，并可利用Bloch球面进行直观的描述。设种群为m，优化空间为n维，采用Bloch球面坐标编码，可将第i个待优化的个体编码为：
其中，i=1，2，…，m；j=1，2，…，n；θij[0， π]，φij[0， 2π]
1.2 QSFLA的种群评估
1.2.1 个体解空间变换
QSFLA中的每只青蛙都有三组Bloch坐标，x=cosφsinθ，y=sinφsinθ，z=cosθ，各自都表示一个优化解。考虑到x、y、z都 [-1，1]，需对其进行解空间变换。设待优化问题的第j维变量[Min（j），Max（j）]，可将解空间变化表示如下：
Xij = [Min（j）（1xij） + Max（j）（1+xij）]
Yij = [Min（j）（1yij） + Max（j）（1+yij）]
Zij = [Min（j）（1zij） + Max（j）（1+zij）]
1.2.2 QSFLA的种族评估
依次将青蛙个体各自对应的解代入到适应度函数，对其适应度进行计算。确保整个种群中最优青蛙所对应的幅角为θg和φg，而子种群中的最优青蛙相对应的幅角则为θb和φb，子种群中的最差青蛙相对应的幅值为θw和φw 。
1.3 QSFLA的种群进化
1.3.1 QSFLA个体更新
针对子种群中最差的青蛙量子位幅角增量的更新：
Δθ=rand（）（θb-θw），Δφ =rand（）（φb-φw）
在此借助量子旋转门改变量子比特的相位：
基于量子旋转门的量子位概率幅更新：
对上式进行分析，Δθ和Δφ两转角的大小和符号分别决定着收敛速度和方向，因此极为关键。为不影响算法效率，可将其看做是Block球面的旋转，即量子比特在上面绕着某一固定轴进行旋转。通过旋转可使两个参数同时改变，以提升优化能力。
1.3.2 自适应混沌旋转角度算子
混沌优化方法适用于小空间搜索，在较大空间中搜索效果较弱，与蛙跳算法子群内部的全局遍历十分适应。其公式如下：
δ（t）=δmin + × L×（δmaxδmin）
上式中，结合旋转角度和进化代数进行适应调整，在进化初期，便可实现算法较大幅角的搜索工作。进化代数不断增加，幅角随之减小，为进化后期的精细搜索提供了便利。Lj+1=μLj（1Lj），μ=4是一个Logistic混沌序列，可让旋转操作在解空间内进行遍历，对提高搜索效率较为有利。为提高收敛速度，用δmin和δmax分别表示允许旋转角的最小及最大值。通过自适应调整，使得局部优化的遍历性有所增强，且不需要将量子门转角的方向与当前最优个体对比，有利于促进种群的进一步优化。
2 量子混合蛙跳算法的改进
在混合蛙跳算法分组中，若采用标准的分法，适应值较差的青蛙常分在最后一组，则其向最好青蛙学习的效果较弱。为此，提出一种新方法：初始种群P，先按照标准分组的方式将种群分为m个子群，均包含有n只青蛙；然后从其他组随机选择一只与该组中的最优青蛙进行对比更新，得到一个新青蛙，使得每组扩大到n+（m-1）个青蛙，使得分组更为多样；当每组进化迭代完成后，再将各组进行重新合并，形成一个新种群，对其中青蛙的适应值进行计算闭关重新排序，取前P个进入下一轮迭代。
3 结束语
该方法将过程神经网络的基函数展开项数、隐层神经元个数和其他常熟参数作为一个优化整体，具有很多优势，在实践中也证明了该算法的合理性，值得推广应用。
作者简介
张小军（1980-），男，河南省人。现为河南教育学院信息技术系讲师。主要研究方向为云计算、数据挖掘、通信技术。
作者单位
量子计算的优势范文4
量子通信是量子力学和经典通信相结合的产物，其安全性由海森堡测不准定理和不可克隆原理所保障，具有经典通信无法比拟的无条件安全性及对窃听的可检测性。电力系统通信专网，建立了“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”的网络与信息安全防御体系，但安全措施主要侧重于业务层和数据安全层面，在底层安全策略和适应未来发展方面存在局限性。由于电力数据对通信安全要求的特殊性，量子通信极有可能是确保电力通信安全的极佳选择。综上，开展量子保密通信技术研究非常有意义。本文首先对量子通信技术进行概述，接着阐述了国内外技术研究现状；最后，根据电力通信业务需求，分析量子通信在电力系统中的应用前景。
2量子通信技术概述
量子通信，广义上是指把量子态的传递，包括：量子密集编码、量子密钥分发和量子隐形传态。其中，量子密集编码用于量子计算机。量子密钥分发，在传送量子态的过程中，光子会经由光纤或自由空间被实际传送到接收方；量子隐形传态，纠缠光子对分处两地，量子态在一处消失后，在另一处被巧妙地重现，而光子本身却不被传送。量子通信，狭义上理解，是量子密钥分配或基于量子密钥分配的安全保密通信。量子密钥分发只是负责产生和分发通信需要的密钥，最终的的数据信息经由加密生成的密文，还是必须经过经典信道进行传输。在量子隐形传态中，同样也要用经典信道将测量的信息传送出去，经典信息与量子信息联合起来才能实现量子隐形传态。因此，量子通信技术除了在窃听检测和通信保密方面具有优势以外，并不能突破经典通信系统在通信速率、距离、抗干扰性能等方面的极限。
3量子通信技术国内外研究现状
量子通信具有高效率和绝对安全等特点，广泛的应用前景吸引众多国家投入人力物力。美国、日本、欧洲多国都成立了专门开展量子技术研究的机构，此外，IBM、HP、NEC、NTT等企业也纷纷加入到量子通信的研究之中。国外量子密钥分配技术专利统计显示，公司、企业申请的专利数占主导地位，科研院所其次，可以看出量子密钥分配技术具有潜在的商业化价值和应用空间。1984年，BennetC.H.和BrassardG.提出第一个量子密钥分发协议（BB84协议），揭开了量子密钥分发研究的序幕。1993年，英国国防部研究局在传输长度为10km的光纤中实现了基于BB84方案的相位编码量子密钥分发。1997年，奥地利的A.Zeilinger小组在室内首次完成量子态隐形传送的原理性实验验证。2001年，瑞士IDQuantique公司推出商用量子密钥分发系统。2004年，瑞士日内瓦大学的Gisin小组推出的“Plug&Play”光纤量子密钥协商系统光纤长度提高到67km，成为世界上首个商用的QKD系统。
国内，量子通信研究同样受到相关部门的大力支持。郭光灿小组：2004年，实现北京-天津125km光纤点对点的量子密钥分发；2007年，实现了基于波分复用的四用户量子密钥分发网络，通信距离达到42.6km；2009年，在安徽芜湖建成世界首个“量子政务网”。2005年，潘建伟小组在世界上首次实现13km自由空间的纠缠分发和量子密钥产生；2008年，实现了三用户的诱骗态量子密钥分发网络；2009年9月，世界上首个全通型量子通信网络建成，首次实现了实时语音量子保密通信。最近几十年，量子通信从理论到实验，再到实用化突破，发展迅速。
4量子通信技术在电力系统中的应用前景
电网规模的不断扩大，电网企业信息化程度日益提高，电网面临的安全风险更多、更大，迫切需要研究新的通信技术，将其应用到电力系统来。量子通信技术具备高效率和绝对安全的优势，将可能成为保护电力系统数据安全的极佳选择。而且，在我国相关的研究和实用化工作也走在世界前列，具有自主知识产权，探索量子通信技术在电力系统中的应用是非常有意义和前瞻性的工作。结合目前电力通信系统和业务系统现状，量子通信技术可以在以下方面开展应用研究：
4.1构建量子加密异地备份数据传输链路目前，各网省公司已大力开展备用调度系统和信息容灾体系的建设，并相继成立了异地数据容灾中心。为确保数据中心之间的数据保密传输，一个安全的加密系统是必需的。量子保密通信的安全性不是基于计算的复杂性，在信息保护和保密通信方面具有天然的优势。使用量子密钥分发链路，在主、备数据中心间进行密钥分发和交换，能够构建高效、安全的异地数据备份传输通道。
4.2构建核心加密通信网电力企业的电脑被攻击，可能引发用电行业的瘫痪，造成社会大面积混乱。传统的防火墙和信息过滤技术无法从根本上解决“黑客”攻击的问题，随着量子通信距离和多用户量子通信技术的突破，利用量子通信技术构建网省地重要调度机构加密通信网，在网络上任意两用户间实现量子密钥的加密通信，将能保证营销、市场、办公等重要业务的安全性。
4.3构建点对点量子加密保护通道线路保护、安稳属于电力生产一区的重要业务，对数据的实时性和安全性要求非常高。现采用的专用光纤、复用2M通道方式能保证数据的实时性，却无法保证绝对安全性。随着量子通信的快速发展，两点间的量子通信技术趋于成熟，两方量子密钥分发通信距离已经能够达到几十公里~百公里级。量子密钥分发技术，使用光量子作为保护、安稳信息的载体，将能极大地保障业务的安全性。
4.4构建加密量子交换网络电话业务是生产指令上传下达的关键工具，是电网安全正常运行的重要通信保障，目前主要采用PCM或交换机放号的方式，在承载网层面未进行安全保证。使用量子交换机实现经典通信网络的交换控制与量子交换网络的控制，可以构建高安全的量子交换网络，防止电话遭窃听和恶意攻击。
4.5应急量子通信当出现冰灾、地震、洪水等自然灾害，光缆、传输设备等电力通信基础设施受到大面积破坏时，现有电力通信网络陷入瘫痪，无法进行有效的应急抢修通信。目前，量子隐形传态技术已经获得16km的实验进展，随着关键量子器件技术的成熟，隐形传态将进入应用阶段。利用隐形传态技术，构建应急环境下的量子卫星通信系统，将对未来的应急抢修提供重要帮助。
5总结
量子计算的优势范文5
关键词 囚禁离子；量子计算；富勒烯理论模型
中图分类号 O4-0 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）161-0119-02
1 国内外研究现状分析
量子计算与量子信息，是当今一项富有挑战意义的科学前沿课题。众所周知，量子计算就是利用量子效应和量子算法来实现的超级并行计算机，拥有比经典计算机更强大的计算能力。目前的工作热点是量子模拟和量子计量；固态系统是解决量子计算的最佳途径。目前有希望实现量子计算的系统主要有：离子阱、核磁共振、量子点和富勒烯等，其中富勒烯的应用前景引人注目。由于化学性质和形成机理相似性，不难将富勒烯分子嵌入单壁碳纳米管。这种单壁碳纳米管内嵌富勒烯系统不但可以形成特定自旋链结构，而且因为处于碳纳米管中，相干性保持就大为提高。单壁碳纳米管富勒烯系统中的量子纠缠产生，量子态传输以及单自旋测量等量子信息过程实现，是实现真正意义的规模量子计算必须要解决的难题。
当今国际上有很多研究小组针对富勒烯做了深入研究，设计了很多量子计算方案，包括电子自旋实现方案，核自旋实现方案，原胞自动机实现方案等。我国在富勒烯基础研究方面开展工作的有中国科学院物理研究所、武汉数学与物理研究所、北京大学等，并取得一些实质性进展，如富勒烯合成，量子信息逻辑操作、单自旋测量和量子态读出。尽管理论上已有不少研究，但从实验上实现富勒烯系统量子计算是极其困难的。至今几乎没有富勒烯量子计算实验的报道。这主要在于对富勒烯中内嵌的电子自旋的操作和探测极其困难。量子模拟是解决这种在实验上实现困难的一个有效途径。量子模拟是用一个可控的量子体系去模拟另一个难以控制的量子体系，这也是费曼当年提出量子计算这一思想的本意。相对于量子计算，量子模拟对量子资源的要求较低，在极少的量子比特上完成的量子操作可以是很好的量子模拟的工作。
囚禁在电磁势阱中的超冷离子是目前在冷却、囚禁和量子操控等方面最稳定的体系之一，理论工作包括在线型离子阱中实现量子纠缠，量子算法、量子纠错以及远距传态。最近完成的量子模拟的实验工作包括模拟Dirac方程和相对论效应、自旋体系的阻挫现象等。在这些工作中，超冷离子体系的干净和近乎孤立的环境以及快速、精确的相干操作保证了高品质量子计算操作的完成。所以科研人员就很自然地想到用离子阱来模拟其它体系的动力学行为，利用现有的成熟理论和技术，模拟实现目前在理论上相当成熟而实验上难于控制的系统。这是目前比较热门的研究方向之一。
中国科学院武汉物理与数学研究所已经建成了一台专门用于量子信息处理研究的线型离子阱，已经成功束缚了40Ca离子，获得了离子的云态和1-4个离子的晶态，离子冷却温度已接近多普勒冷却的极限。我们拟利用超冷离子模拟富勒烯自旋链，模拟该体系的量子纠缠、信息传输和测量，研究外磁场、各种耦合参数和退相干对量子纠缠、量子态传输以及单自旋测量的影响。用囚禁离子来做量子模拟主要缘于富勒烯系统和囚禁离子系统具备的很多相似性和相通性，这种天然的优势使得我们利用囚禁离子来模拟富勒烯系统成为可能。
碳纳米管不仅给富勒烯串的形成创造了有利条件，同时还给富勒烯串提供了严格保护，使其基本不受外部环境的干扰。内嵌富勒烯原子实际上成为一个近乎完美的人造原子；超冷离子体系的干净和近乎孤立的环境可以与内嵌富勒烯原子媲美。二者都是基于自旋偶极相互作用来实现量子逻辑门，而超冷离子之间能很方便地产生这样的相互作用。二者在系统调控方面也都一样，都可以利用梯度磁场来实现自旋阵列的独立寻址，都利用外磁场、微波或射频脉冲来对系统进行调控和完成逻辑门操作；对两系统的理论近似处理方法也一样，都可利用强场近似、强耦合近似、旋波近似、平均场方法和密度泛函方法等。同时离子阱优于富勒烯系统在于对量子信息地读出相对容易。
本人从事过Heiseberg交换模型的相关问题研究，主要是构建特定型富勒烯串理论模型。利用密度泛函方法（DFT）、LSDA方法，针对富勒烯系统构建一个Heiseberg自旋链模型，例如Hubbard-Anderson模型，通过一些近似手段、采用解析求解和数值模拟的方法对系统进行分析。借助前面的理论基础，本人拟开展对富勒烯量子比特相互作用的量子模拟，本研究旨在探讨多量子比特的固态量子信息处理；最核心的问题是如何有效地压制退相干、提高量子操控效率和提高传输保真度，将有助于验证基于富勒烯量子信息处理的各种方案。将探讨外磁场和各种耦合因素以及各种退相干因素的联合效应在纠缠、信息传输和测量中的表现，得出量子纠缠度、传输保真度和量子测量极化强度以及对耦合参数、外磁场、时间的依赖关系。
2 研究的研究目标、研究内容和拟解决的关键问题
1）研究的目标：（1）研究富勒烯系统的囚禁离子量子模拟。模拟富勒烯系统中多体纠缠、量子信息传输和测量等量子力学过程；（2）为真正实验上实现富勒烯量子计算和发展基于富勒烯系统的的新型量子器件提供理论和实验参考。2）研究的内容：（1）单壁碳纳米管中富勒烯系统理论简化模型的建立和求解，用Heiseberg交换作用来描述富勒烯之间的耦合，实现高保真度量子态在自旋链中的传输；（2）囚禁离子量子模拟富勒烯系统的方案探讨。探讨利用梯度磁场实现阵列中各个离子的独立寻址；利用射频脉冲结合激光完成逻辑门操作；模拟富勒烯的电子自旋偶极相互作用。探讨如何完成信息传输。3）拟解决的关键问题是富勒烯链理论模型的建立和囚禁离子的量子模拟。富勒烯链理论模型的建立：构建模型，给出系统的具体数学描述；对系统哈密顿量进行简化和求解（包括解析和数值求解）；计算体系的纠缠、信息传输的保真度和极化强度等。囚禁离子的量子模拟：囚禁离子模拟富勒烯的实现方案；探讨梯度磁场下的离子耦合；探讨射频脉冲结合激光完成逻辑门操作和高保真的量子态（单粒子态和多粒子量子纠缠态）的制备等。
3 拟采取的研究方法
该研究工作主要分为3个步骤，并采用了相应的研究方法。第一步，给出合理的物理模型。对于单壁碳纳米管定型富勒烯Heisenberg自旋链式结构，利用密度泛函方法和拓扑斯理论以及平均场方法、旋波近似等，得到合适的系统Hamiltonian，进行解析求解和数值模拟；第二步， 计算各种特征物理量。根据真实的物理条件和量子信息处理的需要，对系统进行适当的简化，计算体系的纠缠、信息传输的保真度和极化强度等物理量；第三步，提出离子阱量子模拟富勒烯串的方案。设计量子逻辑操作的激光脉冲和重聚束脉冲，探索模拟系统的量子力学基础问题（如纠缠、信息传输、测量等），研究纠缠对环境涨落等多重退相干机制的压制。
4 研究步骤
第一阶段，利用密度泛函理论、计算系统中电荷与自旋分布。在强磁场和弱射频脉冲下，基于旋波近似和平均场近似，导出简化模型，并对系统进行解析求解和数值计算。研究系统中多体量子纠缠、信息传输和测量；第二阶段，完成离子阱对富勒烯串量子模拟，探讨利用梯度磁场实现阵列中各离子的独立寻址；利用射频脉冲结合激光完成逻辑门操作；模拟富勒烯的电子自旋偶极相互作用；第三阶段，在离子阱模拟系统中实现量子信息传输和测量。深入分析耦合参数，外磁场的联合效应在自旋量子态传输和测量效率中的表现并分析各种极限行为。研究纠缠对环境涨落等多重退相干机制的压制。找到实现最佳保真度以及宏观极化的磁化强度的最佳参数组合以及实现时间。
参考文献
[1]C. A. Sackett et.al.，Nature 404，256（2000）.
[2]D. G. Cory et.al.，NMR Based Quantum Information Processing： Achievements and Prospects Fortschritte 48，9（2000）.
[3] Loss and D. P. DiVincenzo. Quantum computation with quantum dots. Phys. Rev. A， 1998， 57，120.
[4]Kroto et al，C60：Buckminsterfullerene Nature 318，162（1985）.
[5]A. C. Dillon et al ， Nature 386， 377-379 （1997）.
[6]Wolfgang Harneit et al PHYSICAL REVIEW A，65，032322 （2002）.
[7]Y. M. Hu et al Phys. Rev. A 80， 022322 （2009）
量子计算的优势范文6
关键词：计算机；发展；应用
中图分类号：TP393.8 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 24-0000-02
Analysis of Computer Development and Application Trends
Li Bing1,Ding Jianping2
(1.Henan Quality Polytechnic,Pingdingshan467000,China;
2.Bureau for Environmental Protection of PingDingshan,Pingdingshan 467001,China)
Abstract:The potential of computer technology can not be estimated,it will be long-term impact of the development of human social development.In the future,people's life and work,its significance has been far beyond people's imagination,computer technology is now indispensable to the process of people's lives too technical,the future status will be difficult to predict.In this paper,the history of computer technology to do a simple discussion,focus on the development of computer technology direction and now in the world of computer technology development and applications,and computer technology,a simple outlook on future prospects.
Keywords:Computer;Development;Application
时代的变迁速度令人措手不及的同时，也给人带来了许多的新鲜事物，计算机是我们这个时代无法或缺的东西，它已经进入了我们生活的方方面面。如今计算机的发展已经进入了人工智能时代，新型计算机的时代又将是新一轮的计算机革命，这又将对社会的发展产生深远的影响。
一、计算机发展史简述
世界上的第一台电子计算机是因为军事导弹方面技术的发展需要，于1946年2月14日在美国宾夕法尼亚大学诞生。刚开始由于计算机的成本高昂，并没有走进普通民众的生活，而只是在军方应用。60年代至80年代间，随着计算机成本的逐渐降低，计算机被应用于有能力的单位机构，大规模的研究组织等政府机构。1982年第一台个人计算机问世，上个世纪90年代计算机已经被众多家庭和企业广泛使用，涉及的领域也越来越广泛。计算机在向实惠，小，轻等方向发展过程中，可以看出计算机的发展是由其不断的创新推动的，这种创新的发展速度远远超过其他任何领域。
二、计算机的发展与应用
1.新型计算机系统陆续出现
信息时代对信息的获得能力决定了一个国家或者地区在这个时代的发展能力。全球化已经越来越迅速的今天，世界各国都在加紧研发新型的计算机，计算机的各个方面都出现了质的飞跃。而新型的量子计算机、光子计算机、生物计算机、纳米计算机等也将在不久的将来进入我们生活的各个领域，甚至有些已经进入了我们的生活。
①量子计算机
量子计算机的研发是基于量子效应理论开发的，它的运算工作原理是：利用链状分子聚合物的特性来表示信号的开和关，并用激光脉冲来改变分子的状态，使得信息沿着聚合物移动，进行运算。量子计算机的存储单位比以往的计算机都要小许多，是用量子位存储的。具体的表现就是一个量子位可以存储2个数据，这样量子计算机的优势就是比存储量就变的非常庞大，对于工作要求存储量大的电脑用户来说是一个极佳的选择。目前正在研发的量子计算机类型主要有3种，第一种是核磁共振量子计算机，第二种是硅半导体量子计算机，第三种是离子阱量子计算机。科学家们预测，量子计算机将在不久的2030年获得普及。
②光子计算机
光子计算机也可以被称作是全数字计算机，它的工作原理是以光子代替电子，光互连的特性替代导线的互连，用光硬件代替电脑中的硬件设备，用光运算的方式代替电运算的方式进行运算。这种计算机的优势是信息传递的平行通道密度大，而光具有高速、并行的特性，这也就决定了光子计算机并行处理能力强大，运算速度远超人们的想象。
③生物计算机
生物计算机亦称作DNA分子计算机，它的运算过程简单来说就是蛋白质分子与周围物理化学介质相互作用的过程。计算过程中需要的转换开关是用酶来担任的，程序的表示也将在酶合成系统与蛋白质结构中变得极其明显。生物计算机的运算速度比人脑的运算速度要快100万倍，也就是说生物计算机完成一项运算需要的时间仅仅是10微微秒。这种计算机的优势是惊人的存储量，根据计算，1立方米的DNA溶液可以存储1万亿亿的二进制数据。
④纳米计算机
纳米作为一种计量单位，许多人对其并不陌生，但是对其的具体感觉却并不直观，它的长度大约是一个氢原子的直径的10倍，它的具体表述就是10[-9]米。现在纳米技术在计算机领域正在从微电子机械系统中被运用，这个系统是把传感器、电动机和计算机的个各种处理器放在了同一个芯片上。这种用纳米技术的计算机芯片非常微小，体积一般不过就是数百个原子的大小。它的优点就是几乎不需要消耗任何能源，性能更是比现在的计算机要强大的多。
2.计算机技术发展
①现代微型处理器技术发展
计算机性能的提升关键技术就是微型处理器的发展，这种技术追求的就是把处理器里的晶体线宽和尺寸的减小。要实现减小的目的，一般是通过用较短的波长的曝光光源来掩膜曝光，使做出的联通晶体管的导线和刻蚀于硅片上的晶体管更细更小的方法来实现的，这种技术到现在一般是用紫外线作为曝光光源，不管有个限制难题就是线宽小于或等于0.10流明的情况下会受到阻碍，也因此现在的计算机技术已经不再追求利用紫外线做光源来提升计算机的性能发展方向了。
②以纳米为主的电子科学技术
当今计算机技术的发展障碍是处理速度和集成度，尽管现在的电子计算机的电子元件得到了有效的改善，但是相对于现在要求电子计算机的高速化，智能化，和微型化的要求是远远不够的， 所以今后计算机的技术发展也不再是局限在单纯的缩小尺寸方面，还要用其他的创新手段来完善计算机技术。
③分组交换技术的发展
分组交换技术是把需要传送的数据划分为一些等长的部分，每个部分叫做一个数据段的技术。在这些数据段的前面添加一个控制信息组成首部，就可以构成一个分组。分组通过首部指明了需要发往的地址，然后节点交互机根据分组的地址，将他们发往目的地。整个过程就是分组交换过程，这种技术很好的提升了通信的效率。
3.计算机技术发展方向
现在的计算机在人们的生活中已经扮演了一个非常重要的角色，但是它的角色只会变得越来越重要，因为以计算机技术为基础，人类将进入智能化、物联网的时代。
①纳米技术需要大力发展
纳米技术不受到传统的计算机集成和处理速度的限制，纳米技术就成了今后计算机技术大力发展的一个方向了。今后出现的量子计算机和生物计算机的发展都有赖于纳米技术在计算机领域的应用和发展，为推动今后计算机的运算速度和存储能力远远超越现在的计算机，大力发展纳米技术也成了一个必要的选择。
②着力改善计算机的体系结构
计算机是一个具有不同功能的体系结构，也是一个组合体。当代几乎所有的大型电脑和微型电脑都有可以同时处理不同问题的能力，这种功能就是是当前计算机的主流结构：并行计算。另外大型电脑有一个群集的发展趋势，使用户对相融性和可靠性的需求获得提高。
③网络技术推动计算机智能化、物联网方向发展
大力发展网络技术有助于计算机技术的进一步发展，人们今后进入智能化、物联网时代都要依靠网络技术的发展。今天的人们之所以离不开计算机，一个主要的原因就是网络技术的发展。通过网络，人们在家里都可以实现购物，娱乐，获取信息等目的。
④软件技术的发展
计算机软件的发展是一个非常重要的方面，软件技术的开发对与计算机技术的发展需要协调发展，通过网络技术这个平台，这种协调发展可以使现实中的人们一起合作做好全部工作。
三、计算机的未来
现在各国都在努力的发展新型的计算机技术，这些技术在不久的将来将会进入我们的现实生活。计算机的未来发展也主要定位于智能化发展，这种技术的特点就是具有一定的感知能力，除了具有一定的思考能力，一定的自主分析问题的能力，还具备一定的语言能力。对于这种技术的应用我们可以通过我们日常使用的手机可以看出一些端倪，我们在发短信的时候，不仅仅是键盘输入，还加入了手写输入和语音输入。除此之外，我们现实中还出现了可以令人身临其境的虚拟技术，这种技术的实现也将使得计算机领域的技术发展出现质的提升。同时通过前文对现在各国加紧研究开发的新型计算机的简述，也可以知道，今后的计算机技术的储存能力也将远远超越现在的计算机，而且其对资料的存储时间也将更加的长久。未来的计算机毫无疑问的会被运用于我们生活的各个角落，那个时候的计算机将会为我们人类提供更加优质的服务，更好的满足人们的现实需求。人们的生活在走进智能化，自动化的时代的同时，对于计算机技术的进一步发展也将会提出更高的要求。
参考文献
[1]刘益延 计算机技术发展与应用[J].计算机工程应用技术.2010
[2]许朝晖 未来计算机技术发展与应用探讨[J].高新技术产业发展.2010
[3]谢梅芬 论计算机技术发展过程中的创新[J].淮海工学院学报.2011
[4]黄建儿 浅析计算机科学与技术的发展趋势[J].民营科技.2011
