中玖说网量子计算方法

Ⅰ 量子化学计算方法的分类

主要分为：①分子轨道法（简称MO法，见分子轨道理论）；②价键法（简称VB法，见价键理论）。以下只介绍分子轨道法，它是原子轨道对分子的推广，即在物理模型中，假定分子中的每个电子在所有原子核和电子所产生的平均势场中运动，即每个电子可由一个单电子函数（电子的坐标的函数）来表示它的运动状态，并称这个单电子函数为分子轨道，而整个分子的运动状态则由分子所有的电子的分子轨道组成（乘积的线性组合），这就是分子轨道法名称的由来。
分子轨道法的核心是哈特里－福克－罗特汉方程，简称HFR方程，它是以三个在分子轨道法发展过程中做出卓着贡献的人的姓命名的方程。1928年D.R.哈特里提出了一个将 个电子体系中的每一个电子都看成是在由其余的 -1个电子所提供的平均势场中运动的假设。这样对于体系中的每一个电子都得到了一个单电子方程（表示这个电子运动状态的量子力学方程），称为哈特里方程。使用自洽场迭代方式求解这个方程（见自洽场分子轨道法），就可得到体系的电子结构和性质。哈特里方程未考虑由于电子自旋而需要遵守的泡利原理。1930年，B.A.福克和J.C.斯莱特分别提出了考虑泡利原理的自洽场迭代方程，称为哈特里－福克方程。它将单电子轨函数（即分子轨道）取为自旋轨函数（即电子的空间函数与自旋函数的乘积）。泡利原理要求，体系的总电子波函数要满足反对称化要求，即对于体系的任何两个粒子的坐标的交换都使总电子波函数改变正负号，而斯莱特行列式波函数正是满足反对称化要求的波函数。将哈特里－福克方程用于计算多原子分子，会遇到计算上的困难。C.C.J.罗特汉提出将分子轨道向组成分子的原子轨道（简称AO）展开，这样的分子轨道称为原子轨道的线性组合（简称LCAO）。使用LCAO-MO，原来积分微分形式的哈特里－福克方程就变为易于求解的代数方程，称为哈特里－福克－罗特汉方程，简称HFR方程。

Ⅱ 量子计算机的基本原理是什么

20世纪60年代至70年代，人们发现能耗会导致计算机中的芯片发热，极大地影响了芯片的集成度，从而限制了计算机的运行速度。研究发现，能耗来源于计算过程中的不可逆操作。那么，是否计算过程必须要用不可逆操作才能完成呢？问题的答案是：所有经典计算机都可以找到一种对应的可逆计算机，而且不影响运算能力。既然计算机中的每一步操作都可以改造为可逆操作，那么在量子力学中，它就可以用一个幺正变换来表示。早期量子计算机，实际上是用量子力学语言描述的经典计算机，并没有用到量子力学的本质特性，如量子态的叠加性和相干性。在经典计算机中，基本信息单位为比特，运算对象是各种比特序列。与此类似，在量子计算机中，基本信息单位是量子比特，运算对象是量子比特序列。所不同的是，量子比特序列不但可以处于各种正交态的叠加态上，而且还可以处于纠缠态上。这些特殊的量子态，不仅提供了量子并行计算的可能，而且还将带来许多奇妙的性质。与经典计算机不同，量子计算机可以做任意的幺正变换，在得到输出态后，进行测量得出计算结果。因此，量子计算对经典计算作了极大的扩充，在数学形式上，经典计算可看作是一类特殊的量子计算。量子计算机对每一个叠加分量进行变换，所有这些变换同时完成，并按一定的概率幅叠加起来，给出结果，这种计算称作量子并行计算。除了进行并行计算外，量子计算机的另一重要用途是模拟量子系统，这项工作是经典计算机无法胜任的。

无论是量子并行计算还是量子模拟计算，本质上都是利用了量子相干性。遗憾的是，在实际系统中量子相干性很难保持。在量子计算机中，量子比特不是一个孤立的系统，它会与外部环境发生相互作用，导致量子相干性的衰减，即消相干。因此，要使量子计算成为现实，一个核心问题就是克服消相干。而量子编码是迄今发现的克服消相干最有效的方法。主要的几种量子编码方案是：量子纠错码、量子避错码和量子防错码。量子纠错码是经典纠错码的类比，是目前研究的最多的一类编码，其优点为适用范围广，缺点是效率不高。

迄今为止，世界上还没有真正意义上的量子计算机。但是，世界各地的许多实验室正在以巨大的热情追寻着这个梦想。如何实现量子计算，方案并不少，问题是在实验上实现对微观量子态的操纵确实太困难了。目前已经提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束缚离子、电子或核自旋共振、量子点操纵、超导量子干涉等。现在还很难说哪一种方案更有前景，只是量子点方案和超导约瑟夫森结方案更适合集成化和小型化。将来也许现有的方案都派不上用场，最后脱颖而出的是一种全新的设计，而这种新设计又是以某种新材料为基础，就像半导体材料对于电子计算机一样。研究量子计算机的目的不是要用它来取代现有的计算机。量子计算机使计算的概念焕然一新，这是量子计算机与其他计算机如光计算机和生物计算机等的不同之处。量子计算机的作用远不止是解决一些经典计算机无法解决的问题。摘自《科技日报

Ⅲ 迄今最快量子计算！比现有自旋双量子门快200倍

2018年澳大利亚年度人物米歇尔·西蒙斯教授领导的一组科学家在硅原子量子位元之间实现了第一个双量子位元门，这是该团队建造原子规模量子计算机的一个重要里程碑。这项关键性的研究发表在世界着名的《自然》杂志上。

一个双量子位门是任何一台量子计算机的核心组成部分，新南威尔士大学团队的版本是迄今为止在硅材料中演示过的最快的，在0.8纳秒内完成一个操作，比现有的基于自旋的双量子位门快200倍。

在西蒙斯小组的方法中，双量子位门是两个电子自旋之间的一种操作——类似于传统电子学中经典逻辑门的作用。这是第一次，研究小组能够通过将两个原子量子位元比以往任何时候更紧密地放在一起，然后——实时地——控制地观察和测量它们的自旋状态，来构建一个双量子位元栅极。

该团队独特的量子计算方法不仅需要在硅中放置单个原子量子位元，还需要所有相关电路在纳米级初始化、控制和读出量子位元——长期以来，人们一直认为这是不可能实现的。但是有了这个重要的里程碑，团队现在已经准备好将他们的技术转化为可伸缩的处理器。

西蒙斯教授是量子计算与通信技术卓越中心(CQC2T)的主任，也是硅量子计算Pty有限公司的创始人。

她说:“原子量子位元保持着硅中量子位元最长相干时间的世界纪录，具有最高的可靠性。”“利用我们独特的制造技术，我们已经证明了在硅原子量子位元上读取和初始化单个电子自旋的能力，精确度非常高。我们还证明了我们的原子级电路是迄今为止设计用于连接半导体量子位元的所有系统中电子噪声最低的。

“利用原子精度优化设备设计的各个方面，现在让我们能够构建一个真正快速、高精度的双量子比特门，这是一个可伸缩的、基于硅的量子计算机的基本构件。

“我们已经证明，在原子尺度上控制世界是可能的，而且这种方法的好处是革命性的，包括我们的系统运行的惊人速度。”

新南威尔士大学科学系主任、教授艾玛·约翰斯顿·奥(Emma Johnston AO)说，这篇重要的论文进一步显示了西蒙斯教授的研究是多么具有开创性。

这是米歇尔团队最后的里程碑之一，展示了他们实际上可以用原子量子位元制造量子计算机。他们的下一个主要目标是建立一个10量子比特的量子集成电路，我们希望他们能在3-4年内实现这一目标。”

用量子位元来接近和接近——精确到十亿分之一米的工程

利用扫描隧道显微镜精确定位并将磷原子封装在硅中，研究小组首先必须计算出两个量子位元之间的最佳距离，以便进行关键的操作。

“我们的制造技术允许我们把量子位精确地放到我们想要的地方。这使我们能够尽可能快地设计我们的双量子位门。

“自从上次突破以来，我们不仅把量子位元拉近了，而且学会了以亚纳米级的精度控制设备设计的各个方面，以保持高可靠性。”

实时观察和控制量子位相互作用

然后，研究小组能够实时测量量子位元的状态是如何演变的。最令人兴奋的是，研究人员展示了如何在纳米秒级上控制两个电子之间的相互作用强度。

“重要的是，我们能够使量子位元的电子距离更近或更远，有效地打开和关闭它们之间的相互作用，这是量子门的先决条件，”另一位主要合着者YuHe说。

“量子比特的电子受到严格限制，这是我们的方法所特有的，而且我们的系统固有的低噪声使我们能够展示出迄今为止硅材料中最快的两个量子比特门。”

“我们演示的量子门，即所谓的交换门，也非常适合在量子比特之间传输量子信息——当与单个量子比特门结合时，你可以运行任何量子算法。”

一件物理上不可能的事?现在不是了

西蒙斯教授说，这是20年工作的顶峰。

“这是一个巨大的进步:能够在最小的水平上控制自然，这样我们就能在两个原子之间创造相互作用，同时又能在不干扰对方的情况下彼此单独交谈，这令人难以置信。”很多人认为这是不可能的，”她说。

“一直以来的承诺是，如果我们能在这个尺度上控制量子位元世界，它们就会很快，而且确实如此!”

Ⅳ 量子计算的基本原理

量子的重叠与牵连原理产生了巨大的计算能力。普通计算机中的2位寄存器在某一时间仅能存储4个二进制数（00、01、10、11）中的一个，而量子计算机中的2位量子位（qubit）寄存器可同时存储这四个数，因为每一个量子比特可表示两个值。如果有更多量子比特的话，计算能力就呈指数级提高。 量子位（qubit）是量子计算的理论基石。在常规计算机中，信息单元用二进制的 1 个位来表示，它不是处于“ 0” 态就是处于“ 1” 态. 在二进制量子计算机中，信息单元称为量子位，它除了处于“ 0” 态或“ 1” 态外，还可处于叠加态（super posed state) . 叠加态是“ 0” 态和“ 1” 态的任意线性叠加，它既可以是“ 0” 态又可以是“ 1” 态，“ 0” 态和“ 1” 态各以一定的概率同时存在. 通过测量或与其它物体发生相互作用而呈现出“ 0” 态或 “ 1” 态.任何两态的量子系统都可用来实现量子位，例如氢原子中的电子的基态（gro und state）和第 1 激发态（f irstex cited state)、 质子自旋在任意方向的+ 1/ 2 分量和- 1/ 2 分量、 圆偏振光的左旋和右旋等。
一个量子系统包含若干粒子，这些粒子按照量子力学的规律运动，称此系统处于态空间的某种量子态.态空间由多个本征态（eigenstate) （即基本的量子态）构成，基本量子态简称基本态（basic state）或基矢（basic vector) . 态空间可用Hilbert 空间（线性复向量空间）来表述，即Hilbert 空间可以表述量子系统的各种可能的量子态.为了便于表示和运算，Dirac提出用符号 x〉 来表示量子态，x〉 是一个列向量，称为ket ；它的共轭转置（conjugate t ranspose) 用〈 x 表示，〈 x 是一个行向量，称为bra.一个量子位的叠加态可用二维Hilbert 空间（即二维复向量空间）的单位向量 〉 来描述，其简化的示意图如右图所示. 量子计算将有可能使计算机的计算能力大大超过今天的计算机，但仍然存在很多障碍。大规模量子计算所存在的一个问题是，提高所需量子装置的准确性有困难。
世界上第一台商用量子计算机
加拿大量子计算公司D-Wave于2011年5月11日正式发布了全球第一款商用型量子计算机“D-Wave One”，量子电脑的梦想距离我们又近了一大步。D-Wave公司的口号就是——“Yes,you can have one.”。其实早在2007年初，D-Wave公司就展示了全球第一台商用实用型量子计算机“Orion”（猎户座），不过严格来说当时那套系统还算不上真正意义的量子计算机，只是能用一些量子力学方法解决问题的特殊用途机器。
时隔四年之后，D-Wave One终于脱胎换骨、正式登场。它采用了128-qubit（量子比特）的处理器，四倍于之前的原型机，理论运算速度已经远远超越现有任何超级电子计算机。另外，D-wave公司将会在2013年1月将其升级至512量子比特。不过呢，也别太兴奋，这个大家伙现在还只能处理经过优化的特定任务，通用任务方面还远不是传统硅处理器的对手，而且编程方面也需要重新学习。 另外，为尽可能降低qubit的能级，需要利用低温超导状态下的铌产生qubit，D-Wave 的工作温度需保持在绝对零度附近（20 mK） 。
最后就是价格，2011年，NASA和Google分别以约一千万美元购置了一台512位qubit的D-Wave量子计算机 。这绝对是天价中的天价了，不过也是新技术开端的必然，就像当初的第一台电子计算机ENIAC造价就有40万美元（二十世纪四十年代的40万美元）。

Ⅳ 什么是量子计算

量子计算是一种基于量子物理学的计算形式。经典计算机依靠位（零或一）进行计算，而量子计算机使用利用量子力学以“叠加”形式存在的量子位（量子位）：零和一的组合，每个都有一定的概率。例如，一个量子位可能有 80% 的几率为零，20% 的几率为零。或者 60% 的机会为零，40% 的机会成为 1。等等。

1980 年代，物理学家保罗·贝尼奥夫 (Paul Benioff) 首次提出了量子计算的概念。不久之后，理论物理学家理乍得·费曼和数学家尤里·曼宁率先提出量子计算机可以解决经典计算机无法解决的问题。事实上，在 1990 年代，数学家 Peter Shor 开发了一种算法，量子计算机可以用它来破解公钥密码学：“ Shor 算法”——如果量子计算机变得足够强大的话。

2019 年 10 月，经过数十年的研究，谷歌正式宣称已达到“量子霸权”。这实质上意味着量子计算机解决了经典计算机无法解决的问题。或者，更具体地说，它在 200 秒内解决了一个问题，即使是最强大的经典超级计算机也需要 10,000 年才能解决。

虽然这是一个重大突破，但量子计算机似乎离运行 Shor 的算法还有很长的路要走。一方面，目前的量子计算机还不够强大，而且不清楚扩大这项技术的难易程度。此外，要真正发挥作用，量子计算机依赖于一种称为“纠错”的技术解决方案，这仍然是一个挑战。

预测这项技术的未来发展很困难，但可以运行 Shor 算法的量子计算机可能需要数年甚至数十年的时间——也许它们根本不可能实现。

如果量子计算机能够运行 Shor 算法并破解公钥密码学，那么比特币确实可能会受到攻击。具体来说，一些硬币可能会被盗。

然而，有些人认为盗窃会受到一定程度的限制。虽然所有硬币都由公钥加密（目前是 ECDSA 算法）保护，但大多数硬币也由 SHA256 散列算法保护。只有当这两种算法都被破解时，所有硬币才能彻底被盗，但目前看来 SHA256（或任何其他哈希算法）似乎无法被量子计算机破解。

也就是说，大量的硬币只能通过公钥密码术来保护。目前的估计表明，如果公钥密码体制被破解，大约 500 万比特币将被盗。以下是比特币可能面临风险的一些情况：

事实上，即使比特币同时受到公钥和哈希的保护，在“量子世界”中安全地使用这种比特币也可能是一个挑战。当用户尝试花费他们的比特币并通过比特币网络传输交易时，攻击者将有机会尝试窃取资金。此时，攻击者可以在交易确认之前尝试破解公钥加密，然后将比特币重新发送到他自己的地址之一。

我只想说，如果量子计算机突然变得比任何人预期的都要强大，比特币就会有问题。

需要注意的是，如果可以运行肖尔算法的量子计算机突然出现，比特币不太可能成为第一个或主要的目标。公钥加密可以保护世界上几乎所有其他数字信息，包括军事情报、银行数据和其他现有金融基础设施、通信网络等。

是的，比特币协议可以升级为抗量子。

简而言之，比特币的签名算法将不得不被量子抗性签名算法所取代。由于隔离见证的激活，比特币的签名算法可以通过向后兼容的软分叉升级相对容易地被替换。（当前的 ECDSA 签名算法可能会在不久的将来通过软分叉被 Schnorr 签名算法部分取代。）

升级后，用户应该将他们的比特币迁移到新地址，以便受到抗量子签名算法的保护。在量子计算机可以运行 Shor 算法之前，没有及时迁移的用户将面临比特币以某种方式被盗的风险。

如果比特币没有及时转移到安全地址，比特币协议也可能会升级以阻止比特币被消费。这种措施意味着原始所有者也会丢失比特币——但是，当然，无论如何，他们很可能会将比特币丢失给攻击者。（有人建议，这些比特币可能会被其合法所有者通过零知识证明密码术解锁——但这仍然是非常投机的。）

鉴于量子计算的当前发展状况，预计比特币将有足够的提前警告，表明需要进行升级。专家认为，我们还没有接近那个时间点。

量子计算机或许能够比传统计算机更快地挖掘比特币。然而，因为比特币挖掘是基于散列（而不是公钥密码学），所以它可能不会被破坏到任何有意义的程度。

相反，量子计算的出现可能会导致一场新的军备竞赛，以建立最快的采矿硬件，直到找到新的平衡点。当 GPU 取代 CPU 和 ASIC 取代 GPU 时，比特币挖矿格局已经发生了类似的演变。

Ⅵ 荧光光谱中量子产率怎么算

量子产率=（生成产物的分子数）/（吸收的量子数）。

解析：量子产率作为光化学反应中光量子的利用率，定义为进行光化学反应的光子与吸收总光子数之比。符号为ψ，Y。积分量子产率为Ф进行光化学反应的光子数/吸收光子数。

对于光化学反应，ψ=反应物消耗(或产物产生)的数量/吸收光子数量。微分量子产率为φ=(d[x]/dt)/n。式中d[x]/dt为某可测量量的变率，n为单位时间内所吸收的光子数(摩尔或爱因斯坦)。ψ可用于光物理过程或光化学反应。

光子具有波粒二象性

即说光子既具有一粒一粒的粒子的特性又有像声波一样的波动性。当时间为瞬时值时，光子以粒子的形式传播；当时间为平均值时，光子以波的形式传播。光子的波动性由光子的衍射而证明，光子的粒子性是由光电效应证明。

上面有人认为光子的动质量为零是错误的，光子的静质量为零，否则的话其动质量将为无穷大。但其动质量却是存在的，计算方法是这样的：首先，由于频率为v的光子的能量为E=hv，（其中h为普朗克常数），故由质能公式可得其质量为：m=E/c2=hv/c2其中c2表示光速的平方，该方法由爱因斯坦首先提出。