量子计算的应用范文

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篇1

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）32-0278-02

一、引言

量子力学是研究微观粒子运动规律的物理学分支学科，与相对论一起构成了现代物理学的理论基础[1]。对于高等院校物理专业的学生，量子力学在基础课程中占有核心地位。通过学习量子力学，可进一步将学生对客观物质世界的感性认识提升到理性认识。因此，对于高校量子力学教师而言，形象、生动的课堂教学不仅能激发学生的学习兴趣，而且还能完善和拓展学生的物理专业知识，从而提高学生的思维水平和培养他们的科研能力。

对于大部分初学者，除了难以理解量子力学中一些与常理相悖的知识外，烦琐的数学推导使很多同学对量子力学望而生畏。如果高校教师继续沿用传统的解析推演、口述笔写的教学方式，将加大学生学习量子力学的难度。此外，量子力学的授课内容大部分属于理论知识，受条件的限制，许多高校无法为学生开设实验课程，这使得学生对抽象的量子力学现象缺乏客观认识。随着计算机的不断发展，很多教师将一些数值计算引入到了量子力学教学中，不仅有效地规避了烦琐的数学解析推演，而且也能作为量子力学授课的理想实验平台，为学生形象地展示量子力学中的一些抽象且难以理解的量子现象和概念[2，3]。因此，为了降低学生学习量子力学的难度，提高学生对量子力学的学习兴趣，应鼓励高校教师将计算机及数值计算搬进量子力学的教学课堂。本文将通过具体的一些量子力学实例来说明数值计算应用于量子力学教学过程中的优势。

二、数值计算在量子力学教学中的应用实例

我们将以一维势场中单个粒子的定态及含时演化为例来说明数值计算在量子力学教学中的应用。为了简单，我们以Matlab软件作为数值计算的平台。

例1：一维定态薛定谔方程的数值计算

在量子力学中，描述单个粒子在一维势场V（x）中运动的定态薛定谔方程如下：

- +Vxψx=Eψx （1）

这里我们假设m=？攸=1。原则上，通过从定态薛定谔方程中求解出波函数ψ（x），我们可以知道该粒子在势场V（x）中运动的所有信息。然而，方程（1）是否存在解析解，在很大程度上依赖于势场V（x）的具体形式。对于较为简单的势场，例如大家熟知的无限深势阱及谐振子势阱，很容易解析求解方程（1）。相反，如果势场V（x）的形式比较复杂，如周期势或双势阱，则必须借助于数值计算。因此，当学生学会利用数值计算求解无限深势阱或谐振子势阱中的定态薛定谔方程时，则很容易举一反三的将其推广至较为复杂的势场，从而避免了烦琐的数学问题。

以下是基于Maltab软件并利用虚时演化方法所编写的计算定态薛定谔方程的程序：

clearall

N=100；x=linspace（-6，6，N+1）；dx=x（2）-x（1）；dt=0.001；dxdt=dt/dx^2；

V=0.5*x.^2；%谐振子势函数

temp=1+dxdt+dt*V；

psi=rand（1，N+1）；%初始波函数

psi=psi/sqrt（sum（abs（psi）.^2）*dx）；%归一化波函数

psi1=psi；

for k=1：10000000

%---------迭代法求解三对角方程---------

psi2=zeros（1，N+1）；

for m=1：100000000

for j=2：N

psi2（j）=（psi（j）+0.5*dxdt*（psi1（j+1）+psi1（j-1）））/temp（j）；

end

emax=max（abs（psi2-psi1））；psi1=psi2；

ifemax

break

end

end

psi1=psi1/sqrt（sum（abs（psi1）.^2*dx））；emax=max（abs（psi-psi1））；psi=psi1；

ifemax

break

end

end

作为例子，我们利用上述程序分别计算出谐振子和双势阱中的基态解。程图1（a）中展示了谐振子的基态解，从中可以看出，数值计算的结果和精确解一致。对于V （x）= x +ae 的双势阱（这里a为势垒高度，b为势垒宽度），由于波函数满足相同的边界条件ψ（x±∞）=0，则只需要将上述程序中的谐振子换成V （x）即可，其基态波函数展示在图1（b）中。从图1（b）中可以看出，随着势垒高度的增加，粒子穿过势垒的几率越来越低。由此可见，利用数值计算能形象地描述粒子在双势阱中的势垒贯穿效应，这降低了学生对该现象的理解难度，同时提高了教师的授课效率。

例2：一维含时薛定谔方程的数值计算

在量子力学中，描述单个粒子在一维势场V（x）中运动的含时薛定谔方程如下：

i =- +V（x）ψ（x，t） （2）

该方程为二阶偏微分方程，对于一般形式的外势V（x）很难严格求解该方程。因此，我们借助时间劈裂傅立叶谱方法进行数值求解，其Matlab程序代码如下：

clearall

N=200；L=20；dx=L/N；x=（-N/2：N/2-1）*dx；

K=2*pi/L；k=fftshift（-N/2：N/2-1）*K；

V=0.5*3*x.^2；

psi=exp（-（x-2）.^2）；psi=psi/sqrt（sum（abs（psi）.^2）*dx）；%归一化初始波函数

t=linspace（0，10，1001）；dt=t（2）-t（1）；F=exp（-i*0.5*dt*k.^2/2）；

for j=1：length（t）；

%---------时间劈裂谱方法求解---------

psi=ifft（F.*fft（psi））；

psi=exp（-i*V*dt）.*psi；

psi=ifft（F.*fft（psi））；

U（j，：）=psi；

end

作为例子，我们分别选取了谐振子势阱的基态波函数和非基态波函数作为时间演化的初始值。从图2中可以看到，当初始值为基态波函数时，波包的构型并不会随着时间的演化而发生形变，这说明粒子处于动力学稳定的状态。相反，当我们将初始波函数的波包中心稍作挪动，则随着时间的演化，波包将在势阱中做周期性振荡。我们可以让学生利用数值程序证明波包振荡周期等于谐振子的频率。此外，如果我们将初始波函数改为谐振子的激发态，并在初始时刻加上一个较小的扰动项，则可利用时间演化程序证明激发态在外界的一定扰动下而变得动力学不稳定。因此，数值程序为我们提供了验证理论结果的理想实验平台，有利于学生对抽象物理概念的理解。

三、结语

基于Matlab软件，我们以量子力学中的定态和含时薛定谔方程为例来说明数值计算应用于量子力学教学过程中的优势。数值计算不仅有效避免了烦琐的数学公式推导，而且也可当作理想的实验平台来形象地展示量子力学中一些抽象的物理现象。高校教师借助于数值计算能拓展学生的物理专业知识，提高他们对量子力学的学习兴趣，培养他们利用数值计算做一些简单的科学研究。

参考文献：

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对于带平衡约束的圆形布局问题，目前主要的求解方法包括：启发式算法、演化算法或两者混合。文献[2-3]对约束布局模型直接用演化算法进行优化，利用的启发信息不多，所以在运行时间上和求解精度上没有达到较好的效果。文献[4-7]针对约束布局模型采用启发式方法进行求解，故取得了相当好的效果。

篇3

中图分类号：TB22 文献标识码：A 文章编号：1007—9599 （2012） 14—0000—02

随着测绘科学技术的发展进步，新仪器、新设备、新技术、新方法的不断更新，工程测量行业也进行了不断的变革，由最初的简单调绘、平板成图到今天的计算机数字化、网络化经历了十几年的风雨历程，并随着计算机数字化的发展在逐步走向成熟。

在工程测量中，不论工程项目的大小和类别，如：线路测量、施工与竣工测量、变形测量、公路测量和工程地形图测绘等，都离不开测量技术的支持。工程测量在工程项目中起着非常重要的作用：在工程建设规划设计的阶段，测量技术主要提供各种比例的地形图和地形资料，同时还要提供地址勘测、水文地质勘测和水文测量的数据；在工程建设施工阶段，要把测量之后的设计变为实地建设的依据，即根据工程现场地形和工程性质，建立完整的施工网，逐一把图纸化为实物。总之，从施工开始到结束，都离不开工程测量这项工作。因为对于一个工程，首先需要对建筑物进行定位，确定其实际位置，之后确定准确的标识，从而确定该区域是否有设计后新增建筑物或者其他，以保证机械设备的使用。基础设施完毕后，还要进行竣工线的投测，即对设备的平整度等进行跟踪测量，来保证设备工艺的流畅。在建筑物的运营管理阶段，工程测量同样重要。通过测量工程建筑物的运行状况，对不正常现象进行探讨分析，采取有效措施，防止事故发生。为了提高工程质量和施工效率，必须重视测量技术和新时期下测量技术的新发展。工程测量长期依靠经纬仪、平板仪、水准仪“老三仪”进行工作，新技术的应用较局限。随着现代测绘技术的逐步扩大应用，向“老三仪”告别的时代已经到来。现代测绘技术的核心是全球卫星定位技术、光电测距技术。

一、全球卫星定位技术

GPS即全球卫星定位系统（Global Positioning System）。它最初是由美国国防部开发的，利用离地面约两万多公里高的轨道上运行的24颗人造卫星所发射出来的讯号，以三角测量原理计算出收讯者在地球上的位置。卫星定位技术又分GPS（静态）定位技术和实时动态（RTK）定位技术。

（一）GPS（静态）定位技术

GPS（静态）定位技术比常规方法适应性更强，网型构造简单，不受天气气候等影响，即使离已知点较远也可以连接，而且不受天气影响，更重要的是它还解决了点与点不能通视的问题，广泛应用于大型控制测量。

（二）实时动态（RTK）定位技术

RTK（Real — time kinematic）实时动态差分法。这是一种新的常用的GPS测量方法，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。实时动态测量RTK是基于载波相位观测值的实时动态定位技术。在RTK作业模式下，基准站通过数据锭—调制解调器，将其观测值及站点的坐标信息用电磁信号一起发送给流动站。流动站不仅接收来自基准站的数据.同时本身也要采集GPS卫星信号，并取得观测数据，在系统内组成差分观测值进行实时处理，瞬时地给出精度为厘米级（相对于参考站）的流动站点位坐标，它广泛用于控制测量、线路中线定线、建筑物规划放线、用地测量。特别是在中小型水利水电工程中，GPS测量技术的优点体现的更为明显。因为在中小型水利水电项目中，控制测量的方法得到了极大的简化，也可以根据需要选择布点，在此应用RTK高精度的特点，测量工作可以大量节省人力资源和减小工作的时间和劳动的强度。例如，在引水式工程中，特别是长距离引水工程，明渠引水对地貌的损坏很大并且受地形条件的影响也很大，如果采用传统的测量方法，对人力和时间的消耗将会是很大的，但是如果在项目建议书和设计施工阶段都采用RTK测量技术，就可以克服这些工程所面临的地形地势、交通条件等因素的影响，省去大量的人工控制复核，大大减少甚至省去中间过渡点的测量，就可以节省大量时间，更重要的是，通过GPS测量得到的数据精度很高，大大方便以后的工程建设。

二、光电测距技术

光电测距技术主要应用在全站仪、电子水准仪等设备上。

（一）全站仪

全站仪是一种集光、机、电及精密机械加工等高精尖技术于一体的先进测量仪器，用它可准确、高效、方便地完成多种工程测量工作。它不仅精度高，而且速度快、操作简便，还带有丰富的内置软件，具有常规测量仪器无法比拟的优点，在测绘、测试、监测等领域应用日渐广泛。全站仪是全站型电子测速仪的简称，又被称为“电子全站仪”，是指由电子经纬仪、光电测距仪和电子记录器组成的，可实现自动测角，自动测距、自动计算和自动记录的一种多功能高效率的地面测量仪器。电子全站仪进行空间数据采集与更新，实现测绘的数字化。它的优势存在于数据处理的快速与准确性。全站仪在工程测量中的应用，不仅提高了工作效率，减少了外业计算、记录和外业工作时间，而且还提高精度。应用有很多种，例如：数据采集、施工放样、后方交会、导线测量、对边测量、悬高测量等。

（二）电子水准仪

电子水准仪又称数字水准仪，它是在自动安平水准仪的基础上发展起来的。它采用条码标尺，各厂家标尺编码的条码图案不相同，不能互换使用。目前照准标尺和调焦仍需目视进行。人工完成照准和调焦之后，标尺条码一方面被成象在望远镜分化板上，供目视观测，另一方面通过望远镜的分光镜，标尺条码又被成象在光电传感器（又称探测器）上，即线阵CCD器件上，供电子读数。电子水准仪利用数字图像处理技术，把由标尺进入望远镜的条码分划影像，用行阵探测器传感器替代观测员的肉眼，从而实现观测夹准和读数自动化。测量作业时只要将水准仪概略整平，补偿器自动使视线水平，照准标尺并调焦，按测量键等4秒钟后，在显示器上即显示h和d。每站观测数据在内存模块或PCMCIA卡上自动记录并进行各项检校，仪器可设置自动进行地球弯曲差和大气垂直折光差改正。它与传统仪器相比有以下优点：读数客观、精度高、速度快、效率高。

信息化测绘是计算机数字化测绘的延伸和发展，是信息社会测绘生产力发展的必然要求。在信息化条件下，空间数据生产的劳动强度极大降低，技术含量极大提高，应用前景更加广阔。历史将有力证明：建设城市信息化测绘体系是工程测量行业实现可持续发展的必由之路，殷切期待工程测量行业在信息化的浪潮中更加繁荣昌盛。

参考文献：

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Abstract: The development of the computer technology, and infiltrated all walks of life and computer graphic design technology promotion, the computer graphics technology is applied to the calculation of engineering quantity possible, automatic calculation software application and development is the inevitable trend of the building engineering budget.

Key words : the project pre-settlement; automatic calculation software

中图分类号：F811.3文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）

建筑工程预结算是建筑行业中非常重要的一项工作，而工程量计算又是这项工作中至关重要的一部分。如何提高工程量计算的效率、减少其工作量，做到准确无误，一直是工程预算行业急待解决的一个课题。

计算机技术的日益发展，并渗入到各行各业中以及计算机平面设计技术的推广，使得计算机绘图技术应用到工程量计算中成为可能，工程量自动计算软件的应用和发展是建筑工程预结算的必然趋势。

2003年7月我在公司预算处开始从事工程预算工作，刚参加工作时，工程预算对我来说非常陌生，书本理论与实际应用之间差距太大。经过很长一段努力，我的预算技能虽然有所提高，但对于计算规则和定额的深入理解以及计算速度的有效提高等方面仍有相当的不足。

2007年，在参与我公司内蒙古商厦的审计结算工作中，我接触到了鲁班算量软件，同时，在学习和应用当中感受到它给我的工作带来了很大的方便。

（一）在工作方式上，鲁班软件采用的是AutoCad界面和绘图方式，这正是我在校期间的学习内容，所以感觉上手很快，达到熟练程度也比较容易。

当然对于很多初学者来说，软件入门的确有一定的困难，但这只是暂时的，只要我们把握正确的方法，通过正确的渠道，再加上自己的努力就一定能掌握它。

（二）对于工程量计算规则，其中大部分已经在鲁班软件中设置完毕，我们只要稍做修改就可以正确应用。

显而易见，工程量计算软件为预算初学者提供了学习的捷径。因为老预算员精通定额，熟练掌握计算规则，但计算机水平都不是很高，而对于初学者来说计算机操作是我们的优势，计算规则已经由软件定义，我们就可以先入门学习软件再逐渐熟悉定额和计算规则。通过这种方式我感到预算水平提高很快。

（三）在工作步骤上，使用工程量计算软件省略了原先的计算书汇总、上表套定额的手工工序，完全由计算机自动完成，极大程度上节省了时间。

在工作效率上，以前用手工算量大约用一星期才能完成的工程量，用算量软件五天就能完成。

（四）在采用的工作方式上，鲁班软件采用AutoCad绘图方式，省略了手工计算时使用的铅笔、橡皮、计算器和大量的工程量计算书等耗材，简化了手写计算式的步骤和手按计算器计算的繁复工作，在极大程度上实现了无纸办公。

（五）在打印输出格式上，鲁班软件打印输出的整洁版面是手工书写无法比拟的，其格式明确，计算公式详细，汇总方式合理，做为预算资料的保存和查阅十分适用。

另外，在核对工程量时，还可以利用电子计算书的分类汇总和条件汇总功能，在计算机中随时调用有用的数据，减少了手工计算书不易分类、不易汇总的麻烦。

再有，软件提供了自动输出到TXT、EXCEL、XML多种文件形式，极大程度上方便了各种用户的转化与应用。

（六）图形算量软件作为一种高科技含量的新兴技术产业，具有很大的发展前景，通过每一次的软件不定期升级，软件必将越做越成熟，越做越合乎人性化设计。到目前为止，该软件已经由最初的2007版升级到2008版，而且2009版已经在网上公布并进入全国巡回展览阶段。

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中图分类号：P256 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）40-0007-02

1、概述

近年来随着计算机技术的飞速发展，对抗恶劣环境计算机的各项性能指标提出更高要求，应用领域不断扩大。在研制、开发抗恶劣环境计算机的过程中发现，制约其可靠性的关键部件之一就是外部存储器。

以往抗恶劣环境计算机外部存储器采用的机械式硬盘。由于机械式硬盘是机电一体化产品，其工作温度、机械震动等环境适应性远不能满足抗恶劣环境计算机的要求。随着半导体存储技术日渐成熟、完善，固态电子盘逐步取代机械式硬盘成为抗恶劣环境计算机的外部存储器。但由于储存容量较小难以满足大数据量存储，为寻求一种大容量高可靠性的外部存储设备，我们着手对大容量固态电子盘的研制开发工作。

2、构成

固态电子盘由存储载体、控制器、接口以及电源管理等部分构成。

2.1 存储载体

固态电子盘利用超大规模集成电路flash存储芯片阵列作为储存载体，取代硬盘高速旋转磁盘载体。其特点是减少寻道延迟时间，由于没有精密机械设备提高了使用寿命，降低了功耗。为提高存储容量存储载体选用k9k4g080um存储芯片。

2.2 控制器

控制器是固态电子盘的关键元器件之一，完成存储数据在flash存储芯片阵列读写管理。

2.3 接口

固态电子盘接口设计与标准硬盘接口一致，接口采用2.0mm标准IDE接口。

3、设计方案

3.1 Flash盘控制器

经过查阅大量的资料及分析，Flash盘控制器采用了SST公司生产具有的IDE接口控制器SST55ld019。该控制器具有电路简单、速度快、可靠性高等特点。其中最大特点是控制容量大（最高可达24G），为今后固态电子盘持续升级带来很大方便。其功能框图如图1：

SST55ld019控制器内部包含了一个微控制器和嵌入式Flash文件管理系统。控制器和主机的接口允许数据写入Flash介质以及从Flash介质读出。MCU负责把IDE命令转换成Flash介质操作所需的数据和控制信号。SRAM缓冲极大地优化了主机和Flash介质之间的数据传输。内部DMA直接把缓冲数据传输到Flash介质，越过MCU，提高数据吞吐率。嵌入式Flash文件系统为基于文件的操作系统提供了方便。多任务接口可以对多个Flash介质器件进行读/写、编程和擦除操作。SCI接口用于重新进行芯片初始化过程和配置ID号，为硬件调试提供方便。

NAND Flash存储器

NAND Flash存储器是固态电子盘的关键元器件之一，其性能直接影响到设备性能优劣。

该存储器为采用页面管理方式，基本存储容量为128MΧ8，页容量为512字节。其原理框图见图2所示：

NAND型闪存的基本存储单元是页（Page）（可以看到，NAND型闪存的页就类似硬盘的扇区，硬盘的一个扇区也为512字节）。每一页的有效容量是512字节的倍数。所谓的有效容量是指用于数据存储的部分，实际上还要加上16字节的校验信息，因此我们可以在闪存厂商的技术资料当中看到“（512+16）Byte”的表示方式。目前2Gb以下容量的NAND型闪存绝大多数是（512+16）字节的页面容量，2Gb以上容量的NAND型闪存则将页容量扩大到（2048+64）字节。

NAND型闪存以块为单位进行擦除操作。闪存的写入操作必须在空白区域进行，如果目标区域已经有数据，必须先擦除后写入，因此擦除操作是闪存的基本操作。一般每个块包含32个512字节的页，容量16KB；而大容量闪存采用2KB页时，则每个块包含64个页，容量128KB。

寻址时，NAND型闪存通过8条I/O接口数据线传输地址信息包，每包传送8位地址信息。由于闪存芯片容量比较大，一组8位地址只够寻址256个页，显然是不够的，因此通常一次地址传送需要分若干组，占用若干个时钟周期。NAND的地址信息包括列地址（页面中的起始操作地址）、块地址和相应的页面地址，传送时分别分组，至少需要三次，占用三个周期。随着容量的增大，地址信息会更多，需要占用更多的时钟周期传输，因此，NAND型闪存的一个重要特点就是容量越大，寻址时间越长。而且，由于传送地址周期比其他存储介质长，因此NAND型闪存与其他存储介质相比不太适合大量的小容量数据的读写请求。

决定NAND型Flash存储介质的主要因素有：页数量、页容量、块容量、I/O位宽、频率等等。

目前我们所选用的K9K4G080u Flash存储介质为页数量为512MΧ8，页容量为2KB，则它的寻址时间（即传送地址时间）为4个周期。

NAND型闪存的读取步骤分为：发送命令和寻址信息将数据传向页面寄存器（随机读稳定时间）数据传出（每周期8bit，需要传送512+16或2K+64次）。NAND型闪存的写步骤分为：发送寻址信息将数据传向页面寄存器发送命令信息数据从寄存器写入页面。K9K4G080 Flash存储介质读一个页需要：6个命令、寻址周期×50ns+12μs+（2K+64）×50ns=131.1μs；K9K4G08U0M实际读传输率：2KB字节÷131.1μs=15.6MB/s；写一个页需要：6个命令、寻址周期×50ns+（2K+64）×50ns+300μs=405.9μs。K9K1G080实际写传输率：2112字节÷405.9μs=5MB/s。

块是擦除操作的基本单位，由于每个块的擦除时间几乎相同（擦除操作一般需要2ms，而之前若干周期的命令和地址信息占用的时间可以忽略不计），块的容量将直接决定擦除性能。大容量NAND型闪存的页容量提高，而每个块的页数量也有所提高，一般4Gb芯片的为2KB字节×64个页=128KB。

接口设计

为提高固态电子盘的通用性，接口设计为目前硬盘广泛使用的标准IDE接口。该接口在物理上实现了IDE-40芯插座和IDE-44芯插座兼容的方式，可直接连接到PC机硬盘连线，也可直接用于连接移动式（笔记本连接方式）接口，电信号与通用标准IDE接口完全兼容。其排列如图3所示。

电路设计

由于NAND Flash存储器的工作电压是+3.3V，Flash盘控制器同时使用+5V和3.3V。因此在固态电子盘上单独设计了一个电源转换和稳压电路，通过这部分电路为固态电子盘提供所需要的5V和3.3V工作电压和断电保护。

固态电子盘外部时钟设计为可调节模式，通过RC振荡来激发外部时钟，通过选择不同的电阻和电容来调节到我们需要的外部时钟，这里，我们的外部时钟在10～100MHz可选，不同的外部时钟可影响到固态电子盘的读写性能。外部时钟越高，读写速度越快。

3.5 固态电子盘设计

通过上述分析固态电子盘用SST55ld019控制器来驱动24片K9K4G080 Flash存储芯片。并将全部元器件放置在一块PCB板上。高速PCB设计为多层印制版，大小为 99×65mm？。外部时钟频率设计为23MHz，总容量为12G，最大读速度：15.6MB/S；最大写速度：5MB/S。接口设计为笔记本式标准的2.0mm间距IDE接口，支持主/副盘选择。其原理框图如下图所示：

由固态电子盘的原理框图可以得到，电子盘的设计逻辑实现了IDE接口，并将有关信号嵌入系统总线中，又在物理上实现了IDE-40芯插座和IDE-44芯插座兼容的方式，可直接连接到PC机硬盘连线，也可直接用于连接移动式（笔记本连接方式）接口。

电子盘的设计是通过将IDE信号逻辑嵌入到Flash盘控制器中，通过驱动器和总线驱动器的转换，将命令和数据地址总线转换成多个并行的数据地址总线和命令，操作时通由FALE和FCLE来锁存信号区分，并用译码器来将片选信号转换成多个片选信号，以此实现一个控制器与多个NAND Flash存储介质的连接，从而实现增大电子盘容量。

同时，我们用全固件和工业级的芯片和器件设计整个固态电子盘，满足了高低温和震动冲击的要求，适应了恶劣环境下对硬盘要求的需要。

4、固态电子盘的提升

通过设计12G固态电子盘，我们掌握了一些设计固态电子盘的关键技术和资料。目前，我们所设计成型的固态电子盘容量还不是很大，不能满足大容量的数据存储和交换。但是，通过改进性设计和选用高性能的Flash盘控制器以及大容量的Flash存储芯片，我们可以提高固态电子盘的存储容量和读写速度以及性能。

高性能的Flash盘控制器可以控制更多的Flash存储芯片，并提高时钟频率，同时也增加对Flash存储介质的读频率。选用大容量的Flash存储介质，不仅增大了Flash存储介质本身的页容量、页数量和块容量，同时也增加了I/O位宽，将数据线增大到16条，带宽增加一倍，再通过时钟频率的增大，则其读写性能将大大增加，以一个K9K4G160u为列，每页为2KB，但结构为（1K+32）×16bit。K9K4G16U0u读一个页需要：6个命令、寻址周期×50ns+25μs+（1K+32）×50ns=78.1μs。K9K4G160u实际读传输率：2KB字节÷78.1μs=26.2MB/s。K9K4G16写一个页需要：6个命令、寻址周期×50ns+（1K+32）×50ns+300μs=353.1μs。K9K4G160u实际写传输率：2KB字节÷353.1μs=5.8MB/s。从以上可以看出，它的读写性能比起K9K4G080u大大增加。

通过改进使固态电子盘总容量可增大到24G以上，更加适用于大容量的数据存储和交换，更能满足恶劣环境下对数据存储和交换的需要。并能根据实际需要，通过原理设计和重新选用芯片，设计出512M～24G或更大容量的电子盘，满足用户需求。

5、结束语

目前，已设计的12G容量固态电子盘已投入使用，并能在全加固和恶劣环境下运行正常，各项技术指标均达到了设计要求。

参考文献

[1]李文博，Flash阵列存储技术研究[D].哈尔滨工业大学，2010年

[2] SST：SST55LD019 Data Sheet.

[3] ATA Flash Disk Controller External Clock Option Application Note.

[4] ds_k9xxg08uxm_rev09 Data Sheet.

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[DOI]10.13939/ki.zgsc.2016.24.029

1 引 言

我国作为草原资源大国，草原资源覆盖全国2/5的国土面积，是我国最大的陆地生态系统。草原资源作为重要的可再生资源，是生态环境可持续发展的保障。国内外大多从宏观经济层面对草原资源进行价值评估，缺乏从会计核算角度进行微观层面的计量，并且受传统经济理论的影响，“草原资源无价或价值不菲”的观念深入人心，而对草原资源进行核算，可以建立人们的草原资源有价观，加强对草原资源的合理利用和保护。本文选用公允价值计量模式从计量单位和计量属性两个方面对草原资产进行核算，旨在提高草原资产核算的相关性，为各利益相关者提供决策有用的信息。

2 文献综述及相关理论

2.1 公允价值计量的相关研究

公允价值作为重要的计量模式，美国财务会计准则委员会、国际会计准则理事会、我国财政部相继颁布了有关公允价值计量的准则。黄学敏（2004），葛家澍、徐跃（2006）认为公允价值与历史成本存在本质的差别，公允价值是以现在实际的交易和事项为参照的估计价格，而历史成本是现在交易的实际价格。[1][2]自从2008年金融危机的爆发之后，国际会计界对公允价值计量模式产生怀疑，Barth M.（2008）等认为公允价值并没有给金融危机雪上加霜，反而证明了公允价值计量模式可以增加公司财务报告的透明度，有利于为利益相关者提供决策有用的信息。[3]曹越、伍中信（2009）从决策有用观的角度分析，公允价值计量相对于历史成本计量的优势是能提供最具决策有用和相关性的会计信息。[4]

2.2 草原资产核算的相关研究

20世纪30年代，荷兰经济学家Tinbergen提出了影子价格法，但是影子价格法只能静态反映自然资源的最优配置价格，不能表现资源本身的价值。Costanza（1997）优化了Davis（1963）的市场估价法并提出了生态服务定价模型。[5]Esfahani（2002）基于能源市场的资源定价政治经济学模型对自然资源定价影响的探讨也产生了很大的影响。[6]Harris M.（2002）等认为保持国家自然资源体系的价值并作为国家总资产的一部分，可以将自然资源资产化。[7]王天义（2008）等提出了草原资源资产化的概念，并且将草原资源资产的核算从实物量转变成价值量，但也只是提出了研究的方向。[8]葛家澍（2011）指出企业的要素项目应该包括企业的环境资产和环境负债，企业的环境资产和环境负债应通过定量或计价从数量上得到反映。[9]

2.3 公允价值计量模式在草原资产核算中的相关研究

美国证券交易委员会（SEC）（1978）提出了一种以价值为基础的会计计量方法――储量认可法（RRA），以此确定现行自然资源储量资产的价值，开辟了公允价值计量模式在自然资源资产核算中的应用。Prudham W.S.（1993）指出自然资源核算首先应该统计自然资源的期初、期末及增减变动量的实物量数据，然后按照一定的估价原则和方法确定相应的价值量指标。[10]易耀华（2009）认为公允价值计量模式必将成为我国自然资源会计计量的主角，实现决策有用的会计目标，提高信息的可靠性和相关性。[11]颉茂华等（2012）提出了草原资产与草原资源的区别，探究了草原资产核算的具体内容，并且提出采用公允价值计量模式核算草原资产的新思路。[12]马永欢等（2014）结合我国的现实需要，提出自然资源资产化和自然资源价值核算的必要性。[13]

综上所述，国内外现有的研究大多从统计角度进行宏观经济层面草原资源生态系统服务功能的价值评估，从会计核算角度进行微观层面草原资源核算的研究较少，而具体的应用公允价值计量模式对草原资产核算的研究更少。因此，本文重点介绍了依据草原资产的特性，选取公允价值计量模式，从计量单位和计量属性这两个方面对草原资产进行核算，旨在打破人们草原资源无价的观念，建立草原资源有价观，更好地保护草原资源。

3 草原资产

3.1 草原资产的定义及特征

我国《草原法》第九条中明确规定“草原属于国家所有，由法律规定属于集体所有的除外。国家所有的草原，由国务院代表国家行使所有权”。可见，我国草原资源所有权存在“二元制”的结构。长期以来，我国的草原作为资源管理，只利用了草原的使用价值，而忽略了草原的其他价值，使得“草原资源无价”的观念深入人心，草原资源的开发利用建立在无偿使用的基础上，造成草原资源的浪费和损失。所以，本文基于产权理论，将草原资源资产化，草原资源资产化的会计主体应是拥有其所有权的国家或集体。

草原资源是指草原、草山及其他一切草类资源的总称，包括野生和人工种植的草类，是一种生物资源。本文借鉴颉茂华、马永华等学者的观点以及我国现行的财务会计准则中资产的定义，草原资产是指在现在技术水平下，由所有者以前的经营交易或事项形成的，由所有者拥有或控制的，预期会给所有者带来经济利益的草原资源。当然只有同时具备以下特征的草原资源才可以成为草原资产：草原资源的物质实体具有使用价值，预期会给经营者带来经济利益；草原资源归属于明确的会计主体，并由该主体拥有或控制；草原资源产生的价值或成本能够可靠计量。

3.2 草原资产的分类

本文对草原资产的分类标准参考《企业会计准则第5号――生物资产》中将生物资产划分为消耗性生物资产、生产性生物资产、公益性生物资产，以及将生产性生物资产按照是否具备生产能力分为未成熟和成熟两类，同时结合草原资产本身的生长特性和功能分类。

本文将草原资产分为实物资产（相当于有形资产）和环境资产（相当于无形资产），其中实物资产分为未成熟生长性草原资产、成熟生长性草原资产、消耗性草原资产三类，环境资产是指公益性草原资产。未成熟生长性草原资产是指为生产相应的产品而持有的未达到生产经营能力的草原资产，如处于禁牧期的牧草；成熟生长性草原资产是指为生产相应的产品而持有具备持续生产经营能力的草原资产，如处于放牧期的牧草；消耗性草原资产是指为出售而持有的处于成熟淘汰期的草原资产，如已停止生长开始枯黄的可食用牧草；公益性草原资产具有调节气候、涵养水源等功能，虽然不能为企业带来直接的经济利益，但有助于企业从其他资产获得经济利益。

4 草原资产核算的最优选择――公允价值计量模式

4.1 选择公允价值计量模式的影响因素

采用历史成本还是公允价值是草原资产核算计量模式选择存在的一个难题，对于草原资产核算选择公允价值计量模式受多个因素的影响。

4.1.1 草原资产的特征与计量属性本身的特点相结合

第一，生物多样性。草原资产大多数是在天然气候条件下生长的，只有少数是经过人工种植的。历史成本是指企业在经营过程中实际发生的一切成本，具有客观性和可验证性，因此自然条件下形成的草原资产历史成本为零或非常低，采用历史成本会低估草原资产的价值；公允价值是指市场参与者在计量日发生的有序交易中，出售一项资产所能收到或转移一项负债所需支付的价格即脱手价格，具有公允性、虚拟性、未实现性，采用公允价值可以更加合理地计量草原资产的价值。

第二，变化性。草原资产的生长周期较短，每一时刻都会发生变化，其蕴含的内在价值也会不断随之生长而发生变化。历史成本计量无法追踪这种成长，而公允价值体现的是资产现行交易的实际价格，选用公允价值计量可以更好地记录不断生长变化的草原资产的价值。

4.1.2 对资产本质的理解

资产的成本观和价值观是对资产本质理解存在的两种观点。资产的成本观是指资产初始取得时的成本，注重资产的客观性和可计量性，认为资产是剩余成本或未耗用成本，将资产的原始购买成本作为期初余额，对以后的变化不予考虑，因此计量模式是面向过去的，选择历史成本计量模式。资产的价值观是指资产的未来可以为所有者带来的经济利益，计量模式是面向未来的，选择公允价值计量模式。由草原资产具有的生物多样性、变化性等特征可知应选择公允价值计量模式。

4.1.3 会计目标的选择

计量模式的选择必须考虑计量的目的和所需的前提条件，不同的计量模式对应不同的会计目标。受托责任观是指从会计信息提供者的利益出发，选择的计量模式应反映信息提供者对受托者的履行情况，应选择历史成本计量模式。决策有用观是从信息使用者的利益出发，资产计量的结果应与信息使用者的决策相关，应选择公允价值计量模式。草原资产的计量是为了向各信息使用者提供决策有用的信息，加强对草原资源的合理利用和保护，所以应该选择公允价值计量模式。

4.1.4 会计信息的可靠性和相关性的权衡

可靠性与相关性是会计信息最重要的两个特征，在会计核算中应尽可能地达到两者的统一。会计人员提供的会计信息是为了帮助信息使用者进行决策，应对会计信息的相关性和可靠性进行权衡，如果以可靠性为主，相关性为辅，应选择历史成本计量模式；如果以相关性为主，可靠性为辅，应选择公允价值计量模式。草原资产不断变化的特性使草原资产计量的可靠性降低，草原资产计量过程中更倾向于相关性，所以选择公允价值计量模式。

以上的分析结果表明公允价值计量模式是草原资产核算的最优选择。但是我国没有完善的经济市场环境、生产资料市场、产权交易市场、发达的专业评估技术以及讲求诚信的评估队伍等，因此，在使用公允价值计量草原资产时应进行严格的限制。

4.2 草原资产核算的计量单位

计量单位是指对计量对象进行计量时具体使用的标准量度。自复式簿记为记账方法的方式出现以来，货币计量被认定为传统会计本身固有的属性。对于草原资产的计量单位，其计量单位应以货币计量为主的同时兼用实物计量。

一方面，对于草原资产会计信息予以货币化是非常有必要的，因为货币具有综合反映的功能，有利于会计信息使用者从财务报告中获得企业财务状况、经营成果、现金流量等信息；另一方面，草原资产包含自然环境和人类劳动共同孕育的成果，所以既有商品性又不限于商品性，草原资产不是只单一用货币计量就可以概括的，可以对难以用货币计量的草原资产进行实物量核算，如“株数”“载畜量”等。

4.3 草原资产核算的计量属性

本文将公允价值估值技术运用在草原资源实物资产的初始计量和后续计量中，对于草原资源的环境资产现已有较成熟的生态系统服务功能价值核算体系，本文不再赘述。

4.3.1 草原资产的初始计量

按照我国《企业会计准则第39号――公允价值计量》中的规定，公允价值计量模式下的估值技术主要有市场法、收益法、成本法，不同种类的草原资产初始计量适用的估值方法不同。通过对不同种类草原资产特点与不同估值方法特点的分析，对不同种类草原资产的核算如下。

（1）未成熟生长性草原资产

草原资产在具有生产经营能力之前，属于未成熟生长性草原资产。因为这种类型的草原资产具有投入大、收入低、不存在活跃市场的特点，所以这一阶段的草原资产不具备使用市场法或收益法估值技术的条件，具备使用成本法估值技术的条件：被估值资产与重置资产具有相关性，被估值资产历史资料易得，被估值资产的各种损耗合理，被估值资产可再生。因此，对于未成熟生长性草原资产选择成本法进行估值。成本法是指在现行的市场条件下，重新种植相同或相似的草原资产所需要的成本减去各种合理损耗作为被估值草原资产的入账价值，通常是指现行重置成本法。计算公式如下：

（2）成熟生长性草原资产

草原资产具有持续生产能力，属于成熟生长性草原资产。成熟生长性草原资产具备使用收益法估值技术的条件：估值资产的预期收益、获得预期收益承担的风险、获利时间都是可以预测并且可以用货币计量的。因此，对于成熟生长性草原资产选取收益法进行估值。收益法是指在对成熟生长性草原资产预期未来收益额、收益期及折现率估计的基础上，将每年预期未来收益额折算成现值并加总的估值技术，通常是指现金流量折现法。计算公式如下：

（3）消耗性草原资产

处于成熟淘汰期的草原资产大多拥有活跃的市场，并且市场上可以找到相同或相似资产的价格，因此适用市场法。市场法是指利用与消耗性草原资产相同或相似资产的市场价值估值的技术。计算公式如下：

总之，不同类型的草原资产初始计量时选用的估值方法不同，草原资产公允价值的确定是一项具有较强专业性和特殊性的技术性工作，当草原资产的成本、折旧、增减值等无法衡量时，应该聘请专业的评估人员进行评估协助。

4.3.2 草原资产的后续计量

为及时反映草原资产的增减和结存情况，应该定期估算草原资产的增减值，随时披露草原资产真实和公允的价值信息，并且考虑其类型是否发生变化，从而改变估值技术。当重新估算的公允价值与账面价值相差很大时，应将差额计入当期损益。目前，草原资产缺乏活跃的市场，会计操作的成本可能较高和评估价值有效性可能较低，在实行初期可考虑每个月评估一次。

5 结论及建议

本文依据草原资产的特点，应用最新的《企业会计准则第39号――公允价值计量》中的规定来计量草原资产这一相对空白的领域。本文考虑到我国尚不存在完善的资本市场，公允价值计量会成为企业操纵利润的有效工具，对于草原资产采用公允价值计量可能存在一定的困难。我国目前为与国情相适应，对草原资产核算采用历史成本为主、公允价值为辅的计量模式。但是，随着我国经济的发展、综合国力的加强以及资本市场和农业产业结构的日渐完善，我国的会计制度日渐与国际会计准则趋同，我国的草原资产计量模式有可能完全转变为公允价值。为了加强对我国草原资源的管理，早日实现公允价值计量模式在草原资产管理中的应用，提出以下三点建议。

第一，加强我国草原资源的监测，建立草原资源的实时动态信息数据库。通过我国草原遥感技术的监测，加强数据资源的积累和收集，建立完善的草原资源信息数据库。

第二，明确权属界限，做到权、责、利分明。我国草原资源所有权归属国家或集体，使用权和经营权可以转让、租赁、承包、买卖等，明确草原资源的权属范围是实现草原资源资产化管理的前提，应以合同等文本形式明确其权属，这样才能做到责、权、利明确。

第三，健全和完善草原资源的资本市场，实现草原资源的正常流转。建立并逐步完善政府宏观调控、“经济人”积极参与、全社会共同监督的草原资源资产市场体系，允许打破行政、行业、所有制界限购买使用权，允许继承转让开发治理成果。

参考文献：

[1]黄学敏.公允价值――理论内涵与准则运用[J].会计研究，2004（6）.

[2]葛家澍，徐跃.会计计量属性的探讨――市场价格、历史成本、现行成本与公允价值[J].会计研究，2006（9）.

[3]Barth M.Global Financial Reporting：Implications for U.S.Academic[J].The Accounting Review，2008，83（5）.

[4]曹越，伍中信.产权保护、公允价值与会计改革[J].会计研究，2009（2）.

[5]Costanza R.，dArge R.，Rudolf de Groot，et al.The Value of the Worlds Ecosystem Services and Natural Capital[J].Nature，1997（387）.

[6]Esfahani C.J.，Pang B.W.，Resch P.M..Method and Apparatus or Reducing Power Consumption in a Digital Processing System[J].U.S.Patent，2002（6）.

[7]Harris M.，Fraser I..Natural Resource Accounting in Theory and Practice：A Critical Assessment[J].Australian Journal of Agricultural and Resource Economics，2002，46（2）.

[8]王天义，周聪，孙志岩.草原资源资产化管理研究工作的思考[J].吉林畜牧兽医，2008，244（7）.

[9]葛家澍，林志军.现代西方会计理论[M].3版.厦门；厦门大学出版社，2011.

[10]Prudham W.S.，Lonergan S..Natural Resource Accounting：A Review of Existing Frameworks[J].Canadian Journal of Regional Science，1993，16（33）.

[11]易耀华.我国自然资源和生物资产会计中的微量元素――公允价值[J].中国商界，2009（4）.

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1、引言

在人类刚刚跨入21山_纪的时刻，！日_界科技的重大突破之一就是量子计算机的诞生。德国科学家已在实验室研制成功5个量子位的量子计算机，而美国LosAlamos国家实验室正在进行7个量子位的量子计算机的试验。它预示着人类的信息处理技术将会再一次发生巨大的飞跃，而研究面向量子计算机以量子计算为基础的量子信息处理技术已成为一项十分紧迫的任务。

2、子计算的物理背景

任何计算装置都是一个物理系统。量子计算机足根据物理系统的量子力学性质和规律执行计算任务的装置。量子计算足以量子计算目L为背景的计算。是在量了力。4个公设（postulate）下做出的代数抽象。Feylllilitn认为，量子足一种既不具有经典耗子性，亦不具有经典渡动性的物理客体（例如光子）。亦有人将量子解释为一种量，它反映了一些物理量（如轨道能级）的取值的离散性。其离散值之问的差值（未必为定值）定义为量子。按照量子力学原理，某些粒子存在若干离散的能量分布。称为能级。而某个物理客体（如电子）在另一个客体（姻原子棱）的离散能级之间跃迁（transition。粒子在不同能量级分布中的能级转移过程）时将会吸收或发出另一种物理客体（如光子），该物理客体所携带的能量的值恰好是发生跃迁的两个能级的差值。这使得物理“客体”和物理“量”之问产生了一个相互沟通和转化的桥梁；爱因斯坦的质能转换关系也提示了物质和能量在一定条件下是可以相互转化的因此。量子的这两种定义方式是对市统并可以相互转化的。量子的某些独特的性质为量了计算的优越性提供了基础。

3、量子计算机的特征

量子计算机，首先是能实现量子计算的机器，是以原子量子态为记忆单元、开关电路和信息储存形式，以量子动力学演化为信息传递与加工基础的量子通讯与量子计算，是指组成计算机硬件的各种元件达到原子级尺寸，其体积不到现在同类元件的1%。量子计算机是一物理系统，它能存储和处理关于量子力学变量的信息。量子计算机遵从的基本原理是量子力学原理：量子力学变量的分立特性、态迭加原理和量子相干性。信息的量子就是量子位，一位信息不是0就是1，量子力学变量的分立特性使它们可以记录信息：即能存储、写入、读出信息，信息的一个量子位是一个二能级（或二态）系统，所以一个量子位可用一自旋为1/2的粒子来表示，即粒子的自旋向上表示1，自旋向下表示0；或者用一光子的两个极化方向来表示0和1；或用一原子的基态代表0第一激发态代表1。就是说在量子计算机中，量子信息是存储在单个的自旋’、光子或原子上的。对光子来说，可以利用Kerr非线性作用来转动一光束使之线性极化，以获取写入、读出；对自旋来说，则是把电子（或核）置于磁场中，通过磁共振技术来获取量子信息的读出、写入；而写入和读出一个原子存储的信息位则是用一激光脉冲照射此原子来完成的。量子计算机使用两个量子寄存器，第一个为输入寄存器，第二个为输出寄存器。函数的演化由幺正演化算符通过量子逻辑门的操作来实现。单量子位算符实现一个量子位的翻转。两量子位算符，其中一个是控制位，它确定在什么情况下目标位才发生改变；另一个是目标位，它确定目标位如何改变；翻转或相位移动。还有多位量子逻辑门，种类很多。要说清楚量子计算，首先看经典计算。经典计算机从物理上可以被描述为对输入信号序列按一定算法进行交换的机器，其算法由计算机的内部逻辑电路来实现。经典计算机具有如下特点：

a）其输入态和输出态都是经典信号，用量子力学的语言来描述，也即是：其输入态和输出态都是某一力学量的本征态。如输入二进制序列0110110，用量子记号，即10110110>。所有的输入态均相互正交。对经典计算机不可能输入如下叠加Cl10110110>+C2I1001001>。

b）经典计算机内部的每一步变换都将正交态演化为正交态，而一般的量子变换没有这个性质，因此，经典计算机中的变换（或计算）只对应一类特殊集。

相应于经典计算机的以上两个限制，量子计算机分别作了推广。量子计算机的输入用一个具有有限能级的量子系统来描述，如二能级系统（称为量子比特），量子计算机的变换（即量子计算）包括所有可能的幺正变换。因此量子计算机的特点为：

a）量子计算机的输入态和输出态为一般的叠加态，其相互之间通常不正交；

b）量子计算机中的变换为所有可能的幺正变换。得出输出态之后，量子计算机对输出态进行一定的测量，给出计算结果。由此可见，量子计算对经典计算作了极大的扩充，经典计算是一类特殊的量子计算。量子计算最本质的特征为量子叠加性和相干性。量子计算机对每一个叠加分量实现的变换相当于一种经典计算，所有这些经典计算同时完成，并按一定的概率振幅叠加起来，给出量子计算的输出结果。这种计算称为量子并行计算，量子并行处理大大提高了量子计算机的效率，使得其可以完成经典计算机无法完成的工作，这是量子计算机的优越性之一。

4、量子计算机的应用

量子计算机惊人的运算能使其能够应用于电子、航空、航人、人文、地质、生物、材料等几乎各个学科领域，尤其是信息领域更是迫切需要量子计算机来完成大量数据处理的工作。信息技术与量子计算必然走向结合，形成新兴的量子信息处理技术。目前，在信息技术领域有许多理论上非常有效的信息处理方法和技术，由于运算量庞大，导致实时性差，不能满足实际需要，因此制约了信息技术的发展。量子计算机自然成为继续推动计算速度提高，进而引导各个学科全面进步的有效途径之一。在目前量子计算机还未进入实际应用的情况下，深入地研究量子算法是量子信息处理领域中的主要发展方向，其研究重点有以下三个方面；

（1）深刻领悟现有量子算法的木质，从中提取能够完成特定功能的量子算法模块，用其代替经典算法中的相应部分，以便尽可能地减少现有算法的运算量；

（2）以现有的量子算法为基础，着手研究新型的应用面更广的信息处理量子算法；

（3）利用现有的计算条件，尽量模拟量子计算机的真实运算环境，用来验证和开发新的算法。

5、量子计算机的应用前景

目前经典的计算机可以进行复杂计算，解决很多难题。但依然存在一些难解问题，它们的计算需要耗费大量的时间和资源，以致在宇宙时间内无法完成。量子计算研究的一个重要方向就是致力于这类问题的量子算法研究。量子计算机首先可用于因子分解。因子分解对于经典计算机而言是难解问题，以至于它成为共钥加密算法的理论基础。按照Shor的量子算法，量子计算机能够以多项式时间完成大数质因子的分解。量子计算机还可用于数据库的搜索。1996年，Grover发现了未加整理数据库搜索的Grover迭代量子算法。使用这种算法，在量子计算机上可以实现对未加整理数据库Ⅳ的平方根量级加速搜索，而且用这种加速搜索有可能解决经典上所谓的NP问题。量子计算机另一个重要的应用是计算机视觉，计算机视觉是一种通过二维图像理解三维世界的结构和特性的人工智能。计算机视觉的一个重要领域是图像处理和模式识别。由于图像包含的数据量很大，以致不得不对图像数据进行压缩。这种压缩必然会损失一部分原始信息。

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【分类号】：TM743

1.概述

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

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

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

2.量子计算基础

2.1 量子位

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

2.2.量子逻辑门

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

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

3.量子算法

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

3.1基于傅里叶变换的量子算法

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

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

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

3.2以Grover为代表的量子搜素算法

3.2.1 Grover算法

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

具体算法如下：

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

（2）进行Grover迭代。将结果进行阿达马门（Hadamard门）变换。

（3）结果进行 运算。

（4）结果进行阿达马门变换。【12】

4. 量子智能计算

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

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

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

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

参考文献

1.王书浩，龙桂鲁.大数据与量子计算

2.张毅，卢凯，高颖慧.量子算法与量子衍生算法

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

4.吴楠，宋方敏。量子计算与量子计算机

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

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

7.王蕴，黄德才，俞攸红.量子计算及量子算法研究进展.

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

9.龙桂鲁.量子计算算法介绍

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中图分类号：O41 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）15-0001-02

量子物理是人们认识微观世界结构和运动规律的科学，它的建立带来了一系列重大的技术应用，使社会生产和生活发生了巨大的变革。量子世界的奇妙特性在提高运算速度、确保信息安全、增大信息容量等方面发挥重要的作用，基于量子物理基本原理的量子信息技术已成为当前各国研究与发展的重要科学技术领域。

随着世界电子信息技术的迅猛发展，以微电子技术为基础的信息技术即将达到物理极限，同时信息安全、隐私问题等越来越突出。2013年5月美国“棱镜门”事件的爆发，引发了对保护信息安全的高度重视，将成为推动量子物理科学与现代信息技术的交融和相互促进发展的契机。因此，充分认识量子物理学的基本原理在现代信息技术中发展的基础地位与作用，是促进现代信息技术发展的前提，也是丰富和发展量子物理学的需要。

1 量子物理基本原理

1）海森堡测不准原理。在量子力学中，任何两组不可同时测量的物理量是共扼的，满足互补性。在进行测量时，对其中一组量的精确测量必然导致另一组量的完全不确定，只能精确测定两者之一。

2）量子不可克隆定理。在量子力学中，不能实现对各未知量子态的精确复制，因为要复制单个量子就只能先作测量，而测量必然改变量子的状态，无法获得与初始量子态完全相同的复制态。

3）态叠加原理。若量子力学系统可能处于和描述的态中，那么态中的线性叠加态也是系统的一个可能态。如果一个量子事件能够用两个或更多可分离的方式来实现，那么系统的态就是每一可能方式的同时迭加。

4）量子纠缠原理。是指微观世界里，有共同来源的两个微观粒子之间存在着纠缠关系，不管它们距离多远，只要一个粒子状态发生变化，另一个粒子状态随即发生相应变化。换言之，存在纠缠关系的粒子无论何时何地，都能“感应”对方状态的变化。

2 量子物理与现代信息技术的关系

2.1 量子物理是现代信息技术的基础与先导

物理学一直是整个科学技术领域中的带头学科并成为整个自然科学的基础，成为推动整个科学技术发展的最主要的动力和源泉。量子力学是20世纪初期为了解决物理上的一些疑难问题而建立起来的一种理论，它不仅解释了微观世界里的许多现象、经验事实，而且还开拓了一系列新的技术领域，直接导致了原子能、半导体、超导、激光、计算机、光通讯等一系列高新技术产业的产生和发展。可以说，从电话的发明到互联网络的实时通信，从晶体管的发明到高速计算机技术的成熟，量子物理开辟了一种全新的信息技术，使人类进人信息化的新时代，因此，量子物理学是现代信息技术发展的主要源泉，而且随着现代科学技术的飞速发展，量子物理学的先导和基础作用将更加显著和重要。

2.2 量子物理为现代信息技术的持续发展提供新的原理和方法

现代信息技术本质上是应用了量子力学基本原理的经典调控技术，随着世界科学技术的迅猛发展，以经典物理学为基础的信息技术即将达到物理极限。因此，现代信息技术的突破，实现可持续发展必须借助于新的原理和新的方法。量子力学作为原子层次的动力学理论，经过飞速发展，已向其他自然科学的各学科领域以及高新技术全面地延伸，量子信息技术就是量子物理学与信息科学相结合产生的新兴学科，它为信息科学技术的持续发展提供了新的原理和方法，使信息技术获得了活力与新特性，量子信息技术也成为当今世界各国研究发展的热点领域。因此，未来的信息技术将是应用到诸如量子态、相位、强关联等深层次量子特性的量子调控技术，充分利用量子物理的新性质开发新的信息功能，突破现代信息技术的物理极限。

2.3 现代信息技术对量子物理学发展的影响

量子信息技术应用量子力学原理和方法来研究信息科学，从而开发出现经典信息无法做到的新信息功能，反过来，现代信息技术的发展大大地丰富了量子物理学的研究内容，也将不断地影响量子物理学的研究方法，有力地将量子理论推向更深层次的发展阶段，使人类对自然界的认识更深刻、更本质。近年来，随着量子信息技术领域研究的不断深入，量子信息技术的发展也使量子物理学研究取得了不少成果，如量子关联、基于熵的不确定关系、量子开放系统环境的控制等问题研究取得了巨大进展。

3 基于量子物理学原理的量子信息技术

基于量子物理原理和方法的量子信息技术成为21世纪信息技术发展的方向，也是引领未来科技发展的重要领域。当前量子物理学的基本原理已经在量子密码术、量子通信、量子计算机等方面得到充分的理论论证和一定的实践应用。

3.1 量子计算机——量子叠加原理

经典计算机建立在经典物理学基础上，遵循普通物理学电学原理的逻辑计算方式，即用电位高低表示0和1以进行运算，因此，经典计算机只能靠以缩小芯片布线间距，加大其单位面积上的数据处理量来提高运算速度。而量子计算遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息。计算方式是建立在微观量子物理学关于量子具有波粒两重性和双位双旋特性的基础上，量子算法的中心思想是利用量子态的叠加态与纠缠态。在量子效应的作用下，量子比特可以同时处于0和1两种相反的状态（量子叠加），这使量子计算机可以同时进行大量运算，因此，量子计算的并行处理，使量子计算机实现了最快的计算速度。未来，基于量子物理原理的量子计算机，不仅运算速度快，存储量大、功耗低，而且体积会大大缩小。

3.2 量子通信——量子纠缠原理

量子通信是一种利用量子纠缠效应进行信息传递的新型通信方式。量子通信主要涉及：量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等。从信息学上理解，量子通信是利用量子力学的量子态隐形传输或者其他基本原理，以量子系统特有属性及量子测量方法，完成两地之间的信息传递；从物理学上讲，量子通信是采用量子通道来传送量子信息，利用量子效应实现的高性能通信方式，突破现代通信物理极限。量子力学中的纠缠性与非定域性可以保障量子通信中的绝对安全的量子通信，保证量子信息的隐形传态，实现远距离信息转输。所以，与现代通信技术相比，量子通信具有巨大的优越性，具有保密性强、大容量、远距离传输等特点，量子通信创建了新的通信原理和方法。

3.3 量子密码——不可克隆定理

经典密码是以数学为基础，通过经典信号实现，在密钥传送过程中有可能被窃听且不被觉察，故经典密码的密钥不安全。量子密码是一种以现代密码学和量子力学为基础，利用量子物理学方法实现密码思想和操作的新型密码体制，通过量子信号实现。量子密码主要基于量子物理中的测不准原理、量子不可克隆定理等，通信双方在进行保密通信之前，首先使用量子光源，依照量子密钥分配协议在通信双方之间建立对称密钥，再使用建立起来的密钥对明文进行加密，通过公开的量子信道，完成安全密钥分发。因此量子密码技术能够保证：

1）绝对的安全性。对输运光子线路的窃听会破坏原通讯线路之间的相互关系，通讯会被中断，且合法的通信双方可觉察潜在的窃听者并采取相应的措施。

2）不可检测性。无论破译者有多么强大的计算能力，都会在对量子的测量过程中改变量子的状态而使得破译者只能得到一些毫无意义的数据。因此，量子不可克隆定理既是量子密码安全性的依靠，也给量子信息的提取设置了不可逾越的界限，即无条件安全性和对窃听者的可检测性成为量子密码的两个基本特征。

4 结论

量子物理是现代信息技术诞生的基础，是现代信息技术突破物理极限，实现持续发展的动力与源泉。基于量子物理学的原理、特性，如量子叠加原理、量子纠缠原理、海森堡测不准原理和不可克隆定理等，使得量子计算机具有巨大的并行计算能力，提供功能更强的新型运算模式；量子通信可以突破现代信息技术的物理极限，开拓出新的信息功能；量子密码绝对的安全性和不可检测性，实现了绝对的保密通信。随着量子物理学理论在信息技术中的深入应用，量子信息技术将开拓出后莫尔时代的新一代的信息技术。

参考文献

[1]陈枫.量子通信：划时代的崭新技术[N].报，2011.

[2]曾谨言.量子物理学百年回顾[J].北京大学物理学科90年专题特约专稿，2003（10）.

[3]李应真，吴斌.物理学是当代高新技术的主要源泉[J].学术论坛，2012.

[4]董新平，杨纲.量子信息原理及其进展[J].许昌学院学报，2007.

[5]周正威，陈巍，孙方稳，项国勇，李传锋.量子信息技术纵览[J].中国科学，2012（17）.

[6]郭光灿.量子信息技术[J].中国科学院院刊，2002（5）.

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今年3月，谷歌也推出了自己的量子电路，并声称量子计算机的运算能力将超过普通计算机数万倍。

随着IT巨头纷纷量子计算研究成果，素来低调的量子计算机突然成为热门话题。但从已面世的量子计算机来看，不论其应用面还是单价效率，相比传统计算机都还存在差距。

这种烧钱的大块头什么时候能终结摩尔定律，并“塌缩”成我们手中的智能手机，依然是个未知数。

理论遐想

如人类学会生火一般，量子力学理论作为20世纪人类最伟大的发现，对当今世界产生了深远的影响。从核弹到电子显微镜，在支配量子理论基础上，人类创造出众多跨时代的产品。

量子计算机的构想，正是基于量子力学理论的叠加态原理而设计的。

量子计算机的理念，最早是1982年由诺贝尔奖获得者美国物理学家费曼在一次学术会议上提出。费曼的设想则是受到其好友――加州理工学院计算机教授弗雷德金的启发。当时，弗雷德金正从数理上研究一种新型处理器。

传统处理器的逻辑门（集成电路最基本的运算组件）不可逆，而弗雷德金构想的新型处理器逻辑门是可逆的，这样的好处就如同将单向车道丁字路口改为双向车道十字路口，使得信息可在线路上掉头，不必绕远。

对于传统处理器来说，“绕远”就是将电路上的信号擦除，载入新的逻辑信号。这个过程将耗费大量的能量并发热。在极高的运行速度下，处理器会因高温融化。

另外，因为量子计算机处理的量子信息是一种叠加态，而非传统计算机的0和1二进制。这就使得量子计算机在进行逻辑运算时，可一次得到多种甚至全部的运算结果。

这就相当于将高速路上的小轿车全部替换为双层巴士，极大提高了运算量。科学家们由此推论，采用新逻辑门的量子处理器优势显而易见，它比传统处理器能耗更低且速度更快。

但此时的量子计算机理论并没引起关注，因为不论从量子物理学角度还是计算机应用方面来看，量子计算机的实现过程都极其困难。

而著名的摩尔定律此时已然在科技界生效，简单、可靠的实现方法，让晶体管以百万计的超大规模集成电路形态，顺着电脑流水线进入企业和家庭，且价格越发低廉。而直到1988年费曼去世，量子计算机依旧停留在物理学家的脑海中。

机遇与争议

真正激发起人们对量子计算机的热情，源自1994年舒尔提出的量子算法。

20世纪末随着计算机和网络的普及，通信安全也成为棘手问题。而基于大素数乘积原理的RSA算法因为运算量大，难以被破解，被普遍应用于信息加密。

有盾就有矛。在贝尔实验室工作的舒尔，依据自己的算法提出用量子计算机可快速破解RSA密码。舒尔推论，当时需1000台计算机8个月才能破解的129比特位RSA密钥，一台量子计算机不到10秒就能破解。

问题在于，此时的量子计算机虽然算法理论储备丰富，但工程学上怎么才能造出一台量子计算机，仍是个难题。

直到1999年，研发实际应用量子计算机的加拿大D-WAVE公司成立，造出一台量子计算机的想法，才得以实现。

因量子计算机在密码破解上的优势理论，D-WAVE公司得到了美国中情局的支持。2011年，D-WAVE公司与洛克希德马丁公司以签署合作协议的形式，售出了世界上第一台商用量子计算机。该量子计算机售价被披露高达1000万美元。2013年，D-WAVE公司又将第二台量子计算机卖给了美国航空航天局与谷歌的联合实验室。

D-WAVE公司的两次交易均获成功，量子计算机实用化的大门似乎已向人们敞开。但对于量子计算机的争论，也由此不断出现。

虽然D-WAVE公司声称，其量子计算机比传统计算机的运算速度大约快3.55万倍。但很多研究团队在考察过后表示，D-WAVE公司的量子计算机只有5倍于传统电脑的运算速度，在某些情况下其速度甚至只有1/100。

另外，D-WAVE公司使用的模拟运算算法，也被指责不是真正意义上的量子计算机。 人们当然愿意看到传统计算机之外的新兴计算机产业发展。但量子计算机目前的成就，只能说是迈出了一小步。

只是一小步

虽然质疑声不断，但科学界还是给予D-WAVE公司的量子计算机部分肯定。毕竟它应用了量子原理来进行运算和储存，并使得量子计算机能从实验室走出来，跟传统电脑就某一领域就行比武。

但即便如此，量子计算机还是个造价昂贵的“计算器”。购买同等计算能力，量子计算机用户恐怕要多付出6000倍的价格。要终结行将失效的摩尔定律，量子计算机的产业化之路还有很长要走。

50年前，英特尔创始人之一戈登・摩尔在美国微电子杂志发表文章时预言，每过一年芯片单位面积上的晶体管数量和性能将会翻倍。

到1975年，摩尔发现一年太短，表示两年才能翻倍。如今需要的时间更长，量产芯片的关键尺寸从28纳米降到14纳米的过程，即便两年也难以完成。

IBM研究中心主管苏普拉蒂克・古哈表示，“可以肯定，摩尔定律会在未来10年内结束。”

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

一、量子的基本知识

1、量子

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

2、量子的特性

量子的奇妙之处首先在于它的奇妙特性――量子叠加和量子纠缠。

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

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

二、意识是量子力学现象

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

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

三、量子技术的应用

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

1、量子通信

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

2、量子计算

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

3、量子成像

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

4、量子生物学

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

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

参考文献

[1] 薛定谔，生命是什么.

[2] 舒娜，量子纠缠技术与量子通信.

[3] 尼古拉.吉桑著，周荣庭译，跨越时空的骰子.

[4] 中国科普博览.

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量子霍尔效应，于1980年被德国科学家发现，是整个凝聚态物理领域中重要、最基本的量子效应之一。它的应用前景非常广泛，比如，我们使用计算机的时候，会遇到计算机发热、能量损耗、速度变慢等问题。这是因为常态下芯片中的电子运动没有特定的轨道、相互碰撞从而发生能量损耗。实际上，量子霍尔效应就是粒子在低温条件下所发生的一种奇特现象。普通状态的电子是杂乱无章的，它们无序运动，不断发生碰撞。而处于量子霍尔态的电子则好像置身在一条“高速公路”上，中间有隔离带，将两个方向的“车流”隔开。

也就是说，量子霍尔效应能解决电子碰撞发热的问题，因而在未来的量子计算、量子信息存储方面具有巨大的应用潜力，据此设计新一代大规模集成电路和元器件，将会具有极低的能耗。

量子霍尔效应可以对电子的运动制定一个规则，让它们在各自的跑道上“一往无前”地前进。这就好比一辆高级跑车，常态下是在拥挤的市区街道前进，而在量子霍尔效应下，则可以在“各行其道、互不干扰”的高速路上前进。

然而，量子霍尔效应的产生需要非常强的磁场，相当于外加10个计算机大的磁铁，这不但体积庞大，而且价格昂贵，不适合个人电脑和便携式计算机。而量子反常霍尔效应的美妙之处就是不需要任何外加磁场，在零磁场中就可以实现量子霍尔态，更容易应用到人们日常所需的电子器件中。

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2007年11月，加拿大D—wave公司宣称研制成功28量子位的量子计算机系统；2008年12月，又宣称成功研制了128量子位的量子处理器。业内科学家们预测，到2020年左右量子计算机将进入实用阶段。假如1024个量子位以上的量子计算机研究取得实质性突破，那么256bit甚至512bit的对称算法将不安全，RSA，ECC等非对称密码体制也将不安全。目前的私钥密码体制，公钥密码体制等都将面临更新换代的“困境”。因此，研究可以抵抗量子计算等高性能计算攻击的新型密码技术体制势在必行。

根据Shannon信息论原理，如果随机密钥的高速在线分发问题能够有效解决，那么利用一次一密乱码本(OTP)就可以解决数据传输的完全保密问题。但是随机密钥的高速在线分发面临着一系列技术难题或者瓶颈(因为为了确保密钥安全，需要采用复杂的加密手段和安全协议，限制了密钥分发的速率；另外，密钥的安全性也得不到完备性证明)。而量子通信系统可以解决随机密钥的高速在线保密分发问题，为0TP的广泛应用提供了技术可能性，进而可以解决数据传输的完全保密问题。基于这样一个亮点，量子保密通信特别是量子密钥分发技术(QKD)得到了许多国家的高度关注并得到了快速发展。

目前，QKD作为一个物理上安全的保密体制，其实用化已是一个明显的趋势。2004年，华东师范大学在国内首次实现了QKD原理样机吼2005年，瑞士IDQmntique公司和美国MagQ公司都推出了商用QKD系统产品。2005年，美国BBN公司在DAPAR的资助下构建了6节点的实验网络。

2008年，欧盟sECoQc组建了7节点的演示网络。2009年。中国建设了8节点的“最子政务网”。可以说，国内外对量子密钥分发技术的研究已经进入了工程实现的关键时期，目前已经没有产品化的技术障碍，其应用基本上取决于市场。目前世界上最好的实验记录是：无中继通信距离l87km，在线分发密钥的速率lMb／s以上。

1技术原理和特色

根据量子力学原理，微观世界遵循Hd‘规berg测不准原理和量子不可精确克隆定理。量子态测不准并且不能精确复制，这意味着，通过窃听将不能得到确定的有效信息，也不能进行重复测量。更重要的是，任何针对量子信号的窃听都将不可避免地留下痕迹，这为在线检测窃听提供了可能。量子态测不准导致的直接结果是任何人都不可能进行精确测量，从这个角度来分析，量子信道是“绝对安全”的；但是这种“绝对安全”是无意义的，因为从中得不到有效信息。合法通信双方为了提取在量子信道中传输的量子信息，必须依赖附加的条件，即必须借助经典信道进行辅助信息的交互，比如窃听检测所需要的交互信息必须通过可信辅助信道来传送，这也决定了量子通信与经典保密通信之间的互补关系。

量子信息是经典信息在功能和性能上的扩展，量子通信系统具有经典通信系统所具有的功能以及经典通信系统所不具有的新功能(比如在线窃听检测)。如果采用一组正交态对0和l进行编码和通信，那么通信双方能够进行确定测量，因此完全可以实现经典通信系统的数据传输功能。当然，这种应用与经典通信系统相比较并没有特殊的优越性，因此在大多数情况下，量子通信是指基于量子测不准条件下的量子保密通信。

1.1量子密钥分发

QKD基于Heisenberg测不准原理和量子不可克隆定理，其完全保密特性得到了证明。因此，至少在理论上，基于量子密钥的oTP能够解决通信数据的完全保密传输问题又因为这种综合应用具有体制上的简洁性、理想的完全保密性和简单的软硬件实现性能等，代表了密码系统发展和升级换代的一个趋势。

如果QKD在密钥分发速率方面取得了重大突破，比如达到50Mb／s，甚至达到1Gb／s以上，那么基于量子密钥的oTP就能够实现保密语音通信、一些重要数据的实时保密通信等，并且这种应用不存在所使用密钥或者密码算法可能存在安全漏洞的隐患。这种系统应用无疑对现在的保密通信体制是一个极大的挑战!当然，寻找QKD在现代保密通信系统中的应用切入点是当务之急。

1.2量子身份识别量子身份识别是基于量子态身份信息的物理安全的身份

识别方案。量子身份识别信息是量子态，具有唯一性和不可复制性，这从根本上消除了身份信息被假冒或者事后否认的可能性。在量子计算条件下，如何利用量子态身份的唯一性和不可复制特性实现完全保密的量子身份识别具有非常重要的意义。一方面，这种方案不需要事先共享短密钥，可以增加系统的可用性另一方面，量子身份识别信息基于量子态，具有唯一性和不可复制性，可以从根本上解决其安全问题。

但是，由于量子身份的重复使用等技术难题导致量子身份识别研究进展缓慢。

1.3量子保密通信体制

研究表明。QKD并不是量子保密通信的必要条件，因为人们已经发现不依赖共享密钥的量子保密直接通信方案110J，这也可能意味着未来的量子保密通信体制的安全性将可能不再依赖共享密钥。但是，这并不影响QKD在一定时期内得到广泛应用。量子保密通信在同时解决窃听检测、身份识别和信息保护等问题的条件下，将形成一个完备的保密通信体制。量子保密通信不依赖复杂的数据加密算法(当然，信息的本地存储保护等依然需要安全的数据加密算法)，量子系统设备不，因此量子系统具有通用性，所有用户的系统配置和功能可以做到完全一致，不存在系统分级和使用多种密码算法等技术问题，因此可以说不存在互联互通的技术障碍，它能使任何拥有量子保密通信终端的用户之间实现完全保密的通信，这是目前的保密通信系统所不具有的功能。这种性能在保密通信中具有非常重要的作用。对于量子纠缠系统来说，由于纠缠粒子之间存在不受空间限制的关联性，并且可以实现隐形传态，似乎利用这种现象可以突破经典通信的距离极限，但这是不可能的。因为纠缠粒子之间的通信依然依赖经典信息交互，即在进行基于纠缠的测量之后还必须通过可信经典信道进行相关测量信息交互之后，才能实现两个纠缠粒子之间的通信，这也是量子纠缠不能实现超光速通信的一个关键原因。因此，在目前的量子通信模型下，量子通信在深水、深空通信中并没有明显的技术优势，也很难突破经典通信的水下和深空通信的距离和速率极限。毋庸置疑，探索如何在新型的通信模型下突破经典通信的极限，无论是对于理论创新还是对于国防军事通信安全等都是非常有意义的。

2基础研究与应用趋势

在QKD技术快速发展并日趋成熟的今天，量子保密通信体制还处于初级阶段，量子保密通信系统由于系统自身的不稳定性会造成一定的长期误码率(比如量子信号的调制解调过程和单光子探测器暗计数等都会引入一定的误码，这些误码在理论上无法与非法侵入所引起的误码进行区分)，如何克服这些误码的影响还有待于进一步解决。另外，QKD的应用研究和量子保密通信基础理论研究依然是量子保密通信体制研究的重点，其发展趋势可以概括为：

(1)高速量子密钥分发系统与应用研究。对基于单光子实验方案进行改进和完善，提高系统的稳定性和效率，并进行QKD系统产品的研发。对基于量子纠缠、隐形传态等量子特性的实验方案进行深入研究，研究如何设计性能稳定的QKD系统并在通信距离和通信效率上取得突破。

(2)量子保密通信基础理论。研究新的量子密钥分发、量子保密直接通信、量子身份识别、量子比特承诺协议等，完善量子保密通信体制理论研究量子保密通信网络的基本架构、工作原理和实现方案等：研究任意节点之间的互联互通机理以及针对量子保密通信网络的专用路由技术研究量子保密通信网络与光纤通信网络之间互联互通技术。

目前，量子保密通信的实际应用进程直接取决于市场需求和量子技术的发展。量子保密通信系统的关键技术主要包括：量子态的制备、分发和探测技术；量子系统稳定性和抗干扰解决途径；与光纤网络的兼容性等。

随着单光子制备、量子存储和探测技术以及光纤传输等相关技术的进一步发展，量子保密通信将在国家重要领域内的通信保密中扮演一个非常重要的角色。短期内，QKD可以从根本上解决密钥的高速在线分发问题，为oTP的广泛使用提供一种可行的技术途径。基于景子密钥的oTP可以用于保密电话网、保密数据网等，实现各种数据的一次一密加密，确保数据的完全保密传输。中长期内，能够同时解决窃听检测、身份识别和信息保护的量子保密通信技术，可以提供一个完善的通信保密解决方案。

3应对策略探讨

为了积极应对QKD和量子保密通信技术可能带来的影响，并为相关技术发展创造良好的氛围，促进量子保密通信技术的应用推广，及时采取科学的应对策略非常必要。根据对国内外量子通信研究现状和趋势的综合调研分析，结合国内的实际情况，以下对策或策略具有一定的代表性和较大的参考价值。

(1)信息安全形势严峻，积极进行技术储备，有备无惠。近几年，一些典型的经典密码算法不断被破译或被发现存在致命漏洞，网络计算和量子计算等高性能计算技术快速发展给经典密码算法带来前所未有的冲击和挑战，经典通信保密体制面临更新换代的抉择。而量子保密通信技术代表了一个实际可行的新型技术方向，代表了未来信息安全市场的一个新方向。在积极探索量子保密通信体制的同时，寻求量子技术与经典技术的“融合”，促进这种新型保密通信系统的应用具有十分重要的现实意义。

(2)潜在资源需要整合，潜在市场需要发掘和培育。最子保密通信技术在保密传输方面有着十分明显的技术优势。其中短期应用前景十分明确，长期推广应用趋势不可逆转。但是，量子保密通信是一个综合交叉技术学科，系统核心技术需要多学科专业人才联合进行技术攻关，但是目前国内相关研究主力依然集中在高校，基本上还处在“单兵作战”的状态，还不能形成具有核心竞争力的产品研发平台。

美国MagiQ公司的副总裁AndrewHammond估计QKD短期市场份额将达到20亿美元，在不久的未来其市场份额将达到10亿美元／年。在今后几年内，国内的市场份额派工流程与安全知识库紧密相关，在故障处理时从安全知识库中提供专家经验和历史资料进行参考，在派工处理完毕后的反馈又放入安全知识库中作为下次事件的历史资料。安全知识库包括安全知识文章、漏洞库，补丁库、事故案例库等。

3.1报告报表网络安全管理系统具有强大的事件分析报告和安全趋势

报告系统。能够收集和整理所有的安全事件报告，整理分析，产生针对不同阅读者的专业安全报表。安全报表能够将一段时期内的整体安全状况、攻击来源、攻击方式、攻击目标、最多的和最少的攻击排序、IP子网攻击、IP子网攻击目标、设备类型、事件警告类型、事件状况类型和事件的严重性等等做出专业的分析报告。

3.2趋势分析趋势分析指依据网络安全指标策略体系，将多源安全事