量子计算含义范文

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第1篇

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2篇

关键词： 量子概率； 量子三叉树；量子B-S模型；量子期权敏感性

中图分类号：F830； O413 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）01-0014-03

0 引言

量子金融是量子概率应用于金融市场的研究，体现了期权定价[1]思想上的创新。目前，国内外学者在这方面已做了一定的工作。陈泽乾[2]提出二项式期权定价量子模型。E.Sega[3]用量子效应解释在金融市场期权价格的不规则变化。Emmanuel和E.Have[4]描述了在量子系统中，Black-Scholes模型的具体含义。Belal.E.Baaquie[5]研究了基于量子理论的有息债券欧式期权利率模型。Liviu-Adrian Cotfas[6]借助Fourier变换和量子算符模型分析股票信息与价格的关系。本文建立了量子三叉树模型。根据期权折现流在量子概率下是一个鞅过程，给出了量子概率在金融问题中的作用。同时根据Tailor公式，用量子力学过程代替经典随机过程描述股票价格，在股票价格St遵循量子Brown运动的情形下，得到连续量子B-S模型。实例应用和Matlab仿真都证实了量子B-S的有效性。一方面简化了期权计算，另一方面更好地揭示了金融市场的量子特征。

1 量子三叉树模型

2 连续量子Black-Scholes模型

定理2. 量子期权平价公式

在任意一个时刻t

证明：在t=0时刻，由文献[9]可以构造两个量子投资组合φ1=c+Ke-rT，φ2=p+S。

设Vt（φ）是投资组合φ在时刻t的财富值，考虑上面两个量子投资组合，在t=T时刻的值

VT（φ1）=VT（c）+VT（Ke-rT）=（ST-K）++K=max{K，ST}

VT（φ2）=VT（p）+VT（S）=（K-ST）++ST=max{K，ST}

故VT（φ1）=VT（φ2），从而得到Vt（φ1）=Vt（φ2），即ct+Ke-r（T-t）=pt+St成立。

有了量子期权平价公式，由量子B-S算出看涨期权的价格，就可以得出看跌期权的价格。

4 实例应用

5 量子欧式期权敏感性[10]应用

以下是用MATLA对欧式期权敏感性做的仿真：

图1和图2表示期权标的物的价格波动性变动对期权价格的影响程度，数学表达式■，f为Black-Scholes期权定价公式中期权价格函数C。颜色反映灵敏度，下面是量子图，它比上面的经典图更能体现细微的波动值的变动。

6 结论

本文以量子概率的角度，利用量子力学理论建立了量子三叉树和量子Black-Scholes模型，处理了复杂期权定价问题。实例应用和敏感性分析都证实了量子B-S模型的有效性，量子期权图对金融市场标的物的价格细微波动变化反应更敏感，更能体现金融市场的量子特征。

参考文献：

[1]J.C. Hull. Options， Futures and Other Derivatives[M]. Prentice Hall， Inc， 2009.

[2]Zeqian Chen. Quantum theory for the binomial model in finance theory [J].Journal of systems science and complexity， 2004， 17：567-573.

[3]Segal W， Segal I E. The Black-Scholes pricing formula in the quantum context[J].Economic Sciences， 1998， 95（3）：4072-4075.

[4]E.Haven. Pilot-wave theory and financial option pricing[J].International Journal of theoretical Physica，2005，44（11）：1957-1962.

[5]Belal.E.Baaquie. The minimal length uncertainty and the quantum model for the stock market [J].Physica A， 2012， 391：2100-2105.

[6]Liviu-Adrian Cotfas. A finite dimensional quantum model for the stock market[J].Physica A， 2013，392：371-380.

[7]P.A.M.Dirac. The Principles of Quantum Mechanics.[M]. Science Press，2011.

[8]姜礼尚.期权定价的数学模型和方法[M].北京：高等教育出版社，2010：10-13.

第3篇

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