量子計算的應(yīng)用精選(九篇)

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第1篇：量子計算的應(yīng)用范文

一、控制系統(tǒng)的硬件配置

系統(tǒng)由工程師站HIS0164、操作站HIS0163、HIS0162及現(xiàn)場控制站FCS0101、FCS0102組成。HIS0164用于系統(tǒng)組態(tài)和工藝操作監(jiān)視，HIS0163、HIS0162用于工藝操作和監(jiān)視?，F(xiàn)場控制站由具有雙冗余控制結(jié)構(gòu)的控制單元AFG40D和本地節(jié)點組成。工程師站通過E-net向各操作站下裝組態(tài)數(shù)據(jù)，網(wǎng)內(nèi)各站共享外設(shè)資源；工程師站、操作站和控制站的通信，控制站和控制站的通信及控制站與各節(jié)點的通信，使用雙重化實時控制網(wǎng)絡(luò)V-net。

二、應(yīng)用軟件組態(tài)

工程師站安裝有WindowsXP操作系統(tǒng)，利用CENTUM-CS3000系統(tǒng)軟件組態(tài)。組態(tài)菜單采用樹型分支機構(gòu)，一個項目由若干個文件夾或文件組成，在對應(yīng)的文件里或以根據(jù)系統(tǒng)配置組態(tài)控制站、流程圖、操作組及報表等。在Control Drawing圖上選取所需的控制功能塊并輸入相應(yīng)的組態(tài)數(shù)據(jù)，再把它們連接到相應(yīng)的輸入輸出通道上，即生成控制方案或直接生成順控表，對各個功能塊、模擬量、輸入輸出數(shù)字量、內(nèi)部開關(guān)及報警器等進(jìn)行直接控制。

三、流量計自動計量組態(tài)說明

本公司在用的流量計主要是橢圓齒輪脈沖流量計（簡稱為流量計），生產(chǎn)過程如何使計量自動、無誤地進(jìn)行是保證生產(chǎn)質(zhì)量、減少操作人員工作量的重要部分。在節(jié)點NODE1的第1插槽插上AAP135-S脈沖輸入卡件，組態(tài)時把第一通道的Label組態(tài)為%%FQC502Y2，以便于識別?，F(xiàn)場流量計信號（脈沖式）線接到該卡件的第一通道上，流量計后的氣動閥及各罐的計量氣動閥、底閥的數(shù)字輸出信號，接到卡件ADV559上（在NODE1的第2插槽），在Label分別組態(tài)為NDO001Y2、NDO029等。在功能塊的組態(tài)中，用批量信號設(shè)定器BSETU-2作為脈沖輸入信號輸入處理、并進(jìn)行流量給定，控制閥門啟閉。流量給定值FQC502.BSET=NCT159.PV×XNS221.DT03×FQCY11.DT07，由計算塊NCL033計算得出，再把數(shù)據(jù)傳給批量數(shù)據(jù)塊UN209.DT03。NCT159.PV為配方基數(shù)值，各個罐不同，YT-32為2000；XNS221.DT03為系數(shù)，在Graphic圖上輸入，F(xiàn)QCY11.DT07為固定小數(shù)0.1，如YT-32需計量150L，則系數(shù)調(diào)出窗口輸入0.75，即FQC502.BSET=150L?，F(xiàn)場的管道及閥門的分布情況如圖1所示。這是在工程師站組態(tài)的Graphic圖（操作監(jiān)視畫面），用于操作、監(jiān)視整個計量過程情況。圖中采用CS3000中的變色功能，在閥門打開時，相應(yīng)的位置閥門由原來的綠色變?yōu)榧t色，表示該閥門狀態(tài)是開。功能按鍵及選擇哪個罐，則相應(yīng)的按鍵的背景色變?yōu)榫G色。其它的狀態(tài)、功能變化由順控表ST01FQC、ST07及ST08控制。計量過程如下：

1、計量判斷。輸入系數(shù)“0.75”，按“制造”、“開始”、“YT-32”，計量由ST07表進(jìn)行判斷，如表中第1列的所有條件成立，則執(zhí)行表ST08的第3步，計量開始。如流量計正在使用中，則第2列的條件成立，操作站報警提示“FQC502正在使用中”，不能計量，必須等到別的罐計量完了，才能進(jìn)行。

2、計量執(zhí)行。執(zhí)行ST08的第3步，進(jìn)行配方數(shù)據(jù)設(shè)定，流量計給定值設(shè)定、流量累積值收集器清零，啟動1秒計時器，之后執(zhí)行第4步，計時時間到，置初期化標(biāo)志NSW101.PV為0（N），計量中標(biāo)志NSW102.PV為1（Y），提出計量要求，執(zhí)行表ST01FQC的第2步，進(jìn)行計量。

在ST01FQC的第2步，先對流量計計量完標(biāo)志NSW362.PV置為0，流量計累積值SUM清零，之后執(zhí)行第5步；判斷FQC502.BSET有給定值，不為0，則置流量計計量中標(biāo)志NSW361.PV為1，打開YT-32計量閥門，執(zhí)行第8步，F(xiàn)QC502狀態(tài)變?yōu)锳UT（自動），NDO001Y2（流量計后的氣動閥）打開，啟動10秒計時器、脈沖計數(shù)器，計量開始，此時監(jiān)視圖上的兩個閥門變?yōu)榧t色。直至FQC502報警BEND（批量計量結(jié)束），流量計狀態(tài)恢復(fù)為手動狀態(tài)，NDO001Y2關(guān)閉，再啟動10秒計時器，執(zhí)行第12步，延時關(guān)閉YT-32計量閥門，計時時間完了，關(guān)閉YT-32計量閥門，同時置流量計計量完標(biāo)志為1。執(zhí)行第10步，等待表ST08執(zhí)行完第6步，使其條件成立，在打印機打印輸出YT-32本次計量的設(shè)定值和實際計量值，并在操作監(jiān)視畫面上顯示。

當(dāng)流量計計量完標(biāo)志NSW362.PV為1，則表ST08執(zhí)行第5步，進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，收集到UN209.DT01。執(zhí)行第6步，把FQC502計量中標(biāo)志NSW361.PV置為0。之后執(zhí)行第7步，置YT-32計量中標(biāo)志NSW102.PV為0，計量完標(biāo)志NSW103.PV為1；操作監(jiān)視畫面中的閥門狀態(tài)及按鍵狀態(tài)恢復(fù)到原來的狀態(tài)，完成整個計量過程。FQC502計量實行表是YT-32、YT-33和YT-34共用，YT-33和YT-34的計量判斷表和計量執(zhí)行表則跟ST07及ST08類同。

四、結(jié)論

該流量自動計量過程自從使用以來，操作簡單可靠，同一系統(tǒng)中各個罐的計量按控制過程有序地進(jìn)行，保證了計量的準(zhǔn)確無誤，實用性強。

參考文獻(xiàn)：

1、CENTUM CS綜合生產(chǎn)控制系統(tǒng)概說.橫河西儀有限公司（XYC），1994(7).

第2篇：量子計算的應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞：粒子群算法 收縮因子 變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng) PID控制器

0 引言

變風(fēng)量(VAV)空調(diào)系統(tǒng)因其優(yōu)良的節(jié)能性和舒適性，獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。VAV空調(diào)系統(tǒng)的控制機理并不是很復(fù)雜，末端送風(fēng)裝置是實現(xiàn)變風(fēng)量功能的關(guān)鍵，而選擇何種控制系統(tǒng)并與末端送風(fēng)裝置進(jìn)行有機結(jié)合是整個VAV空調(diào)系統(tǒng)最重要的環(huán)節(jié)之一。

目前，由于傳統(tǒng)的變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)中PID控制參數(shù)存在整定困難，所以效果往往不是那么理想，自適能力存在著一定的問題，為了解決傳統(tǒng)方法對于非線性系統(tǒng)控制效果不佳的問題，很多傳統(tǒng)學(xué)者將一些智能算法引入到送風(fēng)量控制當(dāng)中，比較有代表性的是PID參數(shù)自整定控制方法，它是基于遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或模糊控制這幾項算法基礎(chǔ)的。與傳統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法等為代表的自整定算法相比，本文所采用的引入收縮因子的粒子群算法來進(jìn)行PID參數(shù)自整定控制更具有優(yōu)勢，首先，它計算效率高，計算方法簡單易行，由于計算量小，它又具有易實現(xiàn)的特點。采用引入收縮因子的粒子群算法的PID控制策略可以使系統(tǒng)具有更好的適應(yīng)性，更適合于VAV 空調(diào)系統(tǒng)的控制，也更加適合空調(diào)行業(yè)未來的發(fā)展。

1 基于改進(jìn)的粒子群算法

1999年Clerc提出帶收縮因子的粒子群算法更有效的控制了微粒的飛行速度，他認(rèn)為帶收縮因子的粒子群算法具有良好的收斂性，同時又不用限制最大速度，因此，比慣性權(quán)重的粒子群算法更簡單，能使算法達(dá)到全局探測與局部開采兩者之間的有效平衡。

算法如下：

式（1）中λ稱為收縮因子，起類似于Vmax的作用，用來控制和約束微粒的飛行速度。同時，Eberhart和Shi在文獻(xiàn)中也證明了收縮因子λ比慣性權(quán)重ω更能有效的約束微粒飛行的速度，同時增強了算法的搜索能力。而通過有關(guān)人員研究發(fā)現(xiàn)，采用收縮因子的粒子群算法，其種群規(guī)模取20~50，C參數(shù)取4.05~4.1時，可以有較好的收斂速度和精度。

2 建模

2.1 空調(diào)房間模型的建立

為了方便研究，建模時暫不考慮它的純滯后。空調(diào)房間基本上可以看做是恒溫室。根據(jù)能量守恒定律，恒溫室中能量蓄存量的變化率，等于單位時間內(nèi)進(jìn)入恒溫室的能量與單位時間內(nèi)由恒溫室流出的能量之差。即：

上述關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式是：

式（2）中，C1為恒溫室的容量系數(shù)(包括室內(nèi)空氣的蓄熱和設(shè)備與圍護(hù)結(jié)構(gòu)表層的蓄熱)，kJ/℃；tn、ts為室內(nèi)空氣溫度（或回風(fēng)溫度）和送風(fēng)溫度；w為送風(fēng)量，m3/h；ρ為空氣密度，kg/m3，可取ρ=1.2；c為空氣定壓比熱，KJ/kg?K，可取c=1.01；qn為室內(nèi)散熱量kJ/h；r為恒溫室圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱阻，K/W；t0為室外空氣溫度，℃。

對于變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，由于采用一定的送風(fēng)溫度，因此將（4）式進(jìn)行如下處理：

（3）

式（3）右邊可分別看做房間調(diào)節(jié)通道和干擾通道兩部分，經(jīng)化簡為：

（4）

其中，T為空調(diào)房間的時間常數(shù)，h；kw為房間調(diào)節(jié)通道的放大系數(shù)，℃/(m3/s)；kq為房間擾動通道的放大系數(shù)，℃/(kJ/s)；Δq為室內(nèi)外干擾量的變化換算成室內(nèi)熱量的變化，kJ/h。式（5）就是空調(diào)房間在變風(fēng)量系統(tǒng)下的數(shù)學(xué)模型。由式（5）可得到調(diào)節(jié)通道及擾動通道的傳遞函數(shù)，并考慮到實際傳感器往往存在延遲，故在仿真時加入純滯后環(huán)節(jié)τ：

（5）

2.2 壓力無關(guān)型末端裝置建模

目前，我們最常采用的是壓力無關(guān)型變風(fēng)量末端裝置，它是為了克服系統(tǒng)末端較強的二次干擾而設(shè)計的，壓力無關(guān)型是指當(dāng)送風(fēng)管道內(nèi)靜壓發(fā)生變化時，不會干擾到正常的室內(nèi)溫度，由于變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)流量的二次干擾非常明顯，我們可以采用串級調(diào)節(jié)，智能樓宇環(huán)境對溫度測控精度較高，因此要格外注意。

系統(tǒng)框圖如圖1所示

2.3 控制算法

為了得到使系統(tǒng)指標(biāo)為最優(yōu)的一組主副控制器PID參數(shù)。我們可以利用粒子群根據(jù)事先確定的指標(biāo)J進(jìn)行自尋優(yōu)控制，它主要是利用系統(tǒng)的誤差e(t)，從而得到主副控制器PID參數(shù)?；谝胧湛s因子的粒子群PID自整定控制系統(tǒng)框圖如圖2所示，算法流程圖如圖3所示。

這里將PID控制器的三個重要參數(shù)Kp、Ki、Kd作為粒子群算法的粒子群維數(shù)，而粒子群規(guī)模及最大迭代次數(shù)可根據(jù)文獻(xiàn)提出的范圍內(nèi)任意設(shè)置。通過上述的尋優(yōu)過程即可獲得較好的控制效果。

3 工程仿真

通過以上的模型建立過程，根據(jù)空調(diào)房間的某一工況可得到如下的傳遞函數(shù)：

(6)

然后利用引入收縮因子的粒子群算法對PID參數(shù)進(jìn)行自整定控制. 根據(jù)實際的工程情況，采樣時間ts設(shè)為20s，粒子群維數(shù)取為3，同時為了兼顧算法的有效性和執(zhí)行效率，粒子群規(guī)模取為30，最大迭代次數(shù)設(shè)為200次.c1和c2分別取為2.8、1.3，則根據(jù)式(1)可計算得λ=0.7298。采用常規(guī)方法整定的常規(guī)PID控制、帶收縮因子、加入擾動的常規(guī)PID控制、加入擾動的帶收縮因子的系統(tǒng)仿真圖及適應(yīng)度函數(shù)下降曲線如圖4～圖8 所示。由圖中看出系統(tǒng)初始波動較大，穩(wěn)定時間也較長控制效果不盡如人意。

通過仿真圖對比可以看出，如果利用加入擾動的帶收縮因子粒子群算法，可以使種群算法的多樣性得到有效的保證，采用加入擾動的帶收縮因子粒子群算法進(jìn)行PID自整定后，原控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間、上升時間、超調(diào)量都能得到有效控制，它對改善系統(tǒng)的性能，增加其控制精度和適應(yīng)性都有良好的效果，同時它還能消除靜差，增加系統(tǒng)的魯棒性。

4 結(jié)論

通過仿真研究，我們可以看出，基于引入收縮因子的粒子群PID 參數(shù)的控制系統(tǒng)具有很強的自適應(yīng)能力，它基本不依賴于控制器設(shè)計經(jīng)驗，是一種自整定控制系統(tǒng)，它可以取得更優(yōu)的動態(tài)性能.為VAV空調(diào)系統(tǒng)PID控制器的設(shè)計提供了一種新的思路.同時，它又具有很強的魯棒性，應(yīng)用于非線性和不確定性的VAV空調(diào)系統(tǒng)時可以取得較為良好的效果，能適應(yīng)我國目前空調(diào)業(yè)界的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬富軍，張益華.淺談VAV空調(diào)系統(tǒng)控制中的幾個問題[J].制冷空調(diào)與電力機械，2005，26(6):68-69.

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[3]Ho S Y，L in H S，L iauhW H，et a l.OPSO:O rthogo2nal partic les warm optimization and its application totask assignment problem s [ J ].Systems and humans，2008，32(2):288-298.

[4]Clerc M.The swarm and queen：towards a deterministic and adaptive Particle Swarm Optimization.Proc IEEE Congress on Evolutionary Computation，1999:1591-1597.

[5]Eberhart R C，Shi paring inertia weights and construction factors in particle swarm optimization.Preceedings of the IEEE Conference on Evolutionary Computation，ICEC.Vol 1:84-88.

第3篇：量子計算的應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞：計算機網(wǎng)絡(luò)路由選擇；改進(jìn)量子進(jìn)化算法；研究

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）33-0033-02

隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展與廣泛應(yīng)用，其已經(jīng)成為了我國人民在日常生活中及工作中不可缺少的技術(shù)，它為人們的衣食住行提供了方面，也為我國社會經(jīng)濟的發(fā)展提供了基礎(chǔ)。目前我國計算機網(wǎng)絡(luò)正在朝著更大規(guī)模范圍發(fā)展，在此過程中也暴露了計算機網(wǎng)絡(luò)路由選擇中的一系列問題?，F(xiàn)如今的計算機網(wǎng)絡(luò)路由選擇已經(jīng)滿足不了人們及社會的發(fā)展需求，也對計算機網(wǎng)絡(luò)的正常運行造成了一定的影響，所以對其的優(yōu)化改進(jìn)是目前最重要的內(nèi)容。

1 淺析計算機網(wǎng)絡(luò)路由選擇

計算機網(wǎng)絡(luò)路由選擇中有多種方法，包括梯度法、列表尋優(yōu)法、爬山法及模擬退算法等。由于這些方式具有局限性，收到多種條件的限制，導(dǎo)致本身的作用都得不到很好的發(fā)揮。計算機網(wǎng)絡(luò)路由選擇主要是在能夠滿足計算機網(wǎng)絡(luò)通信容量、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼熬W(wǎng)絡(luò)節(jié)點需求的基礎(chǔ)上，對計算機網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點路由進(jìn)行選擇，使計算機網(wǎng)絡(luò)可以縮短到最小時延。一般計算機網(wǎng)絡(luò)路由選擇可以使用優(yōu)化工作，比如：其一，如果計算機網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點內(nèi)部具有較大容量的緩沖器，那么就不會溢出或者丟失其數(shù)據(jù)包；其二，如果能夠以實際的指數(shù)分布為基礎(chǔ)設(shè)置報文長度，就可以按照泊松到達(dá)；其三忽略計算機網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點處理報文的時延；計算機網(wǎng)絡(luò)中報文傳輸服務(wù)都是一個等級?！?】

2 探析改進(jìn)量子進(jìn)化算法

實際上量子進(jìn)化算法就是進(jìn)化算法和量子計劃相結(jié)合產(chǎn)生的，此事以態(tài)矢量為基礎(chǔ)，以量子比特編碼為染色體，其更新染色體要以量子旋轉(zhuǎn)門和非門進(jìn)行實現(xiàn)，從而才能優(yōu)化計算機網(wǎng)絡(luò)路由。量子進(jìn)化算法中的染色體排列矩陣為：

一個量子染色體表示問題解的特性，其原理就是對量子染色體進(jìn)行隨機測量，以此得出結(jié)果和概率，使用二進(jìn)制實現(xiàn)坍塌，在此過程中可以了解到量子染色體可以有效地解決問題。另外改進(jìn)量子進(jìn)化算法的實現(xiàn)是根據(jù)量子旋轉(zhuǎn)門，通過搜索法使公式的解得到最佳，增加或者減少概率，以此保留或者刪除結(jié)果，以此來改進(jìn)量子進(jìn)化算法。

上表中的xi表示第i個量子染色體的二進(jìn)制解，bi表示第i個最優(yōu)解。

量子進(jìn)化算法的流程主要包括三個部分：其一，要對種群進(jìn)行初始化，在此基礎(chǔ)上對初始種種群進(jìn)行測量，以此得到與個體相依狀態(tài)的相關(guān)記錄表；其二，在合適的狀態(tài)下對記錄進(jìn)行針對性的評估，并且對最佳個體和個體的適應(yīng)值進(jìn)行相關(guān)記錄；其三，在還沒有完全結(jié)束的時候，進(jìn)行其他操作。

對于量子進(jìn)化算法來說，此過程是非常復(fù)雜的，用相關(guān)的符號表示事務(wù)，之后進(jìn)行計算。比如可以使用M表示染色體長度，染色體可以維護(hù)解的多樣性。這樣才能使算法簡單的表述?！?】

3計算機網(wǎng)絡(luò)路由選擇的改進(jìn)量子進(jìn)化算法研究

在計算機網(wǎng)絡(luò)中，量子進(jìn)化算法是非常值得熱議的話題，在計算機網(wǎng)絡(luò)路由選擇中的量子進(jìn)化算法，其主要問題就是量子進(jìn)化算法是針對性對表格進(jìn)行參照，以此來找出相應(yīng)的解法。這種方法會造成旋轉(zhuǎn)角之間沒有較好的關(guān)聯(lián)性，另外在搜索問題的時候會有跳躍性，對于計算機在日常運行工作的時候是非常不利的。為了能夠通過量子進(jìn)化算法解決計算機路由選擇中的問題，就要對其進(jìn)行創(chuàng)新和改進(jìn)。首先優(yōu)化其中的旋轉(zhuǎn)角，使其值能夠滿足路由選擇。優(yōu)化后的旋轉(zhuǎn)表式子可以寫為：

?θi=0.001π*50fb-fx/fx

根據(jù)此式子可以了解到旋轉(zhuǎn)角在不同的情況下會有不同的結(jié)果，簡單來說就是不同的旋轉(zhuǎn)角值具有不同的含義。如果旋轉(zhuǎn)角的值越小，那么就說明個體與最優(yōu)個體之間的距離就越小，就縮小了搜索網(wǎng)絡(luò)。在此狀況下搜索就可以達(dá)到最優(yōu)；如果旋轉(zhuǎn)角的值越大，就說明個體與最優(yōu)個體之間的距離越大，就逐漸擴大了搜索網(wǎng)絡(luò)。在此狀況下就要使所搜速度加快，這樣才能夠使計算機網(wǎng)絡(luò)路由選擇更多方面。

另外就是優(yōu)化調(diào)整其中的函數(shù)，可以使用組合優(yōu)化的方式進(jìn)行，要求函數(shù)達(dá)到最佳狀態(tài)，這樣才能夠得出最優(yōu)解。通過此方式可以了解到，個體基因之間并沒有較強的關(guān)聯(lián)性。所以就可以通過計算機網(wǎng)絡(luò)路由選擇，對量子進(jìn)化算法中的函數(shù)調(diào)整并優(yōu)化。如果處于歸一化的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對應(yīng)的實屬對，并且使他們與量子位一一對應(yīng)。基于此就可以做量子進(jìn)化算法的仿真實驗，并且對其進(jìn)行對比，是否有優(yōu)勢。實驗結(jié)果表示，計算機網(wǎng)絡(luò)路由選擇中的性能能夠了解量子進(jìn)化算法優(yōu)化后比傳統(tǒng)更優(yōu)秀，此結(jié)果可以見圖1。

從圖1可以了解到，在計算機網(wǎng)絡(luò)路由選擇中的改進(jìn)量子進(jìn)化算法中，不斷是收斂速度、尋優(yōu)能力還是其中的性能，都優(yōu)于傳統(tǒng)量子進(jìn)化算法。在進(jìn)行仿真測試時，能夠使改進(jìn)量子進(jìn)化算法之后發(fā)揮自身的作用，也能夠在計算機網(wǎng)絡(luò)路由選擇中完善自身的應(yīng)用。在此情況下計算機路由選擇面對問題能夠很好地解決，并且能夠及時發(fā)現(xiàn)其中的問題，有效地提高了工作人員的工作質(zhì)量和效率，還使計算機在正常運行和工作的過程中保持一個良好的狀態(tài)?！?】

4結(jié)束語

在目前計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上，要重視計算機網(wǎng)絡(luò)路由的選擇。同時，改進(jìn)量子進(jìn)化算法也是非常重要的，通過優(yōu)化旋轉(zhuǎn)角，以此提高搜索速率及范圍。計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)自發(fā)展應(yīng)用以來，量子進(jìn)化算法都有著較好的應(yīng)用和前景，那么優(yōu)化量子進(jìn)化算法有效地促進(jìn)了計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，使計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以為我國各行各業(yè)提供更好的服務(wù)，也有效促進(jìn)我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 宋明紅，俞華鋒，陳海燕.改進(jìn)量子進(jìn)化算法在計算機網(wǎng)絡(luò)路由選擇中的應(yīng)用研究[J].科技通報，2014（1）：170-173.

第4篇：量子計算的應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞：量子遺傳算法；多峰值函數(shù)；優(yōu)化

中圖分類號：TP301 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract：According to has the poor local searching ability and precocity in search of multi peak optimization，so this paper proposed an improved quantum genetic algorithm （QQGA），which uses the probability of evolutionary strategy with niche to initiate the quantum population， and the dynamic quantum rotating angle adjustment strategy to speed up the convergence speed；and adds quantum immigration and elitist selection strategy to improve the planning efficiency and avoid falling into local optimal. Then the paper uses complex function of two variables to test the improved quantum genetic algorithm， and the result proves that the improved quantum genetic algorithm has higher efficiency.

Key words：quantum genetic algorithm； multipeak functions； optimization

1 引 言

量子遺傳算法（QGA）是量子計算與遺傳算法相結(jié)合產(chǎn)生的新的智能算法。利用量子態(tài)疊加性和量子旋轉(zhuǎn)門等操作實現(xiàn)染色體的更新，從而實現(xiàn)有效計算[1]。與遺傳算法相比，量子遺傳算法具有種群多樣性好、全局搜索能力強和收斂速度快等特點[2]。然而，文獻(xiàn)[3]～文獻(xiàn)[4]中也指出，量子遺傳算法適于求解組合優(yōu)化問題，甚至只適于求解背包問題，而不適于求解連續(xù)函數(shù)的優(yōu)化問題，特別是多峰函數(shù)的優(yōu)化問題。

因此，本文提出改進(jìn)量子遺傳算法求解多峰值函數(shù)最優(yōu)值，并進(jìn)行了仿真實驗，結(jié)果證明了該方法是有效可行的。

2 量子遺傳算法及其改進(jìn)

在量子遺傳算法中，最重要的是量子編碼和量子門的引入。量子編碼是將染色體用量子的態(tài)矢量表示，使一條染色體表達(dá)多個態(tài)的疊加，從而增加了種群多樣性，使算法能夠在較小的種群規(guī)模下求得最優(yōu)解； 而量子門的引入使算法具備了優(yōu)化能力，可以保證算法收斂[5]。

2.1 量子編碼

如圖2，各種群之間通過移民算子進(jìn)行聯(lián)系，實現(xiàn)多種群的協(xié)同進(jìn)化，本文的移民算子是在相鄰種群間移民，即用當(dāng)前種群中的最優(yōu)個體代替相鄰種群的最劣個體。加入人工選擇算子保存各種群每個進(jìn)化代中的最優(yōu)個體。每迭代一次進(jìn)行一次移民和人工選擇運算，選出各種群的最優(yōu)值存到精華種群。精華種群和其他種群有很大不同，精華種群不進(jìn)行量子變更，保證進(jìn)化過程中各種群產(chǎn)生的最優(yōu)個體不被破壞和丟失。同時，精華種群也是判斷算法終止的依據(jù)，這里采用最大遺傳代數(shù)作為終止判據(jù)。最后從精華種群中獲得最優(yōu)個體。

4 結(jié)束語

本文針對標(biāo)準(zhǔn)量子遺傳算法收斂性差，易陷于局部最優(yōu)的缺點，進(jìn)行改進(jìn)運用基于概率劃分的小生境協(xié)同進(jìn)化策略初始化量子種群，并采用動態(tài)的量子旋轉(zhuǎn)角調(diào)整策略來加快收斂速度；加入量子移民和保優(yōu)選擇策略，提高規(guī)劃效率，避免陷入局部最優(yōu)。并利用復(fù)雜二元函數(shù)測試改進(jìn)量子遺傳算法，顯示了優(yōu)良的特性。

參考文獻(xiàn)

[1] 梁昌勇，柏 樺，蔡美菊，等.量子遺傳算法研究進(jìn)展[J].計算機應(yīng)用研究，201207，29（7）：2401-2405.

[2] 周傳華，錢鋒.改進(jìn)量子遺傳算法及其應(yīng)用[J].計算機應(yīng)用，200802，28（2）：286-288.

[3] HAN KH， KIM JH. Parallel quantuminspired genetic algorithm for combinatorial optimization problems[C].Proc of IEEE Conference on Evolutionary Computation. Piscataway： IEEE Press， 2001：1422-1429.

[4] 張葛樣，李娜，金煒東.一種新量子遺傳算法及其應(yīng)用[J].電子學(xué)報，2004，32（3）：476-479.

第5篇：量子計算的應(yīng)用范文

潘建偉在現(xiàn)場宣布，在光學(xué)體系，研究團隊在去年首次實現(xiàn)十光子糾纏操縱的基礎(chǔ)上，利用高品質(zhì)量子點單光子源構(gòu)建了世界首臺超越早期經(jīng)典計算機的光量子計算機。

在超導(dǎo)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(xué)圣塔芭芭拉分校）公開報道的9個超導(dǎo)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(dǎo)量子比特的糾纏，并在超導(dǎo)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(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然光子學(xué)》，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(xué)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(yuǎn)遠(yuǎn)超越經(jīng)典計算機。1994年，麻省理工學(xué)院的Peter？Shor教授提出分解大質(zhì)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(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。”潘建偉說，“比如，300位10進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(yán)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?！?/p>

據(jù)專家介紹，根據(jù)各物理體系內(nèi)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(xué)術(shù)界在基于光子、超冷原子和超導(dǎo)線路體系的量子計算技術(shù)發(fā)展上總體較為領(lǐng)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(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。

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(jīng)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?！?/p>

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)。

“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，但是是重要的一步?！迸私▊フf。

“朝著這個目標(biāo)，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?！标懗栒f。

但由于高精度量子操控技術(shù)的極端復(fù)雜性，目前量子計算研究仍處于早期發(fā)展階段?！跋窠?jīng)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(xué)界還是個未知數(shù)?！迸私▊フf。

在信息安全、醫(yī)學(xué)檢測、導(dǎo)航等方面，量子技術(shù)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(guān)重要的作用。當(dāng)人們能夠把數(shù)據(jù)里面有效的數(shù)據(jù)結(jié)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(yīng)用前景，潘建偉充滿信心：“我認(rèn)為量子技術(shù)領(lǐng)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(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，會給我們的生活帶來極大的改變。比如，我們現(xiàn)在的天氣預(yù)報只能預(yù)報幾天，因為如果要預(yù)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(yù)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(dǎo)、超冷原子等方向上都已經(jīng)做了相應(yīng)的布局。

“在以后的10到15年里，量子技術(shù)領(lǐng)域的競爭將是非常激烈的。比如英國啟動了國家量子技術(shù)專項、歐盟啟動了量子旗艦專項、美國在論證相應(yīng)的計劃。包括谷歌、IBM、微軟等在內(nèi)的一些美國公司也都介入到相關(guān)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(xué)家普朗克在德國物理學(xué)會上公布了他的成果，成為量子論誕生和新物理學(xué)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(xué)技術(shù)大學(xué)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(xué)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(xué)的開創(chuàng)者之一、奧地利物理學(xué)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(jīng)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(jīng)很“奇怪”，那么當(dāng)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(xué)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(yuǎn)，當(dāng)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(yīng)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(xué)界已經(jīng)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(yīng)用，比如量子通信和量子計算。

量子通信是科學(xué)界利用量子特性最早開發(fā)的信息應(yīng)用，其“不可分割”“測不準(zhǔn)”“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。

第6篇：量子計算的應(yīng)用范文

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。”那么這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?！斑@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)?！迸私▊ブ赋?。

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(yuǎn)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(jìn)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?！?/p>

第7篇：量子計算的應(yīng)用范文

1.1量子計算機量子計算機可簡單理解為遵循量子力學(xué)能夠進(jìn)行高速運算、存儲和處理信息的計算機，它是在社會對高速度、保密好、容量大的通訊及計算提出較高要求的情況下產(chǎn)生的。物理主體主要包括：液態(tài)核磁共振量子計算機、(固態(tài))硅晶體核磁共振量子計算機、離子陷阱、量子光學(xué)、腔室量子電動力學(xué)、超導(dǎo)體方案等。量子計算機的功能在于進(jìn)行大數(shù)的因式分解，和Grover搜索破譯密碼，但是同時也提供了另一種保密通訊的方式，此外還可以用來做量子系統(tǒng)的模擬。但是在昨晚高難度運算后，能耗高、壽命短，散熱量大等缺點則暴露出來，真正有價值的量子計算機還有待繼續(xù)研究。

1.2光子計算機光子計算機進(jìn)行數(shù)字運算、邏輯操作、信息存貯等內(nèi)容利用的是光信號，以光運算代替電運算，主要由激光器、光學(xué)反射鏡、透鏡、濾波器等光學(xué)元件設(shè)備組成。它具有運算、處理能力極強的優(yōu)點，同時，兼具容錯性，能夠進(jìn)行模糊處理，但并不影響運算結(jié)果，智能化更高端。它主要具有以下好處：光子不帶電荷，不產(chǎn)生磁場，也不受磁場作用影響；光子也不具有靜止質(zhì)量，可以在真空和介質(zhì)兩種狀態(tài)下傳播；信息存儲容量大，通道寬，通信能力強；能量耗用低，散熱量小，節(jié)能環(huán)保性較強，也避免了計算機運行時內(nèi)部過熱的情況。目前雖然光子計算機在功能和運算速度方面和電子計算機有一定差距，但光子計算機的進(jìn)一步研制、完善，在對圖像處理、目標(biāo)識別和人工智能等方面發(fā)揮重大作用。

1.3生物計算機生物計算機也叫做放生計算機，是以仿生學(xué)研究為基礎(chǔ)而形成的新型計算機技術(shù)，它以生物工程技術(shù)生產(chǎn)的蛋白分子制成生物芯片作為基礎(chǔ)元件。它具有并行處理的功能，運行速度比普通的電子計算機要快10萬倍，存儲空間占用更是少之又少。它具有的優(yōu)點很多，首先，體積小、功效高，比集成電路小很多，可以隱藏在地板、墻壁等地方；其次，具有自我修復(fù)功能，它的內(nèi)部芯片出現(xiàn)故障時，不需要人工修理，能自我修復(fù)，永久性、可靠新高；再者，能耗很低，能量消耗僅占普通電子計算機的10億分之1，散熱量很小；第四，不受電路間信號干擾。目前，這種計算機還在研制階段，存在技術(shù)不成熟、信息提取難等問題，還需要繼續(xù)優(yōu)化。

1.4納米計算機納米計算機研制是計算機發(fā)展過程中的一場革命，它以納米技術(shù)為基礎(chǔ)研制出計算機內(nèi)存芯片，其體積相當(dāng)于發(fā)絲直徑的千分之一，生產(chǎn)成本非常低，不需要建造超潔凈生產(chǎn)車間，也不需要昂貴的實驗設(shè)備和人數(shù)眾多的生產(chǎn)團隊，同時，納米計算機也需要耗費能源可以忽略不計，但是對其強大其性能的發(fā)揮絲毫不產(chǎn)生影響。納米計算機可以應(yīng)用到微型機器人，以至于日用電子設(shè)備，甚至玩具中，都能獲得強大的微處理功能，其應(yīng)用范圍也涉及到現(xiàn)代物理學(xué)、化學(xué)、電子學(xué)、建筑學(xué)、材料學(xué)等各個學(xué)科領(lǐng)域。這項新的課題技術(shù)也在不斷的完善和發(fā)展，將為計算機發(fā)展帶來新的內(nèi)容。

2云技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展

2.1云技術(shù)云計算是分布式計算的一種形式，它通過將計算拆散計算再進(jìn)行組合回傳的方式進(jìn)行，可以達(dá)到和超級計算機同樣強大的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，這是云技術(shù)的根本。云技術(shù)不僅僅作為資料搜集手段，它是集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、整合技術(shù)管理平臺技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)為一體的綜合資源池，靈活便捷。云技術(shù)作為一種商業(yè)模式的體現(xiàn)方式，其應(yīng)用非常廣泛，目前，已經(jīng)在搜索引擎、網(wǎng)絡(luò)信箱等領(lǐng)域投入使用，未來在手機、GPS等行動裝置上也可實現(xiàn)。云技術(shù)正以它的可靠、實用、安全等性能逐漸被人們所接受，云物聯(lián)、云存儲、云呼叫、私有云、云游戲、云教育、云會議以及云社交等正逐步強化它的服務(wù)功能。

2.2網(wǎng)絡(luò)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展有賴于光纖技術(shù)的快速發(fā)展。光導(dǎo)纖維技術(shù)在通信、電子和電力等領(lǐng)域日益擴展，成為大有前途的新型基礎(chǔ)材料，與之相伴的光纖技術(shù)也以新奇、便捷贏得人們的青睞。它具有耐濕、耐輻射、易于安裝和保養(yǎng)、24小時的連續(xù)工作等性能被廣泛應(yīng)用。尤其在塑料光纖產(chǎn)生后，海底光纜工程得以順利實施，對世界范圍網(wǎng)絡(luò)通信起到良好的推動作用。

3移動計算機技術(shù)發(fā)展

目前最熱門的是wifi無線技術(shù)，而最新的是4G通信技術(shù)，這兩項技術(shù)對移動計算機的發(fā)展起到了關(guān)鍵的支撐作用。4G網(wǎng)絡(luò)時代剛剛開啟，目前開始應(yīng)用于移動設(shè)備上，但是在微型便攜計算機上的應(yīng)用尚未起步。如何將移動計算機等終端產(chǎn)品通過芯片等形式與4G網(wǎng)絡(luò)完沒相連接，如發(fā)展移動電視、移動電腦、成為一項熱門話題，有待進(jìn)一步研究探索。

4結(jié)束語

第8篇：量子計算的應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞:量子力學(xué) 量子計算機

中圖分類號:TP39 文獻(xiàn)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(dá)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(jìn)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(jìn)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(yuǎn)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(jìn)行多個讀取和計算,遠(yuǎn)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(yuǎn),對其中一個粒子進(jìn)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(jìn)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(xiàn):

[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(jìn)展[J].教育部科技發(fā)展中心內(nèi)刊.

第9篇：量子計算的應(yīng)用范文

8月16日1時40分，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用二號丁運載火箭成功將世界首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”發(fā)射升空。

量子科學(xué)，對絕大多數(shù)人來說十分高冷。但當(dāng)它與信息技術(shù)相連，就與我們每個人息息相關(guān)。當(dāng)今社會，信息的海量傳播背后也充斥著信息泄露的風(fēng)險。而量子科學(xué)則為信息安全提供了“終極武器”。

量子衛(wèi)星首席科學(xué)家、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、中科院量子信息與量子科技前沿卓越創(chuàng)新中心主任潘建偉院士介紹，量子通信的安全性基于量子物理基本原理，單光子的不可分割性和量子態(tài)的不可復(fù)制性保證了信息的不可竊聽和不可破解，從原理上確保身份認(rèn)證、傳輸加密以及數(shù)字簽名等的無條件安全，可從根本上、永久性解決信息安全問題。

那么，量子衛(wèi)星具體將會在哪些方面給我們的生活帶來影響呢？“瞬間移動”、“信息絕密”真的可以實現(xiàn)嗎？潘建偉院士將對這些問題進(jìn)行一一解答。

問題1：量子究竟是什么？

量子是構(gòu)成物質(zhì)的基本單元，是能量的最基本攜帶者，不可再分割。比如，光子是光能量的最小單元，不存在“半個光子”，同理，也不存在“半個氫原子”“半個水分子”等等。量子世界中有兩個基本原理：

――量子疊加，就是指一個量子系統(tǒng)可以處在不同量子態(tài)的疊加態(tài)上。著名的“薛定諤的貓”理論曾經(jīng)形象地表述為“一只貓可以同時既是活的又是死的”。

――量子糾纏，類似孫悟空和他的分身，二者無論距離多遠(yuǎn)都“心有靈犀”。當(dāng)兩個微觀粒子處于糾纏態(tài)，不論分離多遠(yuǎn)，對其中一個粒子的量子態(tài)做任何改變，另一個會立刻感受到，并做相應(yīng)改變。

問題2：世界上真有“絕對安全”的通信嗎？

這得先說說通信中信息是如何被竊取的。傳統(tǒng)光通信是通過光的強弱變化傳輸信息。從中分出一丁點光并不影響其他光繼續(xù)傳輸信息，測量這一丁點光原理上就能竊取信息。

量子通信則完全不同！竊聽者如果想攔截量子信號，并對其進(jìn)行測量，將不可避免地破壞攜帶密鑰信息的量子態(tài)。根據(jù)量子“測不準(zhǔn)定理”，這種破壞必然會被信息發(fā)送者和接收者所發(fā)現(xiàn)。

是否可以不破壞傳輸?shù)牧孔討B(tài)，只截取并復(fù)制，再繼續(xù)發(fā)送？這已被“量子不可克隆定理”完全排除，于是也就保證了量子通信的絕對安全。

問題3：量子科學(xué)和技術(shù)究竟將帶來一個怎樣的未來？

量子科學(xué)和技術(shù)其實已經(jīng)在方方面面影響著我們的日常生活。我們目前正在廣為使用的計算機、手機、互聯(lián)網(wǎng)、時間標(biāo)準(zhǔn)和導(dǎo)航，包括醫(yī)院里的磁共振成像等等，無一不得益于量子科學(xué)和技術(shù)。

用發(fā)展的眼光看，隨著微納加工、超冷原子量子調(diào)控等技術(shù)的不斷進(jìn)步，人類將能夠制備出越來越復(fù)雜、功能越來越強大的各種人造量子系統(tǒng)，例如包括量子計算機芯片在內(nèi)的各種量子電路，其功能和信息處理能力將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我們目前正在使用的經(jīng)典芯片，并且更加節(jié)能；再如可望制備出達(dá)到量子極限的能量收集和轉(zhuǎn)換器件，將引發(fā)能源變革；也有望大幅提升對時間、位置、重力等物理量超高精度的測量，不僅實現(xiàn)超高精度的潛艇定位、醫(yī)學(xué)檢測等，也將加深對物理學(xué)基本原理的認(rèn)識。

總之，量子科學(xué)和技術(shù)的廣泛應(yīng)用最終將把人類社會帶入到量子時代，實現(xiàn)更高的工作效率、更安全的數(shù)據(jù)通信，以及更方便和更綠色的生活方式。

問題4：量子技術(shù)什么時候才能“飛入尋常百姓家”？

量子通信目前已經(jīng)實現(xiàn)在金融、政務(wù)系統(tǒng)等中的使用。要讓每個人都用上，樂觀的話需要10到15年。這需要對網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行改造，還涉及到標(biāo)準(zhǔn)制定。到時候，個人的網(wǎng)上銀行、手機支付、信用卡等就再也不怕被盜號，“棱鏡門”那樣的泄密事件也不會發(fā)生了。

而量子計算目前仍然處于基礎(chǔ)研究的階段，前進(jìn)道路上還面臨著巨大的挑戰(zhàn)，不知道在二三十年的時間內(nèi)能否實現(xiàn)初步應(yīng)用。一旦取得進(jìn)展，其意義將是極其重大的。這需要一個過程，依賴于量子通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，應(yīng)用成本也會逐漸下降。

問題5：“量子態(tài)隱形傳輸”意味著能實現(xiàn)《星際迷航》里的瞬間移動嗎？

“量子態(tài)隱形傳輸”是基于量子疊加和量子糾纏的特性，使甲地某一粒子的未知量子態(tài)，可以在乙地的另一粒子上還原出來。其實傳輸?shù)氖橇Ｗ拥牧孔討B(tài)，而不是粒子本身。這種狀態(tài)傳送的速度上限仍然是光速，也不是“瞬間移動”。

現(xiàn)在，在光子、原子等層面已經(jīng)實現(xiàn)了量子態(tài)隱形傳輸。電影里“大變活人”在原理上是允許的，但目前還遠(yuǎn)遠(yuǎn)做不到。因為科幻電影里人的傳送，不僅需要把人的實體部分的大量原子、分子傳送，并且嚴(yán)格按照原來的相對位置重新排列起來，更何況重現(xiàn)意識和記憶就更復(fù)雜了。

不過，隨著科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，也許未來我們還是可以實現(xiàn)人的量子態(tài)隱形傳輸，到那時星際旅行就不是夢啦。