量子計算發(fā)展精選(九篇)
前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的量子計算發(fā)展主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。
第1篇：量子計算發(fā)展范文
中圖分類號:TP39 文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1007-3973 (2010) 02-106-01
1量子力學(xué)對計算機技術(shù)發(fā)展的影響
自1646年第一臺電子計算機問世以來,其芯片發(fā)展速度日益加快。按照芯片的摩爾定律 ,其集成度在不久的將來有望達到原子分子量級。在享受計算機飛速發(fā)展帶來的種種便利的同時,我們也不得不面臨一個瓶頸問題,即根據(jù)量子力學(xué)理論,在芯片發(fā)展到微觀集成的時候,量子效應(yīng)會影響甚至完全破壞芯片功能。因此,量子力學(xué)對計算機技術(shù)發(fā)展具有決定性作用。
1.1量子力學(xué)簡介
量子力學(xué)是近代自然科學(xué)的最重要的成就之一. 在量子力學(xué)的世界里,一個量子微觀體系的狀態(tài)是由一個波函數(shù)來描述的,而非由粒子的位置和動量描述,這就是它與經(jīng)典力學(xué)最根本的區(qū)別。
1.2量子力學(xué)與量子計算機
量子力學(xué)的海森堡測不準(zhǔn)原理決定了粒子的位置和動量是不能同時確定的()。當(dāng)計算機芯片的密度很大時(即很小)將導(dǎo)致很大,電子不再被束縛,產(chǎn)生量子干涉效應(yīng),而這種干涉效應(yīng)會完全破壞芯片的功能。為了克服量子力學(xué)對計算機發(fā)展的限制,計算機的發(fā)展方向必然和量子力學(xué)相結(jié)合,這樣不僅可以越過量子力學(xué)的障礙,而且可以開辟新的方向。
量子計算機就是以量子力學(xué)原理直接進行計算的計算機.保羅•貝尼奧夫在1981年第一次提出了制造量子計算機的理論。量子計算機的存儲和讀寫頭都以量子態(tài)存在的,這意味著存儲符號可以是0、1以及它們的疊加。
2量子計算機的優(yōu)點
近年來的種種試驗表明,量子計算機的計算和分析能力都超越了經(jīng)典計算機。它具有如此優(yōu)越的性質(zhì)正在于它的存儲讀取方式量子化。對量子計算機的原理分析可知,以下兩個個特性是令量子計算機優(yōu)越性的根源所在。
2.1存儲量大、速度高
經(jīng)典計算機由0或1的二進制數(shù)據(jù)位存儲數(shù)據(jù),而量子計算機可以用自旋或者二能級態(tài)構(gòu)造量子計算機中的數(shù)據(jù)位,即量子位。不同于經(jīng)典計算機的在0與1之間必取其一,量子位可以是0 或者1,也可以是0和l的迭加態(tài)。
因此,量子計算機的n個量子位可以同時存儲2n個數(shù)據(jù),遠高于經(jīng)典計算機的單個存儲能力; 另一方面量子計算機可以同時進行多個讀取和計算,遠優(yōu)于經(jīng)典計算機的單次計算能力。量子計算機的存儲讀取特性使其具有存儲量大、讀取計算速度高的優(yōu)點。
2.2可以實現(xiàn)量子平行態(tài)
由量子力學(xué)原理可知,如果體系的波函數(shù)不能是構(gòu)成該體系的粒子的波函數(shù)的乘積,則該體系的狀態(tài)就處在一個糾纏態(tài),即體系的粒子的狀態(tài)是相互糾纏在一起的。而量子糾纏態(tài)之間的關(guān)聯(lián)效應(yīng)不受任何局域性假設(shè)限制,這使兩個處在糾纏態(tài)的粒子而言,不管它們離開有多么遙遠,對其中一個粒子進行作用,必然會同時影響到另外一個粒子.正是由于量子糾纏態(tài)之間的神奇的關(guān)聯(lián)效應(yīng), 使得量子計算機可以利用糾纏機制,實現(xiàn)量子平行算法,從而可以大大減少操作次數(shù)。
3量子計算機發(fā)展現(xiàn)狀和未來趨勢
3.1量子計算機實現(xiàn)的技術(shù)障礙
到目前為止,世界上還沒有真正意義上的量子計算機,它的實現(xiàn)還有許多技術(shù)上的問題。
量子計算機的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在量子迭加態(tài)的關(guān)聯(lián)效應(yīng). 然而,環(huán)境對迭加態(tài)的影響以及迭加態(tài)之間的相互作用會使這種關(guān)聯(lián)效應(yīng)減弱甚至喪失,即量子力學(xué)去相干效應(yīng).因此應(yīng)盡量減少環(huán)境對量子態(tài)的作用。同時,萬一由于相干效應(yīng)引入了錯誤信息,必需能及時改正,這需要進一步的研究和實驗。
另一方面,量子態(tài)不能復(fù)制,使得不能把經(jīng)典計算機中很完善的糾錯方法直接移植到量子計算機中來.由于量子計算機在計算過程中不能對量子態(tài)測量, 因為這種測量會改變量子態(tài), 而且這種改變是不可恢復(fù)的,因此在糾錯方面存在很多問題。
3.2量子計算機的現(xiàn)狀
由于上述兩種原因,現(xiàn)在還無法確定未來的量子計算機究竟是什么樣的, 目前科學(xué)家門提出了幾種方案.
第一種方案是核磁共振計算機. 其原理是用自旋向上或向下表示量子位的0 和1 兩種狀態(tài),重點在于實現(xiàn)自旋狀態(tài)的控制非操作,優(yōu)點在于盡可能保證了量子態(tài)和環(huán)境的較好隔離。
第二種方案是離子阱計算機. 其原理是將一系列自旋為1/2 的冷離子被禁錮在線性量子勢阱里, 組成一個相對穩(wěn)定的絕熱系統(tǒng),重點在于由激光來實現(xiàn)自旋翻轉(zhuǎn)的控制非操作其優(yōu)點在于極度減弱了去相干效應(yīng), 而且很容易在任意離子之間實現(xiàn)n 位量子門。
第三種方案是硅基半導(dǎo)體量子計算機. 其原理是在高純度硅中摻雜自旋為1/2的離子實現(xiàn)存儲信息的量子位,重點在于用絕緣物質(zhì)實現(xiàn)量子態(tài)的隔絕,其優(yōu)點在于可以利用現(xiàn)代高效的半導(dǎo)體技術(shù)。
此外還有線性光學(xué)方案, 腔量子動力學(xué)方案等.
3.3量子計算機的未來
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,量子計算機也會逐漸走向現(xiàn)實研制和現(xiàn)實運用。量子計算機不但于未來的計算機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展緊密相關(guān),更重要的是它與國家的保密、電子銀行、軍事和通訊等重要領(lǐng)域密切相關(guān)。實現(xiàn)量子計算機是21 世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的最重要的目標(biāo)之一。
參考文獻:
[1]胡連榮. 速度驚人的量子計算機[J].知識就是力量
[2]付剛.“量子計算機”解密[N].中安在線-安徽日報
[3]譚華海.量子計算機研究的最新進展[J].教育部科技發(fā)展中心內(nèi)刊.
第2篇：量子計算發(fā)展范文
關(guān)鍵詞量子；墨子號；量子通信衛(wèi)星；量子通信
2016年8月16日凌晨1時40分，世界首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”由我國酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。全國人們?yōu)榇藲g呼雀躍，各大媒體也爭相報道這一科研壯舉。目前，我國已經(jīng)成為世界上首個實現(xiàn)太空一地面量子通信的國家，然而對于普通人來說基于量子物理學(xué)發(fā)展而來的量子通信技術(shù)依然是晦澀難懂的深奧科學(xué)。那么，我們便基于量子衛(wèi)星的發(fā)射來談一談量子衛(wèi)星所涉及的基本科學(xué)問題。
1量子衛(wèi)星
1.1量子衛(wèi)星“墨子號”名稱的由來
在我國古代，墨子先生不僅創(chuàng)立了墨家學(xué)說，更是在傳世的《墨經(jīng)》一書中提出了“光學(xué)八條”的理論。在“光學(xué)八條”中不僅描述了我國古代人民對光線的認(rèn)識，也設(shè)計出了我國最早的小孔成像實驗，這是我國有關(guān)光學(xué)研究的基礎(chǔ)。為了紀(jì)念墨子先生，我國發(fā)射的全球首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星便被命名為“墨子號”。
1.2“量子”的定義
在1900年，著名的物理學(xué)家普朗克為了解釋黑體輻射現(xiàn)象提出了一個假設(shè)，即黑體輻射的能量只能取某一基本能量的整數(shù)倍?；谶@一假設(shè)，在之后幾十年的研究中，研究者們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)其他物理量也表現(xiàn)出了不連續(xù)的量子化現(xiàn)象，那么這些物理量中所存在的最小的基本單位便可以稱之為量子。量子理論的提出嚴(yán)重地沖擊了古典物理學(xué)，到20世紀(jì)早期，法國物理學(xué)家德布羅意便在普朗克
愛因斯坦的光量子論和玻爾的原子論的啟發(fā)下建立了量子力學(xué)理論。量子力學(xué)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的多個領(lǐng)域中均有應(yīng)用和突出貢獻，而量子通信技術(shù)也是基于量子力學(xué)發(fā)展而來的，對未來科學(xué)技術(shù)和文明的進步具有重要意義。
1.3量子通信
量子通信是利用量子態(tài)和量子糾纏效應(yīng)進行信息或密鑰傳輸?shù)男滦屯ㄐ欧绞?。量子通信的主要目的便是保證信息傳輸過程中的無障礙傳送和信息安全。而在量子通信技術(shù)研究之前，人們?yōu)榱吮ＷC傳輸信息過程中的安全問題，便選擇對所傳輸?shù)男畔⑦M行加密。信息加密便是將我們要傳輸?shù)男畔ⅲā懊魑摹保┺D(zhuǎn)化成別人不可識別的亂碼（“密文”）。在20世紀(jì)前中期，信息加密技術(shù)依然有其優(yōu)越之處，也是人們普遍使用的方法。但是，電子計算機的出現(xiàn)使基于特定參數(shù)所建立的密鑰并不再安全。隨著現(xiàn)代電子計算技術(shù)的發(fā)展，直至量子計算機的研制成功，計算機的能力急劇加強，那么這種基于基本算法的信息加密技術(shù)在量子計算機面前形同虛設(shè)。為了保障新時代背景下的信息安全，量子通信技術(shù)得到快速發(fā)展。量子通信是基于早期的對稱密碼：“一次一密”。一次一密的概念在1917年由Vernam提出，然后于1949年被Shannon證明是無條件安全的。隨著量子理論的發(fā)展，在1984年，科學(xué)家Bennett和Brassard首次提出了第一個實用性的量子密碼的通信協(xié)議，該協(xié)議以兩者的名字命名。在其后，美國科學(xué)家完成了世界上第一個量子信息傳輸實驗，從此量子通信技術(shù)進入了蓬勃發(fā)展的時期。在1995年，我國中科院物理所在實驗室內(nèi)完成了試驗性質(zhì)的量子信息傳輸實驗。進入21世紀(jì)之后，量子通信技術(shù)蓬勃發(fā)展，先后實現(xiàn)了遠距離信息傳輸和量子密碼傳輸。
量子通信技術(shù)在信息傳輸?shù)陌踩院蛡鬏斈芰ι暇哂袠O大的優(yōu)勢。首先，在利用量子通信技術(shù)傳輸信息的過程中，由于信息的載體是光量子，而光量子的量子狀態(tài)是難以截獲的，因而利用量子通信傳輸?shù)男畔⑹遣豢赡鼙槐I取的。在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，利用量子通信技術(shù)傳輸?shù)男畔⑹菬o條件安全的。其次，在量子通信過程中，量子態(tài)隱形傳輸技術(shù)可以實現(xiàn)無障礙通信。所謂的量子m纏態(tài)，便是兩個相互糾纏的粒子，當(dāng)其中一個粒子的狀態(tài)發(fā)生變化時，另一個粒子的狀態(tài)會立即發(fā)生相應(yīng)的變化。這種無視空間距離的和即時的信息傳輸能力是量子通信的巨大優(yōu)勢。
1.4量子通信衛(wèi)星
量子通信衛(wèi)星是量子通信技術(shù)中的重要硬件設(shè)施。簡單來說，量子通信衛(wèi)星的作用就是為傳輸?shù)男畔⒎峙涿荑€。量子通信過程中，負(fù)載信息的光量子在傳輸?shù)倪^程中會逐漸衰減直至消失，因此光量子的傳輸存在著距離的限制。一般而言，當(dāng)光量子在空氣中傳播100km時，光量子的信號已經(jīng)難以檢測到了。但是，量子通信衛(wèi)星在太空中進行光量子傳輸時，光信號在到達地表之前僅僅需要經(jīng)過10km左右的大氣層，地面基站可以輕松地收到量子通信衛(wèi)星發(fā)射的信號。量子通信衛(wèi)星先向地面基站發(fā)送量子密鑰，經(jīng)過比對之后建立絕對不可破譯的量子密鑰，繼而擁有相同量子密鑰的兩個地面基站，便可以把已經(jīng)加密的信息通過傳統(tǒng)的信息傳輸方式（如互聯(lián)網(wǎng)、無線電話等）互相傳輸，而且所傳輸?shù)男畔⒁彩墙^對安全的。量子通信衛(wèi)星的使用可以實現(xiàn)全球距離的信息傳輸。
2我國量子通信技術(shù)的發(fā)展
1）我國國家政策和戰(zhàn)略布局高度重視量子通信技術(shù)的研究和發(fā)展。量子通信技術(shù)已被列入國家“十二五”科技發(fā)展規(guī)劃綱要中，屬于國家重點發(fā)展的具有引領(lǐng)新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿Φ那把丶夹g(shù)。
2）我國的量子通信技術(shù)布局較早，發(fā)展較快，成果也更為顯著。早在1995年，中科院物理所便在實驗室內(nèi)完成了我國首個的量子密鑰分發(fā)實驗演示。在其后，我國先后成立了中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)量子物理與量子信息研究部、中國科學(xué)院量子技術(shù)與應(yīng)用研究中心和中國科學(xué)院量子信息與量子科技前沿卓越創(chuàng)新中心。這些研究中學(xué)的成立將會進一步推進我國量子通信技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)進步，使我國的量子通信技術(shù)研究始終走在全球前列。
“墨子號”衛(wèi)星的發(fā)射僅僅是開始，在未來更多的量子衛(wèi)星將會發(fā)射升空，進一步為我國建立洲際量子通信，乃至全球量子通信網(wǎng)絡(luò)。
第3篇：量子計算發(fā)展范文
關(guān)鍵詞：智能信息處理技術(shù)；量子計算智能導(dǎo)論；教學(xué)實踐
人類正被數(shù)據(jù)淹沒，卻饑渴于知識。面臨浩瀚無際而被污染的數(shù)據(jù)，人們呼喚從數(shù)據(jù)中來一個去粗取精、去偽存真的技術(shù)。而數(shù)據(jù)挖掘就是從大量數(shù)據(jù)中識別出有效的、新穎的、潛在有用的，以及最終可理解的知識和模式的高級操作過程，所以數(shù)據(jù)挖掘也可以說是一個模式識別的過程，因此模式識別領(lǐng)域的許多技術(shù)經(jīng)過一定的改進便可以在數(shù)據(jù)挖掘中起重要的作用。計算智能(Computational Intelligence-CI)方法是傳統(tǒng)人工智能(Artificial Intelligence，AI)的擴展，它是模式識別技術(shù)發(fā)展的新階段[1]。
科學(xué)家預(yù)言：“21世紀(jì)，人類將從經(jīng)典信息時代跨越到量子信息時代”。創(chuàng)立了一個世紀(jì)的量子力學(xué)隨著20世紀(jì)90年代與信息科學(xué)交叉融合誕生的量子信息學(xué)，已成為量子信息時代來臨的重要標(biāo)志[2]。量子計算智能導(dǎo)論作為信息科學(xué)、計算機科學(xué)、智能信息處理、人工智能等相關(guān)專業(yè)的研究生專業(yè)課程，已經(jīng)在越來越多的高等學(xué)校開設(shè)。
由于量子計算智能是一門跨越包括物理學(xué)、數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)、電子機械、通訊、生理學(xué)、進化理論和心理學(xué)等學(xué)科在內(nèi)的深奧科學(xué)，因此量子計算智能導(dǎo)論的教學(xué)內(nèi)容和側(cè)重點的安排目前仍處在探索階段，尤其作為研究生課程如何使得學(xué)生在掌握深奧理論的基礎(chǔ)上結(jié)合實際應(yīng)用，將理論轉(zhuǎn)化為技術(shù)與工具，從而提高動手能力，這是每個研究生專業(yè)課任課老師的核心探索所在，因此就要求老師在授業(yè)解惑的同時關(guān)注前沿，以該學(xué)科的前沿領(lǐng)域為教學(xué)指引，進而更好的培養(yǎng)研究生主動探索知識的能力。
1教材選擇
一本好的教材為教學(xué)起到了畫龍點睛的作用，因此教材的選擇即是老師對教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)方法的選擇。我們選擇教材，期望該教材由淺入深、深入淺出、可讀性好，具有系統(tǒng)性、交叉性、前沿性等特點。由于量子計算智能導(dǎo)論為全校研究生的專業(yè)課程，而量子計算智能是一門多學(xué)科交叉的綜合型學(xué)科，因此我們要考慮到來自學(xué)校不同專業(yè)背景，以及在物理，數(shù)學(xué)，工程優(yōu)化和進化理論基礎(chǔ)有限的兩難困境，所以首先選擇了一本關(guān)于量子計算的英文原版書作為教材之一，Michael Nielsen等人所著的《Quantum Computation and Quantum Information》[3]，2003年高等教育出版社出版，該書全面介紹了量子計算與量子信息學(xué)領(lǐng)域的主要思想與技術(shù)。到目前為止，該領(lǐng)域的高速進展與學(xué)科交叉的特性使得初學(xué)者感到困惑而不易對其主要技術(shù)與結(jié)論有綜合性的認(rèn)識，而該書特色在于對量子機制和計算機科學(xué)給予了指導(dǎo)性介紹，使得那些沒有物理學(xué)或計算機科學(xué)背景的學(xué)生對此也易于接受，為學(xué)生提供了詳實的關(guān)于量子計算的物理原理和基本概念；另外考慮到這門課程面向研究生，無論將來他們是直接就業(yè)還是繼續(xù)深造，都要注重實踐動手能力的培養(yǎng)，要能夠?qū)⒆约核鶎W(xué)的書本知識轉(zhuǎn)化為技術(shù)和工具，去解決實際的工程和科研問題，因此我們還選擇了另外一門書，由李士勇教授所著的《量子計算與量子優(yōu)化算法》[4]，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社于2009年出版，該書著重講解了量子優(yōu)化算法，為實際工程應(yīng)用提供了新的思路，并啟發(fā)大家在量子計算機沒有走出實驗室的今天，如何利用現(xiàn)有的數(shù)字式計算機構(gòu)造具有量子特性的快速算法。當(dāng)然考慮到全校研究生的專業(yè)知識背景不同，我們也推薦了中南大學(xué)蔡自興教授等編著，2004年由清華大學(xué)出版社出版的《人工智能及其應(yīng)用：研究生用書(第三版)》[5]，該書是蔡自興為主講教授的國家精品課程人工智能的配套教材，該本書中系統(tǒng)全面的講解了高級知識推理、分布式人工智能與艾真體、計算智能、進化計算、群智能優(yōu)化、自然計算、免疫計算以及知識發(fā)現(xiàn)和數(shù)據(jù)挖掘等近年的熱點智能方法，從而輔助學(xué)生了解人工智能，以及人工智能如何發(fā)展到計算智能，使得學(xué)生全面認(rèn)識學(xué)科的發(fā)展和傳承性，為今后學(xué)習(xí)量子計算智能打下堅實的理論基礎(chǔ)。
2教學(xué)內(nèi)容
本課程從量子計算的基本概念和原理出發(fā)，重點講解量子計算基礎(chǔ)和基本的量子算法；并從量子優(yōu)化算法拓展開來。該門課程我們安排了46學(xué)時，具體安排如下：第1章，量子力學(xué)基礎(chǔ)(2學(xué)時)；第2章，量子計算基礎(chǔ)(4學(xué)時)；第3章，基本量子算法(4學(xué)時)；第4章，Grover量子搜索算法的改進(4學(xué)時)；第5章，量子遺傳算法(8學(xué)時)；第6章，量子群智能優(yōu)化算法(8學(xué)時)；第7章，量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與算法(8學(xué)時)；第8章，量子遺傳算法在模糊神經(jīng)控制中的應(yīng)用(8學(xué)時)。
3教學(xué)方法
3.1理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)方法
量子計算智能導(dǎo)論是一門多學(xué)科交叉的綜合型學(xué)科。選課的同學(xué)來自全校，各個的專業(yè)背景不同，但是大家的共同需求是一樣的，就是從課程中掌握一種用于解決實際問題的工程技術(shù)，但是工程技術(shù)的掌握也需要理論的支撐，因此我們在教學(xué)實踐中總結(jié)出了一套方法，具體做法是將教學(xué)內(nèi)容劃分為：理論型和實踐型。
理論型教學(xué)指的是發(fā)展完善的量子計算基本原理和方法。其內(nèi)容包括：量子位、量子線路、量子Fourier 變換、量子搜索算法和量子計算機的物理實現(xiàn)等。而其中量子位、量子線路以及量子算法都是以量子相對論為基礎(chǔ)的，這也是量子計算的本質(zhì)原理，而較之我們熟悉的數(shù)字式計算機和計算方式有著本質(zhì)的區(qū)別。我們在教學(xué)中由淺入深，通過PPT授課，采取理論與實例相結(jié)合的講授方式。下面給出了一個我們在教學(xué)中的實例：將量子計算問題形象化。具體內(nèi)容如下。
讓我們想象一下下面這個問題。我們要找一條穿過復(fù)雜迷宮的路。每次我們沿著一條路走，很快就會碰到新的岔路。即使知道出去的路，還是容易迷路。換句話說，有一個著名的走迷宮算法就是右手法則――順著右手邊的墻走，直到出去(包括繞過絕路)。這條路也許并不很短，但是至少您不會反復(fù)走相同的過道。以計算機術(shù)語表述，這條規(guī)則也可以稱作遞歸樹下行?，F(xiàn)在讓我們想象另外一種解決方案。站在迷宮入口，釋放足夠數(shù)量的著色氣體，以同時充滿迷宮的每條過道。讓一位合作者站在出口處。當(dāng)她看到一縷著色氣體出來時，就向那些氣體粒子詢問它們走過的路徑。她詢問的第一個粒子走過的路徑最有可能是穿過迷宮的所有可能路徑中最短的一條。當(dāng)然，氣體顆粒絕不會給我們講述它們的旅行。但是 量子算法以一種同我們的方案非常類似的方式運作。即，量子算法先把整個問題空間填滿，然后只需費心去問問正確的解決方案(把所有的絕路排除在答案空間以外)。這樣以來，一個枯燥晦澀的量子算法就被很形象的解釋，因此增強了學(xué)生的記憶也加深了理解，從而提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
實踐型教學(xué)指的是正在發(fā)展中的量子計算智能方法的熱點問題。其內(nèi)容包括：量子遺傳算法，混沌量子免疫算法，量子蟻群算法，量子粒子群算法，量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與算法，和這些算法在實際工程優(yōu)化中的應(yīng)用。這部分內(nèi)容屬于本學(xué)科的前沿，但也是熱點問題，因此這部分我們在教學(xué)中忽略理論推導(dǎo)，重點強調(diào)實際操作，在PPT課件中增加仿真實例的講解；并在課下布置相應(yīng)的上機操作習(xí)題，配合上機實踐課程，鍛煉學(xué)生的動手能力，同時也引導(dǎo)學(xué)生去關(guān)注這些前沿，從而培養(yǎng)他們的科研素養(yǎng)。
為了體現(xiàn)該門課的教學(xué)特點，我們在考核方式上，采取考試與報告相結(jié)合的方式，其中理論部分我們采取閉卷考試，占總考評分?jǐn)?shù)的40%；實踐部分采取上機技術(shù)報告考核，內(nèi)容為上機實踐課程布置的大作業(yè)，給出詳實的算法流程圖和仿真結(jié)果與分析，占總考評分?jǐn)?shù)的40%；出勤率占總考評分?jǐn)?shù)的20%。
3.2科研素養(yǎng)的培養(yǎng)與實踐能力的提高
科研素養(yǎng)的最核心部分，就是一個人對待科研情感態(tài)度和價值觀，科研素養(yǎng)的培養(yǎng)不僅使學(xué)生獲得知識和技能，更重要的是使其獲得科學(xué)思想、科學(xué)精神和科學(xué)方法的熏陶和培養(yǎng)。正如溫總理說的那樣：“教是為了不教，學(xué)是為了會學(xué)”，當(dāng)學(xué)生將課本內(nèi)容遺忘后，遺留下來的東西即是他們所具備的科研素養(yǎng)。因此，在教學(xué)中，我們的宗旨也是提高學(xué)生的科研素養(yǎng)，量子計算智能導(dǎo)論是一門理論和實踐緊密結(jié)合的學(xué)科，該學(xué)科的發(fā)展日新月異，在信息處理領(lǐng)域的關(guān)注度也越來越高。在教學(xué)實踐中，我們采用了上機實踐和技術(shù)報告相結(jié)合的教學(xué)方式。掌握各種量子計算智能方法的原理和流程是這門課程教學(xué)的首要任務(wù)，因此學(xué)生結(jié)合各自研究方向?qū)崿F(xiàn)量子智能算法在實際科研任務(wù)中的優(yōu)化問題求解。在上機實踐中，學(xué)生不僅要掌握該智能算法的流程而且重點關(guān)注學(xué)生對
自己科研任務(wù)的建模，學(xué)會系統(tǒng)分析問題，建立合理的數(shù)學(xué)模型，并給出理論分析。上機實踐驗收中，我們不但考察其結(jié)果展示，更增加了上機實踐的技術(shù)報告，用來分析模型建立的合理性，從而培養(yǎng)學(xué)生對待科研問題的分析素養(yǎng)和建模素養(yǎng)。在技術(shù)報告中，我們要求學(xué)生給出幾種可供參考的建模模型，并分析各自的優(yōu)勢，和選擇這一解決方案的依據(jù)。由于量子計算智能導(dǎo)論是面向研究生開設(shè)的課程，在教學(xué)中，我們更佳關(guān)注其分析問題的能力，和解決問題的合理性的思考能力，從而培養(yǎng)學(xué)生的科研素養(yǎng)。
4結(jié)語
把教學(xué)當(dāng)做一門藝術(shù)，是我們作為高校老師畢生追求的目標(biāo)，如何做到重點講透，難點講通，要點講清，這也是我們多年教學(xué)中一直關(guān)注的關(guān)鍵點。我們在教學(xué)中反對“灌輸式”，強調(diào)“啟發(fā)式”，以實際應(yīng)用先導(dǎo)教學(xué)是非?？扇〉模彩盏搅肆己玫男Ч?。量子計算智能導(dǎo)論是一門綜合型交叉學(xué)科，且面向研究生開設(shè)，因此在教學(xué)實踐中，我們十分重視學(xué)生科研素養(yǎng)的培養(yǎng)。通過上機實踐和技術(shù)報告的形式引導(dǎo)學(xué)生積極動手，積極思考。希望這些教學(xué)中的點滴供同行們交流探討。
參考文獻：
[1] 焦李成,劉芳,緱水平,等. 智能數(shù)據(jù)挖掘與知識發(fā)現(xiàn)[M]. 西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2006.
[2] 田新華. 跟蹤國際學(xué)術(shù)前沿迎接量子信息時代:《量子計算與量子優(yōu)化算法》評介[J]. 科技導(dǎo)報,2010,28(6):122.
[3]Michael A. Nielsen ,Isaac L. Chuang. Quantum Computation and Quantum Information [M]. 北京:高等教育出版社,2003.
[4] 李士勇,李盼池. 量子計算與量子優(yōu)化算法[M]. 哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2009.
[5] 蔡自興,徐光v. 人工智能及其應(yīng)用:研究生用書[M]. 3版. 北京:清華大學(xué)出版社,2004.
Exploration on Introduction to Quantum Computational Intelligence
LI Yangyang, SHANG Ronghua, JIAO Licheng
(School of Electronic Engineering, Xidian University, Xi’an 710071, China)
第4篇：量子計算發(fā)展范文
【關(guān)鏈詞】計算機發(fā)展趨勢 新型計算機
一、 前言
計算機的發(fā)展將趨向超高速、超小型、并行處理和智能化。自從1944年世界上第一臺電子計算機誕生以來，計算機技術(shù)迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)計算機的性能受到挑戰(zhàn)，開始從基本原理上尋找計算機發(fā)展的突破口，新型計算機的研發(fā)應(yīng)運而生。未來量子、光子和分子計算機將具有感知、思考、判斷、學(xué)習(xí)以及一定的自然語言能力，使計算機進人人工智能時代。這種新型計算機將推動新一輪計算技術(shù)革命，對人類社會的發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。
二、智能化的超級計算機
超高速計算機采用平行處理技術(shù)改進計算機結(jié)構(gòu)，使計算機系統(tǒng)同時執(zhí)行多條指令或同時對多個數(shù)據(jù)進行處理，進一步提高計算機運行速度。超級計算機通常是由數(shù)百數(shù)千甚至更多的處理器(機)組成，能完成普通計算機和服務(wù)器不能計算的大型復(fù)雜任務(wù)。從超級計算機獲得數(shù)據(jù)分析和模擬成果，能推動各個領(lǐng)域高精尖項目的研究與開發(fā)，為我們的日常生活帶來各種各樣的好處。最大的超級計算機接近于復(fù)制人類大腦的能力，具備更多的智能成份.方便人們的生活、學(xué)習(xí)和工作。世界上最受歡迎的動畫片、很多耗巨資拍攝的電影中，使用的特技效果都是在超級計算機上完成的。日本、美國、以色列、中國和印度首先成為世界上擁有每秒運算1萬億次的超級計算機的國家，超級計算機已在科技界內(nèi)引起開發(fā)與創(chuàng)新狂潮。
三、新型高性能計算機問世
硅芯片技術(shù)高速發(fā)展的同時，也意味看硅技術(shù)越來越接近其物理極限。為此，世界各國的研究人員正在加緊研究開發(fā)新型計算機，計算機的體系結(jié)構(gòu)與技術(shù)都將產(chǎn)生一次量與質(zhì)的飛躍。新型的量子計算機、光子計算機、分子計算機、納米計算機等，將會在二十一世紀(jì)走進我們的生活，遍布各個領(lǐng)域。
1.量子計算機
量子計算機的概念源于對可逆計算機的研究，量子計算機是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進行高速數(shù)學(xué)和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。量子計算機是基于量子效應(yīng)基礎(chǔ)上開發(fā)的，它利用一種鏈狀分子聚合物的特性來表示開與關(guān)的狀態(tài)，利用激光脈沖來改變分子的狀態(tài).使信息沿著聚合物移動.從而進行運算。量子計算機中的數(shù)據(jù)用量子位存儲。由于量子疊加效應(yīng)，一個量子位可以是0或1，也可以既存儲0又存儲1。因此，一個量子位可以存儲2個數(shù)據(jù)，同樣數(shù)量的存儲位，量子計算機的存儲量比通常計算機大許多。同時量子計算機能夠?qū)嵭辛孔硬⑿杏嬎?，其運算速度可能比目前計算機的Pentium DI晶片快10億倍。除具有高速并行處理數(shù)據(jù)的能力外，量子計算機還將對現(xiàn)有的保密體系、國家安全意識產(chǎn)生重大的沖擊。
無論是量子并行計算還是量子模擬計算，本質(zhì)上都是利用了量子相干性。世界各地的許多實驗室正在以巨大的熱情追尋著這個夢想。目前已經(jīng)提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束縛離子、電子或核自旋共振、量子點操縱、超導(dǎo)量子干涉等。量子編碼采用糾錯、避錯和防錯等。量子計算機使計算的概念煥然一新。
2.光子計算機
光子計算機是利用光子取代電子進行數(shù)據(jù)運算、傳翰和存儲。光子計算機即全光數(shù)字計算機，以光子代替電子，光互連代替導(dǎo)線互連，光硬件代替計算機中的電子硬件，光運算代替電運算。在光子計算機中，不同波長的光代表不同的數(shù)據(jù)，可以對復(fù)雜度高、計算量大的任務(wù)實現(xiàn)快速地并行處理。光子計算機將使運算速度在目前基礎(chǔ)上呈指數(shù)上升。
3.分子計算機
分子計算機體積小、耗電少、運算快、存儲量大。分子計算機的運行是吸收分子晶體上以電荷形式存在的信息，并以更有效的方式進行組織排列。分子計算機的運算過程就是蛋白質(zhì)分子與周圍物理化學(xué)介質(zhì)的相互作用過程。轉(zhuǎn)換開關(guān)為酶，而程序則在酶合成系統(tǒng)本身和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)中極其明顯地表示出來。生物分子組成的計算機具備能在生化環(huán)境下，甚至在生物有機體中運行，并能以其它分子形式與外部環(huán)境交換。因此它將在醫(yī)療診治、遺傳追蹤和仿生工程中發(fā)揮無法替代的作用。目前正在研究的主要有生物分子或超分子芯片、自動機模型、仿生算法、分子化學(xué)反應(yīng)算法等幾種類型。分子芯片體積可比現(xiàn)在的芯片大大減小，而效率大大提高，分子計算機完成一項運算，所需的時間僅為10微微秒，比人的思維速度快100萬倍。分子計算機具有驚人的存貯容量，1立方米的DNA溶液可存儲1萬億億的二進制數(shù)據(jù)。分子計算機消耗的能量非常小，只有電子計算機的十億分之一。由于分子芯片的原材料是蛋白質(zhì)分子，所以分子計算機既有自我修復(fù)的功能，又可直接與分子活體相聯(lián)。美國已研制出分子計算機分子電路的基礎(chǔ)元器件，可在光照幾萬分之一秒的時間內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流。以色列科學(xué)家已經(jīng)研制出一種由DNA分子和酶分子構(gòu)成的微型分子計算機。預(yù)計20年后，分子計算機將進人實用階段。
4.納米計算機
納米計算機是用納米技術(shù)研發(fā)的新型高性能計算機。納米管元件尺寸在幾到幾十納米范圍，質(zhì)地堅固，有著極強的導(dǎo)電性，能代替硅芯片制造計算機?！凹{米”是一個計量單位，大約是氫原子直徑的10倍。納米技術(shù)是從20世紀(jì)80年代初迅速發(fā)展起來的新的前沿科研領(lǐng)域，最終目標(biāo)是人類按照自己的意志直接操縱單個原子，制造出具有特定功能的產(chǎn)品?，F(xiàn)在納米技術(shù)正從微電子機械系統(tǒng)起步，把傳感器、電動機和各種處理器都放在一個硅芯片上而構(gòu)成一個系統(tǒng)。應(yīng)用納米技術(shù)研制的計算機內(nèi)存芯片，其體積只有數(shù)百個原子大小，相當(dāng)于人的頭發(fā)絲直徑的千分之一。納米計算機不僅幾乎不需要耗費任何能源，而且其性能要比今天的計算機強大許多倍。美國正在研制一種連接納米管的方法，用這種方法連接的納米管可用作芯片元件，發(fā)揮電子開關(guān)、放大和晶體管的功能。專家預(yù)測，10年后納米技術(shù)將會走出實驗室，成為科技應(yīng)用的一部分。納米計算機體積小、造價低、存量大、性能好，將逐漸取代芯片計算機，推動計算機行業(yè)的快速發(fā)展。
我們相信，新型計算機與相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，是二十一世紀(jì)科技領(lǐng)域的重大創(chuàng)新，必將推進全球經(jīng)濟社會高速發(fā)展，實現(xiàn)人類發(fā)展史上的重大突破。科學(xué)在發(fā)展，人類在進步，歷史上的新生事物都要經(jīng)過一個從無到有的艱難歷程，隨著一代又一代科學(xué)家們的不斷努力，未來的計算機一定會是更加方便人們的工作、學(xué)習(xí)、生活的好伴侶。
參考文獻：
[1]劉科偉，黃建國.量子計算與量子計算機.計算機工程與應(yīng)用，2002，(38).
[2]王延汀.談?wù)劰庾佑嬎銠C.現(xiàn)代物理知識，2004，(16).
[3]陳連水，袁鳳輝，鄧放.分子計算機.分子信息學(xué)，2005，(3).
[4]官自強.納米科技與計算機技術(shù).現(xiàn)代物理知識，2003，(15).
第5篇：量子計算發(fā)展范文
5月3日，這臺計算機的研制方――中國科學(xué)院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院在這里宣布，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士及同事陸朝陽、朱曉波等，聯(lián)合浙江大學(xué)王浩華研究組，構(gòu)建了這臺基于單光子的量子計算機，這是世界上第一臺超越早期經(jīng)典計算機的光量子計算機。
一時間評價紛至沓來：“中國科學(xué)家再次站在了創(chuàng)新的前沿”“量子計算將徹底改變?nèi)祟愇磥淼膽?yīng)用前景”……就連這次成果的焦點人物潘建偉也提到，“量子計算研究就像雨后春筍，到了爆發(fā)式發(fā)展的關(guān)鍵時刻?！蹦敲催@臺中國造的量子計算機究竟能有何能耐，又將為我們帶來什么？
計算速度加快2.4萬倍
量子計算機是指利用量子相干疊加原理，理論上具有超快的并行計算和模擬能力的計算機。計算能力隨可操縱的粒子數(shù)呈指數(shù)增長，可為經(jīng)典計算機無法解決的大規(guī)模計算難題提供有效解決方案。
曾有人打過一個比方：如果現(xiàn)在傳統(tǒng)計算機的速度是自行車，量子計算機的速度就如同飛機。例如，使用億億次的天河二號超級計算機求解一個億億億變量的方程組，所需時間為100年，而使用一臺萬億次的量子計算機求解同一個方程組，僅需0.01秒。
因為計算能力的革命性突破，如同蒸汽機之于工業(yè)文明，量子計算機將成為未來科技的引擎。實驗測試表明，該原型機的取樣速度不僅比國際同行類似的實驗加快至少2.4萬倍，同時，通過和經(jīng)典算法比較，也比人類歷史上第一臺電子管計算機和第一臺晶體管計算機運行速度快10倍到100倍。“這是歷史上第一臺超越早期經(jīng)典計算機的基于單光子的量子模擬機，為最終實現(xiàn)超越經(jīng)典超級計算能力的量子計算這一國際學(xué)術(shù)界稱之為‘量子稱霸’的目標(biāo)奠定了堅實的基礎(chǔ)。”潘建偉指出。
計劃年底實現(xiàn)20個光量子比特的操縱
多粒子m纏的操縱作為量子計算的核心資源，一直是國際角逐的焦點。在光子體系，潘建偉團隊在多光子糾纏領(lǐng)域始終保持著國際領(lǐng)先水平，并于2016年底把紀(jì)錄刷新至十光子糾纏。在此基礎(chǔ)上，團隊此次利用自主發(fā)展的綜合性能國際最優(yōu)的量子點單光子源，通過電控可編程的光量子線路，構(gòu)建了針對多光子“玻色取樣”任務(wù)的光量子計算原型機。
“量子計算領(lǐng)域有幾個大家共同努力的指標(biāo)性節(jié)點：第一，展示超越首臺電子計算機的計算能力；第二，展示超越商用CPU的計算能力；第三，展示超越超級計算機的計算能力。我們實現(xiàn)的只是其中的第一步，也是一小步，但同時是重要的一步?！迸私▊フf。
曾經(jīng)有科學(xué)家預(yù)測，除非量子計算機操控的比特數(shù)超過50個，量子計算機才能超過現(xiàn)有的經(jīng)典計算機。此次，中國科學(xué)家的成果為10個超導(dǎo)量子比特，超過了之前由谷歌、美國航天航空局和加州大學(xué)圣芭芭拉分校公開報道的9個超導(dǎo)量子比特的紀(jì)錄。
但也有分析稱，盡管歐美等國公開報道的成果是9個，但谷歌之前已經(jīng)放話，要在今年底之前把超導(dǎo)量子計算做到50個比特。因此，這一領(lǐng)域的競爭還遠未結(jié)束。更何況即使獲得了量子計算霸權(quán)，讓其真正具備解決問題的能力也是路途漫漫。
在潘建偉看來，谷歌、IBM等公司擁有人才優(yōu)勢。尤其是谷歌，目前仍可以算是量子計算機領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊。但這次研究團隊通過高精度脈沖控制和全局糾纏操作實現(xiàn)10比特量子態(tài)的成果，使中國在超導(dǎo)體系量子計算機研究領(lǐng)域也進入世界一流水平行列。
根據(jù)計劃，潘建偉的研究團隊將在今年底實現(xiàn)大約20個光量子比特的操縱，20個超導(dǎo)量子比特樣品的設(shè)計、制備和測試，量子計算機的速度將會成指數(shù)增長。也許到時一張閃亮的國家名片又將出現(xiàn)。
量子技術(shù)未來將極大改變生活
隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，對計算能力的需求可以用“貪得無厭”來形容。同時，計算能力的強弱也對社會的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。當(dāng)人們能把有效的數(shù)據(jù)結(jié)果都通過計算給提取出來，每一個數(shù)據(jù)才會成為真正的財富。
談到量子計算機未來的應(yīng)用前景，潘建偉充滿信心：“量子通信主要是用在保密方面，它可以大大提高信息安全水平。除此之外，量子計算可能很快在某些特定計算方面超越目前傳統(tǒng)的超級計算。這些技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢測、藥物設(shè)計、基因分析、各種導(dǎo)航等方面也將起到巨大的作用，會給人們的生活帶來極大改變。”
第6篇：量子計算發(fā)展范文
關(guān)鍵詞：電子商務(wù)；電子支付；量子通信；量子密碼
電子商務(wù)的產(chǎn)生，是由兩個“全球化”――經(jīng)濟全球化和信息全球化促成的。而電子支付，則構(gòu)成電子商務(wù)的核心，即實現(xiàn)電子商務(wù)交易中，買賣雙方之間的資金快速轉(zhuǎn)移和流動。電子商務(wù)的發(fā)展，正在以其獨特的經(jīng)濟方式，展現(xiàn)出巨大的市場、無限的商機和豐厚利潤，形成全球新的經(jīng)濟市場份額，改變著全球的經(jīng)濟構(gòu)架，直接影響和改變著全球經(jīng)濟的各個方面，給整個世界帶來一場史無前例的深刻變化的革命。那么，電子支付，則是實現(xiàn)電子商務(wù)目標(biāo)的重中之重。
所謂電子支付，是指電子商務(wù)交易的當(dāng)事人，使用信息化手段，通過網(wǎng)絡(luò)進行交易支付。使用電子支付能夠有效減少商務(wù)成本，加快處理速度，方便全球的客戶，擴展貿(mào)易業(yè)務(wù)，使得消費者可以在任何地方、任何時間、通過互聯(lián)網(wǎng)快速獲得各國銀行系統(tǒng)的支付服務(wù)，而無需再到當(dāng)?shù)劂y行的傳統(tǒng)營業(yè)柜臺辦理繁瑣的交易手續(xù)。隨著各國電子商務(wù)的快速發(fā)展，電子支付成為國際貿(mào)易結(jié)算的不可缺少手段。
對電子商務(wù)而言，其最重要的特征還是商務(wù)性。商務(wù)的實質(zhì)，是商品交換，以盈利為經(jīng)營目的，也就是說，商務(wù)活動的最大作用，就是通^商品換取資金的轉(zhuǎn)移和流動。
在電子商務(wù)的運作過程中，貨幣的支付與結(jié)算必不可少，資金流是商品交易的目的。電子支付是交易的貨幣從一方主體轉(zhuǎn)移和流動到另一方主體或經(jīng)由第三方進行中轉(zhuǎn)，實現(xiàn)交易的最終也是最關(guān)鍵的步驟。既然在電子商務(wù)中，電子支付涉及到的是資金流的流動，也就是金錢的運動，故在電子支付這一環(huán)節(jié)，危機四伏，各種各樣的詐騙問題層出不窮，也就是電子支付系統(tǒng)運行的必然結(jié)果?？梢钥吹剑^大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)安全問題，特別是涉及到資金被盜、被轉(zhuǎn)移的網(wǎng)絡(luò)安全問題，都是由電子支付系統(tǒng)引發(fā)或者導(dǎo)致產(chǎn)生的。
但電子商務(wù)畢竟又不同于傳統(tǒng)的商務(wù)。電子商務(wù)有別于其他傳統(tǒng)商務(wù)的關(guān)鍵就是其電子化，即使用電子化手段，傳遞貿(mào)易信息，使支付更方便、更快捷、更高效和更經(jīng)濟，所以，電子商務(wù)才能夠得以在短短時間內(nèi)，在全世界廣大范圍快速發(fā)展，使貿(mào)易市場突破國界與疆域，構(gòu)筑全球的營銷網(wǎng)，這就是電子支付成為電子商務(wù)發(fā)展重中之重的根本原因所在。沒有電子支付，電子商務(wù)就只是一種電子商情，電子合同；同時，離開電子商務(wù)，電子支付也只是單調(diào)的金融支付手段。電子商務(wù)與電子支付是相伴相生，相輔相成，缺一不可的。
電子支付是伴隨電子商務(wù)電子化、網(wǎng)絡(luò)化形成的，雖然不同于傳統(tǒng)的商務(wù)支付，但卻是從傳統(tǒng)的支付方式發(fā)展而來的。電子支付方式與傳統(tǒng)支付方式最關(guān)鍵的差別就是它們的運行環(huán)境不同。傳統(tǒng)的支付方式是運行在較為封閉的系統(tǒng)之中，而電子支付目前卻是運行在一個開放的系統(tǒng)平臺之上，以公共網(wǎng)絡(luò)作為通信媒介，通過數(shù)字技術(shù)來完成貿(mào)易信息交換和交易資金流動。因此，電子支付系統(tǒng)不僅要面臨著傳統(tǒng)支付方式所具有的安全問題，還要面臨著其系統(tǒng)本身特有的風(fēng)險，而這種特有的風(fēng)險，因為現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)和計算機系統(tǒng)的開放性，是現(xiàn)在所使用的電子支付系統(tǒng)根本無法規(guī)避的。所以，隨著我國電子商務(wù)發(fā)展進入快車道，作為電子商務(wù)的重中之重，電子支付，當(dāng)前也暴露出越來越多亟待解決的網(wǎng)絡(luò)安全問題。
解析花樣不斷翻新、層出不窮的電商詐騙、網(wǎng)上銀行被盜、銀行卡被刷事件，利用電子支付系統(tǒng)所使用的互聯(lián)網(wǎng)、計算機系統(tǒng)的缺陷、漏洞，來進行新的金錢犯罪。電商網(wǎng)絡(luò)詐騙，也同樣使用了快捷、方便的電子手段，以更快更隱蔽的方式。
如何使電子支付更安全，怎樣才能保障我國的電子商務(wù)快速健康發(fā)展下去？筆者認(rèn)為要依靠更加先進的科學(xué)技術(shù)即量子通信。
量子衛(wèi)星的成功發(fā)射和在軌運行，將有助于我國在量子通信技術(shù)實用化整體水平上保持和擴大國際領(lǐng)先地位，實現(xiàn)國家信息安全和信息技術(shù)水平跨越式提升，有望推動我國科學(xué)家在量子科學(xué)前沿領(lǐng)域取得重大突破。屆時網(wǎng)上銀行、手機支付、信用卡等就再也不怕被盜號、泄密了。量子通信的安全性是基于量子物理基本原理，可從根本上、永久性解決信息安全問題。我國力爭率先建成全球化的廣域量子保密通信網(wǎng)絡(luò)，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建信息充分安全的“量子互聯(lián)網(wǎng)”，形成完整的量子通信產(chǎn)業(yè)鏈。
量子通信是近20發(fā)展起來的新型交叉學(xué)科，是國際量子物理和信息科學(xué)的研究熱點。量子通信主要是利用量子特性（不可克隆，疊加態(tài)，糾纏態(tài)，不可準(zhǔn)確完整觀測），來實現(xiàn)量子秘鑰分發(fā)和通信安全。
為了滿足電子商務(wù)活動對機密性、完整性、身份確認(rèn)陛和不可抵賴性，必須對其活動進行安全控制，通常電子商務(wù)的安全控制是借助密碼技術(shù)來實現(xiàn)的。即互聯(lián)網(wǎng)世界的商務(wù)通信加密和傳輸安全，依賴于復(fù)雜的加密算法。自20世紀(jì)初起，研究人員就開始致力于編碼加密方法以及信息的安全傳輸方式的研究。但是這當(dāng)中卻有兩個關(guān)鍵的缺陷：其一是，當(dāng)有一臺擁有足夠計算能力的設(shè)備時，保密程序?qū)黄平?。量子計算機就是現(xiàn)代密碼技術(shù)的克星，在量子計算機面前，再復(fù)雜的加密算法，頃刻之間就被完全破譯；其二則是，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸信道被“竊聽”，就會造成信息的丟失被盜。所以，傳統(tǒng)通信，即便是再高級的保密通信，只要通過當(dāng)前的電話線、無線電、光纖等通信設(shè)施，都會面臨被破譯和竊聽的可能。所以，在計算能力兇猛的量子計算機面前，傳統(tǒng)傳輸?shù)拿芗?，就像在裸奔一樣。而現(xiàn)在電子商務(wù)所使用的電子支付系統(tǒng)，是借助于開放的互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，借助于信息共享的計算機系統(tǒng)，使用密碼技術(shù)來實現(xiàn)電子商務(wù)的貿(mào)易信息傳遞和支付，之所以出現(xiàn)形形的安全問題，直言不諱地說，就是現(xiàn)在電子商務(wù)系統(tǒng)所憑借的網(wǎng)絡(luò)平臺、計算機系統(tǒng)和密碼技術(shù)，由于其本身存在的缺陷、漏洞、公開性、遠程登錄等，無法承載高度機密的電子商務(wù)信息傳輸和大量高額錢幣的流動和轉(zhuǎn)移。也就是說，現(xiàn)在的電子支付系統(tǒng)，無法保證電子商務(wù)運行不出安全問題！
量子通信的關(guān)鍵要素是量子密鑰，即以具有量子態(tài)的物質(zhì)作為密碼，信息被截獲或被測量時，其自身形狀立刻改變，所以，截獲者只能得到無效信息。與現(xiàn)階段成熟的通信技術(shù)相比，量子通信的工作機制，一次一密，完全可以實現(xiàn)，由此可見，量子通信極其安全，任何微小的干擾都可以被發(fā)現(xiàn)，雙方共享的密鑰被編碼進極化的光子序列中，任何竊聽活動都會留下其痕跡。
我國這次成功發(fā)射的量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子”，質(zhì)量640Kg，傾角97.37，在軌設(shè)計壽命2年，具備2套獨立的有效載荷指向機、4個有效載荷，即量子密鑰通信機、量子糾纏發(fā)射機、量子糾纏原、量子實驗控制與處理機。量子衛(wèi)星在軌期間，執(zhí)行四大任務(wù)，即：星地高速量子密鑰分發(fā)實驗，廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)實驗，星地量子糾纏分發(fā)實驗和地星量子隱形傳態(tài)實驗。
量子通信網(wǎng)最核心的競爭力，就是信息傳遞過程中的絕對安全，是迄今為止被驗證過的唯一可提供“信息理論安全”級別的“無條件安全”的通信方式，同時還有著通信容量大、傳輸速率快、抗干擾性強等優(yōu)點，可實現(xiàn)抵御任何竊聽的密鑰分發(fā)，進而保證其加密的內(nèi)容不可破譯。而量子密碼，被證明是永遠無法破解的密碼。
量子密碼之所以能夠成為斬斷伸向電子支付的罪惡魔掌，正是由于量子通信網(wǎng)絡(luò)，嚴(yán)格遵循了海森堡通用原則中不允許“第三方”從通訊信道中獲取信息數(shù)據(jù)，甚至取得密碼等保密信息這一固守原則。量子通信網(wǎng)絡(luò)，才是能夠承載起電子商務(wù)發(fā)展所需要的通信網(wǎng)絡(luò)，是實現(xiàn)全世界信息化和數(shù)字化所需要的通信網(wǎng)絡(luò)。
第7篇：量子計算發(fā)展范文
量子糾纏態(tài)的性質(zhì)刻畫特別是它的大小測量是一個有意義的課題。研究表明量子糾纏態(tài)的大小一般可以由純態(tài)的馮諾伊曼熵來衡量，對于一個兩量子比特系統(tǒng)，馮諾伊曼熵大的態(tài)可以通過局域量子操作及經(jīng)典通訊變換為另一個馮諾伊曼熵小的態(tài)。但是對高維系統(tǒng)，卻經(jīng)常存在兩個量子糾纏態(tài)并不能互相轉(zhuǎn)化的情況，甚至存在更復(fù)雜比如所謂糾纏催化的情況：即在糾纏態(tài)轉(zhuǎn)換過程中有輔助的糾纏態(tài)起到類似化學(xué)催化劑的現(xiàn)象。在刻畫這些糾纏態(tài)性質(zhì)方面，大家最近發(fā)現(xiàn)馮諾伊曼熵的推廣即任伊熵是一個好的量子糾纏大小的測度，可以準(zhǔn)確的刻畫糾纏轉(zhuǎn)化行為。同時隨著量子信息科學(xué)的發(fā)展，人們也希望能利用量子信息科學(xué)里的一些技術(shù)和方法來研究比如凝聚態(tài)系統(tǒng)的一些量子行為，例如對量子相變的刻畫。反過來也希望凝聚態(tài)物理對物質(zhì)量子相的性質(zhì)研究能對量子信息處理和量子計算是否可以在這些系統(tǒng)實現(xiàn)給出提示。
最近，中科院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實驗室（籌）理論室范桁研究員、博士生崔健與新加坡國立大學(xué)等合作在不同量子相的不同量子計算能力方面的研究取得重要進展（Nature Commun.3，812（2012））。他們通過對模型基態(tài)任伊熵的偏導(dǎo)正負(fù)性的判斷，發(fā)現(xiàn)其行為可以準(zhǔn)確區(qū)分凝聚態(tài)模型的不同量子相，而且不同的量子相確實在量子計算的能力方面是不同的。
量子計算的實現(xiàn)在方法上大致可以被分為兩種，量子邏輯門方法和絕熱量子計算方法。研究表明這兩種方法在計算能力和計算復(fù)雜度方面是等價的。他們選取了一種可以用絕熱量子計算實現(xiàn)的量子算法，通過對一維橫場伊辛模型和XY模型基態(tài)糾纏任伊熵的分析發(fā)現(xiàn)，在絕熱量子計算的實現(xiàn)過程中，在一些量子相里，絕熱量子計算需要整體相干操作，而在另一些量子相里，絕熱量子計算可以通過較簡單的局域操作輔助以經(jīng)典通訊。而對比如量子搜索的研究表明，局域操作在所謂的量子加速方面并不起作用。從而表明不同的量子相具有不同的量子計算能力。
凝聚態(tài)模型基態(tài)的任伊熵研究對量子相變的刻畫及在量子計算中的作用是一個新的方法，不同量子相有不同的量子計算能力這個結(jié)論對具體物理系統(tǒng)的選取有指導(dǎo)意義。相關(guān)工作發(fā)表在近期Nature Commun.上（Nature Commun.3.812（2012））。
第8篇：量子計算發(fā)展范文
第二，主辦方舉辦該研討會有幾個目的，首先科大計算機系與網(wǎng)安學(xué)院都是最近幾年才講目光轉(zhuǎn)向量子計算領(lǐng)域，屬于起步階段，以學(xué)習(xí)交流的姿態(tài)來和國內(nèi)一流專家學(xué)習(xí)，可以快速切入該領(lǐng)域。其次，每年舉辦這樣的研討會，可以逐步擴大主辦方在該領(lǐng)域的影響，提升其在量子計算領(lǐng)域的地位。再次，面向?qū)W生和老師，聚焦量子計算，促進并激發(fā)計算機系和網(wǎng)安學(xué)院老師和學(xué)生對該領(lǐng)域的研究興趣。
第三，量子計算是未來密碼分析中的一塊重要部分，也是科大計算機系和網(wǎng)安學(xué)院關(guān)注的重點。從數(shù)學(xué)和計算機等角度進行切入也非常重要。本次邀請的專家中除了科大本土做實驗物理的外，其他專家主要都是數(shù)學(xué)和量子信息領(lǐng)域的，尤其是數(shù)學(xué)背景的專家居多。
第四，后量子密碼是國內(nèi)外非常關(guān)注領(lǐng)域，包括抗量子密碼的設(shè)計和分析，都是比較新的領(lǐng)域，各國基本處于同一起跑線，我們在這塊大有可為。
第五，數(shù)學(xué)領(lǐng)域切入量子計算還主要偏算法設(shè)計，這塊很難。有兩三個專家，比如騰訊張勝譽，先后在復(fù)旦大學(xué)，清華，普林斯頓大學(xué)讀本碩博數(shù)學(xué)與計算機專業(yè)，師從應(yīng)明生與姚期智等一流大師，06年左右進入量子算法設(shè)計領(lǐng)域，他講這塊兒還是很難的，很難做出shor之類的工作的，很多杰出的人才做量子算法十多年基本都銷聲匿跡。科大數(shù)學(xué)的歐陽毅教授，介紹了量子隨機游走算法在一些數(shù)學(xué)問題中的應(yīng)用。郁昱介紹了他給nist提交的基于編碼的抗量子密碼算法，計算所孫曉明講了他們在平衡函數(shù)中的工作，就是duestch joza算法的變種，不光是平衡性，而是具體的漢明重量判定，例如，判定漢明重量為k或l，量子算法的復(fù)雜度。
第六，計算機領(lǐng)域切入量子計算還比較模糊，主辦方試圖和專家們討論這個話題，但是答案還比較模糊，需要進行探索。目前主要還是從計算機領(lǐng)域內(nèi)的一些問題或者數(shù)學(xué)算法入手，進行算法方面的工作。
第七，簡單討論了國際上比較熱的量子新聞，比如因特爾，微軟之類的公司在量子比特與量子系統(tǒng)模擬工作，或者可在物理上實現(xiàn)量子比特規(guī)模之類的工作，都是新聞目的大于學(xué)術(shù)目的，這類新聞可以使相應(yīng)團體提升在公眾的影響力。
第9篇：量子計算發(fā)展范文
2012年諾貝爾物理學(xué)獎結(jié)果正式揭曉。10月9日，瑞典皇家科學(xué)院宣布，將2012年諾貝爾物理學(xué)獎分別授予法國物理學(xué)家塞爾日·阿羅什和美國物理學(xué)家戴維·瓦恩蘭，以表彰他們在量子物理學(xué)方面的卓越研究。
這兩位物理學(xué)家用突破性的實驗方法，使單個粒子動態(tài)系統(tǒng)可被測量和操作。他們獨立發(fā)明并優(yōu)化了測量與操作單個粒子的實驗方法，而實驗中還能保持單個粒子的量子物理性質(zhì)，這一物理學(xué)研究的突破在之前是不可想象的。
通過巧妙的實驗方法，阿羅什和瓦恩蘭的研究團隊都成功地測量和控制了非常脆弱的量子態(tài)，這些新的實驗方法使他們能夠檢測、控制和計算粒子。
單個粒子極難俘獲
在基本粒子所處微觀層面上，單個粒子一方面難以與周圍環(huán)境分離，另一方面是一旦與周圍環(huán)境相互作用，隨即失去量子特性；另外，如果兩個粒子相互作用，即使兩者分離，互動作用會繼續(xù)存在。瑞典皇家科學(xué)院也認(rèn)為，單個粒子很難從周圍環(huán)境中隔離觀測，一旦它們與外界發(fā)生交互，通常會失去神秘的量子性質(zhì)，從而無法觀測到量子物理學(xué)中很多奇特現(xiàn)象。
相當(dāng)長一段時期內(nèi)，量子物理學(xué)理論所預(yù)言的諸多神奇現(xiàn)象，難以在實驗室環(huán)境下直接“實地”觀測和驗證，只存在于研究人員的“思維實驗”中。
評委會認(rèn)定，兩位諾貝爾獲獎?wù)摺伴_啟量子物理學(xué)實驗新時代的大門，顯示不必?fù)p毀量子粒子個體，就可以直接觀測它們”。
兩位獲獎?wù)叩膶嶒灧椒ㄓ泻芏嘞嗨浦帲叨魈m困住帶電原子或離子，通過光或光子來控制和測量它們；而阿羅什卻讓原子通過一個陷阱，從而控制和測量被困光子和光的粒子。
微觀與宏觀世界有何不同
物理世界分成宏觀和微觀兩個層面，宏觀是人眼能見到，能夠操縱的現(xiàn)實世界，而微觀層面則由極小無比的量子構(gòu)成，在微觀世界中的量子，有著宏觀世界無法想象的特性。
對此，物理學(xué)界有一個很著名的說法：“薛定諤的貓”，是關(guān)于量子理論的一個理想實驗的體論。其中，貓相當(dāng)于微觀世界里的量子，可以同時存在于兩個不同的狀態(tài)中，如“死”與“活”，只有進入宏觀世界時，這種狀態(tài)才會被打破。
在量子世界中，量子可以同時處于A地和B地，但在宏觀世界中，一個人無法同時存在于左邊的屋子和右邊的屋子里。
目前，獲獎的物理學(xué)家就在挑戰(zhàn)這種極限，試圖在微觀和宏觀之間掛鉤，物理學(xué)家們的想法是，把微觀的系統(tǒng)盡可能做大，先控制一個離子的疊加狀態(tài)，然后控制幾個，再幾十個，希望有朝一日，能夠足夠大到進入宏觀層面。
如何在微觀世界“捕粒子”
法國與美國的這兩位科學(xué)家一同得獎，是因為他們有一個共同性，即能夠操縱微觀世界里的單個量子。戴維·瓦恩蘭所做的工作，是用激光冷卻帶電的離子，令其處于溫度極低的狀態(tài)，能量也降到最低，這樣，原先能量和狀態(tài)極其不穩(wěn)定的離子就被“囚禁”了，然后就可以用激光操縱這些單個離子的內(nèi)部狀態(tài)。
戴維·瓦恩蘭做的系統(tǒng)稱為“離子井”，就好像把離子陷在井里一樣，目前他在這項研究取得的成果，處于世界最高水平。
而獲獎的法國科學(xué)家塞爾日·阿羅什則采用了另一種方式，即微波為主，激光為輔的方式來操縱單個原子的量子狀態(tài)，其系統(tǒng)被稱為“微波槍”。
阿羅什與瓦恩蘭的研究成果能夠檢測、控制和計算粒子。以前，粒子被測量和操作只有理論上能夠辦到。畢竟單個粒子很難從周圍環(huán)境中隔離觀測，一旦它們與外界發(fā)生交互，通常會失去神秘的量子性質(zhì)，使得量子物理學(xué)中很多奇特現(xiàn)象無法觀測到。
兩位獲獎?wù)咄ㄟ^實驗，能夠直接觀察單個粒子卻不對其產(chǎn)生破壞，開辟了量子物理學(xué)實驗領(lǐng)域的新時代。
量子光學(xué)研究向應(yīng)用發(fā)展
量子光學(xué)領(lǐng)域自上世紀(jì)80年代之后開始迅速發(fā)展。塞爾日·阿羅什和戴維·瓦恩蘭兩位獲獎?wù)咴谶@一領(lǐng)域均研究多年，兩位獲獎?wù)呤状巫屵@個領(lǐng)域的研究向應(yīng)用層面發(fā)展，讓新一代的超級量子計算機的誕生有了初步的可能。
科學(xué)界認(rèn)為，下一代計算機將是建立在量子層面的，它將比傳統(tǒng)的計算機數(shù)據(jù)容量更大，數(shù)據(jù)處理速度更快。未來的量子計算機，將徹底改變我們的日常生活，實現(xiàn)對當(dāng)今的經(jīng)典計算機“史無前例的超越”。
這些研究也在極端精準(zhǔn)的光子鐘領(lǐng)域有著重大貢獻。光子鐘是世界上最精準(zhǔn)的鐘，比目前的最精準(zhǔn)的銫原子鐘還要精確好幾百倍。這種精密測量技術(shù)將對未來的“時間”概念提出新的標(biāo)準(zhǔn)。
這些研究成果還將在航空航天、GPS導(dǎo)航和軍事國防等領(lǐng)域產(chǎn)生深遠影響?，F(xiàn)今，我國的量子光學(xué)在某些方面處于世界領(lǐng)先水平，如實現(xiàn)了量子層面較遠距離的“瞬間轉(zhuǎn)移”，但采用的技術(shù)總體上還較為簡單，不過有些大學(xué)已經(jīng)開始引入“離子井”這樣復(fù)雜高尖端的系統(tǒng)。（摘編自《新京報》）
檔案：
塞爾日·阿羅什是法國人，現(xiàn)居巴黎，1944年9月11日出生于摩洛哥，1971年他從法國第六大學(xué)獲得博士學(xué)位，現(xiàn)為法蘭西學(xué)院教授兼量子物理學(xué)會主席，同時他也是法國、歐洲和美國物理學(xué)會會員。阿羅什的獲獎，使法國獲得諾貝爾獎的科學(xué)家達到了55人。阿羅什主要研究領(lǐng)域是量子光學(xué)和量子信息科學(xué)。
戴維·瓦恩蘭是美國物理學(xué)家，1944年出生于美國密爾沃基。1970年，他從哈佛大學(xué)獲得博士學(xué)位?，F(xiàn)供職于美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院和科羅拉多大學(xué)波爾得分校。瓦恩蘭現(xiàn)為美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院離子儲存組組長。
