量子計算的應用精選(九篇)
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第1篇：量子計算的應用范文
一、控制系統的硬件配置
系統由工程師站HIS0164、操作站HIS0163、HIS0162及現場控制站FCS0101、FCS0102組成。HIS0164用于系統組態和工藝操作監視，HIS0163、HIS0162用于工藝操作和監視。現場控制站由具有雙冗余控制結構的控制單元AFG40D和本地節點組成。工程師站通過E-net向各操作站下裝組態數據，網內各站共享外設資源；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點的通信，使用雙重化實時控制網絡V-net。
二、應用軟件組態
工程師站安裝有WindowsXP操作系統，利用CENTUM-CS3000系統軟件組態。組態菜單采用樹型分支機構，一個項目由若干個文件夾或文件組成，在對應的文件里或以根據系統配置組態控制站、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的組態數據，再把它們連接到相應的輸入輸出通道上，即生成控制方案或直接生成順控表，對各個功能塊、模擬量、輸入輸出數字量、內部開關及報警器等進行直接控制。
三、流量計自動計量組態說明
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），生產過程如何使計量自動、無誤地進行是保證生產質量、減少操作人員工作量的重要部分。在節點NODE1的第1插槽插上AAP135-S脈沖輸入卡件，組態時把第一通道的Label組態為%%FQC502Y2，以便于識別。現場流量計信號（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、底閥的數字輸出信號，接到卡件ADV559上（在NODE1的第2插槽），在Label分別組態為NDO001Y2、NDO029等。在功能塊的組態中，用批量信號設定器BSETU-2作為脈沖輸入信號輸入處理、并進行流量給定，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，再把數據傳給批量數據塊UN209.DT03。NCT159.PV為配方基數值，各個罐不同，YT-32為2000；XNS221.DT03為系數，在Graphic圖上輸入，FQCY11.DT07為固定小數0.1，如YT-32需計量150L，則系數調出窗口輸入0.75，即FQC502.BSET=150L。現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的Graphic圖（操作監視畫面），用于操作、監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，相應的位置閥門由原來的綠色變為紅色，表示該閥門狀態是開。功能按鍵及選擇哪個罐，則相應的按鍵的背景色變為綠色。其它的狀態、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“0.75”，按“制造”、“開始”、“YT-32”，計量由ST07表進行判斷，如表中第1列的所有條件成立，則執行表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，才能進行。
2、計量執行。執行ST08的第3步，進行配方數據設定，流量計給定值設定、流量累積值收集器清零，啟動1秒計時器，之后執行第4步，計時時間到，置初期化標志NSW101.PV為0（N），計量中標志NSW102.PV為1（Y），提出計量要求，執行表ST01FQC的第2步，進行計量。
在ST01FQC的第2步，先對流量計計量完標志NSW362.PV置為0，流量計累積值SUM清零，之后執行第5步；判斷FQC502.BSET有給定值，不為0，則置流量計計量中標志NSW361.PV為1，打開YT-32計量閥門，執行第8步，FQC502狀態變為AUT（自動），NDO001Y2（流量計后的氣動閥）打開，啟動10秒計時器、脈沖計數器，計量開始，此時監視圖上的兩個閥門變為紅色。直至FQC502報警BEND（批量計量結束），流量計狀態恢復為手動狀態，NDO001Y2關閉，再啟動10秒計時器，執行第12步，延時關閉YT-32計量閥門，計時時間完了，關閉YT-32計量閥門，同時置流量計計量完標志為1。執行第10步，等待表ST08執行完第6步，使其條件成立，在打印機打印輸出YT-32本次計量的設定值和實際計量值，并在操作監視畫面上顯示。
當流量計計量完標志NSW362.PV為1，則表ST08執行第5步，進行數據收集，收集到UN209.DT01。執行第6步，把FQC502計量中標志NSW361.PV置為0。之后執行第7步，置YT-32計量中標志NSW102.PV為0，計量完標志NSW103.PV為1；操作監視畫面中的閥門狀態及按鍵狀態恢復到原來的狀態，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行表則跟ST07及ST08類同。
四、結論
該流量自動計量過程自從使用以來，操作簡單可靠，同一系統中各個罐的計量按控制過程有序地進行，保證了計量的準確無誤，實用性強。
參考文獻：
1、CENTUM CS綜合生產控制系統概說.橫河西儀有限公司（XYC），1994(7).
第2篇：量子計算的應用范文
關鍵詞：粒子群算法 收縮因子 變風量空調系統 PID控制器
0 引言
變風量(VAV)空調系統因其優良的節能性和舒適性，獲得了越來越廣泛的應用。VAV空調系統的控制機理并不是很復雜，末端送風裝置是實現變風量功能的關鍵，而選擇何種控制系統并與末端送風裝置進行有機結合是整個VAV空調系統最重要的環節之一。
目前，由于傳統的變風量空調系統中PID控制參數存在整定困難，所以效果往往不是那么理想，自適能力存在著一定的問題，為了解決傳統方法對于非線性系統控制效果不佳的問題，很多傳統學者將一些智能算法引入到送風量控制當中，比較有代表性的是PID參數自整定控制方法，它是基于遺傳算法、神經網絡或模糊控制這幾項算法基礎的。與傳統的神經網絡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行PID參數自整定控制更具有優勢，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具有更好的適應性，更適合于VAV 空調系統的控制，也更加適合空調行業未來的發展。
1 基于改進的粒子群算法
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，比慣性權重的粒子群算法更簡單，能使算法達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在文獻中也證明了收縮因子λ比慣性權重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。而通過有關人員研究發現，采用收縮因子的粒子群算法，其種群規模取20~50，C參數取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。空調房間基本上可以看做是恒溫室。根據能量守恒定律，恒溫室中能量蓄存量的變化率，等于單位時間內進入恒溫室的能量與單位時間內由恒溫室流出的能量之差。即：
上述關系的數學表達式是：
式（2）中，C1為恒溫室的容量系數(包括室內空氣的蓄熱和設備與圍護結構表層的蓄熱)，kJ/℃；tn、ts為室內空氣溫度（或回風溫度）和送風溫度；w為送風量，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為室內散熱量kJ/h；r為恒溫室圍護結構的熱阻，K/W；t0為室外空氣溫度，℃。
對于變風量空調系統，由于采用一定的送風溫度，因此將（4）式進行如下處理：
（3）
式（3）右邊可分別看做房間調節通道和干擾通道兩部分，經化簡為：
（4）
其中，T為空調房間的時間常數，h；kw為房間調節通道的放大系數，℃/(m3/s)；kq為房間擾動通道的放大系數，℃/(kJ/s)；Δq為室內外干擾量的變化換算成室內熱量的變化，kJ/h。式（5）就是空調房間在變風量系統下的數學模型。由式（5）可得到調節通道及擾動通道的傳遞函數，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節τ：
（5）
2.2 壓力無關型末端裝置建模
目前，我們最常采用的是壓力無關型變風量末端裝置，它是為了克服系統末端較強的二次干擾而設計的，壓力無關型是指當送風管道內靜壓發生變化時，不會干擾到正常的室內溫度，由于變風量空調系統流量的二次干擾非常明顯，我們可以采用串級調節，智能樓宇環境對溫度測控精度較高，因此要格外注意。
系統框圖如圖1所示
2.3 控制算法
為了得到使系統指標為最優的一組主副控制器PID參數。我們可以利用粒子群根據事先確定的指標J進行自尋優控制，它主要是利用系統的誤差e(t)，從而得到主副控制器PID參數。基于引入收縮因子的粒子群PID自整定控制系統框圖如圖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Kp、Ki、Kd作為粒子群算法的粒子群維數，而粒子群規模及最大迭代次數可根據文獻提出的范圍內任意設置。通過上述的尋優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，根據空調房間的某一工況可得到如下的傳遞函數：
(6)
然后利用引入收縮因子的粒子群算法對PID參數進行自整定控制. 根據實際的工程情況，采樣時間ts設為20s，粒子群維數取為3，同時為了兼顧算法的有效性和執行效率，粒子群規模取為30，最大迭代次數設為200次.c1和c2分別取為2.8、1.3，則根據式(1)可計算得λ=0.7298。采用常規方法整定的常規PID控制、帶收縮因子、加入擾動的常規PID控制、加入擾動的帶收縮因子的系統仿真圖及適應度函數下降曲線如圖4～圖8 所示。由圖中看出系統初始波動較大，穩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行PID自整定后，原控制系統的調節時間、上升時間、超調量都能得到有效控制，它對改善系統的性能，增加其控制精度和適應性都有良好的效果，同時它還能消除靜差，增加系統的魯棒性。
4 結論
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 參數的控制系統具有很強的自適應能力，它基本不依賴于控制器設計經驗，是一種自整定控制系統，它可以取得更優的動態性能.為VAV空調系統PID控制器的設計提供了一種新的思路.同時，它又具有很強的魯棒性，應用于非線性和不確定性的VAV空調系統時可以取得較為良好的效果，能適應我國目前空調業界的發展。
參考文獻：
[1]馬富軍，張益華.淺談VAV空調系統控制中的幾個問題[J].制冷空調與電力機械，2005，26(6):68-69.
[2]蔣紅梅.模糊PID控制在變風量空調系統中的應用研究[D].西安:西安建筑科技大學信息與控制工程學院，2001.
[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：量子計算的應用范文
關鍵詞：計算機網絡路由選擇；改進量子進化算法；研究
中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）33-0033-02
隨著計算機網絡的不斷發展與廣泛應用，其已經成為了我國人民在日常生活中及工作中不可缺少的技術，它為人們的衣食住行提供了方面，也為我國社會經濟的發展提供了基礎。目前我國計算機網絡正在朝著更大規模范圍發展，在此過程中也暴露了計算機網絡路由選擇中的一系列問題。現如今的計算機網絡路由選擇已經滿足不了人們及社會的發展需求，也對計算機網絡的正常運行造成了一定的影響，所以對其的優化改進是目前最重要的內容。
1 淺析計算機網絡路由選擇
計算機網絡路由選擇中有多種方法，包括梯度法、列表尋優法、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，導致本身的作用都得不到很好的發揮。計算機網絡路由選擇主要是在能夠滿足計算機網絡通信容量、網絡拓撲及網絡節點需求的基礎上，對計算機網絡中的各節點路由進行選擇，使計算機網絡可以縮短到最小時延。一般計算機網絡路由選擇可以使用優化工作，比如：其一，如果計算機網絡中節點內部具有較大容量的緩沖器，那么就不會溢出或者丟失其數據包；其二，如果能夠以實際的指數分布為基礎設置報文長度，就可以按照泊松到達；其三忽略計算機網絡中節點處理報文的時延；計算機網絡中報文傳輸服務都是一個等級。【1】
2 探析改進量子進化算法
實際上量子進化算法就是進化算法和量子計劃相結合產生的，此事以態矢量為基礎，以量子比特編碼為染色體，其更新染色體要以量子旋轉門和非門進行實現，從而才能優化計算機網絡路由。量子進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行隨機測量，以此得出結果和概率，使用二進制實現坍塌，在此過程中可以了解到量子染色體可以有效地解決問題。另外改進量子進化算法的實現是根據量子旋轉門，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果，以此來改進量子進化算法。
上表中的xi表示第i個量子染色體的二進制解，bi表示第i個最優解。
量子進化算法的流程主要包括三個部分：其一，要對種群進行初始化，在此基礎上對初始種種群進行測量，以此得到與個體相依狀態的相關記錄表；其二，在合適的狀態下對記錄進行針對性的評估，并且對最佳個體和個體的適應值進行相關記錄；其三，在還沒有完全結束的時候，進行其他操作。
對于量子進化算法來說，此過程是非常復雜的，用相關的符號表示事務，之后進行計算。比如可以使用M表示染色體長度，染色體可以維護解的多樣性。這樣才能使算法簡單的表述。【2】
3計算機網絡路由選擇的改進量子進化算法研究
在計算機網絡中，量子進化算法是非常值得熱議的話題，在計算機網絡路由選擇中的量子進化算法，其主要問題就是量子進化算法是針對性對表格進行參照，以此來找出相應的解法。這種方法會造成旋轉角之間沒有較好的關聯性，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化算法解決計算機路由選擇中的問題，就要對其進行創新和改進。首先優化其中的旋轉角，使其值能夠滿足路由選擇。優化后的旋轉表式子可以寫為：
?θi=0.001π*50fb-fx/fx
根據此式子可以了解到旋轉角在不同的情況下會有不同的結果，簡單來說就是不同的旋轉角值具有不同的含義。如果旋轉角的值越小，那么就說明個體與最優個體之間的距離就越小，就縮小了搜索網絡。在此狀況下搜索就可以達到最優；如果旋轉角的值越大，就說明個體與最優個體之間的距離越大，就逐漸擴大了搜索網絡。在此狀況下就要使所搜速度加快，這樣才能夠使計算機網絡路由選擇更多方面。
另外就是優化調整其中的函數，可以使用組合優化的方式進行，要求函數達到最佳狀態，這樣才能夠得出最優解。通過此方式可以了解到，個體基因之間并沒有較強的關聯性。所以就可以通過計算機網絡路由選擇，對量子進化算法中的函數調整并優化。如果處于歸一化的基礎上，實現對應的實屬對，并且使他們與量子位一一對應。基于此就可以做量子進化算法的仿真實驗，并且對其進行對比，是否有優勢。實驗結果表示，計算機網絡路由選擇中的性能能夠了解量子進化算法優化后比傳統更優秀，此結果可以見圖1。
從圖1可以了解到，在計算機網絡路由選擇中的改進量子進化算法中，不斷是收斂速度、尋優能力還是其中的性能，都優于傳統量子進化算法。在進行仿真測試時，能夠使改進量子進化算法之后發揮自身的作用，也能夠在計算機網絡路由選擇中完善自身的應用。在此情況下計算機路由選擇面對問題能夠很好地解決，并且能夠及時發現其中的問題，有效地提高了工作人員的工作質量和效率，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。【3】
4結束語
在目前計算機網絡技術被廣泛應用的基礎上，要重視計算機網絡路由的選擇。同時，改進量子進化算法也是非常重要的，通過優化旋轉角，以此提高搜索速率及范圍。計算機網絡技術自發展應用以來，量子進化算法都有著較好的應用和前景，那么優化量子進化算法有效地促進了計算機網絡技術的進一步發展，使計算機網絡技術可以為我國各行各業提供更好的服務，也有效促進我國經濟的可持續發展。
參考文獻：
[1] 宋明紅，俞華鋒，陳海燕.改進量子進化算法在計算機網絡路由選擇中的應用研究[J].科技通報，2014（1）：170-173.
第4篇：量子計算的應用范文
關鍵詞：量子遺傳算法；多峰值函數；優化
中圖分類號：TP301 文獻標識碼：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合產生的新的智能算法。利用量子態疊加性和量子旋轉門等操作實現染色體的更新，從而實現有效計算[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[3]～文獻[4]中也指出，量子遺傳算法適于求解組合優化問題，甚至只適于求解背包問題，而不適于求解連續函數的優化問題，特別是多峰函數的優化問題。
因此，本文提出改進量子遺傳算法求解多峰值函數最優值，并進行了仿真實驗，結果證明了該方法是有效可行的。
2 量子遺傳算法及其改進
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矢量表示，使一條染色體表達多個態的疊加，從而增加了種群多樣性，使算法能夠在較小的種群規模下求得最優解； 而量子門的引入使算法具備了優化能力，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行聯系，實現多種群的協同進化，本文的移民算子是在相鄰種群間移民，即用當前種群中的最優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化代中的最優個體。每迭代一次進行一次移民和人工選擇運算，選出各種群的最優值存到精華種群。精華種群和其他種群有很大不同，精華種群不進行量子變更，保證進化過程中各種群產生的最優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，這里采用最大遺傳代數作為終止判據。最后從精華種群中獲得最優個體。
4 結束語
本文針對標準量子遺傳算法收斂性差，易陷于局部最優的缺點，進行改進運用基于概率劃分的小生境協同進化策略初始化量子種群，并采用動態的量子旋轉角調整策略來加快收斂速度；加入量子移民和保優選擇策略，提高規劃效率，避免陷入局部最優。并利用復雜二元函數測試改進量子遺傳算法，顯示了優良的特性。
參考文獻
[1] 梁昌勇，柏 樺，蔡美菊，等.量子遺傳算法研究進展[J].計算機應用研究，201207，29（7）：2401-2405.
[2] 周傳華，錢鋒.改進量子遺傳算法及其應用[J].計算機應用，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用[J].電子學報，2004，32（3）：476-479.
第5篇：量子計算的應用范文
潘建偉在現場宣布，在光學體系，研究團隊在去年首次實現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，實現了目前世界上最大數目（10個）超導量子比特的糾纏，并在超導量子處理器上實現了快速求解線性方程組的量子算法。
系列成果已發表在國際權威學術期刊《自然光子學》，即將發表在《物理評論快報》上。
傳統電子計算機要算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，由于量子系統具有天然的并行處理能力，用它所實現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的高效量子算法，量子計算引發了世界各國的強烈興趣。
“由于量子比特是0和1的疊加態，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呈指數增長。這一特點使得量子計算可為經典計算機無法解決的大規模計算難題提供有效解決方案。”潘建偉說，“比如，300位10進制那么長數，用我們目前萬億次的傳統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：“比如說大數字分解，這個是用于現在加密的一個標準的算法。那么你如果能解一個大數字分解，就能解密現在很多的加密算法。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模之后，很有可能實現大數據的快速搜索，以后在解決搜索問題的時候就具有巨大的優勢。”
據專家介紹，根據各物理體系內在優勢及其在實現多粒子相干操縱和糾纏方面的發展現狀和潛力，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展上總體較為領先。
研究仍處早期，我國計劃在年底實現大約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展的綜合性能國際最優的量子點單光子源，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。我們實現的只是其中的第一步，也是一小步，但是是重要的一步。”潘建偉說。
“朝著這個目標，我們研究團隊將計劃在今年年底實現大約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。”潘建偉說。
在信息安全、醫學檢測、導航等方面，量子技術未來將極大地改變生活
隨著大數據時代的到來，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展起著至關重要的作用。當人們能夠把數據里面有效的數據結果都通過計算給提取出來的話，每一個數據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的超級計算。這些技術在醫學檢測、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了。”潘建偉說。
延伸閱讀
多個狀態同時疊加 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形式。可以說，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則。
量子的神秘之處首先體現在它的“狀態”。在宏觀世界里，任何一個物體在某一時刻有著確定的狀態和確定的位置。但在微觀世界里，量子卻同時處于多種狀態和多個位置的“疊加”。
量子力學的開創者之一、奧地利物理學家薛定諤曾用一只貓來比喻量子態疊加：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的疊加。
量子的狀態還經不起“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、多個位置，變成一個確定的狀態和一個確定的位置。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。根據量子力學理論，如果兩個量子之間形成了“糾纏態”，那么無論相隔多遠，當一個量子的狀態發生變化，另一個量子也會超光速“瞬間”發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創新型應用，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。
第6篇：量子計算的應用范文
5月3日，這臺計算機的研制方――中國科學院量子信息與量子科技創新研究院在這里宣布，中國科學技術大學潘建偉院士及同事陸朝陽、朱曉波等，聯合浙江大學王浩華研究組，構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典計算機的光量子計算機。
一時間評價紛至沓來：“中國科學家再次站在了創新的前沿”“量子計算將徹底改變人類未來的應用前景”……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，到了爆發式發展的關鍵時刻。”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呈指數增長，可為經典計算機無法解決的大規模計算難題提供有效解決方案。
曾有人打過一個比方：如果現在傳統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，通過和經典算法比較，也比人類歷史上第一臺電子管計算機和第一臺晶體管計算機運行速度快10倍到100倍。“這是歷史上第一臺超越早期經典計算機的基于單光子的量子模擬機，為最終實現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。”潘建偉指出。
計劃年底實現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展的綜合性能國際最優的量子點單光子源，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。
“量子計算領域有幾個大家共同努力的指標性節點：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。我們實現的只是其中的第一步，也是一小步，但同時是重要的一步。”潘建偉說。
曾經有科學家預測，除非量子計算機操控的比特數超過50個，量子計算機才能超過現有的經典計算機。此次，中國科學家的成果為10個超導量子比特，超過了之前由谷歌、美國航天航空局和加州大學圣芭芭拉分校公開報道的9個超導量子比特的紀錄。
但也有分析稱，盡管歐美等國公開報道的成果是9個，但谷歌之前已經放話，要在今年底之前把超導量子計算做到50個比特。因此，這一領域的競爭還遠未結束。更何況即使獲得了量子計算霸權，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等公司擁有人才優勢。尤其是谷歌，目前仍可以算是量子計算機領域的領頭羊。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10比特量子態的成果，使中國在超導體系量子計算機研究領域也進入世界一流水平行列。
根據計劃，潘建偉的研究團隊將在今年底實現大約20個光量子比特的操縱，20個超導量子比特樣品的設計、制備和測試，量子計算機的速度將會成指數增長。也許到時一張閃亮的國家名片又將出現。
量子技術未來將極大改變生活
隨著大數據時代的到來，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展起著至關重要的作用。當人們能把有效的數據結果都通過計算給提取出來，每一個數據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：“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的超級計算。這些技術在醫學檢測、藥物設計、基因分析、各種導航等方面也將起到巨大的作用，會給人們的生活帶來極大改變。”
第7篇：量子計算的應用范文
1.1量子計算機量子計算機可簡單理解為遵循量子力學能夠進行高速運算、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生的。物理主體主要包括：液態核磁共振量子計算機、(固態)硅晶體核磁共振量子計算機、離子陷阱、量子光學、腔室量子電動力學、超導體方案等。量子計算機的功能在于進行大數的因式分解，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研究。
1.2光子計算機光子計算機進行數字運算、邏輯操作、信息存貯等內容利用的是光信號，以光運算代替電運算，主要由激光器、光學反射鏡、透鏡、濾波器等光學元件設備組成。它具有運算、處理能力極強的優點，同時，兼具容錯性，能夠進行模糊處理，但并不影響運算結果，智能化更高端。它主要具有以下好處：光子不帶電荷，不產生磁場，也不受磁場作用影響；光子也不具有靜止質量，可以在真空和介質兩種狀態下傳播；信息存儲容量大，通道寬，通信能力強；能量耗用低，散熱量小，節能環保性較強，也避免了計算機運行時內部過熱的情況。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，但光子計算機的進一步研制、完善，在對圖像處理、目標識別和人工智能等方面發揮重大作用。
1.3生物計算機生物計算機也叫做放生計算機，是以仿生學研究為基礎而形成的新型計算機技術，它以生物工程技術生產的蛋白分子制成生物芯片作為基礎元件。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，具有自我修復功能，它的內部芯片出現故障時，不需要人工修理，能自我修復，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，存在技術不成熟、信息提取難等問題，還需要繼續優化。
1.4納米計算機納米計算機研制是計算機發展過程中的一場革命，它以納米技術為基礎研制出計算機內存芯片，其體積相當于發絲直徑的千分之一，生產成本非常低，不需要建造超潔凈生產車間，也不需要昂貴的實驗設備和人數眾多的生產團隊，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揮絲毫不產生影響。納米計算機可以應用到微型機器人，以至于日用電子設備，甚至玩具中，都能獲得強大的微處理功能，其應用范圍也涉及到現代物理學、化學、電子學、建筑學、材料學等各個學科領域。這項新的課題技術也在不斷的完善和發展，將為計算機發展帶來新的內容。
2云技術和網絡技術發展
2.1云技術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行組合回傳的方式進行，可以達到和超級計算機同樣強大的網絡服務，這是云技術的根本。云技術不僅僅作為資料搜集手段，它是集網絡技術、信息技術、整合技術管理平臺技術、應用技術為一體的綜合資源池，靈活便捷。云技術作為一種商業模式的體現方式，其應用非常廣泛，目前，已經在搜索引擎、網絡信箱等領域投入使用，未來在手機、GPS等行動裝置上也可實現。云技術正以它的可靠、實用、安全等性能逐漸被人們所接受，云物聯、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功能。
2.2網絡技術網絡技術發展有賴于光纖技術的快速發展。光導纖維技術在通信、電子和電力等領域日益擴展，成為大有前途的新型基礎材料，與之相伴的光纖技術也以新奇、便捷贏得人們的青睞。它具有耐濕、耐輻射、易于安裝和保養、24小時的連續工作等性能被廣泛應用。尤其在塑料光纖產生后，海底光纜工程得以順利實施，對世界范圍網絡通信起到良好的推動作用。
3移動計算機技術發展
目前最熱門的是wifi無線技術，而最新的是4G通信技術，這兩項技術對移動計算機的發展起到了關鍵的支撐作用。4G網絡時代剛剛開啟，目前開始應用于移動設備上，但是在微型便攜計算機上的應用尚未起步。如何將移動計算機等終端產品通過芯片等形式與4G網絡完沒相連接，如發展移動電視、移動電腦、成為一項熱門話題，有待進一步研究探索。
4結束語
第8篇：量子計算的應用范文
關鍵詞:量子力學 量子計算機
中圖分類號:TP39 文獻標識碼:A文章編號:1007-3973 (2010) 02-106-01
1量子力學對計算機技術發展的影響
自1646年第一臺電子計算機問世以來,其芯片發展速度日益加快。按照芯片的摩爾定律 ,其集成度在不久的將來有望達到原子分子量級。在享受計算機飛速發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,即根據量子力學理論,在芯片發展到微觀集成的時候,量子效應會影響甚至完全破壞芯片功能。因此,量子力學對計算機技術發展具有決定性作用。
1.1量子力學簡介
量子力學是近代自然科學的最重要的成就之一. 在量子力學的世界里,一個量子微觀體系的狀態是由一個波函數來描述的,而非由粒子的位置和動量描述,這就是它與經典力學最根本的區別。
1.2量子力學與量子計算機
量子力學的海森堡測不準原理決定了粒子的位置和動量是不能同時確定的()。當計算機芯片的密度很大時(即很小)將導致很大,電子不再被束縛,產生量子干涉效應,而這種干涉效應會完全破壞芯片的功能。為了克服量子力學對計算機發展的限制,計算機的發展方向必然和量子力學相結合,這樣不僅可以越過量子力學的障礙,而且可以開辟新的方向。
量子計算機就是以量子力學原理直接進行計算的計算機.保羅•貝尼奧夫在1981年第一次提出了制造量子計算機的理論。量子計算機的存儲和讀寫頭都以量子態存在的,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典計算機。它具有如此優越的性質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越性的根源所在。
2.1存儲量大、速度高
經典計算機由0或1的二進制數據位存儲數據,而量子計算機可以用自旋或者二能級態構造量子計算機中的數據位,即量子位。不同于經典計算機的在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。
因此,量子計算機的n個量子位可以同時存儲2n個數據,遠高于經典計算機的單個存儲能力; 另一方面量子計算機可以同時進行多個讀取和計算,遠優于經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點。
2.2可以實現量子平行態
由量子力學原理可知,如果體系的波函數不能是構成該體系的粒子的波函數的乘積,則該體系的狀態就處在一個糾纏態,即體系的粒子的狀態是相互糾纏在一起的。而量子糾纏態之間的關聯效應不受任何局域性假設限制,這使兩個處在糾纏態的粒子而言,不管它們離開有多么遙遠,對其中一個粒子進行作用,必然會同時影響到另外一個粒子.正是由于量子糾纏態之間的神奇的關聯效應, 使得量子計算機可以利用糾纏機制,實現量子平行算法,從而可以大大減少操作次數。
3量子計算機發展現狀和未來趨勢
3.1量子計算機實現的技術障礙
到目前為止,世界上還沒有真正意義上的量子計算機,它的實現還有許多技術上的問題。
量子計算機的優越性主要體現在量子迭加態的關聯效應. 然而,環境對迭加態的影響以及迭加態之間的相互作用會使這種關聯效應減弱甚至喪失,即量子力學去相干效應.因此應盡量減少環境對量子態的作用。同時,萬一由于相干效應引入了錯誤信息,必需能及時改正,這需要進一步的研究和實驗。
另一方面,量子態不能復制,使得不能把經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測量, 因為這種測量會改變量子態, 而且這種改變是不可恢復的,因此在糾錯方面存在很多問題。
3.2量子計算機的現狀
由于上述兩種原因,現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,重點在于實現自旋狀態的控制非操作,優點在于盡可能保證了量子態和環境的較好隔離。
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, 組成一個相對穩定的絕熱系統,重點在于由激光來實現自旋翻轉的控制非操作其優點在于極度減弱了去相干效應, 而且很容易在任意離子之間實現n 位量子門。
第三種方案是硅基半導體量子計算機. 其原理是在高純度硅中摻雜自旋為1/2的離子實現存儲信息的量子位,重點在于用絕緣物質實現量子態的隔絕,其優點在于可以利用現代高效的半導體技術。
此外還有線性光學方案, 腔量子動力學方案等.
3.3量子計算機的未來
隨著現代科學技術的發展,量子計算機也會逐漸走向現實研制和現實運用。量子計算機不但于未來的計算機產業的發展緊密相關,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域密切相關。實現量子計算機是21 世紀科學技術的最重要的目標之一。
參考文獻:
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第9篇：量子計算的應用范文
8月16日1時40分，我國在酒泉衛星發射中心用二號丁運載火箭成功將世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”發射升空。
量子科學，對絕大多數人來說十分高冷。但當它與信息技術相連，就與我們每個人息息相關。當今社會，信息的海量傳播背后也充斥著信息泄露的風險。而量子科學則為信息安全提供了“終極武器”。
量子衛星首席科學家、中國科學技術大學教授、中科院量子信息與量子科技前沿卓越創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的不可復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證、傳輸加密以及數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”真的可以實現嗎？潘建偉院士將對這些問題進行一一解答。
問題1：量子究竟是什么？
量子是構成物質的基本單元，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可以處在不同量子態的疊加態上。著名的“薛定諤的貓”理論曾經形象地表述為“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，二者無論距離多遠都“心有靈犀”。當兩個微觀粒子處于糾纏態，不論分離多遠，對其中一個粒子的量子態做任何改變，另一個會立刻感受到，并做相應改變。
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，并對其進行測量，將不可避免地破壞攜帶密鑰信息的量子態。根據量子“測不準定理”，這種破壞必然會被信息發送者和接收者所發現。
是否可以不破壞傳輸的量子態，只截取并復制，再繼續發送？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：量子科學和技術究竟將帶來一個怎樣的未來？
量子科學和技術其實已經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、互聯網、時間標準和導航，包括醫院里的磁共振成像等等，無一不得益于量子科學和技術。
用發展的眼光看，隨著微納加工、超冷原子量子調控等技術的不斷進步，人類將能夠制備出越來越復雜、功能越來越強大的各種人造量子系統，例如包括量子計算機芯片在內的各種量子電路，其功能和信息處理能力將遠遠超過我們目前正在使用的經典芯片，并且更加節能；再如可望制備出達到量子極限的能量收集和轉換器件，將引發能源變革；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，不僅實現超高精度的潛艇定位、醫學檢測等，也將加深對物理學基本原理的認識。
總之，量子科學和技術的廣泛應用最終將把人類社會帶入到量子時代，實現更高的工作效率、更安全的數據通信，以及更方便和更綠色的生活方式。
問題4：量子技術什么時候才能“飛入尋常百姓家”？
量子通信目前已經實現在金融、政務系統等中的使用。要讓每個人都用上，樂觀的話需要10到15年。這需要對網絡基礎設施進行改造，還涉及到標準制定。到時候，個人的網上銀行、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生了。
而量子計算目前仍然處于基礎研究的階段，前進道路上還面臨著巨大的挑戰，不知道在二三十年的時間內能否實現初步應用。一旦取得進展，其意義將是極其重大的。這需要一個過程，依賴于量子通信網絡的建設，應用成本也會逐漸下降。
問題5：“量子態隱形傳輸”意味著能實現《星際迷航》里的瞬間移動嗎？
“量子態隱形傳輸”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，可以在乙地的另一粒子上還原出來。其實傳輸的是粒子的量子態，而不是粒子本身。這種狀態傳送的速度上限仍然是光速，也不是“瞬間移動”。
現在，在光子、原子等層面已經實現了量子態隱形傳輸。電影里“大變活人”在原理上是允許的，但目前還遠遠做不到。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，并且嚴格按照原來的相對位置重新排列起來，更何況重現意識和記憶就更復雜了。
不過，隨著科學的發展和技術的進步，也許未來我們還是可以實現人的量子態隱形傳輸，到那時星際旅行就不是夢啦。
