量子計算的意義精選(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的意義主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。
第1篇：量子計算的意義范文
關鍵詞:自相似;緩沖區(qū)管理算法;隊列調度算法;偽擴充;突發(fā)
A New Queues Management Algorithm Based on Self-Similar Traffic
ZHU Xun
(Department of Computer Science & Technology, Chengdu University of Information & Technology, Chengdu 610225, China)
Abstract: In view of network traffic self-similarity, reference to the two main available measures to deal this characteristic, this paper put forward a new queue management algorithm for the characteristic. The algorithm consists of buffer management strategy and queues scheduling strategy. The new queue management algorithm uses a new method which is named as "pseudo-expansion buffer zone". The "pseudo-expansion" strategy keeps the total buffer zone unchanged, but adds anther queue for dealing with self-similar burst traffic. For "expanded" buffer, new queue scheduling algorithm is based on static priority and round-robin. form the theoretical analysis, the new queue management algorithm is useful when dealing self-similar network traffic.
Key words: self-similarity; buffer management algorithm; queue scheduling algorithm; pseudo-expansion; burst
通過大量的網(wǎng)絡測量和分析證實了:Internet業(yè)務流(如LAN[1]、WAN[2]、Web[3]流量)在所有時間尺度均呈現(xiàn)自相似特性(Self-Similarity)。自相似突出表現(xiàn)為業(yè)務的突發(fā):沒有一個明確、本質的長度,從微秒到分鐘,從分鐘到小時,數(shù)據(jù)流的突發(fā)性并不隨著時間規(guī)模的增大而變弱,不同時間標度數(shù)據(jù)流都表現(xiàn)出相似的突發(fā)特性[4]。在自相似流量下,基于傳統(tǒng)的排隊模型、泊松流模型、Markov鏈模型等網(wǎng)絡流量模型的隊列調度策略和分組交換算法已經不太適應。眾多專家學者對自相似流量下的分組交換算法做相當多的研究,提出了一些更合適于的數(shù)據(jù)包調度、交換算法,如:基于動態(tài)優(yōu)先級和基于服務概率的隊列管理算法[5]。
在自相似網(wǎng)絡環(huán)境中,如果要得到較高有效緩存利用率或低溢出概率,可以采用以下兩種方法:一種是增加路由器緩存容量;另一種是采用有效的隊列管理算法。但使用第一種方法有如下缺點:當大容量緩存都被充滿時,所有連接上的延遲都將急劇增大;突發(fā)聚集成更大的突發(fā),導致?lián)砣^續(xù)拖延下去,因此增加緩存容量并不能有效降低溢出概率。因此,如何改進隊列管理算法成為眾多學者關注的焦點。
受文獻[5]及其他基于動態(tài)優(yōu)先級的隊列管理算法的啟發(fā),本文提出了基于“偽擴充”的隊列管理算法。
1 新隊列管理算法介紹
該文提出的基于“偽擴充”的隊列管理算法由兩部分構成:一是隊列緩沖區(qū)“偽擴充”,另一是針對擴充后的隊列調度算法。
1.1 緩沖區(qū)管理算法
在應對自相似突發(fā)流量的解決方法中有一種可用的方法是擴大緩沖區(qū)容量,“偽擴充”隊列管理算法結合了這種的思想?！皞螖U充”策略是在保持隊列緩沖區(qū)總大小不變的情況下,按照一定策略,從原有緩沖區(qū)隊列中,對各個隊列進行適當比例的空間截取,把這些截取的空間進行拼接成一個新的隊列,即為“擴充”了緩沖區(qū)。再結合隊列管理算法,提高自相似流量下隊列緩沖區(qū)的利用率?！皵U充”的新隊列用于輔助每一個隊列應對突發(fā)的自相似網(wǎng)絡流量,相當于擴大了單個隊列的容量。
緩沖區(qū)截取的策略:假設原有緩沖區(qū)共分i個隊列,其中每個隊列的大小為p單位。新的算法是把i個隊列的緩沖區(qū)進行截短,設截取參數(shù)為a,把截取的i段緩沖區(qū)組合成一個隊列,如果使得合并的新隊列大小和截取操后的原隊列的大小保持相近,則a的取值為1/(i+1)。轉化效果如圖1所示。
緩沖區(qū)按照圖1所示意的“擴充”策略轉化后,當某類型業(yè)務流對應的隊列滿后,新隊列作為原隊列的一個后備隊列,這樣相當于給原有隊列增大到原來的2i/(i+1)倍。
數(shù)據(jù)包從分類器進入相應優(yōu)先級的隊列,當相應的隊列滿后,后續(xù)的數(shù)據(jù)包進入第n+1個隊列(即為新隊列)中,如果第n+1個隊列也為滿的情況下,對后續(xù)數(shù)據(jù)包做簡單的丟棄。
1.2隊列調度算法
對于隊列服務管理常用的有兩類,一種是基于通用處理機共享,一種是基于輪詢。這兩類算法存在一個共同的問題, 即需要執(zhí)行基于數(shù)據(jù)包的權重計算,其中對基于GPS的算法, 需要對每個數(shù)據(jù)包進行虛時間計算;而基于動態(tài)優(yōu)先級的輪詢類算法, 每發(fā)送一個數(shù)據(jù)包就需要重新計算權重參數(shù)。對比兩種算法的計算復雜度,基于輪詢的算法更小,所以本文提出的隊列調度策略基于輪詢算法。
本論文提出的算法的隊列管理策略如下:給緩沖區(qū)中各個隊列進行優(yōu)先級設定,以及時間片分配,每個隊列分配到的優(yōu)先級和時間片作為一個常量。如緩沖區(qū)共有隊列n個,“擴充”后則為n+1個,對n個隊列進行優(yōu)先級分配,第一個隊列優(yōu)先級設定為1,也即為最低優(yōu)先級,時間片分配t1個單位;第二個優(yōu)先級設定為2,時間片分配t2個單位;以此類推至第n個隊列。第n+1個隊列(即為新隊列)調度算法按照隊列分配的時間片進行,兼顧緩沖區(qū)原有隊列的時間片分配,新隊列的時間片分配原則按照平均的原則,做原有隊列分配時間片和的平均值。新隊列的優(yōu)先級定位0,其時間片分配按tn/i個單位,即按照中等優(yōu)先級隊列分配時間片。
隊列輪詢服務算法流程如下:
1)對隊列的執(zhí)行為從優(yōu)先級最高的隊列開始,設置一個變量index值為n(變量index用于存儲當前接受服務隊列優(yōu)先級,也即是指向當前接受服務的隊列);
2)如果隊列優(yōu)先級大于0,轉到3),否則轉到6);
3)按照優(yōu)先級級別為index應分配到的時間片進行服務,當時間片用完但仍未處理完該隊列的數(shù)據(jù)包時,轉到4),如果數(shù)據(jù)處理完,仍有時間片剩余時轉到5);
4)中斷該隊列的處理,index值減1,轉到2);
5)用剩余的時間片處理第n+1個隊列中數(shù)據(jù),時間片用完時仍未處理完時,index值減1,轉到2);如第n+1個隊列中的數(shù)據(jù)處理完,但時間片仍有剩余時,轉入到下一個優(yōu)先級的隊列,index值減1,轉到2);
6)按照第n+1個隊列對應的時間片進行數(shù)據(jù)包處理,時間片到但仍未處理完數(shù)據(jù)時,轉到1;處理完數(shù)據(jù)包后,時間片仍有剩余則轉到1)。
2新算法的優(yōu)點分析
2.1 適合自相似流量的突發(fā)性
自相似流量具有突發(fā)性,突發(fā)數(shù)據(jù)包到達是對隊列緩沖區(qū)的要求特別大。Laskin等人[6]基于FLM(Fractional Levy Motion)過程建立了一個經典的解析模型,并得出自相似網(wǎng)絡環(huán)境中隊列緩存容量需求b(或稱隊列長度)與平均資源利用率ρ的關系如下:
b=cp 1/(a-a?H)(1-p) -H(1-H),其中,c為一個常數(shù),a∈(0,2)為特征指數(shù);H∈[1/a ,1)為自相似參數(shù),且H越大,自相似程度越高。在c為1的情況下,從(a=2,H=0.7)、(a=2,H=0.9)、(a=0.6,H=0.8)和(a=1.2,H=0.8)四組條件下函數(shù)對應的曲線分析,自相似參數(shù)H越大,曲線斜率變化越大,隊列緩存容量需要也越大,并在緩存平均利用率為35%~65%區(qū)間內開始急劇增長[4]。
按照新算法,由于對發(fā)生突發(fā)業(yè)務流量的隊列長度增加了近一倍大小。也既是在沒有增加緩沖區(qū)總體容量和緩沖區(qū)數(shù)據(jù)包的處理時延的情況下,增大隊列緩沖區(qū)的容量。所以能有效應對突發(fā)的自相似流量。
2.2較基于隊列長度動態(tài)管理算法
動態(tài)調整的算法,往往是在突發(fā)的自相似流量到達并溢出隊列時,根據(jù)丟包標識位的定時掃描發(fā)現(xiàn),然后掃描有空閑的隊列上截取空閑部分,再進行和現(xiàn)有隊列拼接。其中丟包標識位的定時循環(huán)掃描、空閑隊列的掃描都是耗時的,并且空閑隊列的截取和拼接在較差情況下,會導致更多的丟包以及空閑隊列的掃描、截取和拼接的耗時。
本文提出的新的算法,把發(fā)生突況后,原隊列被填充滿后,會把更多的數(shù)據(jù)包轉移到新生成的隊列中,避免了隊列的丟包標示位的掃描、空閑隊列的掃描、截取和拼接造成的時延,有利于提高緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)包的響應時間,增大了吞吐量。
2.3較基于服務概率的隊列調度算法
基于優(yōu)先級調度的輪詢的算法存在“饑餓”問題,有的學者提出了“概率優(yōu)先級(probabilistic priority)”的概念來解決此問題[7]。該策略它為每個優(yōu)先級分配一個服務概率參數(shù), 當該優(yōu)先級獲得服務機會時,不是100%獲得服務, 而是以該服務概率參數(shù)的概率獲得服務。
本文中提出的隊列管理算法是更為簡單:它給固定優(yōu)先級的隊列分配固定的時間片。在隊列滿負荷工作的情況下,各個隊列循環(huán)掃描服務一遍后,優(yōu)先級最高的隊列得到了最長時間的服務,優(yōu)先級最低的得到的服務時間最少,從而保證了優(yōu)先級隊列的服務時間,又避免了“饑餓”現(xiàn)象的發(fā)生。本文中對“優(yōu)先級”的處理為:并非高優(yōu)先級的處理完再處理低優(yōu)先級的,而是按優(yōu)先級分配處理時間片。
2.4較自相似流量的檢測機制
在處理自相似突發(fā)流量研究中,有些學者提出了對自相似流量的早檢測的方法。文章[8]提出的隨即早檢測的方法是對比于泊松模型下的網(wǎng)絡流量,基于自相似流量的突發(fā)性,擴大最大和最小值之間差距的方式來檢測自相似流量,并設計了一種丟包策略。
由于自相似流量的突發(fā)的特性,考慮進入交換系統(tǒng)中多種不同的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流和同一數(shù)據(jù)流在具體的不同時間段下的流量波動,自相似流量的hurst指數(shù)的并不確定性,因此對于自相似流量的早檢測方法,都是具有局限性的。并且由于計算數(shù)據(jù)包到達的流量和比較流量是否達到自相似閾值都有一定耗時,本論文中提出的新算法節(jié)省了上述耗時操作,以分配更多的時間片給緩沖區(qū)隊列用于數(shù)據(jù)包處理。
3 結束語
該文中提出的算法,在緩沖區(qū)的管理策略上和隊列調度算法上,對比于眾多基于動態(tài)隊列調整的算法有著顯著的不同,“擴充”的緩沖區(qū)隊列、避免了動態(tài)調整隊列長度上的耗時和避免優(yōu)先權重計算的調度算法,三者會使得系統(tǒng)吞吐量更大,進而能有效應對自相似的突發(fā)流量。
該算法下一步的工作是通過仿真,驗證算法的實際效果。然后研究實際情況下的不同業(yè)務流量,設計更優(yōu)的隊列管理算法。
參考文獻:
[1] Leland W E,Taqqu M,Willinger W.On the Self-Similar Nature of Ethernet Traffic (extended version)[J].IEEE/ACM Transactions on Networking (S1063-6692),1994,2(1):1-15.
[2] Paxson V,Floyd S.Wide Area Traffic: the Failure of Poisson Modeling[J].IEEE/ACM Transactions on Networking (S1063-6692),1995,3(3):226-244.
[3] Crovella M E,Bestavros A.Self-Similarity in World-Wide Web Traffic: Evidence and Possible Causes[J].IEEE/ACM Transactions on Networking (S1063-6692),1997,5(6):835-846.
[4] 張連明.一種基于自相似業(yè)務的隊列管理算法[J].系統(tǒng)仿真學報,2007,2,19(3):597-600.
[5] 尹德斌,謝劍英.一種新的加權公平調度算法[J].計算機工程,2008,2,34(4):28-30.
[6] Laskin N,Lambadaris I,Harmantzis F C,Devetsikiotis M.Fractional Levy Motion and its Application to Network Traffic Modeling[J].Computer Networks (S1389-1286),2002(40):363-375.
第2篇：量子計算的意義范文
關鍵詞:有限取樣法;霉酚酸;自身免疫性疾病;藥動學
霉酚酸(mycophenolic acid，MPA)為免疫抑制劑霉酚酸酯(mycophenolate mofetil，MMF)的體內活性代謝物，其可以選擇性阻斷T和B淋巴細胞的增殖，在器官移植以及自身免疫性疾病(autoimmune disease，AID)的治療中發(fā)揮著重要作用。但由于其藥動學及藥效學存在極大的個體差異，臨床治療需要個體化給藥。研究發(fā)現(xiàn)，MMF的治療效果與MPA體內暴露藥量(AUC)密切相關［1-2］，而常規(guī)AUC的監(jiān)測需要全時程血藥濃度-時間點(8～12個采血點)，并用梯形法計算，不僅繁瑣、測定費用高，而且給患者帶來不便和痛苦。因此，借助只需采測1～4個血樣濃度即可準確預測AUC的有限取樣法(Lim-ited sampling strategy，LSS)可以解決這一難題，應用LSS估算器官移植患者群體MPA AUC的報道已較廣泛［3-4］，但在AID患者群體的報道較少，有限的一些國外報道結論并不一致［5］，由于MMF代謝酶基因多態(tài)性的種族差異，這些結論也不適用于國內種族群體。本試驗對依從MMF+甲潑尼龍二聯(lián)免疫抑制方案的24例中國成年AID患者進行了研究，在獲取MPA全時程藥動學的基礎上，利用多元線性回歸法擬合估算MPA AUC的有限取樣模型，并對模型進行外部驗證，以尋找準確、簡便、實用的LSS指導MPA的個體化用藥。
1材料與方法
1.1研究對象
選擇2009年1月～2014年12月期間，在我院腎臟內科治療的自身免疫性疾病患者24例(IgA腎病患者14例，狼瘡性腎炎患者5例，血管炎相關腎病5例)，所有患者服用MMF的劑量均為每次0.75 g，q12 h，連續(xù)服藥均＞7 d，甲潑尼龍約為0.32 g·d－1，大部分患者定期服用蓋三淳與質子泵抑制劑以對抗糖皮質激素引發(fā)的骨質疏松及消化潰瘍等副作用;試驗過程中無病例死亡，有5例出現(xiàn)輕度感染，經抗生素治療后好轉，所有入組患者均完成本試驗。試驗方案獲同濟大學附屬楊浦醫(yī)院倫理委員會批準，患者在研究開始前自愿簽署了知情同意書。
1.2藥物與儀器
MMF膠囊(商品名:驍悉，規(guī)格:每粒0.25 g，批號:SH0089，上海羅氏制藥有限公司);MPA對照品(上海羅氏制藥有限公司，批號:L13111/b，純度＞96%);內標卡馬西平對照品(Sigma公司，批號為100142-199503，純度＞98%);甲醇和乙腈均為色譜純;試驗用水為超純水。
1500系列高效液相色譜儀(美國Waters公司，包括1525二元泵、2489紫外檢測器、2707自動進樣器、智能柱溫箱、BreezeTM Software色譜工作站);MS204S型電子分析天平(瑞士梅特勒公司);超純水儀(Synergy UV系統(tǒng)，美國Millipore公司);Allegra X－30R超速冷凍離心機(貝克曼庫爾特有限公司);MIXER-UZUSIO VTX－3000L旋渦混合器(上海飛域國際貿易有限公司)。
1.3血清樣品采集
患者服藥達穩(wěn)態(tài)后，在研究當日清晨服藥前即刻、服藥后0.5，1，1.5，2，4，6，8和12 h采取血樣3～5 mL，于4℃下4 000 r·min－1離心10 min，取上層血清再于同溫度下12 000 r·min－1，離心10 min，取上層血清于－80℃保存。
1.4樣品處理及測定
取待測血清100μL，加入100μL含有卡馬西平(4 mg·L－1)的蛋白沉淀劑(3 g·L－1 ZnSO的甲醇溶液)，振蕩20 s混勻;13 000 r·min－1，4℃，離心10 min，取上清液進樣20μL，測定。
色譜柱:XBrigeTM C(4.6 mm×250 mm，5μm);流動相:20 mmol·L－1 NaH PO(用20%磷酸調至pH 3.0)-甲醇=45∶55;流速1.2 mL·min－1;檢測波長304 nm;柱溫45℃;進樣量20μL。
該方法經體內藥物分析方法學指標驗證均符合生物樣品測試要求，MPA在0.312 5～50 mg·L－1內線性良好，標準曲線方程式為Y=0.76ρ－0.16(Y為檢測物與內標峰面積比值，ρ為MPA的質量濃度)，相關系數(shù)r=0.999 7，定量下限為0.3 mg·L－1，反復凍融3次，－70℃放置6個月以及室溫放置24 h后，回收率均在90%～110%，RSD均＜10%。
1.5藥動學參數(shù)計算
血藥濃度直觀圖繪制，梯形法計算MPA AUC0-12 h應用EXCEL完成;c0 h，c12 h，cmax以及tmax均為實際測量值。模型資料組及驗證資料組之間參數(shù)的比較，多元線性回歸分析均通過SAS 6.0統(tǒng)計軟件實施。
1.6 LSS模型的建立與驗證
對模型資料組的參數(shù)，利用多元線性回歸方法中的最優(yōu)子集法，以決定系數(shù)r2最大為最優(yōu)準則，分別以1～4個濃度點為自變量，遴選出r2排在前三位的多元線性方程，并代入驗證資料組進行驗證，計算平均預測誤差(mean percentage prediction error，MPPE，代表模型準確性，見式1)和平均絕對預測誤差(mean absolute percentage prediction error，MAPE，代表模型精密度，見式2)。
式1:MPPE=1∑(Pe)
式2:MAPE=1∑|Pe|
式中Pe=percentage prediction error=(AUC預測值－AUC實測值)/AUC實測值×100%，N為驗證資料組患者例數(shù)。
考慮到谷濃度、峰濃度可能的影響，方案設計對0，1，12 h 3個點的MPA濃度進行取點建模估算MPA AUC;此外，還從藥動學的角度，在分布相與消除相及交界處的1，4，8，12 h的血藥濃度中模擬最佳取點時間;所得模型均記錄r2并同上代入驗證資料組驗證。
模型篩選時，決定系數(shù)r2越接近1且驗證后MPPE與MAPE均＜15%的多元線性回歸方程視為達標模型用Bland-Altman分析法評估驗證資料組MPA AUC0-12 h
實測值與運用回歸方程預測的MPA AUC0-12 h的一致性，并結合臨床實際情況選出最佳模型。
2結果
2.1患者的基本參數(shù)
24例成年AID患者進入藥動學研究時的基線特征包括人口統(tǒng)計學資料、血常規(guī)、血生化和免疫學的相關指標，以及穩(wěn)態(tài)服藥后基本的藥動學參數(shù)見表1，所有入組患者的病情都較穩(wěn)定，模型資料組與驗證資料組患者的參數(shù)對比結果顯示，各項參數(shù)均無顯著性差異P＞0.05)。
2.2 MPA的血藥濃度-時間曲線
24例AID患者依從MMF 0.75 g，q12 h給藥方案連續(xù)服藥達穩(wěn)態(tài)后的藥-時曲線見圖1。MPA在血清中的峰濃度出現(xiàn)于口服藥物后的1～2 h，由于存在腸肝循環(huán)，大部分患者在服藥后6～12 h會出現(xiàn)第二個，甚至第三個MPA濃度峰，c0 h，cmax，tmax變異程度很大，AUC0-12 h的平均值為46.02 mg·h·L－1，變化范圍在10.28～148.00 mg·h·L－1之間。
2.3有限取樣模型
對模型資料組的9點血藥濃度及梯形法計算的實測MPA AUC0-12 h數(shù)據(jù)，采用多元線性回歸法分別擬合1～4個采血點估算MPA AUC0-12 h的數(shù)學模型，遴選出決定系數(shù)r2較高的不同采血點的模型(#1～12)，同時對考察峰谷濃度影響的模型(#13～14)以及受藥動學特征影響的模型(#15～17)，均應用驗證資料組數(shù)據(jù)進行外部驗證，結果見表2。由表2數(shù)據(jù)可見，在簡便的單點MPA濃度預測組(#1～3)中，只有服藥后12 h的谷濃度預測模型能夠達到預測標準(MPPE與MAPE均＜15%)，其決定系數(shù)r2=0.957，MPPE及MAPE分別為－3.93與11.93;模型#4～12均可達到預測標準，但4個時間點的預測效果更接近實際計算結果，其中基于0.5，1.5，6，表1 24例服用MMF的成年AID患者的基線特征及基本藥動學參數(shù)．n=24，x珋±s
Tab.1 Baseline characteristics and pharmacokinetic parameterof the 24 adult AID patients taking MMF．n=24，x珋±s
圖1 24例成年AID患者MPA穩(wěn)態(tài)的血藥濃度-時間曲線Fig.1 Individual steady-state MPA concentrations after oral MMF for 24 adult AID patients
8 h或1.5，6，8，12 h的模型，決定系數(shù)r2均最高達到0.996，預測偏差在±15%的人數(shù)均最多(9/12)，但實際操作卻較單點法繁瑣;對于峰谷濃度監(jiān)測構建的模型#13，在模型建立組以及驗證組的表現(xiàn)均不理想(r2=0.859，MPPE及MAPE均＞15%)，引入12 h濃度點(#14)，效果大大改善，尤其在驗證資料組，預測偏差在±15%的人數(shù)達到10人，但決定系數(shù)較模型#10等4點模型偏低;考慮到藥動學特征的模型#16與#17呈現(xiàn)類似的結果。
2.4有限取樣方案評價
用Bland-Altman分析法評價簡便的單點模型1與在兩組效果均較好的模型#10中AUC預測值和AUC實測值之間的一致性，結果見圖2，只有少數(shù)值超出95%一致性界限，在臨床上是可接受的誤差范圍。模型#10的平均誤差為－0.24，更接近于0，說明此模型預測值與AUC實測值之間的一致性更高。
3討論
器官移植患者MPA AUC與藥效及不良反應之間的關系研究國內外均早有報道，目前普遍認為通過LSS對MPA進行治療藥物監(jiān)測控制AUC在30～60 mg·h·L－1，有助減少排異反應、副作用和長期過度免疫抑制情況的發(fā)生［8］。隨著MMF在AID患者的應用日益廣泛，研究發(fā)現(xiàn)，MMF在AID患者群體的藥動學個體差異極大，固定劑量給藥難以產生良好的治療效果，MPA的治療窗也不同于器官移植患者，如Filler課題組［9］發(fā)現(xiàn)對于兒童AID患者有效的MPA AUC值為(61.8±31)mg·h·L－1，Neu-mann課題組［10］推薦成年AID患者MPA AUC值控制在40～75 mg·h·L－1，盡管對系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者，有效的AUC治療閾值還未被驗證，可以肯定的是，MPA AUC的監(jiān)測可以幫助AID患者改善臨床療效。國外已逐漸出現(xiàn)利用LSS建立監(jiān)測AID患者MPA AUC的方法，有些研究還發(fā)現(xiàn)MPA AUC與服用MMF后12 h的MPA谷濃度相關性很高［11］，這也在本試驗中得到進一步證實，這一點不同于器官移植患者群體，究其原因可能因為聯(lián)合用藥不同:器官移植患者常聯(lián)合應用3～4種免疫抑制劑，如服用MMF常聯(lián)合應用神經鈣蛋白抑制劑如
表2預測MPA AUC0-12 h的有限取樣模型
Tab.2 Limited sampling models for MPA AUC0-12 h prediction
圖2 Bland-Altman分析法評價AUC實測值與模型#1或模型#10預測的AUC間的一致性
Fig.2 Bland-Altman plot for agreement between calculated 9-time MPA AUC0-12 h and model#1 or model#10-estimated MPA AUC
環(huán)孢素或他克莫司，環(huán)孢素可抑制肝腸循環(huán)，并增加MPA的清除率［12］，有研究甚至發(fā)現(xiàn)聯(lián)合應用環(huán)孢素的比聯(lián)合應用他克莫司的器官移植受者群體其MPA AUC與c12 h的相關性差［13］。而AID患者一般僅使用1～2種免疫抑制劑，本試驗研究對象聯(lián)合應用甲潑尼龍免疫抑制治療。
治療藥物監(jiān)測常取用服藥前谷濃度作為實際檢測指標，本試驗卻發(fā)現(xiàn)MPA AUC與c0 h的相關性并不佳(r2=0.383)，結合峰谷濃度的模型#13，預測效果也不達標，回顧研究發(fā)現(xiàn)，本藥動學研究當日規(guī)定患者晨起服藥后2 h再進餐，后續(xù)服用標準餐，但c0 h相當于前次夜晚給藥的12 h濃度，而前次夜晚給藥的飲食未受到控制，有些患者甚至晚餐時服藥，由于食物對MMF吸收、分布、代謝具有不可忽視的影響［14］，造成本次藥動學研究的c并不是真正的谷濃度，可以提供證明的數(shù)據(jù)是我們的研究對象中有不少患者的c0 h大于c12 h。
本次試驗發(fā)現(xiàn)的AID群體中MPA AUC與c12 h的強相關性提示MMF的治療藥物監(jiān)測可以只簡單監(jiān)測MPA c12 h，進一步的LSS研究發(fā)現(xiàn)，模型MPAAUC0-12 h=10.82+13.37c12 h
經外部驗證準確性與精密度均可接受，Bland-Altman分析也顯示了MPA AUC預測值與實測值之間的良好一致性，結合臨床實際情況，此模型可按如下流程應用于門診患者:醫(yī)護人員在血藥濃度監(jiān)測前天應向患者進行用藥教育，囑其夜間按時服藥，服藥時間與進餐時間隔開2 h，且飲食盡量清淡，12 h后即第二天清晨空腹準時去醫(yī)院抽血監(jiān)測MPA的c12 h，即可準確預測MPA AUC。為了追求更精確的預測結果，LSS研究發(fā)現(xiàn)，2～4個點的優(yōu)化模型均納入了服藥后6 h或6 h以后的采血點濃度，進一步證實了肝腸循環(huán)階段的MPA濃度對AUC的影響較大，4點模型#10和#11的r2最高，且在驗證資料組PE%落在±15%的人數(shù)亦較多，由于采樣點相對較多，更適用于住院患者晨起服藥后準時采樣，鑒于模型#11中最后一個采樣點在服藥后的12 h，夜晚采樣會影響到患者休息(模型#14～17雖預測效果較佳，也存在相似的問題)，在臨床實際應用中推薦模型#10，即MPAAUC0-12 h=3.19+0.49c0.5 h+1.76c1.5 h+2.95c6 h+5.46c8 h。表2中預測效果達標的其他模型，也可根據(jù)患者的特殊情況靈活選用。
總之，接受MMF治療的AID患者群體中，MPA AUC的監(jiān)測有助于指導MMF的個體化給藥。在國內，MMF治療AID的個體化給藥多憑經驗，缺乏相應的科學依據(jù)，為改善AID患者服用MMF的治療效果，本試驗采用多元線性回歸法首次對聯(lián)合應用糖皮質激素的中國成年AID患者提供了預測MPA AUC的有限取樣模型，并對模型進行了外部驗證與Bland-Altman分析法評估，結合臨床實際情況選擇的模型便于操作，為使用MMF+甲潑尼龍二聯(lián)方案的中國成年AID患者的個體化給藥提供了有力工具。
REFERENCES
［1］ZAHRN，ARNAUD L，MARQUET P，et al.Mycophenolic acid area under the curve correlates with disease activity in lupus pa-tients treated with mycophenolate mofetil［J］.ArthritisRheum，2010，62(7):2047-2054.
［2］KNIGHT SR，MORRIS P J.Does the evidence support the use of mycophenolate mofetil therapeutic drug monitoring in clinical practice［J］.Transplantation，2008，85(12):1675-1685.
［3］YE L K，XIE Z H，WANGRL，et al.Limited sampling strategy for estimating the area under concentration-time curve of myco-phenolic acid［J］.Chin Pharm J(中國藥學雜志)，2009，44(8):611-614.
［4］YE Y F，RONG Y C，LI M W，et al.An artificial neural net-work prediction model for plasma concentrations of mycophenolicacid in renal transplatation recipients［J］.Chin Pharm J(中國藥學雜志)，2013，48(14):1200-1203.
［5］ABDRAHMAN A N，TETT S E，STAATZ C E.How accurate and precise are limited sampling strategies in estimating exposureto mycophenolic acid in people with autoimmune disease?［J］.Clin Pharmacokinet，2014，53(3):227-245.
［6］MOHAMMADPOURA H，NAZEMIAN B，ABTAHI B，et al.Esti-mation of abbreviated mycophenolic acid area under the concentra-tion-time curve during early posttransplant period by limited sam-pling strategy［J］.Transplant Proc，2008，40(10):3668-3672.
［7］BLAND J M，ALTMAN D G.Statistical methods for assessing a-greement between two methods of clinical measurement［J］.Lan-cet，1986，327(8476):307-310.
［8］KUYPERS DR，LE MEURY，CANTAROVICH M，et al.Con-sensus report on therapeutic drug monitoring of mycophenolic acid in solid organ transplantation［J］.Clin J Am Soc Nephrol，2010，5(2):341-358.
［9］FILLERG，HANSEN M，LEBLANC C，et al.Pharmacokinetics of mycophenolatemofetil for autoimmune disease in children［J］.Pediatr Nephrol，2003，18(5):445-449.
［10］NEUMANN I，F(xiàn)UHRMANN H，F(xiàn)ANG I F，et al.Association between mycophenolic acid 12-h trough levels and clinical end-points inpatients with autoimmune disease on mycophenolatemof-etil［J］.Nephrol Dial Transplant，2008，23(11):3514-3520.
［11］DJABAROUTI S，DUFFAU P，LAZARO E，et al.Therapeuticdrug monitoring of mycophenolate mofetil and enteric-coated my-cophenolate sodium in patients with systemic lupus erythematosus［J］.Expert Opin Pharmacother，2010，11(5):689-699.
［12］VAN HESTR，VAN GELDERT，BOUWR，et al.Time-de-pendent clearance of mycophenolic acid in renal transplant recipi-ents［J］.Br J Clin Pharmacol，2007，63(6):741-752.
［13］KAPLAN B.Mycophenolic acid trough level monitoring in solidorgan transplant recipients treated with mycophenolate mofetil:Association with clinical outcome［J］.Curr MedRes Opin，2006，22(12):2355-2364.
第3篇：量子計算的意義范文
[關鍵詞] 血液回收；控制性降壓；異體輸血；脊柱；外科；腦組織氧合；乳酸代謝
[中圖分類號] R331.1 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-0742（2015）05（c）-0005-03
[Abstract] Objective To investigate the value of autologous blood recovery combined with controlled hypotension technology in reducing allogeneic blood transfusion， and analyze its effect on brain tissue oxygenation and lactic acid metabolism in patients with spinal surgery. Methods 80 cases with spinal surgery admitted from January 2013 to December 2014 were randomly and equally divided into two groups， the observation group and the control group. The observation group were given autologous blood recovery combined with controlled hypotension， while the control group were given conventional autologous blood recovery. The intake and output of the two groups in peri-operation were compared. The hemoglobin （Hb）， cerebral oxygen consumption level [C（a-jv）O2]， cerebral oxygen extraction rate（CERO2）， arteriovenous blood lactic acid content （ADVL） before operation， immediately after and 24h after operation were counted and calculated and compared. The mean arterial pressure （MAP） after stable was also compared. Results The volume of blood loss， drainage and urine during operation between the groups showed no significant difference （P>0.05）， but the volume of allogeneic blood transfusion in the observation group was significantly less than that in the control group （P0.05）， but immediately after operation and 24h after operation， Hb in the observation group was significantly higher than that in the control group（P0.05）. But the CERO2 immediately after operation and 24h after operation in the observation group was significantly lower than that in the control group（P
[Key words] Blood recovery； Controlled hypotension； Allogeneic transfusion； Spine； Surgery； Brain tissue oxygenation； Lactic acid metabolism
脊柱外科手術多為大型手術，手術時間長、創(chuàng)傷大，且術中出血量極大，為保證安全，必須行有效的術中及術后補血[1]。但異體輸血可能導致溶血、異體免疫等并發(fā)癥，且可能存在血源不足的問題，故目前有研究推薦應用自體血液回收[2]，且指出聯(lián)合應用控制性降壓能夠更顯著地減少異體輸血量[3]。然而控制性降壓為非生理狀態(tài)，有可能導致重要臟器缺血，造成其它嚴重并發(fā)癥。為驗證兩種異體輸血方法聯(lián)用的安全性，該研究以腦組織氧合和乳酸代謝為例，進行對比分析，報道如下。
1 資料與方法
1.1 一般資料
納入符合上述要求患者80例，行隨機數(shù)字表法均分為兩組。觀察組40例，男女比例13：7，年齡33～71歲，平均（53.2±7.1）歲；對照組男女比例14：6，年齡36～73歲，平均（53.7±7.6）歲。
1.2 方法
患者均行脊柱后路減壓植骨內固定術治療，行氣管插管全麻，手術方案基本一致。對照組予常規(guī)自體血液回收；觀察組聯(lián)合應用自體血液回收及控制性降壓技術。
1.2.1 控制性降壓 術中予硝酸甘油（國藥準字H20057880，1 mL：5 mg）持續(xù)靜脈泵入，速度0.5～5 μg/（kg?min），使MAP逐漸、緩慢降低至基礎值的70%，期間根據(jù)生命體征調整給要速度，至主要操作結束后，立即停止給藥。
1.2.2 自體血液回收 血液回收機為國產自體-2000型，創(chuàng)口血液經管道通過濾網(wǎng)存儲至儲血器，管道配套連接抗凝藥滴管，持續(xù)提供肝素生理鹽水（2 500 U肝素：500 mL生理鹽水）。肝素生理鹽水與血液混合比例1：5。行清洗式血液回收，洗出后血液即刻回輸，儀器參數(shù)均為出廠設置。
1.3 納入標準
ASA Ⅰ～Ⅱ級，脊柱骨折，行外科手術治療者；術前實驗室檢查指標正常；未合并嚴重器質性疾病、血液系統(tǒng)疾病、內分泌系統(tǒng)疾病、心血管疾病等，符合手術指征；術中失血超過500 mL；知情同意；入院時間在2013年1月―2014年12月間。該研究已獲得院倫理委員會批準。
1.4 統(tǒng)計項目
①分別于術前、術后即刻、術后24 h行頸靜脈逆行穿刺、采集血液標本行血氣分析，檢測統(tǒng)計對象頸靜脈血氧分壓、頸靜脈血氧飽和度、頸靜脈球血乳酸含量；動脈穿刺，檢測統(tǒng)計對象動脈血氧分壓、動脈血氧飽和度、動脈血乳酸含量。參考Fick公式計算上述時刻腦動脈血氧含量、頸靜脈球血氧含量、腦氧耗[C（a-jv）O2]、腦氧攝取率（CERO2）、動靜脈血樣乳酸含量差（ADVL）；②統(tǒng)計圍術期出入量，包括失血量、引流量、異體輸血量、尿量；③統(tǒng)計術前、術后即刻、術后24 h血紅蛋白（Hb）水平；④統(tǒng)計術中持續(xù)性降壓穩(wěn)定時平均動脈壓；⑤統(tǒng)計圍術期不良反應。
1.5 統(tǒng)計方法
應用SPSS 19.0統(tǒng)計學軟件處理數(shù)據(jù)，計量資料按均數(shù)±標準差（x±s）表示，行t檢驗。
2 結果
2.1 圍術期出入量對比
觀察組手術時間（4.0±0.8）h對比對照組（4.0±0.6）h，差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。兩組圍術期除異體輸血量外，其它統(tǒng)計項目差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05），見表1。
2.2 腦組織氧合和乳酸代謝對比
兩組C（a-jv）O2、ADVL在各時間點對比，差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05），但觀察組術后即刻、術后24 h CERO2均明顯低于對照組，差異有統(tǒng)計學意義（P
2.3 圍術期Hb及MAP變化對比
觀察組術后即刻及術后24 h Hb明顯高于對照組，差異有統(tǒng)計學意義（P
2.4 圍術期不良反應對比
觀察組圍術期未出現(xiàn)不良反應，術后無嚴重并發(fā)癥；對照組數(shù)學期間出現(xiàn)過敏性發(fā)熱1例、蕁麻疹1例，對癥處理后均好轉，術后亦無嚴重并發(fā)癥。
3 討論
相較異體輸血，自體血液回收有顯著優(yōu)勢，如可避免血源短缺、免疫相關并發(fā)癥等，故已得到全面普及，但實踐表明，即便行自體輸血，患者圍術期可能還需要補充異體血，這可能與集體應激、創(chuàng)傷等因素有關[4]，并提示還需通過其他策略進一步減少異體血輸注量。研究結果顯示，觀察組手術時間（4.0±0.8）h對比對照組（4.0±0.6）h，差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。兩組圍術期除異體輸血量外，其它統(tǒng)計項目差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。該例對照組僅行自體血液回收，圍術期消耗異體血（2.5±0.6）U，而觀察組在此基礎上聯(lián)合行控制性降壓技術，異體血消耗量下降至（0.6±0.2）U，可見控制性降壓有助于進一步減少異體輸血量。
然而控制性降壓狀態(tài)下，機體血流灌注異常下降，可能影響重要臟器新陳代謝，考慮到腦組織在人體內新城代謝率最高、對缺氧較為敏感[5]，該研究認為分析患者腦組織氧合和乳酸代謝可能有助于評價自體血液回收聯(lián)合控制性降壓對機體缺氧、缺血的影響，結果則顯示觀察組腦組織氧儲備良好，乳酸代謝亦無明顯變化。此結果較為合理，主要是因為本研究以頸靜脈球血氣參數(shù)、Fick公式計算腦組織氧合及乳酸代謝，而頸內靜脈球部血不包含頸外靜脈血，多來自大腦半球。
兩組C（a-jv）O2、ADVL在各時間點對比，差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05），但觀察組術后即刻、術后24 h CERO2均明顯低于對照組，此差異有統(tǒng)計學意義（P
CERO2則與Hb差異無關，此指標僅與有氧代謝及腦血流量有關，因此能更清楚地反映患者腦氧代謝情況。觀察組在術后即刻及術后24 h該指標更低，這說明觀察組減少異體輸血的策略能夠減少腦神經細胞從動脈血氧中攝取氧，從而改善微循環(huán)，增加腦組織氧供，查本俊等人的亦得出了相似的結論[8]。對照組此指標術后上升，則表明腦氧代謝高，可能出現(xiàn)腦缺氧問題。本例術中及術后未出現(xiàn)明顯并發(fā)癥，則提示只要掌握輸血指征，保證紅細胞水平，無論是何種輸血方案，均有較高的安全性，這與其他研究結果類似[9-10]。
ADVL則反應無氧代謝程度，該指標越高，無氧代謝率越高。本研究結果指出兩種輸血方案下，患者ADVL并無明顯差異，說明聯(lián)合應用控制性降壓及自體血液回收，并不會導致腦組織無氧代謝增加。
由上述3指標的變化，能夠看出兩種減少異體輸血量的策略聯(lián)用，不僅能夠協(xié)同降低異體輸血量，還不會嚴重影響腦氧供需平衡。為明確兩種策略對機體循環(huán)的影響，本研究還直接檢測了患者的Hb及MAP變化，研究結果顯示，觀察組術后即刻及術后24 h Hb明顯高于對照組，差異有統(tǒng)計學意義（P
[參考文獻]
[1] 楊文榮，楊洪光，艾登斌，等.急性高容血液稀釋聯(lián)合控制性降壓和自體血回收在腰椎手術的應用[J].中國輸血雜志，2012，25（5）：455-457.
[2] Tsuno NH， Nagura Y， Kawabata M， et al. The current status of autologous blood transfusion in Japan - The importance of pre-deposit autologous blood donation program and the needs to achieve patient blood management[J].Transfusion and apheresis science： official journal of the World Apheresis Association ： official journal of the European Society for Haemapheresis， 2013， 49（3）： 673-680.
[3] 吳萍，林梓霞，鄭良杰，等.脊柱手術中血液稀釋、控制性降壓聯(lián)合血液回收減少術中出血效果觀察[J].山東醫(yī)藥，2014，54（30）：89-90.
[4] 苗玉良，劉艷，任冬云，等.自體血回收-回輸術用于脊柱側凸術效能的分析：基于傾向值匹配法的回顧性研究[J].中華麻醉學雜志，2014，34（6）：733-735.
[5] 唐純海，吳全理.術前急性等容血液稀釋聯(lián)合術中自體血回收在神經外科手術中的應用[J].天津醫(yī)藥，2012，40（2）：178-179.
[6] 張學康，趙為祿，閔佳，等.急性高容量血液稀釋聯(lián)合瑞芬太尼控制性降壓對顱內動脈瘤術患者血流動力學和腦氧代謝的影響[J].臨床麻醉學雜志，2012，28（2）：109-112.
[7] 韓明明，趙國慶，蘇毅，等.尼卡地平與硝酸甘油控制性降壓對顱內動脈瘤夾閉術患者腦氧代謝的影響[J].中國實驗診斷學，2012，16（2）：282-284.
[8] 查本俊，吳志云，熊華平，等.急性等容血液稀釋聯(lián)合低中心靜脈壓對肝癌手術腦氧代謝的影響[J].臨床麻醉學雜志，2013，29（5）：454-457.
[9] 涂杰，張炳東，呂靜，等.急性高容量血液稀釋對老年患者術后認知功能和腦氧代謝的影響[J].中國老年學雜志，2013，33（10）：2265-2268.
第4篇：量子計算的意義范文
注意教材書（文獻［9］）已有"輻射場"及"能量場"的物理學概念。但囿于理論局限，使得教材書對這種場的描述是靜止的（機械的）、孤立的（與物質世界無必然聯(lián)系的）、無源的（原因不清），因而也是抽象的（沒有物理意義的）。
上已證明，原子中能量量子化的根源是原子核，量子化是原子核自身性質。值得物理學注意的是，原子核這種性質并不孤立存在，它同時還嚴格地規(guī)定著所有外部世界。因而使得電子、原子、分子、物體、天體、宇宙都只能有唯一穩(wěn)態(tài)位置和結構。這就是大自然最基本的內在本質規(guī)律。也就是普適方程即（20）式所揭示的規(guī)律。
那末，具體規(guī)律是什么呢？請看：
4.2 輻射能場（存在）定理
研究表明，輻射能場準確存在可用定理表述。
〖輻射能場定理〗:任何粒子（含場粒子及天體，無例外，下同）在其周圍都形成（存在）一種輻射能場，這種輻射能場可用普朗克常數(shù) ? 和量子數(shù) n＝0,1,2,3… 準確具體描述。在微觀輻射能場表現(xiàn)為量子化，在宏觀則表現(xiàn)為大量粒子的簡并統(tǒng)計結果。
4.3 輻射能場實質
輻射能場實質系以粒子為中心，向周圍空間拋射場粒子流（這里主旨中性場粒子流，對于電磁場當有別論），這種場粒子流經電子集約化就成了光子。研究也表明，任何光子包括 X 射線都準確如此。參見（15）式，據(jù)此不難描述任何光子的自身結構。并且可以證明任何光子的靜止（如可能）質量均不為零。認為光子靜止質量為零，還是量子力學根據(jù)"相對論"瞎子摸象猜測結果。
這已表明光子的真實粒子性。并可準確具體證明，所謂波動性實際上是普朗克常數(shù)與量子數(shù)相互作用的一種客觀表象，任何光子都不存在任何物理意義上的波動屬性。
4.4 輻射能場形象
研究表明，輻射能場形象與點光源的光通量完全一致。對于原子核，其輻射能場可用圖（3）準確表示：
圖中箭頭方向表示輻射能流方向，其線密度表示能流密度，n為量子數(shù)。
4.5 輻射能場性質
研究表明，輻射能場實質系以光速拋射場粒子流（粒子上限為中微子），故，輻射能場具有排它性。原子核的輻射能場首先排斥核外所有電子，任何電子也因此未能落到核上，這是事實。所以，電子未能落到核上量子力學的任何解釋都只能是自欺欺人的胡言亂語！也所以，玻爾對電子的擔心完全多余。
需要指出，輻射能場這種排斥作用，通常主要表現(xiàn)為能量形式。相形之下排斥力效應很小，一般可忽略。這與太陽光輻射的能量效應十分明顯，而太陽光的壓力效應十分微小，完全相似。不過在研究宇宙膨脹時，完全不可忽略天體輻射的斥力效應。就是說，"宇宙斥力"存在。然，囿于歷史和理論局限，愛因斯坦在提出宇宙斥力概念后，又不得不自我否定。
4.6 原子核輻射能場數(shù)學表達式
大量研究表明，原子核（質子）的輻射能場數(shù)學表達式準確為：
E ＝ n2·h2 ／ 2mP·r2 ―――――――― (21)
式中 h 為普朗克常數(shù)，n為量子數(shù)，mP為質子質量，距離為r＝0∞，需指出，輻射能場場強 E 具有能量量綱（這是因為使用因子 h 結果），其數(shù)值則為 r處單位面積上的能量。
注意：該式與（64）式有必然聯(lián)系，但物理意義微妙不同，且具有豐富物理內容（略）。
研究還表明，由此電子所得到的原子核輻射能場能量準確地為：
E ＝ n2·?2 ／ 2me·r2 ――――――― (22)
注意：這也就是玻爾量子化條件。
式中 me 為電子質量，不難看出普朗克常數(shù) h＝2π? 緊密地聯(lián)系著質子和電子。
已很明顯，量子力學與玻爾相比，玻爾正確，量子力學謬誤！
并且由（21）、（22）式不難看出，當量子數(shù) n＝0時，E＝0。 需指出，這是物質結構非常狀態(tài)。參見圖（3），在 n＝0 時，原子核沒有了輻射能場，原子核不再有排斥電子的能力。于是，電子必然落到核上。研究表明，這就是宇宙到達最低溫度--宇宙奇點的情況。于是，原子中發(fā)生比核反應還強烈的變化，結果原子爆炸--物質爆炸--宇宙爆炸！這就是宇宙爆炸原因，由此也不難了解宇宙過去。
可悲的是，量子力學竟將量子數(shù) n＝0 也定義為原子的一種穩(wěn)定狀態(tài)。可歌呼？可泣乎？災難，罪過！阿們--
4.7 輻射能場的實驗驗證
4.7.1 太陽的輻射本領已足夠大
目前世界公認太陽發(fā)射本領（文獻[2]）為3.8×1033（爾格/秒），這相當于太陽每秒拋射出質量為 m＝4.2×109(千克) 物質。但如上可知，太陽實際發(fā)射本領遠大于此。因為太陽光僅是輻射能流的一部分，這種能流粒子上限為中微子。
4.7.2 宇宙正在膨脹
宇宙正在膨脹，表明"宇宙斥力"存在，這是宇宙中心輻射能場性質。宇宙正在膨脹恰系宇宙中心輻射能場的客觀真實寫照（或曰照片）。
4.7.3 "太陽風"的存在
文獻 ［10］介紹的"太陽風"正是本文定義的太陽輻射能場，太陽風就是太陽輻射能場的客觀真實寫照。該文獻給出了對太陽風考察的衛(wèi)星實際探測結果（文獻圖示略）。這可謂太陽輻射能場的真實實驗驗證。
4.7.4 第四個驗證是，任何原子中任何電子均未能落到核上，這是事實
不僅如此，人為方法：高能陰極射線、X射線或高能加速器也很難將電子打到原子核上。這絕非因碰撞截面太小，總會有幾率。實際上正是由于原子核具有排它性的輻射能場排斥效應所致。由（22） 式可見，電子得到的原子核排斥能與距離平方成反比例。在核半徑處排斥能十分巨大，以致可忽略靜電引力能。簡單計算表明，電子必須具有200倍C(光速)才可能到達核半徑處。也因此，玻爾對電子的擔心完全多余！
需要指出，對此類問題，量子力學仍會故伎重演--狡辯。但經如上及以下分析論證，量子力學純系主觀臆造，對物理學實質問題全然無知，已經使得量子力學的狡辯不再有任何效力。
4.7.5 第五個驗證是人們熟悉的，然而又不熟悉的，這就是氣體壓力
量子力學會立即反駁說："氣體壓力來自分子熱運動和碰撞" （文獻[8]）。需指出，這種解釋充其量只能算作表面化非本質解釋，作為哲學或市民語言尚可，但不能作為物理學家語言。在嚴格物理意義上說這種解釋是自欺欺人的。這種解釋實際上并不清楚分子熱運動的實質和根源，更不知溫度對單個分子的意義是什么。量子力學（文獻 [8]）以公開宣稱："對單個分子溫度沒有任何意義"。
這是因為量子力學有一劑靈丹妙藥--波函數(shù)Ψ --量子力學家主觀意識，就可以包治百病。溫度與這靈丹妙藥無任何聯(lián)系，在靈丹妙藥中沒任何位置，所以溫度沒有用處。也所以量子力學結論：對于單個分子，溫度沒有意義。
但是，只要神經不錯亂，人人都懂得，既然宏觀溫度是大量分子集體貢獻，怎么能說單個分子沒有貢獻？單個分子又怎能擺脫溫度環(huán)境？這與人對社會貢獻完全一致，能說個人對社會的貢獻沒有意義嗎？！
大量研究已經表明，溫度概念同樣也有極為豐富的物理內容。溫度問題同樣也貫穿全部物理世界全部內容。并對此可做如下結論：
普朗克常數(shù) h＝2π? 與量子數(shù) n＝0,1,2,3…好比一對孿生兄弟，他們共同貫穿全部物理世界全部內容，并且，宏觀溫度 T 就是量子數(shù) n＝0,1,2,3… 的照片。
注意，此結論在確切物理意義上正確。
研究還表明：分子熱運動及分子間斥力的實際根源正在于原子（核）間排斥能場相互作用的結果。并可得以下具體結果：
PV＝∑Ei ―――――――――――――――― (23)
式中PV為氣體壓力勢能，Ei為單個氣體分子的輻射能場能量（推導略）。這種嚴格關系唯一證明分子（原子）輻射能場客觀存在。此時并唯有此時輻射能場的排斥力效應也十分明顯，這就是氣體壓力。
第五章 大自然內在本質規(guī)律二
5.1 大自然內在本質規(guī)律之二--潛動能客觀存在
研究還表明，這種規(guī)律正確存在也可用定理表述：
5.2 潛動能定理
〖潛動能定理〗：任何質量為 m 的物體（含場粒子及天體）當以速度 V 運動時，必有潛動能存在。若以符號 T2 表示則為：
T2 ＝ （1/2） mV2 ――――――――――― （24）
可見，潛動能在數(shù)值上與物體經典動能（機械動能）相等?，F(xiàn)將經典動能定義為顯動能，并以符號 T1 表示之：
T1＝ T2 ＝（1/2） mV2 ―――――――― （25）
那么，可以定義物體運動全動能，以符號 Tm 表示則為：
Tm ＝ T1＋T2 ＝ mV2 ――――――――― （26）
如果，質量 m 以光速 C 運動，其全動能必為：
Tm＝ mC2 ＝ E ――――――――――― （27）
看！這就是遐邇聞名的愛因斯坦質能關系。這已表明，愛因斯坦質能關系只不過是物體（粒子）運動全動能之特例！然而，不僅愛因斯坦本人，而且后人至今都不清楚質能關系的物理意義?？桑?7）式中 E＝mC2 的物理意義是再清楚不過了！
5.3 潛動能的物理意義
研究表明，潛動能普遍客觀存在，實際上它是物體（粒子）運動時的伴隨能量。由于潛在性，低速時或直觀上人們難以發(fā)覺。只有在高速時才明顯表現(xiàn)出來，所以人們至今尚不知曉。
研究表明，潛動能實質也是一種輻射能場，這種場粒子上限亦為中微子，對中微子目前尚不能檢測，這也是人們尚未發(fā)現(xiàn)潛動能的直接原因。
需指出，溫度為 T 的物體當以速度 V 運動時，同時存在輻射能場及潛動能能場，兩種能場分別可測并須分別描述。但是，以下將完全證明原子核的輻射能場實際上就是原子核自旋潛動能。由此也證明潛動能普遍客觀存在。
也所以潛動能的能量效應較其壓力（即動量）效應明顯，尤其當速度V＜＜C 時，人們無法觀測到這種動量效應。然而當物體速度接近光速（VC）時，潛動能的能量效應與動量效應均不可忽略。這時潛動能的能量效應形成愛因斯坦的質能關系事實；而其動量效應則形成"物質波"的事實。這就是"物質波"的本來面目和真實內容。
5.4 潛動能的實驗驗證
5.4.1 回旋加速器的驗證
文獻 [10] 介紹："電子在回旋加速器中，任何瞬間，軌道平均磁場的增量必須是軌道上磁場增量的 2 倍"。即：
dBave ＝2dB ―――――――――――――- （28）
這無疑表明本文如上全動能成立，亦即表明潛動能客觀存在。
5.4.2 電子在加速器中同步輻射光
電子在加速器中同步輻射光能正是電子運動的潛動能，并且，電子同步輻射光的波長 λ為：
λ ＝ h·c／E ―――――――――――――― （29）
注意：式中能量 E 是電子同步輻射光能量，也就是電子的潛動能。
5.4.3 地球的潛動能
地球有潛動能？從沒聽說過！有人說。
不錯，但經本文由普適方程已經計算出地球確有潛動能：月球的存在給出完全的證明。因為本文對月球的計算表明，普適方程不僅適用于太陽系，而且適于地（球）--月（球）結構。并且，對月球的計算，得出兩個重要結果：①由普適方程計算月球繞地（球）軌道半徑與天文觀測（文獻［2］）的誤差小于1％ ； ②由普適方程計算得出--月球是顆裸星。這已是個奇跡，目前為止任何理論都辦不到！
這種結果無疑表明：
第一，地球所得到的太陽輻射能剛好等于地球軌道動能，也剛好等于地球的潛動能。于是，地球能量處于一種動平衡中。這表明，月球繞地（球）軌道受地球潛動能嚴格支配，亦即受地球軌道動能嚴格支配，亦即受太陽能量嚴格支配。不僅如此，太陽以此嚴格支配著系內所有天體（無例外）的運行（位置、動能、尺寸、質量以及軌道曲線性質）。
第二，地球運動潛動能客觀存在，在數(shù)值上準確等于地球軌道運行動能。故〖潛動能定理〗成立！
第三，"物質波"就是本文所定義的"潛動能"。
第四，普適方程無條件成立！
5.4.4 X射線韌致輻射
周知，X射線韌致輻射最短波長 λmin 為：
λmin ＝ h·c／E －――――――――――― （30）
式中 E 為外加能量，在數(shù)值上等于電子顯動能，也等于潛動能。需要指出的是，電子只能放出潛動能形成所謂的"波長"：λ。而電子的顯動能與宏觀物體的機械動能一樣：只能直接作機械功，不能直接成為輻射能。量子力學對此問題"心不在肝"！
所以，（30）式的真實物理內容是：電子放出潛動能形成所謂波長：λ，這證明潛動能客觀存在?？墒?，量子力學，還有德布羅意，把這稱為"物質波"！
還要注意：由（30）式可見，韌致輻射最短波長 λmin 連續(xù)可變，這已完全表明電子能量連續(xù)可變。再一次證明"量子化"并非電子自身固有屬性。
第六章 物質波及其實質
6.1 究竟物質波是什么
談物質波問題，恰進入量子力學權威領地。作為權威，理應對此做出科學合理解釋。遺憾的是雖經近百年發(fā)展量子力學仍滿足于對物理現(xiàn)象作似是而非的猜測，量子力學的"波函數(shù)"概念正是對"物質波"現(xiàn)象的猜測，并強加給電子。
下面考察物質波。
德布羅意"物質波波長"表達式為：
λ ＝ h／p ―――――――――――――――― （31）
該式表示什么物理意義呢？
認真研究表明：雖然 λ 具有長度量綱，但并不表征任何長度物理量，只能表征粒子動量p 的反比量度。之所以具有長度量綱，是因為動量 p 反比量度的單位取 h 的結果。除此之外（31）式不再有其他物理意義，或將其變化如下：
λ＝h／p＝hv／pv＝hv／mv2＝hv／Em ――― （32）
式中 Em＝Tm 為前文定義的粒子運動"全動能"，這表明 λ 亦可表征粒子運動全動能的反比量度，或者說是對潛動能的一種量度。所以可結論：
6.2 物質波實質
第一，"物質波"波長只能表征粒子運動時的動量效應或者潛動能，實質是潛動能的反比量度。除此之外（32）、（31）式不再有其它意義。
第二，"物質波波長"絕不表示粒子有任何物理意義上的"波動"性質！
第三，那又為何將 λ 定義為"波長"呢？研究表明，這還是在于量子力學的特長--富于猜想的結果：看到粒子（光子或電子）的干涉和衍射現(xiàn)象，聯(lián)想宏觀波動（水面波動）的干涉，于是猜想微觀粒子（光子和電子）有一種說不清的波動性質。由此便將 λ 定義為"波長"。殊不知，宏觀波動（水面波動）的干涉與微觀粒子的干涉是完全不同的兩回事。研究表明，水面波動確系水面物質波動。而粒子（光子和電子）的干涉和衍射卻完全是由普朗克常數(shù) ? 與量子數(shù) n (一對孿生兄弟) 共同（技術）表演的結果。并可嚴格準確具體證明:粒子（光子或電子）的干涉條件中的自然數(shù) n＝0,1,2,3… 恰為量子數(shù) n＝0,1,2,3…（略）。這是因為粒子的干涉和衍射現(xiàn)象是粒子與（量子化了的）物質場（輻射能場）相互作用的必然結果。
并且在本文已到達的深度--準確描述場粒子自身結構深度上說，仍未發(fā)現(xiàn)任何粒子有任何內稟波動屬性。這說明根本不存在"物質波"。而德布羅意"物質波"概念恰在于粒子運動"潛動能"的事實。所以，與其說德布羅意發(fā)現(xiàn)了"物質波"，毋寧說他發(fā)現(xiàn)了粒子運動的潛動能。
之所以人們認為粒子具有波動性，客觀原因在于人們對微觀粒子，例如光子，幾乎完全缺乏了解。也因之，目前為止，光子的"波粒二象性"問題仍屬世界公認遺難問題之一！
第七章 普適方程物理意義
7.1 普適方程物理意義
普適方程物理意義可用圖（4）
描述如下：
圖中曲線 ① 就是普適方程 ①
式，這代表大自然一種普遍基本規(guī)
律--相互吸引規(guī)律。式中 T 為
粒子（含天體 ）軌道動能，V 為引
力勢能。動能等與勢能之半，這本是
經典物理內容。
曲線 ③ 就是普適方程 ③ 式，
這代表大自然另一種普遍基本規(guī)律
--相互排斥規(guī)律。式中 E 為粒子
（含天體）所得到的由輻射中心來的
輻射（排斥）能。
顯然，曲線 ① 是線性的，即引
力能 V 隨距離 r 呈直線變化；而
排斥能 E（曲線 ③）是雙曲線。故，
兩條曲線必相交，交點為 ②，即普適方程 ② 式（T＝E）。這代表大自然第三種基本規(guī)律--普遍客觀存在規(guī)律--兩種相反作用永恒絕對平衡規(guī)律：既可以是穩(wěn)態(tài)平衡，例如原子和太陽系；又可以是動態(tài)平衡，例如銀河系及宇宙的膨脹（含宇宙爆炸）。并且牛頓力學在大自然中完全好用！量子力學對牛頓力學的非議純屬癔語糊勒！
7.2 普適方程注釋
第一，普適方程物理意義雖很寬廣，但卻真實具體，并不抽象。
第二，普適方程可以直接用來計算原子結構，計算天文結構須要變換（略）。
第三，已不難看出大自然（宇宙萬物）沒有任何東西能夠（可以）逃脫普適方程規(guī)律的支配！所以這里用了"永恒絕對普遍"規(guī)律說法，不僅物理意義，而且哲學意義準確可靠。亦不難看出人類目前為止的哲學理論錯誤（略）！
第四，因此不難理解：普朗克常數(shù)及量子數(shù)好比一對孿生兄弟，他們共同貫穿全部物理世界全部內容！
研究表明，這已構成物理學最基本的定律--物理學奠基定律。以致物理學不得不另辟一章：
第八章 物理學奠基定律
8.1 物理學奠基定律
〖物理學奠基定律〗：普朗克常數(shù) h＝2π? 與量子數(shù) n＝0,1,2,3… 好比一對孿生兄弟，它們同時共同貫穿全部物理世界全部內容，無例外。
第5篇：量子計算的意義范文
5月5日，中國人自己的大飛機C919首飛成功，舷窗外是蔚藍而廣闊的天空。此前中國科學院于5月3日對外宣布，世界首臺 10 比特光量子計算機研發(fā)成功，并且，這臺計算機采用的架構還具有繼續(xù)增加量子位數(shù)目和提高采樣率的能力。
中國仿佛進入“每天都釋放驚喜”的時代。
不論是飛船天舟、大飛機C919，還是充滿“玄幻感”的量子計算機，都在不斷詮釋著“中國力量”，以及其中包含的變革、創(chuàng)新、開放和超越等諸多意義。顯然，在全球經濟仍然面臨諸多不確定性的語境下，以創(chuàng)新引領轉型升級的中國經濟讓每一個對其充滿善意期待的人都更有信心。
大飛機上天、航母下水、高鐵走向世界、量子計算機問世……在有著5000年悠久文明、經歷過積弱積貧苦難、正在走向復興夢想的中國大地上，“大國重器”接踵而至帶來的自豪在微信朋友圈霸屏。與此同時，越來越多的人也想得更深和看得更遠：全新的、多維度的戰(zhàn)略發(fā)展平臺已然搭建起來，中國制造和中國創(chuàng)造不僅能跟全球頂尖創(chuàng)新體系對標，在更先進、更高附加值和更充滿想象力的領域，中國強大的競爭力正在全面形成。
網(wǎng)友親切地將C919稱為“胖9”。從首飛到商業(yè)飛行，“胖9”還有很長的路要走。但“胖9”放飛的不只是航空產業(yè)的夢想――凝聚著22個省市、200多家企業(yè)、近20萬人的共同托舉之力，這架大飛機其實承載了建設創(chuàng)新型國家和制造業(yè)強國的嶄新發(fā)展理念。
什么是中國經濟發(fā)展“新常態(tài)”？供給側結構性改革需要怎樣的目標引領？轉型升級有沒有可觸摸的藍圖？在蔚藍的天空，帶著后發(fā)優(yōu)勢的“胖9”能給人諸多啟迪。
中國商飛上海大場總裝車間門前，“永不放棄”的碑刻見證了“胖9”的誕生和起飛，也使人想起的一席話：“大型客機研發(fā)和生產制造能力是一個國家航空水平的重要標志，也是一個國家整體實力的重要標志?！?/p>
毫無疑問，C919客機代表的不僅是當下中國民用飛機制造的最高水平，也體現(xiàn)著中國工業(yè)制造的綜合能力，是中國現(xiàn)代制造業(yè)攀登上一個新高峰的標志。從“運十”到“胖9”的40多年艱難曲折的逐夢歷程，灑滿了科學家、企業(yè)家和中國工匠的汗水和淚水，中國經濟也一度在“幾億件襯衣?lián)Q一架飛機”的階段徘徊。
“常常想起2014年珠海航展期間，中國商飛舉辦‘大飛機之夜’晚會，原‘運十’副總設計師程不時用小提琴獨奏《天鵝之死》那凄婉的樂聲?！痹贑919首飛現(xiàn)場，有人充滿深情地寫下了這樣的文字。而已屆高齡的程不時表示，我們買飛機的錢，用嶄新的百元面額鈔票堆起來，已經比上海的百座金茂大廈要高……令人欣慰和值得期待的是，我們的大飛機終究起飛了。
一架大飛機關聯(lián)著一個萬億美元級別的巨大市場和更龐大的配套產業(yè)鏈條，其具有的產業(yè)帶動、創(chuàng)新引領意義，其實遠不止@些――因研制大飛機而搭建的創(chuàng)新鏈、供應鏈和價值鏈，或能使身處轉型升級陣痛之中的企業(yè)家有更開闊的思路和視野。正是站在轉型升級的戰(zhàn)略高度，業(yè)內外專家相信，一架帶著中國標簽的大飛機的騰空而起，有著太多的標志性意義――“如果沒有國之重器的發(fā)展，就沒有中國產業(yè)的‘黃金龍骨’。”
這個“黃金龍骨”，是更有科技和市場競爭力的支柱產業(yè)體系。
尋找新動能，打造新引擎，以創(chuàng)新引領產業(yè)結構升級，正是當下中國經濟矢志努力的轉型目標和變革方向?！叭绻袊軌蛟诤娇疹I域真正成功，那它基本上可以說會無所不成。”國外觀察家的這一判斷，也從另一個維度揭示了大飛機等“大國重器”具有的戰(zhàn)略意義――應對資本收益邊際加速遞減，跨越中等收入陷阱，抵達供給側結構性改革的彼岸，中國需要更專注于創(chuàng)新、更著眼于長遠和更具有可持續(xù)性的發(fā)展動能。
第6篇：量子計算的意義范文
難以觀測的粒子
兩千多年前，古希臘哲學家德謨克利特就認為，物質是由原子組成的?！霸印币辉~的英文就來自希臘文，含義為“不可分割的”。
但是，直到18世紀才開始有現(xiàn)代意義上的原子理論，而原子的真正奧秘則直到20世紀才開始被揭示。這究竟是為什么呢？因為原子實在太小了，看不見、摸不著。如今我們知道，原子并非是“不可分割的”，它是由更小的粒子所組成的。
所謂粒子，是指構成物質的比原子核更簡單的物質，包括電子、質子、中子、光子、介子和超子等?？茖W家最早發(fā)現(xiàn)的粒子是電子和質子，1932年又發(fā)現(xiàn)了中子，確認原子由電子、質子和中子組成。以后發(fā)現(xiàn)的粒子越來越多，累計已超過幾百種，且還有不斷增多的趨勢。
后來，科學家還發(fā)現(xiàn)，微觀世界的粒子所遵循的物理規(guī)律和宏觀世界有所差異。宏觀世界的能量是連續(xù)的，而微觀世界的能量是按照最小的單元跳躍式增長。這種能量的最小單元稱為量子。在此基礎上建立起來的物理學稱為量子物理學，原子、電子、光子等粒子的活動則遵循量子物理學的相關定律。
有意思的是，量子物理學雖然表述的是微觀粒子的活動規(guī)律，卻是在宏觀觀測的基礎上建立起來的。也就是說，物理學家觀測粒子的宏觀活動，然后推測出這些粒子的微觀量子特征。
我們知道，在傳統(tǒng)物理學領域，我們要了解某個物體的特征，可以直接觀測單個的物體。比如，我們要總結滾動摩擦的特性，可以用一輛帶輪子的小車來做實驗。那么，為什么量子物理學家不直接觀測單個粒子呢？這是因為單個粒子實在太小，且太活潑了，要找到單個的粒子就已經很不容易了，即使找到它們，它們也不會按照某種規(guī)律停留在某個地方或某個軌跡上。
捕捉光子的陷阱
由于粒子太小太活潑，于是科學家自然就想到設置個“陷阱”去困住這些粒子。這個思路聽起來很簡單，似乎常人都能想到。但是，設置這個陷阱卻是個高難度的事情，一度被科學界認為是不可能的事情。法國物理學家賽日爾?阿羅什卻率先完成了這個似乎不可能的任務。 阿羅什（右）在進行光子阱實驗 瓦恩蘭在設計原子鐘
從1990年開始，阿羅什就在設法完成這個任務。最終，他在接近絕對零度（零下273攝氏度）的溫度條件下，用兩個高性能超導體充當?shù)姆垂忡R組成了一個光學陷阱。這種陷阱的科學術語為“高反射光學微腔”，或“光子阱”。
接下來，阿羅什成功地把一些光子引入到光子阱中。這些光子被困在反光鏡陷阱中的時間僅僅為0.1秒。這個時間對我們普通人來說實在太短了，也不過一眨眼的時間。但是，對于量子物理學家來說，這個時間已經足夠長了。
在這短短0.1秒的時間內，光子不斷反彈的總移動距離居然高達3萬千米，足以做很多測量和操控動作。阿羅什就是抓住了這個轉瞬即逝的機會，將一個極為活躍的“里德博原子”送入“陷阱”中作為探針。這個原子在捕獲光子后，將單個光子的量子信息呈現(xiàn)出來，就如同X光描繪出人體的內部構造一樣。
阿羅什早在20年前就設置出光子阱，而且他一直堅持從事這個領域的研究，并不斷獲得新的突破。2011年，阿羅什在光子阱實驗中引入反饋機制。當發(fā)現(xiàn)光子阱中的光子數(shù)變少時，他就注入新光子，令光子阱中保持固定數(shù)目的光子。采用這樣的方法，就好像把一些光子永久地困在了光子阱中，這超越了愛因斯坦的希望――將光子困住幾秒。
阿羅什花了很大的力氣來建立光子阱，但是他曾經也不太清楚他的研究成果究竟會有什么實際應用。他說：“如果你像我們一樣研究單個的粒子，那么你將可以以一種奇妙的方式來揭示量子力學，并且你也可以研究所有的量子過程?！币苍S，好奇心才是驅動他一生進行這項研究的動力，而研究工作本身就是對他最好的報答。
阿羅什在接到獲獎的電話通知時正與妻子一起回家，他說：“我很幸運，我在街上走著，正好經過一個長椅，所以我就馬上坐下來……當我看到是瑞典的號碼時，我就知道好事來了，你知道那種感覺勢不可擋?！?量子計算機通過操控粒子的量子狀態(tài)來快速傳輸信息（漫畫）。
捕捉離子的陷阱
在阿羅什的實驗中，光子是被囚禁的粒子，而原子是探針。而美國科學家戴維?瓦恩蘭設計的實驗正好與之相反，他把離子（即帶電的原子）囚禁起來，用光子作為探針去探測和操控它。
1975年，瓦恩蘭被聘為美國國家標準技術研究所物理研究員。在那里，他成為離子儲存團隊的負責人。應用激光冷卻離子技術，這個團隊制造出了至2012年為止最準確的原子鐘。正是在研制原子鐘的過程中，瓦恩蘭設計了捕捉離子的陷阱。阿羅什是用光學陷阱來囚禁光子，瓦恩蘭則用電磁場作為陷阱來囚禁離子，這個陷阱的科學術語因此稱為“離子阱”。為了確保被囚禁的是單個離子，需要這個實驗在超高真空和超低溫的條件下進行。要實現(xiàn)這些條件又是十分高難度的事情。最終，瓦恩蘭完成了對單個離子的囚禁，測得了單離子的量子信息。
目前，許多研究人員都已經能在實驗室中實現(xiàn)對單個粒子的囚禁，并在單粒子量子系統(tǒng)研究中取得了不少成果。但是，阿羅什和瓦恩蘭是這個領域的開拓者，因此2012年的諾貝爾物理學獎頒發(fā)給了他們。
粒子陷阱的用途
目前，離子阱和光子阱已被廣泛地應用于科學和技術研究的各個領域。尤其是近幾十年來，人們以離子阱為工具，把激光冷卻技術應用于離子阱，為精密測量、制造新材料、觀察新現(xiàn)象、獲得新知識提供了廣泛的實驗基礎。
離子阱的研究還可以用來建造超高精度的原子鐘。在這種新型的原子鐘里，科學家用囚禁起來的離子取代了傳統(tǒng)原子鐘所采用的銫原子。目前，這種新型時鐘已經達到了比傳統(tǒng)銫原子鐘高兩個數(shù)量級的精度。在那樣的精度下，哪怕從宇宙大爆炸之初開始計時，迄今的累計誤差也只有區(qū)區(qū)幾秒。
建造出這種人類歷史上最精確的時鐘，到底有什么實際意義呢？意義可是相當重大：人類可以更精確地測量各種宇宙常數(shù)，同時，也可以進一步驗證廣義相對論的各種預測。根據(jù)廣義相對論，在引力場強度更高的地方或是在速度更快的狀態(tài)下，時間的流逝將會變慢，這種微觀效應很難在實際生活中觀察到。而通過世界上最精確的原子鐘，一個人即使是高度變化30米，或是以10米/秒的速度進行運動，時間對于他流逝的速度變化都可以測量出來――這將是驗證廣義相對論對于時空特性的描述的絕佳工具。
和實現(xiàn)精密的測量、制造更精確的原子鐘相比，諾貝爾評獎委員會認可阿羅什和瓦恩蘭的原因是他們開啟了量子計算機時代的大門。兩位獲獎者的突破性實驗方法使得整個研究領域向研制新型超快量子計算機又跨了一大步。由于量子計算機在理論上要比現(xiàn)有的計算機快成千上萬倍，人們十分期盼它能盡快變?yōu)楝F(xiàn)實。
目前，量子計算機（在理論上將比現(xiàn)在的計算機快成千上萬倍）是各國科學家竭力攀登的高峰。但這不僅涉及技術問題，也涉及許多基礎物理問題。量子計算機需要克服的最大障礙是讓處于宏觀世界的我們如何去操控微觀世界的粒子，最理想的情況是能夠操控單個量子。量子計算機研究面臨的難題之一就是如何操控單粒子的量子狀態(tài)，而兩位獲獎科學家的研究讓量子計算機的理論基礎變得扎實起來。目前，科學家最樂觀的預測是10年后能夠出現(xiàn)最簡單的量子計算機。
美國物理學會主席羅伯特?拜爾評價說：“阿羅什和瓦恩蘭都通過優(yōu)美的實驗手段使21世紀有望成為量子世紀。”可能到21世紀中葉，量子計算機就會徹底改變我們的日常生活，其影響跟傳統(tǒng)計算機在20世紀所做的不相上下。雖然量子計算機離實用還比較遙遠，但是那一天一旦來到，新的技術革命也將隨之出現(xiàn)。而這兩塊諾貝爾物理學獎獎牌，就像是紀念人類探索量子世界的里程碑。
2012年諾貝爾物理學獎獲得者簡介
第7篇：量子計算的意義范文
關鍵詞：穩(wěn)定子碼；穩(wěn)定子生成元；量子LDPC碼；指錯子
中圖分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)12-2pppp-0c
A Construction Method of Quantum Low-density-parity-check Codes Based on Stabilizer Codes
WANG Chao-yi,YUE Ke-feng,LIU Jing
(Institute of Signal Processing and Transmission,Nanjing University of Posts & Telecommunications,Nanjing 210003,China)
Abstract:Based on the classical LDPC construction method and quantum error correction techniques,a construction method of quantum low-density-parity-check codes based on stabilizer codes is discussed method in this paper.We provide quantum code (12,3) obtained by our methed as example to verify this construction, together with a numerical simulation of the performance of quantum code (32,12) and quantum code (64,24)over the depolarizing channel.
Key words:stabilizer codes;stabilizer generators;Quantum low-density parity-check codes;syndrome
1 引言
量子糾錯編碼技術是量子通信和量子計算實用化的基礎，迄今為止，量子糾錯理論日趨完善，幾乎所有經典糾錯編碼方案都已經被移植到量子領域中[1]。低密度奇偶校驗（LDPC）碼以其低復雜度的迭代譯碼算法和可逼近信道容量限的特性已成為經典通信中最佳的編碼技術之一[2,3]。將經典的低密度奇偶校驗碼與量子糾錯編碼技術相結合，得到量子低密度奇偶校驗碼，具有重要的理論意義和實用價值。
目前介紹的量子LDPC糾錯碼都是基于CSS量子糾錯碼構造的[4,5,7]，為了構造更一般的，更有效的量子糾錯碼，需要發(fā)展構造量子糾錯碼的系統(tǒng)的理論方法。Gottesman,Calderbank等人發(fā)現(xiàn)了量子糾錯碼的群理論結構，引進了碼”穩(wěn)定子”的概念[6]，不僅可以發(fā)現(xiàn)更多的量子糾錯碼，也可使量子糾錯碼的理論更為系統(tǒng)和完善。因此在穩(wěn)定子碼理論基礎上構造量子LDPC碼也是值得研究的課題。
本文在穩(wěn)定子碼的構造方法基礎上，提出了基于穩(wěn)定子碼的量子LDPC碼的構造方法，并通過實例計算說明此陪集搜索算法的有效性。
2 穩(wěn)定子碼
一個量子位和環(huán)境相互作用可能發(fā)生的最一般情況用{I,X,Y,Z}四個算子的作用表示。
令S為n量子位pauli算子群Gn的一個Abel子群。由于S中的元素都相互對易，他們在n量子位的Hilbert空間中可以同時對角化。記S中所有元素本征值為+1的共同本征空間為HS，即當且僅當對所有M∈S，有
MOФ?=OФ?（1）
成立，才有OФ?∈H。如果一個量子碼的碼空間就是Hs，則稱這個量子碼是穩(wěn)定子碼，并稱子群S是這個碼的穩(wěn)定子[6,8]。
子群S可以用它的生成元表征，一個用n個物理量子位編碼K個邏輯量子位信息的量子碼將有一個n-K個生成元的穩(wěn)定子。可以證明，若子群S的生成元有n-K個（即有n-K個獨立的，并足以生成整個S全體的一組元素），碼空間的維數(shù)將是2K，從而這個量子碼可以編碼K個邏輯量子位的信息。
穩(wěn)定子S的生成元可以用于穩(wěn)定子碼的校驗。由于S的生成元M1,M2,…Mk是一組相互對易的厄米算子，它們可以同時取確定值，因此可以同意對這組算子的集體測量診斷出錯誤。如果編碼態(tài)沒有錯誤出現(xiàn)，那么對每個生成元Mi，測量結果均為其本征值+1。如果對某個Mi測量結果為-1，表明已有錯誤出現(xiàn)。由于任意出錯都可用Gn群元算子的和表示，一個特定的錯誤Ea和穩(wěn)定子的一個生成元Mi或對易或反對易。如果Ea和Mi對易，那么
其中OФ?∈Hs，這時出錯態(tài)仍保留在碼空間中。如果Ea和M反對易，則有
出錯將把編碼態(tài)變換到碼空間以外?？偨Y上面兩種情況，對于穩(wěn)定子生成元Mi和出錯Ea，可以寫出
其中當Ea和Mi對易時，Sia=0；當Ea和Mi反對易時，Sia=1。所以對出錯態(tài)EaOФ?，則量穩(wěn)定子S的一組生成元{Mi}，將得到一組本征值：
式中的Sia就是錯誤Ea的指錯子。對于非簡并碼，不同的Ea，指錯子Sia不同，從而測量穩(wěn)定子的n-k個生成元，可以完全診斷出碼可以糾正的所有錯誤[8]。
3 基于穩(wěn)定子碼的量子LDPC碼的構造
3.1 穩(wěn)定子碼的構造
穩(wěn)定子體系極其適合描述量子碼。其基本思想非常簡單[6,8]：一個[n,k]穩(wěn)定子碼被定義為由Gn的子群可穩(wěn)定的向量空間VS ,使得-I?S且 具有n-k個獨立的和對易的生成元，S{g1,…,gn-k}，我們記該碼為C(S)。
碼C(S)的邏輯基狀態(tài)是什么呢？原理上，給定穩(wěn)定子S的n-k個生成元，我們可以在碼C(S)中選取任意2k個正交歸一向量以作為我們的邏輯基狀態(tài)。實際上，更有意義的是，用更為系統(tǒng)的方法來選取狀態(tài)。一種方法如下：首先我們選取算子Z1-,…Zk-,…,Zk-∈Gn，使得g1,…,gn-k,Z1-,…Zk-形成一個獨立的和對易的集合。算子Zj-扮演邏輯量子比特數(shù)j上的邏輯Pauli sigma z算子的角色，所以邏輯計算基狀態(tài)Ox1,…,xk?L定義為具有如下穩(wěn)定子的狀態(tài)：
類似地，定義Xj-為Pauli矩陣乘積，他在共軛作用下將Zj-變到-Zj-，而其他的Zi-和gi保持不變。很清楚，X-j對編碼后的第j個量子比特起到了量子非門的作用。算子Xj-滿足wcy05.tif，因而可與穩(wěn)定子的所有生成元對易，也容易驗證，Xj-與除Zj-以外的所有Zi-對易，與Zj-則為反對易。
3.2 穩(wěn)定子碼的標準形
對穩(wěn)定子碼。如果我們將碼化為標準形[8,11]，邏輯Z和X算子就會變得容易理解的多。為了解標準形是什么，考慮[n,k]穩(wěn)定子碼C的校驗矩陣[8]：
G=[G1OG2] （7）
這個矩陣具有n-k個行。這個矩陣行的對換對應于重新標記生成元，這個矩陣兩邊相應列的對換對應于重新標記量子比特，將兩行相加對應于乘以生成元；容易看出，當i≠j時，我們總是可以用gigj來替換gi。因此，存在具有不同生成元集合的一個等價碼，其相應的校驗矩陣對應于矩陣G，其中已對G1應用Gauss消去法，且在必要是對換量子比特：
其中r是G1的秩。下一步，當有必要時對換量子比特，我們對E執(zhí)行Gauss消去法以得到：
最后s個生成元不能與最前r個生成元對易，除非D2=0，因此，我們可以假定s=0。進而，通過對行取適當?shù)木€性組合，我們也可使C1=0。所以，我們的校驗矩陣具有形式：
其中，我們已經重新標記E2為E，D1為D。不難看出，這種方法不是唯一的；但是，我們說，具有上式形式的校驗矩陣處于標準形。
給定量子碼的標準形后，可容易為這個碼定義編碼后的Z算子。也即，我們必須選擇k個算子，他們彼此相互獨立，并獨立與穩(wěn)定子的生成元，他們彼此對易并與穩(wěn)定子的生成元對易。設對這些k個編碼后的Z算子，我們寫出校驗矩陣為
其中所有矩陣均具有k個行，而各自的列維數(shù)分別為r,n-k-r,k,r,n-k-r和k，我們選取這些矩陣使得GZ=?000≠OA2T0I?。這些編碼后的Z算子與穩(wěn)定子生成元的對易性是由方程I×(A2T)+A2=0來導出的。很清楚，編碼后Z算子相互對易，因為他們只包含Z算子的積。同樣因為沒有任何Z項出現(xiàn)在編碼后的Z算子的定義中，所以編碼后的Z算子與穩(wěn)定子的前r個生成元獨立；因為出現(xiàn)在那些生成元校驗矩陣中的(n-k-r)×(n-k-r)的單位矩陣，在編碼后的Z算子校驗矩陣中沒有相應的項，所以編碼后Z算子與n-k-r生成元集合獨立。采用類似的方法，我們可選擇具有k×2n校驗矩陣?0ETIOCT00?的編碼后X算子。若根據(jù)上述定義得到編碼后的X算子的校驗矩陣，則編碼后的X算子具有如下性質：相互獨立且與所有生成元相獨立，與穩(wěn)定子的所有生成元對易 以及相互對易；并且，Xj-與除Zj-以外的所有Zi-對易，而與Zi-反對易。
3.3 基于穩(wěn)定子碼的量子LDPC碼的構造
為了介紹基于穩(wěn)定子的量子LDPC碼的構造方法，先簡要說明下基于GF(4)的量子碼。
基于GF(4)的量子碼[9]：穩(wěn)定子碼也可以看作是基于GF4={0,1,w,w-}的碼字，其中1+w+w2=1+w+w-=0。它與Pauli算子I,X,Z,Y之間存在著如下的映射關系：I?0,X?w,Z?w-,Y?1。此外，根據(jù)跡運算tr(x)=x+x-=x+x2，可以計算出如果tr(ab-)為0，則與Pauli算子關聯(lián)的a,b對易；如果tr(ab-)為1，則他們反對易。從而得出了如下基于GF4n內積的定義為[9,10]：
穩(wěn)定子碼的生成源，當被表示為一個GF4n的行向量時，形成一個矩陣M，可以被稱為穩(wěn)定子碼的奇偶校驗矩陣。定義穩(wěn)定子碼的第i個生成源以及M矩陣第i行的向量，都由Mi所給出。應于上述定義的內積，這些行都是正交的。因此對于任意基于GF（4）的行正交的(n-k)×n矩陣，都定義著一個n量子位的穩(wěn)定子碼。
根據(jù)以上對穩(wěn)定子碼的介紹及其相關性質的論證，我們已經可以得到基于穩(wěn)定子碼的量子LDPC碼，該碼與一般穩(wěn)定子碼的不同之處在于[n,k]穩(wěn)定子碼C的校驗矩陣G=[G1OG2]為稀疏矩陣。
具體算法如下：
步驟一：在GF(4)上構造長度為n的稀疏序列，作為穩(wěn)定子碼的第一個生成元M1，并根據(jù)M1寫出M1的矢量偶表示(а1Oβ1)。
步驟二：在GF(4)上構造長度為n的稀疏序列，作為穩(wěn)定子碼的第二個生成元M2，并根據(jù)M2寫出M2的矢量偶表示(а2Oβ2)。
步驟三：計算兩個序列的內積(M1,M2)。
步驟四：若M1，M2不滿足正交條件，即辛內積[8,10] а1β2? а2β1≠0或M2和M1不獨立，則返回步驟三；若滿足正交條件，即辛內積а1β2? а2β1=0并且M2和M1相互獨立，則繼續(xù)尋找稀疏序列，直到找出所有n-k個穩(wěn)定子生成元，并得到穩(wěn)定子碼的校驗矩陣G。
步驟五：將[n,k]碼的校驗矩陣轉化為標準形，得到編碼后的Z算子Gz=?000OA2T0I?，和編碼后的X算子?0ETIOCT00?
步驟六：根據(jù)n-k個穩(wěn)定子生成元和編碼后的Z，X算子，編碼得到量子碼字。
為了驗證該算法的有效性，本文通過構造（12，3）量子碼為例加以說明，該碼可以編3個量子比特，穩(wěn)定子生成元個數(shù)為12-3=9。
根據(jù)步驟1、2、3、4，得到(12,3)碼的校驗矩陣為：
便可得到穩(wěn)定子碼的全部碼字。
4 仿真及性能分析
本文仿真了碼率都為3/8的LDPC碼，分別能編12和24個量子比特，編碼長度為32和64，錯誤模型為退極化信道，其中信息在信道傳輸中比特錯誤概率為P，即發(fā)生比特翻轉錯誤、相位翻轉錯誤以及比特和相位均發(fā)生錯誤的概率各為P/3。
圖4為(32,12)碼與(64,24)碼誤比特率性能比較，縱坐標為誤比特率。從兩副圖中可以看出，(32,12)碼的誤比特率比(64,24)碼差，這與目前采用稀疏矩陣編碼得到CSS碼的結果相一致。這里采用的是退極化信道，在差錯概率為0.04時性能已明顯不夠理想，其原因還需要進一步的研究與探索。
5 結束語
本文在穩(wěn)定子碼的基礎上，嘗試了量子LDPC碼的構造算法，并對所介紹的基于穩(wěn)定子碼的量子LDPC碼編碼算法進行了仿真。其性能在某些方面與基于稀疏矩陣量子LDPC編碼算法相一致，但總體來說編碼性能不高。因此構造算法尚需完善，此外在譯碼過程中，采用的方法也是穩(wěn)定子碼的譯碼方法，算法復雜度較高，是否也可采用與MP譯碼算法等類似的迭代譯碼算法對其進行譯碼，還需要進一步的研究。
參考文獻：
[1]A.M.Steane,Error Correcting Codes in Quantum Theory[J].Phys.Rev.Letters,1996,77(5):pp:793-797.
[2]R.Gallager,Low-Density Parity-Check Codes[J].IEEE Trans on Information Theory,January 1962,pp:21-28.
[3]D.J.C.Mackay and R.N.Neal,Near Shannon Limit Performance of Low Density Par-ityCheck Codes[J].IEEE Electronic Letters,Aug 1996,32:pp:1645-1646.
[4]A.M.Steane,Quantum Computing and Error Correction[EB/OL].IOS Press,2001,pp:284-298.Also arXiv/quant-ph/0304016.
[5]D.J.C.Mackay,Good error correcting codes based on very sparse matrices,IEEE Trans on Information Theory,Mar 1999,vol. 45: pp:399-431
[6]Gottesman, Stabilizer Codes and Quantum Error Correction,arXiv:quantCph/9705052v1,28 May,1997.
[7]D.J.C.Mackay, G.J.Mitchison and P.L.McFadden, Sparse-Graph Codes for Quantum Error-Correction[EB/OL], 2003, arXiv/quant-ph/0304161
[8]M.A.Nielsen and I.L.Chuang, Quantum Computation and Quantum Information[M].C-amberidge university press,Cambridege, 2000
[9]A.R.Calderbank and P.W.Shor, Quantum Error Correction Via Codes Over GF(4) [J].IEEE Trans on Information Theory, July 2000,44.
[10]T.Camara, H.Ollivier, J.P.Tillich,Constructions and Performance of Classesof Quan-tum LDPC Codes[EB/OL].eprint arXiv/quant-ph/0502086,Feb.2005.
[11]Richard Cleve,Quantum Stabilizer Codes and Classical Linear Codes [EB/OL].eprint arXiv/quant-ph/9612048v1,Dec.20,2005.
第8篇：量子計算的意義范文
【論文摘要】本文首先探討了近似計算在靜態(tài)分析中的應用問題，其次分析了納米電子技術急需解決的若干關鍵問題和交互式電子技術應用手冊，最后電子技術在時間與頻率標準中的應用進行了相關的研究。因此，本文具有深刻的理論意義和廣泛的實際應用價值。
一、近似計算在靜態(tài)分析中的應用
在電子技術中應運中，近似計算貫穿其始終。然而，沒有近似計算是不可想象的。而精確計算在電子技術中往往行不通，也沒有其必要。盡管近似計算會引入一定的誤差，但這個誤差控制得好，不會對分析其它電路產生大的影響。所以關鍵在于我們如何掌握，特別是如何應用近似計算。
在工作點穩(wěn)定電路中的應用要進行靜態(tài)分析，就必須求出三極管的基電壓，必須忽略三極管靜態(tài)基極電流。這樣，我們得到三極管的基射電子的相關過程及結論。
二、納米電子技術急需解決的若干關鍵問題
由于納米器件的特征尺寸處于納米量級，因此，其機理和現(xiàn)有的電子元件截然不同，理論方面有許多量子現(xiàn)象和相關問題需要解決，如電子在勢阱中的隧穿過程、非彈性散射效應機理等。盡管如此，納米電子學中急需解決的關鍵問題主要還在于納米電子器件與納米電子電路相關的納米電子技術方面，其主要表現(xiàn)在以下幾個方面。
（1）納米Si基量子異質結加工
要繼續(xù)把現(xiàn)有的硅基電子器件縮小到納米尺度，最直截了當?shù)姆椒ㄊ遣捎猛庋?、光刻等技術制造新一代的類似層狀蛋糕的納米半導體結構。其中，不同層通常是由不同勢能的半導體材料制成的，構建成納米尺度的量子勢阱，這種結構稱作“半導體異質結”。
（2）分子晶體管和導線組裝納米器件即使知道如何制造分子晶體管和分子導線，但把這些元件組裝成一個可以運轉的邏輯結構仍是一個非常棘手的難題。一種可能的途徑是利用掃描隧道顯微鏡把分子元件排列在一個平面上；另一種組裝較大電子器件的可能途徑是通過陣列的自組裝。盡管，PurdueUniversity等研究機構在這個方向上取得了可喜的進展，但該技術何時能夠走出實驗室進入實用，仍無法斷言。
（3）超高密度量子效應存儲器
超高密度存儲量子效應的電子“芯片”是未來納米計算機的主要部件，它可以為具備快速存取能力但沒有可動機械部件的計算機信息系統(tǒng)提供海量存儲手段。但是，有了制造納米電子邏輯器件的能力后，如何用這種器件組裝成超高密度存儲的量子效應存儲器陣列或芯片同樣給納米電子學研究者提出了新的挑戰(zhàn)。
（4）納米計算機的“互連問題”
一臺由數(shù)萬億的納米電子元件以前所未有的密集度組裝成納米計算機注定需要巧妙的結構及合理整體布局，而整體結構問題中首當其沖需要解決的就是所謂的“互連問題”。換句話說，就是計算結構中信息的輸入、輸出問題。納米計算機要把海量信息存儲在一個很小的空間內，并極快地使用和產生信息，需要有特殊的結構來控制和協(xié)調計算機的諸多元件，而納米計算元件之間、計算元件與外部環(huán)境之間需要有大量的連接。就現(xiàn)有傳統(tǒng)計算機設計的微型化而言，由于電線之間要相互隔開以避免過熱或“串線”，這樣就有一些幾何學上的考慮和限制，連接的數(shù)量不可能無限制地增加。因此，納米計算機導線間的量子隧穿效應和導線與納米電子器件之間的“連接”問題急需解決。
（5）納米/分子電子器件制備、操縱、設計、性能分析模擬環(huán)境
當前，分子力學、量子力學、多尺度計算、計算機并行技術、計算機圖形學已取得快速發(fā)展，利用這些技術建立一個能夠完成納米電子器件制備、操縱、設計與性能分析的模擬虛擬環(huán)境，并使納米技術研究人員獲得虛擬的體驗已成為可能。但由于現(xiàn)有計算機的速度、分子力學與量子力學算法的效率等問題，目前建立這種迅速、敏感、精細的量子模擬虛擬環(huán)境還存在巨大困難。
三、交互式電子技術手冊
交互式電子技術手冊經歷了5個發(fā)展階段，根據(jù)美國國防部的定義：加注索引的掃描頁圖、滾動文檔式電子技術手冊、線性結構電子技術手冊、基于數(shù)據(jù)庫的電子技術手冊和集成電子技術手冊。目前真正意義上的集成了人工智能、故障診斷的第5類集成電子技術手冊并不存在，大多數(shù)電子技術手冊基本上位于第4類及其以下的水平。需要聲明的是，各類電子技術手冊雖然代表不同的發(fā)展階段，但是各有優(yōu)點，較低級別的電子技術手冊目前仍然有著各自的應用價值。由于類以上的電子技術手冊在信息的組織、管理、傳遞、獲取方面具有明顯的優(yōu)點。
簡單的說，電子技術手冊就是技術手冊的數(shù)字化。為了獲取信息的方便，數(shù)字化后的數(shù)據(jù)需要一個良好的組織管理和提供給用戶的形式，電子技術手冊的發(fā)展就是圍繞這一過程來進行的。
四、電子技術在時間與頻率標準中的應用
時間和頻率是描述同一周期現(xiàn)象的兩個參數(shù)，可由時間標準導出頻率標準，兩者可共用的一個基準。
1952年國際天文協(xié)會定義的時間標準是基于地球自轉周期和公轉周期而建立的，分別稱為世界時（UT）和歷書時（ET）。這種基于天文方面的宏觀計時標準，設備龐大，操作麻煩，精度僅達10-9。隨著電子技術與微波光譜學的發(fā)展，產生了量子電子學、激光等新技術，由此出現(xiàn)了一種新穎的頻率標準——量子頻率標準。這種頻率標準是利用原子能級躍遷時所輻射的電磁波頻率作為頻率標準。目前世界各國相繼作成各種量子頻率標準，如（133Cs）頻標、銣原子頻標、氫原子作成的氫脈澤頻標、甲烷飽和以及吸收氦氖激光頻標等等。這樣做后，將過去基于宏觀的天體運動的計時標準，改變成微觀的原子本身結構運動的時間基準。這一方面使設備大為簡化，體積、重量大減小；另一方面使頻率標準的穩(wěn)定度大為提高（可達10-12—10-14量級，即30萬年——300萬年差1秒）。1967年第13屆國際計量大會正式通過決議，規(guī)定：“一秒等于133Cs原子基態(tài)兩超精細能級躍遷的9192631770個周期所持續(xù)的時間”。該時間基準，發(fā)展了高精度的測頻技術，大大有助于宇宙航行和空間探索，加速了現(xiàn)代微波技術和雷達、激光技術等的發(fā)展。而激光技術和電子技術的發(fā)展又為長度計量提供了新的測試手段。
總之，在探討了近似計算在靜態(tài)分析中的應用問題、納米電子技術急需解決的若干關鍵問題和交互式電子技術應用手冊后，廣大科技工作者對電子技術在時間與頻率標準中的應用知識的初步了解和認識。在當代高科技產業(yè)日漸繁榮，尖端信息普遍進入我們生活之中的同時，國家經濟建設和和諧社會的構建離不開我們科技工作者對新理論的學習和新技術的應用，因此說，本文具有深刻的理論意義和廣泛的實際應用價值是不足為虛的。
【參考文獻】
[1]張凡，殷承良《現(xiàn)代汽車電子技術及其在儀表中的應用[J]客車技術與研究》，2006（01）。
[2]李建《汽車電子技術的應用狀況與發(fā)展趨勢》[J]，《汽車運用》，2006（09）。
[3]陶琦《國際汽車電子技術縱覽》[J]，《電子設計應用》，2005（05）。
[4]劉艷梅《電子技術在現(xiàn)代汽車上的發(fā)展與應用》[J]，《中國科技信息》，2006（01）。
[5]魏萬云《淺談當代電子技術的發(fā)展》[J]，《中國科技信息》，2005（19）。
第9篇：量子計算的意義范文
潘建偉在現(xiàn)場宣布，在光學體系，研究團隊在去年首次實現(xiàn)十光子糾纏操縱的基礎上，利用高品質量子點單光子源構建了世界首臺超越早期經典計算機的光量子計算機。
在超導體系，研究團隊打破了之前由谷歌、NASA（美國國家航空航天局）和UCSB（加州大學圣塔芭芭拉分校）公開報道的9個超導量子比特的操縱，實現(xiàn)了目前世界上最大數(shù)目（10個）超導量子比特的糾纏，并在超導量子處理器上實現(xiàn)了快速求解線性方程組的量子算法。
系列成果已發(fā)表在國際權威學術期刊《自然光子學》，即將發(fā)表在《物理評論快報》上。
傳統(tǒng)電子計算機要算15萬年的難題，量子計算機只需1秒
1981年，美國物理學家費曼指出，由于量子系統(tǒng)具有天然的并行處理能力，用它所實現(xiàn)的計算機很可能會遠遠超越經典計算機。1994年，麻省理工學院的Peter？Shor教授提出分解大質因數(shù)的高效量子算法，量子計算引發(fā)了世界各國的強烈興趣。
“由于量子比特是0和1的疊加態(tài)，在原理上具有超快的并行算和模擬能力，計算能力隨可操縱的粒子數(shù)呈指數(shù)增長。這一特點使得量子計算可為經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?！迸私▊フf，“比如，300位10進制那么長數(shù)，用我們目前萬億次的傳統(tǒng)電子計算機拿來算的話，大概需要算15萬年。但如果能夠造出一臺量子計算機，它計算的頻率也是萬億次的話，只需要1秒鐘就可以算完。從這個角度上講，量子的并行計算能力是非常強大的。”
此外，一臺操縱50個微觀粒子的量子計算機，對特定問題的處理能力可超過超級計算機。
那哪些算特定問題呢？
朱曉波說：“比如說大數(shù)字分解，這個是用于現(xiàn)在加密的一個標準的算法。那么你如果能解一個大數(shù)字分解，就能解密現(xiàn)在很多的加密算法。如果很多加密算法都失效了，國家金融安全、軍事安全等都會受到嚴重影響。還有，量子計算機做到一定規(guī)模之后，很有可能實現(xiàn)大數(shù)據(jù)的快速搜索，以后在解決搜索問題的時候就具有巨大的優(yōu)勢。”
據(jù)專家介紹，根據(jù)各物理體系內在優(yōu)勢及其在實現(xiàn)多粒子相干操縱和糾纏方面的發(fā)展現(xiàn)狀和潛力，目前，國際學術界在基于光子、超冷原子和超導線路體系的量子計算技術發(fā)展上總體較為領先。
研究仍處早期，我國計劃在年底實現(xiàn)大約20個光量子比特的操縱
多粒子糾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域始終保持著國際領先水平，并于2016年底把紀錄刷新至十光子糾纏。在此基礎上，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，構建了針對多光子“玻色取樣”任務的光量子計算原型機。
潘建偉說：“實驗測試表明，該原型機的‘玻色取樣’速度不僅比國際同行類似的之前所有實驗加快至少2.4萬倍，同時，通過和經典算法比較，也比人類歷史上第一臺電子管計算機（ENIAC）和第一臺晶體管計算機（TRADIC）運行速度快10～100倍。”
這是歷史上第一臺超越早期經典計算機的基于單光子的量子模擬機，為最終實現(xiàn)超越經典超級計算能力的量子計算這一國際學術界稱之為“量子稱霸”的目標奠定了堅實的基礎。
“量子計算領域有幾個大家共同努力的指標性節(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，但是是重要的一步?！迸私▊フf。
“朝著這個目標，我們研究團隊將計劃在今年年底實現(xiàn)大約20個光量子比特的操縱，將接近目前最好的商用CPU。”陸朝陽說。
但由于高精度量子操控技術的極端復雜性，目前量子計算研究仍處于早期發(fā)展階段。“像經典計算機那樣具有通用功能的量子計算機最終能否研制成功，對整個科學界還是個未知數(shù)?！迸私▊フf。
在信息安全、醫(yī)學檢測、導航等方面，量子技術未來將極大地改變生活
隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，對計算能力的需求可以用一個詞來形容，就叫做“貪得無厭”。同時，計算能力的強弱也對社會的發(fā)展起著至關重要的作用。當人們能夠把數(shù)據(jù)里面有效的數(shù)據(jù)結果都通過計算給提取出來的話，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用前景，潘建偉充滿信心：“我認為量子技術領域目前主要有幾個方面離實用非常近：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。這些技術在醫(yī)學檢測、藥物設計、基因分析、各種導航等方面也將起到巨大的作用，會給我們的生活帶來極大的改變。比如，我們現(xiàn)在的天氣預報只能預報幾天，因為如果要預報第六天、第七天，計算的時間可能需要100天，而100天后再來預測第六七天的天氣就沒什么意義了。”
據(jù)潘建偉介紹，在我國即將啟動的量子通信和量子計算機的重大項目里，對光、超導、超冷原子等方向上都已經做了相應的布局。
“在以后的10到15年里，量子技術領域的競爭將是非常激烈的。比如英國啟動了國家量子技術專項、歐盟啟動了量子旗艦專項、美國在論證相應的計劃。包括谷歌、IBM、微軟等在內的一些美國公司也都介入到相關研發(fā)了。”潘建偉說。
延伸閱讀
多個狀態(tài)同時疊加 不可分割不可克隆 量子世界里，真的很神秘
量子是什么？量子是最小的、不可再分割的能量單位。這個概念誕生于1900年，物理學家普朗克在德國物理學會上公布了他的成果，成為量子論誕生和新物理學革命宣告開始的偉大時刻。
分子、原子、電子，其實都是量子的不同表現(xiàn)形式?？梢哉f，我們的世界是由量子組成的。
中國科學技術大學教授朱曉波說，在宏觀世界里，物體的位置、速度等運動規(guī)律，都可以通過牛頓力學精確地測算。但在量子微觀世界里，有著與宏觀世界截然不同的規(guī)則。
量子的神秘之處首先體現(xiàn)在它的“狀態(tài)”。在宏觀世界里，任何一個物體在某一時刻有著確定的狀態(tài)和確定的位置。但在微觀世界里，量子卻同時處于多種狀態(tài)和多個位置的“疊加”。
量子力學的開創(chuàng)者之一、奧地利物理學家薛定諤曾用一只貓來比喻量子態(tài)疊加：箱子里有一只貓，在宏觀世界中它要么是活的，要么是死的。但如果在量子世界中，它同時處于生和死兩種狀態(tài)的疊加。
量子的狀態(tài)還經不起“看”。也就是說，如果你去測量一個量子，那么它就會從多個狀態(tài)、多個位置，變成一個確定的狀態(tài)和一個確定的位置。如果你打開“薛定諤的箱子”，貓的疊加狀態(tài)就會消失，你會看到一只活貓或一只死貓。
如果說一個量子已經很“奇怪”，那么當兩個量子“糾纏”在一起，那種不確定性更強了。根據(jù)量子力學理論，如果兩個量子之間形成了“糾纏態(tài)”，那么無論相隔多遠，當一個量子的狀態(tài)發(fā)生變化，另一個量子也會超光速“瞬間”發(fā)生如同心靈感應的變化。
雖然直至今天，人類仍然還沒搞清楚量子為何如此神秘，但國際主流學界已經接受了量子這種特殊性的客觀存在。更重要的是，人們可以利用量子的奇異特性開發(fā)創(chuàng)新型應用，比如量子通信和量子計算。
量子通信是科學界利用量子特性最早開發(fā)的信息應用，其“不可分割”“測不準”“不可克隆”等特性，使得理論上“絕對安全”的量子通信成為可能。
