量子计算的意义精选(九篇)
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第1篇：量子计算的意义范文
关键词:自相似;缓冲区管理算法;队列调度算法;伪扩充;突发
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
通过大量的网络测量和分析证实了:Internet业务流(如LAN[1]、WAN[2]、Web[3]流量)在所有时间尺度均呈现自相似特性(Self-Similarity)。自相似突出表现为业务的突发:没有一个明确、本质的长度,从微秒到分钟,从分钟到小时,数据流的突发性并不随着时间规模的增大而变弱,不同时间标度数据流都表现出相似的突发特性[4]。在自相似流量下,基于传统的排队模型、泊松流模型、Markov链模型等网络流量模型的队列调度策略和分组交换算法已经不太适应。众多专家学者对自相似流量下的分组交换算法做相当多的研究,提出了一些更合适于的数据包调度、交换算法,如:基于动态优先级和基于服务概率的队列管理算法[5]。
在自相似网络环境中,如果要得到较高有效缓存利用率或低溢出概率,可以采用以下两种方法:一种是增加路由器缓存容量;另一种是采用有效的队列管理算法。但使用第一种方法有如下缺点:当大容量缓存都被充满时,所有连接上的延迟都将急剧增大;突发聚集成更大的突发,导致拥塞继续拖延下去,因此增加缓存容量并不能有效降低溢出概率。因此,如何改进队列管理算法成为众多学者关注的焦点。
受文献[5]及其他基于动态优先级的队列管理算法的启发,本文提出了基于“伪扩充”的队列管理算法。
1 新队列管理算法介绍
该文提出的基于“伪扩充”的队列管理算法由两部分构成:一是队列缓冲区“伪扩充”,另一是针对扩充后的队列调度算法。
1.1 缓冲区管理算法
在应对自相似突发流量的解决方法中有一种可用的方法是扩大缓冲区容量,“伪扩充”队列管理算法结合了这种的思想。“伪扩充”策略是在保持队列缓冲区总大小不变的情况下,按照一定策略,从原有缓冲区队列中,对各个队列进行适当比例的空间截取,把这些截取的空间进行拼接成一个新的队列,即为“扩充”了缓冲区。再结合队列管理算法,提高自相似流量下队列缓冲区的利用率。“扩充”的新队列用于辅助每一个队列应对突发的自相似网络流量,相当于扩大了单个队列的容量。
缓冲区截取的策略:假设原有缓冲区共分i个队列,其中每个队列的大小为p单位。新的算法是把i个队列的缓冲区进行截短,设截取参数为a,把截取的i段缓冲区组合成一个队列,如果使得合并的新队列大小和截取操后的原队列的大小保持相近,则a的取值为1/(i+1)。转化效果如图1所示。
缓冲区按照图1所示意的“扩充”策略转化后,当某类型业务流对应的队列满后,新队列作为原队列的一个后备队列,这样相当于给原有队列增大到原来的2i/(i+1)倍。
数据包从分类器进入相应优先级的队列,当相应的队列满后,后续的数据包进入第n+1个队列(即为新队列)中,如果第n+1个队列也为满的情况下,对后续数据包做简单的丢弃。
1.2队列调度算法
对于队列服务管理常用的有两类,一种是基于通用处理机共享,一种是基于轮询。这两类算法存在一个共同的问题, 即需要执行基于数据包的权重计算,其中对基于GPS的算法, 需要对每个数据包进行虚时间计算;而基于动态优先级的轮询类算法, 每发送一个数据包就需要重新计算权重参数。对比两种算法的计算复杂度,基于轮询的算法更小,所以本文提出的队列调度策略基于轮询算法。
本论文提出的算法的队列管理策略如下:给缓冲区中各个队列进行优先级设定,以及时间片分配,每个队列分配到的优先级和时间片作为一个常量。如缓冲区共有队列n个,“扩充”后则为n+1个,对n个队列进行优先级分配,第一个队列优先级设定为1,也即为最低优先级,时间片分配t1个单位;第二个优先级设定为2,时间片分配t2个单位;以此类推至第n个队列。第n+1个队列(即为新队列)调度算法按照队列分配的时间片进行,兼顾缓冲区原有队列的时间片分配,新队列的时间片分配原则按照平均的原则,做原有队列分配时间片和的平均值。新队列的优先级定位0,其时间片分配按tn/i个单位,即按照中等优先级队列分配时间片。
队列轮询服务算法流程如下:
1)对队列的执行为从优先级最高的队列开始,设置一个变量index值为n(变量index用于存储当前接受服务队列优先级,也即是指向当前接受服务的队列);
2)如果队列优先级大于0,转到3),否则转到6);
3)按照优先级级别为index应分配到的时间片进行服务,当时间片用完但仍未处理完该队列的数据包时,转到4),如果数据处理完,仍有时间片剩余时转到5);
4)中断该队列的处理,index值减1,转到2);
5)用剩余的时间片处理第n+1个队列中数据,时间片用完时仍未处理完时,index值减1,转到2);如第n+1个队列中的数据处理完,但时间片仍有剩余时,转入到下一个优先级的队列,index值减1,转到2);
6)按照第n+1个队列对应的时间片进行数据包处理,时间片到但仍未处理完数据时,转到1;处理完数据包后,时间片仍有剩余则转到1)。
2新算法的优点分析
2.1 适合自相似流量的突发性
自相似流量具有突发性,突发数据包到达是对队列缓冲区的要求特别大。Laskin等人[6]基于FLM(Fractional Levy Motion)过程建立了一个经典的解析模型,并得出自相似网络环境中队列缓存容量需求b(或称队列长度)与平均资源利用率ρ的关系如下:
b=cp 1/(a-a・H)(1-p) -H(1-H),其中,c为一个常数,a∈(0,2)为特征指数;H∈[1/a ,1)为自相似参数,且H越大,自相似程度越高。在c为1的情况下,从(a=2,H=0.7)、(a=2,H=0.9)、(a=0.6,H=0.8)和(a=1.2,H=0.8)四组条件下函数对应的曲线分析,自相似参数H越大,曲线斜率变化越大,队列缓存容量需要也越大,并在缓存平均利用率为35%~65%区间内开始急剧增长[4]。
按照新算法,由于对发生突发业务流量的队列长度增加了近一倍大小。也既是在没有增加缓冲区总体容量和缓冲区数据包的处理时延的情况下,增大队列缓冲区的容量。所以能有效应对突发的自相似流量。
2.2较基于队列长度动态管理算法
动态调整的算法,往往是在突发的自相似流量到达并溢出队列时,根据丢包标识位的定时扫描发现,然后扫描有空闲的队列上截取空闲部分,再进行和现有队列拼接。其中丢包标识位的定时循环扫描、空闲队列的扫描都是耗时的,并且空闲队列的截取和拼接在较差情况下,会导致更多的丢包以及空闲队列的扫描、截取和拼接的耗时。
本文提出的新的算法,把发生突况后,原队列被填充满后,会把更多的数据包转移到新生成的队列中,避免了队列的丢包标示位的扫描、空闲队列的扫描、截取和拼接造成的时延,有利于提高缓冲区中数据包的响应时间,增大了吞吐量。
2.3较基于服务概率的队列调度算法
基于优先级调度的轮询的算法存在“饥饿”问题,有的学者提出了“概率优先级(probabilistic priority)”的概念来解决此问题[7]。该策略它为每个优先级分配一个服务概率参数, 当该优先级获得服务机会时,不是100%获得服务, 而是以该服务概率参数的概率获得服务。
本文中提出的队列管理算法是更为简单:它给固定优先级的队列分配固定的时间片。在队列满负荷工作的情况下,各个队列循环扫描服务一遍后,优先级最高的队列得到了最长时间的服务,优先级最低的得到的服务时间最少,从而保证了优先级队列的服务时间,又避免了“饥饿”现象的发生。本文中对“优先级”的处理为:并非高优先级的处理完再处理低优先级的,而是按优先级分配处理时间片。
2.4较自相似流量的检测机制
在处理自相似突发流量研究中,有些学者提出了对自相似流量的早检测的方法。文章[8]提出的随即早检测的方法是对比于泊松模型下的网络流量,基于自相似流量的突发性,扩大最大和最小值之间差距的方式来检测自相似流量,并设计了一种丢包策略。
由于自相似流量的突发的特性,考虑进入交换系统中多种不同的网络数据流和同一数据流在具体的不同时间段下的流量波动,自相似流量的hurst指数的并不确定性,因此对于自相似流量的早检测方法,都是具有局限性的。并且由于计算数据包到达的流量和比较流量是否达到自相似阈值都有一定耗时,本论文中提出的新算法节省了上述耗时操作,以分配更多的时间片给缓冲区队列用于数据包处理。
3 结束语
该文中提出的算法,在缓冲区的管理策略上和队列调度算法上,对比于众多基于动态队列调整的算法有着显著的不同,“扩充”的缓冲区队列、避免了动态调整队列长度上的耗时和避免优先权重计算的调度算法,三者会使得系统吞吐量更大,进而能有效应对自相似的突发流量。
该算法下一步的工作是通过仿真,验证算法的实际效果。然后研究实际情况下的不同业务流量,设计更优的队列管理算法。
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第2篇：量子计算的意义范文
关键词:有限取样法;霉酚酸;自身免疫性疾病;药动学
霉酚酸(mycophenolic acid，MPA)为免疫抑制剂霉酚酸酯(mycophenolate mofetil，MMF)的体内活性代谢物，其可以选择性阻断T和B淋巴细胞的增殖，在器官移植以及自身免疫性疾病(autoimmune disease，AID)的治疗中发挥着重要作用。但由于其药动学及药效学存在极大的个体差异，临床治疗需要个体化给药。研究发现，MMF的治疗效果与MPA体内暴露药量(AUC)密切相关［1-2］，而常规AUC的监测需要全时程血药浓度-时间点(8～12个采血点)，并用梯形法计算，不仅繁琐、测定费用高，而且给患者带来不便和痛苦。因此，借助只需采测1～4个血样浓度即可准确预测AUC的有限取样法(Lim-ited sampling strategy，LSS)可以解决这一难题，应用LSS估算器官移植患者群体MPA AUC的报道已较广泛［3-4］，但在AID患者群体的报道较少，有限的一些国外报道结论并不一致［5］，由于MMF代谢酶基因多态性的种族差异，这些结论也不适用于国内种族群体。本试验对依从MMF+甲泼尼龙二联免疫抑制方案的24例中国成年AID患者进行了研究，在获取MPA全时程药动学的基础上，利用多元线性回归法拟合估算MPA AUC的有限取样模型，并对模型进行外部验证，以寻找准确、简便、实用的LSS指导MPA的个体化用药。
1材料与方法
1.1研究对象
选择2009年1月～2014年12月期间，在我院肾脏内科治疗的自身免疫性疾病患者24例(IgA肾病患者14例，狼疮性肾炎患者5例，血管炎相关肾病5例)，所有患者服用MMF的剂量均为每次0.75 g，q12 h，连续服药均＞7 d，甲泼尼龙约为0.32 g·d－1，大部分患者定期服用盖三淳与质子泵抑制剂以对抗糖皮质激素引发的骨质疏松及消化溃疡等副作用;试验过程中无病例死亡，有5例出现轻度感染，经抗生素治疗后好转，所有入组患者均完成本试验。试验方案获同济大学附属杨浦医院伦理委员会批准，患者在研究开始前自愿签署了知情同意书。
1.2药物与仪器
MMF胶囊(商品名:骁悉，规格:每粒0.25 g，批号:SH0089，上海罗氏制药有限公司);MPA对照品(上海罗氏制药有限公司，批号:L13111/b，纯度＞96%);内标卡马西平对照品(Sigma公司，批号为100142-199503，纯度＞98%);甲醇和乙腈均为色谱纯;试验用水为超纯水。
1500系列高效液相色谱仪(美国Waters公司，包括1525二元泵、2489紫外检测器、2707自动进样器、智能柱温箱、BreezeTM Software色谱工作站);MS204S型电子分析天平(瑞士梅特勒公司);超纯水仪(Synergy UV系统，美国Millipore公司);Allegra X－30R超速冷冻离心机(贝克曼库尔特有限公司);MIXER-UZUSIO VTX－3000L旋涡混合器(上海飞域国际贸易有限公司)。
1.3血清样品采集
患者服药达稳态后，在研究当日清晨服药前即刻、服药后0.5，1，1.5，2，4，6，8和12 h采取血样3～5 mL，于4℃下4 000 r·min－1离心10 min，取上层血清再于同温度下12 000 r·min－1，离心10 min，取上层血清于－80℃保存。
1.4样品处理及测定
取待测血清100μL，加入100μL含有卡马西平(4 mg·L－1)的蛋白沉淀剂(3 g·L－1 ZnSO的甲醇溶液)，振荡20 s混匀;13 000 r·min－1，4℃，离心10 min，取上清液进样20μL，测定。
色谱柱:XBrigeTM C(4.6 mm×250 mm，5μm);流动相:20 mmol·L－1 NaH PO(用20%磷酸调至pH 3.0)-甲醇=45∶55;流速1.2 mL·min－1;检测波长304 nm;柱温45℃;进样量20μL。
该方法经体内药物分析方法学指标验证均符合生物样品测试要求，MPA在0.312 5～50 mg·L－1内线性良好，标准曲线方程式为Y=0.76ρ－0.16(Y为检测物与内标峰面积比值，ρ为MPA的质量浓度)，相关系数r=0.999 7，定量下限为0.3 mg·L－1，反复冻融3次，－70℃放置6个月以及室温放置24 h后，回收率均在90%～110%，RSD均＜10%。
1.5药动学参数计算
血药浓度直观图绘制，梯形法计算MPA AUC0-12 h应用EXCEL完成;c0 h，c12 h，cmax以及tmax均为实际测量值。模型资料组及验证资料组之间参数的比较，多元线性回归分析均通过SAS 6.0统计软件实施。
1.6 LSS模型的建立与验证
对模型资料组的参数，利用多元线性回归方法中的最优子集法，以决定系数r2最大为最优准则，分别以1～4个浓度点为自变量，遴选出r2排在前三位的多元线性方程，并代入验证资料组进行验证，计算平均预测误差(mean percentage prediction error，MPPE，代表模型准确性，见式1)和平均绝对预测误差(mean absolute percentage prediction error，MAPE，代表模型精密度，见式2)。
式1:MPPE=1∑(Pe)
式2:MAPE=1∑|Pe|
式中Pe=percentage prediction error=(AUC预测值－AUC实测值)/AUC实测值×100%，N为验证资料组患者例数。
考虑到谷浓度、峰浓度可能的影响，方案设计对0，1，12 h 3个点的MPA浓度进行取点建模估算MPA AUC;此外，还从药动学的角度，在分布相与消除相及交界处的1，4，8，12 h的血药浓度中模拟最佳取点时间;所得模型均记录r2并同上代入验证资料组验证。
模型筛选时，决定系数r2越接近1且验证后MPPE与MAPE均＜15%的多元线性回归方程视为达标模型用Bland-Altman分析法评估验证资料组MPA AUC0-12 h
实测值与运用回归方程预测的MPA AUC0-12 h的一致性，并结合临床实际情况选出最佳模型。
2结果
2.1患者的基本参数
24例成年AID患者进入药动学研究时的基线特征包括人口统计学资料、血常规、血生化和免疫学的相关指标，以及稳态服药后基本的药动学参数见表1，所有入组患者的病情都较稳定，模型资料组与验证资料组患者的参数对比结果显示，各项参数均无显著性差异P＞0.05)。
2.2 MPA的血药浓度-时间曲线
24例AID患者依从MMF 0.75 g，q12 h给药方案连续服药达稳态后的药-时曲线见图1。MPA在血清中的峰浓度出现于口服药物后的1～2 h，由于存在肠肝循环，大部分患者在服药后6～12 h会出现第二个，甚至第三个MPA浓度峰，c0 h，cmax，tmax变异程度很大，AUC0-12 h的平均值为46.02 mg·h·L－1，变化范围在10.28～148.00 mg·h·L－1之间。
2.3有限取样模型
对模型资料组的9点血药浓度及梯形法计算的实测MPA AUC0-12 h数据，采用多元线性回归法分别拟合1～4个采血点估算MPA AUC0-12 h的数学模型，遴选出决定系数r2较高的不同采血点的模型(#1～12)，同时对考察峰谷浓度影响的模型(#13～14)以及受药动学特征影响的模型(#15～17)，均应用验证资料组数据进行外部验证，结果见表2。由表2数据可见，在简便的单点MPA浓度预测组(#1～3)中，只有服药后12 h的谷浓度预测模型能够达到预测标准(MPPE与MAPE均＜15%)，其决定系数r2=0.957，MPPE及MAPE分别为－3.93与11.93;模型#4～12均可达到预测标准，但4个时间点的预测效果更接近实际计算结果，其中基于0.5，1.5，6，表1 24例服用MMF的成年AID患者的基线特征及基本药动学参数．n=24，x珋±s
Tab.1 Baseline characteristics and pharmacokinetic parameterof the 24 adult AID patients taking MMF．n=24，x珋±s
图1 24例成年AID患者MPA稳态的血药浓度-时间曲线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，决定系数r2均最高达到0.996，预测偏差在±15%的人数均最多(9/12)，但实际操作却较单点法繁琐;对于峰谷浓度监测构建的模型#13，在模型建立组以及验证组的表现均不理想(r2=0.859，MPPE及MAPE均＞15%)，引入12 h浓度点(#14)，效果大大改善，尤其在验证资料组，预测偏差在±15%的人数达到10人，但决定系数较模型#10等4点模型偏低;考虑到药动学特征的模型#16与#17呈现类似的结果。
2.4有限取样方案评价
用Bland-Altman分析法评价简便的单点模型1与在两组效果均较好的模型#10中AUC预测值和AUC实测值之间的一致性，结果见图2，只有少数值超出95%一致性界限，在临床上是可接受的误差范围。模型#10的平均误差为－0.24，更接近于0，说明此模型预测值与AUC实测值之间的一致性更高。
3讨论
器官移植患者MPA AUC与药效及不良反应之间的关系研究国内外均早有报道，目前普遍认为通过LSS对MPA进行治疗药物监测控制AUC在30～60 mg·h·L－1，有助减少排异反应、副作用和长期过度免疫抑制情况的发生［8］。随着MMF在AID患者的应用日益广泛，研究发现，MMF在AID患者群体的药动学个体差异极大，固定剂量给药难以产生良好的治疗效果，MPA的治疗窗也不同于器官移植患者，如Filler课题组［9］发现对于儿童AID患者有效的MPA AUC值为(61.8±31)mg·h·L－1，Neu-mann课题组［10］推荐成年AID患者MPA AUC值控制在40～75 mg·h·L－1，尽管对系统性红斑狼疮患者，有效的AUC治疗阈值还未被验证，可以肯定的是，MPA AUC的监测可以帮助AID患者改善临床疗效。国外已逐渐出现利用LSS建立监测AID患者MPA AUC的方法，有些研究还发现MPA AUC与服用MMF后12 h的MPA谷浓度相关性很高［11］，这也在本试验中得到进一步证实，这一点不同于器官移植患者群体，究其原因可能因为联合用药不同:器官移植患者常联合应用3～4种免疫抑制剂，如服用MMF常联合应用神经钙蛋白抑制剂如
表2预测MPA AUC0-12 h的有限取样模型
Tab.2 Limited sampling models for MPA AUC0-12 h prediction
图2 Bland-Altman分析法评价AUC实测值与模型#1或模型#10预测的AUC间的一致性
Fig.2 Bland-Altman plot for agreement between calculated 9-time MPA AUC0-12 h and model#1 or model#10-estimated MPA AUC
环孢素或他克莫司，环孢素可抑制肝肠循环，并增加MPA的清除率［12］，有研究甚至发现联合应用环孢素的比联合应用他克莫司的器官移植受者群体其MPA AUC与c12 h的相关性差［13］。而AID患者一般仅使用1～2种免疫抑制剂，本试验研究对象联合应用甲泼尼龙免疫抑制治疗。
治疗药物监测常取用服药前谷浓度作为实际检测指标，本试验却发现MPA AUC与c0 h的相关性并不佳(r2=0.383)，结合峰谷浓度的模型#13，预测效果也不达标，回顾研究发现，本药动学研究当日规定患者晨起服药后2 h再进餐，后续服用标准餐，但c0 h相当于前次夜晚给药的12 h浓度，而前次夜晚给药的饮食未受到控制，有些患者甚至晚餐时服药，由于食物对MMF吸收、分布、代谢具有不可忽视的影响［14］，造成本次药动学研究的c并不是真正的谷浓度，可以提供证明的数据是我们的研究对象中有不少患者的c0 h大于c12 h。
本次试验发现的AID群体中MPA AUC与c12 h的强相关性提示MMF的治疗药物监测可以只简单监测MPA c12 h，进一步的LSS研究发现，模型MPAAUC0-12 h=10.82+13.37c12 h
经外部验证准确性与精密度均可接受，Bland-Altman分析也显示了MPA AUC预测值与实测值之间的良好一致性，结合临床实际情况，此模型可按如下流程应用于门诊患者:医护人员在血药浓度监测前天应向患者进行用药教育，嘱其夜间按时服药，服药时间与进餐时间隔开2 h，且饮食尽量清淡，12 h后即第二天清晨空腹准时去医院抽血监测MPA的c12 h，即可准确预测MPA AUC。为了追求更精确的预测结果，LSS研究发现，2～4个点的优化模型均纳入了服药后6 h或6 h以后的采血点浓度，进一步证实了肝肠循环阶段的MPA浓度对AUC的影响较大，4点模型#10和#11的r2最高，且在验证资料组PE%落在±15%的人数亦较多，由于采样点相对较多，更适用于住院患者晨起服药后准时采样，鉴于模型#11中最后一个采样点在服药后的12 h，夜晚采样会影响到患者休息(模型#14～17虽预测效果较佳，也存在相似的问题)，在临床实际应用中推荐模型#10，即MPAAUC0-12 h=3.19+0.49c0.5 h+1.76c1.5 h+2.95c6 h+5.46c8 h。表2中预测效果达标的其他模型，也可根据患者的特殊情况灵活选用。
总之，接受MMF治疗的AID患者群体中，MPA AUC的监测有助于指导MMF的个体化给药。在国内，MMF治疗AID的个体化给药多凭经验，缺乏相应的科学依据，为改善AID患者服用MMF的治疗效果，本试验采用多元线性回归法首次对联合应用糖皮质激素的中国成年AID患者提供了预测MPA AUC的有限取样模型，并对模型进行了外部验证与Bland-Altman分析法评估，结合临床实际情况选择的模型便于操作，为使用MMF+甲泼尼龙二联方案的中国成年AID患者的个体化给药提供了有力工具。
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第3篇：量子计算的意义范文
[关键词] 血液回收；控制性降压；异体输血；脊柱；外科；脑组织氧合；乳酸代谢
[中图分类号] R331.1 [文献标识码] A [文章编号] 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
脊柱外科手术多为大型手术，手术时间长、创伤大，且术中出血量极大，为保证安全，必须行有效的术中及术后补血[1]。但异体输血可能导致溶血、异体免疫等并发症，且可能存在血源不足的问题，故目前有研究推荐应用自体血液回收[2]，且指出联合应用控制性降压能够更显著地减少异体输血量[3]。然而控制性降压为非生理状态，有可能导致重要脏器缺血，造成其它严重并发症。为验证两种异体输血方法联用的安全性，该研究以脑组织氧合和乳酸代谢为例，进行对比分析，报道如下。
1 资料与方法
1.1 一般资料
纳入符合上述要求患者80例，行随机数字表法均分为两组。观察组40例，男女比例13：7，年龄33～71岁，平均（53.2±7.1）岁；对照组男女比例14：6，年龄36～73岁，平均（53.7±7.6）岁。
1.2 方法
患者均行脊柱后路减压植骨内固定术治疗，行气管插管全麻，手术方案基本一致。对照组予常规自体血液回收；观察组联合应用自体血液回收及控制性降压技术。
1.2.1 控制性降压 术中予硝酸甘油（国药准字H20057880，1 mL：5 mg）持续静脉泵入，速度0.5～5 μg/（kg・min），使MAP逐渐、缓慢降低至基础值的70%，期间根据生命体征调整给要速度，至主要操作结束后，立即停止给药。
1.2.2 自体血液回收 血液回收机为国产自体-2000型，创口血液经管道通过滤网存储至储血器，管道配套连接抗凝药滴管，持续提供肝素生理盐水（2 500 U肝素：500 mL生理盐水）。肝素生理盐水与血液混合比例1：5。行清洗式血液回收，洗出后血液即刻回输，仪器参数均为出厂设置。
1.3 纳入标准
ASA Ⅰ～Ⅱ级，脊柱骨折，行外科手术治疗者；术前实验室检查指标正常；未合并严重器质性疾病、血液系统疾病、内分泌系统疾病、心血管疾病等，符合手术指征；术中失血超过500 mL；知情同意；入院时间在2013年1月―2014年12月间。该研究已获得院伦理委员会批准。
1.4 统计项目
①分别于术前、术后即刻、术后24 h行颈静脉逆行穿刺、采集血液标本行血气分析，检测统计对象颈静脉血氧分压、颈静脉血氧饱和度、颈静脉球血乳酸含量；动脉穿刺，检测统计对象动脉血氧分压、动脉血氧饱和度、动脉血乳酸含量。参考Fick公式计算上述时刻脑动脉血氧含量、颈静脉球血氧含量、脑氧耗[C（a-jv）O2]、脑氧摄取率（CERO2）、动静脉血样乳酸含量差（ADVL）；②统计围术期出入量，包括失血量、引流量、异体输血量、尿量；③统计术前、术后即刻、术后24 h血红蛋白（Hb）水平；④统计术中持续性降压稳定时平均动脉压；⑤统计围术期不良反应。
1.5 统计方法
应用SPSS 19.0统计学软件处理数据，计量资料按均数±标准差（x±s）表示，行t检验。
2 结果
2.1 围术期出入量对比
观察组手术时间（4.0±0.8）h对比对照组（4.0±0.6）h，差异无统计学意义（P>0.05）。两组围术期除异体输血量外，其它统计项目差异无统计学意义（P>0.05），见表1。
2.2 脑组织氧合和乳酸代谢对比
两组C（a-jv）O2、ADVL在各时间点对比，差异无统计学意义（P>0.05），但观察组术后即刻、术后24 h CERO2均明显低于对照组，差异有统计学意义（P
2.3 围术期Hb及MAP变化对比
观察组术后即刻及术后24 h Hb明显高于对照组，差异有统计学意义（P
2.4 围术期不良反应对比
观察组围术期未出现不良反应，术后无严重并发症；对照组数学期间出现过敏性发热1例、荨麻疹1例，对症处理后均好转，术后亦无严重并发症。
3 讨论
相较异体输血，自体血液回收有显著优势，如可避免血源短缺、免疫相关并发症等，故已得到全面普及，但实践表明，即便行自体输血，患者围术期可能还需要补充异体血，这可能与集体应激、创伤等因素有关[4]，并提示还需通过其他策略进一步减少异体血输注量。研究结果显示，观察组手术时间（4.0±0.8）h对比对照组（4.0±0.6）h，差异无统计学意义（P>0.05）。两组围术期除异体输血量外，其它统计项目差异无统计学意义（P>0.05）。该例对照组仅行自体血液回收，围术期消耗异体血（2.5±0.6）U，而观察组在此基础上联合行控制性降压技术，异体血消耗量下降至（0.6±0.2）U，可见控制性降压有助于进一步减少异体输血量。
然而控制性降压状态下，机体血流灌注异常下降，可能影响重要脏器新陈代谢，考虑到脑组织在人体内新城代谢率最高、对缺氧较为敏感[5]，该研究认为分析患者脑组织氧合和乳酸代谢可能有助于评价自体血液回收联合控制性降压对机体缺氧、缺血的影响，结果则显示观察组脑组织氧储备良好，乳酸代谢亦无明显变化。此结果较为合理，主要是因为本研究以颈静脉球血气参数、Fick公式计算脑组织氧合及乳酸代谢，而颈内静脉球部血不包含颈外静脉血，多来自大脑半球。
两组C（a-jv）O2、ADVL在各时间点对比，差异无统计学意义（P>0.05），但观察组术后即刻、术后24 h CERO2均明显低于对照组，此差异有统计学意义（P
CERO2则与Hb差异无关，此指标仅与有氧代谢及脑血流量有关，因此能更清楚地反映患者脑氧代谢情况。观察组在术后即刻及术后24 h该指标更低，这说明观察组减少异体输血的策略能够减少脑神经细胞从动脉血氧中摄取氧，从而改善微循环，增加脑组织氧供，查本俊等人的亦得出了相似的结论[8]。对照组此指标术后上升，则表明脑氧代谢高，可能出现脑缺氧问题。本例术中及术后未出现明显并发症，则提示只要掌握输血指征，保证红细胞水平，无论是何种输血方案，均有较高的安全性，这与其他研究结果类似[9-10]。
ADVL则反应无氧代谢程度，该指标越高，无氧代谢率越高。本研究结果指出两种输血方案下，患者ADVL并无明显差异，说明联合应用控制性降压及自体血液回收，并不会导致脑组织无氧代谢增加。
由上述3指标的变化，能够看出两种减少异体输血量的策略联用，不仅能够协同降低异体输血量，还不会严重影响脑氧供需平衡。为明确两种策略对机体循环的影响，本研究还直接检测了患者的Hb及MAP变化，研究结果显示，观察组术后即刻及术后24 h Hb明显高于对照组，差异有统计学意义（P
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第4篇：量子计算的意义范文
注意教材书（文献［9］）已有"辐射场"及"能量场"的物理学概念。但囿于理论局限，使得教材书对这种场的描述是静止的（机械的）、孤立的（与物质世界无必然联系的）、无源的（原因不清），因而也是抽象的（没有物理意义的）。
上已证明，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质。值得物理学注意的是，原子核这种性质并不孤立存在，它同时还严格地规定着所有外部世界。因而使得电子、原子、分子、物体、天体、宇宙都只能有唯一稳态位置和结构。这就是大自然最基本的内在本质规律。也就是普适方程即（20）式所揭示的规律。
那末，具体规律是什么呢？请看：
4.2 辐射能场（存在）定理
研究表明，辐射能场准确存在可用定理表述。
〖辐射能场定理〗:任何粒子（含场粒子及天体，无例外，下同）在其周围都形成（存在）一种辐射能场，这种辐射能场可用普朗克常数 ? 和量子数 n＝0,1,2,3… 准确具体描述。在微观辐射能场表现为量子化，在宏观则表现为大量粒子的简并统计结果。
4.3 辐射能场实质
辐射能场实质系以粒子为中心，向周围空间抛射场粒子流（这里主旨中性场粒子流，对于电磁场当有别论），这种场粒子流经电子集约化就成了光子。研究也表明，任何光子包括 X 射线都准确如此。参见（15）式，据此不难描述任何光子的自身结构。并且可以证明任何光子的静止（如可能）质量均不为零。认为光子静止质量为零，还是量子力学根据"相对论"瞎子摸象猜测结果。
这已表明光子的真实粒子性。并可准确具体证明，所谓波动性实际上是普朗克常数与量子数相互作用的一种客观表象，任何光子都不存在任何物理意义上的波动属性。
4.4 辐射能场形象
研究表明，辐射能场形象与点光源的光通量完全一致。对于原子核，其辐射能场可用图（3）准确表示：
图中箭头方向表示辐射能流方向，其线密度表示能流密度，n为量子数。
4.5 辐射能场性质
研究表明，辐射能场实质系以光速抛射场粒子流（粒子上限为中微子），故，辐射能场具有排它性。原子核的辐射能场首先排斥核外所有电子，任何电子也因此未能落到核上，这是事实。所以，电子未能落到核上量子力学的任何解释都只能是自欺欺人的胡言乱语！也所以，玻尔对电子的担心完全多余。
需要指出，辐射能场这种排斥作用，通常主要表现为能量形式。相形之下排斥力效应很小，一般可忽略。这与太阳光辐射的能量效应十分明显，而太阳光的压力效应十分微小，完全相似。不过在研究宇宙膨胀时，完全不可忽略天体辐射的斥力效应。就是说，"宇宙斥力"存在。然，囿于历史和理论局限，爱因斯坦在提出宇宙斥力概念后，又不得不自我否定。
4.6 原子核辐射能场数学表达式
大量研究表明，原子核（质子）的辐射能场数学表达式准确为：
E ＝ n2·h2 ／ 2mP·r2 ―――――――― (21)
式中 h 为普朗克常数，n为量子数，mP为质子质量，距离为r＝0∞，需指出，辐射能场场强 E 具有能量量纲（这是因为使用因子 h 结果），其数值则为 r处单位面积上的能量。
注意：该式与（64）式有必然联系，但物理意义微妙不同，且具有丰富物理内容（略）。
研究还表明，由此电子所得到的原子核辐射能场能量准确地为：
E ＝ n2·?2 ／ 2me·r2 ――――――― (22)
注意：这也就是玻尔量子化条件。
式中 me 为电子质量，不难看出普朗克常数 h＝2π? 紧密地联系着质子和电子。
已很明显，量子力学与玻尔相比，玻尔正确，量子力学谬误！
并且由（21）、（22）式不难看出，当量子数 n＝0时，E＝0。 需指出，这是物质结构非常状态。参见图（3），在 n＝0 时，原子核没有了辐射能场，原子核不再有排斥电子的能力。于是，电子必然落到核上。研究表明，这就是宇宙到达最低温度--宇宙奇点的情况。于是，原子中发生比核反应还强烈的变化，结果原子爆炸--物质爆炸--宇宙爆炸！这就是宇宙爆炸原因，由此也不难了解宇宙过去。
可悲的是，量子力学竟将量子数 n＝0 也定义为原子的一种稳定状态。可歌呼？可泣乎？灾难，罪过！阿们--
4.7 辐射能场的实验验证
4.7.1 太阳的辐射本领已足够大
目前世界公认太阳发射本领（文献[2]）为3.8×1033（尔格/秒），这相当于太阳每秒抛射出质量为 m＝4.2×109(千克) 物质。但如上可知，太阳实际发射本领远大于此。因为太阳光仅是辐射能流的一部分，这种能流粒子上限为中微子。
4.7.2 宇宙正在膨胀
宇宙正在膨胀，表明"宇宙斥力"存在，这是宇宙中心辐射能场性质。宇宙正在膨胀恰系宇宙中心辐射能场的客观真实写照（或曰照片）。
4.7.3 "太阳风"的存在
文献 ［10］介绍的"太阳风"正是本文定义的太阳辐射能场，太阳风就是太阳辐射能场的客观真实写照。该文献给出了对太阳风考察的卫星实际探测结果（文献图示略）。这可谓太阳辐射能场的真实实验验证。
4.7.4 第四个验证是，任何原子中任何电子均未能落到核上，这是事实
不仅如此，人为方法：高能阴极射线、X射线或高能加速器也很难将电子打到原子核上。这绝非因碰撞截面太小，总会有几率。实际上正是由于原子核具有排它性的辐射能场排斥效应所致。由（22） 式可见，电子得到的原子核排斥能与距离平方成反比例。在核半径处排斥能十分巨大，以致可忽略静电引力能。简单计算表明，电子必须具有200倍C(光速)才可能到达核半径处。也因此，玻尔对电子的担心完全多余！
需要指出，对此类问题，量子力学仍会故伎重演--狡辩。但经如上及以下分析论证，量子力学纯系主观臆造，对物理学实质问题全然无知，已经使得量子力学的狡辩不再有任何效力。
4.7.5 第五个验证是人们熟悉的，然而又不熟悉的，这就是气体压力
量子力学会立即反驳说："气体压力来自分子热运动和碰撞" （文献[8]）。需指出，这种解释充其量只能算作表面化非本质解释，作为哲学或市民语言尚可，但不能作为物理学家语言。在严格物理意义上说这种解释是自欺欺人的。这种解释实际上并不清楚分子热运动的实质和根源，更不知温度对单个分子的意义是什么。量子力学（文献 [8]）以公开宣称："对单个分子温度没有任何意义"。
这是因为量子力学有一剂灵丹妙药--波函数Ψ --量子力学家主观意识，就可以包治百病。温度与这灵丹妙药无任何联系，在灵丹妙药中没任何位置，所以温度没有用处。也所以量子力学结论：对于单个分子，温度没有意义。
但是，只要神经不错乱，人人都懂得，既然宏观温度是大量分子集体贡献，怎么能说单个分子没有贡献？单个分子又怎能摆脱温度环境？这与人对社会贡献完全一致，能说个人对社会的贡献没有意义吗？！
大量研究已经表明，温度概念同样也有极为丰富的物理内容。温度问题同样也贯穿全部物理世界全部内容。并对此可做如下结论：
普朗克常数 h＝2π? 与量子数 n＝0,1,2,3…好比一对孪生兄弟，他们共同贯穿全部物理世界全部内容，并且，宏观温度 T 就是量子数 n＝0,1,2,3… 的照片。
注意，此结论在确切物理意义上正确。
研究还表明：分子热运动及分子间斥力的实际根源正在于原子（核）间排斥能场相互作用的结果。并可得以下具体结果：
PV＝∑Ei ―――――――――――――――― (23)
式中PV为气体压力势能，Ei为单个气体分子的辐射能场能量（推导略）。这种严格关系唯一证明分子（原子）辐射能场客观存在。此时并唯有此时辐射能场的排斥力效应也十分明显，这就是气体压力。
第五章 大自然内在本质规律二
5.1 大自然内在本质规律之二--潜动能客观存在
研究还表明，这种规律正确存在也可用定理表述：
5.2 潜动能定理
〖潜动能定理〗：任何质量为 m 的物体（含场粒子及天体）当以速度 V 运动时，必有潜动能存在。若以符号 T2 表示则为：
T2 ＝ （1/2） mV2 ――――――――――― （24）
可见，潜动能在数值上与物体经典动能（机械动能）相等。现将经典动能定义为显动能，并以符号 T1 表示之：
T1＝ T2 ＝（1/2） mV2 ―――――――― （25）
那么，可以定义物体运动全动能，以符号 Tm 表示则为：
Tm ＝ T1＋T2 ＝ mV2 ――――――――― （26）
如果，质量 m 以光速 C 运动，其全动能必为：
Tm＝ mC2 ＝ E ――――――――――― （27）
看！这就是遐迩闻名的爱因斯坦质能关系。这已表明，爱因斯坦质能关系只不过是物体（粒子）运动全动能之特例！然而，不仅爱因斯坦本人，而且后人至今都不清楚质能关系的物理意义。可（27）式中 E＝mC2 的物理意义是再清楚不过了！
5.3 潜动能的物理意义
研究表明，潜动能普遍客观存在，实际上它是物体（粒子）运动时的伴随能量。由于潜在性，低速时或直观上人们难以发觉。只有在高速时才明显表现出来，所以人们至今尚不知晓。
研究表明，潜动能实质也是一种辐射能场，这种场粒子上限亦为中微子，对中微子目前尚不能检测，这也是人们尚未发现潜动能的直接原因。
需指出，温度为 T 的物体当以速度 V 运动时，同时存在辐射能场及潜动能能场，两种能场分别可测并须分别描述。但是，以下将完全证明原子核的辐射能场实际上就是原子核自旋潜动能。由此也证明潜动能普遍客观存在。
也所以潜动能的能量效应较其压力（即动量）效应明显，尤其当速度V＜＜C 时，人们无法观测到这种动量效应。然而当物体速度接近光速（VC）时，潜动能的能量效应与动量效应均不可忽略。这时潜动能的能量效应形成爱因斯坦的质能关系事实；而其动量效应则形成"物质波"的事实。这就是"物质波"的本来面目和真实内容。
5.4 潜动能的实验验证
5.4.1 回旋加速器的验证
文献 [10] 介绍："电子在回旋加速器中，任何瞬间，轨道平均磁场的增量必须是轨道上磁场增量的 2 倍"。即：
dBave ＝2dB ―――――――――――――- （28）
这无疑表明本文如上全动能成立，亦即表明潜动能客观存在。
5.4.2 电子在加速器中同步辐射光
电子在加速器中同步辐射光能正是电子运动的潜动能，并且，电子同步辐射光的波长 λ为：
λ ＝ h·c／E ―――――――――――――― （29）
注意：式中能量 E 是电子同步辐射光能量，也就是电子的潜动能。
5.4.3 地球的潜动能
地球有潜动能？从没听说过！有人说。
不错，但经本文由普适方程已经计算出地球确有潜动能：月球的存在给出完全的证明。因为本文对月球的计算表明，普适方程不仅适用于太阳系，而且适于地（球）--月（球）结构。并且，对月球的计算，得出两个重要结果：①由普适方程计算月球绕地（球）轨道半径与天文观测（文献［2］）的误差小于1％ ； ②由普适方程计算得出--月球是颗裸星。这已是个奇迹，目前为止任何理论都办不到！
这种结果无疑表明：
第一，地球所得到的太阳辐射能刚好等于地球轨道动能，也刚好等于地球的潜动能。于是，地球能量处于一种动平衡中。这表明，月球绕地（球）轨道受地球潜动能严格支配，亦即受地球轨道动能严格支配，亦即受太阳能量严格支配。不仅如此，太阳以此严格支配着系内所有天体（无例外）的运行（位置、动能、尺寸、质量以及轨道曲线性质）。
第二，地球运动潜动能客观存在，在数值上准确等于地球轨道运行动能。故〖潜动能定理〗成立！
第三，"物质波"就是本文所定义的"潜动能"。
第四，普适方程无条件成立！
5.4.4 X射线韧致辐射
周知，X射线韧致辐射最短波长 λmin 为：
λmin ＝ h·c／E －――――――――――― （30）
式中 E 为外加能量，在数值上等于电子显动能，也等于潜动能。需要指出的是，电子只能放出潜动能形成所谓的"波长"：λ。而电子的显动能与宏观物体的机械动能一样：只能直接作机械功，不能直接成为辐射能。量子力学对此问题"心不在肝"！
所以，（30）式的真实物理内容是：电子放出潜动能形成所谓波长：λ，这证明潜动能客观存在。可是，量子力学，还有德布罗意，把这称为"物质波"！
还要注意：由（30）式可见，韧致辐射最短波长 λmin 连续可变，这已完全表明电子能量连续可变。再一次证明"量子化"并非电子自身固有属性。
第六章 物质波及其实质
6.1 究竟物质波是什么
谈物质波问题，恰进入量子力学权威领地。作为权威，理应对此做出科学合理解释。遗憾的是虽经近百年发展量子力学仍满足于对物理现象作似是而非的猜测，量子力学的"波函数"概念正是对"物质波"现象的猜测，并强加给电子。
下面考察物质波。
德布罗意"物质波波长"表达式为：
λ ＝ h／p ―――――――――――――――― （31）
该式表示什么物理意义呢？
认真研究表明：虽然 λ 具有长度量纲，但并不表征任何长度物理量，只能表征粒子动量p 的反比量度。之所以具有长度量纲，是因为动量 p 反比量度的单位取 h 的结果。除此之外（31）式不再有其他物理意义，或将其变化如下：
λ＝h／p＝hv／pv＝hv／mv2＝hv／Em ――― （32）
式中 Em＝Tm 为前文定义的粒子运动"全动能"，这表明 λ 亦可表征粒子运动全动能的反比量度，或者说是对潜动能的一种量度。所以可结论：
6.2 物质波实质
第一，"物质波"波长只能表征粒子运动时的动量效应或者潜动能，实质是潜动能的反比量度。除此之外（32）、（31）式不再有其它意义。
第二，"物质波波长"绝不表示粒子有任何物理意义上的"波动"性质！
第三，那又为何将 λ 定义为"波长"呢？研究表明，这还是在于量子力学的特长--富于猜想的结果：看到粒子（光子或电子）的干涉和衍射现象，联想宏观波动（水面波动）的干涉，于是猜想微观粒子（光子和电子）有一种说不清的波动性质。由此便将 λ 定义为"波长"。殊不知，宏观波动（水面波动）的干涉与微观粒子的干涉是完全不同的两回事。研究表明，水面波动确系水面物质波动。而粒子（光子和电子）的干涉和衍射却完全是由普朗克常数 ? 与量子数 n (一对孪生兄弟) 共同（技术）表演的结果。并可严格准确具体证明:粒子（光子或电子）的干涉条件中的自然数 n＝0,1,2,3… 恰为量子数 n＝0,1,2,3…（略）。这是因为粒子的干涉和衍射现象是粒子与（量子化了的）物质场（辐射能场）相互作用的必然结果。
并且在本文已到达的深度--准确描述场粒子自身结构深度上说，仍未发现任何粒子有任何内禀波动属性。这说明根本不存在"物质波"。而德布罗意"物质波"概念恰在于粒子运动"潜动能"的事实。所以，与其说德布罗意发现了"物质波"，毋宁说他发现了粒子运动的潜动能。
之所以人们认为粒子具有波动性，客观原因在于人们对微观粒子，例如光子，几乎完全缺乏了解。也因之，目前为止，光子的"波粒二象性"问题仍属世界公认遗难问题之一！
第七章 普适方程物理意义
7.1 普适方程物理意义
普适方程物理意义可用图（4）
描述如下：
图中曲线 ① 就是普适方程 ①
式，这代表大自然一种普遍基本规
律--相互吸引规律。式中 T 为
粒子（含天体 ）轨道动能，V 为引
力势能。动能等与势能之半，这本是
经典物理内容。
曲线 ③ 就是普适方程 ③ 式，
这代表大自然另一种普遍基本规律
--相互排斥规律。式中 E 为粒子
（含天体）所得到的由辐射中心来的
辐射（排斥）能。
显然，曲线 ① 是线性的，即引
力能 V 随距离 r 呈直线变化；而
排斥能 E（曲线 ③）是双曲线。故，
两条曲线必相交，交点为 ②，即普适方程 ② 式（T＝E）。这代表大自然第三种基本规律--普遍客观存在规律--两种相反作用永恒绝对平衡规律：既可以是稳态平衡，例如原子和太阳系；又可以是动态平衡，例如银河系及宇宙的膨胀（含宇宙爆炸）。并且牛顿力学在大自然中完全好用！量子力学对牛顿力学的非议纯属癔语糊勒！
7.2 普适方程注释
第一，普适方程物理意义虽很宽广，但却真实具体，并不抽象。
第二，普适方程可以直接用来计算原子结构，计算天文结构须要变换（略）。
第三，已不难看出大自然（宇宙万物）没有任何东西能够（可以）逃脱普适方程规律的支配！所以这里用了"永恒绝对普遍"规律说法，不仅物理意义，而且哲学意义准确可靠。亦不难看出人类目前为止的哲学理论错误（略）！
第四，因此不难理解：普朗克常数及量子数好比一对孪生兄弟，他们共同贯穿全部物理世界全部内容！
研究表明，这已构成物理学最基本的定律--物理学奠基定律。以致物理学不得不另辟一章：
第八章 物理学奠基定律
8.1 物理学奠基定律
〖物理学奠基定律〗：普朗克常数 h＝2π? 与量子数 n＝0,1,2,3… 好比一对孪生兄弟，它们同时共同贯穿全部物理世界全部内容，无例外。
第5篇：量子计算的意义范文
5月5日，中国人自己的大飞机C919首飞成功，舷窗外是蔚蓝而广阔的天空。此前中国科学院于5月3日对外宣布，世界首台 10 比特光量子计算机研发成功，并且，这台计算机采用的架构还具有继续增加量子位数目和提高采样率的能力。
中国仿佛进入“每天都释放惊喜”的时代。
不论是飞船天舟、大飞机C919，还是充满“玄幻感”的量子计算机，都在不断诠释着“中国力量”，以及其中包含的变革、创新、开放和超越等诸多意义。显然，在全球经济仍然面临诸多不确定性的语境下，以创新引领转型升级的中国经济让每一个对其充满善意期待的人都更有信心。
大飞机上天、航母下水、高铁走向世界、量子计算机问世……在有着5000年悠久文明、经历过积弱积贫苦难、正在走向复兴梦想的中国大地上，“大国重器”接踵而至带来的自豪在微信朋友圈霸屏。与此同时，越来越多的人也想得更深和看得更远：全新的、多维度的战略发展平台已然搭建起来，中国制造和中国创造不仅能跟全球顶尖创新体系对标，在更先进、更高附加值和更充满想象力的领域，中国强大的竞争力正在全面形成。
网友亲切地将C919称为“胖9”。从首飞到商业飞行，“胖9”还有很长的路要走。但“胖9”放飞的不只是航空产业的梦想――凝聚着22个省市、200多家企业、近20万人的共同托举之力，这架大飞机其实承载了建设创新型国家和制造业强国的崭新发展理念。
什么是中国经济发展“新常态”？供给侧结构性改革需要怎样的目标引领？转型升级有没有可触摸的蓝图？在蔚蓝的天空，带着后发优势的“胖9”能给人诸多启迪。
中国商飞上海大场总装车间门前，“永不放弃”的碑刻见证了“胖9”的诞生和起飞，也使人想起的一席话：“大型客机研发和生产制造能力是一个国家航空水平的重要标志，也是一个国家整体实力的重要标志。”
毫无疑问，C919客机代表的不仅是当下中国民用飞机制造的最高水平，也体现着中国工业制造的综合能力，是中国现代制造业攀登上一个新高峰的标志。从“运十”到“胖9”的40多年艰难曲折的逐梦历程，洒满了科学家、企业家和中国工匠的汗水和泪水，中国经济也一度在“几亿件衬衣换一架飞机”的阶段徘徊。
“常常想起2014年珠海航展期间，中国商飞举办‘大飞机之夜’晚会，原‘运十’副总设计师程不时用小提琴独奏《天鹅之死》那凄婉的乐声。”在C919首飞现场，有人充满深情地写下了这样的文字。而已届高龄的程不时表示，我们买飞机的钱，用崭新的百元面额钞票堆起来，已经比上海的百座金茂大厦要高……令人欣慰和值得期待的是，我们的大飞机终究起飞了。
一架大飞机关联着一个万亿美元级别的巨大市场和更庞大的配套产业链条，其具有的产业带动、创新引领意义，其实远不止@些――因研制大飞机而搭建的创新链、供应链和价值链，或能使身处转型升级阵痛之中的企业家有更开阔的思路和视野。正是站在转型升级的战略高度，业内外专家相信，一架带着中国标签的大飞机的腾空而起，有着太多的标志性意义――“如果没有国之重器的发展，就没有中国产业的‘黄金龙骨’。”
这个“黄金龙骨”，是更有科技和市场竞争力的支柱产业体系。
寻找新动能，打造新引擎，以创新引领产业结构升级，正是当下中国经济矢志努力的转型目标和变革方向。“如果中国能够在航空领域真正成功，那它基本上可以说会无所不成。”国外观察家的这一判断，也从另一个维度揭示了大飞机等“大国重器”具有的战略意义――应对资本收益边际加速递减，跨越中等收入陷阱，抵达供给侧结构性改革的彼岸，中国需要更专注于创新、更着眼于长远和更具有可持续性的发展动能。
第6篇：量子计算的意义范文
难以观测的粒子
两千多年前，古希腊哲学家德谟克利特就认为，物质是由原子组成的。“原子”一词的英文就来自希腊文，含义为“不可分割的”。
但是，直到18世纪才开始有现代意义上的原子理论，而原子的真正奥秘则直到20世纪才开始被揭示。这究竟是为什么呢？因为原子实在太小了，看不见、摸不着。如今我们知道，原子并非是“不可分割的”，它是由更小的粒子所组成的。
所谓粒子，是指构成物质的比原子核更简单的物质，包括电子、质子、中子、光子、介子和超子等。科学家最早发现的粒子是电子和质子，1932年又发现了中子，确认原子由电子、质子和中子组成。以后发现的粒子越来越多，累计已超过几百种，且还有不断增多的趋势。
后来，科学家还发现，微观世界的粒子所遵循的物理规律和宏观世界有所差异。宏观世界的能量是连续的，而微观世界的能量是按照最小的单元跳跃式增长。这种能量的最小单元称为量子。在此基础上建立起来的物理学称为量子物理学，原子、电子、光子等粒子的活动则遵循量子物理学的相关定律。
有意思的是，量子物理学虽然表述的是微观粒子的活动规律，却是在宏观观测的基础上建立起来的。也就是说，物理学家观测粒子的宏观活动，然后推测出这些粒子的微观量子特征。
我们知道，在传统物理学领域，我们要了解某个物体的特征，可以直接观测单个的物体。比如，我们要总结滚动摩擦的特性，可以用一辆带轮子的小车来做实验。那么，为什么量子物理学家不直接观测单个粒子呢？这是因为单个粒子实在太小，且太活泼了，要找到单个的粒子就已经很不容易了，即使找到它们，它们也不会按照某种规律停留在某个地方或某个轨迹上。
捕捉光子的陷阱
由于粒子太小太活泼，于是科学家自然就想到设置个“陷阱”去困住这些粒子。这个思路听起来很简单，似乎常人都能想到。但是，设置这个陷阱却是个高难度的事情，一度被科学界认为是不可能的事情。法国物理学家赛日尔・阿罗什却率先完成了这个似乎不可能的任务。 阿罗什（右）在进行光子阱实验 瓦恩兰在设计原子钟
从1990年开始，阿罗什就在设法完成这个任务。最终，他在接近绝对零度（零下273摄氏度）的温度条件下，用两个高性能超导体充当的反光镜组成了一个光学陷阱。这种陷阱的科学术语为“高反射光学微腔”，或“光子阱”。
接下来，阿罗什成功地把一些光子引入到光子阱中。这些光子被困在反光镜陷阱中的时间仅仅为0.1秒。这个时间对我们普通人来说实在太短了，也不过一眨眼的时间。但是，对于量子物理学家来说，这个时间已经足够长了。
在这短短0.1秒的时间内，光子不断反弹的总移动距离居然高达3万千米，足以做很多测量和操控动作。阿罗什就是抓住了这个转瞬即逝的机会，将一个极为活跃的“里德博原子”送入“陷阱”中作为探针。这个原子在捕获光子后，将单个光子的量子信息呈现出来，就如同X光描绘出人体的内部构造一样。
阿罗什早在20年前就设置出光子阱，而且他一直坚持从事这个领域的研究，并不断获得新的突破。2011年，阿罗什在光子阱实验中引入反馈机制。当发现光子阱中的光子数变少时，他就注入新光子，令光子阱中保持固定数目的光子。采用这样的方法，就好像把一些光子永久地困在了光子阱中，这超越了爱因斯坦的希望――将光子困住几秒。
阿罗什花了很大的力气来建立光子阱，但是他曾经也不太清楚他的研究成果究竟会有什么实际应用。他说：“如果你像我们一样研究单个的粒子，那么你将可以以一种奇妙的方式来揭示量子力学，并且你也可以研究所有的量子过程。”也许，好奇心才是驱动他一生进行这项研究的动力，而研究工作本身就是对他最好的报答。
阿罗什在接到获奖的电话通知时正与妻子一起回家，他说：“我很幸运，我在街上走着，正好经过一个长椅，所以我就马上坐下来……当我看到是瑞典的号码时，我就知道好事来了，你知道那种感觉势不可挡。” 量子计算机通过操控粒子的量子状态来快速传输信息（漫画）。
捕捉离子的陷阱
在阿罗什的实验中，光子是被囚禁的粒子，而原子是探针。而美国科学家戴维・瓦恩兰设计的实验正好与之相反，他把离子（即带电的原子）囚禁起来，用光子作为探针去探测和操控它。
1975年，瓦恩兰被聘为美国国家标准技术研究所物理研究员。在那里，他成为离子储存团队的负责人。应用激光冷却离子技术，这个团队制造出了至2012年为止最准确的原子钟。正是在研制原子钟的过程中，瓦恩兰设计了捕捉离子的陷阱。阿罗什是用光学陷阱来囚禁光子，瓦恩兰则用电磁场作为陷阱来囚禁离子，这个陷阱的科学术语因此称为“离子阱”。为了确保被囚禁的是单个离子，需要这个实验在超高真空和超低温的条件下进行。要实现这些条件又是十分高难度的事情。最终，瓦恩兰完成了对单个离子的囚禁，测得了单离子的量子信息。
目前，许多研究人员都已经能在实验室中实现对单个粒子的囚禁，并在单粒子量子系统研究中取得了不少成果。但是，阿罗什和瓦恩兰是这个领域的开拓者，因此2012年的诺贝尔物理学奖颁发给了他们。
粒子陷阱的用途
目前，离子阱和光子阱已被广泛地应用于科学和技术研究的各个领域。尤其是近几十年来，人们以离子阱为工具，把激光冷却技术应用于离子阱，为精密测量、制造新材料、观察新现象、获得新知识提供了广泛的实验基础。
离子阱的研究还可以用来建造超高精度的原子钟。在这种新型的原子钟里，科学家用囚禁起来的离子取代了传统原子钟所采用的铯原子。目前，这种新型时钟已经达到了比传统铯原子钟高两个数量级的精度。在那样的精度下，哪怕从宇宙大爆炸之初开始计时，迄今的累计误差也只有区区几秒。
建造出这种人类历史上最精确的时钟，到底有什么实际意义呢？意义可是相当重大：人类可以更精确地测量各种宇宙常数，同时，也可以进一步验证广义相对论的各种预测。根据广义相对论，在引力场强度更高的地方或是在速度更快的状态下，时间的流逝将会变慢，这种微观效应很难在实际生活中观察到。而通过世界上最精确的原子钟，一个人即使是高度变化30米，或是以10米/秒的速度进行运动，时间对于他流逝的速度变化都可以测量出来――这将是验证广义相对论对于时空特性的描述的绝佳工具。
和实现精密的测量、制造更精确的原子钟相比，诺贝尔评奖委员会认可阿罗什和瓦恩兰的原因是他们开启了量子计算机时代的大门。两位获奖者的突破性实验方法使得整个研究领域向研制新型超快量子计算机又跨了一大步。由于量子计算机在理论上要比现有的计算机快成千上万倍，人们十分期盼它能尽快变为现实。
目前，量子计算机（在理论上将比现在的计算机快成千上万倍）是各国科学家竭力攀登的高峰。但这不仅涉及技术问题，也涉及许多基础物理问题。量子计算机需要克服的最大障碍是让处于宏观世界的我们如何去操控微观世界的粒子，最理想的情况是能够操控单个量子。量子计算机研究面临的难题之一就是如何操控单粒子的量子状态，而两位获奖科学家的研究让量子计算机的理论基础变得扎实起来。目前，科学家最乐观的预测是10年后能够出现最简单的量子计算机。
美国物理学会主席罗伯特・拜尔评价说：“阿罗什和瓦恩兰都通过优美的实验手段使21世纪有望成为量子世纪。”可能到21世纪中叶，量子计算机就会彻底改变我们的日常生活，其影响跟传统计算机在20世纪所做的不相上下。虽然量子计算机离实用还比较遥远，但是那一天一旦来到，新的技术革命也将随之出现。而这两块诺贝尔物理学奖奖牌，就像是纪念人类探索量子世界的里程碑。
2012年诺贝尔物理学奖获得者简介
第7篇：量子计算的意义范文
关键词：稳定子码；稳定子生成元；量子LDPC码；指错子
中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：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
量子纠错编码技术是量子通信和量子计算实用化的基础，迄今为止，量子纠错理论日趋完善，几乎所有经典纠错编码方案都已经被移植到量子领域中[1]。低密度奇偶校验（LDPC）码以其低复杂度的迭代译码算法和可逼近信道容量限的特性已成为经典通信中最佳的编码技术之一[2,3]。将经典的低密度奇偶校验码与量子纠错编码技术相结合，得到量子低密度奇偶校验码，具有重要的理论意义和实用价值。
目前介绍的量子LDPC纠错码都是基于CSS量子纠错码构造的[4,5,7]，为了构造更一般的，更有效的量子纠错码，需要发展构造量子纠错码的系统的理论方法。Gottesman,Calderbank等人发现了量子纠错码的群理论结构，引进了码”稳定子”的概念[6]，不仅可以发现更多的量子纠错码，也可使量子纠错码的理论更为系统和完善。因此在稳定子码理论基础上构造量子LDPC码也是值得研究的课题。
本文在稳定子码的构造方法基础上，提出了基于稳定子码的量子LDPC码的构造方法，并通过实例计算说明此陪集搜索算法的有效性。
2 稳定子码
一个量子位和环境相互作用可能发生的最一般情况用{I,X,Y,Z}四个算子的作用表示。
令S为n量子位pauli算子群Gn的一个Abel子群。由于S中的元素都相互对易，他们在n量子位的Hilbert空间中可以同时对角化。记S中所有元素本征值为+1的共同本征空间为HS，即当且仅当对所有M∈S，有
MOФ?=OФ?（1）
成立，才有OФ?∈H。如果一个量子码的码空间就是Hs，则称这个量子码是稳定子码，并称子群S是这个码的稳定子[6,8]。
子群S可以用它的生成元表征，一个用n个物理量子位编码K个逻辑量子位信息的量子码将有一个n-K个生成元的稳定子。可以证明，若子群S的生成元有n-K个（即有n-K个独立的，并足以生成整个S全体的一组元素），码空间的维数将是2K，从而这个量子码可以编码K个逻辑量子位的信息。
稳定子S的生成元可以用于稳定子码的校验。由于S的生成元M1,M2,…Mk是一组相互对易的厄米算子，它们可以同时取确定值，因此可以同意对这组算子的集体测量诊断出错误。如果编码态没有错误出现，那么对每个生成元Mi，测量结果均为其本征值+1。如果对某个Mi测量结果为-1，表明已有错误出现。由于任意出错都可用Gn群元算子的和表示，一个特定的错误Ea和稳定子的一个生成元Mi或对易或反对易。如果Ea和Mi对易，那么
其中OФ?∈Hs，这时出错态仍保留在码空间中。如果Ea和M反对易，则有
出错将把编码态变换到码空间以外。总结上面两种情况，对于稳定子生成元Mi和出错Ea，可以写出
其中当Ea和Mi对易时，Sia=0；当Ea和Mi反对易时，Sia=1。所以对出错态EaOФ?，则量稳定子S的一组生成元{Mi}，将得到一组本征值：
式中的Sia就是错误Ea的指错子。对于非简并码，不同的Ea，指错子Sia不同，从而测量稳定子的n-k个生成元，可以完全诊断出码可以纠正的所有错误[8]。
3 基于稳定子码的量子LDPC码的构造
3.1 稳定子码的构造
稳定子体系极其适合描述量子码。其基本思想非常简单[6,8]：一个[n,k]稳定子码被定义为由Gn的子群可稳定的向量空间VS ,使得-I?S且 具有n-k个独立的和对易的生成元，S{g1,…,gn-k}，我们记该码为C(S)。
码C(S)的逻辑基状态是什么呢？原理上，给定稳定子S的n-k个生成元，我们可以在码C(S)中选取任意2k个正交归一向量以作为我们的逻辑基状态。实际上，更有意义的是，用更为系统的方法来选取状态。一种方法如下：首先我们选取算子Z1-,…Zk-,…,Zk-∈Gn，使得g1,…,gn-k,Z1-,…Zk-形成一个独立的和对易的集合。算子Zj-扮演逻辑量子比特数j上的逻辑Pauli sigma z算子的角色，所以逻辑计算基状态Ox1,…,xk?L定义为具有如下稳定子的状态：
类似地，定义Xj-为Pauli矩阵乘积，他在共轭作用下将Zj-变到-Zj-，而其他的Zi-和gi保持不变。很清楚，X-j对编码后的第j个量子比特起到了量子非门的作用。算子Xj-满足wcy05.tif，因而可与稳定子的所有生成元对易，也容易验证，Xj-与除Zj-以外的所有Zi-对易，与Zj-则为反对易。
3.2 稳定子码的标准形
对稳定子码。如果我们将码化为标准形[8,11]，逻辑Z和X算子就会变得容易理解的多。为了解标准形是什么，考虑[n,k]稳定子码C的校验矩阵[8]：
G=[G1OG2] （7）
这个矩阵具有n-k个行。这个矩阵行的对换对应于重新标记生成元，这个矩阵两边相应列的对换对应于重新标记量子比特，将两行相加对应于乘以生成元；容易看出，当i≠j时，我们总是可以用gigj来替换gi。因此，存在具有不同生成元集合的一个等价码，其相应的校验矩阵对应于矩阵G，其中已对G1应用Gauss消去法，且在必要是对换量子比特：
其中r是G1的秩。下一步，当有必要时对换量子比特，我们对E执行Gauss消去法以得到：
最后s个生成元不能与最前r个生成元对易，除非D2=0，因此，我们可以假定s=0。进而，通过对行取适当的线性组合，我们也可使C1=0。所以，我们的校验矩阵具有形式：
其中，我们已经重新标记E2为E，D1为D。不难看出，这种方法不是唯一的；但是，我们说，具有上式形式的校验矩阵处于标准形。
给定量子码的标准形后，可容易为这个码定义编码后的Z算子。也即，我们必须选择k个算子，他们彼此相互独立，并独立与稳定子的生成元，他们彼此对易并与稳定子的生成元对易。设对这些k个编码后的Z算子，我们写出校验矩阵为
其中所有矩阵均具有k个行，而各自的列维数分别为r,n-k-r,k,r,n-k-r和k，我们选取这些矩阵使得GZ=?000≠OA2T0I?。这些编码后的Z算子与稳定子生成元的对易性是由方程I×(A2T)+A2=0来导出的。很清楚，编码后Z算子相互对易，因为他们只包含Z算子的积。同样因为没有任何Z项出现在编码后的Z算子的定义中，所以编码后的Z算子与稳定子的前r个生成元独立；因为出现在那些生成元校验矩阵中的(n-k-r)×(n-k-r)的单位矩阵，在编码后的Z算子校验矩阵中没有相应的项，所以编码后Z算子与n-k-r生成元集合独立。采用类似的方法，我们可选择具有k×2n校验矩阵?0ETIOCT00?的编码后X算子。若根据上述定义得到编码后的X算子的校验矩阵，则编码后的X算子具有如下性质：相互独立且与所有生成元相独立，与稳定子的所有生成元对易 以及相互对易；并且，Xj-与除Zj-以外的所有Zi-对易，而与Zi-反对易。
3.3 基于稳定子码的量子LDPC码的构造
为了介绍基于稳定子的量子LDPC码的构造方法，先简要说明下基于GF(4)的量子码。
基于GF(4)的量子码[9]：稳定子码也可以看作是基于GF4={0,1,w,w-}的码字，其中1+w+w2=1+w+w-=0。它与Pauli算子I,X,Z,Y之间存在着如下的映射关系：I?0,X?w,Z?w-,Y?1。此外，根据迹运算tr(x)=x+x-=x+x2，可以计算出如果tr(ab-)为0，则与Pauli算子关联的a,b对易；如果tr(ab-)为1，则他们反对易。从而得出了如下基于GF4n内积的定义为[9,10]：
稳定子码的生成源，当被表示为一个GF4n的行向量时，形成一个矩阵M，可以被称为稳定子码的奇偶校验矩阵。定义稳定子码的第i个生成源以及M矩阵第i行的向量，都由Mi所给出。应于上述定义的内积，这些行都是正交的。因此对于任意基于GF（4）的行正交的(n-k)×n矩阵，都定义着一个n量子位的稳定子码。
根据以上对稳定子码的介绍及其相关性质的论证，我们已经可以得到基于稳定子码的量子LDPC码，该码与一般稳定子码的不同之处在于[n,k]稳定子码C的校验矩阵G=[G1OG2]为稀疏矩阵。
具体算法如下：
步骤一：在GF(4)上构造长度为n的稀疏序列，作为稳定子码的第一个生成元M1，并根据M1写出M1的矢量偶表示(а1Oβ1)。
步骤二：在GF(4)上构造长度为n的稀疏序列，作为稳定子码的第二个生成元M2，并根据M2写出M2的矢量偶表示(а2Oβ2)。
步骤三：计算两个序列的内积(M1,M2)。
步骤四：若M1，M2不满足正交条件，即辛内积[8,10] а1β2? а2β1≠0或M2和M1不独立，则返回步骤三；若满足正交条件，即辛内积а1β2? а2β1=0并且M2和M1相互独立，则继续寻找稀疏序列，直到找出所有n-k个稳定子生成元，并得到稳定子码的校验矩阵G。
步骤五：将[n,k]码的校验矩阵转化为标准形，得到编码后的Z算子Gz=?000OA2T0I?，和编码后的X算子?0ETIOCT00?
步骤六：根据n-k个稳定子生成元和编码后的Z，X算子，编码得到量子码字。
为了验证该算法的有效性，本文通过构造（12，3）量子码为例加以说明，该码可以编3个量子比特，稳定子生成元个数为12-3=9。
根据步骤1、2、3、4，得到(12,3)码的校验矩阵为：
便可得到稳定子码的全部码字。
4 仿真及性能分析
本文仿真了码率都为3/8的LDPC码，分别能编12和24个量子比特，编码长度为32和64，错误模型为退极化信道，其中信息在信道传输中比特错误概率为P，即发生比特翻转错误、相位翻转错误以及比特和相位均发生错误的概率各为P/3。
图4为(32,12)码与(64,24)码误比特率性能比较，纵坐标为误比特率。从两副图中可以看出，(32,12)码的误比特率比(64,24)码差，这与目前采用稀疏矩阵编码得到CSS码的结果相一致。这里采用的是退极化信道，在差错概率为0.04时性能已明显不够理想，其原因还需要进一步的研究与探索。
5 结束语
本文在稳定子码的基础上，尝试了量子LDPC码的构造算法，并对所介绍的基于稳定子码的量子LDPC码编码算法进行了仿真。其性能在某些方面与基于稀疏矩阵量子LDPC编码算法相一致，但总体来说编码性能不高。因此构造算法尚需完善，此外在译码过程中，采用的方法也是稳定子码的译码方法，算法复杂度较高，是否也可采用与MP译码算法等类似的迭代译码算法对其进行译码，还需要进一步的研究。
参考文献：
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[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
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[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：量子计算的意义范文
【论文摘要】本文首先探讨了近似计算在静态分析中的应用问题，其次分析了纳米电子技术急需解决的若干关键问题和交互式电子技术应用手册，最后电子技术在时间与频率标准中的应用进行了相关的研究。因此，本文具有深刻的理论意义和广泛的实际应用价值。
一、近似计算在静态分析中的应用
在电子技术中应运中，近似计算贯穿其始终。然而，没有近似计算是不可想象的。而精确计算在电子技术中往往行不通，也没有其必要。尽管近似计算会引入一定的误差，但这个误差控制得好，不会对分析其它电路产生大的影响。所以关键在于我们如何掌握，特别是如何应用近似计算。
在工作点稳定电路中的应用要进行静态分析，就必须求出三极管的基电压，必须忽略三极管静态基极电流。这样，我们得到三极管的基射电子的相关过程及结论。
二、纳米电子技术急需解决的若干关键问题
由于纳米器件的特征尺寸处于纳米量级，因此，其机理和现有的电子元件截然不同，理论方面有许多量子现象和相关问题需要解决，如电子在势阱中的隧穿过程、非弹性散射效应机理等。尽管如此，纳米电子学中急需解决的关键问题主要还在于纳米电子器件与纳米电子电路相关的纳米电子技术方面，其主要表现在以下几个方面。
（1）纳米Si基量子异质结加工
要继续把现有的硅基电子器件缩小到纳米尺度，最直截了当的方法是采用外延、光刻等技术制造新一代的类似层状蛋糕的纳米半导体结构。其中，不同层通常是由不同势能的半导体材料制成的，构建成纳米尺度的量子势阱，这种结构称作“半导体异质结”。
（2）分子晶体管和导线组装纳米器件即使知道如何制造分子晶体管和分子导线，但把这些元件组装成一个可以运转的逻辑结构仍是一个非常棘手的难题。一种可能的途径是利用扫描隧道显微镜把分子元件排列在一个平面上；另一种组装较大电子器件的可能途径是通过阵列的自组装。尽管，PurdueUniversity等研究机构在这个方向上取得了可喜的进展，但该技术何时能够走出实验室进入实用，仍无法断言。
（3）超高密度量子效应存储器
超高密度存储量子效应的电子“芯片”是未来纳米计算机的主要部件，它可以为具备快速存取能力但没有可动机械部件的计算机信息系统提供海量存储手段。但是，有了制造纳米电子逻辑器件的能力后，如何用这种器件组装成超高密度存储的量子效应存储器阵列或芯片同样给纳米电子学研究者提出了新的挑战。
（4）纳米计算机的“互连问题”
一台由数万亿的纳米电子元件以前所未有的密集度组装成纳米计算机注定需要巧妙的结构及合理整体布局，而整体结构问题中首当其冲需要解决的就是所谓的“互连问题”。换句话说，就是计算结构中信息的输入、输出问题。纳米计算机要把海量信息存储在一个很小的空间内，并极快地使用和产生信息，需要有特殊的结构来控制和协调计算机的诸多元件，而纳米计算元件之间、计算元件与外部环境之间需要有大量的连接。就现有传统计算机设计的微型化而言，由于电线之间要相互隔开以避免过热或“串线”，这样就有一些几何学上的考虑和限制，连接的数量不可能无限制地增加。因此，纳米计算机导线间的量子隧穿效应和导线与纳米电子器件之间的“连接”问题急需解决。
（5）纳米/分子电子器件制备、操纵、设计、性能分析模拟环境
当前，分子力学、量子力学、多尺度计算、计算机并行技术、计算机图形学已取得快速发展，利用这些技术建立一个能够完成纳米电子器件制备、操纵、设计与性能分析的模拟虚拟环境，并使纳米技术研究人员获得虚拟的体验已成为可能。但由于现有计算机的速度、分子力学与量子力学算法的效率等问题，目前建立这种迅速、敏感、精细的量子模拟虚拟环境还存在巨大困难。
三、交互式电子技术手册
交互式电子技术手册经历了5个发展阶段，根据美国国防部的定义：加注索引的扫描页图、滚动文档式电子技术手册、线性结构电子技术手册、基于数据库的电子技术手册和集成电子技术手册。目前真正意义上的集成了人工智能、故障诊断的第5类集成电子技术手册并不存在，大多数电子技术手册基本上位于第4类及其以下的水平。需要声明的是，各类电子技术手册虽然代表不同的发展阶段，但是各有优点，较低级别的电子技术手册目前仍然有着各自的应用价值。由于类以上的电子技术手册在信息的组织、管理、传递、获取方面具有明显的优点。
简单的说，电子技术手册就是技术手册的数字化。为了获取信息的方便，数字化后的数据需要一个良好的组织管理和提供给用户的形式，电子技术手册的发展就是围绕这一过程来进行的。
四、电子技术在时间与频率标准中的应用
时间和频率是描述同一周期现象的两个参数，可由时间标准导出频率标准，两者可共用的一个基准。
1952年国际天文协会定义的时间标准是基于地球自转周期和公转周期而建立的，分别称为世界时（UT）和历书时（ET）。这种基于天文方面的宏观计时标准，设备庞大，操作麻烦，精度仅达10-9。随着电子技术与微波光谱学的发展，产生了量子电子学、激光等新技术，由此出现了一种新颖的频率标准——量子频率标准。这种频率标准是利用原子能级跃迁时所辐射的电磁波频率作为频率标准。目前世界各国相继作成各种量子频率标准，如（133Cs）频标、铷原子频标、氢原子作成的氢脉泽频标、甲烷饱和以及吸收氦氖激光频标等等。这样做后，将过去基于宏观的天体运动的计时标准，改变成微观的原子本身结构运动的时间基准。这一方面使设备大为简化，体积、重量大减小；另一方面使频率标准的稳定度大为提高（可达10-12—10-14量级，即30万年——300万年差1秒）。1967年第13届国际计量大会正式通过决议，规定：“一秒等于133Cs原子基态两超精细能级跃迁的9192631770个周期所持续的时间”。该时间基准，发展了高精度的测频技术，大大有助于宇宙航行和空间探索，加速了现代微波技术和雷达、激光技术等的发展。而激光技术和电子技术的发展又为长度计量提供了新的测试手段。
总之，在探讨了近似计算在静态分析中的应用问题、纳米电子技术急需解决的若干关键问题和交互式电子技术应用手册后，广大科技工作者对电子技术在时间与频率标准中的应用知识的初步了解和认识。在当代高科技产业日渐繁荣，尖端信息普遍进入我们生活之中的同时，国家经济建设和和谐社会的构建离不开我们科技工作者对新理论的学习和新技术的应用，因此说，本文具有深刻的理论意义和广泛的实际应用价值是不足为虚的。
【参考文献】
[1]张凡，殷承良《现代汽车电子技术及其在仪表中的应用[J]客车技术与研究》，2006（01）。
[2]李建《汽车电子技术的应用状况与发展趋势》[J]，《汽车运用》，2006（09）。
[3]陶琦《国际汽车电子技术纵览》[J]，《电子设计应用》，2005（05）。
[4]刘艳梅《电子技术在现代汽车上的发展与应用》[J]，《中国科技信息》，2006（01）。
[5]魏万云《浅谈当代电子技术的发展》[J]，《中国科技信息》，2005（19）。
第9篇：量子计算的意义范文
潘建伟在现场宣布，在光学体系，研究团队在去年首次实现十光子纠缠操纵的基础上，利用高品质量子点单光子源构建了世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机。
在超导体系，研究团队打破了之前由谷歌、NASA（美国国家航空航天局）和UCSB（加州大学圣塔芭芭拉分校）公开报道的9个超导量子比特的操纵，实现了目前世界上最大数目（10个）超导量子比特的纠缠，并在超导量子处理器上实现了快速求解线性方程组的量子算法。
系列成果已发表在国际权威学术期刊《自然光子学》，即将发表在《物理评论快报》上。
传统电子计算机要算15万年的难题，量子计算机只需1秒
1981年，美国物理学家费曼指出，由于量子系统具有天然的并行处理能力，用它所实现的计算机很可能会远远超越经典计算机。1994年，麻省理工学院的Peter？Shor教授提出分解大质因数的高效量子算法，量子计算引发了世界各国的强烈兴趣。
“由于量子比特是0和1的叠加态，在原理上具有超快的并行算和模拟能力，计算能力随可操纵的粒子数呈指数增长。这一特点使得量子计算可为经典计算机无法解决的大规模计算难题提供有效解决方案。”潘建伟说，“比如，300位10进制那么长数，用我们目前万亿次的传统电子计算机拿来算的话，大概需要算15万年。但如果能够造出一台量子计算机，它计算的频率也是万亿次的话，只需要1秒钟就可以算完。从这个角度上讲，量子的并行计算能力是非常强大的。”
此外，一台操纵50个微观粒子的量子计算机，对特定问题的处理能力可超过超级计算机。
那哪些算特定问题呢？
朱晓波说：“比如说大数字分解，这个是用于现在加密的一个标准的算法。那么你如果能解一个大数字分解，就能解密现在很多的加密算法。如果很多加密算法都失效了，国家金融安全、军事安全等都会受到严重影响。还有，量子计算机做到一定规模之后，很有可能实现大数据的快速搜索，以后在解决搜索问题的时候就具有巨大的优势。”
据专家介绍，根据各物理体系内在优势及其在实现多粒子相干操纵和纠缠方面的发展现状和潜力，目前，国际学术界在基于光子、超冷原子和超导线路体系的量子计算技术发展上总体较为领先。
研究仍处早期，我国计划在年底实现大约20个光量子比特的操纵
多粒子纠缠的操纵作为量子计算的核心资源，一直是国际角逐的焦点。在光子体系，潘建伟团队在多光子纠缠领域始终保持着国际领先水平，并于2016年底把纪录刷新至十光子纠缠。在此基础上，团队此次利用自主发展的综合性能国际最优的量子点单光子源，通过电控可编程的光量子线路，构建了针对多光子“玻色取样”任务的光量子计算原型机。
潘建伟说：“实验测试表明，该原型机的‘玻色取样’速度不仅比国际同行类似的之前所有实验加快至少2.4万倍，同时，通过和经典算法比较，也比人类历史上第一台电子管计算机（ENIAC）和第一台晶体管计算机（TRADIC）运行速度快10～100倍。”
这是历史上第一台超越早期经典计算机的基于单光子的量子模拟机，为最终实现超越经典超级计算能力的量子计算这一国际学术界称之为“量子称霸”的目标奠定了坚实的基础。
“量子计算领域有几个大家共同努力的指标性节点：第一，展示超越首台电子计算机的计算能力；第二，展示超越商用CPU的计算能力；第三，展示超越超级计算机的计算能力。我们实现的只是其中的第一步，也是一小步，但是是重要的一步。”潘建伟说。
“朝着这个目标，我们研究团队将计划在今年年底实现大约20个光量子比特的操纵，将接近目前最好的商用CPU。”陆朝阳说。
但由于高精度量子操控技术的极端复杂性，目前量子计算研究仍处于早期发展阶段。“像经典计算机那样具有通用功能的量子计算机最终能否研制成功，对整个科学界还是个未知数。”潘建伟说。
在信息安全、医学检测、导航等方面，量子技术未来将极大地改变生活
随着大数据时代的到来，对计算能力的需求可以用一个词来形容，就叫做“贪得无厌”。同时，计算能力的强弱也对社会的发展起着至关重要的作用。当人们能够把数据里面有效的数据结果都通过计算给提取出来的话，每一个数据才会成为真正的财富。
谈到量子计算机未来的应用前景，潘建伟充满信心：“我认为量子技术领域目前主要有几个方面离实用非常近：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，量子计算可能很快在某些特定计算方面超越目前传统的超级计算。这些技术在医学检测、药物设计、基因分析、各种导航等方面也将起到巨大的作用，会给我们的生活带来极大的改变。比如，我们现在的天气预报只能预报几天，因为如果要预报第六天、第七天，计算的时间可能需要100天，而100天后再来预测第六七天的天气就没什么意义了。”
据潘建伟介绍，在我国即将启动的量子通信和量子计算机的重大项目里，对光、超导、超冷原子等方向上都已经做了相应的布局。
“在以后的10到15年里，量子技术领域的竞争将是非常激烈的。比如英国启动了国家量子技术专项、欧盟启动了量子旗舰专项、美国在论证相应的计划。包括谷歌、IBM、微软等在内的一些美国公司也都介入到相关研发了。”潘建伟说。
延伸阅读
多个状态同时叠加 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、不可再分割的能量单位。这个概念诞生于1900年，物理学家普朗克在德国物理学会上公布了他的成果，成为量子论诞生和新物理学革命宣告开始的伟大时刻。
分子、原子、电子，其实都是量子的不同表现形式。可以说，我们的世界是由量子组成的。
中国科学技术大学教授朱晓波说，在宏观世界里，物体的位置、速度等运动规律，都可以通过牛顿力学精确地测算。但在量子微观世界里，有着与宏观世界截然不同的规则。
量子的神秘之处首先体现在它的“状态”。在宏观世界里，任何一个物体在某一时刻有着确定的状态和确定的位置。但在微观世界里，量子却同时处于多种状态和多个位置的“叠加”。
量子力学的开创者之一、奥地利物理学家薛定谔曾用一只猫来比喻量子态叠加：箱子里有一只猫，在宏观世界中它要么是活的，要么是死的。但如果在量子世界中，它同时处于生和死两种状态的叠加。
量子的状态还经不起“看”。也就是说，如果你去测量一个量子，那么它就会从多个状态、多个位置，变成一个确定的状态和一个确定的位置。如果你打开“薛定谔的箱子”，猫的叠加状态就会消失，你会看到一只活猫或一只死猫。
如果说一个量子已经很“奇怪”，那么当两个量子“纠缠”在一起，那种不确定性更强了。根据量子力学理论，如果两个量子之间形成了“纠缠态”，那么无论相隔多远，当一个量子的状态发生变化，另一个量子也会超光速“瞬间”发生如同心灵感应的变化。
虽然直至今天，人类仍然还没搞清楚量子为何如此神秘，但国际主流学界已经接受了量子这种特殊性的客观存在。更重要的是，人们可以利用量子的奇异特性开发创新型应用，比如量子通信和量子计算。
量子通信是科学界利用量子特性最早开发的信息应用，其“不可分割”“测不准”“不可克隆”等特性，使得理论上“绝对安全”的量子通信成为可能。
