量子计算论文汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇量子计算论文范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

篇（1）

人力资源会计是通过对企业中人力资源投资的成本、价值进行确认、计量、记录和报告，以为利益相关者提供企业的人力资源信息，便于他们做出正确的经济决策。它是企业专门计量和反映人力资源信息的会计程序和方法。

我国传统会计核算体系将人力投资支出费用化，难以对人力资源进行确认、计量、记录和报告，在人力资源投资迅猛增加、人力资源支出比重日益加大的今天，费用化往往导致低估企业收益，而在人力资源损耗阶段却又会高估收益，这与真实的情况不符合，必然导致会计信息不真实，无法为企业管理当局、广大投资者、债权人、国家经济管理部门提供他们所需要的人力资源信息。建立了人力资源会计后，改变了传统会计把人力资源支出都作为当期费用列支的做法，而是将人力资源投资支出资本化，确认人力资产为企业的重要资产，同时确认劳动者的权益，并按贡献大小参与企业盈余的分配，促使企业的经营者、管理者、劳动者充分重视人力资产的作用，承认劳动者的贡献和权益，发挥劳动者的积极性和聪明才智，为企业和社会创造更多的财富。

人力资源会计是人力资源管理与会计学相结合的新学科，是会计学科发展的一个新领域。

二、人力资源会计的确认

1、首先，人力资源是企业的资产。人力资源会计与传统会计的本质区别就在于人力资源会计将人力资源投资视为资产，而传统会计则作为费用。所以谈论人力资源会计，首先就要确认人力资源是否是资产？

资产，是企业拥有或控制的，能够以货币计量，预期能为企业带来经济利益流入的经济资源。据此定义，人力资源是企业的资产，因为人力资源是指人的劳动能力，劳动者的这种劳动能力显然是可以给企业带来经济利益的流入的；而且，人力资源的成本，即企业投资在人力资源上的招聘费、培训费、保险费、工资及福利费等支出都是能够以货币计量的；还有，人力资源也是企业可以实际控制的，一旦劳动者被企业雇佣，他的劳动力事实上就已经为企业所控制，在劳动契约解除以前，劳动者不能再自由的向他人出售劳动力，特别是正常上班时间，劳动者的时间和所做的事都不能为自己所控制。所以，企业的人力资源是企业所拥有或控制的，能够以货币计量，能为企业带来经济利益流入的重要经济资源，是企业的重要资产。

2、其次，人力资源应属企业的无形资产。因为，无形资产是不具有实物形态的非货币性资产，具有无实物形态、用于生产商品或提供劳务、出租给他人或为管理而持有、可以在一个以上的会计期间为企业提供经济效益、所提供的未来经济效益具有不确定性等特征。人力资源符合上述定义和特征：（1）人力资产不具备实物形态。人力资产本质上是指员工的服务能力和潜力，这种能力、潜力是没有实物形态的；（2）人力资产是用于生产商品、提供劳务或管理的人力资源；（3）人力资产投资的受益期通常在一个会计期间以上，服务期低于一个会计期间的员工的工资等支出一般直接计入当期损益，而不予以资本化；（4）人力资产到底能为企业带来多大的效益是很难估计的，另外，由于人才的流动性大，使人力资产的受益期事实上也很难确定。综上所述，人力资源应属企业的无形资产。

三、人力资源会计的计量

人力资源会计的计量是指人力资产的计价问题，其关键是对投资在人力资源上的支出进行资本化与费用化的划分。人力资源投资支出主要包括以下四个部分：

1、取得人力资源的支出。指企业为获得人力资源所发生的各项支出，包括：招聘广告费，支付招聘中介机构手续费，招聘人员的差旅费、接待费、材料费，招聘面试费，体检费，从事招聘工作人员的工资、奖金，支付被录用人员的迁移费、差旅费及安置时的行政费用等。

2、维护人力资源的支出。指企业对所聘用的员工，在企业正常生产经营期间所发生的各项经常性支出，如工薪及奖金支出、劳动保健支出、医疗保健支出、社会保险支出、人事管理部门支出等。

3、开发人力资源的支出。指企业为提高员工的素质和技能而发生的各项支出，如见习支出、岗前培训支出，在职培训支出，脱产培训支出等。

上述支出并非都计入人力资产的成本予以资本化，而是只有那些受益期限超过一年以上的支出才予以资本化，其余的则应费用化。具体讲，就是将发生额比较大的人力资源取得支出和开发支出予以资本化，而将日常维护支出和发生额比较小的人力资源取得支出和开发支出予以费用化，直接计入当期损益。

由于人力资源的投资成本与其实际价值往往不符，由此会对会计信息的决策相关性与有用性带来影响。为弥补这一缺陷，我个人认为可以通过采用一定的合理的方法和程序，对人力资产的实际价值（预期未来现金流量的现值）进行评估、估价或描述，并将该信息在会计报告附注中予以适当披露。

四、人力资源会计的核算

（一）人力资源会计核算的基本原则

1、重要性原则。人力资源会计应重点核算和提供企业骨干性人力资源的信息，并将投资在这部分人力资源上的支出作为资本性支出，计入人力资产的成本，并在以后使用过程中分期摊销，这些信息应重点加以揭示；而对一般性职员的相关支出则直接费用化。这样区别核算，既能提供更加相关的会计信息，又可简化核算，体现重要性原则。

2、历史成本原则。即将招聘、培训和开发人才等一切人力资源方面的支出作为人力资产的成本入账，其数据根据原始发生额归集，客观可靠。

3、成本效益原则。人力资源会计在很多方面发挥了较大的作用，但在核算时还应考虑对那些核算成本较高，对决策意义不大的核算项目可不予揭示。

4、划分资本性支出与收益性支出原则。将形成人力资产的数额相对较大的招聘广告费、职工培训费、职工教育经费、稀有人才离职损失费等作为资本性支出，予以资本化；而将发生额比较均衡的日常工资及福利费，发生额较小的招聘费、培训费等支出直接计入当期损益，作为收益性支出。

（二）账户设置

人力资源会计核算主要涉及资本化人力资源成本的归集分配、人力资产价值的确认、人力资产成本的摊销、人力资产价值损失以及费用化人力资源支出的处理等几部分。为此，需要设置如下基本账户：

1、“人力资产”账户：总括反映人力资产的增减变动情况。其借方反映人力资产的增加，贷方反映人力资产的减少，余额一般在借方，反映现有人力资产的历史成本和重置成本，本账户按职工类别设置明细账户。

2、“人力资产摊销”账户：其贷方反映人力资产的累计分期摊销额，借方反映因退休、离职等原因退出企业的职工之累计摊销额，余额表示现有人力资产的累计摊销额，本账户应按照对应的人力资产明细账设立相应的明细账户。其备抵“人力资产”账户后剩下的余额反映“人力资产”投资成本的摊余价值。

3、“人力资产取得和开发”账户：这是个成本计算性质的过渡账户，用以分类汇集企业在人力资产上的投资成本，借方反映人力资产投资支出的实际数额，贷方反映人力资源取得和开发完成后转入“人力资产”账户的金额，期末余额在借方，表示尚处于取得和培训阶段的人力资源投资成本。本账户应设置“人力资产取得成本”和“人力资产开发成本”两个明细账户分别核算。

4、“劳动者权益”账户：该账户属于劳动者权益类账户，用来反映职工因投入劳动力而对企业享有的权益。职工加入企业为企业投入人力资产时，劳动者权益增加记贷方，当职工离开企业导致劳动者权益减少时记借方。期末余额在贷方，表示企业劳动者对企业享有的权益总额。本账户应按照劳动者的类别和具体名称设置明细账核算。

（三）基本账务处理

1、当雇员被录用时，应该根据人力资源评估机构对其评估的价值，借记“人力资产”账户，贷记“劳动者权益”账户。年终，企业应对其人力资源价值进行评估清查，如评估价大于原账面价值，应按差额部分，借记“人力资产”账户，贷记“劳动者权益”账户，反之，则作相反的分录。当雇员被解雇后应按评估价值借记“劳动者权益”账户，贷记“人力资产”账户。

2、企业进行人力资源投资，发生应予资本化的招聘、选拔、培训、开发等费用时，借记“人力资产取得和开发”账户，贷记“现金”、“银行存款”等账户，雇员正式交付给有关部门使用，结转人力资源开发成本时，借记“人力资产”账户，贷记“人力资产取得和开发”账户。发生应予费用化的日常维护支出（如工资、奖金等）时，借记“××费用”账户，贷记“应付工资”等账户。

3、摊销人力资源投资时，借记“××费用”账户，贷记“人力资产摊销”账户。

4、期末，将“人力资产”账户余额减去“人力资产摊销”账户余额，即得人力资产的摊余价值（净值）。

五、人力资源会计信息的报告与披露

对人力资源会计报告，我认为应分为两部分：对外报告与对内报告。

篇（2）

二、试验

该试验利用自主研发的“GIS综合试验系统”进行了载负量计算模型的嵌入实现。选择郑州地区的4个不同区域，在同一比例尺下进行电子地图的绘制(如图2所示)，并实时利用载负量计算模型得出4个不同区域内电子地图载负量的值。为了对比，将试验区域内的4幅电子地图输出成为BMP格式的图像，并利用Photoshop软件进行色彩处理，获得每幅图像中非底色(白色)部分的像素个数(该部分为目标颜色值)，除以图像像素总个数，从而获得每幅地图的载负量。上述获得的两组载负量的值见表4。从表4可以看出，在图2(a)中，模型计算方法获得的载负量比色差识别法获得的载负量要小，而图(c)中模型计算方法获得的载负量比色差识别方法计算的载负量要大。经过分析，由于图2(a)中含有面对象，而面的普染色在利用色差识别方法时将面要素的内部填充色也作为要素载负量进行了计算，但地图学理论［2］中一般不将面要素的色彩填充作为地图面积载负量，因此造成了图2(a)中载负量的差值;图2(c)中，由于没有面要素内部色彩被计算成载负量，而模型计算方法在计算过程中考虑了要素的空白位置，造成了模型计算方法计算的结果比色差识别法计算的结果值要略大，类似的情况在图2(c)中也出现了。图2(d)中由于面要素的区域稍大，而整体图面内要素数量较少，造成了利用色差识别法计算的载负量比模型计算方法计算的结果值稍大。

篇（3）

进入信息时代，计算机及相关软件在建设工程项目管理领域的应用也越来越广泛。在项目成本管理领域，早已实现工程成本及造价计算过程中定额子目的自动套用、费用的自动计算及人、材、机的自动分析和汇总，但工程量的计算还未能完全实现自动化，各类具有自动算量能够功能的软件在实际应用中也存在各种问题。

1. 当前项目造价（成本）领域软件应用的水平及存在问题分析

1.1. 当前项目造价（成本）领域软件应用发展的水平

当前，在项目造价（成本）领域的应用软件，主要在于实现自动讨价及工料分析。由于工作关系，笔者对目前市面上常用的几款软件都曾试用，总体来讲，上述软件具有准确率高、换算方便、速度快等优点，实现了报表输出的兼容性。也有部分软件对实现自动算量功能做出了有益的尝试，并取得一定的成果。根据笔者的经验，这类软件均较好的解决了建模、自动算量、工程量的汇总及定额的套用等手工计算中费工费时的工作，有些更是具备了能直接调用电子图档的功能，省却了大量的建模时间，取得了较好的应用效果。

1.2.工程量自动计算的意义

传统的手工计算工程量，其基本过程无非是翻阅图纸、熟悉资料、列计算式、计算分项工程量、汇总工程量、套用单价。很显然，这极为费力费时，需要细心和极大的耐心，稍有不慎则容易出错，效率低下。

而工程量的自动计算基本过程如下：建模、校核、自动计算、自动套用定额子目或生成工程量清单项目。

工程量的软件计算最大的优越之处在于实现了工程量的自动化、智能化：

1）实现了构件交接处的自动扣减；

2）实现了工程量的自动分类汇总及报表输出；

3）建模时标准层可直接复制，非标准层可稍加修改，成倍的提高了工效。

相较于手工计算，用软件计算的功效是手工计算的至少4～5倍。笔者本人曾作过专门比较，同一栋框架结构宿舍楼，手工计算工程量到汇总得出分部分项工程量约需2～3天，而用软件计算从建模到输出工程量总共只用了不到10个小时，孰优孰劣，一目了然。

工程量的自动计算，不仅是项目建设初期及竣工阶段造价（成本）管理工作的需要，也是工程项目实施过程中管理工作的需要。项目管理中经常要做到对部分楼层、部分构件或部分材料的分项汇总，用手工计算容易出现统计错误，而软件则可以在几十秒钟之内实现上述功能。不仅如此，在招投标领域实现快速投标、在工程竣工决算审计中能起到减少重复计算、提高功效的作用。正由于此，笔者认为，应在项目造价（成本）领域大力推广工程量的自动计算。

1.3.当前算量类软件在项目造价（成本）领域应用中存在的问题

通过对上述部分具备算量功能的软件的使用，总体感觉目前的此类软件普遍存在如下缺点：

1）软件的智能化程度不高，需大量的人工干预，操作繁琐，容易出错；

2）对于建筑造型独特、不规则的建筑物建模有困难，如对墙面的一些非常规装饰不能方便的建模甚至无法建模；

3）计算公式的输出不规范，不符合人们的手工计算习惯，难以阅读，不便于核对和查错；

4）尽管部分软件声称具备能直接调用设计院的电子图档的功能，但实际应用中其效果并不理想；

5） 部分人士感觉其计算过程 “暗箱”化，对软件的计算结果不完全放心。

现实的情况就是，用传统的手工计算汇总工程量，然后手工录入套价软件。在其他的如工程技术设计领域早已解决的设计过程信息化，在项目造价（成本）领域还是未能实现。

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2. 当前项目造价（成本）领域信息化发展中存在问题的原因分析

笔者认为，当前在项目造价（成本）领域信息化水平低、造价（成本）管理中工程量的自动计算的自动化程度不高的原因是多方面的，概略分析，主要存在以下几个方面的原因：

2.1由于传统上对项目造价（成本）管理的忽视和方法的失误，导致相当长的一段时间内存在轻视“预决算”人员的倾向，造成长期以来工程造价类专业人士整体素质不高。尽管近年来国家推行“注册造价工程师”考试制度已在一定程度上扭转了这一现象，但现实中也的确存在部分民工或非“科班”出身的人士在从事工程造价管理工作——“预决算”，无疑他们的专业上的综合素养和接受新鲜事物的能力有限，部分甚至有排斥心理，导致造价类应用软件的推广受到极大的限制。

2.2由于算量类软件都需要建模——图形的输入，其操作较为繁琐。多数软件的建模依赖于设计绘图软件诸如PKPM、AutoCAD等图形平台软件的支持，而这一类软件对使用者的起点要求较高，限制了算量软件的广泛应用。

2.3有些声称能直接调用电子图档的软件，在实际应用中其效果不尽理想。由于绘图类软件种类繁多，标准不一，数据接口规范不尽统一，导致造价算量类软件在读入图纸时错误频出、修改量大，使得其宣称的功能大打折扣，影响了软件的推广。

2.4由于算量软件的使用受到诸多限制，加之一些业务部门平时工作任务繁重，认识有限，导致现实中对算量类软件的推广产生了极大的阻力，应用范围非常为有限。销售量的有限导致了其开发和推广成本的居高不下，使得此类软件的售价较高，又更限制了其使用范围的扩大，一定程度上形成了非良性循环。

3.对于推广算量类软件的几点思考

显然，当前我国项目造价（成本）领域计算机及软件应用水平还有待于进一步提高。为做好造价管理中算量软件的推广和应用水平，笔者认为应做好以下几个方面：

3.1 政府及有关管理部门的应加强引导和推广力度

我国建设工程项目管理界每一次大规模、深层次的变革均有政府和相关管理部门的大力推动。因此，在项目造价（成本）领域推广工程量的自动计算也有赖于政府和管理部门的大力引导和推动。各地的造价总站应在软件开发、软件推广、人员培训及资源和信息的共享、标准规范的制订和协调等方面为软件的开发者和使用者提供比以前更大的支持力度。

3.2 加强和其他相关领域的协作

众所周知，一个商业软件的生命力取决于其所能实现的功能和兼容性、易用性、稳定性。如能实现算量软件和设计绘图软件之间数据的无缝链接，真正做到算量软件能直接调用电子图档，简化建模，无疑是功能和兼容性上的一大进步。但兼容性则不是某一家软件公司所能解决的，这就需要国家或行业协会等出面，在设计制图规范、数据接口等方面召集建筑、结构、设备及软件开发等方面专业人士协调，实现数据库规范标准的统一，将能促进工程项目管理界信息的标准化和集成化，减少社会公共成本和重复成本，能极大的促进算量软件的推广和使用。

3.3促进部分软件开发商之间的横向合作

某些自动算量软件在开过程中和绘图软件开发商合作，实现了数据传递的无缝连接，但同一套软件在读入由其他绘图软件绘制的施工图时却需大量的人工干预，费时费力。在政府和管理部门暂时还不能实现对软件开发的协调的情况下，促进绘图类软件开发商和算量软件开发的横向联合，实现数据接口统一规范，不失为解决问题的有效途径。同时应鼓励有实力的绘图软件开发商在自身的图形平台上开发算量功能模块。

4. 结束语

综上所述，笔者认为：

4.1当前，我国的项目造价（成本）领域的软件应用已取得一定成绩，但远不能和其他领域相提并论；目前所存在的主要问题是还未能最终实现工程量的自动计算。

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中图分类号:TP18 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2012) 12-0176-01

一、引言

遗传算法不同于传统寻优算法的特点在于:遗传算法在寻优过程中,仅需要得到适应度函数的值作为寻优的依据;同时使用概率性的变换规则,而不是确定性的变换规则;遗传算法适应度函数的计算相对于寻优过程是独立的;算法面对的是参数的编码集合,而并非参数集合本身,通用性强。它尤其适用于处理传统优化算法难于解决的复杂和非线性问题。[1]

目前,GA已经在很多领域得到成功应用,但随着问题规模的不断扩大和搜索空间的更加复杂,GA在求解很多具体问题时往往并不能表现出其优越性。于是,近年来便出现了遗传算法与其它理论相结合的实践,其中遗传算法与量子理论的结合是一个崭新的、极富前景和创意的尝试。

量子遗传算法QGA是量子计算特性与遗传算法相结合的产物。基于量子比特的叠加性和相干性,在遗传算法中借鉴量子比特的概念,引入了量子比特染色体。由于量子比特染色体能够表征叠加态,比传统GA具有更好的种群多样性,同时QGA也会具有更好的收敛性,因此在求解优化问题时,QGA在收敛速度、寻优能力方面比GA都将有较大的提高。QGA的出现结合了量子计算和遗传算法各自的优势,具有很高的理论价值和发展潜力。

本论文提出用量子遗传算法处理和解决多目标分配问题,为多目标问题的解决提供一种新的思路。

二、量子遗传算法

在传统计算机中,信息存储是以二进制来表示,不是“0”就是“1”态,但是在量子计算机中,充当信息存储单元的物质是一个双态量子系统,称为量子比特(qubit),量子比特与比特不同之就在于它可以同时处在两个量子态的叠加态,量子进化算法建立在量子的态矢量表述基础上,将量子比几率幅表示应用于染色体的编码,使得一条染色体可以表示个态的叠加,并利用量子旋转门更新染色体,从而使个体进达到优化目标的目的。

一个 位的量子位染色体就是一个量子位串,其表示如下:

其中 。在多目标优化中,一个量子染色体代表一个决策向量,在量子态中一个 位的量子染色体可以表达 个态,采用这种编码方式使得一个染色体可以同时表达多个态的叠加,使得量子进化算法比传统遗传算法拥有更好的多样性特征。

为了实现个体的进化,经典进化算法中通过染色体的交叉、变异操作推进种群的演化,而对量子进化算法而言,量子染色体的调整主要是通过量子旋转门实现的,算法流程如下:

(1)进化代数初始化: ;

(2)初始化种群 ,生成并评价 ;

(3)保存 中的最优解 ;

(4) ;

(5)由 生成 ;

(6)个体交叉、变异等操作,生成新的 (此步可省评价);

(7)评价 ,得到当前代的最优解 ;

(8)比较 与 得到量子概率门 ,保存最优解于 ;

(9)停机条件 当满足停机条件时,输出当前最优个体,算法结束,否则继续;

(10)以 更新 ,转到4)。

三、基于量子遗传算法的多目标分配应用

如今为了满足市场的需要,很多工厂的生产种类多、生产量大,从而设置了不同的生产车间,根据产品的性质分配生产车间合理与否直接影响工厂的经济收益,这同样可采用遗传算法的目标分配方法进行分配。

模型构建:设工厂有i个生产车间。 为在第i个车间生产第j种产品的收益, 为第j种产品的需求量;如果第j种产品被选中,则 为在第i个车间生产该产品的总收益。由题意知为求解 最大问题。

仿真实例:设有10个生产车间,要生产15种产品,用Matlab程序编程,设定40个粒子,迭代200次,代沟0.9。运行结果如下:

此图表明经200次迭代后的目标分配方案为:第1种产品由第3个车间生产,以此类推,车间5生产第2种产品,车间8生产第3种产品,……。次方案对应的车间总收益值为2.7030e+003,成功进行了多目标分配问题的解决。

四、结论

基于量子遗传算法的多目标分配,为多目标分配突破传统寻优模式找到了一个可行的解决方法。根据这种方法实验,仿真结果可以看出,基本符合要求,并且能够在一定的时间内得到最优的分配方案,因此,本文在探索多目标分配问题上找到了一种新的解决思路。

参考文献:

[1]吉根林.遗传算法研究综述[J].计算机应用与软件,2004,21(2):69-73

[2]肖晓伟,肖迪.多目标优化问题的研究概述[J].计算机应用研究,2011,3,28(3):805-808

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化学反应微分截面的实验测量能够最细致地反映一个化学反应的本质特征，而通过求解在势能面上运动的原子核的薛定谔方程来得到基元化学反应的微分截面则是量子动力学理论计算的终极目标。   在过去的几十年间，经过包括中科院大连化学物理研究所杨学明、张东辉等研究组在内的科学家们的不懈努力，人们已经基本解决了三原子化学体系的量子动力学难题，能够定量地计算三原子体系的微分散射截面。然而，从三原子体系发展到更多更复杂的反应体系，则是一个巨大的挑战。作为向前发展第一步的四原子体系相对于三原子体系，体系的自由度从3增加到6，这意味着无论是势能面的构造还是散射动力学的计算，从难度到计算量都有巨大的增加。譬如，对于势能面的计算，如果每个维度计算100个位点，那么四原子体系的6个自由度相对于三原子体系的3个自由度，所需计算的位点数量就增加了一百万倍！而每个位点的能量计算、势能面的拟合等的难度和计算量都因为原子核和电子数量增加而急剧增大，由此可知量子动力学理论计算从3原子体系发展到4原子体系，困难之大超乎想像。   H2 + OH → H2O + H反应体系是四原子反应体系的基本范例，是燃烧化学和星际化学中的重要反应，其逆反应则是选模化学的研究样板。在过去的几年间，大连化物所杨学明、张东辉研究组对该反应的同位素替代反应HD + OH → H2O + D进行了反应动力学研究。理论上，他们发展出一套非常有效的含时波包方法，能够对六个自由度的四原子反应进行精确的计算，同时用更精确的方法构造了该反应体系的势能面，从而完成了该体系的第一个全维量子态分辨的动力学计算。实验上，他们采用高分辨的交叉分子束—里德堡氘原子飞行时间谱方法测量了HD + OH → H2O + D在不同反应能下的微分截面及其随碰撞能的变化关系。实验结果和理论计算结果高度吻合。   这是首次对一个四原子反应体系的态-态微分截面取得理论和实验高度吻合的研究结果，是分子反应动力学研究的一个重要突破，也意味着大连化物所在分子反应动力学领域继续牢固占据着国际领先地位。   该项研究得到了科技部和国家自然科学基金委的资助，研究成果发表在7月22日出版的美国《科学》杂志上（Science 333，440(2011)）。（来源：中科院大连化学物理研究）

      硕士论文、职称论文、医学职称毕业论文、、、，更多详细信息请关注。   原文链接：《科学》摘要（英文）   英文摘要：   Quantum dynamical theories have progressed to the stage in which state-to-state differential cross sections can now be routinely computed with high accuracy for three-atom systems since the first such calculation was carried out more than 30 years ago for the H + H2 system. For reactions beyond three atoms, however, highly accurate quantum dynamical calculations of differential cross sections have not been feasible. We have recently developed a quantum wave packet method to compute full-dimensional differential cross sections for four-atom reactions. Here, we report benchmark calculations carried out for the prototypical HD + OH → H2O + D reaction on an accurate potential energy surface that yield differential cross sections in excellent agreement with those from a high-resolution, crossed–molecular beam experiment.

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【关键词】 结构化学 课程论文 创新思维

《结构化学》是理科院校化学专业的一门重要基础理论专业课。这门课程以严谨的数学逻辑推导为基础，建立比较抽象的理论概念，学生一般感到难学难懂。因此，学生易缺乏学习的积极性，影响到教学效果。根据结构化学教学的特点，我们在教学中，设置课程论文作为激励学生学习知识和评价教学效果的手段。对此， 我们在教学实践中， 在掌握学生基本学习情况的基础上，根据本课程的教学内容和教学特点，设置与教学目标和教学要求相适应的，注重理论研究和解释实际实验现象的课程论文题目，引导学生尝试应用结构化学/量子化学的理论计算结果来解释化学实验，深入了解分子结构和理论性质，揭示其内在规律性。从而在应用理论的过程中加深对理论知识的认识，提高学生的学习积极性，取得较好的教学效果。

1 设置课程论文的重要性

与其他化学专业课程不同，《结构化学》的内容主要是抽象理论，缺乏合适的配套实验对所学理论知识进行加深、拓宽和巩固。该门课程的对象一般是大学三年级学生，具有相当的化学专业知识。设置课程论文可以让学生在搜寻研究对象或者范围时，对以前专业知识进行回顾和分析，思考大学一年级以来学习的知识是否存在可以采用结构化学理论解释的地方，引发学生对化学知识、原理和现象进行思考，在自由选择题目范围的情况下，激发学生的学习和研究兴趣。在指导学生进行课程论文研究时，注意讲述一般科学研究的方法和步骤及科学工作者所应当具备的科学道德，全面提升学生的科学素养。在指导学生进行课程论文撰写时，着重讲授一般论文的写作格式，培养学生的逻辑思维，提高学生的书面表达能力，形成一定论文写作规范。这对于一般理工科学生尤其重要。设置的课程论文同时为四年级毕业论文研究阶段所需要的逻辑思维和论文写作打下基础。

2 理论化学计算软件的讲授

让学生进行课程论文研究，首先必须先教导学生使用理论化学的计算软件，让计算软件成为学生进行课程论文研究的工具，所以教师本身需要对该类软件非常熟悉，同时具备利用该类软件进行科学研究的能力和经验，这对教师的教学和科研能力有较高的要求。在众多量子化学理论计算软件中，HyperChem比较适合一般学生使用。可视化软件使深奥的理论计算结果形象化、直观化进行表达，让学生好学易懂，同时操作简单，适合用来作为课程论文研究的计算软件。在实际教学中，我们只需要1学时就能教会学生有关HyperChem的基本操作和应用于简单的理论计算。谭君［1］介绍了HyperChem软件的一些使用操作和特点，这里不再重复叙述。

3 科学研究思维和步骤的指导

授之以鱼不若授之以渔，所以我们在课堂上，教导学生一般的科学研究思维和步骤。课堂上以苯环上亲电取代反应的定位规律作为计算例子，采用Hyperchem软件计算各原子电荷并解释定位规律的实验现象。众所周知，苯环上的取代基分为邻对位定位基和间位定位基两类。这里选择了氨基和甲醛基分别作为邻对位定位基和间位定位基两类代表，通过计算其量子化学指数，讨论其计算结果，从理论上解释定位效应。

首先分析影响亲电反应的因素。一般认为碳原子的电子云密度是主要因素，所以我们可以通过计算苯环上的碳原子电荷来解析亲电反应规律。

在Hyperchem构造并以PM3分别计算氨基苯和苯甲醛，按display中的labels，选定charge项，在分子中显示各碳原子的电荷分布。

电荷分布显示氨基苯上邻位和对位的C原子带负电荷，分别为-0.191和-0.169，均大于间位C原子电荷（-0.05），所以对于氨基苯来说，亲电基团会首先进攻邻位和对位。而在苯甲醛的情况恰好相反，间位C原子电荷为最负，为-0.119。亲电基团会首先进攻间位。根据上述计算结果和讨论，应用原子电荷的规律变化很好地解释了亲电取代定位规则。

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自由选择题目范围，可以激发学生的学习和研究兴趣，教学中，我们设定以下方向（题目）：

① 药物分子的结构与活性关系

通过对分子的结构计算，讨论结构与活性关系，寻找分子活性中心和主要影响活性的因素。

② 化学反应原理与规律解释

以理论方法计算和解释常见化学反应的产物与规律，如丁二烯的加成反应。

③ 分子结构与性质

计算出分子的量化指数，寻找量化指数与分子性质的关系，如HOMO、LUMO与颜色的关系。

④ 光谱的移动

研究分子结构与光谱移动的关系，如分子中的键长的变化直接影响红外吸收峰的移动。

⑤ 分子的结构/构型/构象

以理论方法研究分子的结构、具体构型和构象。

⑥ 分子间的相互作用

分子间的作用一般为氢键和范德华作用，与化合键作用相比，属于弱作用，是生物大分子主要相互作用。

5 论文指导与创新思维模式的培育

创新思维的特征是求同与求异的统一、发散与收敛思维的统一、敏锐的直觉与理论思维的统一。课程论文布置下去以后，学生在对课题的思考会有许多新的问题和新的想法，我们要鼓励学生在对新的问题进行创新思维。安排课程讨论，将学生的想法在课堂上讨论，尊重学生的新想法，引导学生将课堂学习的结构化学理论知识应用于课程论文研究中。

具有独立思考判断能力是学生创新思维模式的主要表现。传统教师讲、学生听的缺乏互动的教学模式已表现出许多弊端，影响了学生独立思考和动手的素质及其能力的形成。学生自己选题，成为培养学生独立思考判断能力跨出的第一步，也是重要的一步。独立开展课程论文研究，进一步培养学生独立思考判断能力。因此，教学的重点应放在课程论文研究的过程上，而非结论。教会学生从抽象的数理推导中评选出适合个体所需的条件。同时，学生只有具备独立的思考判断能力和获取知识的能力，才能在终身教育过程中面对日新月异的世界，不断实现知识的更新［2］。

【参考文献】

篇（7）

量子化学是将量子力学的原理应用到化学中而产生的一门学科，经过化学家们的努力，量子化学理论和计算方法在近几十年来取得了很大的发展，在定性和定量地阐明许多分子、原子和电子尺度级问题上已经受到足够的重视。目前，量子化学已被广泛应用于化学的各个分支以及生物、医药、材料、环境、能源、军事等领域，取得了丰富的理论成果，并对实际工作起到了很好的指导作用。本文仅对量子化学原理及方法在材料、能源和生物大分子体系研究领域做一简要介绍。

一、在材料科学中的应用

（一）在建筑材料方面的应用

水泥是重要的建筑材料之一。1993年，计算量子化学开始广泛地应用于许多水泥熟料矿物和水化产物体系的研究中，解决了很多实际问题。

钙矾石相是许多水泥品种的主要水化产物相之一，它对水泥石的强度起着关键作用。程新等[1,2]在假设材料的力学强度决定于化学键强度的前提下，研究了几种钙矾石相力学强度的大小差异。计算发现，含Ca钙矾石、含Ba钙矾石和含Sr钙矾石的Al-O键级基本一致，而含Sr钙矾石、含Ba钙矾石中的Sr，Ba原子键级与Sr-O，Ba-O共价键级都分别大于含Ca钙矾石中的Ca原子键级和Ca-O共价键级，由此认为，含Sr、Ba硫铝酸盐的胶凝强度高于硫铝酸钙的胶凝强度[3]。

将量子化学理论与方法引入水泥化学领域，是一门前景广阔的研究课题，它将有助于人们直接将分子的微观结构与宏观性能联系起来，也为水泥材料的设计提供了一条新的途径[3]。

（二）在金属及合金材料方面的应用

过渡金属(Fe、Co、Ni)中氢杂质的超精细场和电子结构，通过量子化学计算表明，含有杂质石原子的磁矩要降低，这与实验结果非常一致。闵新民等[4]通过量子化学方法研究了镧系三氟化物。结果表明，在LnF3中Ln原子轨道参与成键的次序是：d＞f＞p＞s，其结合能计算值与实验值定性趋势一致。此方法还广泛用于金属氧化物固体的电子结构及光谱的计算[5]。再比如说，NbO2是一个在810℃具有相变的物质(由金红石型变成四方体心)，其高温相的NbO2的电子结构和光谱也是通过量子化学方法进行的计算和讨论，并通过计算指出它和低温NbO2及其等电子化合物VO2在性质方面存在的差异[6]。

量子化学方法因其精确度高，计算机时少而广泛应用于材料科学中，并取得了许多有意义的结果。随着量子化学方法的不断完善，同时由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学在材料科学中的应用范围将不断得到拓展，将为材料科学的发展提供一条非常有意义的途径[5]。

二、在能源研究中的应用

（一）在煤裂解的反应机理和动力学性质方面的应用

煤是重要的能源之一。近年来随着量子化学理论的发展和量子化学计算方法以及计算技术的进步，量子化学方法对于深入探索煤的结构和反应性之间的关系成为可能。

量子化学计算在研究煤的模型分子裂解反应机理和预测反应方向方面有许多成功的例子,如低级芳香烃作为碳/碳复合材料碳前驱体热解机理方面的研究已经取得了比较明确的研究结果。由化学知识对所研究的低级芳香烃设想可能的自由基裂解路径，由Guassian98程序中的半经验方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的从头计算方法和考虑了电子相关效应的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法对设计路径的热力学和动力学进行了计算。由理论计算方法所得到的主反应路径、热力学变量和表观活化能等结果与实验数据对比有较好的一致性，对煤热解的量子化学基础的研究有重要意义[7]。（二）在锂离子电池研究中的应用

锂离子二次电池因为具有电容量大、工作电压高、循环寿命长、安全可靠、无记忆效应、重量轻等优点，被人们称之为“最有前途的化学电源”，被广泛应用于便携式电器等小型设备，并已开始向电动汽车、军用潜水艇、飞机、航空等领域发展。

锂离子电池又称摇椅型电池，电池的工作过程实际上是Li+离子在正负两电极之间来回嵌入和脱嵌的过程。因此，深入锂的嵌入-脱嵌机理对进一步改善锂离子电池的性能至关重要。Ago等[8]用半经验分子轨道法以C32H14作为模型碳结构研究了锂原子在碳层间的插入反应。认为锂最有可能掺杂在碳环中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子轨道法对掺锂的芳香族碳化合物的研究表明，随着锂含量的增加，锂的离子性减少，预示在较高的掺锂状态下有可能存在一种Li-C和具有共价性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子轨道计算法，对低结晶度的炭素材料的掺锂反应进行了研究，研究表明，锂优先插入到石墨层间反应，然后掺杂在石墨层中不同部位里[11]。

随着人们对材料晶体结构的进一步认识和计算机水平的更高发展，相信量子化学原理在锂离子电池中的应用领域会更广泛、更深入、更具指导性。

三、在生物大分子体系研究中的应用

生物大分子体系的量子化学计算一直是一个具有挑战性的研究领域，尤其是生物大分子体系的理论研究具有重要意义。由于量子化学可以在分子、电子水平上对体系进行精细的理论研究，是其它理论研究方法所难以替代的。因此要深入理解有关酶的催化作用、基因的复制与突变、药物与受体之间的识别与结合过程及作用方式等，都很有必要运用量子化学的方法对这些生物大分子体系进行研究。毫无疑问，这种研究可以帮助人们有目的地调控酶的催化作用,甚至可以有目的地修饰酶的结构、设计并合成人工酶；可以揭示遗传与变异的奥秘,进而调控基因的复制与突变，使之造福于人类；可以根据药物与受体的结合过程和作用特点设计高效低毒的新药等等，可见运用量子化学的手段来研究生命现象是十分有意义的。

综上所述，我们可以看出在材料、能源以及生物大分子体系研究中，量子化学发挥了重要的作用。在近十几年来，由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学计算变得更加迅速和方便。可以预言，在不久的将来，量子化学将在更广泛的领域发挥更加重要的作用。

参考文献：

[1]程新.[学位论文].武汉:武汉工业大学材料科学与工程学院,1994

[2]程新,冯修吉.武汉工业大学学报,1995,17(4):12

[3]李北星,程新.建筑材料学报,1999,2(2):147

[4]闵新民,沈尔忠,江元生等.化学学报,1990,48(10):973

[5]程新,陈亚明.山东建材学院学报,1994,8(2):1

[6]闵新民.化学学报,1992,50(5):449

[7]王宝俊,张玉贵,秦育红等.煤炭转化,2003,26(1):1

[8]AgoH,NagataK,YoshizawAK,etal.Bull.Chem.Soc.Jpn.,1997,70:1717

篇（8）

神秘大门透出的亮光

1999年山西大学本科毕业后，张国锋师从梁九卿教授进行硕博连读的学习。当时我国对量子信息的研究基本处于萌芽阶段，梁九卿教授认为这将会是一个新的研究方向，在张国锋的师兄师姐都跟着老师做磁宏观量子效应研究的时候，老师毅然决定让他去湖南师范大学的暑期班里学习和量子理论相关的知识，量子信息这道神秘的大门缓缓打开。

张国锋本硕博就读的山西大学物理电子工程学院师资雄厚、设备齐全。硕博连读期间，为拓展视野、丰富知识，他还专门前往中国科学院学习。在交通落后的情况下，北京、山西两头跑，校内扎实的基础知识以及校外新的理论知识的加固，使得张国锋在量子信息基础研究方面有了很大的提升。对张国锋的联合培养，中国科学院也承担着重要的角色，博士毕业后，张国锋到中国科学院半导体研究所进行博士后研究工作，在李树深院士的指导下，张国锋的研究兴趣进一步拓宽到基于固态体系为载体的量子信息研究。从2006年到北京航空航天大学任教以来，更是把他的研究方向细化到光力耦合体系的量子物理相关问题。

在量子相关研究中，量子调控是国家的重大科研计划，是构建未来信息技术的理论基础。张国锋围绕“如何制备、控制及应用具有高鲁棒性的量子纠缠态”这一科学问题展开了具体细致的工作，并取得了不错的成绩。

量子纠缠是量子力学的最神奇的特性之一。它描述了两个粒子互相纠缠，即使相距遥远，一个粒子的行为将会影响另一个的状态。张国锋形象地解释了量子纠缠：“就像是手机用户和移动联通等签的协议，也就是手机卡，当两个粒子处于纠缠态，只有借助这个协议（纠缠态），才能进行量子通信。”腔OED系统是目前最有前景的硬件系统之一，它被广泛地应用于量子态的制备和操控。为此，张国锋系统考察了旋波近似下腔OED体系中的量子纠缠、量子关联的产生与演化以及与量子相位之间的联系。研究发现：量子纠缠猝死现象不仅依赖于体系初始态的纠缠，而且还依赖于初始态，且原子间偶极一偶极相互作用可以削弱这种现象，光场的损耗可以很明显地延缓纠缠猝死。张国锋在此基础上就固态自旋体系提出了一套抑制量子纠缠猝死和量子态传输的优化方案。

众所周知，实现量子信息处理的必需资源是量子纠缠态。而量子纠缠态是非常脆弱的，张国锋在前人研究工作的基础上进一步探讨了固态两量子比特自旋模型中的热纠缠，将自旋所处磁场分为均匀和非均匀两部分，发现磁场的非均匀部分使量子纠缠的演化出现双峰结构，也详细研究了Heisenberg交换相互作用对量子热纠缠的临界行为的影响。随后更引发了国内外关于量子热纠缠的研究。

Dzyaloshinski-Moriya（DM）相互作用来自自旋轨道之间的耦合，是一种各项异性相互作用，在许多磁性材料中都存在。张国锋将DM相互作用引入两自旋量子比特链中，结合Heisenberg相互作用研究了DM相互作用对量子热纠缠的影响，发现DM相互作用可以激发量子热纠缠的产生，可以使铁磁耦合的自旋体系成为好的量子态传输的通道，且能显著提高态传输的保真度。以这一研究成果为代表的论文获得“中国百篇最具影响国际学术论文”，被引150多次，为ESI高引论文。与此同时，张国锋把自己的研究推广到量子关联，得到一些量子关联度量量间的因子化公式，同时也比较了量子关联和量子纠缠在实现量子算法、构建量子逻辑门的异同。

神秘的量子世界透出的光让张国锋雀跃不已，他饱含热情地走在研究量子世界的大道上，默默耕耘，静静享受这神秘带来的不一样的世界。

光亮指引前进的方向

一分耕耘一分收获。张国锋在量子研究这条道路上不仅收获了具有创新意义的科研成果，而且多次主持包括国家自然科学基金青年基金、面上基金等项目在内的多项科研项目；发表多篇代表性论文，并多次被他引；在教学上成果也很显著，多次获得各种校内优秀教师奖励。

但是张国锋并没有止步于此，神秘的量子世界还等待着他去进一步破解其中的奥秘，在长期量子光学基础理论、自旋模型中量子纠缠、量子关联动力学研究的相关基础上，依托北航和中科院的两个重点实验室和三个重量级的研究团队共同合作，将就全耦合区量子比特与光场动力学行为及应用这一热点问题展开深入研究。

构造量子比特是量子信息处理的首要，实现量子比特有很多种物理方案，量子比特与光场相互作用体系是量子光学甚至凝聚态物理的一个重要研究内容，同时也是实现量子计算的重要途径。看见量子世界发出的神秘的光，张国锋对接下来的工作重心有了清晰的规划：（1）进一步求解两量子比特与光场相互作用强耦合体系的动力学演化，尤其是两个量子比特的闩abi模型的近似求解；（2）根据系统演化性质，选择合适的初始条件和反应时间，构建超快两量子比特逻辑门和进行相干量子态的超快传输等研究；（3）寻找新奇的特殊量子本征态，并通过研究包括耗散在内的动力学，考察这些具有特殊性质的量子态（比如：暗态）在量子信息中的应用。张国锋不仅把自己接下来的工作定位在这三方面，还就这三方面的研究拟定了初步研究方案。

篇（9）

科学背景

高中物理讲过，原子中间是一个极小的原子核，是电子，不过原子层次的物理现象没法用牛顿的经典力学解释，为了说清楚原子的事儿，物理学家们创立了量子理论。这个理论认为物质粒子也具有波的性质；粒子也不像皮球那样缺乏个性地沿着确定的路径运动，而是可以同时处于多种状态，循着无穷多的任意路径达到最终状态。物理过程必须考虑所有可能路径的总汇。

量子理论虽然如天书，却是微观世界真实的客观规律。它不但用于原子能级、光谱、半导体、超导等现象，也被用于化学、生物等领域，还用来计算分子结构以及解释生物化学过程。没有量子理论，孰不会有晶体管、集成电路、激光，也就不会有计算机与计算机通讯。可以说，量子的宏观应用已经使人类从电气时代进入了微电子时代。

晕死人的量子世界

维兰德来自于美国加州，中学时并不是最优秀学生，在高中最后一年才对物理产生了兴趣。大学原本读的数学专业，后来才改学物理，拿到物理博士学位后在美国国家标准技术研究所当研究员。他在那里干了37年，主要研究用离子束缚（iontrap）探索量子世界。

维兰德与阿罗什的研究是直接操控并测试单个粒子的量子系统。对于维兰德的实验，他的方法是用电场把单个离子（如汞离子）限制在一个势阱（可以把它想象成一个无形牢笼）内，就像用磁场把磁悬浮列车悬在空中一样。这个离子在势阱里只能来回运动，无法逃逸出去。

被束缚在势阱里的离子整体只能来回振动（你可以理解为折返跑），而离子内部的电子也有不同的能级。这个振动的能量是量子化的，也就是一级一个台阶，只能在不同的能级之间跳跃。离子内部的能量也是量子化的，也是一级一个台阶。

维兰德的秘诀是调节激光的频率，迫使离子内部能级跳上一个台阶的同时让它的振动能级跳下一阶，这样离子就会从内部高能级回落到低能级，不断重复下去达到降低振动能级的效果，使离子处于运动能量最低的状态。离子从高能级向低能级跃迁的时候释放的能量转换为一个光子，而光子的频率正比于它的能量。在固体与气体中，原子能级跃迁时的发光受到其他原子以及自身运动的影响，导致频率的扰动。而单个孤立的离子则不受这些因素的干扰，因而可以实现很高的频率精度。在另一个实验中，通过不同的激光对离子照射，使它同时处于两个量子状态——这就是量子力学里“薛定谔的猫”，而且进行了相应的测量。在更为复杂的实验中，三个离子形成量子缠绕状态，构成三个可以用于量子计算的量子位元（qubit）……过去对量子力学的检验大多是基于统计结果，而通过对单个离子的精准控制，维兰德等人的各种实验与测量直接从微观层次验证了量子力学。

阿罗什与维兰德殊途同归。他的实验是通过两面镜子来回反射把光子关进一个空腔，通过测量这些光子对高能级原子的影响得出光子的量子信息。

篇（10）

Abstract:In this thesis，several basic conceptions of quantum computation are introduced，such as entanglement，quantum bit.Several kinds

of main quantum algorit hms are illustrated，such as Shor algorit hm-t he quantum algorit hm for factoring，Grover search-t he search for t he disordering

database，Hogg search-high structurization search.On t he basis of knowledge of basic t heories of quantum computation computing and quantum algo

2

rit hm，two kinds of systems which play important role in t he experiment of quantum computation was introduced，Nuclear magnetic resonance and cavi

2

ty atom system.

Key words:Quantum algorithm　Quantum computation　Quantum bit　Entanglement

量子计算是量子物理与计算机科学交汇而生的一门新兴学科。它的出现实质上是量子物理学向物质、能量和信息这三大领地的最后一块信息领域的进军。

一、量子计算的基本理论

1、纠缠

1935年，Schr dinger首先给出了纠缠态的定义:由空间分离的两个子系统构成的纯态，如果系统波函数不能分解为两个子系统波函数的乘积，那么这样的波函数表示的态称作两个粒子的纠缠量子态。1935年，Einstein，Podolsky和Rosen首先讨论了一个具体的两粒子纠缠量子态。在这个著名的实验中，两粒子的纠缠量子态为:|Ψ〉=∑a，bδ(a+b-c0)|a|b〉

其中a，b分别为粒子1和粒子2的位置或动量，C0为常数。这个纠缠态的一个最明显的特征是:其中任何一个子系统的物理量的观测值(位置或动量)都是不确定的。但是，如果其中的一个子系统的物理量的观测值处于一个确定的值，那么我们就可以确定另外一个子系统的相应物理量观测值。

2、量子比特

量子比特有微观体系表征，如原子、核自旋或光子等。|1>和|0>可以由原子的两个能级来表示，也可以由核自旋或光子的不同极化方向来表征。与经典比特显著不同的是，量子比特|1>和|0>之间存在着许多中间态，即|1>和|0>的不同迭加态，例如12(|0>+|1>)表示一个两子比特同时存储着0和1。因此，对于位数相同的n个比特，量子比特可以存储2n倍的经典比特所能存储的信息。对于两个量子比特的体系，其完备基由四个布尔态|00>、|01>、|10>和|11>组成。考虑它们之间的迭加，我们可以发现，|10>+|11>=|1>(|0>+|1>)，这是由两个量子比特构成的直积空间。而|11>+|00>或|01>+|10>则不能再写成直积形式。后面这种情况就是前面提到的纠缠。对于一个处于纠缠状态的体系，我们不能确切地指出其中某一个量子比特是处于|1>还是|0>。更一般的纠缠态是处于2n个布尔态的n个经典比特组成的迭加态。|Ψ〉=∑11…1x=00…0Cx|x〉其中Cx可以是复数并且满足∑x|Cx|2=1。当Cx=12n时，称为等幅迭加态。这种等幅迭加态在以下要介绍的各量子算法中经常被用作初态。从上式也能看出，|Ψ>是一个2n维的Hilbert空间中的一个单位矢量。它所在空间的维数是随n呈指数型增长，这明显区别于经典体系中随n呈线性增长的态空间。在一个孤立的量子体系中，对态的操作应是幺正的、可逆的。因此，我们构造的量子逻辑门也应满足这个特征。

二、量子算法

1、Shor算法———大数质因子分解的量子算法

用经典计算机来进行大数质因子分解，随着N的增大，所需比特数(即内存)是呈指数倍的增长。按照组合数学理论，当计算规模随着问题的难度呈多项式型增长时，该问题为P(Polynomial)问题。对于P问题，我们在有限的时间内总能找到办法求得它的解。对于我们在有限的时间内不可能找到办法求得解的问题称之为NP(Non-Polynomial)问题。目前世界上应用最广也是最成功的加密方法-公开密钥RSA系统的核心思想就是利用大数在有限时间内不可有效质因子化这一结论。1995年，P.W.Shor提出一种量子算法，能将这一著名的NP问题化为P问题，矛头直指RSA方法，从而在全球掀起了量子计算的研究热浪。在Shor算法中，寻找一个大数的质因子问题被转化为寻找其余因子函数的周期。只要该周期被找到，并且为一个偶数，那么利用剩余定理，就能得到该大数的质因子。给定整数N，选取一个与N互质的数a(a

不难看出，fa，N(x)的变化是有规律的，其变化周期为r=4。知道了这个周期，就可以利用孙子定理:设A=ar/2+1，B=a

r/2-1，其中r必须为偶数，且ar/2mod(N)≠1。求出A、B之后，再分别求A、N和B、N的最大公约数(gcd)。设C=gcd

(A，N)，D=gcd(B，N)那么一定有C×D=N，即N被成功地质因子化。Shor算法的关键在于求出大数N的余因子函数的周期r。不过，由于余因子函数的周期r不能在量子计算中被有效测出，因此在Shor算法中需借助量子离散傅立叶变换，将余因子函数的周期换成另一个可测的周期。

2、Grover搜索:无序数据库的搜索

Grover提出了一种算法:利用量子态的纠缠特性和量子并行计算原理，可以用最多n步的搜索寻找到所需项。Grover算法的思想极为简单，可用一句话“振幅平均后翻转”来概括。具体说来是以下几个基本步骤:

①初态的制备。运用Hadamard门将处于态|0>和|1>的各量子比特转化为等幅迭加态。

②设数据库为T[1，2，，N]共，n项。设其中满足我们要求的那一项标记为A。于是在T中搜索A类似于求解一个单调函数的根。运用量子并行计算可以将A所在态的相位旋转180°，其余各态保持不变。即当T[i]=A时，增加一个相位eiπ。

③相对各态的振幅的平均值作翻转。这一操作由幺正矩阵k1，k2…knD完成，其表达式为Dij=2/N，Dij=-1+2/N。

④以上②③两步可以反复进行，每进行一次，称为一次搜索。可以证明，最多只需搜索N次，便能以大于0.5的几率找到我们要找的数据项。Grover算法提出之后，引起了众人极大的兴趣。Grover算法中的翻转方法不仅被证明是最优化的搜索方式，而且也是抗干扰能力极强的方法。

3、Hogg搜索:高度结构化搜索

前面介绍过的NP问题中有一类名为可满足性问题(Satisfiability Problem，简称SA T问题)。一个典型的SA T问题是包括有n个变量的一个逻辑公式，要求给予其中每个变量一个赋值使逻辑公式为真。数学上已证明，解决SAT问题的代价是随着变量数的增加而呈指数型增长。然而对于某些简单的情况，人们可以利用问题中具有的规则结构来迅速准确地搜索出问题的解。例如对于1-SAT问题，用经典试探法进行搜索，找出解的代价为最多需用n步。对于量子计算而言，由于能进行量子并行计算，因而可以仅以一步的代价找出1-SAT问题的解。下面以有m个逻辑子句的1-SAT问题为例。与Grover搜索相似，我们先在n个量子比特上制备一个等幅迭加态作为初始态，即|Ψ〉=2-n/2∑n-1s=0|S〉。另外，我们需设计好两种幺正操作R和U，其中R为对角矩阵，其归一化对角元为Rss=2cos[(2c-1)π/4]　m=偶数ic

m=奇数。(3.3.1)式中的c(0

转贴于 对于以上1-SAT问题，显然有m个变量是约束的，而剩余的n-m个非约束的变量则对应于2n-m个解。对于1-SAT问题，用Hogg算法能决定性地一步找到解。如果通过一步逻辑操作未能明确地发现解，则意味着该

问题无解。不难看出，Hogg搜索的效率远高于上节介绍的Grover搜索。这两种搜索的差别在于，Hogg搜索利用了数据库的结构信息，因而能将一个NP问题转化为P问题。而Grover算法解决不了N P问题，它相对于经典搜索只是提高了搜索效率。Hogg搜索的另一个优势在于具有强的抗消相干能力。由于它的逻辑步数少，因而消相干效应对其影响非常小。

三、量子计算实验

与量子计算理论方面的飞速进展相比，量子计算的实验进展则要慢得多。本章主要介绍二种体系:核磁共振和腔与原子体系。

1、核磁共振(NMR)

核磁共振技术是目前在量子计算领域使用最为频繁的实验手段。运用这一技术手段，操作作用在1023数量级的分子系综的自旋态上，通过测量，得到这些分子的平均自旋态。虽然每个分子的自旋都可能不尽相同，但通过spin-e2cho技术可以按我们的意愿改变个别分子的自旋方向。由于核磁共振体系实质上是一个宏观系综，因而外部环境对它的消相干的影响极小。且样品的核自旋处于近独立的状态，几乎不受电子和分子的热运动的干扰。但是，宏观系综原则上没有量子特性，只有纯粹的量子系综才具有量子纯态的特征。只有当它被制备到一个特殊状态—赝纯态时，才能完成量子计算的工作。下面举例介绍实现两量子比特的Grover搜索的实验。实验中所用样品为C-13同位素标记的氯仿HCCL3。实验中用碳和氢的核自旋来标记|1>和|0>，其中13C的中心共振频率约为125MHz，1H的中心共振频率约为500M Hz。实验体系的哈氏量为H=2πnhJ ICZ IHZ+PH

2、腔与原子体系

腔量子电动力学(C-QED)体系是另外一种可以进行量子计算的量子系统。腔量子电动力学体系之所以可以实现对两位量子信息进行处理量子系统，一个重要原因就是腔中的辐射场与原子具有很强的非线性相互作用，这种相互作用的演化导致腔场和原子体系的本征态处于纠缠态。腔量子电动力学体系包含光腔和微波腔。这里我们主要介绍微波腔体系中应用Rydberg原子与微波腔相互作用实现的条件量子相移门(QPG)。条件量子相移门(QPG)需要对两量子位的如下变换:

|a，b〉ex p(i，|b>分别代表两量子位的基矢|0>或|1>，而δa，1，δb，1为通常的克隆尼克符号。条件量子相移门(QPG)在两个量子态都处在|1>时，产生一个=|0>或1个光子的腔场|a>=|1>而，目标量子位是Rydberg原子的两个能级|i>(定义|b>=|0>)和|g>(定义为|b>=|1>)。

实验中应用的Rb原子的能级除了目标量子位两个Ry2dberg原子的能级|i>和|g>以外，还包括一个相关的能级|e>。三个相关的Rydberg原子态分别代表Rb原子的主量子数n=51(|e>)，n=50(|g>)和n=49(|i>)。原子的能级|e>和|g>与微波腔场发生共振相互作用，而原子能级|g>和|i>之间通过另外的微波场产生耦合。当原子处于能级|i>或者腔场处于|0>，原子与腔场的系统状态不发生变化，而当原子腔场的初始处于|g，1>态时，控制原子的速度使原子|g>与|e>量子态在腔场中经历一个2π的拉比振荡，|g，1>态演化为-|g，1>=exp(πi)|g，1>。因而系统的演化可以描述为:|a，b〉ex p(iπδa，1δ

b，1)|a，b〉这个过程实际实现了相移为π的条件量子相移门(Q P G)。

参考文献:

①L.Isaac，G.Neil，K.Mark.Experimental Implemen2tation of Fast Quantum Searching[J].Phys.Rev.Lett.1998，

80:3408-3411.

②A.Salomaa著，丁存生，单炜娟译.公钥密码学[M].北京:国防大学出版社，1998

③M.R.Garey，D.S.Johnson.Computers and in2tractability[M]:A Guide to t he t heory of N P-Completeness.