量子计算的应用精选(九篇)
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第1篇：量子计算的应用范文
一、控制系统的硬件配置
系统由工程师站HIS0164、操作站HIS0163、HIS0162及现场控制站FCS0101、FCS0102组成。HIS0164用于系统组态和工艺操作监视，HIS0163、HIS0162用于工艺操作和监视。现场控制站由具有双冗余控制结构的控制单元AFG40D和本地节点组成。工程师站通过E-net向各操作站下装组态数据，网内各站共享外设资源；工程师站、操作站和控制站的通信，控制站和控制站的通信及控制站与各节点的通信，使用双重化实时控制网络V-net。
二、应用软件组态
工程师站安装有WindowsXP操作系统，利用CENTUM-CS3000系统软件组态。组态菜单采用树型分支机构，一个项目由若干个文件夹或文件组成，在对应的文件里或以根据系统配置组态控制站、流程图、操作组及报表等。在Control Drawing图上选取所需的控制功能块并输入相应的组态数据，再把它们连接到相应的输入输出通道上，即生成控制方案或直接生成顺控表，对各个功能块、模拟量、输入输出数字量、内部开关及报警器等进行直接控制。
三、流量计自动计量组态说明
本公司在用的流量计主要是椭圆齿轮脉冲流量计（简称为流量计），生产过程如何使计量自动、无误地进行是保证生产质量、减少操作人员工作量的重要部分。在节点NODE1的第1插槽插上AAP135-S脉冲输入卡件，组态时把第一通道的Label组态为%%FQC502Y2，以便于识别。现场流量计信号（脉冲式）线接到该卡件的第一通道上，流量计后的气动阀及各罐的计量气动阀、底阀的数字输出信号，接到卡件ADV559上（在NODE1的第2插槽），在Label分别组态为NDO001Y2、NDO029等。在功能块的组态中，用批量信号设定器BSETU-2作为脉冲输入信号输入处理、并进行流量给定，控制阀门启闭。流量给定值FQC502.BSET=NCT159.PV×XNS221.DT03×FQCY11.DT07，由计算块NCL033计算得出，再把数据传给批量数据块UN209.DT03。NCT159.PV为配方基数值，各个罐不同，YT-32为2000；XNS221.DT03为系数，在Graphic图上输入，FQCY11.DT07为固定小数0.1，如YT-32需计量150L，则系数调出窗口输入0.75，即FQC502.BSET=150L。现场的管道及阀门的分布情况如图1所示。这是在工程师站组态的Graphic图（操作监视画面），用于操作、监视整个计量过程情况。图中采用CS3000中的变色功能，在阀门打开时，相应的位置阀门由原来的绿色变为红色，表示该阀门状态是开。功能按键及选择哪个罐，则相应的按键的背景色变为绿色。其它的状态、功能变化由顺控表ST01FQC、ST07及ST08控制。计量过程如下：
1、计量判断。输入系数“0.75”，按“制造”、“开始”、“YT-32”，计量由ST07表进行判断，如表中第1列的所有条件成立，则执行表ST08的第3步，计量开始。如流量计正在使用中，则第2列的条件成立，操作站报警提示“FQC502正在使用中”，不能计量，必须等到别的罐计量完了，才能进行。
2、计量执行。执行ST08的第3步，进行配方数据设定，流量计给定值设定、流量累积值收集器清零，启动1秒计时器，之后执行第4步，计时时间到，置初期化标志NSW101.PV为0（N），计量中标志NSW102.PV为1（Y），提出计量要求，执行表ST01FQC的第2步，进行计量。
在ST01FQC的第2步，先对流量计计量完标志NSW362.PV置为0，流量计累积值SUM清零，之后执行第5步；判断FQC502.BSET有给定值，不为0，则置流量计计量中标志NSW361.PV为1，打开YT-32计量阀门，执行第8步，FQC502状态变为AUT（自动），NDO001Y2（流量计后的气动阀）打开，启动10秒计时器、脉冲计数器，计量开始，此时监视图上的两个阀门变为红色。直至FQC502报警BEND（批量计量结束），流量计状态恢复为手动状态，NDO001Y2关闭，再启动10秒计时器，执行第12步，延时关闭YT-32计量阀门，计时时间完了，关闭YT-32计量阀门，同时置流量计计量完标志为1。执行第10步，等待表ST08执行完第6步，使其条件成立，在打印机打印输出YT-32本次计量的设定值和实际计量值，并在操作监视画面上显示。
当流量计计量完标志NSW362.PV为1，则表ST08执行第5步，进行数据收集，收集到UN209.DT01。执行第6步，把FQC502计量中标志NSW361.PV置为0。之后执行第7步，置YT-32计量中标志NSW102.PV为0，计量完标志NSW103.PV为1；操作监视画面中的阀门状态及按键状态恢复到原来的状态，完成整个计量过程。FQC502计量实行表是YT-32、YT-33和YT-34共用，YT-33和YT-34的计量判断表和计量执行表则跟ST07及ST08类同。
四、结论
该流量自动计量过程自从使用以来，操作简单可靠，同一系统中各个罐的计量按控制过程有序地进行，保证了计量的准确无误，实用性强。
参考文献：
1、CENTUM CS综合生产控制系统概说.横河西仪有限公司（XYC），1994(7).
第2篇：量子计算的应用范文
关键词：粒子群算法 收缩因子 变风量空调系统 PID控制器
0 引言
变风量(VAV)空调系统因其优良的节能性和舒适性，获得了越来越广泛的应用。VAV空调系统的控制机理并不是很复杂，末端送风装置是实现变风量功能的关键，而选择何种控制系统并与末端送风装置进行有机结合是整个VAV空调系统最重要的环节之一。
目前，由于传统的变风量空调系统中PID控制参数存在整定困难，所以效果往往不是那么理想，自适能力存在着一定的问题，为了解决传统方法对于非线性系统控制效果不佳的问题，很多传统学者将一些智能算法引入到送风量控制当中，比较有代表性的是PID参数自整定控制方法，它是基于遗传算法、神经网络或模糊控制这几项算法基础的。与传统的神经网络和遗传算法等为代表的自整定算法相比，本文所采用的引入收缩因子的粒子群算法来进行PID参数自整定控制更具有优势，首先，它计算效率高，计算方法简单易行，由于计算量小，它又具有易实现的特点。采用引入收缩因子的粒子群算法的PID控制策略可以使系统具有更好的适应性，更适合于VAV 空调系统的控制，也更加适合空调行业未来的发展。
1 基于改进的粒子群算法
1999年Clerc提出带收缩因子的粒子群算法更有效的控制了微粒的飞行速度，他认为带收缩因子的粒子群算法具有良好的收敛性，同时又不用限制最大速度，因此，比惯性权重的粒子群算法更简单，能使算法达到全局探测与局部开采两者之间的有效平衡。
算法如下：
式（1）中λ称为收缩因子，起类似于Vmax的作用，用来控制和约束微粒的飞行速度。同时，Eberhart和Shi在文献中也证明了收缩因子λ比惯性权重ω更能有效的约束微粒飞行的速度，同时增强了算法的搜索能力。而通过有关人员研究发现，采用收缩因子的粒子群算法，其种群规模取20~50，C参数取4.05~4.1时，可以有较好的收敛速度和精度。
2 建模
2.1 空调房间模型的建立
为了方便研究，建模时暂不考虑它的纯滞后。空调房间基本上可以看做是恒温室。根据能量守恒定律，恒温室中能量蓄存量的变化率，等于单位时间内进入恒温室的能量与单位时间内由恒温室流出的能量之差。即：
上述关系的数学表达式是：
式（2）中，C1为恒温室的容量系数(包括室内空气的蓄热和设备与围护结构表层的蓄热)，kJ/℃；tn、ts为室内空气温度（或回风温度）和送风温度；w为送风量，m3/h；ρ为空气密度，kg/m3，可取ρ=1.2；c为空气定压比热，KJ/kg・K，可取c=1.01；qn为室内散热量kJ/h；r为恒温室围护结构的热阻，K/W；t0为室外空气温度，℃。
对于变风量空调系统，由于采用一定的送风温度，因此将（4）式进行如下处理：
（3）
式（3）右边可分别看做房间调节通道和干扰通道两部分，经化简为：
（4）
其中，T为空调房间的时间常数，h；kw为房间调节通道的放大系数，℃/(m3/s)；kq为房间扰动通道的放大系数，℃/(kJ/s)；Δq为室内外干扰量的变化换算成室内热量的变化，kJ/h。式（5）就是空调房间在变风量系统下的数学模型。由式（5）可得到调节通道及扰动通道的传递函数，并考虑到实际传感器往往存在延迟，故在仿真时加入纯滞后环节τ：
（5）
2.2 压力无关型末端装置建模
目前，我们最常采用的是压力无关型变风量末端装置，它是为了克服系统末端较强的二次干扰而设计的，压力无关型是指当送风管道内静压发生变化时，不会干扰到正常的室内温度，由于变风量空调系统流量的二次干扰非常明显，我们可以采用串级调节，智能楼宇环境对温度测控精度较高，因此要格外注意。
系统框图如图1所示
2.3 控制算法
为了得到使系统指标为最优的一组主副控制器PID参数。我们可以利用粒子群根据事先确定的指标J进行自寻优控制，它主要是利用系统的误差e(t)，从而得到主副控制器PID参数。基于引入收缩因子的粒子群PID自整定控制系统框图如图2所示，算法流程图如图3所示。
这里将PID控制器的三个重要参数Kp、Ki、Kd作为粒子群算法的粒子群维数，而粒子群规模及最大迭代次数可根据文献提出的范围内任意设置。通过上述的寻优过程即可获得较好的控制效果。
3 工程仿真
通过以上的模型建立过程，根据空调房间的某一工况可得到如下的传递函数：
(6)
然后利用引入收缩因子的粒子群算法对PID参数进行自整定控制. 根据实际的工程情况，采样时间ts设为20s，粒子群维数取为3，同时为了兼顾算法的有效性和执行效率，粒子群规模取为30，最大迭代次数设为200次.c1和c2分别取为2.8、1.3，则根据式(1)可计算得λ=0.7298。采用常规方法整定的常规PID控制、带收缩因子、加入扰动的常规PID控制、加入扰动的带收缩因子的系统仿真图及适应度函数下降曲线如图4～图8 所示。由图中看出系统初始波动较大，稳定时间也较长控制效果不尽如人意。
通过仿真图对比可以看出，如果利用加入扰动的带收缩因子粒子群算法，可以使种群算法的多样性得到有效的保证，采用加入扰动的带收缩因子粒子群算法进行PID自整定后，原控制系统的调节时间、上升时间、超调量都能得到有效控制，它对改善系统的性能，增加其控制精度和适应性都有良好的效果，同时它还能消除静差，增加系统的鲁棒性。
4 结论
通过仿真研究，我们可以看出，基于引入收缩因子的粒子群PID 参数的控制系统具有很强的自适应能力，它基本不依赖于控制器设计经验，是一种自整定控制系统，它可以取得更优的动态性能.为VAV空调系统PID控制器的设计提供了一种新的思路.同时，它又具有很强的鲁棒性，应用于非线性和不确定性的VAV空调系统时可以取得较为良好的效果，能适应我国目前空调业界的发展。
参考文献：
[1]马富军，张益华.浅谈VAV空调系统控制中的几个问题[J].制冷空调与电力机械，2005，26(6):68-69.
[2]蒋红梅.模糊PID控制在变风量空调系统中的应用研究[D].西安:西安建筑科技大学信息与控制工程学院，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：量子计算的应用范文
关键词：计算机网络路由选择；改进量子进化算法；研究
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）33-0033-02
随着计算机网络的不断发展与广泛应用，其已经成为了我国人民在日常生活中及工作中不可缺少的技术，它为人们的衣食住行提供了方面，也为我国社会经济的发展提供了基础。目前我国计算机网络正在朝着更大规模范围发展，在此过程中也暴露了计算机网络路由选择中的一系列问题。现如今的计算机网络路由选择已经满足不了人们及社会的发展需求，也对计算机网络的正常运行造成了一定的影响，所以对其的优化改进是目前最重要的内容。
1 浅析计算机网络路由选择
计算机网络路由选择中有多种方法，包括梯度法、列表寻优法、爬山法及模拟退算法等。由于这些方式具有局限性，收到多种条件的限制，导致本身的作用都得不到很好的发挥。计算机网络路由选择主要是在能够满足计算机网络通信容量、网络拓扑及网络节点需求的基础上，对计算机网络中的各节点路由进行选择，使计算机网络可以缩短到最小时延。一般计算机网络路由选择可以使用优化工作，比如：其一，如果计算机网络中节点内部具有较大容量的缓冲器，那么就不会溢出或者丢失其数据包；其二，如果能够以实际的指数分布为基础设置报文长度，就可以按照泊松到达；其三忽略计算机网络中节点处理报文的时延；计算机网络中报文传输服务都是一个等级。【1】
2 探析改进量子进化算法
实际上量子进化算法就是进化算法和量子计划相结合产生的，此事以态矢量为基础，以量子比特编码为染色体，其更新染色体要以量子旋转门和非门进行实现，从而才能优化计算机网络路由。量子进化算法中的染色体排列矩阵为：
一个量子染色体表示问题解的特性，其原理就是对量子染色体进行随机测量，以此得出结果和概率，使用二进制实现坍塌，在此过程中可以了解到量子染色体可以有效地解决问题。另外改进量子进化算法的实现是根据量子旋转门，通过搜索法使公式的解得到最佳，增加或者减少概率，以此保留或者删除结果，以此来改进量子进化算法。
上表中的xi表示第i个量子染色体的二进制解，bi表示第i个最优解。
量子进化算法的流程主要包括三个部分：其一，要对种群进行初始化，在此基础上对初始种种群进行测量，以此得到与个体相依状态的相关记录表；其二，在合适的状态下对记录进行针对性的评估，并且对最佳个体和个体的适应值进行相关记录；其三，在还没有完全结束的时候，进行其他操作。
对于量子进化算法来说，此过程是非常复杂的，用相关的符号表示事务，之后进行计算。比如可以使用M表示染色体长度，染色体可以维护解的多样性。这样才能使算法简单的表述。【2】
3计算机网络路由选择的改进量子进化算法研究
在计算机网络中，量子进化算法是非常值得热议的话题，在计算机网络路由选择中的量子进化算法，其主要问题就是量子进化算法是针对性对表格进行参照，以此来找出相应的解法。这种方法会造成旋转角之间没有较好的关联性，另外在搜索问题的时候会有跳跃性，对于计算机在日常运行工作的时候是非常不利的。为了能够通过量子进化算法解决计算机路由选择中的问题，就要对其进行创新和改进。首先优化其中的旋转角，使其值能够满足路由选择。优化后的旋转表式子可以写为：
?θi=0.001π*50fb-fx/fx
根据此式子可以了解到旋转角在不同的情况下会有不同的结果，简单来说就是不同的旋转角值具有不同的含义。如果旋转角的值越小，那么就说明个体与最优个体之间的距离就越小，就缩小了搜索网络。在此状况下搜索就可以达到最优；如果旋转角的值越大，就说明个体与最优个体之间的距离越大，就逐渐扩大了搜索网络。在此状况下就要使所搜速度加快，这样才能够使计算机网络路由选择更多方面。
另外就是优化调整其中的函数，可以使用组合优化的方式进行，要求函数达到最佳状态，这样才能够得出最优解。通过此方式可以了解到，个体基因之间并没有较强的关联性。所以就可以通过计算机网络路由选择，对量子进化算法中的函数调整并优化。如果处于归一化的基础上，实现对应的实属对，并且使他们与量子位一一对应。基于此就可以做量子进化算法的仿真实验，并且对其进行对比，是否有优势。实验结果表示，计算机网络路由选择中的性能能够了解量子进化算法优化后比传统更优秀，此结果可以见图1。
从图1可以了解到，在计算机网络路由选择中的改进量子进化算法中，不断是收敛速度、寻优能力还是其中的性能，都优于传统量子进化算法。在进行仿真测试时，能够使改进量子进化算法之后发挥自身的作用，也能够在计算机网络路由选择中完善自身的应用。在此情况下计算机路由选择面对问题能够很好地解决，并且能够及时发现其中的问题，有效地提高了工作人员的工作质量和效率，还使计算机在正常运行和工作的过程中保持一个良好的状态。【3】
4结束语
在目前计算机网络技术被广泛应用的基础上，要重视计算机网络路由的选择。同时，改进量子进化算法也是非常重要的，通过优化旋转角，以此提高搜索速率及范围。计算机网络技术自发展应用以来，量子进化算法都有着较好的应用和前景，那么优化量子进化算法有效地促进了计算机网络技术的进一步发展，使计算机网络技术可以为我国各行各业提供更好的服务，也有效促进我国经济的可持续发展。
参考文献：
[1] 宋明红，俞华锋，陈海燕.改进量子进化算法在计算机网络路由选择中的应用研究[J].科技通报，2014（1）：170-173.
第4篇：量子计算的应用范文
关键词：量子遗传算法；多峰值函数；优化
中图分类号：TP301 文献标识码：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
量子遗传算法（QGA）是量子计算与遗传算法相结合产生的新的智能算法。利用量子态叠加性和量子旋转门等操作实现染色体的更新，从而实现有效计算[1]。与遗传算法相比，量子遗传算法具有种群多样性好、全局搜索能力强和收敛速度快等特点[2]。然而，文献[3]～文献[4]中也指出，量子遗传算法适于求解组合优化问题，甚至只适于求解背包问题，而不适于求解连续函数的优化问题，特别是多峰函数的优化问题。
因此，本文提出改进量子遗传算法求解多峰值函数最优值，并进行了仿真实验，结果证明了该方法是有效可行的。
2 量子遗传算法及其改进
在量子遗传算法中，最重要的是量子编码和量子门的引入。量子编码是将染色体用量子的态矢量表示，使一条染色体表达多个态的叠加，从而增加了种群多样性，使算法能够在较小的种群规模下求得最优解； 而量子门的引入使算法具备了优化能力，可以保证算法收敛[5]。
2.1 量子编码
如图2，各种群之间通过移民算子进行联系，实现多种群的协同进化，本文的移民算子是在相邻种群间移民，即用当前种群中的最优个体代替相邻种群的最劣个体。加入人工选择算子保存各种群每个进化代中的最优个体。每迭代一次进行一次移民和人工选择运算，选出各种群的最优值存到精华种群。精华种群和其他种群有很大不同，精华种群不进行量子变更，保证进化过程中各种群产生的最优个体不被破坏和丢失。同时，精华种群也是判断算法终止的依据，这里采用最大遗传代数作为终止判据。最后从精华种群中获得最优个体。
4 结束语
本文针对标准量子遗传算法收敛性差，易陷于局部最优的缺点，进行改进运用基于概率划分的小生境协同进化策略初始化量子种群，并采用动态的量子旋转角调整策略来加快收敛速度；加入量子移民和保优选择策略，提高规划效率，避免陷入局部最优。并利用复杂二元函数测试改进量子遗传算法，显示了优良的特性。
参考文献
[1] 梁昌勇，柏 桦，蔡美菊，等.量子遗传算法研究进展[J].计算机应用研究，201207，29（7）：2401-2405.
[2] 周传华，钱锋.改进量子遗传算法及其应用[J].计算机应用，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] 张葛样，李娜，金炜东.一种新量子遗传算法及其应用[J].电子学报，2004，32（3）：476-479.
第5篇：量子计算的应用范文
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。
第6篇：量子计算的应用范文
5月3日，这台计算机的研制方――中国科学院量子信息与量子科技创新研究院在这里宣布，中国科学技术大学潘建伟院士及同事陆朝阳、朱晓波等，联合浙江大学王浩华研究组，构建了这台基于单光子的量子计算机，这是世界上第一台超越早期经典计算机的光量子计算机。
一时间评价纷至沓来：“中国科学家再次站在了创新的前沿”“量子计算将彻底改变人类未来的应用前景”……就连这次成果的焦点人物潘建伟也提到，“量子计算研究就像雨后春笋，到了爆发式发展的关键时刻。”那么这台中国造的量子计算机究竟能有何能耐，又将为我们带来什么？
计算速度加快2.4万倍
量子计算机是指利用量子相干叠加原理，理论上具有超快的并行计算和模拟能力的计算机。计算能力随可操纵的粒子数呈指数增长，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。
曾有人打过一个比方：如果现在传统计算机的速度是自行车，量子计算机的速度就如同飞机。例如，使用亿亿次的天河二号超级计算机求解一个亿亿亿变量的方程组，所需时间为100年，而使用一台万亿次的量子计算机求解同一个方程组，仅需0.01秒。
因为计算能力的革命性突破，如同蒸汽机之于工业文明，量子计算机将成为未来科技的引擎。实验测试表明，该原型机的取样速度不仅比国际同行类似的实验加快至少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和第一台晶体管计算机运行速度快10倍到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。”潘建伟指出。
计划年底实现20个光量子比特的操纵
多粒子m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。
“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，但同时是重要的一步。”潘建伟说。
曾经有科学家预测，除非量子计算机操控的比特数超过50个，量子计算机才能超过现有的经典计算机。此次，中国科学家的成果为10个超导量子比特，超过了之前由谷歌、美国航天航空局和加州大学圣芭芭拉分校公开报道的9个超导量子比特的纪录。
但也有分析称，尽管欧美等国公开报道的成果是9个，但谷歌之前已经放话，要在今年底之前把超导量子计算做到50个比特。因此，这一领域的竞争还远未结束。更何况即使获得了量子计算霸权，让其真正具备解决问题的能力也是路途漫漫。
在潘建伟看来，谷歌、IBM等公司拥有人才优势。尤其是谷歌，目前仍可以算是量子计算机领域的领头羊。但这次研究团队通过高精度脉冲控制和全局纠缠操作实现10比特量子态的成果，使中国在超导体系量子计算机研究领域也进入世界一流水平行列。
根据计划，潘建伟的研究团队将在今年底实现大约20个光量子比特的操纵，20个超导量子比特样品的设计、制备和测试，量子计算机的速度将会成指数增长。也许到时一张闪亮的国家名片又将出现。
量子技术未来将极大改变生活
随着大数据时代的到来，对计算能力的需求可以用“贪得无厌”来形容。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。当人们能把有效的数据结果都通过计算给提取出来，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：“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，会给人们的生活带来极大改变。”
第7篇：量子计算的应用范文
1.1量子计算机量子计算机可简单理解为遵循量子力学能够进行高速运算、存储和处理信息的计算机，它是在社会对高速度、保密好、容量大的通讯及计算提出较高要求的情况下产生的。物理主体主要包括：液态核磁共振量子计算机、(固态)硅晶体核磁共振量子计算机、离子陷阱、量子光学、腔室量子电动力学、超导体方案等。量子计算机的功能在于进行大数的因式分解，和Grover搜索破译密码，但是同时也提供了另一种保密通讯的方式，此外还可以用来做量子系统的模拟。但是在昨晚高难度运算后，能耗高、寿命短，散热量大等缺点则暴露出来，真正有价值的量子计算机还有待继续研究。
1.2光子计算机光子计算机进行数字运算、逻辑操作、信息存贮等内容利用的是光信号，以光运算代替电运算，主要由激光器、光学反射镜、透镜、滤波器等光学元件设备组成。它具有运算、处理能力极强的优点，同时，兼具容错性，能够进行模糊处理，但并不影响运算结果，智能化更高端。它主要具有以下好处：光子不带电荷，不产生磁场，也不受磁场作用影响；光子也不具有静止质量，可以在真空和介质两种状态下传播；信息存储容量大，通道宽，通信能力强；能量耗用低，散热量小，节能环保性较强，也避免了计算机运行时内部过热的情况。目前虽然光子计算机在功能和运算速度方面和电子计算机有一定差距，但光子计算机的进一步研制、完善，在对图像处理、目标识别和人工智能等方面发挥重大作用。
1.3生物计算机生物计算机也叫做放生计算机，是以仿生学研究为基础而形成的新型计算机技术，它以生物工程技术生产的蛋白分子制成生物芯片作为基础元件。它具有并行处理的功能，运行速度比普通的电子计算机要快10万倍，存储空间占用更是少之又少。它具有的优点很多，首先，体积小、功效高，比集成电路小很多，可以隐藏在地板、墙壁等地方；其次，具有自我修复功能，它的内部芯片出现故障时，不需要人工修理，能自我修复，永久性、可靠新高；再者，能耗很低，能量消耗仅占普通电子计算机的10亿分之1，散热量很小；第四，不受电路间信号干扰。目前，这种计算机还在研制阶段，存在技术不成熟、信息提取难等问题，还需要继续优化。
1.4纳米计算机纳米计算机研制是计算机发展过程中的一场革命，它以纳米技术为基础研制出计算机内存芯片，其体积相当于发丝直径的千分之一，生产成本非常低，不需要建造超洁净生产车间，也不需要昂贵的实验设备和人数众多的生产团队，同时，纳米计算机也需要耗费能源可以忽略不计，但是对其强大其性能的发挥丝毫不产生影响。纳米计算机可以应用到微型机器人，以至于日用电子设备，甚至玩具中，都能获得强大的微处理功能，其应用范围也涉及到现代物理学、化学、电子学、建筑学、材料学等各个学科领域。这项新的课题技术也在不断的完善和发展，将为计算机发展带来新的内容。
2云技术和网络技术发展
2.1云技术云计算是分布式计算的一种形式，它通过将计算拆散计算再进行组合回传的方式进行，可以达到和超级计算机同样强大的网络服务，这是云技术的根本。云技术不仅仅作为资料搜集手段，它是集网络技术、信息技术、整合技术管理平台技术、应用技术为一体的综合资源池，灵活便捷。云技术作为一种商业模式的体现方式，其应用非常广泛，目前，已经在搜索引擎、网络信箱等领域投入使用，未来在手机、GPS等行动装置上也可实现。云技术正以它的可靠、实用、安全等性能逐渐被人们所接受，云物联、云存储、云呼叫、私有云、云游戏、云教育、云会议以及云社交等正逐步强化它的服务功能。
2.2网络技术网络技术发展有赖于光纤技术的快速发展。光导纤维技术在通信、电子和电力等领域日益扩展，成为大有前途的新型基础材料，与之相伴的光纤技术也以新奇、便捷赢得人们的青睐。它具有耐湿、耐辐射、易于安装和保养、24小时的连续工作等性能被广泛应用。尤其在塑料光纤产生后，海底光缆工程得以顺利实施，对世界范围网络通信起到良好的推动作用。
3移动计算机技术发展
目前最热门的是wifi无线技术，而最新的是4G通信技术，这两项技术对移动计算机的发展起到了关键的支撑作用。4G网络时代刚刚开启，目前开始应用于移动设备上，但是在微型便携计算机上的应用尚未起步。如何将移动计算机等终端产品通过芯片等形式与4G网络完没相连接，如发展移动电视、移动电脑、成为一项热门话题，有待进一步研究探索。
4结束语
第8篇：量子计算的应用范文
关键词:量子力学 量子计算机
中图分类号:TP39 文献标识码:A文章编号:1007-3973 (2010) 02-106-01
1量子力学对计算机技术发展的影响
自1646年第一台电子计算机问世以来,其芯片发展速度日益加快。按照芯片的摩尔定律 ,其集成度在不久的将来有望达到原子分子量级。在享受计算机飞速发展带来的种种便利的同时,我们也不得不面临一个瓶颈问题,即根据量子力学理论,在芯片发展到微观集成的时候,量子效应会影响甚至完全破坏芯片功能。因此,量子力学对计算机技术发展具有决定性作用。
1.1量子力学简介
量子力学是近代自然科学的最重要的成就之一. 在量子力学的世界里,一个量子微观体系的状态是由一个波函数来描述的,而非由粒子的位置和动量描述,这就是它与经典力学最根本的区别。
1.2量子力学与量子计算机
量子力学的海森堡测不准原理决定了粒子的位置和动量是不能同时确定的()。当计算机芯片的密度很大时(即很小)将导致很大,电子不再被束缚,产生量子干涉效应,而这种干涉效应会完全破坏芯片的功能。为了克服量子力学对计算机发展的限制,计算机的发展方向必然和量子力学相结合,这样不仅可以越过量子力学的障碍,而且可以开辟新的方向。
量子计算机就是以量子力学原理直接进行计算的计算机.保罗•贝尼奥夫在1981年第一次提出了制造量子计算机的理论。量子计算机的存储和读写头都以量子态存在的,这意味着存储符号可以是0、1以及它们的叠加。
2量子计算机的优点
近年来的种种试验表明,量子计算机的计算和分析能力都超越了经典计算机。它具有如此优越的性质正在于它的存储读取方式量子化。对量子计算机的原理分析可知,以下两个个特性是令量子计算机优越性的根源所在。
2.1存储量大、速度高
经典计算机由0或1的二进制数据位存储数据,而量子计算机可以用自旋或者二能级态构造量子计算机中的数据位,即量子位。不同于经典计算机的在0与1之间必取其一,量子位可以是0 或者1,也可以是0和l的迭加态。
因此,量子计算机的n个量子位可以同时存储2n个数据,远高于经典计算机的单个存储能力; 另一方面量子计算机可以同时进行多个读取和计算,远优于经典计算机的单次计算能力。量子计算机的存储读取特性使其具有存储量大、读取计算速度高的优点。
2.2可以实现量子平行态
由量子力学原理可知,如果体系的波函数不能是构成该体系的粒子的波函数的乘积,则该体系的状态就处在一个纠缠态,即体系的粒子的状态是相互纠缠在一起的。而量子纠缠态之间的关联效应不受任何局域性假设限制,这使两个处在纠缠态的粒子而言,不管它们离开有多么遥远,对其中一个粒子进行作用,必然会同时影响到另外一个粒子.正是由于量子纠缠态之间的神奇的关联效应, 使得量子计算机可以利用纠缠机制,实现量子平行算法,从而可以大大减少操作次数。
3量子计算机发展现状和未来趋势
3.1量子计算机实现的技术障碍
到目前为止,世界上还没有真正意义上的量子计算机,它的实现还有许多技术上的问题。
量子计算机的优越性主要体现在量子迭加态的关联效应. 然而,环境对迭加态的影响以及迭加态之间的相互作用会使这种关联效应减弱甚至丧失,即量子力学去相干效应.因此应尽量减少环境对量子态的作用。同时,万一由于相干效应引入了错误信息,必需能及时改正,这需要进一步的研究和实验。
另一方面,量子态不能复制,使得不能把经典计算机中很完善的纠错方法直接移植到量子计算机中来.由于量子计算机在计算过程中不能对量子态测量, 因为这种测量会改变量子态, 而且这种改变是不可恢复的,因此在纠错方面存在很多问题。
3.2量子计算机的现状
由于上述两种原因,现在还无法确定未来的量子计算机究竟是什么样的, 目前科学家门提出了几种方案.
第一种方案是核磁共振计算机. 其原理是用自旋向上或向下表示量子位的0 和1 两种状态,重点在于实现自旋状态的控制非操作,优点在于尽可能保证了量子态和环境的较好隔离。
第二种方案是离子阱计算机. 其原理是将一系列自旋为1/2 的冷离子被禁锢在线性量子势阱里, 组成一个相对稳定的绝热系统,重点在于由激光来实现自旋翻转的控制非操作其优点在于极度减弱了去相干效应, 而且很容易在任意离子之间实现n 位量子门。
第三种方案是硅基半导体量子计算机. 其原理是在高纯度硅中掺杂自旋为1/2的离子实现存储信息的量子位,重点在于用绝缘物质实现量子态的隔绝,其优点在于可以利用现代高效的半导体技术。
此外还有线性光学方案, 腔量子动力学方案等.
3.3量子计算机的未来
随着现代科学技术的发展,量子计算机也会逐渐走向现实研制和现实运用。量子计算机不但于未来的计算机产业的发展紧密相关,更重要的是它与国家的保密、电子银行、军事和通讯等重要领域密切相关。实现量子计算机是21 世纪科学技术的最重要的目标之一。
参考文献:
[1]胡连荣. 速度惊人的量子计算机[J].知识就是力量
[2]付刚.“量子计算机”解密[N].中安在线-安徽日报
[3]谭华海.量子计算机研究的最新进展[J].教育部科技发展中心内刊.
第9篇：量子计算的应用范文
8月16日1时40分，我国在酒泉卫星发射中心用二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空。
量子科学，对绝大多数人来说十分高冷。但当它与信息技术相连，就与我们每个人息息相关。当今社会，信息的海量传播背后也充斥着信息泄露的风险。而量子科学则为信息安全提供了“终极武器”。
量子卫星首席科学家、中国科学技术大学教授、中科院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心主任潘建伟院士介绍，量子通信的安全性基于量子物理基本原理，单光子的不可分割性和量子态的不可复制性保证了信息的不可窃听和不可破解，从原理上确保身份认证、传输加密以及数字签名等的无条件安全，可从根本上、永久性解决信息安全问题。
那么，量子卫星具体将会在哪些方面给我们的生活带来影响呢？“瞬间移动”、“信息绝密”真的可以实现吗？潘建伟院士将对这些问题进行一一解答。
问题1：量子究竟是什么？
量子是构成物质的基本单元，是能量的最基本携带者，不可再分割。比如，光子是光能量的最小单元，不存在“半个光子”，同理，也不存在“半个氢原子”“半个水分子”等等。量子世界中有两个基本原理：
――量子叠加，就是指一个量子系统可以处在不同量子态的叠加态上。著名的“薛定谔的猫”理论曾经形象地表述为“一只猫可以同时既是活的又是死的”。
――量子纠缠，类似孙悟空和他的分身，二者无论距离多远都“心有灵犀”。当两个微观粒子处于纠缠态，不论分离多远，对其中一个粒子的量子态做任何改变，另一个会立刻感受到，并做相应改变。
问题2：世界上真有“绝对安全”的通信吗？
这得先说说通信中信息是如何被窃取的。传统光通信是通过光的强弱变化传输信息。从中分出一丁点光并不影响其他光继续传输信息，测量这一丁点光原理上就能窃取信息。
量子通信则完全不同！窃听者如果想拦截量子信号，并对其进行测量，将不可避免地破坏携带密钥信息的量子态。根据量子“测不准定理”，这种破坏必然会被信息发送者和接收者所发现。
是否可以不破坏传输的量子态，只截取并复制，再继续发送？这已被“量子不可克隆定理”完全排除，于是也就保证了量子通信的绝对安全。
问题3：量子科学和技术究竟将带来一个怎样的未来？
量子科学和技术其实已经在方方面面影响着我们的日常生活。我们目前正在广为使用的计算机、手机、互联网、时间标准和导航，包括医院里的磁共振成像等等，无一不得益于量子科学和技术。
用发展的眼光看，随着微纳加工、超冷原子量子调控等技术的不断进步，人类将能够制备出越来越复杂、功能越来越强大的各种人造量子系统，例如包括量子计算机芯片在内的各种量子电路，其功能和信息处理能力将远远超过我们目前正在使用的经典芯片，并且更加节能；再如可望制备出达到量子极限的能量收集和转换器件，将引发能源变革；也有望大幅提升对时间、位置、重力等物理量超高精度的测量，不仅实现超高精度的潜艇定位、医学检测等，也将加深对物理学基本原理的认识。
总之，量子科学和技术的广泛应用最终将把人类社会带入到量子时代，实现更高的工作效率、更安全的数据通信，以及更方便和更绿色的生活方式。
问题4：量子技术什么时候才能“飞入寻常百姓家”？
量子通信目前已经实现在金融、政务系统等中的使用。要让每个人都用上，乐观的话需要10到15年。这需要对网络基础设施进行改造，还涉及到标准制定。到时候，个人的网上银行、手机支付、信用卡等就再也不怕被盗号，“棱镜门”那样的泄密事件也不会发生了。
而量子计算目前仍然处于基础研究的阶段，前进道路上还面临着巨大的挑战，不知道在二三十年的时间内能否实现初步应用。一旦取得进展，其意义将是极其重大的。这需要一个过程，依赖于量子通信网络的建设，应用成本也会逐渐下降。
问题5：“量子态隐形传输”意味着能实现《星际迷航》里的瞬间移动吗？
“量子态隐形传输”是基于量子叠加和量子纠缠的特性，使甲地某一粒子的未知量子态，可以在乙地的另一粒子上还原出来。其实传输的是粒子的量子态，而不是粒子本身。这种状态传送的速度上限仍然是光速，也不是“瞬间移动”。
现在，在光子、原子等层面已经实现了量子态隐形传输。电影里“大变活人”在原理上是允许的，但目前还远远做不到。因为科幻电影里人的传送，不仅需要把人的实体部分的大量原子、分子传送，并且严格按照原来的相对位置重新排列起来，更何况重现意识和记忆就更复杂了。
不过，随着科学的发展和技术的进步，也许未来我们还是可以实现人的量子态隐形传输，到那时星际旅行就不是梦啦。
