量子计算的特性汇总十篇

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的特性范例，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）

[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]

[1] 赵红，张华.咪唑斯汀治疗季节变应性鼻炎180例[J].第四军医大学学报，2008，29（6）：3.

[2] 李新芳，侯艳宁，王宁宇，等.咪唑斯汀缓释片与氯雷他定片治疗过敏性鼻炎的有效性与安全性比较[J].药学学报，2006，22（4）：284-286.

[3] 张清全，杨清，孙勇，等.新疆维、汉人群变应性鼻炎患者血清IL-4和IFN-γ水平及其与鼻粘膜嗜酸性粒细胞浸润的相关性[J].中国免疫学杂志，2012，28（4）：355-356.

[4] 陈涛，蒋科会，聂孝敏.变应性鼻炎患者血浆P选择素及ECP的测定及其意义[J].贵州医药，2010，34（6）：533-534.

[5] 张，陈晓平，陈群，等.前组筛窦开放联合下鼻甲激光消融术对变应性鼻炎患者血清IgE、IgG、ECP水平的影响[J].中国中西医结合耳鼻咽喉科杂志，2008，16（2）：92-95.

[6] 季秀梅，赵仕勇，郑韶，等.变应性鼻炎患儿血清IL-10与IgE水平及其关系的研究[J].浙江医学，2011，33（9）：1373-1375.

[7] Ldrup Carlsen KC，Roll S，Carlsen KH，et al. Does pet ownership in infancy lead to asthma or allergy at school age？ Pooled analysis of individual participant data from 11 European birth cohorts [J]. PLos One，2012，7（8）：43214.

[8] 叶建明，周志军，管建丽.变应性鼻炎患者脱敏治疗前后血清IL-8、IL-10含量的变化[J].放射免疫学杂志，2010，23（1）：97-98.

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中图分类号：O413.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）25-0298-01

一、量子的基本知识

1、量子

我们在物理学中提到“量子”时，实际上指的是微观世界的一种行为倾向，也就是可观测的物理量都在不连续地变化。？比如，我们说一个“光量子”，是因为单个光量子的能量是光能变化的最小单位，光的能量是以单个光量子的能量为单位一份一份地变化的。对于量子的种种特性，连不少科学家都为之迷惑，对于我们普通人来说自然更加高深。今天我就试着走近它，来发现她“幽灵”般的的魅力。

2、量子的特性

量子的奇妙之处首先在于它的奇妙特性――量子叠加和量子纠缠。

量子叠加就是说量子有多个可能状态的叠加态，只有在被观测或测量时，才会随机地呈现出某种确定的状态，因此，对物质的测量意味着扰动，会改变被测量物质的状态。好比孙悟空的分身术， 孙悟空可能同时出现在几个地方，他的各个分身就像是他的叠加态。在日常生活中，我们不可能在不同的地方同时出现，但在量子世界里它却可以同时出现在多个不同的地方。”

而所谓的量子纠缠，则意味着两个纠缠在一起的量子就像有心电感应的双胞胎，不管两个人的距离有多远，当哥哥的状态发生变化时，弟弟的状态也跟着发生一样的变化。“如果这两个光量子呈纠缠态的话，哪怕是千公里量级或者更远的距离，还是会出现遥远的点之间的诡异互动，爱因斯坦称之为“幽灵般的超距作用”。科学家就可以利用这种效应将甲地某一粒子的未知量子态，在乙地的另一粒子上还原出来。量子纠缠的广泛应用将会改变我们的生活，真正地突破时空的局限，交通、物流也就不再会有时间与空间的阻碍了。我国发射的“墨子号”量子卫星昭示着我国在量子通信领域已处于世界领先的地位。

二、意识是量子力学现象

人们的意识一直都没有搞清楚，用经典物理学的电学、磁学及力学方法去测量意识是测量不出来的，科学家们现在已经开始认识到了意识是种量子力学的现象，意识的念头像量子力学的测量。为什么这么说呢？比如我们面前出现了一座房子，这时有两种可能的状态：一个没有任何心思的人会看房非房，他的意识处于自由的状态，没看到房子是石头的还是木头的，他根本就不动念头。意识也是这样，如果你看到这座房子，一下子动念头了，动念头实质上就是作了测量。

客观世界是一系列复杂念头造成的。有一本非常著名的书叫《皇帝新脑》， 就是研究意识，他认为计算机仅仅是逻辑运算，不会产生直觉，直觉只能是量子系统才能够产生，意识是种量子力学现象，意识的念头像量子力学的测量。而人的大脑有直觉，也就是说人的意识不仅存在于大脑之中，也存在于宇宙之中，量子纠缠告诉我们，一定有个地方存在着人的意识。

三、量子技术的应用

科学家认为，量子纠缠是一种 “神奇的力量”，可成为具有超级计算能力的量子计算机和量子保密系统的基础。实际上，量子纠缠还有很多奇妙的应用，可以在许多领域中突破传统技术的极限。量子技术已经成为一个新兴的、快速发展中的技术领域。这其中，量子通信、量子计算、量子成像、量子生物学是目前的方向。

1、量子通信

量子通信就是通过把量子物理与信息技术相结合，利用量子调控技术，确保信息安全、提高运算速度、提升测量精度。 广义地说，量子通信是指把量子态从一个地方传送到另一个地方，它的内容包含量子隐形传态，量子纠缠交换和量子密钥分配。狭义地说，实际上只是指量子密钥分配或者基于量子密钥分配的密码通信，解决了以往用微电子技术为基础的计算机信息技术极易遭遇泄密的问题。

2、量子计算

量子计算是量子物理学向我们展示的又一种强大的能力，源自于对真实物理系统的模拟。模拟多粒子系统的行为时，当需要模拟的粒子数目很多时，一个足够精确的模拟所需的运算时间则变得相当漫长。而如果用量子系统所构成的量子计算机来模拟量子现象则运算时间可大幅度减少，从此量子计算机的概念诞生。

3、量子成像

量子成像是从利用量子纠缠原理开始发展起来的一种新的成像技术，有一种比较奇妙的现象称之为“鬼成像”。比如将纠缠的双光子分别输入两个不同的光学系统中，在其中一个系统里放入待成像的物体，通过双光子关联测量，在另一个光学系统中能再现物体的空间分布信息。即与经典光学成像只能在同一光路中得到物体的像不同，鬼成像可以在另一条并未放置物体的光路上再现该物体的成像。

4、量子生物学

量子生物学是利用量子力学的概念、原理及方法来研究生命物质和生命过程的学科。薛定谔在《生命是什么》一书中对这一观点进行了详尽的阐述，提出遗传物质是一种有机分子，遗传性状以“密码”形式通过染色体而传递等设想。这些设想由脱氧核糖核酸双螺旋结构模型而得到极大的发展，从而奠定了分子生物学的基础。分子的相互作用必然涉及其电子的行为，而能够精确描述电子行为的手段就是量子力学。因此量子生物学是分子生物学深入发展的必然趋势，是量子力学与分子生物学发展到一定阶段之后相互结合的产物。

爱因斯坦相对论指出：相互作用的传播速度不会大于光速，可是对于分开很远距离的两个处于纠缠态中的粒子，当对一个粒子进行测量时，另一个粒子的状态受到关联关系已经发生了变化，这种传输的理论速度可以远远超过光速。这一现象被爱因斯坦称为“诡异的互动性”。量子纠缠是量子物理学里最稀奇古怪的东西，即使脑洞大开我们还是很难领会它，另外从常识角度来看，量子理论描述的自然界很荒谬，许多解释还涉及到哲学问题。但另一方面，量子物理学有很广泛的应用，它的发展可能带来行业面貌的改变，所涉及的范围从量子计算机到人工智能，无所不含，这也正是我们深入学习、研究量子物理的动力所在啊！

参考文献

[1] 薛定谔，生命是什么.

[2] 舒娜，量子纠缠技术与量子通信.

[3] 尼古拉.吉桑著，周荣庭译，跨越时空的骰子.

[4] 中国科普博览.

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两种方式

现在，全球在远距离通信方面最先进的科技是用于可见光的量子信息的瞬间传输。量子信息以（quantumbits）量子比特为单位计或是qubits，这些可以通过光一瞬间分散的特性表现，比如它的两级状态，或是以电磁波的连续状态形容，比如微波电场的密度和强度。瞬间传输信息，需要发送和接收双方都拥有一对纠缠的量子系统。当发送者改变系统状态时，接收者系统会同样受到影响。

两极化量子比特在距离方面的表现最好，其最高纪录能达到143公里。不过目前，仅有50%的量子比特能够瞬间传输。实际上，瞬间传输需要传送方进行名为“铃流检测“的操作。操作中，两个量子的两极被充分相连形成四种可能性组合。简单的光学和光电探测器能够最多分辨两种。

长距离的传输也会带来进一步的技术难题，比如对大气乱流和地面活动的弥补。所以，需要利用一些先进科技同步传输的两端，比如使用原子钟。现代经典的通讯更加依赖于卫星技术。

持续变量的体系衡量所有铃流检测的结果更加容易，只用简单的线性光学和标准的光电探测器即可进行。这样的系统能够同时传送许多量子比特，因此在高速量子通讯中更加青睐使用这样的系统。

我们需要找到一种方式能够综合分散变量（长距离传输）与持续变量（快速确定的传输）中最好的特性。有实验表明，将分散量子比特与持续变量纠缠粒子的结合，就能够完整瞬间传输量子信息。我们需要进一步研究扩大实验中的距离，并整合其他量子技术类型，比如用于移动通讯储存的量子存储器。混合技术的研究需要在不同领域、不同团队之间展开更广泛的合作与交流。

量子网络

实现全球分布的量子计算机或量子网络，其中最大的阻碍之一就是网络之间纠缠的节点。所谓量子比特（量子位）能够在任意两个量子之间瞬间移动，并且依靠本地量子计算机进行处理。

理想状态的节点，在任意一双量子间纠缠，或是创造出一个巨大多重纠缠的“团簇”，向所有的节点散布。团簇状态就是连接实验室中创造出的数以千计的节点。而最大的挑战就是证明它们如何在长距离之间展开，就如同怎样在各节点存储量子态一样，以及如何利用量子节点不断地更新它们。

在近乎完美的精确和大容量下，量子存储器需要将电磁辐射转化为物理变化。“自转集合”代表了一种量子存储器。超冷原子气体包括了100万原子的铷元素，它能够将单个的光量子转化为称为自转波的集合原子。储存时间接近100毫秒，需要在全球之间发送光信号。

量子网络需要存储器存入量子信息，保护信息免受不需要的交互作用的影响。因此，量子计算需要通过这样存储器的技术支持以及通过中继器实现长距离的量子纠缠分布。

超导量子比特是以物理数量定义的，比如电感器的流量或电容器的电荷，通过释放或吸收微波光量子，与量子处理器之间相互作用。为达到固体量子存储的成功集合，量子信息的可逆的存储和检索将成为可能。这需要微波光量子与固态量子存储器原子自转之间有效的交接，与处理器相连接。如果成功，这项混合技术将是最有希望扩大成为大型分布式的量子计算机的设备。

另一方面，量子计算对经典计算做了极大的扩充，在数学形式上，经典计算可看做是一类特殊的量子计算。量子网络对每一个叠加分量进行变换，所有这些变换同时完成，并按一定的概率幅叠加起来，给出结果，这种计算称作量子并行计算。

未来的发展

为了实现这一愿景，量子瞬间传输科技需要发展以下三方面：

第一，在分散变量与连续变量之间进行更多的理论与实践相结合的研究。这样可以综合目前各种不同的研究方法，进行整合深入发掘最佳的成果。继续进行两极化量子比特的卫星实验，利用自由空间或光纤进行跨越城市之间的信息互通的连续变量的瞬间传输。

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当我们还在感叹一个小小的芯片可以集成超过数亿个晶体管，去年我们还认为Intel研制出的3D晶体管是“晶体管历史上最伟大的发明”的时候，量子计算机(Quantum Computer)便以更加惊艳的方式成为焦点。

在3月初举行的美国物理学会年会上，以马赛厄斯・斯特芬博士为首的IBM团队展示了他们在量子计算机方面的最新研究成果：3D超导量子比特(quhit)装置及包含3个量子比特的硅晶片。中国科学技术大学从事半导体量子芯片研究的郭国平教授认为，上述设备非常类似于我们现在广泛使用的电脑芯片，采用传统的微电子加工技术，在超导的金属铝材料上即可制备出进行量子信息处理的芯片。

与此同时，IBM的三项新纪录震动整个了物理界，他们做到了减少基本运算误差、保持量子比特中量子机械特性的完整性，以及将量子的相干时间(即系统一直进行量子信息处理而不发生错误的时间)延长了2个数量级。“这一次，他们采用了一种新的三维结构，就像用一个盒子把芯片包裹起来以避免外界的干扰，使得量子相干时间延长到100微秒，这样每进行10000次(以前是100次)作才出错，因此他们的芯片可以进行很多次的量子计算，性能比以前更为强大”，郭教授解释。

这100微秒，对你我来说只是一瞬，但对于量子计算来说，却可以同时处理百万项任务。传统的计算机将信息识别为“0”或“1”两种状态的二进制数据，就像灯泡一样，非开即关；而量子计算则如同“薛定谔的猫”，它可以同时处理数据“1”和“0”，这就意味着两个量子比特可以表示4个赋值，三个量子比特则可以表示8个，以此类推。不过更让人惊异的是，最子比特所呈现的这种特性，就好比一盏灯可以同时处于开和关两种状态一样，具有天然的并行计算能力。斯特芬博士说：“这就像我可以同时身处两个不同地方，但是这样的事情在现实世界中不可能发生。”

早在100年前，量子力学理论就开始不断冲击人们的既有认知。而一个多世纪过去了，量子鬼魅般行踪的魅力却让无数科学家为之倾倒。诺贝尔物理学奖获得者理查德-费恩曼于1982年引入量子计算的概念，至今已有越来越多的研究人员投身关于量子计算机的研发：2007年。D-Wave公司宣称他们制造出了世界第一台商用量子计算机(迄今为止只卖出了一台)；2010年，美国与澳大利亚科学家成功制造出在单晶硅表面构成一个量子点的晶体管；2011年初，牛津大学的科学家首次将100亿个量子比特植入高纯度的硅晶体中……目前，许多政府和军队也在出资支持进行量子计算机研究和开发的机构。

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量子芯片是在传统半导体工业的基础上，充分利用量子力学效应，实现高效率并行量子计算的核心部件。“量子芯片”是未来量子计算机的“大脑”。

新型量子比特在超快操控速度方面与电荷量子比特类似，而其量子相干性方面，却比一般电荷编码量子比特提高近十倍。同时，该新型多电子轨道杂化实现量子比特编码和调控的方式具有很强的通用性，对探索半导体中极性声子和压电效应对量子相干特性的影响提供了新思路。

（来源：文章屋网 ）

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【分类号】：TM743

1.概述

量子计算是计算机科学与量子力学相结合的产物，根据Moore定律可知：当计算机的存储单元达到原子层次时，显著地量子效应将会严重影响计算机性能，计算机科学的进一步发展需要借助新的原理和方法【1】，量子计算为这一问题的解决提供了一个可能的途径。

根据量子计算原理设计的量子计算机是实现量子计算的最好体现。量子计算机是利用微观粒子状态来进行存储和处理信息的计算工具【2】。其基本原理是通过物理手段制备可操作的量子态，并利用量子态的叠加性、纠缠性和相干性等量子力学的特性进行信息的运算、保存和处理操作，从本质上改变了传统的计算理念。

量子通信是量子理论与信息理论的交叉学科，是指利用量子的纠缠态实现信息传递的通讯方式。量子的纠缠态是指：相互纠缠的两个粒子无论被分离多远，一个粒子状态的变化都会立即使得另一个粒子状态发生相应变化的现象。量子通信主要包括两类：用于量子密钥的传输，和用于量子隐形传态和量子纠缠的分发。与传统的通信技术相比，量子通信具有容量大，传输距离远和保密性强的特点。

2.量子计算基础

2.1 量子位

计算机要处理数据，必须把数据表示成计算机能够识别的形式。与经典计算机不同，量子计算机用量子位来存储信息，量子位的状态既可以是0态或1态，也可以是0态和1态的任意线性叠加状态。一个n位的量子寄存器可以处于 个基态的相干叠加态 中，即可以同时存储 种状态。因此，对量子寄存器的一次操作就相当于对经典计算机的 次操作，也就是量子的并行性。

2.2.量子逻辑门

对量子位的态进行变换，可以实现某些逻辑功能。变化所起到的作用相当于逻辑门的作用。因此，提出了“量子逻辑门”【3】的概念，为：在一定时间间隔内，实现逻辑变换的量子装置。

量子逻辑门在量子计算中是一系列的酉变换，将酉矩阵作为算符的变换被成为酉变换。量子位的态 是希尔伯特空间（Hilbert空间）的单位向量，实现酉变换后希尔伯特空间，在希尔伯特空间内仍为单位向量。【4】

3.量子算法

量子算法的核心就是利用量子计算机的特性加速求解的速度，可以达到经典计算机不可比拟的运算速度和信息处理功能。目前大致五类优于已知传统算法的量子算法：基于傅里叶变换的量子算法，以Grover为代表的量子搜素算法，模拟量子力学体系性质的量子仿真算法，“相对黑盒”指数加速的量子算法和相位估计量子算法。

3.1基于傅里叶变换的量子算法

Shor于1994年提出大数质因子分解量子算法，而大数质因子分解问题广泛应用在RSA公开密钥加密算法之中，该问题至今仍属于NP难度问题。但是Shor算法可以在量子计算的条件下，在多项式时间内很有效地解决该问题。这对RSA的安全性有着巨大的挑战。

Shor算法的基本思想是：利用数论相关知识，通过量子并行特点，获得所有的函数值；再随机选择比自变量小且互质的自然数，得到相关函数的叠加态；最后进行量子傅里叶变换得最后结果。构造如下函数：

就目前而言，该算法已经相对成熟，对其进行优化的空间不大。目前研究者的改进工作主要是：通过对同余式函数中与N互质的自然数选择的限制，提高算法成功的概率。Shor算法及其实现，对量子密码学和量子通信的发展有着极重要的价值。[7]

3.2以Grover为代表的量子搜素算法

3.2.1 Grover算法

Grover算法属于基于黑箱的搜索算法，其基本思想为：在考虑含有 个数据库的搜索问题，其中搜索的解恰好有 个，将数据库中的每个元素进行量化后，存储在 个量子位中， 与 满足关系式 。【8】将搜索问题表示成从0到 的整数 ，其中函数 定义为：如果 是需要搜索的解， ；若不是需要搜索的解，那么 。【12】

具体算法如下：

（1）初始化。应用Oracle算子 ，检验搜索元素是否是求解的实际问题中需要搜索的解。

（2）进行Grover迭代。将结果进行阿达马门（Hadamard门）变换。

（3）结果进行 运算。

（4）结果进行阿达马门变换。【12】

4. 量子智能计算

自Shor算法和Grover算法提出后，越来越多的研究员投身于量子计算方法的计算处理方面，同时智能计算向来是算法研究的热门领域，研究表明，二者的结合可以取得很大的突破，即利用量子并行计算可以很好的弥补智能算法中的某些不足。

目前已有的量子智能计算研究主要包括：量子人工神经网络，量子进化算法，量子退火算法和量子免疫算法等。其中，量子神经网络算法和量子进化算法已经成为目前学术研究领域的热点，并且取得了相当不错的成绩，下面将以量子进化算法为例。

量子进化算法是进化算法与量子计算的理论结合的产物，该算法利用量子比特的叠加性和相干性，用量子比特标记染色体，使得一个染色体可以携带大数量的信息。同时通过量子门的旋转角度表示染色体的更新操作，提高计算的全局搜索能力。

目前量子进化算法已经应用于许多领域，例如：工程问题、信息系统、神经网络优化等。同时，伴随着量子算法的理论和应用的进一步发展，量子进化算法等量子智能算法有着更大的发展前景和空间。

参考文献

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2.张毅，卢凯，高颖慧.量子算法与量子衍生算法

3.Deutsch D，Jozsa R.Rapid solution of problems by quanturm computation[C]//Proc Roy Soc London A，1992，439：553-558

4.吴楠，宋方敏。量子计算与量子计算机

5.苏晓琴，郭光灿。量子通信与量子计算。量子电子学报，2004，21（6）：706-718

6. White T.Hadoop： The Defintive Guide，California：O’Reilly Media，Inc.2009：12-14

7.王蕴，黄德才，俞攸红.量子计算及量子算法研究进展.

8.孙吉贵，何雨果.量子搜索算法.软件学报，2003，14（3）：334-344

9.龙桂鲁.量子计算算法介绍

篇（7）

上图左边为利用扫描隧道显微镜测量水的量子效应的示意图。上图右边为单个水分子的非弹性电子隧穿谱，从中可分辨水分子的拉伸、弯曲和转动等振动模式，这些振动可以作为灵敏的探针来探测氢核的量子运动对氢键的影响。

最近，他们又基于扫描隧道显微镜研发了一套“针尖增强的非弹性电子隧穿谱”技术，突破了传统非弹性电子隧穿谱技术在信噪比和分辨率方面的限制，在国际上首次获得了单个水分子的高分辨振动谱，并由此测得了单个氢键的强度。

篇（8）

【中图分类号】TP309.5 【文献标识码】B 【文章编号】1009-5071(2012)08-0249-01

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。

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。

1.1 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。

1.2 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。

1.3 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。

1.4 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

2.1 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。

2.2 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。

2.3 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。

3.1 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。

3.2 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。

篇（9）

Solid State Devices

2012，551p

Hardcover

ISBN9781461411406

随着现代科技的进步，人类科技已进入纳米时代，应用于光子学、电子学等的纳米结构固体器件正以飞速发展的态势引起人们越来越浓的研究兴趣。当器件尺寸接近甚至小于电子的特征自由程时，量子现象开始占据统治地位，一些固体器件展现了新颖的特性。对于这些特性背后的物理原理和概念，本书进行了细致深入的分析。

本书共分为9章：1.稳态的“漂移扩散模型”在固体中的电子传输。本章从介绍基本的漂移扩散模型开始，引入有效的漂移扩散方程用来计算稳态的运输下固体器件中载体浓度和电流密度。2.讨论了更复杂的基于电荷传输模型的玻耳兹曼的输运方程（BTE）。本章从基本原理出发，推导广义力矩方程中存在的电荷传输局域和非局域的影响。3.回顾了量子力学中的基本概念、算符以及一些定义，介绍了量子阱、量子线和量子点，以及随时间变化的扰动理论等。本章目的是为纳米结构的固态器件提供必不可少的理论知识和必备的量子理论基础。4.基于时间无关微扰理论中，计算能带结构的方法。能带结构在纳米固体器件中，特别是光器件，起着至关重要的作用。本章讨论了4个不同的能带结构的计算方法：近自由电子法、正交平面波（OPW）扩展方法、紧约束近似（TBA）和波矢动量理论。5.在传输机制中时间有关的微扰理论的应用。6.电子- 光子相互作用及其对固体器件性能的影响，介绍了光学中的一些概念，如自发辐射、受激发射等。7.在磁场中的电子的行为，介绍了狄拉克方程和泡利方程、薛定谔方程，以及量子霍尔效应（FQHE）。8.一些通常的量子输运方程。9.基于第8章原理而开发研制的一些实际的量子器件。

作者Supriyo Bandyopadhyay 在全美三个大学教授电子学理论、固体物理的研究生课程长达25年，具有非常丰富的教学研究经验。本书依据作者的教学材料所编撰。一旦读者们能够把握并熟悉掌握书中提出的概念，他们将能够很容易地处理更加困难和专业的研究论题。

本书适合电子学和物理学专业背景的本科毕业生及一年级的研究生，读者应对固态物理、量子力学有一定的了解。本书可使读者对电子学和应用物理学中的重要概念有更深入的理解和认识。

杨盈莹，助理研究员

篇（10）

谷歌去年的研发开支达到80亿美元。为了在互联网搜索和在线广告等市场保持领先地位，谷歌目前正在开发一些新的计算机技术。在科技行业中的一些人看来，量子技术是计算机进行海量数据分析的一种革命性方式。这种新技术对谷歌的主要业务尤其有帮助，对它的新项目――如联网设备和联网汽车――也是有用的。

“在一个硬件研发团队的协助下，量子人工智能研究小组现在能够落实新的设计并测试新的产品。”谷歌在博客中写道。

在整理和分析海量数据方面，量子计算机将具有比传统计算机更快的解决速度。谷歌量子人工智能小组成员马苏德・莫森（Masoud Mohseni）曾经与人合作撰写过具有领先学术水平的量子技术论文。谷歌也一直被视为这一新技术革命的领导力量之一。

此外，谷歌的竞争对手微软也在进军这个新领域，并建立了一个名为“量子架构和计算（Quantum Architectures and Computation Group）”的研究小组。

探秘量子计算机

量子计算机，早先由理查德・费曼提出，一开始是从物理现象的模拟而来的。可他发现当模拟量子现象时，因为庞大的希尔伯特空间使资料量也变得庞大，一个完好的模拟所需的运算时间变得相当可观，甚至是不切实际的天文数字。理查德・费曼当时就想到，如果用量子系统构成的计算机来模拟量子现象，则运算时间可大幅度减少。量子计算机的概念从此诞生。

从物理层面上来看，量子计算机不是基于普通的晶体管，而是使用自旋方向受控的粒子（比如质子核磁共振）或者偏振方向受控的光子（学校实验大多用这个）等等作为载体。当然从理论上来看任何一个多能级系统都可以作为量子比特的载体。

从计算原理上来看，量子计算机的输入态既可以是离散的本征态（如传统的计算机一样），也可以是叠加态（几种不同状态的几率叠加），对信息的操作从传统的“和”，“或”，“与”等逻辑运算扩展到任何幺正变换，输出也可以是叠加态或某个本征态。所以量子计算机会更加灵活，并能实现并行计算。

量子计算机或不再遥远

据外媒报道，美国普林斯顿大学研究人员近日设计出一种装置，可以让光子遵循实物粒子的运动规律。现存的计算机是基于经典力学研发而成的，在解释量子力学方面有很大局限性。量子计算机（quantum computer）是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。

研究人员制作出一种超导体，里面有1000亿个原子，在聚集起来之后，众多原子如同一个大的“人工原子”。科学家把“人工原子”放在载有光子的超导电线上，结果显示，光子在“人工原子”的影响下改变了原有的运动轨迹，开始呈现实物粒子的性质。例如，在正常情况下，光子之间是互不干涉的，但是在这一装置里，光子开始相互影响，呈现出液体和固体粒子的运动特性，光子的这种运动“前所未有”。

现存的计算机是基于经典力学研发而成的，在解释量子力学方面有很大局限性。量子计算机（quantum computer）是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。研究人员称，在改变光子的运动规律之后，量子计算机的发明也许不再遥远。

就我国量子计算机而言，相关研究也一直处于世界领先水平。早在2013年12月30日，美国物理学会《物理》杂志就公布了2013年度国际物理学领域的十一项重大进展，中国科学技术大学潘建伟教授及其同事张强、马雄峰和陈腾云等“利用测量器件无关量子密钥分发解决量子黑客隐患”的研究成果位列其中。

《物理》杂志以“量子胜利的一年――但还没有量子计算机”为题报道了中国科学家成功解决量子黑客隐患这一重要成果。