量子計算論文匯總十篇

序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇量子計算論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

人力資源會計是通過對企業中人力資源投資的成本、價值進行確認、計量、記錄和報告，以為利益相關者提供企業的人力資源信息，便于他們做出正確的經濟決策。它是企業專門計量和反映人力資源信息的會計程序和方法。

我國傳統會計核算體系將人力投資支出費用化，難以對人力資源進行確認、計量、記錄和報告，在人力資源投資迅猛增加、人力資源支出比重日益加大的今天，費用化往往導致低估企業收益，而在人力資源損耗階段卻又會高估收益，這與真實的情況不符合，必然導致會計信息不真實，無法為企業管理當局、廣大投資者、債權人、國家經濟管理部門提供他們所需要的人力資源信息。建立了人力資源會計后，改變了傳統會計把人力資源支出都作為當期費用列支的做法，而是將人力資源投資支出資本化，確認人力資產為企業的重要資產，同時確認勞動者的權益，并按貢獻大小參與企業盈余的分配，促使企業的經營者、管理者、勞動者充分重視人力資產的作用，承認勞動者的貢獻和權益，發揮勞動者的積極性和聰明才智，為企業和社會創造更多的財富。

人力資源會計是人力資源管理與會計學相結合的新學科，是會計學科發展的一個新領域。

二、人力資源會計的確認

1、首先，人力資源是企業的資產。人力資源會計與傳統會計的本質區別就在于人力資源會計將人力資源投資視為資產，而傳統會計則作為費用。所以談論人力資源會計，首先就要確認人力資源是否是資產？

資產，是企業擁有或控制的，能夠以貨幣計量，預期能為企業帶來經濟利益流入的經濟資源。據此定義，人力資源是企業的資產，因為人力資源是指人的勞動能力，勞動者的這種勞動能力顯然是可以給企業帶來經濟利益的流入的；而且，人力資源的成本，即企業投資在人力資源上的招聘費、培訓費、保險費、工資及福利費等支出都是能夠以貨幣計量的；還有，人力資源也是企業可以實際控制的，一旦勞動者被企業雇傭，他的勞動力事實上就已經為企業所控制，在勞動契約解除以前，勞動者不能再自由的向他人出售勞動力，特別是正常上班時間，勞動者的時間和所做的事都不能為自己所控制。所以，企業的人力資源是企業所擁有或控制的，能夠以貨幣計量，能為企業帶來經濟利益流入的重要經濟資源，是企業的重要資產。

2、其次，人力資源應屬企業的無形資產。因為，無形資產是不具有實物形態的非貨幣性資產，具有無實物形態、用于生產商品或提供勞務、出租給他人或為管理而持有、可以在一個以上的會計期間為企業提供經濟效益、所提供的未來經濟效益具有不確定性等特征。人力資源符合上述定義和特征：（1）人力資產不具備實物形態。人力資產本質上是指員工的服務能力和潛力，這種能力、潛力是沒有實物形態的；（2）人力資產是用于生產商品、提供勞務或管理的人力資源；（3）人力資產投資的受益期通常在一個會計期間以上，服務期低于一個會計期間的員工的工資等支出一般直接計入當期損益，而不予以資本化；（4）人力資產到底能為企業帶來多大的效益是很難估計的，另外，由于人才的流動性大，使人力資產的受益期事實上也很難確定。綜上所述，人力資源應屬企業的無形資產。

三、人力資源會計的計量

人力資源會計的計量是指人力資產的計價問題，其關鍵是對投資在人力資源上的支出進行資本化與費用化的劃分。人力資源投資支出主要包括以下四個部分：

1、取得人力資源的支出。指企業為獲得人力資源所發生的各項支出，包括：招聘廣告費，支付招聘中介機構手續費，招聘人員的差旅費、接待費、材料費，招聘面試費，體檢費，從事招聘工作人員的工資、獎金，支付被錄用人員的遷移費、差旅費及安置時的行政費用等。

2、維護人力資源的支出。指企業對所聘用的員工，在企業正常生產經營期間所發生的各項經常性支出，如工薪及獎金支出、勞動保健支出、醫療保健支出、社會保險支出、人事管理部門支出等。

3、開發人力資源的支出。指企業為提高員工的素質和技能而發生的各項支出，如見習支出、崗前培訓支出，在職培訓支出，脫產培訓支出等。

上述支出并非都計入人力資產的成本予以資本化，而是只有那些受益期限超過一年以上的支出才予以資本化，其余的則應費用化。具體講，就是將發生額比較大的人力資源取得支出和開發支出予以資本化，而將日常維護支出和發生額比較小的人力資源取得支出和開發支出予以費用化，直接計入當期損益。

由于人力資源的投資成本與其實際價值往往不符，由此會對會計信息的決策相關性與有用性帶來影響。為彌補這一缺陷，我個人認為可以通過采用一定的合理的方法和程序，對人力資產的實際價值（預期未來現金流量的現值）進行評估、估價或描述，并將該信息在會計報告附注中予以適當披露。

四、人力資源會計的核算

（一）人力資源會計核算的基本原則

1、重要性原則。人力資源會計應重點核算和提供企業骨干性人力資源的信息，并將投資在這部分人力資源上的支出作為資本性支出，計入人力資產的成本，并在以后使用過程中分期攤銷，這些信息應重點加以揭示；而對一般性職員的相關支出則直接費用化。這樣區別核算，既能提供更加相關的會計信息，又可簡化核算，體現重要性原則。

2、歷史成本原則。即將招聘、培訓和開發人才等一切人力資源方面的支出作為人力資產的成本入賬，其數據根據原始發生額歸集，客觀可靠。

3、成本效益原則。人力資源會計在很多方面發揮了較大的作用，但在核算時還應考慮對那些核算成本較高，對決策意義不大的核算項目可不予揭示。

4、劃分資本性支出與收益性支出原則。將形成人力資產的數額相對較大的招聘廣告費、職工培訓費、職工教育經費、稀有人才離職損失費等作為資本性支出，予以資本化；而將發生額比較均衡的日常工資及福利費，發生額較小的招聘費、培訓費等支出直接計入當期損益，作為收益性支出。

（二）賬戶設置

人力資源會計核算主要涉及資本化人力資源成本的歸集分配、人力資產價值的確認、人力資產成本的攤銷、人力資產價值損失以及費用化人力資源支出的處理等幾部分。為此，需要設置如下基本賬戶：

1、“人力資產”賬戶：總括反映人力資產的增減變動情況。其借方反映人力資產的增加，貸方反映人力資產的減少，余額一般在借方，反映現有人力資產的歷史成本和重置成本，本賬戶按職工類別設置明細賬戶。

2、“人力資產攤銷”賬戶：其貸方反映人力資產的累計分期攤銷額，借方反映因退休、離職等原因退出企業的職工之累計攤銷額，余額表示現有人力資產的累計攤銷額，本賬戶應按照對應的人力資產明細賬設立相應的明細賬戶。其備抵“人力資產”賬戶后剩下的余額反映“人力資產”投資成本的攤余價值。

3、“人力資產取得和開發”賬戶：這是個成本計算性質的過渡賬戶，用以分類匯集企業在人力資產上的投資成本，借方反映人力資產投資支出的實際數額，貸方反映人力資源取得和開發完成后轉入“人力資產”賬戶的金額，期末余額在借方，表示尚處于取得和培訓階段的人力資源投資成本。本賬戶應設置“人力資產取得成本”和“人力資產開發成本”兩個明細賬戶分別核算。

4、“勞動者權益”賬戶：該賬戶屬于勞動者權益類賬戶，用來反映職工因投入勞動力而對企業享有的權益。職工加入企業為企業投入人力資產時，勞動者權益增加記貸方，當職工離開企業導致勞動者權益減少時記借方。期末余額在貸方，表示企業勞動者對企業享有的權益總額。本賬戶應按照勞動者的類別和具體名稱設置明細賬核算。

（三）基本賬務處理

1、當雇員被錄用時，應該根據人力資源評估機構對其評估的價值，借記“人力資產”賬戶，貸記“勞動者權益”賬戶。年終，企業應對其人力資源價值進行評估清查，如評估價大于原賬面價值，應按差額部分，借記“人力資產”賬戶，貸記“勞動者權益”賬戶，反之，則作相反的分錄。當雇員被解雇后應按評估價值借記“勞動者權益”賬戶，貸記“人力資產”賬戶。

2、企業進行人力資源投資，發生應予資本化的招聘、選拔、培訓、開發等費用時，借記“人力資產取得和開發”賬戶，貸記“現金”、“銀行存款”等賬戶，雇員正式交付給有關部門使用，結轉人力資源開發成本時，借記“人力資產”賬戶，貸記“人力資產取得和開發”賬戶。發生應予費用化的日常維護支出（如工資、獎金等）時，借記“××費用”賬戶，貸記“應付工資”等賬戶。

3、攤銷人力資源投資時，借記“××費用”賬戶，貸記“人力資產攤銷”賬戶。

4、期末，將“人力資產”賬戶余額減去“人力資產攤銷”賬戶余額，即得人力資產的攤余價值（凈值）。

五、人力資源會計信息的報告與披露

對人力資源會計報告，我認為應分為兩部分：對外報告與對內報告。

篇（2）

二、試驗

該試驗利用自主研發的“GIS綜合試驗系統”進行了載負量計算模型的嵌入實現。選擇鄭州地區的4個不同區域，在同一比例尺下進行電子地圖的繪制(如圖2所示)，并實時利用載負量計算模型得出4個不同區域內電子地圖載負量的值。為了對比，將試驗區域內的4幅電子地圖輸出成為BMP格式的圖像，并利用Photoshop軟件進行色彩處理，獲得每幅圖像中非底色(白色)部分的像素個數(該部分為目標顏色值)，除以圖像像素總個數，從而獲得每幅地圖的載負量。上述獲得的兩組載負量的值見表4。從表4可以看出，在圖2(a)中，模型計算方法獲得的載負量比色差識別法獲得的載負量要小，而圖(c)中模型計算方法獲得的載負量比色差識別方法計算的載負量要大。經過分析，由于圖2(a)中含有面對象，而面的普染色在利用色差識別方法時將面要素的內部填充色也作為要素載負量進行了計算，但地圖學理論［2］中一般不將面要素的色彩填充作為地圖面積載負量，因此造成了圖2(a)中載負量的差值;圖2(c)中，由于沒有面要素內部色彩被計算成載負量，而模型計算方法在計算過程中考慮了要素的空白位置，造成了模型計算方法計算的結果比色差識別法計算的結果值要略大，類似的情況在圖2(c)中也出現了。圖2(d)中由于面要素的區域稍大，而整體圖面內要素數量較少，造成了利用色差識別法計算的載負量比模型計算方法計算的結果值稍大。

篇（3）

進入信息時代，計算機及相關軟件在建設工程項目管理領域的應用也越來越廣泛。在項目成本管理領域，早已實現工程成本及造價計算過程中定額子目的自動套用、費用的自動計算及人、材、機的自動分析和匯總，但工程量的計算還未能完全實現自動化，各類具有自動算量能夠功能的軟件在實際應用中也存在各種問題。

1. 當前項目造價（成本）領域軟件應用的水平及存在問題分析

1.1. 當前項目造價（成本）領域軟件應用發展的水平

當前，在項目造價（成本）領域的應用軟件，主要在于實現自動討價及工料分析。由于工作關系，筆者對目前市面上常用的幾款軟件都曾試用，總體來講，上述軟件具有準確率高、換算方便、速度快等優點，實現了報表輸出的兼容性。也有部分軟件對實現自動算量功能做出了有益的嘗試，并取得一定的成果。根據筆者的經驗，這類軟件均較好的解決了建模、自動算量、工程量的匯總及定額的套用等手工計算中費工費時的工作，有些更是具備了能直接調用電子圖檔的功能，省卻了大量的建模時間，取得了較好的應用效果。

1.2.工程量自動計算的意義

傳統的手工計算工程量，其基本過程無非是翻閱圖紙、熟悉資料、列計算式、計算分項工程量、匯總工程量、套用單價。很顯然，這極為費力費時，需要細心和極大的耐心，稍有不慎則容易出錯，效率低下。

而工程量的自動計算基本過程如下：建模、校核、自動計算、自動套用定額子目或生成工程量清單項目。

工程量的軟件計算最大的優越之處在于實現了工程量的自動化、智能化：

1）實現了構件交接處的自動扣減；

2）實現了工程量的自動分類匯總及報表輸出；

3）建模時標準層可直接復制，非標準層可稍加修改，成倍的提高了工效。

相較于手工計算，用軟件計算的功效是手工計算的至少4～5倍。筆者本人曾作過專門比較，同一棟框架結構宿舍樓，手工計算工程量到匯總得出分部分項工程量約需2～3天，而用軟件計算從建模到輸出工程量總共只用了不到10個小時，孰優孰劣，一目了然。

工程量的自動計算，不僅是項目建設初期及竣工階段造價（成本）管理工作的需要，也是工程項目實施過程中管理工作的需要。項目管理中經常要做到對部分樓層、部分構件或部分材料的分項匯總，用手工計算容易出現統計錯誤，而軟件則可以在幾十秒鐘之內實現上述功能。不僅如此，在招投標領域實現快速投標、在工程竣工決算審計中能起到減少重復計算、提高功效的作用。正由于此，筆者認為，應在項目造價（成本）領域大力推廣工程量的自動計算。

1.3.當前算量類軟件在項目造價（成本）領域應用中存在的問題

通過對上述部分具備算量功能的軟件的使用，總體感覺目前的此類軟件普遍存在如下缺點：

1）軟件的智能化程度不高，需大量的人工干預，操作繁瑣，容易出錯；

2）對于建筑造型獨特、不規則的建筑物建模有困難，如對墻面的一些非常規裝飾不能方便的建模甚至無法建模；

3）計算公式的輸出不規范，不符合人們的手工計算習慣，難以閱讀，不便于核對和查錯；

4）盡管部分軟件聲稱具備能直接調用設計院的電子圖檔的功能，但實際應用中其效果并不理想；

5） 部分人士感覺其計算過程 “暗箱”化，對軟件的計算結果不完全放心。

現實的情況就是，用傳統的手工計算匯總工程量，然后手工錄入套價軟件。在其他的如工程技術設計領域早已解決的設計過程信息化，在項目造價（成本）領域還是未能實現。

轉貼于

2. 當前項目造價（成本）領域信息化發展中存在問題的原因分析

筆者認為，當前在項目造價（成本）領域信息化水平低、造價（成本）管理中工程量的自動計算的自動化程度不高的原因是多方面的，概略分析，主要存在以下幾個方面的原因：

2.1由于傳統上對項目造價（成本）管理的忽視和方法的失誤，導致相當長的一段時間內存在輕視“預決算”人員的傾向，造成長期以來工程造價類專業人士整體素質不高。盡管近年來國家推行“注冊造價工程師”考試制度已在一定程度上扭轉了這一現象，但現實中也的確存在部分民工或非“科班”出身的人士在從事工程造價管理工作——“預決算”，無疑他們的專業上的綜合素養和接受新鮮事物的能力有限，部分甚至有排斥心理，導致造價類應用軟件的推廣受到極大的限制。

2.2由于算量類軟件都需要建模——圖形的輸入，其操作較為繁瑣。多數軟件的建模依賴于設計繪圖軟件諸如PKPM、AutoCAD等圖形平臺軟件的支持，而這一類軟件對使用者的起點要求較高，限制了算量軟件的廣泛應用。

2.3有些聲稱能直接調用電子圖檔的軟件，在實際應用中其效果不盡理想。由于繪圖類軟件種類繁多，標準不一，數據接口規范不盡統一，導致造價算量類軟件在讀入圖紙時錯誤頻出、修改量大，使得其宣稱的功能大打折扣，影響了軟件的推廣。

2.4由于算量軟件的使用受到諸多限制，加之一些業務部門平時工作任務繁重，認識有限，導致現實中對算量類軟件的推廣產生了極大的阻力，應用范圍非常為有限。銷售量的有限導致了其開發和推廣成本的居高不下，使得此類軟件的售價較高，又更限制了其使用范圍的擴大，一定程度上形成了非良性循環。

3.對于推廣算量類軟件的幾點思考

顯然，當前我國項目造價（成本）領域計算機及軟件應用水平還有待于進一步提高。為做好造價管理中算量軟件的推廣和應用水平，筆者認為應做好以下幾個方面：

3.1 政府及有關管理部門的應加強引導和推廣力度

我國建設工程項目管理界每一次大規模、深層次的變革均有政府和相關管理部門的大力推動。因此，在項目造價（成本）領域推廣工程量的自動計算也有賴于政府和管理部門的大力引導和推動。各地的造價總站應在軟件開發、軟件推廣、人員培訓及資源和信息的共享、標準規范的制訂和協調等方面為軟件的開發者和使用者提供比以前更大的支持力度。

3.2 加強和其他相關領域的協作

眾所周知，一個商業軟件的生命力取決于其所能實現的功能和兼容性、易用性、穩定性。如能實現算量軟件和設計繪圖軟件之間數據的無縫鏈接，真正做到算量軟件能直接調用電子圖檔，簡化建模，無疑是功能和兼容性上的一大進步。但兼容性則不是某一家軟件公司所能解決的，這就需要國家或行業協會等出面，在設計制圖規范、數據接口等方面召集建筑、結構、設備及軟件開發等方面專業人士協調，實現數據庫規范標準的統一，將能促進工程項目管理界信息的標準化和集成化，減少社會公共成本和重復成本，能極大的促進算量軟件的推廣和使用。

3.3促進部分軟件開發商之間的橫向合作

某些自動算量軟件在開過程中和繪圖軟件開發商合作，實現了數據傳遞的無縫連接，但同一套軟件在讀入由其他繪圖軟件繪制的施工圖時卻需大量的人工干預，費時費力。在政府和管理部門暫時還不能實現對軟件開發的協調的情況下，促進繪圖類軟件開發商和算量軟件開發的橫向聯合，實現數據接口統一規范，不失為解決問題的有效途徑。同時應鼓勵有實力的繪圖軟件開發商在自身的圖形平臺上開發算量功能模塊。

4. 結束語

綜上所述，筆者認為：

4.1當前，我國的項目造價（成本）領域的軟件應用已取得一定成績，但遠不能和其他領域相提并論；目前所存在的主要問題是還未能最終實現工程量的自動計算。

篇（4）

中圖分類號:TP18 文獻標識碼:A 文章編號:1674-7712 (2012) 12-0176-01

一、引言

遺傳算法不同于傳統尋優算法的特點在于:遺傳算法在尋優過程中,僅需要得到適應度函數的值作為尋優的依據;同時使用概率性的變換規則,而不是確定性的變換規則;遺傳算法適應度函數的計算相對于尋優過程是獨立的;算法面對的是參數的編碼集合,而并非參數集合本身,通用性強。它尤其適用于處理傳統優化算法難于解決的復雜和非線性問題。[1]

目前,GA已經在很多領域得到成功應用,但隨著問題規模的不斷擴大和搜索空間的更加復雜,GA在求解很多具體問題時往往并不能表現出其優越性。于是,近年來便出現了遺傳算法與其它理論相結合的實踐,其中遺傳算法與量子理論的結合是一個嶄新的、極富前景和創意的嘗試。

量子遺傳算法QGA是量子計算特性與遺傳算法相結合的產物。基于量子比特的疊加性和相干性,在遺傳算法中借鑒量子比特的概念,引入了量子比特染色體。由于量子比特染色體能夠表征疊加態,比傳統GA具有更好的種群多樣性,同時QGA也會具有更好的收斂性,因此在求解優化問題時,QGA在收斂速度、尋優能力方面比GA都將有較大的提高。QGA的出現結合了量子計算和遺傳算法各自的優勢,具有很高的理論價值和發展潛力。

本論文提出用量子遺傳算法處理和解決多目標分配問題,為多目標問題的解決提供一種新的思路。

二、量子遺傳算法

在傳統計算機中,信息存儲是以二進制來表示,不是“0”就是“1”態,但是在量子計算機中,充當信息存儲單元的物質是一個雙態量子系統,稱為量子比特(qubit),量子比特與比特不同之就在于它可以同時處在兩個量子態的疊加態,量子進化算法建立在量子的態矢量表述基礎上,將量子比幾率幅表示應用于染色體的編碼,使得一條染色體可以表示個態的疊加,并利用量子旋轉門更新染色體,從而使個體進達到優化目標的目的。

一個 位的量子位染色體就是一個量子位串,其表示如下:

其中 。在多目標優化中,一個量子染色體代表一個決策向量,在量子態中一個 位的量子染色體可以表達 個態,采用這種編碼方式使得一個染色體可以同時表達多個態的疊加,使得量子進化算法比傳統遺傳算法擁有更好的多樣性特征。

為了實現個體的進化,經典進化算法中通過染色體的交叉、變異操作推進種群的演化,而對量子進化算法而言,量子染色體的調整主要是通過量子旋轉門實現的,算法流程如下:

(1)進化代數初始化: ;

(2)初始化種群 ,生成并評價 ;

(3)保存 中的最優解 ;

(4) ;

(5)由 生成 ;

(6)個體交叉、變異等操作,生成新的 (此步可省評價);

(7)評價 ,得到當前代的最優解 ;

(8)比較 與 得到量子概率門 ,保存最優解于 ;

(9)停機條件 當滿足停機條件時,輸出當前最優個體,算法結束,否則繼續;

(10)以 更新 ,轉到4)。

三、基于量子遺傳算法的多目標分配應用

如今為了滿足市場的需要,很多工廠的生產種類多、生產量大,從而設置了不同的生產車間,根據產品的性質分配生產車間合理與否直接影響工廠的經濟收益,這同樣可采用遺傳算法的目標分配方法進行分配。

模型構建:設工廠有i個生產車間。 為在第i個車間生產第j種產品的收益, 為第j種產品的需求量;如果第j種產品被選中,則 為在第i個車間生產該產品的總收益。由題意知為求解 最大問題。

仿真實例:設有10個生產車間,要生產15種產品,用Matlab程序編程,設定40個粒子,迭代200次,代溝0.9。運行結果如下:

此圖表明經200次迭代后的目標分配方案為:第1種產品由第3個車間生產,以此類推,車間5生產第2種產品,車間8生產第3種產品,……。次方案對應的車間總收益值為2.7030e+003,成功進行了多目標分配問題的解決。

四、結論

基于量子遺傳算法的多目標分配,為多目標分配突破傳統尋優模式找到了一個可行的解決方法。根據這種方法實驗,仿真結果可以看出,基本符合要求,并且能夠在一定的時間內得到最優的分配方案,因此,本文在探索多目標分配問題上找到了一種新的解決思路。

參考文獻:

[1]吉根林.遺傳算法研究綜述[J].計算機應用與軟件,2004,21(2):69-73

[2]肖曉偉,肖迪.多目標優化問題的研究概述[J].計算機應用研究,2011,3,28(3):805-808

篇（5）

 

化學反應微分截面的實驗測量能夠最細致地反映一個化學反應的本質特征，而通過求解在勢能面上運動的原子核的薛定諤方程來得到基元化學反應的微分截面則是量子動力學理論計算的終極目標。   在過去的幾十年間，經過包括中科院大連化學物理研究所楊學明、張東輝等研究組在內的科學家們的不懈努力，人們已經基本解決了三原子化學體系的量子動力學難題，能夠定量地計算三原子體系的微分散射截面。然而，從三原子體系發展到更多更復雜的反應體系，則是一個巨大的挑戰。作為向前發展第一步的四原子體系相對于三原子體系，體系的自由度從3增加到6，這意味著無論是勢能面的構造還是散射動力學的計算，從難度到計算量都有巨大的增加。譬如，對于勢能面的計算，如果每個維度計算100個位點，那么四原子體系的6個自由度相對于三原子體系的3個自由度，所需計算的位點數量就增加了一百萬倍！而每個位點的能量計算、勢能面的擬合等的難度和計算量都因為原子核和電子數量增加而急劇增大，由此可知量子動力學理論計算從3原子體系發展到4原子體系，困難之大超乎想像。   H2 + OH → H2O + H反應體系是四原子反應體系的基本范例，是燃燒化學和星際化學中的重要反應，其逆反應則是選模化學的研究樣板。在過去的幾年間，大連化物所楊學明、張東輝研究組對該反應的同位素替代反應HD + OH → H2O + D進行了反應動力學研究。理論上，他們發展出一套非常有效的含時波包方法，能夠對六個自由度的四原子反應進行精確的計算，同時用更精確的方法構造了該反應體系的勢能面，從而完成了該體系的第一個全維量子態分辨的動力學計算。實驗上，他們采用高分辨的交叉分子束—里德堡氘原子飛行時間譜方法測量了HD + OH → H2O + D在不同反應能下的微分截面及其隨碰撞能的變化關系。實驗結果和理論計算結果高度吻合。   這是首次對一個四原子反應體系的態-態微分截面取得理論和實驗高度吻合的研究結果，是分子反應動力學研究的一個重要突破，也意味著大連化物所在分子反應動力學領域繼續牢固占據著國際領先地位。   該項研究得到了科技部和國家自然科學基金委的資助，研究成果發表在7月22日出版的美國《科學》雜志上（Science 333，440(2011)）。（來源：中科院大連化學物理研究）

      碩士論文、職稱論文、醫學職稱畢業論文、、、，更多詳細信息請關注。   原文鏈接：《科學》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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【關鍵詞】 結構化學 課程論文 創新思維

《結構化學》是理科院校化學專業的一門重要基礎理論專業課。這門課程以嚴謹的數學邏輯推導為基礎，建立比較抽象的理論概念，學生一般感到難學難懂。因此，學生易缺乏學習的積極性，影響到教學效果。根據結構化學教學的特點，我們在教學中，設置課程論文作為激勵學生學習知識和評價教學效果的手段。對此， 我們在教學實踐中， 在掌握學生基本學習情況的基礎上，根據本課程的教學內容和教學特點，設置與教學目標和教學要求相適應的，注重理論研究和解釋實際實驗現象的課程論文題目，引導學生嘗試應用結構化學/量子化學的理論計算結果來解釋化學實驗，深入了解分子結構和理論性質，揭示其內在規律性。從而在應用理論的過程中加深對理論知識的認識，提高學生的學習積極性，取得較好的教學效果。

1 設置課程論文的重要性

與其他化學專業課程不同，《結構化學》的內容主要是抽象理論，缺乏合適的配套實驗對所學理論知識進行加深、拓寬和鞏固。該門課程的對象一般是大學三年級學生，具有相當的化學專業知識。設置課程論文可以讓學生在搜尋研究對象或者范圍時，對以前專業知識進行回顧和分析，思考大學一年級以來學習的知識是否存在可以采用結構化學理論解釋的地方，引發學生對化學知識、原理和現象進行思考，在自由選擇題目范圍的情況下，激發學生的學習和研究興趣。在指導學生進行課程論文研究時，注意講述一般科學研究的方法和步驟及科學工作者所應當具備的科學道德，全面提升學生的科學素養。在指導學生進行課程論文撰寫時，著重講授一般論文的寫作格式，培養學生的邏輯思維，提高學生的書面表達能力，形成一定論文寫作規范。這對于一般理工科學生尤其重要。設置的課程論文同時為四年級畢業論文研究階段所需要的邏輯思維和論文寫作打下基礎。

2 理論化學計算軟件的講授

讓學生進行課程論文研究，首先必須先教導學生使用理論化學的計算軟件，讓計算軟件成為學生進行課程論文研究的工具，所以教師本身需要對該類軟件非常熟悉，同時具備利用該類軟件進行科學研究的能力和經驗，這對教師的教學和科研能力有較高的要求。在眾多量子化學理論計算軟件中，HyperChem比較適合一般學生使用。可視化軟件使深奧的理論計算結果形象化、直觀化進行表達，讓學生好學易懂，同時操作簡單，適合用來作為課程論文研究的計算軟件。在實際教學中，我們只需要1學時就能教會學生有關HyperChem的基本操作和應用于簡單的理論計算。譚君［1］介紹了HyperChem軟件的一些使用操作和特點，這里不再重復敘述。

3 科學研究思維和步驟的指導

授之以魚不若授之以漁，所以我們在課堂上，教導學生一般的科學研究思維和步驟。課堂上以苯環上親電取代反應的定位規律作為計算例子，采用Hyperchem軟件計算各原子電荷并解釋定位規律的實驗現象。眾所周知，苯環上的取代基分為鄰對位定位基和間位定位基兩類。這里選擇了氨基和甲醛基分別作為鄰對位定位基和間位定位基兩類代表，通過計算其量子化學指數，討論其計算結果，從理論上解釋定位效應。

首先分析影響親電反應的因素。一般認為碳原子的電子云密度是主要因素，所以我們可以通過計算苯環上的碳原子電荷來解析親電反應規律。

在Hyperchem構造并以PM3分別計算氨基苯和苯甲醛，按display中的labels，選定charge項，在分子中顯示各碳原子的電荷分布。

電荷分布顯示氨基苯上鄰位和對位的C原子帶負電荷，分別為-0.191和-0.169，均大于間位C原子電荷（-0.05），所以對于氨基苯來說，親電基團會首先進攻鄰位和對位。而在苯甲醛的情況恰好相反，間位C原子電荷為最負，為-0.119。親電基團會首先進攻間位。根據上述計算結果和討論，應用原子電荷的規律變化很好地解釋了親電取代定位規則。

轉貼于 　　4 擬定結構化學計算題目

自由選擇題目范圍，可以激發學生的學習和研究興趣，教學中，我們設定以下方向（題目）：

① 藥物分子的結構與活性關系

通過對分子的結構計算，討論結構與活性關系，尋找分子活性中心和主要影響活性的因素。

② 化學反應原理與規律解釋

以理論方法計算和解釋常見化學反應的產物與規律，如丁二烯的加成反應。

③ 分子結構與性質

計算出分子的量化指數，尋找量化指數與分子性質的關系，如HOMO、LUMO與顏色的關系。

④ 光譜的移動

研究分子結構與光譜移動的關系，如分子中的鍵長的變化直接影響紅外吸收峰的移動。

⑤ 分子的結構/構型/構象

以理論方法研究分子的結構、具體構型和構象。

⑥ 分子間的相互作用

分子間的作用一般為氫鍵和范德華作用，與化合鍵作用相比，屬于弱作用，是生物大分子主要相互作用。

5 論文指導與創新思維模式的培育

創新思維的特征是求同與求異的統一、發散與收斂思維的統一、敏銳的直覺與理論思維的統一。課程論文布置下去以后，學生在對課題的思考會有許多新的問題和新的想法，我們要鼓勵學生在對新的問題進行創新思維。安排課程討論，將學生的想法在課堂上討論，尊重學生的新想法，引導學生將課堂學習的結構化學理論知識應用于課程論文研究中。

具有獨立思考判斷能力是學生創新思維模式的主要表現。傳統教師講、學生聽的缺乏互動的教學模式已表現出許多弊端，影響了學生獨立思考和動手的素質及其能力的形成。學生自己選題，成為培養學生獨立思考判斷能力跨出的第一步，也是重要的一步。獨立開展課程論文研究，進一步培養學生獨立思考判斷能力。因此，教學的重點應放在課程論文研究的過程上，而非結論。教會學生從抽象的數理推導中評選出適合個體所需的條件。同時，學生只有具備獨立的思考判斷能力和獲取知識的能力，才能在終身教育過程中面對日新月異的世界，不斷實現知識的更新［2］。

【參考文獻】

篇（7）

量子化學是將量子力學的原理應用到化學中而產生的一門學科，經過化學家們的努力，量子化學理論和計算方法在近幾十年來取得了很大的發展，在定性和定量地闡明許多分子、原子和電子尺度級問題上已經受到足夠的重視。目前，量子化學已被廣泛應用于化學的各個分支以及生物、醫藥、材料、環境、能源、軍事等領域，取得了豐富的理論成果，并對實際工作起到了很好的指導作用。本文僅對量子化學原理及方法在材料、能源和生物大分子體系研究領域做一簡要介紹。

一、在材料科學中的應用

（一）在建筑材料方面的應用

水泥是重要的建筑材料之一。1993年，計算量子化學開始廣泛地應用于許多水泥熟料礦物和水化產物體系的研究中，解決了很多實際問題。

鈣礬石相是許多水泥品種的主要水化產物相之一，它對水泥石的強度起著關鍵作用。程新等[1,2]在假設材料的力學強度決定于化學鍵強度的前提下，研究了幾種鈣礬石相力學強度的大小差異。計算發現，含Ca鈣礬石、含Ba鈣礬石和含Sr鈣礬石的Al-O鍵級基本一致，而含Sr鈣礬石、含Ba鈣礬石中的Sr，Ba原子鍵級與Sr-O，Ba-O共價鍵級都分別大于含Ca鈣礬石中的Ca原子鍵級和Ca-O共價鍵級，由此認為，含Sr、Ba硫鋁酸鹽的膠凝強度高于硫鋁酸鈣的膠凝強度[3]。

將量子化學理論與方法引入水泥化學領域，是一門前景廣闊的研究課題，它將有助于人們直接將分子的微觀結構與宏觀性能聯系起來，也為水泥材料的設計提供了一條新的途徑[3]。

（二）在金屬及合金材料方面的應用

過渡金屬(Fe、Co、Ni)中氫雜質的超精細場和電子結構，通過量子化學計算表明，含有雜質石原子的磁矩要降低，這與實驗結果非常一致。閔新民等[4]通過量子化學方法研究了鑭系三氟化物。結果表明，在LnF3中Ln原子軌道參與成鍵的次序是：d＞f＞p＞s，其結合能計算值與實驗值定性趨勢一致。此方法還廣泛用于金屬氧化物固體的電子結構及光譜的計算[5]。再比如說，NbO2是一個在810℃具有相變的物質(由金紅石型變成四方體心)，其高溫相的NbO2的電子結構和光譜也是通過量子化學方法進行的計算和討論，并通過計算指出它和低溫NbO2及其等電子化合物VO2在性質方面存在的差異[6]。

量子化學方法因其精確度高，計算機時少而廣泛應用于材料科學中，并取得了許多有意義的結果。隨著量子化學方法的不斷完善，同時由于電子計算機的飛速發展和普及，量子化學在材料科學中的應用范圍將不斷得到拓展，將為材料科學的發展提供一條非常有意義的途徑[5]。

二、在能源研究中的應用

（一）在煤裂解的反應機理和動力學性質方面的應用

煤是重要的能源之一。近年來隨著量子化學理論的發展和量子化學計算方法以及計算技術的進步，量子化學方法對于深入探索煤的結構和反應性之間的關系成為可能。

量子化學計算在研究煤的模型分子裂解反應機理和預測反應方向方面有許多成功的例子,如低級芳香烴作為碳/碳復合材料碳前驅體熱解機理方面的研究已經取得了比較明確的研究結果。由化學知識對所研究的低級芳香烴設想可能的自由基裂解路徑，由Guassian98程序中的半經驗方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的從頭計算方法和考慮了電子相關效應的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法對設計路徑的熱力學和動力學進行了計算。由理論計算方法所得到的主反應路徑、熱力學變量和表觀活化能等結果與實驗數據對比有較好的一致性，對煤熱解的量子化學基礎的研究有重要意義[7]。（二）在鋰離子電池研究中的應用

鋰離子二次電池因為具有電容量大、工作電壓高、循環壽命長、安全可靠、無記憶效應、重量輕等優點，被人們稱之為“最有前途的化學電源”，被廣泛應用于便攜式電器等小型設備，并已開始向電動汽車、軍用潛水艇、飛機、航空等領域發展。

鋰離子電池又稱搖椅型電池，電池的工作過程實際上是Li+離子在正負兩電極之間來回嵌入和脫嵌的過程。因此，深入鋰的嵌入-脫嵌機理對進一步改善鋰離子電池的性能至關重要。Ago等[8]用半經驗分子軌道法以C32H14作為模型碳結構研究了鋰原子在碳層間的插入反應。認為鋰最有可能摻雜在碳環中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子軌道法對摻鋰的芳香族碳化合物的研究表明，隨著鋰含量的增加，鋰的離子性減少，預示在較高的摻鋰狀態下有可能存在一種Li-C和具有共價性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子軌道計算法，對低結晶度的炭素材料的摻鋰反應進行了研究，研究表明，鋰優先插入到石墨層間反應，然后摻雜在石墨層中不同部位里[11]。

隨著人們對材料晶體結構的進一步認識和計算機水平的更高發展，相信量子化學原理在鋰離子電池中的應用領域會更廣泛、更深入、更具指導性。

三、在生物大分子體系研究中的應用

生物大分子體系的量子化學計算一直是一個具有挑戰性的研究領域，尤其是生物大分子體系的理論研究具有重要意義。由于量子化學可以在分子、電子水平上對體系進行精細的理論研究，是其它理論研究方法所難以替代的。因此要深入理解有關酶的催化作用、基因的復制與突變、藥物與受體之間的識別與結合過程及作用方式等，都很有必要運用量子化學的方法對這些生物大分子體系進行研究。毫無疑問，這種研究可以幫助人們有目的地調控酶的催化作用,甚至可以有目的地修飾酶的結構、設計并合成人工酶；可以揭示遺傳與變異的奧秘,進而調控基因的復制與突變，使之造福于人類；可以根據藥物與受體的結合過程和作用特點設計高效低毒的新藥等等，可見運用量子化學的手段來研究生命現象是十分有意義的。

綜上所述，我們可以看出在材料、能源以及生物大分子體系研究中，量子化學發揮了重要的作用。在近十幾年來，由于電子計算機的飛速發展和普及，量子化學計算變得更加迅速和方便。可以預言，在不久的將來，量子化學將在更廣泛的領域發揮更加重要的作用。

參考文獻：

[1]程新.[學位論文].武漢:武漢工業大學材料科學與工程學院,1994

[2]程新,馮修吉.武漢工業大學學報,1995,17(4):12

[3]李北星,程新.建筑材料學報,1999,2(2):147

[4]閔新民,沈爾忠,江元生等.化學學報,1990,48(10):973

[5]程新,陳亞明.山東建材學院學報,1994,8(2):1

[6]閔新民.化學學報,1992,50(5):449

[7]王寶俊,張玉貴,秦育紅等.煤炭轉化,2003,26(1):1

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

篇（8）

神秘大門透出的亮光

1999年山西大學本科畢業后，張國鋒師從梁九卿教授進行碩博連讀的學習。當時我國對量子信息的研究基本處于萌芽階段，梁九卿教授認為這將會是一個新的研究方向，在張國鋒的師兄師姐都跟著老師做磁宏觀量子效應研究的時候，老師毅然決定讓他去湖南師范大學的暑期班里學習和量子理論相關的知識，量子信息這道神秘的大門緩緩打開。

張國鋒本碩博就讀的山西大學物理電子工程學院師資雄厚、設備齊全。碩博連讀期間，為拓展視野、豐富知識，他還專門前往中國科學院學習。在交通落后的情況下，北京、山西兩頭跑，校內扎實的基礎知識以及校外新的理論知識的加固，使得張國鋒在量子信息基礎研究方面有了很大的提升。對張國鋒的聯合培養，中國科學院也承擔著重要的角色，博士畢業后，張國鋒到中國科學院半導體研究所進行博士后研究工作，在李樹深院士的指導下，張國鋒的研究興趣進一步拓寬到基于固態體系為載體的量子信息研究。從2006年到北京航空航天大學任教以來，更是把他的研究方向細化到光力耦合體系的量子物理相關問題。

在量子相關研究中，量子調控是國家的重大科研計劃，是構建未來信息技術的理論基礎。張國鋒圍繞“如何制備、控制及應用具有高魯棒性的量子糾纏態”這一科學問題展開了具體細致的工作，并取得了不錯的成績。

量子糾纏是量子力學的最神奇的特性之一。它描述了兩個粒子互相糾纏，即使相距遙遠，一個粒子的行為將會影響另一個的狀態。張國鋒形象地解釋了量子糾纏：“就像是手機用戶和移動聯通等簽的協議，也就是手機卡，當兩個粒子處于糾纏態，只有借助這個協議（糾纏態），才能進行量子通信。”腔OED系統是目前最有前景的硬件系統之一，它被廣泛地應用于量子態的制備和操控。為此，張國鋒系統考察了旋波近似下腔OED體系中的量子糾纏、量子關聯的產生與演化以及與量子相位之間的聯系。研究發現：量子糾纏猝死現象不僅依賴于體系初始態的糾纏，而且還依賴于初始態，且原子間偶極一偶極相互作用可以削弱這種現象，光場的損耗可以很明顯地延緩糾纏猝死。張國鋒在此基礎上就固態自旋體系提出了一套抑制量子糾纏猝死和量子態傳輸的優化方案。

眾所周知，實現量子信息處理的必需資源是量子糾纏態。而量子糾纏態是非常脆弱的，張國鋒在前人研究工作的基礎上進一步探討了固態兩量子比特自旋模型中的熱糾纏，將自旋所處磁場分為均勻和非均勻兩部分，發現磁場的非均勻部分使量子糾纏的演化出現雙峰結構，也詳細研究了Heisenberg交換相互作用對量子熱糾纏的臨界行為的影響。隨后更引發了國內外關于量子熱糾纏的研究。

Dzyaloshinski-Moriya（DM）相互作用來自自旋軌道之間的耦合，是一種各項異性相互作用，在許多磁性材料中都存在。張國鋒將DM相互作用引入兩自旋量子比特鏈中，結合Heisenberg相互作用研究了DM相互作用對量子熱糾纏的影響，發現DM相互作用可以激發量子熱糾纏的產生，可以使鐵磁耦合的自旋體系成為好的量子態傳輸的通道，且能顯著提高態傳輸的保真度。以這一研究成果為代表的論文獲得“中國百篇最具影響國際學術論文”，被引150多次，為ESI高引論文。與此同時，張國鋒把自己的研究推廣到量子關聯，得到一些量子關聯度量量間的因子化公式，同時也比較了量子關聯和量子糾纏在實現量子算法、構建量子邏輯門的異同。

神秘的量子世界透出的光讓張國鋒雀躍不已，他飽含熱情地走在研究量子世界的大道上，默默耕耘，靜靜享受這神秘帶來的不一樣的世界。

光亮指引前進的方向

一分耕耘一分收獲。張國鋒在量子研究這條道路上不僅收獲了具有創新意義的科研成果，而且多次主持包括國家自然科學基金青年基金、面上基金等項目在內的多項科研項目；發表多篇代表性論文，并多次被他引；在教學上成果也很顯著，多次獲得各種校內優秀教師獎勵。

但是張國鋒并沒有止步于此，神秘的量子世界還等待著他去進一步破解其中的奧秘，在長期量子光學基礎理論、自旋模型中量子糾纏、量子關聯動力學研究的相關基礎上，依托北航和中科院的兩個重點實驗室和三個重量級的研究團隊共同合作，將就全耦合區量子比特與光場動力學行為及應用這一熱點問題展開深入研究。

構造量子比特是量子信息處理的首要，實現量子比特有很多種物理方案，量子比特與光場相互作用體系是量子光學甚至凝聚態物理的一個重要研究內容，同時也是實現量子計算的重要途徑。看見量子世界發出的神秘的光，張國鋒對接下來的工作重心有了清晰的規劃：（1）進一步求解兩量子比特與光場相互作用強耦合體系的動力學演化，尤其是兩個量子比特的閂abi模型的近似求解；（2）根據系統演化性質，選擇合適的初始條件和反應時間，構建超快兩量子比特邏輯門和進行相干量子態的超快傳輸等研究；（3）尋找新奇的特殊量子本征態，并通過研究包括耗散在內的動力學，考察這些具有特殊性質的量子態（比如：暗態）在量子信息中的應用。張國鋒不僅把自己接下來的工作定位在這三方面，還就這三方面的研究擬定了初步研究方案。

篇（9）

科學背景

高中物理講過，原子中間是一個極小的原子核，是電子，不過原子層次的物理現象沒法用牛頓的經典力學解釋，為了說清楚原子的事兒，物理學家們創立了量子理論。這個理論認為物質粒子也具有波的性質；粒子也不像皮球那樣缺乏個性地沿著確定的路徑運動，而是可以同時處于多種狀態，循著無窮多的任意路徑達到最終狀態。物理過程必須考慮所有可能路徑的總匯。

量子理論雖然如天書，卻是微觀世界真實的客觀規律。它不但用于原子能級、光譜、半導體、超導等現象，也被用于化學、生物等領域，還用來計算分子結構以及解釋生物化學過程。沒有量子理論，孰不會有晶體管、集成電路、激光，也就不會有計算機與計算機通訊。可以說，量子的宏觀應用已經使人類從電氣時代進入了微電子時代。

暈死人的量子世界

維蘭德來自于美國加州，中學時并不是最優秀學生，在高中最后一年才對物理產生了興趣。大學原本讀的數學專業，后來才改學物理，拿到物理博士學位后在美國國家標準技術研究所當研究員。他在那里干了37年，主要研究用離子束縛（iontrap）探索量子世界。

維蘭德與阿羅什的研究是直接操控并測試單個粒子的量子系統。對于維蘭德的實驗，他的方法是用電場把單個離子（如汞離子）限制在一個勢阱（可以把它想象成一個無形牢籠）內，就像用磁場把磁懸浮列車懸在空中一樣。這個離子在勢阱里只能來回運動，無法逃逸出去。

被束縛在勢阱里的離子整體只能來回振動（你可以理解為折返跑），而離子內部的電子也有不同的能級。這個振動的能量是量子化的，也就是一級一個臺階，只能在不同的能級之間跳躍。離子內部的能量也是量子化的，也是一級一個臺階。

維蘭德的秘訣是調節激光的頻率，迫使離子內部能級跳上一個臺階的同時讓它的振動能級跳下一階，這樣離子就會從內部高能級回落到低能級，不斷重復下去達到降低振動能級的效果，使離子處于運動能量最低的狀態。離子從高能級向低能級躍遷的時候釋放的能量轉換為一個光子，而光子的頻率正比于它的能量。在固體與氣體中，原子能級躍遷時的發光受到其他原子以及自身運動的影響，導致頻率的擾動。而單個孤立的離子則不受這些因素的干擾，因而可以實現很高的頻率精度。在另一個實驗中，通過不同的激光對離子照射，使它同時處于兩個量子狀態——這就是量子力學里“薛定諤的貓”，而且進行了相應的測量。在更為復雜的實驗中，三個離子形成量子纏繞狀態，構成三個可以用于量子計算的量子位元（qubit）……過去對量子力學的檢驗大多是基于統計結果，而通過對單個離子的精準控制，維蘭德等人的各種實驗與測量直接從微觀層次驗證了量子力學。

阿羅什與維蘭德殊途同歸。他的實驗是通過兩面鏡子來回反射把光子關進一個空腔，通過測量這些光子對高能級原子的影響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

量子計算是量子物理與計算機科學交匯而生的一門新興學科。它的出現實質上是量子物理學向物質、能量和信息這三大領地的最后一塊信息領域的進軍。

一、量子計算的基本理論

1、糾纏

1935年，Schr dinger首先給出了糾纏態的定義:由空間分離的兩個子系統構成的純態，如果系統波函數不能分解為兩個子系統波函數的乘積，那么這樣的波函數表示的態稱作兩個粒子的糾纏量子態。1935年，Einstein，Podolsky和Rosen首先討論了一個具體的兩粒子糾纏量子態。在這個著名的實驗中，兩粒子的糾纏量子態為:|Ψ〉=∑a，bδ(a+b-c0)|a|b〉

其中a，b分別為粒子1和粒子2的位置或動量，C0為常數。這個糾纏態的一個最明顯的特征是:其中任何一個子系統的物理量的觀測值(位置或動量)都是不確定的。但是，如果其中的一個子系統的物理量的觀測值處于一個確定的值，那么我們就可以確定另外一個子系統的相應物理量觀測值。

2、量子比特

量子比特有微觀體系表征，如原子、核自旋或光子等。|1>和|0>可以由原子的兩個能級來表示，也可以由核自旋或光子的不同極化方向來表征。與經典比特顯著不同的是，量子比特|1>和|0>之間存在著許多中間態，即|1>和|0>的不同迭加態，例如12(|0>+|1>)表示一個兩子比特同時存儲著0和1。因此，對于位數相同的n個比特，量子比特可以存儲2n倍的經典比特所能存儲的信息。對于兩個量子比特的體系，其完備基由四個布爾態|00>、|01>、|10>和|11>組成。考慮它們之間的迭加，我們可以發現，|10>+|11>=|1>(|0>+|1>)，這是由兩個量子比特構成的直積空間。而|11>+|00>或|01>+|10>則不能再寫成直積形式。后面這種情況就是前面提到的糾纏。對于一個處于糾纏狀態的體系，我們不能確切地指出其中某一個量子比特是處于|1>還是|0>。更一般的糾纏態是處于2n個布爾態的n個經典比特組成的迭加態。|Ψ〉=∑11…1x=00…0Cx|x〉其中Cx可以是復數并且滿足∑x|Cx|2=1。當Cx=12n時，稱為等幅迭加態。這種等幅迭加態在以下要介紹的各量子算法中經常被用作初態。從上式也能看出，|Ψ>是一個2n維的Hilbert空間中的一個單位矢量。它所在空間的維數是隨n呈指數型增長，這明顯區別于經典體系中隨n呈線性增長的態空間。在一個孤立的量子體系中，對態的操作應是幺正的、可逆的。因此，我們構造的量子邏輯門也應滿足這個特征。

二、量子算法

1、Shor算法———大數質因子分解的量子算法

用經典計算機來進行大數質因子分解，隨著N的增大，所需比特數(即內存)是呈指數倍的增長。按照組合數學理論，當計算規模隨著問題的難度呈多項式型增長時，該問題為P(Polynomial)問題。對于P問題，我們在有限的時間內總能找到辦法求得它的解。對于我們在有限的時間內不可能找到辦法求得解的問題稱之為NP(Non-Polynomial)問題。目前世界上應用最廣也是最成功的加密方法-公開密鑰RSA系統的核心思想就是利用大數在有限時間內不可有效質因子化這一結論。1995年，P.W.Shor提出一種量子算法，能將這一著名的NP問題化為P問題，矛頭直指RSA方法，從而在全球掀起了量子計算的研究熱浪。在Shor算法中，尋找一個大數的質因子問題被轉化為尋找其余因子函數的周期。只要該周期被找到，并且為一個偶數，那么利用剩余定理，就能得到該大數的質因子。給定整數N，選取一個與N互質的數a(a

不難看出，fa，N(x)的變化是有規律的，其變化周期為r=4。知道了這個周期，就可以利用孫子定理:設A=ar/2+1，B=a

r/2-1，其中r必須為偶數，且ar/2mod(N)≠1。求出A、B之后，再分別求A、N和B、N的最大公約數(gcd)。設C=gcd

(A，N)，D=gcd(B，N)那么一定有C×D=N，即N被成功地質因子化。Shor算法的關鍵在于求出大數N的余因子函數的周期r。不過，由于余因子函數的周期r不能在量子計算中被有效測出，因此在Shor算法中需借助量子離散傅立葉變換，將余因子函數的周期換成另一個可測的周期。

2、Grover搜索:無序數據庫的搜索

Grover提出了一種算法:利用量子態的糾纏特性和量子并行計算原理，可以用最多n步的搜索尋找到所需項。Grover算法的思想極為簡單，可用一句話“振幅平均后翻轉”來概括。具體說來是以下幾個基本步驟:

①初態的制備。運用Hadamard門將處于態|0>和|1>的各量子比特轉化為等幅迭加態。

②設數據庫為T[1，2，，N]共，n項。設其中滿足我們要求的那一項標記為A。于是在T中搜索A類似于求解一個單調函數的根。運用量子并行計算可以將A所在態的相位旋轉180°，其余各態保持不變。即當T[i]=A時，增加一個相位eiπ。

③相對各態的振幅的平均值作翻轉。這一操作由幺正矩陣k1，k2…knD完成，其表達式為Dij=2/N，Dij=-1+2/N。

④以上②③兩步可以反復進行，每進行一次，稱為一次搜索。可以證明，最多只需搜索N次，便能以大于0.5的幾率找到我們要找的數據項。Grover算法提出之后，引起了眾人極大的興趣。Grover算法中的翻轉方法不僅被證明是最優化的搜索方式，而且也是抗干擾能力極強的方法。

3、Hogg搜索:高度結構化搜索

前面介紹過的NP問題中有一類名為可滿足性問題(Satisfiability Problem，簡稱SA T問題)。一個典型的SA T問題是包括有n個變量的一個邏輯公式，要求給予其中每個變量一個賦值使邏輯公式為真。數學上已證明，解決SAT問題的代價是隨著變量數的增加而呈指數型增長。然而對于某些簡單的情況，人們可以利用問題中具有的規則結構來迅速準確地搜索出問題的解。例如對于1-SAT問題，用經典試探法進行搜索，找出解的代價為最多需用n步。對于量子計算而言，由于能進行量子并行計算，因而可以僅以一步的代價找出1-SAT問題的解。下面以有m個邏輯子句的1-SAT問題為例。與Grover搜索相似，我們先在n個量子比特上制備一個等幅迭加態作為初始態，即|Ψ〉=2-n/2∑n-1s=0|S〉。另外，我們需設計好兩種幺正操作R和U，其中R為對角矩陣，其歸一化對角元為Rss=2cos[(2c-1)π/4]　m=偶數ic

m=奇數。(3.3.1)式中的c(0

轉貼于 對于以上1-SAT問題，顯然有m個變量是約束的，而剩余的n-m個非約束的變量則對應于2n-m個解。對于1-SAT問題，用Hogg算法能決定性地一步找到解。如果通過一步邏輯操作未能明確地發現解，則意味著該

問題無解。不難看出，Hogg搜索的效率遠高于上節介紹的Grover搜索。這兩種搜索的差別在于，Hogg搜索利用了數據庫的結構信息，因而能將一個NP問題轉化為P問題。而Grover算法解決不了N P問題，它相對于經典搜索只是提高了搜索效率。Hogg搜索的另一個優勢在于具有強的抗消相干能力。由于它的邏輯步數少，因而消相干效應對其影響非常小。

三、量子計算實驗

與量子計算理論方面的飛速進展相比，量子計算的實驗進展則要慢得多。本章主要介紹二種體系:核磁共振和腔與原子體系。

1、核磁共振(NMR)

核磁共振技術是目前在量子計算領域使用最為頻繁的實驗手段。運用這一技術手段，操作作用在1023數量級的分子系綜的自旋態上，通過測量，得到這些分子的平均自旋態。雖然每個分子的自旋都可能不盡相同，但通過spin-e2cho技術可以按我們的意愿改變個別分子的自旋方向。由于核磁共振體系實質上是一個宏觀系綜，因而外部環境對它的消相干的影響極小。且樣品的核自旋處于近獨立的狀態，幾乎不受電子和分子的熱運動的干擾。但是，宏觀系綜原則上沒有量子特性，只有純粹的量子系綜才具有量子純態的特征。只有當它被制備到一個特殊狀態—贗純態時，才能完成量子計算的工作。下面舉例介紹實現兩量子比特的Grover搜索的實驗。實驗中所用樣品為C-13同位素標記的氯仿HCCL3。實驗中用碳和氫的核自旋來標記|1>和|0>，其中13C的中心共振頻率約為125MHz，1H的中心共振頻率約為500M Hz。實驗體系的哈氏量為H=2πnhJ ICZ IHZ+PH

2、腔與原子體系

腔量子電動力學(C-QED)體系是另外一種可以進行量子計算的量子系統。腔量子電動力學體系之所以可以實現對兩位量子信息進行處理量子系統，一個重要原因就是腔中的輻射場與原子具有很強的非線性相互作用，這種相互作用的演化導致腔場和原子體系的本征態處于糾纏態。腔量子電動力學體系包含光腔和微波腔。這里我們主要介紹微波腔體系中應用Rydberg原子與微波腔相互作用實現的條件量子相移門(QPG)。條件量子相移門(QPG)需要對兩量子位的如下變換:

|a，b〉ex p(i，|b>分別代表兩量子位的基矢|0>或|1>，而δa，1，δb，1為通常的克隆尼克符號。條件量子相移門(QPG)在兩個量子態都處在|1>時，產生一個=|0>或1個光子的腔場|a>=|1>而，目標量子位是Rydberg原子的兩個能級|i>(定義|b>=|0>)和|g>(定義為|b>=|1>)。

實驗中應用的Rb原子的能級除了目標量子位兩個Ry2dberg原子的能級|i>和|g>以外，還包括一個相關的能級|e>。三個相關的Rydberg原子態分別代表Rb原子的主量子數n=51(|e>)，n=50(|g>)和n=49(|i>)。原子的能級|e>和|g>與微波腔場發生共振相互作用，而原子能級|g>和|i>之間通過另外的微波場產生耦合。當原子處于能級|i>或者腔場處于|0>，原子與腔場的系統狀態不發生變化，而當原子腔場的初始處于|g，1>態時，控制原子的速度使原子|g>與|e>量子態在腔場中經歷一個2π的拉比振蕩，|g，1>態演化為-|g，1>=exp(πi)|g，1>。因而系統的演化可以描述為:|a，b〉ex p(iπδa，1δ

b，1)|a，b〉這個過程實際實現了相移為π的條件量子相移門(Q P G)。

參考文獻:

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