中玖說網量子計算方法

Ⅰ 量子化學計算方法的分類

主要分為：①分子軌道法（簡稱MO法，見分子軌道理論）；②價鍵法（簡稱VB法，見價鍵理論）。以下只介紹分子軌道法，它是原子軌道對分子的推廣，即在物理模型中，假定分子中的每個電子在所有原子核和電子所產生的平均勢場中運動，即每個電子可由一個單電子函數（電子的坐標的函數）來表示它的運動狀態，並稱這個單電子函數為分子軌道，而整個分子的運動狀態則由分子所有的電子的分子軌道組成（乘積的線性組合），這就是分子軌道法名稱的由來。
分子軌道法的核心是哈特里－福克－羅特漢方程，簡稱HFR方程，它是以三個在分子軌道法發展過程中做出卓著貢獻的人的姓命名的方程。1928年D.R.哈特里提出了一個將 個電子體系中的每一個電子都看成是在由其餘的 -1個電子所提供的平均勢場中運動的假設。這樣對於體系中的每一個電子都得到了一個單電子方程（表示這個電子運動狀態的量子力學方程），稱為哈特里方程。使用自洽場迭代方式求解這個方程（見自洽場分子軌道法），就可得到體系的電子結構和性質。哈特里方程未考慮由於電子自旋而需要遵守的泡利原理。1930年，B.A.福克和J.C.斯萊特分別提出了考慮泡利原理的自洽場迭代方程，稱為哈特里－福克方程。它將單電子軌函數（即分子軌道）取為自旋軌函數（即電子的空間函數與自旋函數的乘積）。泡利原理要求，體系的總電子波函數要滿足反對稱化要求，即對於體系的任何兩個粒子的坐標的交換都使總電子波函數改變正負號，而斯萊特行列式波函數正是滿足反對稱化要求的波函數。將哈特里－福克方程用於計算多原子分子，會遇到計算上的困難。C.C.J.羅特漢提出將分子軌道向組成分子的原子軌道（簡稱AO）展開，這樣的分子軌道稱為原子軌道的線性組合（簡稱LCAO）。使用LCAO-MO，原來積分微分形式的哈特里－福克方程就變為易於求解的代數方程，稱為哈特里－福克－羅特漢方程，簡稱HFR方程。

Ⅱ 量子計算機的基本原理是什麼

20世紀60年代至70年代，人們發現能耗會導致計算機中的晶元發熱，極大地影響了晶元的集成度，從而限制了計算機的運行速度。研究發現，能耗來源於計算過程中的不可逆操作。那麼，是否計算過程必須要用不可逆操作才能完成呢？問題的答案是：所有經典計算機都可以找到一種對應的可逆計算機，而且不影響運算能力。既然計算機中的每一步操作都可以改造為可逆操作，那麼在量子力學中，它就可以用一個幺正變換來表示。早期量子計算機，實際上是用量子力學語言描述的經典計算機，並沒有用到量子力學的本質特性，如量子態的疊加性和相乾性。在經典計算機中，基本信息單位為比特，運算對象是各種比特序列。與此類似，在量子計算機中，基本信息單位是量子比特，運算對象是量子比特序列。所不同的是，量子比特序列不但可以處於各種正交態的疊加態上，而且還可以處於糾纏態上。這些特殊的量子態，不僅提供了量子並行計算的可能，而且還將帶來許多奇妙的性質。與經典計算機不同，量子計算機可以做任意的幺正變換，在得到輸出態後，進行測量得出計算結果。因此，量子計算對經典計算作了極大的擴充，在數學形式上，經典計算可看作是一類特殊的量子計算。量子計算機對每一個疊加分量進行變換，所有這些變換同時完成，並按一定的概率幅疊加起來，給出結果，這種計算稱作量子並行計算。除了進行並行計算外，量子計算機的另一重要用途是模擬量子系統，這項工作是經典計算機無法勝任的。

無論是量子並行計算還是量子模擬計算，本質上都是利用了量子相乾性。遺憾的是，在實際系統中量子相乾性很難保持。在量子計算機中，量子比特不是一個孤立的系統，它會與外部環境發生相互作用，導致量子相乾性的衰減，即消相干。因此，要使量子計算成為現實，一個核心問題就是克服消相干。而量子編碼是迄今發現的克服消相干最有效的方法。主要的幾種量子編碼方案是：量子糾錯碼、量子避錯碼和量子防錯碼。量子糾錯碼是經典糾錯碼的類比，是目前研究的最多的一類編碼，其優點為適用范圍廣，缺點是效率不高。

迄今為止，世界上還沒有真正意義上的量子計算機。但是，世界各地的許多實驗室正在以巨大的熱情追尋著這個夢想。如何實現量子計算，方案並不少，問題是在實驗上實現對微觀量子態的操縱確實太困難了。目前已經提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束縛離子、電子或核自旋共振、量子點操縱、超導量子干涉等。現在還很難說哪一種方案更有前景，只是量子點方案和超導約瑟夫森結方案更適合集成化和小型化。將來也許現有的方案都派不上用場，最後脫穎而出的是一種全新的設計，而這種新設計又是以某種新材料為基礎，就像半導體材料對於電子計算機一樣。研究量子計算機的目的不是要用它來取代現有的計算機。量子計算機使計算的概念煥然一新，這是量子計算機與其他計算機如光計算機和生物計算機等的不同之處。量子計算機的作用遠不止是解決一些經典計算機無法解決的問題。摘自《科技日報

Ⅲ 迄今最快量子計算！比現有自旋雙量子門快200倍

2018年澳大利亞年度人物米歇爾·西蒙斯教授領導的一組科學家在硅原子量子位元之間實現了第一個雙量子位元門，這是該團隊建造原子規模量子計算機的一個重要里程碑。這項關鍵性的研究發表在世界著名的《自然》雜志上。

一個雙量子位門是任何一台量子計算機的核心組成部分，新南威爾士大學團隊的版本是迄今為止在硅材料中演示過的最快的，在0.8納秒內完成一個操作，比現有的基於自旋的雙量子位門快200倍。

在西蒙斯小組的方法中，雙量子位門是兩個電子自旋之間的一種操作——類似於傳統電子學中經典邏輯門的作用。這是第一次，研究小組能夠通過將兩個原子量子位元比以往任何時候更緊密地放在一起，然後——實時地——控制地觀察和測量它們的自旋狀態，來構建一個雙量子位元柵極。

該團隊獨特的量子計算方法不僅需要在硅中放置單個原子量子位元，還需要所有相關電路在納米級初始化、控制和讀出量子位元——長期以來，人們一直認為這是不可能實現的。但是有了這個重要的里程碑，團隊現在已經准備好將他們的技術轉化為可伸縮的處理器。

西蒙斯教授是量子計算與通信技術卓越中心(CQC2T)的主任，也是硅量子計算Pty有限公司的創始人。

她說:「原子量子位元保持著硅中量子位元最長相干時間的世界紀錄，具有最高的可靠性。」「利用我們獨特的製造技術，我們已經證明了在硅原子量子位元上讀取和初始化單個電子自旋的能力，精確度非常高。我們還證明了我們的原子級電路是迄今為止設計用於連接半導體量子位元的所有系統中電子雜訊最低的。

「利用原子精度優化設備設計的各個方面，現在讓我們能夠構建一個真正快速、高精度的雙量子比特門，這是一個可伸縮的、基於硅的量子計算機的基本構件。

「我們已經證明，在原子尺度上控制世界是可能的，而且這種方法的好處是革命性的，包括我們的系統運行的驚人速度。」

新南威爾士大學科學系主任、教授艾瑪·約翰斯頓·奧(Emma Johnston AO)說，這篇重要的論文進一步顯示了西蒙斯教授的研究是多麼具有開創性。

這是米歇爾團隊最後的里程碑之一，展示了他們實際上可以用原子量子位元製造量子計算機。他們的下一個主要目標是建立一個10量子比特的量子集成電路，我們希望他們能在3-4年內實現這一目標。」

用量子位元來接近和接近——精確到十億分之一米的工程

利用掃描隧道顯微鏡精確定位並將磷原子封裝在硅中，研究小組首先必須計算出兩個量子位元之間的最佳距離，以便進行關鍵的操作。

「我們的製造技術允許我們把量子位精確地放到我們想要的地方。這使我們能夠盡可能快地設計我們的雙量子位門。

「自從上次突破以來，我們不僅把量子位元拉近了，而且學會了以亞納米級的精度控制設備設計的各個方面，以保持高可靠性。」

實時觀察和控制量子位相互作用

然後，研究小組能夠實時測量量子位元的狀態是如何演變的。最令人興奮的是，研究人員展示了如何在納米秒級上控制兩個電子之間的相互作用強度。

「重要的是，我們能夠使量子位元的電子距離更近或更遠，有效地打開和關閉它們之間的相互作用，這是量子門的先決條件，」另一位主要合著者YuHe說。

「量子比特的電子受到嚴格限制，這是我們的方法所特有的，而且我們的系統固有的低雜訊使我們能夠展示出迄今為止硅材料中最快的兩個量子比特門。」

「我們演示的量子門，即所謂的交換門，也非常適合在量子比特之間傳輸量子信息——當與單個量子比特門結合時，你可以運行任何量子演算法。」

一件物理上不可能的事?現在不是了

西蒙斯教授說，這是20年工作的頂峰。

「這是一個巨大的進步:能夠在最小的水平上控制自然，這樣我們就能在兩個原子之間創造相互作用，同時又能在不幹擾對方的情況下彼此單獨交談，這令人難以置信。」很多人認為這是不可能的，」她說。

「一直以來的承諾是，如果我們能在這個尺度上控制量子位元世界，它們就會很快，而且確實如此!」

Ⅳ 量子計算的基本原理

量子的重疊與牽連原理產生了巨大的計算能力。普通計算機中的2位寄存器在某一時間僅能存儲4個二進制數（00、01、10、11）中的一個，而量子計算機中的2位量子位（qubit）寄存器可同時存儲這四個數，因為每一個量子比特可表示兩個值。如果有更多量子比特的話，計算能力就呈指數級提高。 量子位（qubit）是量子計算的理論基石。在常規計算機中，信息單元用二進制的 1 個位來表示，它不是處於「 0」 態就是處於「 1」 態. 在二進制量子計算機中，信息單元稱為量子位，它除了處於「 0」 態或「 1」 態外，還可處於疊加態（super posed state) . 疊加態是「 0」 態和「 1」 態的任意線性疊加，它既可以是「 0」 態又可以是「 1」 態，「 0」 態和「 1」 態各以一定的概率同時存在. 通過測量或與其它物體發生相互作用而呈現出「 0」 態或 「 1」 態.任何兩態的量子系統都可用來實現量子位，例如氫原子中的電子的基態（gro und state）和第 1 激發態（f irstex cited state)、 質子自旋在任意方向的+ 1/ 2 分量和- 1/ 2 分量、 圓偏振光的左旋和右旋等。
一個量子系統包含若干粒子，這些粒子按照量子力學的規律運動，稱此系統處於態空間的某種量子態.態空間由多個本徵態（eigenstate) （即基本的量子態）構成，基本量子態簡稱基本態（basic state）或基矢（basic vector) . 態空間可用Hilbert 空間（線性復向量空間）來表述，即Hilbert 空間可以表述量子系統的各種可能的量子態.為了便於表示和運算，Dirac提出用符號 x〉 來表示量子態，x〉 是一個列向量，稱為ket ；它的共軛轉置（conjugate t ranspose) 用〈 x 表示，〈 x 是一個行向量，稱為bra.一個量子位的疊加態可用二維Hilbert 空間（即二維復向量空間）的單位向量 〉 來描述，其簡化的示意圖如右圖所示. 量子計算將有可能使計算機的計算能力大大超過今天的計算機，但仍然存在很多障礙。大規模量子計算所存在的一個問題是，提高所需量子裝置的准確性有困難。
世界上第一台商用量子計算機
加拿大量子計算公司D-Wave於2011年5月11日正式發布了全球第一款商用型量子計算機「D-Wave One」，量子電腦的夢想距離我們又近了一大步。D-Wave公司的口號就是——「Yes,you can have one.」。其實早在2007年初，D-Wave公司就展示了全球第一台商用實用型量子計算機「Orion」（獵戶座），不過嚴格來說當時那套系統還算不上真正意義的量子計算機，只是能用一些量子力學方法解決問題的特殊用途機器。
時隔四年之後，D-Wave One終於脫胎換骨、正式登場。它採用了128-qubit（量子比特）的處理器，四倍於之前的原型機，理論運算速度已經遠遠超越現有任何超級電子計算機。另外，D-wave公司將會在2013年1月將其升級至512量子比特。不過呢，也別太興奮，這個大傢伙現在還只能處理經過優化的特定任務，通用任務方面還遠不是傳統硅處理器的對手，而且編程方面也需要重新學習。 另外，為盡可能降低qubit的能級，需要利用低溫超導狀態下的鈮產生qubit，D-Wave 的工作溫度需保持在絕對零度附近（20 mK） 。
最後就是價格，2011年，NASA和Google分別以約一千萬美元購置了一台512位qubit的D-Wave量子計算機 。這絕對是天價中的天價了，不過也是新技術開端的必然，就像當初的第一台電子計算機ENIAC造價就有40萬美元（二十世紀四十年代的40萬美元）。

Ⅳ 什麼是量子計算

量子計算是一種基於量子物理學的計算形式。經典計算機依靠位（零或一）進行計算，而量子計算機使用利用量子力學以「疊加」形式存在的量子位（量子位）：零和一的組合，每個都有一定的概率。例如，一個量子位可能有 80% 的幾率為零，20% 的幾率為零。或者 60% 的機會為零，40% 的機會成為 1。等等。

1980 年代，物理學家保羅·貝尼奧夫 (Paul Benioff) 首次提出了量子計算的概念。不久之後，理論物理學家理查德·費曼和數學家尤里·曼寧率先提出量子計算機可以解決經典計算機無法解決的問題。事實上，在 1990 年代，數學家 Peter Shor 開發了一種演算法，量子計算機可以用它來破解公鑰密碼學：「 Shor 演算法」——如果量子計算機變得足夠強大的話。

2019 年 10 月，經過數十年的研究，谷歌正式宣稱已達到「量子霸權」。這實質上意味著量子計算機解決了經典計算機無法解決的問題。或者，更具體地說，它在 200 秒內解決了一個問題，即使是最強大的經典超級計算機也需要 10,000 年才能解決。

雖然這是一個重大突破，但量子計算機似乎離運行 Shor 的演算法還有很長的路要走。一方面，目前的量子計算機還不夠強大，而且不清楚擴大這項技術的難易程度。此外，要真正發揮作用，量子計算機依賴於一種稱為「糾錯」的技術解決方案，這仍然是一個挑戰。

預測這項技術的未來發展很困難，但可以運行 Shor 演算法的量子計算機可能需要數年甚至數十年的時間——也許它們根本不可能實現。

如果量子計算機能夠運行 Shor 演算法並破解公鑰密碼學，那麼比特幣確實可能會受到攻擊。具體來說，一些硬幣可能會被盜。

然而，有些人認為盜竊會受到一定程度的限制。雖然所有硬幣都由公鑰加密（目前是 ECDSA 演算法）保護，但大多數硬幣也由 SHA256 散列演算法保護。只有當這兩種演算法都被破解時，所有硬幣才能徹底被盜，但目前看來 SHA256（或任何其他哈希演算法）似乎無法被量子計算機破解。

也就是說，大量的硬幣只能通過公鑰密碼術來保護。目前的估計表明，如果公鑰密碼體制被破解，大約 500 萬比特幣將被盜。以下是比特幣可能面臨風險的一些情況：

事實上，即使比特幣同時受到公鑰和哈希的保護，在「量子世界」中安全地使用這種比特幣也可能是一個挑戰。當用戶嘗試花費他們的比特幣並通過比特幣網路傳輸交易時，攻擊者將有機會嘗試竊取資金。此時，攻擊者可以在交易確認之前嘗試破解公鑰加密，然後將比特幣重新發送到他自己的地址之一。

我只想說，如果量子計算機突然變得比任何人預期的都要強大，比特幣就會有問題。

需要注意的是，如果可以運行肖爾演算法的量子計算機突然出現，比特幣不太可能成為第一個或主要的目標。公鑰加密可以保護世界上幾乎所有其他數字信息，包括軍事情報、銀行數據和其他現有金融基礎設施、通信網路等。

是的，比特幣協議可以升級為抗量子。

簡而言之，比特幣的簽名演算法將不得不被量子抗性簽名演算法所取代。由於隔離見證的激活，比特幣的簽名演算法可以通過向後兼容的軟分叉升級相對容易地被替換。（當前的 ECDSA 簽名演算法可能會在不久的將來通過軟分叉被 Schnorr 簽名演算法部分取代。）

升級後，用戶應該將他們的比特幣遷移到新地址，以便受到抗量子簽名演算法的保護。在量子計算機可以運行 Shor 演算法之前，沒有及時遷移的用戶將面臨比特幣以某種方式被盜的風險。

如果比特幣沒有及時轉移到安全地址，比特幣協議也可能會升級以阻止比特幣被消費。這種措施意味著原始所有者也會丟失比特幣——但是，當然，無論如何，他們很可能會將比特幣丟失給攻擊者。（有人建議，這些比特幣可能會被其合法所有者通過零知識證明密碼術解鎖——但這仍然是非常投機的。）

鑒於量子計算的當前發展狀況，預計比特幣將有足夠的提前警告，表明需要進行升級。專家認為，我們還沒有接近那個時間點。

量子計算機或許能夠比傳統計算機更快地挖掘比特幣。然而，因為比特幣挖掘是基於散列（而不是公鑰密碼學），所以它可能不會被破壞到任何有意義的程度。

相反，量子計算的出現可能會導致一場新的軍備競賽，以建立最快的采礦硬體，直到找到新的平衡點。當 GPU 取代 CPU 和 ASIC 取代 GPU 時，比特幣挖礦格局已經發生了類似的演變。

Ⅵ 熒光光譜中量子產率怎麼算

量子產率=（生成產物的分子數）/（吸收的量子數）。

解析：量子產率作為光化學反應中光量子的利用率，定義為進行光化學反應的光子與吸收總光子數之比。符號為ψ，Y。積分量子產率為Ф進行光化學反應的光子數/吸收光子數。

對於光化學反應，ψ=反應物消耗(或產物產生)的數量/吸收光子數量。微分量子產率為φ=(d[x]/dt)/n。式中d[x]/dt為某可測量量的變率，n為單位時間內所吸收的光子數(摩爾或愛因斯坦)。ψ可用於光物理過程或光化學反應。

光子具有波粒二象性

即說光子既具有一粒一粒的粒子的特性又有像聲波一樣的波動性。當時間為瞬時值時，光子以粒子的形式傳播；當時間為平均值時，光子以波的形式傳播。光子的波動性由光子的衍射而證明，光子的粒子性是由光電效應證明。

上面有人認為光子的動質量為零是錯誤的，光子的靜質量為零，否則的話其動質量將為無窮大。但其動質量卻是存在的，計算方法是這樣的：首先，由於頻率為v的光子的能量為E=hv，（其中h為普朗克常數），故由質能公式可得其質量為：m=E/c2=hv/c2其中c2表示光速的平方，該方法由愛因斯坦首先提出。