量子计算论文范文

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第1篇

资料数据库具有数据结构化、冗余度低、程序与数据独立性较高、能批量处理数据、易于扩充和索引、易于编制应用程序、同时可清晰表达SCL配置档等优点，故选用测量资料数据库来完成SCL配置档的数据建模，利用现有数据库的存储、备份、恢复、并发控制等技术可有效地对数据进行管理。借助数据库技术，根据数据挖掘标准关于数据模型的描述，把SCL档提供的配置信息进行关联、配置，导入数据库中，根据需要导出数据库相关的信息，映射转换成符合要求的配置档，实现信息复用的目的。在数据库中，表是数据信息存储的基本结构，表的设计可以决定显示模块和其他功能模块从数据库中提取数据的方式。在采集编程描述信息SSD档时，通过在数据库中设计了一系列的表，以实现矿区测量数据存取、查询、修改、备份和维护等基本功能。

2计算机ICD档建表设计

ICD档一般由厂商提供，供配置工具使用，由于ICD档包含的信息量不小，在建表时，不可能将这些信息全都存放在数据库中，这样会影响数据库的运行，所以数据库的结构设计应尽量简洁，只需将必要的信息存储在数据库中，方便图形显示界面模块调用数据。ICD档包含的信息可分为标记和数据两部分，其中标记部分的由数据挖掘标准规定，属于静态部分，不需要建表存储在数据库中；而数据部分则需要根据实际情况而定，属于动态部分，也是数据库的关键内容，故需要建表存储在数据库中。

3XML与测量资料数据库建立

编程自动化系统一般采用测量资料数据库来管理编程中的相关数据，数据库中包含多张表，表中的数据都是以行和列的二维表形式组织在一起的，每行表达了一个唯一的数据记录，列也称为“字段”，表示数据的种类或属性。各表之间通过某种联系关联起来，组成我们需要的数据库。为了实现互操作性和可扩展性，数据挖掘标准通过采用面向对象的方法建立编程设备的对象模型，定义了基于Client/Server的分层数据模型，数据对象描述方法及面向对象的服务。

4XML测量资料存储系统构建

目前，XML数据的存储方式基本上可分为三类：档系统、存储管理器和数据库管理系统。数据库管理系统方式中的基于测量资料数据库的XML存储管理是一种应用比较广泛的方法。根据存储时是否使用XML模式，基于测量资料数据库的XML存储方法又能分为结构映射和模型映射。不管采用哪种映射方法，都需要先对矿区测量资料进行编码。XML编码是指对XML文档树的每个节点都按一定的算法进行惟一性编码，根据任两个节点的编码，能够直接判断这两个节点之间是否有祖先、后代等结构关系。目前已经提出了多种XML编码方案，如区域编码、前缀编码、素数编码等。

5矿区测量资料查询系统

建立测量资料查询是矿区测量资料存储的逆操作，是指从关系表中提取存储在其中的数据和一些元数据，与相应元素或属性一起重新组成符合XML规范的形式。换句话说，查询矿区测量资料是将散落在多个关系表中的数据重新整合，形成一个完整的XML。相对于XML存储系统，XML查询系统的设计较简单。查询系统需能恢复原矿区测量资料片断的结构和内容，同时保证XML数据的完整性和一致性。设计的主要思想是通过获取节点编号Num，在测量资料数据库中查找对应的关系模式表的信息，再将查询的数据重新组合成XML文档片断。

6结语

第2篇

在世界经济发展到知识经济的今天，人才的作用已初见端倪，世界高新技术革命的浪潮，已经把世界经济的竞争从物质资源竞争推向人力资源的竞争，掌握知识和技术，具有创新精神和创造能力的人才已成为经济社会发展的主导。对人力资源的开发、利用和管理将是企业经营管理的根本所在。一个企业是否具有竞争力，是否具有发展前景，决定因素已不限于经营规模的大小，财产物质的多少，而是更取决于是否拥有丰富的人力资源，是否对人力资源进行持续、有效的投资、开发和利用。经济发展水平越高，人力资源在经济发展中的作用也越大，人才成为经济资源中最重要的因素，是企业财富的真正象征和源泉。因此，将人力资源作为资产，对其加以确认、计量、记录和报告，以满足企业管理者和企业外部利益关系人对经济决策的信息需要，这成为时代的必然要求。

人力资源会计是通过对企业中人力资源投资的成本、价值进行确认、计量、记录和报告，以为利益相关者提供企业的人力资源信息，便于他们做出正确的经济决策。它是企业专门计量和反映人力资源信息的会计程序和方法。

我国传统会计核算体系将人力投资支出费用化，难以对人力资源进行确认、计量、记录和报告，在人力资源投资迅猛增加、人力资源支出比重日益加大的今天，费用化往往导致低估企业收益，而在人力资源损耗阶段却又会高估收益，这与真实的情况不符合，必然导致会计信息不真实，无法为企业管理当局、广大投资者、债权人、国家经济管理部门提供他们所需要的人力资源信息。建立了人力资源会计后，改变了传统会计把人力资源支出都作为当期费用列支的做法，而是将人力资源投资支出资本化，确认人力资产为企业的重要资产，同时确认劳动者的权益，并按贡献大小参与企业盈余的分配，促使企业的经营者、管理者、劳动者充分重视人力资产的作用，承认劳动者的贡献和权益，发挥劳动者的积极性和聪明才智，为企业和社会创造更多的财富。

人力资源会计是人力资源管理与会计学相结合的新学科，是会计学科发展的一个新领域。

二、人力资源会计的确认

1、首先，人力资源是企业的资产。人力资源会计与传统会计的本质区别就在于人力资源会计将人力资源投资视为资产，而传统会计则作为费用。所以谈论人力资源会计，首先就要确认人力资源是否是资产？

资产，是企业拥有或控制的，能够以货币计量，预期能为企业带来经济利益流入的经济资源。据此定义，人力资源是企业的资产，因为人力资源是指人的劳动能力，劳动者的这种劳动能力显然是可以给企业带来经济利益的流入的；而且，人力资源的成本，即企业投资在人力资源上的招聘费、培训费、保险费、工资及福利费等支出都是能够以货币计量的；还有，人力资源也是企业可以实际控制的，一旦劳动者被企业雇佣，他的劳动力事实上就已经为企业所控制，在劳动契约解除以前，劳动者不能再自由的向他人出售劳动力，特别是正常上班时间，劳动者的时间和所做的事都不能为自己所控制。所以，企业的人力资源是企业所拥有或控制的，能够以货币计量，能为企业带来经济利益流入的重要经济资源，是企业的重要资产。

2、其次，人力资源应属企业的无形资产。因为，无形资产是不具有实物形态的非货币性资产，具有无实物形态、用于生产商品或提供劳务、出租给他人或为管理而持有、可以在一个以上的会计期间为企业提供经济效益、所提供的未来经济效益具有不确定性等特征。人力资源符合上述定义和特征：（1）人力资产不具备实物形态。人力资产本质上是指员工的服务能力和潜力，这种能力、潜力是没有实物形态的；（2）人力资产是用于生产商品、提供劳务或管理的人力资源；（3）人力资产投资的受益期通常在一个会计期间以上，服务期低于一个会计期间的员工的工资等支出一般直接计入当期损益，而不予以资本化；（4）人力资产到底能为企业带来多大的效益是很难估计的，另外，由于人才的流动性大，使人力资产的受益期事实上也很难确定。综上所述，人力资源应属企业的无形资产。

三、人力资源会计的计量

人力资源会计的计量是指人力资产的计价问题，其关键是对投资在人力资源上的支出进行资本化与费用化的划分。人力资源投资支出主要包括以下四个部分：

1、取得人力资源的支出。指企业为获得人力资源所发生的各项支出，包括：招聘广告费，支付招聘中介机构手续费，招聘人员的差旅费、接待费、材料费，招聘面试费，体检费，从事招聘工作人员的工资、奖金，支付被录用人员的迁移费、差旅费及安置时的行政费用等。

2、维护人力资源的支出。指企业对所聘用的员工，在企业正常生产经营期间所发生的各项经常性支出，如工薪及奖金支出、劳动保健支出、医疗保健支出、社会保险支出、人事管理部门支出等。

3、开发人力资源的支出。指企业为提高员工的素质和技能而发生的各项支出，如见习支出、岗前培训支出，在职培训支出，脱产培训支出等。

上述支出并非都计入人力资产的成本予以资本化，而是只有那些受益期限超过一年以上的支出才予以资本化，其余的则应费用化。具体讲，就是将发生额比较大的人力资源取得支出和开发支出予以资本化，而将日常维护支出和发生额比较小的人力资源取得支出和开发支出予以费用化，直接计入当期损益。

由于人力资源的投资成本与其实际价值往往不符，由此会对会计信息的决策相关性与有用性带来影响。为弥补这一缺陷，我个人认为可以通过采用一定的合理的方法和程序，对人力资产的实际价值（预期未来现金流量的现值）进行评估、估价或描述，并将该信息在会计报告附注中予以适当披露。

四、人力资源会计的核算

（一）人力资源会计核算的基本原则

1、重要性原则。人力资源会计应重点核算和提供企业骨干性人力资源的信息，并将投资在这部分人力资源上的支出作为资本性支出，计入人力资产的成本，并在以后使用过程中分期摊销，这些信息应重点加以揭示；而对一般性职员的相关支出则直接费用化。这样区别核算，既能提供更加相关的会计信息，又可简化核算，体现重要性原则。

2、历史成本原则。即将招聘、培训和开发人才等一切人力资源方面的支出作为人力资产的成本入账，其数据根据原始发生额归集，客观可靠。

3、成本效益原则。人力资源会计在很多方面发挥了较大的作用，但在核算时还应考虑对那些核算成本较高，对决策意义不大的核算项目可不予揭示。

4、划分资本性支出与收益性支出原则。将形成人力资产的数额相对较大的招聘广告费、职工培训费、职工教育经费、稀有人才离职损失费等作为资本性支出，予以资本化；而将发生额比较均衡的日常工资及福利费，发生额较小的招聘费、培训费等支出直接计入当期损益，作为收益性支出。

（二）账户设置

人力资源会计核算主要涉及资本化人力资源成本的归集分配、人力资产价值的确认、人力资产成本的摊销、人力资产价值损失以及费用化人力资源支出的处理等几部分。为此，需要设置如下基本账户：

1、“人力资产”账户：总括反映人力资产的增减变动情况。其借方反映人力资产的增加，贷方反映人力资产的减少，余额一般在借方，反映现有人力资产的历史成本和重置成本，本账户按职工类别设置明细账户。

2、“人力资产摊销”账户：其贷方反映人力资产的累计分期摊销额，借方反映因退休、离职等原因退出企业的职工之累计摊销额，余额表示现有人力资产的累计摊销额，本账户应按照对应的人力资产明细账设立相应的明细账户。其备抵“人力资产”账户后剩下的余额反映“人力资产”投资成本的摊余价值。

3、“人力资产取得和开发”账户：这是个成本计算性质的过渡账户，用以分类汇集企业在人力资产上的投资成本，借方反映人力资产投资支出的实际数额，贷方反映人力资源取得和开发完成后转入“人力资产”账户的金额，期末余额在借方，表示尚处于取得和培训阶段的人力资源投资成本。本账户应设置“人力资产取得成本”和“人力资产开发成本”两个明细账户分别核算。

4、“劳动者权益”账户：该账户属于劳动者权益类账户，用来反映职工因投入劳动力而对企业享有的权益。职工加入企业为企业投入人力资产时，劳动者权益增加记贷方，当职工离开企业导致劳动者权益减少时记借方。期末余额在贷方，表示企业劳动者对企业享有的权益总额。本账户应按照劳动者的类别和具体名称设置明细账核算。

（三）基本账务处理

1、当雇员被录用时，应该根据人力资源评估机构对其评估的价值，借记“人力资产”账户，贷记“劳动者权益”账户。年终，企业应对其人力资源价值进行评估清查，如评估价大于原账面价值，应按差额部分，借记“人力资产”账户，贷记“劳动者权益”账户，反之，则作相反的分录。当雇员被解雇后应按评估价值借记“劳动者权益”账户，贷记“人力资产”账户。

2、企业进行人力资源投资，发生应予资本化的招聘、选拔、培训、开发等费用时，借记“人力资产取得和开发”账户，贷记“现金”、“银行存款”等账户，雇员正式交付给有关部门使用，结转人力资源开发成本时，借记“人力资产”账户，贷记“人力资产取得和开发”账户。发生应予费用化的日常维护支出（如工资、奖金等）时，借记“××费用”账户，贷记“应付工资”等账户。

3、摊销人力资源投资时，借记“××费用”账户，贷记“人力资产摊销”账户。

4、期末，将“人力资产”账户余额减去“人力资产摊销”账户余额，即得人力资产的摊余价值（净值）。

五、人力资源会计信息的报告与披露

对人力资源会计报告，我认为应分为两部分：对外报告与对内报告。

1、对外报告。（1）“人力资产”在财务报表中的列示，我认为可列于长期投资和固定资产之间，因为对人力资源投资而形成的人力资产，其持续期往往大于一年，而又一般短于固定资产的经济寿命，考虑到其流动性，应列示于长期投资和固定资产之间。将人力资产摊销列在人力资产项目之后，可揭示人力资产的净值。这样列示人力资产，可使管理者注意到企业人力资源的价值，并为提高人力资源效益而设计和执行最佳的管理决策。（2）与此同时，将“劳动者权益”项目列示在实收资本之后，以完整反映企业所有者权益。

第3篇

关键词:车流量法;折旧方法

目前,在高速公路公司中广泛采用车流量法的公路资产折旧办法。在高金平所著《最新税收政策疑难解析》中,就有某提问者介绍的这样一个案例:某高速公路有限公司与市交通委员会于2005年9月签订了某段项目特许经营权协议,协议中规定某高速公路有限公司在特许经营期及特许经营区域范围内,自行承担费用、责任和风险,融资、建设、运营、养护及最终移交项目设施、权利。特许经营期28年,自取得政府主管部门批准收费之日起计算,特许经营期满将项目移交政府。该公司的公路资产按“工作量法”计提折旧,方法为:测算28年的总工作量为6.6亿辆(即总车流量),总投资额为39亿元,然后按每年车流量计提折旧。

1车流量法在实际操作中的问题

仍以上面提到的案例为例。要采用车流量法计算折旧,首先要预测在特许经营期内的总车流量,该例中为6.6亿辆。实际的预测过程为:根据相关的分析,运用一定的数学模型,预测出特许经营期内各年的车流量,加总即为特许经营期内的总车流量。不失一般性,我们假设该例中预测的前三年的车流量分别为1、2、3千万辆。现在我们来考察该企业运营三年后的情况,实际的运营结果是不可能完全符合预测结果的。为方便说明,我们假设该企业的两种实际运营结果并加以讨论。

(1)假设前三年实际运营结果为2、3、4千万辆,由于实际的车流量比预测的车流量多,那么根据实际运营结果计算的折旧情况也比较大。照此发展,由于实际的车流量有可能在不到28年甚至不到20年的时间内就达到了预测的总车流量6.6亿辆,如果一直根据实际车流量计提折旧并且不修改预测的总车流量,将会在不到28年甚至不到20年的时间内提完折旧。

(2)假设前三年实际运营结果为0.5、1、2千万辆,由于实际的车流量比预测的车流量少,那么根据实际运营结果计算的折旧情况也比较小。照此发展,由于实际的车流量有可能在28年期满后仍达不到预测的总车流量6.6亿辆,如果一直根据实际车流量计提折旧并且不修改预测的总车流量,将会在28年期满后仍未提完折旧。

有些企业有定期根据实际运营情况修改预测总车流量的计划,那么在修改预测总车流量后,又会有两种情况:一种是仅以后年度以新的预测总车流量为基数计算折旧,以前年度已经计算的折旧不再调整,这种情况下会造成各个期间的单位车流量分担的折旧额不同;另一种情况是不仅以后年度以新的预测总车流量为基数计算折旧,以前年度已经计算的折旧也要追溯调整,这种情况下会造成整个特许经营期内单位车流量分担的折旧额一直处于不确定状态,直到期满后才能最终确定。

2工作量法的性质及适用要求

《企业会计准则第4号——固定资产》第十七条规定:企业应当根据与固定资产有关的经济利益的预期实现方式,合理选择固定资产折旧方法;可选用的折旧方法包括年限平均法、工作量法、双倍余额递减法和年数总和法等。国家税务总局规定(国税函〔2006〕452号):按照企业会计制度和相关会计准则的规定,工作量法是根据实际工作量计提固定资产折旧额的一种方法,与年限平均法同属直线折旧法;在会计处理上按工作量法计提固定资产折旧的纳税人,可依照《企业所得税税前扣除办法》第二十七条的规定进行税务处理。由此可见,工作量法是企业会计准则提供的备选固定资产折旧方法之一,在性质上属于直线折旧法。工作量法之所以能与年限平均法一样同属直线折旧法,是由于其与年限平均法一样具有直线折旧的属性。年限平均法是单位时间承担的折旧额相等,而工作量法是单位工作量承担的折旧额相等,二者均具有一定单位承担相同折旧额的特性。

但作为直线折旧法之一中的工作量法据用一定的适用条件。既然要使单位工作量承担相同的折旧额,这就要求拟采用工作量法折旧的固定资产具有这样的特性:介于资产的自身设计及构造,该项资产的使用寿命与其使用强度具有很直接的关系,而与资产的使用时间关系不是很大,而且该资产的总的可使用工作量能够事先得到合理的估计。典型的适合采用工作量法的资产例子为汽车,汽车就具有行驶到一定的历程后(即达到一定的工作量)就要报废的特性。我们知道,如果使用强度大即每年的行驶里程长,则汽车就用不了几年;而如果其使用强度小即每年的行驶里程短,则汽车就可以用好多年。换句话说,对于适合采用工作量法折旧的固定资产来讲,对它的使用寿命的估计是根据它的可达到的总工作量进行而不是根据使用年限进行的,因为只有这样才能更加符合该项资产的特性。

对于具备工作量法适用条件的资产,采用工作量法计算折旧会呈现下述特征:每单位工作量承担的折旧额可以事先确定,在达到总工作量也即提完折旧时资产已经或接近于报废。

3车流量法不属于工作量法

对于公路资产来讲,基于其自身的特性,它的使用寿命是很长的,正是在这一基础上才会有“特许经营期满将项目移交政府”的协议内容。而对于高速公路公司来讲,其拥有公路资产的时间是确定的,是协议约定的特许经营期,在上述案例中,这一期限是28年。这一期限是高速公路公司对公路资产的使用寿命的最合理的估计,因此,这一期限也就自然形成了对公路资产计算折旧的基础。特许经营期的这一基础地位也可以从车流量法的操作过程中体现出来。

第4篇

（一）在建筑材料方面的应用

水泥是重要的建筑材料之一。1993年，计算量子化学开始广泛地应用于许多水泥熟料矿物和水化产物体系的研究中，解决了很多实际问题。

钙矾石相是许多水泥品种的主要水化产物相之一，它对水泥石的强度起着关键作用。程新等[1,2]在假设材料的力学强度决定于化学键强度的前提下，研究了几种钙矾石相力学强度的大小差异。计算发现，含Ca钙矾石、含Ba钙矾石和含Sr钙矾石的Al-O键级基本一致，而含Sr钙矾石、含Ba钙矾石中的Sr，Ba原子键级与Sr-O，Ba-O共价键级都分别大于含Ca钙矾石中的Ca原子键级和Ca-O共价键级，由此认为，含Sr、Ba硫铝酸盐的胶凝强度高于硫铝酸钙的胶凝强度[3]。

将量子化学理论与方法引入水泥化学领域，是一门前景广阔的研究课题，它将有助于人们直接将分子的微观结构与宏观性能联系起来，也为水泥材料的设计提供了一条新的途径[3]。

（二）在金属及合金材料方面的应用

过渡金属(Fe、Co、Ni)中氢杂质的超精细场和电子结构，通过量子化学计算表明，含有杂质石原子的磁矩要降低，这与实验结果非常一致。闵新民等[4]通过量子化学方法研究了镧系三氟化物。结果表明，在LnF3中Ln原子轨道参与成键的次序是：d＞f＞p＞s，其结合能计算值与实验值定性趋势一致。此方法还广泛用于金属氧化物固体的电子结构及光谱的计算[5]。再比如说，NbO2是一个在810℃具有相变的物质(由金红石型变成四方体心)，其高温相的NbO2的电子结构和光谱也是通过量子化学方法进行的计算和讨论，并通过计算指出它和低温NbO2及其等电子化合物VO2在性质方面存在的差异[6]。

量子化学方法因其精确度高，计算机时少而广泛应用于材料科学中，并取得了许多有意义的结果。随着量子化学方法的不断完善，同时由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学在材料科学中的应用范围将不断得到拓展，将为材料科学的发展提供一条非常有意义的途径[5]。

二、在能源研究中的应用

（一）在煤裂解的反应机理和动力学性质方面的应用

煤是重要的能源之一。近年来随着量子化学理论的发展和量子化学计算方法以及计算技术的进步，量子化学方法对于深入探索煤的结构和反应性之间的关系成为可能。

量子化学计算在研究煤的模型分子裂解反应机理和预测反应方向方面有许多成功的例子,如低级芳香烃作为碳/碳复合材料碳前驱体热解机理方面的研究已经取得了比较明确的研究结果。由化学知识对所研究的低级芳香烃设想可能的自由基裂解路径，由Guassian98程序中的半经验方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的从头计算方法和考虑了电子相关效应的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法对设计路径的热力学和动力学进行了计算。由理论计算方法所得到的主反应路径、热力学变量和表观活化能等结果与实验数据对比有较好的一致性，对煤热解的量子化学基础的研究有重要意义[7]。

（二）在锂离子电池研究中的应用

锂离子二次电池因为具有电容量大、工作电压高、循环寿命长、安全可靠、无记忆效应、重量轻等优点，被人们称之为“最有前途的化学电源”，被广泛应用于便携式电器等小型设备，并已开始向电动汽车、军用潜水艇、飞机、航空等领域发展。

锂离子电池又称摇椅型电池，电池的工作过程实际上是Li+离子在正负两电极之间来回嵌入和脱嵌的过程。因此，深入锂的嵌入-脱嵌机理对进一步改善锂离子电池的性能至关重要。Ago等[8]用半经验分子轨道法以C32H14作为模型碳结构研究了锂原子在碳层间的插入反应。认为锂最有可能掺杂在碳环中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子轨道法对掺锂的芳香族碳化合物的研究表明，随着锂含量的增加，锂的离子性减少，预示在较高的掺锂状态下有可能存在一种Li-C和具有共价性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子轨道计算法，对低结晶度的炭素材料的掺锂反应进行了研究，研究表明，锂优先插入到石墨层间反应，然后掺杂在石墨层中不同部位里[11]。

随着人们对材料晶体结构的进一步认识和计算机水平的更高发展，相信量子化学原理在锂离子电池中的应用领域会更广泛、更深入、更具指导性。

三、在生物大分子体系研究中的应用

生物大分子体系的量子化学计算一直是一个具有挑战性的研究领域，尤其是生物大分子体系的理论研究具有重要意义。由于量子化学可以在分子、电子水平上对体系进行精细的理论研究，是其它理论研究方法所难以替代的。因此要深入理解有关酶的催化作用、基因的复制与突变、药物与受体之间的识别与结合过程及作用方式等，都很有必要运用量子化学的方法对这些生物大分子体系进行研究。毫无疑问，这种研究可以帮助人们有目的地调控酶的催化作用,甚至可以有目的地修饰酶的结构、设计并合成人工酶；可以揭示遗传与变异的奥秘,进而调控基因的复制与突变，使之造福于人类；可以根据药物与受体的结合过程和作用特点设计高效低毒的新药等等，可见运用量子化学的手段来研究生命现象是十分有意义的。

综上所述，我们可以看出在材料、能源以及生物大分子体系研究中，量子化学发挥了重要的作用。在近十几年来，由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学计算变得更加迅速和方便。可以预言，在不久的将来，量子化学将在更广泛的领域发挥更加重要的作用。

参考文献：

[1]程新.[学位论文].武汉:武汉工业大学材料科学与工程学院,1994

[2]程新,冯修吉.武汉工业大学学报,1995,17(4):12

[3]李北星,程新.建筑材料学报,1999,2(2):147

[4]闵新民,沈尔忠,江元生等.化学学报,1990,48(10):973

[5]程新,陈亚明.山东建材学院学报,1994,8(2):1

[6]闵新民.化学学报,1992,50(5):449

[7]王宝俊,张玉贵,秦育红等.煤炭转化,2003,26(1):1

[8]AgoH,NagataK,YoshizawAK,etal.Bull.Chem.Soc.Jpn.,1997,70:1717

[9]AgoH,KatoM,YaharaAK.etal.JournaloftheElectrochemicalSociety,1999,146(4):1262

[10]SatoruK,MikioW,ShinighiK.ElectrochimicaActa1998,43(21-22):3127

[11]麻明友,何则强,熊利芝等.量子化学原理在锂离子电池研究中的应用.吉首大学学报,2006,27(3):97.

第5篇

关键词:量子遗传算法;多目标分配;最优化

中图分类号:TP18 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2012) 12-0176-01

一、引言

遗传算法不同于传统寻优算法的特点在于:遗传算法在寻优过程中,仅需要得到适应度函数的值作为寻优的依据;同时使用概率性的变换规则,而不是确定性的变换规则;遗传算法适应度函数的计算相对于寻优过程是独立的;算法面对的是参数的编码集合,而并非参数集合本身,通用性强。它尤其适用于处理传统优化算法难于解决的复杂和非线性问题。[1]

目前,GA已经在很多领域得到成功应用,但随着问题规模的不断扩大和搜索空间的更加复杂,GA在求解很多具体问题时往往并不能表现出其优越性。于是,近年来便出现了遗传算法与其它理论相结合的实践,其中遗传算法与量子理论的结合是一个崭新的、极富前景和创意的尝试。

量子遗传算法QGA是量子计算特性与遗传算法相结合的产物。基于量子比特的叠加性和相干性,在遗传算法中借鉴量子比特的概念,引入了量子比特染色体。由于量子比特染色体能够表征叠加态,比传统GA具有更好的种群多样性,同时QGA也会具有更好的收敛性,因此在求解优化问题时,QGA在收敛速度、寻优能力方面比GA都将有较大的提高。QGA的出现结合了量子计算和遗传算法各自的优势,具有很高的理论价值和发展潜力。

本论文提出用量子遗传算法处理和解决多目标分配问题,为多目标问题的解决提供一种新的思路。

二、量子遗传算法

在传统计算机中,信息存储是以二进制来表示,不是“0”就是“1”态,但是在量子计算机中,充当信息存储单元的物质是一个双态量子系统,称为量子比特(qubit),量子比特与比特不同之就在于它可以同时处在两个量子态的叠加态,量子进化算法建立在量子的态矢量表述基础上,将量子比几率幅表示应用于染色体的编码,使得一条染色体可以表示个态的叠加,并利用量子旋转门更新染色体,从而使个体进达到优化目标的目的。

一个 位的量子位染色体就是一个量子位串,其表示如下:

其中 。在多目标优化中,一个量子染色体代表一个决策向量,在量子态中一个 位的量子染色体可以表达 个态,采用这种编码方式使得一个染色体可以同时表达多个态的叠加,使得量子进化算法比传统遗传算法拥有更好的多样性特征。

为了实现个体的进化,经典进化算法中通过染色体的交叉、变异操作推进种群的演化,而对量子进化算法而言,量子染色体的调整主要是通过量子旋转门实现的,算法流程如下:

(1)进化代数初始化: ;

(2)初始化种群 ,生成并评价 ;

(3)保存 中的最优解 ;

(4) ;

(5)由 生成 ;

(6)个体交叉、变异等操作,生成新的 (此步可省评价);

(7)评价 ,得到当前代的最优解 ;

(8)比较 与 得到量子概率门 ,保存最优解于 ;

(9)停机条件 当满足停机条件时,输出当前最优个体,算法结束,否则继续;

(10)以 更新 ,转到4)。

三、基于量子遗传算法的多目标分配应用

如今为了满足市场的需要,很多工厂的生产种类多、生产量大,从而设置了不同的生产车间,根据产品的性质分配生产车间合理与否直接影响工厂的经济收益,这同样可采用遗传算法的目标分配方法进行分配。

模型构建:设工厂有i个生产车间。 为在第i个车间生产第j种产品的收益, 为第j种产品的需求量;如果第j种产品被选中,则 为在第i个车间生产该产品的总收益。由题意知为求解 最大问题。

仿真实例:设有10个生产车间,要生产15种产品,用Matlab程序编程,设定40个粒子,迭代200次,代沟0.9。运行结果如下:

此图表明经200次迭代后的目标分配方案为:第1种产品由第3个车间生产,以此类推,车间5生产第2种产品,车间8生产第3种产品,……。次方案对应的车间总收益值为2.7030e+003,成功进行了多目标分配问题的解决。

四、结论

基于量子遗传算法的多目标分配,为多目标分配突破传统寻优模式找到了一个可行的解决方法。根据这种方法实验,仿真结果可以看出,基本符合要求,并且能够在一定的时间内得到最优的分配方案,因此,本文在探索多目标分配问题上找到了一种新的解决思路。

参考文献:

[1]吉根林.遗传算法研究综述[J].计算机应用与软件,2004,21(2):69-73

[2]肖晓伟,肖迪.多目标优化问题的研究概述[J].计算机应用研究,2011,3,28(3):805-808

[3]原银忠,韩传久.用遗传算法实现防空导弹体系的目标分配[J].火力与指挥控制,2008,3,33(3):80-83

第6篇

相关热搜：统计学  统计学原理

ThomsonScientific国家科学指标数据库2004年数据显示，中国数学论文在1999~2003年间篇均引文次数为1.03，同期国际数学论文篇均引文次数是1.3,这表明中国数学研究的影响力正在向世界平均水平靠近。相较于物理学、化学和材料科学等领域，中国数学研究的国际影响力是最高的。

我们以美国《数学评论》(MR)光盘(1993-2005/05严为数据来源,用统计数据揭示国际数学论文的宏观产出结构。通过对《MR》收录中国学者发表数学论文每年的总量及其在63个分支上的分布统计，将中国数学论文的产出置于一个相对明晰的国际背景之下，借以观察中国数学的发展态势。此外，我们还以中国科学院文献情报中心《中国数学文献数据库》（CMDDP为数据来源，统计了中国数学论文在63个分支领域的分布，并对其中获国家自然科学基金资助或国家自然科学基金委员会数学天元基金资助的论文情况进行了定量分析。上述数据库均采用国际同行认可的《数学主题分类表》（MSC),分别在国际、国内数学领域具有一定的影响力和相当规模的用户群。

《MR》光盘收录发表在专业期刊、大学学报及专著上的数学论文，其收录范围非常广泛。1993~2004年共收录论文769680篇，其中有74988篇是由中国学者参与完成的，我们称之为中国论文。这里中国论文是指《MR》的论文作者中至少有一位作者是来自于中国(即《MR》光盘中所标注的“PRC”）。12年中，中国论文数占世界论文总数的9.74%。

《CMDD》收录中国国内出版的约300种数学专业期刊、大学学报及专著上刊登的数学论文，此外，还收录了80种国外出版的专业期刊上中国学者发表的论文，并对那些获国家自然科学基金或国家自然科学基金委员会数学天元基金资助的论文进行了特别标注。

2.1《MR》收录中国论文的统计分析

考虑到二次文献的收录时差，为保证数据的完整性，选取的是1993~2004年的文献数据，检索结果如图1所示。数据显示，《MR》12年来收录的中国论文呈现出稳步增长的势头,中国论文的增长速度要大于《MR》总论文数的增长速度。

2.2《MR》收录论文在数学各分支上的分布

为避免重复计数，在对63个数学分支进行统计时,均按第一分类号统计。按2000年《MSC》提出的修订方案，将1993~1999年的数据进行了合并和调整。图2显示了国际数学论文在63个数学分支上的分布。

数学各分支占论文总产出的百分比在一定程度上反映了该领域的研究规模，而相应分支学科的研究热点变化也是统计中着重揭示的问题。在实际统计中，跟踪热点变化主要是通过这63个数学分支的时间序列分析完成的。统计数据揭示的主要特征和趋势如下：1993〜2004年，国际数学或与数学相关论文产出百分比最高的前10个分支依次是：量子理论（81)、统计学（62)、计算机科学（68)、偏微分方程（35)、数值分析（65)、概率论与随机过程（60)、组合论（05)、运筹学和数学规划（90)、系统论/控制（93)、常微分方程（34),这10个分支的产出占总体产出的42.5%。

隹某些分支领域表现出良好的增长势头，如统计学领域的论文数量近3~4年增长较快，有取代量子力学成为现代数学最大板块的趋势。对统计学进一步按照次级主题分类进行统计，结果表明论文产出主要集中在非参数推断（62G)方向（见图3)。

2.3《MR》〉收录中国论文在数学各分支上的分布

MR收录中国学者的数学论文的主要特点表现在以下几个方面：

參1993~2004年论文产出百分比最髙的前10个分支领域依次是偏微分方程（35)、数值分析（65)、常微分方程（34)、系统论/控制（93)，运筹学和数学规划（90)、统计学（62)、组合论（05)、概率论与随机随机过程（60)、动力系统和遍历理论（37)、算子理论（47)，这10个分支的产出占总体产出的52.25%。

偏微分方程（35)是中国数学论文产出的最大分支，对偏微分方程的二级分类进行细分，结果见图5。

从图中可以看出数理方程及在其它领域的应用（35Q)所占比重较大。同时，根据对35Q的下一级分类的追踪发现，关于KdV-like方程（35Q53)、NLS-like方程(35Q55)的论文有增加的趋势。

差分方程（39)、Fourier分析（42)、计算机科学（68)、运筹学和数学规划（90)、对策论/经济/社会科学和行为科学（91)、系统论/控制（93)、信息和通讯/电路（94)表现出一定的增长势头。

结合环和结合代数（16)、逼近与展开（41)、一般拓扑学（54)、大范围分析/流形上的分析（58)、概率论与随机过程（60)等表现出下降趋势。

与《MR》收录数据的主题分布所不同的是中国的量子力学和统计学均没有进入前5名，量子力学排到了第12位，且有下降趋势。计算机科学（68)、常微分方程（34)在《MR》中分别排在第3位和第10位，而中国数学论文中，常微分方程位居第3，计算机科学位居第11。

1993~2004年《中国数学文献数据库》收录论文统计分析

1993~2004年《CMDD》收录中国学者发表的论文总数达到93139篇。从这些论文在63个数学分支上的分布中可以看出，这63个数学分支学科的发展是不平衡的。对这63个数学分支的论文产出的时间序列分析发现，有些分支增长较快，如运筹学和数学规划（90),对策论/经济/社会科学和行为科学（91),有的变化不大，如几何学(51-52)。

通过对《CMDD》的数据统计，表明中国数学文献的学科分布有如下特点：

參1993〜2004年论文产出百分比最高的前10个数学分支依次是数值分析（65)、运筹学和数学规划（90)、常微分方程（34)、偏微分方程（35)、统计学（62)、系统论/控制（93)、计算机科学（68)、组合论（05)、概率论与随机过程（60)、对策论/经济/社会科学和行为科学(91)，这10个分支的产出占总体产出的56.0%。

一些分支表现出良好的成长性。如数理逻辑与基础（03)、矩阵论（15)、实函数（26)、测度与积分(28)、动力系统和遍历理论（37)、Fourier分析（42)、变分法与最优控制/最优化（49)，运筹学和数学规划(90)、对策论/经济/社会科学和行为科学（91)、生物学和其它自然科学（92)、系统论/控制（93)、信息和通讯/电路（94)。

參一些分支所占比重下降。如逼近与展开（41)、一般拓扑学（54)、概率论与随机过程（60)、统计学(62)、数值分析（65)等。

參在排名位于前10位的数学分支中，量子理论(81)在《MR》、PRC(《MR》的中国论文）和《CMDD》中所占比重有较大的差异，其余的9个分支尽管所占比重不同但基本上都能进人分布的前10名，例如，计算机科学（68〉在《MR》数据组的排名是第3位，到PRC和《CMDD》数据组就下降到第11位和第7位，在《MR»数据组的排名分别是第8位和第10位的运筹学和数学规划（90)和常微分方程（34),在PRC数据组中，则上升到第5位和第3位，在《CMDD》数据组则为第2位和第3位。这些排名的变化可以部分地揭示出中国在量子理论、计算机科学的交叉研究等方面稍有欠缺，但在数值分析、运筹学（含数学规划）等方面，中国具有相对的竞争优势。

组合论（05)在《MR》、PRC和（(CMDD》中所占比重较为一致，分别位居第7、第7和第8位。数据表明组合论中的二级分类图论（05C)的论文产出比例最高，对图论主题进行进一步分析，发现这几年成长较快的图论领域的研究论文大多集中在图和超图的着色（05C15),其次是因子、匹配、覆盖和填装(05C70)。在图论的这两个三级分类上，中国学者的论文产出与国外非常吻合。

    本文中的“基金资助”指的是国家自然科学基金或国家自然科学基金委员会数学天元基金的资助。为统计方便，二者统一按基金资助处理。1993~2004年《CMDD》收录的获基金资助的论文共计27662篇，受资助力度达到30%左右。表8显示，获基金资助的论文近年来有不断上升的趋势。2005年《中国数学文摘)>第6期附表1说明《中国数学文摘》和《CMDD》2005年收录的论文受基金资助的比例达40%以上。《CMDD》收录的获基金资助的中国论文在数学各分支上的分布特点如下：

在数量上，前10个分支领域为：数值分析（65)、系统论/控制（93)、偏微分方程（35)、运筹学和数学规划（90)、计算机科学（68)、常微分方程（34)、统计学（62)、概率论与随机过程（60)、组合学（05)、对策论/经济/社会科学和行为科学（91)，这10个分支占总体产出的60.2%。

在63个分支领域上，基金资助比例最高的前10个分支是：K-理论（19)、多复变量与解析空间（32)、质点和系统力学（70)、大范围分析/流形上的分析(58)、拓扑群/Lie群（22)、动力系统和遍历理论（37)、经典热力学/热传导（80)、概率论与随机过程（60)、系统论/控制（93)、位势论（31)。

第7篇

论文摘要：将量子化学原理及方法引入材料科学、能源以及生物大分子体系研究领域中无疑将从更高的理论起点来认识微观尺度上的各种参数、性能和规律，这将对材料科学、能源以及生物大分子体系的发展有着重要的意义。

量子化学是将量子力学的原理应用到化学中而产生的一门学科，经过化学家们的努力，量子化学理论和计算方法在近几十年来取得了很大的发展，在定性和定量地阐明许多分子、原子和电子尺度级问题上已经受到足够的重视。目前，量子化学已被广泛应用于化学的各个分支以及生物、医药、材料、环境、能源、军事等领域，取得了丰富的理论成果，并对实际工作起到了很好的指导作用。本文仅对量子化学原理及方法在材料、能源和生物大分子体系研究领域做一简要介绍。

一、在材料科学中的应用

（一）在建筑材料方面的应用

水泥是重要的建筑材料之一。1993年，计算量子化学开始广泛地应用于许多水泥熟料矿物和水化产物体系的研究中，解决了很多实际问题。

钙矾石相是许多水泥品种的主要水化产物相之一，它对水泥石的强度起着关键作用。程新等[1,2]在假设材料的力学强度决定于化学键强度的前提下，研究了几种钙矾石相力学强度的大小差异。计算发现，含Ca钙矾石、含Ba钙矾石和含Sr钙矾石的Al-O键级基本一致，而含Sr钙矾石、含Ba钙矾石中的Sr，Ba原子键级与Sr-O，Ba-O共价键级都分别大于含Ca钙矾石中的Ca原子键级和Ca-O共价键级，由此认为，含Sr、Ba硫铝酸盐的胶凝强度高于硫铝酸钙的胶凝强度[3]。

将量子化学理论与方法引入水泥化学领域，是一门前景广阔的研究课题，它将有助于人们直接将分子的微观结构与宏观性能联系起来，也为水泥材料的设计提供了一条新的途径[3]。

（二）在金属及合金材料方面的应用

过渡金属(Fe、Co、Ni)中氢杂质的超精细场和电子结构，通过量子化学计算表明，含有杂质石原子的磁矩要降低，这与实验结果非常一致。闵新民等[4]通过量子化学方法研究了镧系三氟化物。结果表明，在LnF3中Ln原子轨道参与成键的次序是：d＞f＞p＞s，其结合能计算值与实验值定性趋势一致。此方法还广泛用于金属氧化物固体的电子结构及光谱的计算[5]。再比如说，NbO2是一个在810℃具有相变的物质(由金红石型变成四方体心)，其高温相的NbO2的电子结构和光谱也是通过量子化学方法进行的计算和讨论，并通过计算指出它和低温NbO2及其等电子化合物VO2在性质方面存在的差异[6]。

量子化学方法因其精确度高，计算机时少而广泛应用于材料科学中，并取得了许多有意义的结果。随着量子化学方法的不断完善，同时由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学在材料科学中的应用范围将不断得到拓展，将为材料科学的发展提供一条非常有意义的途径[5]。

二、在能源研究中的应用

（一）在煤裂解的反应机理和动力学性质方面的应用

煤是重要的能源之一。近年来随着量子化学理论的发展和量子化学计算方法以及计算技术的进步，量子化学方法对于深入探索煤的结构和反应性之间的关系成为可能。

量子化学计算在研究煤的模型分子裂解反应机理和预测反应方向方面有许多成功的例子,如低级芳香烃作为碳/碳复合材料碳前驱体热解机理方面的研究已经取得了比较明确的研究结果。由化学知识对所研究的低级芳香烃设想可能的自由基裂解路径，由Guassian98程序中的半经验方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的从头计算方法和考虑了电子相关效应的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法对设计路径的热力学和动力学进行了计算。由理论计算方法所得到的主反应路径、热力学变量和表观活化能等结果与实验数据对比有较好的一致性，对煤热解的量子化学基础的研究有重要意义[7]。

（二）在锂离子电池研究中的应用

锂离子二次电池因为具有电容量大、工作电压高、循环寿命长、安全可靠、无记忆效应、重量轻等优点，被人们称之为“最有前途的化学电源”，被广泛应用于便携式电器等小型设备，并已开始向电动汽车、军用潜水艇、飞机、航空等领域发展。

锂离子电池又称摇椅型电池，电池的工作过程实际上是Li+离子在正负两电极之间来回嵌入和脱嵌的过程。因此，深入锂的嵌入-脱嵌机理对进一步改善锂离子电池的性能至关重要。Ago等[8]用半经验分子轨道法以C32H14作为模型碳结构研究了锂原子在碳层间的插入反应。认为锂最有可能掺杂在碳环中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子轨道法对掺锂的芳香族碳化合物的研究表明，随着锂含量的增加，锂的离子性减少，预示在较高的掺锂状态下有可能存在一种Li-C和具有共价性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子轨道计算法，对低结晶度的炭素材料的掺锂反应进行了研究，研究表明，锂优先插入到石墨层间反应，然后掺杂在石墨层中不同部位里[11]。

随着人们对材料晶体结构的进一步认识和计算机水平的更高发展，相信量子化学原理在锂离子电池中的应用领域会更广泛、更深入、更具指导性。

三、在生物大分子体系研究中的应用

生物大分子体系的量子化学计算一直是一个具有挑战性的研究领域，尤其是生物大分子体系的理论研究具有重要意义。由于量子化学可以在分子、电子水平上对体系进行精细的理论研究，是其它理论研究方法所难以替代的。因此要深入理解有关酶的催化作用、基因的复制与突变、药物与受体之间的识别与结合过程及作用方式等，都很有必要运用量子化学的方法对这些生物大分子体系进行研究。毫无疑问，这种研究可以帮助人们有目的地调控酶的催化作用,甚至可以有目的地修饰酶的结构、设计并合成人工酶；可以揭示遗传与变异的奥秘,进而调控基因的复制与突变，使之造福于人类；可以根据药物与受体的结合过程和作用特点设计高效低毒的新药等等，可见运用量子化学的手段来研究生命现象是十分有意义的。

综上所述，我们可以看出在材料、能源以及生物大分子体系研究中，量子化学发挥了重要的作用。在近十几年来，由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学计算变得更加迅速和方便。可以预言，在不久的将来，量子化学将在更广泛的领域发挥更加重要的作用。

参考文献：

[1]程新.[学位论文].武汉:武汉工业大学材料科学与工程学院,1994

[2]程新,冯修吉.武汉工业大学学报,1995,17(4):12

[3]李北星,程新.建筑材料学报,1999,2(2):147

[4]闵新民,沈尔忠,江元生等.化学学报,1990,48(10):973

[5]程新,陈亚明.山东建材学院学报,1994,8(2):1

[6]闵新民.化学学报,1992,50(5):449

[7]王宝俊,张玉贵,秦育红等.煤炭转化,2003,26(1):1

[8]AgoH,NagataK,YoshizawAK,etal.Bull.Chem.Soc.Jpn.,1997,70:1717

[9]AgoH,KatoM,YaharaAK.etal.JournaloftheElectrochemicalSociety,1999,146(4):1262

第8篇

论文摘要：将量子化学原理及方法引入材料科学、能源以及生物大分子体系研究领域中无疑将从更高的理论起点来认识微观尺度上的各种参数、性能和规律，这将对材料科学、能源以及生物大分子体系的发展有着重要的意义。

量子化学是将量子力学的原理应用到化学中而产生的一门学科，经过化学家们的努力，量子化学理论和计算方法在近几十年来取得了很大的发展，在定性和定量地阐明许多分子、原子和电子尺度级问题上已经受到足够的重视。目前，量子化学已被广泛应用于化学的各个分支以及生物、医药、材料、环境、能源、军事等领域，取得了丰富的理论成果，并对实际工作起到了很好的指导作用。本文仅对量子化学原理及方法在材料、能源和生物大分子体系研究领域做一简要介绍。

一、在材料科学中的应用

（一）在建筑材料方面的应用

水泥是重要的建筑材料之一。1993年，计算量子化学开始广泛地应用于许多水泥熟料矿物和水化产物体系的研究中，解决了很多实际问题。

钙矾石相是许多水泥品种的主要水化产物相之一，它对水泥石的强度起着关键作用。程新等[1,2]在假设材料的力学强度决定于化学键强度的前提下，研究了几种钙矾石相力学强度的大小差异。计算发现，含Ca钙矾石、含Ba钙矾石和含Sr钙矾石的Al-O键级基本一致，而含Sr钙矾石、含Ba钙矾石中的Sr，Ba原子键级与Sr-O，Ba-O共价键级都分别大于含Ca钙矾石中的Ca原子键级和Ca-O共价键级，由此认为，含Sr、Ba硫铝酸盐的胶凝强度高于硫铝酸钙的胶凝强度[3]。

将量子化学理论与方法引入水泥化学领域，是一门前景广阔的研究课题，它将有助于人们直接将分子的微观结构与宏观性能联系起来，也为水泥材料的设计提供了一条新的途径[3]。

（二）在金属及合金材料方面的应用

过渡金属(Fe、Co、Ni)中氢杂质的超精细场和电子结构，通过量子化学计算表明，含有杂质石原子的磁矩要降低，这与实验结果非常一致。闵新民等[4]通过量子化学方法研究了镧系三氟化物。结果表明，在LnF3中Ln原子轨道参与成键的次序是：d＞f＞p＞s，其结合能计算值与实验值定性趋势一致。此方法还广泛用于金属氧化物固体的电子结构及光谱的计算[5]。再比如说，NbO2是一个在810℃具有相变的物质(由金红石型变成四方体心)，其高温相的NbO2的电子结构和光谱也是通过量子化学方法进行的计算和讨论，并通过计算指出它和低温NbO2及其等电子化合物VO2在性质方面存在的差异[6]。

量子化学方法因其精确度高，计算机时少而广泛应用于材料科学中，并取得了许多有意义的结果。随着量子化学方法的不断完善，同时由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学在材料科学中的应用范围将不断得到拓展，将为材料科学的发展提供一条非常有意义的途径[5]。

二、在能源研究中的应用

（一）在煤裂解的反应机理和动力学性质方面的应用

煤是重要的能源之一。近年来随着量子化学理论的发展和量子化学计算方法以及计算技术的进步，量子化学方法对于深入探索煤的结构和反应性之间的关系成为可能。

量子化学计算在研究煤的模型分子裂解反应机理和预测反应方向方面有许多成功的例子,如低级芳香烃作为碳/碳复合材料碳前驱体热解机理方面的研究已经取得了比较明确的研究结果。由化学知识对所研究的低级芳香烃设想可能的自由基裂解路径，由Guassian98程序中的半经验方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的从头计算方法和考虑了电子相关效应的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法对设计路径的热力学和动力学进行了计算。由理论计算方法所得到的主反应路径、热力学变量和表观活化能等结果与实验数据对比有较好的一致性，对煤热解的量子化学基础的研究有重要意义[7]。（二）在锂离子电池研究中的应用

锂离子二次电池因为具有电容量大、工作电压高、循环寿命长、安全可靠、无记忆效应、重量轻等优点，被人们称之为“最有前途的化学电源”，被广泛应用于便携式电器等小型设备，并已开始向电动汽车、军用潜水艇、飞机、航空等领域发展。

锂离子电池又称摇椅型电池，电池的工作过程实际上是Li+离子在正负两电极之间来回嵌入和脱嵌的过程。因此，深入锂的嵌入-脱嵌机理对进一步改善锂离子电池的性能至关重要。Ago等[8]用半经验分子轨道法以C32H14作为模型碳结构研究了锂原子在碳层间的插入反应。认为锂最有可能掺杂在碳环中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子轨道法对掺锂的芳香族碳化合物的研究表明，随着锂含量的增加，锂的离子性减少，预示在较高的掺锂状态下有可能存在一种Li-C和具有共价性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子轨道计算法，对低结晶度的炭素材料的掺锂反应进行了研究，研究表明，锂优先插入到石墨层间反应，然后掺杂在石墨层中不同部位里[11]。

随着人们对材料晶体结构的进一步认识和计算机水平的更高发展，相信量子化学原理在锂离子电池中的应用领域会更广泛、更深入、更具指导性。

三、在生物大分子体系研究中的应用

生物大分子体系的量子化学计算一直是一个具有挑战性的研究领域，尤其是生物大分子体系的理论研究具有重要意义。由于量子化学可以在分子、电子水平上对体系进行精细的理论研究，是其它理论研究方法所难以替代的。因此要深入理解有关酶的催化作用、基因的复制与突变、药物与受体之间的识别与结合过程及作用方式等，都很有必要运用量子化学的方法对这些生物大分子体系进行研究。毫无疑问，这种研究可以帮助人们有目的地调控酶的催化作用,甚至可以有目的地修饰酶的结构、设计并合成人工酶；可以揭示遗传与变异的奥秘,进而调控基因的复制与突变，使之造福于人类；可以根据药物与受体的结合过程和作用特点设计高效低毒的新药等等，可见运用量子化学的手段来研究生命现象是十分有意义的。

综上所述，我们可以看出在材料、能源以及生物大分子体系研究中，量子化学发挥了重要的作用。在近十几年来，由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学计算变得更加迅速和方便。可以预言，在不久的将来，量子化学将在更广泛的领域发挥更加重要的作用。

参考文献：

[1]程新.[学位论文].武汉:武汉工业大学材料科学与工程学院,1994

[2]程新,冯修吉.武汉工业大学学报,1995,17(4):12

[3]李北星,程新.建筑材料学报,1999,2(2):147

[4]闵新民,沈尔忠,江元生等.化学学报,1990,48(10):973

[5]程新,陈亚明.山东建材学院学报,1994,8(2):1

[6]闵新民.化学学报,1992,50(5):449

[7]王宝俊,张玉贵,秦育红等.煤炭转化,2003,26(1):1

[8]AgoH,NagataK,YoshizawAK,etal.Bull.Chem.Soc.Jpn.,1997,70:1717

[9]AgoH,KatoM,YaharaAK.etal.JournaloftheElectrochemicalSociety,1999,146(4):1262

第9篇

论文摘要：将量子化学原理及方法引入材料科学、能源以及生物大分子体系研究领域中无疑将从更高的理论起点来认识微观尺度上的各种参数、性能和规律，这将对材料科学、能源以及生物大分子体系的发展有着重要的意义。

量子化学是将量子力学的原理应用到化学中而产生的一门学科，经过化学家们的努力，量子化学理论和计算方法在近几十年来取得了很大的发展，在定性和定量地阐明许多分子、原子和电子尺度级问题上已经受到足够的重视。目前，量子化学已被广泛应用于化学的各个分支以及生物、医药、材料、环境、能源、军事等领域，取得了丰富的理论成果，并对实际工作起到了很好的指导作用。本文仅对量子化学原理及方法在材料、能源和生物大分子体系研究领域做一简要介绍。

一、 在材料科学中的应用

（一）在建筑材料方面的应用

水泥是重要的建筑材料之一。1993年，计算量子化学开始广泛地应用于许多水泥熟料矿物和水化产物体系的研究中，解决了很多实际问题。

钙矾石相是许多水泥品种的主要水化产物相之一，它对水泥石的强度起着关键作用。程新等[1 ，2]在假设材料的力学强度决定于化学键强度的前提下，研究了几种钙矾石相力学强度的大小差异。计算发现，含Ca 钙矾石、含Ba 钙矾石和含Sr 钙矾石的Al -O键级基本一致，而含Sr 钙矾石、含Ba 钙矾石中的Sr，Ba 原子键级与Sr-O，Ba -O共价键级都分别大于含Ca 钙矾石中的Ca 原子键级和Ca -O共价键级，由此认为，含Sr 、Ba 硫铝酸盐的胶凝强度高于硫铝酸钙的胶凝强度[3]。

将量子化学理论与方法引入水泥化学领域，是一门前景广阔的研究课题，它将有助于人们直接将分子的微观结构与宏观性能联系起来，也为水泥材料的设计提供了一条新的途径[3]。

（二） 在金属及合金材料方面的应用

过渡金属(Fe 、Co、Ni)中氢杂质的超精细场和电子结构，通过量子化学计算表明，含有杂质石原子的磁矩要降低，这与实验结果非常一致。闵新民等[4]通过量子化学方法研究了镧系三氟化物。结果表明，在LnF3中Ln原子轨道参与成键的次序是：d＞f＞p＞s，其结合能计算值与实验值定性趋势一致。此方法还广泛用于金属氧化物固体的电子结构及光谱的计算[5]。再比如说，NbO2是一个在810℃具有相变的物质(由金红石型变成四方体心)，其高温相的NbO2的电子结构和光谱也是通过量子化学方法进行的计算和讨论，并通过计算指出它和低温NbO2及其等电子化合物VO2在性质方面存在的差异[6]。

量子化学方法因其精确度高，计算机时少而广泛应用于材料科学中，并取得了许多有意义的结果。随着量子化学方法的不断完善，同时由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学在材料科学中的应用范围将不断得到拓展，将为材料科学的发展提供一条非常有意义的途径[5]。

二、在能源研究中的应用

（一）在煤裂解的反应机理和动力学性质方面的应用

煤是重要的能源之一。近年来随着量子化学理论的发展和量子化学计算方法以及计算技术的进步，量子化学方法对于深入探索煤的结构和反应性之间的关系成为可能。

量子化学计算在研究煤的模型分子裂解反应机理和预测反应方向方面有许多成功的例子， 如低级芳香烃作为碳/ 碳复合材料碳前驱体热解机理方面的研究已经取得了比较明确的研究结果。由化学知识对所研究的低级芳香烃设想可能的自由基裂解路径，由Guassian 98 程序中的半经验方法UAM1 、在UHF/ 3-21G*水平的从头计算方法和考虑了电子相关效应的密度泛函UB3L YP/ 3-21G*方法对设计路径的热力学和动力学进行了计算。由理论计算方法所得到的主反应路径、热力学变量和表观活化能等结果与实验数据对比有较好的一致性，对煤热解的量子化学基础的研究有重要意义[7]。 转贴于

（二）在锂离子电池研究中的应用

锂离子二次电池因为具有电容量大、工作电压高、循环寿命长、安全可靠、无记忆效应、重量轻等优点，被人们称之为“最有前途的化学电源”，被广泛应用于便携式电器等小型设备，并已开始向电动汽车、军用潜水艇、飞机、航空等领域发展。

锂离子电池又称摇椅型电池，电池的工作过程实际上是Li + 离子在正负两电极之间来回嵌入和脱嵌的过程。因此，深入锂的嵌入-脱嵌机理对进一步改善锂离子电池的性能至关重要。Ago 等[8] 用半经验分子轨道法以C32 H14作为模型碳结构研究了锂原子在碳层间的插入反应。认为锂最有可能掺杂在碳环中心的上方位置。Ago 等[9 ] 用abinitio 分子轨道法对掺锂的芳香族碳化合物的研究表明，随着锂含量的增加，锂的离子性减少，预示在较高的掺锂状态下有可能存在一种Li - C 和具有共价性的Li - Li 的混合物。Satoru 等[10] 用分子轨道计算法，对低结晶度的炭素材料的掺锂反应进行了研究，研究表明，锂优先插入到石墨层间反应，然后掺杂在石墨层中不同部位里[11]。

随着人们对材料晶体结构的进一步认识和计算机水平的更高发展，相信量子化学原理在锂离子电池中的应用领域会更广泛、更深入、更具指导性。

三、 在生物大分子体系研究中的应用

生物大分子体系的量子化学计算一直是一个具有挑战性的研究领域，尤其是生物大分子体系的理论研究具有重要意义。由于量子化学可以在分子、电子水平上对体系进行精细的理论研究，是其它理论研究方法所难以替代的。因此要深入理解有关酶的催化作用、基因的复制与突变、药物与受体之间的识别与结合过程及作用方式等，都很有必要运用量子化学的方法对这些生物大分子体系进行研究。毫无疑问，这种研究可以帮助人们有目的地调控酶的催化作用，甚至可以有目的地修饰酶的结构、设计并合成人工酶；可以揭示遗传与变异的奥秘， 进而调控基因的复制与突变，使之造福于人类；可以根据药物与受体的结合过程和作用特点设计高效低毒的新药等等，可见运用量子化学的手段来研究生命现象是十分有意义的。

综上所述，我们可以看出在材料、能源以及生物大分子体系研究中，量子化学发挥了重要的作用。在近十几年来，由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学计算变得更加迅速和方便。可以预言，在不久的将来，量子化学将在更广泛的领域发挥更加重要的作用。

参考文献：

[1]程新. [ 学位论文] .武汉:武汉工业大学材料科学与工程学院，1994

[2]程新，冯修吉.武汉工业大学学报，1995，17 (4) :12

[3]李北星，程新.建筑材料学报，1999，2(2):147

[4]闵新民，沈尔忠， 江元生等.化学学报，1990，48(10): 973

[5]程新，陈亚明.山东建材学院学报，1994，8(2):1

[6]闵新民.化学学报，1992，50(5):449

[7]王宝俊，张玉贵，秦育红等.煤炭转化，2003，26(1):1

[8]Ago H ，Nagata K， Yoshizaw A K， et al. Bull.Chem. Soc. Jpn.，1997，70:1717

[9]Ago H ，Kato M，Yahara A K. et al. Journal of the Electrochemical Society， 1999， 146(4):1262

第10篇

【关键词】量子力学；实验教学；改革

中图分类号：041 文献标识码：A 文章编号：1006-0278（2013）04-193-01

一、引言

作为现代物理学和现代科学技术的理论基础，量子力学将物质的波动性与粒子性统一起来，是研究微观粒子运动规律的物理学分支学科。很多教师在上课时只着重于讲授理论体系本身的知识，往往忽略了理论和实验的紧密联系，从而导致它的实验建设一直是本课程建设的薄弱环节。充分考虑到该门课程的性质和特点，我们在教学中借鉴了工科教学的模式重点围绕“培养学生物理应用的惯性意识与掌握量子力学基本概念和规律”的目标开展了三类不依赖于仪器设备和环境条件的实验，以切实贯彻“德育为先、能力为重”和“育人为本”的原则。

二、量子力学的实验教学

为了让学生从思想上接受并理解量子观念，在学习中透过复杂的数学计算深入理解量子力学的概念和规律，并能主动积极地思考、解决相关问题，我们构建了由思想、演示与创新性实验组成的课内课外教学平台，以辅助量子力学的理论教学过程。

思想实验，又称“假想实验”，是人类按照科学研究的实验过程在头脑中进行的发现和获取科学事实与自然规律的逻辑思维活动，是自然科学家和哲学家经常使用的一种十分有效的研究方法。由于不会受到主客观条件及仪器设备的操作限制，思想实验可以为学生的思维互动启发提供有利的平台。事实上，在量子力学建立与发展的过程中，很多思想实验都起到了重要的推动作用。例如作为量子力学的创始人之一，奥地利物理学家埃尔温・薛定谔提出了著名的“薛定谔之猫”的思想实验，它将量子理论微观领域中原子核衰变的量子不确定性与宏观领域中猫的生死联系在了一起，充分体现了量子力学的奇异性。通过在课堂教学中讲授诸如此类的思想实验可以给学生提供一个动脑“做”理论的机会，这样不仅可以使学生从理性的角度接受量子力学的基本思想并深入理解量子力学的基本概念和基本理论，还可以激发他们对课程的学习兴趣，在无形中培养他们的理性思维、逻辑思维、创新意识和推理能力。

演示实验，即教师在课堂上借助视频、计算机模拟等手段演示实验过程，展示物理现象，引导学生观察、思考、分析并得出结论的过程。量子力学的建立离不开很多重要实验的支撑，如黑体辐射、光电效应等。其中一些实验由于条件及经费的限制目前无法在实验室开展，所以我们可以充分利用丰富的网络资源及Matlab等数学软件构建演示实验的平台，给学生提供一个动眼“做”理论的机会。一方面，通过播放演示实验的视频重现实验过程，加强引导学生对实验的条件、思路和方法等进行思考和分析，培养学生的实验素养和强化他们的实验技能，帮助他们增加感性认识，使他们体会科学的发展过程，克服抽象的物理图景给他们带来的困扰。另一方面，通过利用数学软件实现对量子力学课程中一些问题的静、动态数值模拟，将抽象的量子力学结果形象直观化，帮助学生透过复杂的数学公式推导深入、形象地认识微观粒子的特征，使他们深入理解量子力学的基本原理和基本概念，提高他们运用物理思想进行综合分析的能力。

知识的获得是为了更好地服务于实践，因此为了让学生能将量子力学中所学到的基本理论运用于实践，我们在该门课程的教学中还开设了创新性实验，为学生提供动手“做”理论的机会。首先教师在课堂的教学中始终贯彻科研促教学的思想，有意识地结合具体的教学内容进行近代物理前沿知识的渗透。然后鼓励学生根据自己的实际情况与兴趣并结合毕业论文自由组合选择相应的小课题在教师的指导下进行专题研究，同时对于一些学生在平时教学过程中反映出来的理解上比较模糊或难以理解的部分定期组织专题讨论。该类实验的开设为学生提供了实践的自由发挥空间，可以初步培养学生的数理分析能力与结合自己的兴趣自我发现问题并解决与专业相关领域实际问题的能力及撰写科研论文的能力，同时还增强了学生对量子力学课程学习的兴趣和团结协作精神。

第11篇

论文摘要:本文介绍了量子计算纠缠和量子比特的基本概念，系统阐述了几种主要的量子算法:Shor算法———大数质因子分解的量子算法;Grover搜索———无序数据库的搜索;Hogg搜索———高度结构化搜索。在对量子计算基本理论和量子算法有一定认识的基础上，进一步介绍了在量子计算实验方面起重要作用的二种体系:核磁共振、腔与原子体系。

Abstract:In this thesis，several basic conceptions of quantum computation are introduced，such as entanglement，quantum bit.Several kinds

of main quantum algorit hms are illustrated，such as Shor algorit hm-t he quantum algorit hm for factoring，Grover search-t he search for t he disordering

database，Hogg search-high structurization search.On t he basis of knowledge of basic t heories of quantum computation computing and quantum algo

2

rit hm，two kinds of systems which play important role in t he experiment of quantum computation was introduced，Nuclear magnetic resonance and cavi

2

ty atom system.

Key words:Quantum algorithm　Quantum computation　Quantum bit　Entanglement

量子计算是量子物理与计算机科学交汇而生的一门新兴学科。它的出现实质上是量子物理学向物质、能量和信息这三大领地的最后一块信息领域的进军。

一、量子计算的基本理论

1、纠缠

1935年，Schr dinger首先给出了纠缠态的定义:由空间分离的两个子系统构成的纯态，如果系统波函数不能分解为两个子系统波函数的乘积，那么这样的波函数表示的态称作两个粒子的纠缠量子态。1935年，Einstein，Podolsky和Rosen首先讨论了一个具体的两粒子纠缠量子态。在这个著名的实验中，两粒子的纠缠量子态为:|Ψ〉=∑a，bδ(a+b-c0)|a|b〉

其中a，b分别为粒子1和粒子2的位置或动量，C0为常数。这个纠缠态的一个最明显的特征是:其中任何一个子系统的物理量的观测值(位置或动量)都是不确定的。但是，如果其中的一个子系统的物理量的观测值处于一个确定的值，那么我们就可以确定另外一个子系统的相应物理量观测值。

2、量子比特

量子比特有微观体系表征，如原子、核自旋或光子等。|1>和|0>可以由原子的两个能级来表示，也可以由核自旋或光子的不同极化方向来表征。与经典比特显著不同的是，量子比特|1>和|0>之间存在着许多中间态，即|1>和|0>的不同迭加态，例如12(|0>+|1>)表示一个两子比特同时存储着0和1。因此，对于位数相同的n个比特，量子比特可以存储2n倍的经典比特所能存储的信息。对于两个量子比特的体系，其完备基由四个布尔态|00>、|01>、|10>和|11>组成。考虑它们之间的迭加，我们可以发现，|10>+|11>=|1>(|0>+|1>)，这是由两个量子比特构成的直积空间。而|11>+|00>或|01>+|10>则不能再写成直积形式。后面这种情况就是前面提到的纠缠。对于一个处于纠缠状态的体系，我们不能确切地指出其中某一个量子比特是处于|1>还是|0>。更一般的纠缠态是处于2n个布尔态的n个经典比特组成的迭加态。|Ψ〉=∑11…1x=00…0Cx|x〉其中Cx可以是复数并且满足∑x|Cx|2=1。当Cx=12n时，称为等幅迭加态。这种等幅迭加态在以下要介绍的各量子算法中经常被用作初态。从上式也能看出，|Ψ>是一个2n维的Hilbert空间中的一个单位矢量。它所在空间的维数是随n呈指数型增长，这明显区别于经典体系中随n呈线性增长的态空间。在一个孤立的量子体系中，对态的操作应是幺正的、可逆的。因此，我们构造的量子逻辑门也应满足这个特征。

二、量子算法

1、Shor算法———大数质因子分解的量子算法

用经典计算机来进行大数质因子分解，随着N的增大，所需比特数(即内存)是呈指数倍的增长。按照组合数学理论，当计算规模随着问题的难度呈多项式型增长时，该问题为P(Polynomial)问题。对于P问题，我们在有限的时间内总能找到办法求得它的解。对于我们在有限的时间内不可能找到办法求得解的问题称之为NP(Non-Polynomial)问题。目前世界上应用最广也是最成功的加密方法-公开密钥RSA系统的核心思想就是利用大数在有限时间内不可有效质因子化这一结论。1995年，P.W.Shor提出一种量子算法，能将这一著名的NP问题化为P问题，矛头直指RSA方法，从而在全球掀起了量子计算的研究热浪。在Shor算法中，寻找一个大数的质因子问题被转化为寻找其余因子函数的周期。只要该周期被找到，并且为一个偶数，那么利用剩余定理，就能得到该大数的质因子。给定整数N，选取一个与N互质的数a(a

不难看出，fa，N(x)的变化是有规律的，其变化周期为r=4。知道了这个周期，就可以利用孙子定理:设A=ar/2+1，B=a

r/2-1，其中r必须为偶数，且ar/2mod(N)≠1。求出A、B之后，再分别求A、N和B、N的最大公约数(gcd)。设C=gcd

(A，N)，D=gcd(B，N)那么一定有C×D=N，即N被成功地质因子化。Shor算法的关键在于求出大数N的余因子函数的周期r。不过，由于余因子函数的周期r不能在量子计算中被有效测出，因此在Shor算法中需借助量子离散傅立叶变换，将余因子函数的周期换成另一个可测的周期。

2、Grover搜索:无序数据库的搜索

Grover提出了一种算法:利用量子态的纠缠特性和量子并行计算原理，可以用最多n步的搜索寻找到所需项。Grover算法的思想极为简单，可用一句话“振幅平均后翻转”来概括。具体说来是以下几个基本步骤:

①初态的制备。运用Hadamard门将处于态|0>和|1>的各量子比特转化为等幅迭加态。

②设数据库为T[1，2，，N]共，n项。设其中满足我们要求的那一项标记为A。于是在T中搜索A类似于求解一个单调函数的根。运用量子并行计算可以将A所在态的相位旋转180°，其余各态保持不变。即当T[i]=A时，增加一个相位eiπ。

③相对各态的振幅的平均值作翻转。这一操作由幺正矩阵k1，k2…knD完成，其表达式为Dij=2/N，Dij=-1+2/N。

④以上②③两步可以反复进行，每进行一次，称为一次搜索。可以证明，最多只需搜索N次，便能以大于0.5的几率找到我们要找的数据项。Grover算法提出之后，引起了众人极大的兴趣。Grover算法中的翻转方法不仅被证明是最优化的搜索方式，而且也是抗干扰能力极强的方法。

3、Hogg搜索:高度结构化搜索

前面介绍过的NP问题中有一类名为可满足性问题(Satisfiability Problem，简称SA T问题)。一个典型的SA T问题是包括有n个变量的一个逻辑公式，要求给予其中每个变量一个赋值使逻辑公式为真。数学上已证明，解决SAT问题的代价是随着变量数的增加而呈指数型增长。然而对于某些简单的情况，人们可以利用问题中具有的规则结构来迅速准确地搜索出问题的解。例如对于1-SAT问题，用经典试探法进行搜索，找出解的代价为最多需用n步。对于量子计算而言，由于能进行量子并行计算，因而可以仅以一步的代价找出1-SAT问题的解。下面以有m个逻辑子句的1-SAT问题为例。与Grover搜索相似，我们先在n个量子比特上制备一个等幅迭加态作为初始态，即|Ψ〉=2-n/2∑n-1s=0|S〉。另外，我们需设计好两种幺正操作R和U，其中R为对角矩阵，其归一化对角元为Rss=2cos[(2c-1)π/4]　m=偶数ic

m=奇数。(3.3.1)式中的c(0

转贴于 对于以上1-SAT问题，显然有m个变量是约束的，而剩余的n-m个非约束的变量则对应于2n-m个解。对于1-SAT问题，用Hogg算法能决定性地一步找到解。如果通过一步逻辑操作未能明确地发现解，则意味着该

问题无解。不难看出，Hogg搜索的效率远高于上节介绍的Grover搜索。这两种搜索的差别在于，Hogg搜索利用了数据库的结构信息，因而能将一个NP问题转化为P问题。而Grover算法解决不了N P问题，它相对于经典搜索只是提高了搜索效率。Hogg搜索的另一个优势在于具有强的抗消相干能力。由于它的逻辑步数少，因而消相干效应对其影响非常小。

三、量子计算实验

与量子计算理论方面的飞速进展相比，量子计算的实验进展则要慢得多。本章主要介绍二种体系:核磁共振和腔与原子体系。

1、核磁共振(NMR)

核磁共振技术是目前在量子计算领域使用最为频繁的实验手段。运用这一技术手段，操作作用在1023数量级的分子系综的自旋态上，通过测量，得到这些分子的平均自旋态。虽然每个分子的自旋都可能不尽相同，但通过spin-e2cho技术可以按我们的意愿改变个别分子的自旋方向。由于核磁共振体系实质上是一个宏观系综，因而外部环境对它的消相干的影响极小。且样品的核自旋处于近独立的状态，几乎不受电子和分子的热运动的干扰。但是，宏观系综原则上没有量子特性，只有纯粹的量子系综才具有量子纯态的特征。只有当它被制备到一个特殊状态—赝纯态时，才能完成量子计算的工作。下面举例介绍实现两量子比特的Grover搜索的实验。实验中所用样品为C-13同位素标记的氯仿HCCL3。实验中用碳和氢的核自旋来标记|1>和|0>，其中13C的中心共振频率约为125MHz，1H的中心共振频率约为500M Hz。实验体系的哈氏量为H=2πnhJ ICZ IHZ+PH

2、腔与原子体系

腔量子电动力学(C-QED)体系是另外一种可以进行量子计算的量子系统。腔量子电动力学体系之所以可以实现对两位量子信息进行处理量子系统，一个重要原因就是腔中的辐射场与原子具有很强的非线性相互作用，这种相互作用的演化导致腔场和原子体系的本征态处于纠缠态。腔量子电动力学体系包含光腔和微波腔。这里我们主要介绍微波腔体系中应用Rydberg原子与微波腔相互作用实现的条件量子相移门(QPG)。条件量子相移门(QPG)需要对两量子位的如下变换:

|a，b〉ex p(i，|b>分别代表两量子位的基矢|0>或|1>，而δa，1，δb，1为通常的克隆尼克符号。条件量子相移门(QPG)在两个量子态都处在|1>时，产生一个=|0>或1个光子的腔场|a>=|1>而，目标量子位是Rydberg原子的两个能级|i>(定义|b>=|0>)和|g>(定义为|b>=|1>)。

实验中应用的Rb原子的能级除了目标量子位两个Ry2dberg原子的能级|i>和|g>以外，还包括一个相关的能级|e>。三个相关的Rydberg原子态分别代表Rb原子的主量子数n=51(|e>)，n=50(|g>)和n=49(|i>)。原子的能级|e>和|g>与微波腔场发生共振相互作用，而原子能级|g>和|i>之间通过另外的微波场产生耦合。当原子处于能级|i>或者腔场处于|0>，原子与腔场的系统状态不发生变化，而当原子腔场的初始处于|g，1>态时，控制原子的速度使原子|g>与|e>量子态在腔场中经历一个2π的拉比振荡，|g，1>态演化为-|g，1>=exp(πi)|g，1>。因而系统的演化可以描述为:|a，b〉ex p(iπδa，1δ

b，1)|a，b〉这个过程实际实现了相移为π的条件量子相移门(Q P G)。

参考文献:

①L.Isaac，G.Neil，K.Mark.Experimental Implemen2tation of Fast Quantum Searching[J].Phys.Rev.Lett.1998，

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②A.Salomaa著，丁存生，单炜娟译.公钥密码学[M].北京:国防大学出版社，1998

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San Francisco:Freeman Press，1997

第12篇

论文摘要：1947年Goos和Hä·nchen两位物理学家发现：光束在两种介质界面上发生全反射时，反射点相对于入射点在相位上有一突变，而反射光线相对于入射光线在空间上有一段距离。这一现象称为：古斯--汉申位移（Goos--Hanchen shift）。另外，光束在两种界面上发生全反射时，入射波的能量不是在界面处立即反射的，而是穿透到另一介质一定深度后逐渐反射的，而且在此深度内能量流还沿界面切向传播了一个波长数量级的距离。人们把这样一种波称为隐失波。再次，掠入射时，光从光疏介质到光密介质时反射光有半波损失，从光密介质到光疏介质时反射光无半波损失，在任何情况下透射光都没有半波损失。以上各种现象表明对于光量子仍有一些性质不为我们所掌握。

如果我们抛弃了光量子的没有形状的观点而认为光量子在传播过程中始终存在宽度（此宽度不同于振幅，对于同频率的光量子是一个定值，并且光量子的宽度可以互相叠加），就能很好的理解以上这些现象。按照这种假设，光从光源发出后，每个光量子在均匀的各向同性介质中传播时的路径就不能简单的看作一条直线或一列波，而是时刻保持一定宽度的‘波带’的直线传播过程。下面我将叙述一下我的假设性观点，援引并解释一下能用此观点解释的一些事实，我希望我的这个观念对一些研究工作者在他们的研究中或许会显得有用。

1 用惠更斯原理论证光的反射定律和折射定律时需要的条件和忽略的事实

我们首先通过惠更斯原理论证光的反射定律和折射定律。

如图1所示，设想有一束平行光线（平行波）以入射角由介质1射向它与介质2的界面上，其边缘光线1到达点。作通过点的波面，它与所有的入射光线垂直。光线1到达点的同时，光线2、3、···、n到达此波面上的点、、···、点。设光在介质1中的速度为，则光线2、3、···、n分别要经过一段时间、、···、后才能到达分界面、、···、各点，每条光线到达分界面上时都同时发射两个次波，一个是向介质1内发射的反

图1

射次波，另一个是向介质2内发射的透射次波。设光在介质2内速度为，在第n条光线到达的同时，由点发射的反射次波面和透射次波面分别是半径为和的半球面。在此同时，光线2、3、···传播到、、···各点后发出的反射次波面的半径分别为、、···，而透射次波面的半径为、、···。这些次波面一个比一个小，直到处缩成一个点。根据惠更斯原理，这些总扰动波面是这些次波面的包络面。不难证明反射次波和透射次波的包络面都是通过的平面。设反射次波总扰动的波面与各次波面相切于、、、···各点，而透射次波总扰动的波面与各次波面相切于、、、···各点，联接次波源和切点，既得到总扰动的波线，亦即，、、、···为反射光线，、、、···为折射光线。

由于，直角三角形和全同，因而=，由图1不难看出，=入射角，=反射角，故得到

这样便导出了反射定律。由图1还可以看出=折射角，因此

此外，于是

.

由此可见，入射角与折射角正玄之比为一常数，这样我们便通过惠更斯原理导出了折射定律。

用惠更斯原理论证光的反射定律和折射定律是以1、2、3、···、n条平行光线为研究对象，这就是论证需要的条件。如果不以多条平行光线为研究对象，而只给定一个光量子，比如此量子沿光线1传播，以上论证中将无法确定点和点的位置，就不能确定次波的总扰动波线，就无法确定反射光线和折射光线，再用惠更斯原理来解释这一个光量子在界面处的反射定律和折射定律，将显得无从下手。

所以说，用惠更斯原理论证光的反射定律和折射定律至少需要两个或两个以上的光量子，这就是用惠更斯原理解释光的反射定律和折射定律时需要的条件。

另外如果考虑到古斯--汉申位移和半波损失，用惠更斯原理作出的光的反射光线将不是光的实际路线，而是反射光线的平行光线，虽然不影响论证光的反射定律，但是这也确实是它忽略的一个事实。

2用光量子的传播宽度解释光的折射定律

如果假设光量子在传播过程中始终保持一定的宽度（此宽度不同于振幅，且不随电场振动而变动），此宽度远大于原子直径，并且光量子传播过程中的每个边缘都平行等光程且能体现光量子在介质中传播的所有特性，那么折射定律就可以做如下论证：

如图2设想有一个光量子（任意的一个）以入射角，由介质1射向它与介质2的分界面上，光量子边缘1到达介质分界面上，同时边缘2到达，联接，则即为光量子的传播宽度且垂直边缘1和边缘2，设光在介质1中速度大于光在介质2中速度，当光量子边缘1由进入介质2后速度突变为，边缘2速度仍为，由于光量子传播宽度的边缘必须保持同等光程，于是光量子传播方向向法线方向发生偏转，当边缘2经过时间到达介质分

图2

界面上时边缘1到达，又因为边缘2速度和边缘1速度之比为定值且光量子宽度不变，所以边缘1的路径和边缘2的路径是以延长线上某点为圆心的同心圆弧，且同等圆心角，所以延长线定过圆心。边缘2经过后进入介质2速度突变为，与边缘1变为同速，光量子传播方向不再偏转，边缘1和边缘2分别沿、上、点的切线方向传播，可以看出光量子完全进入介质2后边缘1和边缘2依然平行。设边缘1在介质2内以后的路径上有一点，我们过点向下作法线的平行线并取这条线上下方一点，则垂直于介质分界面，且为光量子的折射角，设为，再过作分界面的垂线交与分界面于点。

在图2中不难证明：和

又有

于是

，

由于相等圆心角的同心圆弧半径之比等于弧长之比，又得到

于是我们得到

由此可见，对于任意一光量子的入射角与折射角的正玄之比为一常数，这样我们便通过光量子宽度的假设用一个光量子导出了光的折射定律。

3在光的全反射现象中用光量子传播宽度解释

古斯--汉申位移、隐失波以及光的反射定律和折射定律光从光密介质射向光疏介质时，当入射角增大至某一数值时，折射光线消失，光线全部反射，这种现象称为全反射，此时的入射角度称为全反射临界角。

如图3，设想有一光量子以全反射临界角入射，由介质2射向它与介质1的分界面上，设光在介质1中的速度大于光在介质2中速度，当光量子边缘1到达介质分界面上时，边缘2到达，联接，则即为光量子的传播宽度且垂直于边缘1和边缘2，当边缘1通过进入介质1后速度突变为，边缘2速度仍为，由于光量子传播宽度的边缘必须保持同等光程，于是光量子传

图3

播发生偏转，当边缘2经过时间到达分界面时，光量子边缘1到达，因为边缘1速度和边缘2速度之比为定值且光量子宽度不变，所以、是以延长线上某点为圆心的同心圆弧，又由于为全反射临界角，所以此时恰好与分界面相切与点，也就是说此时光量子边缘1与边缘2传播方向都与分界面平行。此后光量子的传播可能发生两种情况：

1、发生反射，反射光线发位移

如果边缘2速度没有发生突变，就是说边缘2恰好与分界面相切于介质2的界面上一点，则光量子传播就会继续偏转，当边缘1经过时间到达分界面上一点时，边缘2到达，边缘1经过点后重新回到介质2，速度又突变为，与边缘2同速，光量子传播方向不再发生偏转。因为此前边缘1速度和边缘2速度之比为定值且光量子宽度不变，所以、同样是以为圆心的同心圆弧，此后光量子的边缘1和边缘2分别沿着、上、点的切线方向直线传播。此后的光量子路径就相当于入射光线的反射光线路径，由此我们可以看到反射光线相对于入射光线发生了从到的位移，并找出了发生位移的原因，通过光量子宽度的假设我们还可以求出位移的长度。

如图3不难看出、同圆， 、同圆，我们再设光量子传播宽度为。

由相等圆心角的同心圆弧半径之比等于弧长之比，得到

不难看出垂直界面于点，于是有

又有

由以上三式我们得到

不难看出

所以在光以全反射临界角入射并发生全反射时发生的位移长度为

此位移或许就是我们所说的古斯—汉申位移，如果是这样我们便能通过光量子传播宽度的假设在光的全反射现象中解释发生古斯--汉申位移的原因并求出位移的长度。

2、发生折射，折射光线急剧衰减

如果此时边缘2的速度发生突变，就是说边缘2与分界面恰好切于介质1界面上一点时，边缘2速度突变为，与边缘1同速，则光量子传播不再偏转，边缘1和边缘2分别沿、在、点的切线方向传播，且分别为折射光的两个边，而此时两切线刚好平行于分界面，所以折射光平行于分界面，所以此时折射角为。一般来说我们做实验所用的介质1与介质2的分界面不可能是一个严格的平面（这里严格是绝对的意思），所以边缘2沿介质1的分界面表面传播时一旦遇见分界面的凹点时就会再次进入介质2，速度突变为，使光量子的传播再次发生偏转，从而使光量子再次进入介质2传播，折射光强度就会急剧衰减，但是由于凹点的位置及大小的随机性较大，所以再次进入介质2的光很难再进行准确测量。

这里的折射光也许就是我们所说的隐失波，此时波的穿透深度可以用光量子的传播宽度来表示。

3、光的反射定律的论证

在图3中，不难看出

于是我们就不难求出

即反射角等于入射角，这样在光的全反射现象中我们用光量子传播宽度的假设用一个光量子论证了光的反射定律。

4、光的折射定律的论证

由于折射角等于，所以折射角的正玄值为1

于是

由图不难看出

又有

由相等圆心角的同心圆弧半径之比等于弧长之比，得到

于是得到

即入射角与折射角的正玄之比为一常数，这样我们又通过光量子宽度的假设在光的全反射现象中用一个光量子论证了光的折射定律。

5、关于在反射过程中的半波损失的解释

1、掠入射时，光从光密介质到光疏介质时反射光无半波损失的解释。

在图3中我们可以看到光量子边缘1的实际路径大于边缘2的实际路径，使得两个边缘出现路程差，但由于边缘1的实际速度大于边缘2的实际速度，使得边缘1从传播到与边缘2从传播到用的时间相等，也就是说光量子的两个边缘虽然路程不等但是光程相等。这里需要指出：在此论文以前我们通常计算的几何光程没有考虑到光量子的传播宽度，但是要考虑的到光量子的传播宽度，这种计算方法有时就是不准确的。光的实际光程要以光量子的远边的光程来决定。在研究光从光密介质到光疏介质时反射光时我们计算的几何光程等于光边缘2的光程也等于光的实际光程，然后再通过几何光程计算预期的相位与观测到的相位（也就是实际相位）相符，所以我们就说光的反射光没有出现半波损失。

2、掠入射时，光从光疏介质到光密介质时反射光有半波损失的解释。

如果在图3中，介质1的绝对折射率大于介质2的绝对折射率，当光掠入射时，由于光量子的两边缘速度的差异，光量子本应该偏转进入介质2，但是由于介质2内的一些性质（我也不知道什么性质）使得光并没能进入介质2，反而被反射回介质1。（这种情况很难理解。）但是在这种情况下假设了光量子的传播宽度将比较好理解反射光的半波损失。在反射过程中光量子边缘1的实际路径大于边缘2的实际路径，两边缘出现路程差，由于边缘1在介质1中传播速度突然变慢为（这里是在介质1的绝对折射率大于介质2的绝对折射率的前提下的），但是如果边缘2的速度不发生突变仍为的话，的边缘1和边缘2将出现光程差，但是由于两边缘传播的同时性，光程差将是不被允许的，这就意味这边缘2必须降低到一个比更低的速度，也许只有这样该光量子才能不过被吸收，而是被反射。（不要问我为什么会这样，其实这就跟光从光疏介质入射到光密介质没发生折射而是发生反射一样不好理解，或许是由于光量子的某些微观结构能够识别介质1的某些性质而阻止了光量子的折射的发生，比如某一物体由于反射某一特定波长的光而呈现出特定颜色。）这样以来，光的光程将变长并等于光边缘1的实际光程，也等于变慢后的边缘2的实际光程，但是大于我们通过以前的方法求得的几何光程半个波长的时间。这时问题就出现了，由于我们求得的几何光程小于光线的实际光程半个波长时间，然后再通过几何光程计算预期的相位就会与观测到的相位（就是实际相位）出现不符，但我们坚信这种计算方法没有错误，于是我们就把这种现象描述为光经过反射后发生了相位跃变，同时反射光有半波损失。其实光并没有发生波长损失，只是延迟了半个波长的时间。

3、任何情况下，透射光都没有半波损失的解释。

由图1，光量子的光线边缘1的实际路程小于边缘2的实际路程，出现路程上的差异，但是边缘2的实际速度大于边缘1的实际速度，使得边缘2从传播到所用时间与边缘1从传播到所用时间相等，就是说两边缘路程虽然不等但是光程相等，我们通过以前方法求得的几何光程等于光线边缘1的几何光程，就等于光的实际光程，通过几何光程计算预期的相位与观测到的相位（就是实际相位）相符，所以我们就说透射光没有半波损失。

如果我的见解是符合实际的，那么很多像以上援引的光学现象将都比较好理解，并希望这一观点能给一些研究工作者带来一些方便。

另外，关于质量和能量如何扭曲时间的？

我认为：引力场的扰动使时间流逝。

第13篇

关键词：纠缠渗流 复杂网络 聚集性

中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）11（b）-0001-01

未来量子网络会提供很多富有吸引力的应用，从量子密钥、量子传输再到分布式的量子计算[1]。这些应用得以实现有一个前提条件，即节点之间的纠缠形成一个网络。为了克服纠缠量随空间距离呈指数衰减这个现实问题，就需要引入一些额外的设备，例如量子中继器和量子存储器等。

作为另外一种解决的方法，纠缠渗透协议被提出来从而实现远距离纠缠态的制备。这种方法把纠缠建立的问题转换为统计物理中的相变问题。使用局域操作和经典通讯，将部分纠缠态转换为最大纠缠态。转换存在一个所谓的“转换成功率”。当转换成功率超出某一个阈值时，涵盖了大部分网络的最大纠缠连接子网出现了。通常，该阈值依赖于量子网络的拓扑结构性质。一些局域化的量子操作可以降低阈值和增加最大连接子网的尺寸。

从基础和技术层面对纠缠态的制备的浓厚兴趣已经导致了对普通和复杂网络的纠缠渗流的广泛研究。但是，许多这方面的研究结果都是关于网络节点的。由于任何单个的网络模型都不能包含真是网络中的所有拓扑特征，研究真实量子网络中的纠缠渗流协议的应用性就变得非常必要了。假定将来的量子网络很可能与现在的互联网有类似的复杂的拓扑结构。

本篇论文研究现存复杂互联网的纠缠渗透协议。本文研究了量子复杂网络的长距离纠缠建立的协议的有效性，网络具有无标度的度分布和高集群性。

假定CEP和GEP运用到了现在的经典互联网中，我们可以对这些纠缠协议应用到真实复杂量子网络的可行性进行评估。在分析中我们用到了skitter网络和BGP网络，他们反映了真实的互联网AS-lever拓扑的不同方面，即一个反映的是skitter数据平台上的互联网流量拓扑结构；另一个反映的是BGP控制平台的路由系统拓扑结构。

本文研究了现存复杂互联网的纠缠渗透协议。本文研究的结果表明真实互联网的高聚集性拓扑结构对网络化的远程纠缠制备具有积极的现实意义。

第14篇

[关键词] 地方院校；量子力学；精品课程建设

[中图分类号] G642.3 [文献标识码] A [文章编号] 1005-4634（2014）01-0057-04

0 引言

我国本科高校按隶属对象不同，分为部委属和省属两大类别，省属高校又分为省属国家“211”重点高校、省部共建高校、地方性直属高校三类，本文“地方院校”指省属高校中的地方性直属本科高校，这些院校大多采取省市共建、以市为主的管理体制，多数建校时间短或由专科升格。

随着我国高等教育大众化进程的不断深入，生源质量降低，教学资源日趋紧张，高等院校的教学压力逐渐加大，引发了社会对高等教育质量的担忧。2003年4月《教育部关于启动高等学校教学质量与教学改革工程精品课程建设工作的通知》（教高[2003]1号），引起了全国范围内建设国家、省、校三级精品课程的热潮。量子力学精品课程也同其他课程一样，经历了精品课程建设的热潮，截至2013年9月，共有四校建成国家精品课程，分别是兰州大学（2004年）、复旦大学（2004年）、清华大学（2007年）、北京大学（2008年）；两校建成湖北省精品课程，分别是华中师范大学（2003年）和湖北大学（2003年）；两校建成湖北省地方院校校级精品课程，分别是黄冈师范学院（2007年）、湖北师范学院（2011年）。可见，量子力学国家精品课程全部由985重点大学建设，湖北省精品课程也由211重点大学和省属重点大学建设，地方院校只有两校建成校级精品课程，只占湖北省27所地方院校的7.4%，大多数地方院校并未开展量子力学精品课程建设，这与量子力学课程的重要地位极不相称。量子力学是近代物理学的两大支柱之一，也是现代工业技术的重要理论基础，其教学质量的重要性不言而喻，但量子力学又是一门高度抽象的理论物理课程，远离日常经验，教与学都有一定的难度。地方院校由于师资力量薄弱，学术资源匮乏，生源素质不理想，教学与科研脱节，导致这些院校的量子力学精品课程大多处于有心无力、举步维艰的状态。

地方院校占我国高校总数的90%左右，担负着服务地方社会经济建设、培养千百万专门人才的重任。地方院校是我国高等教育金字塔的塔基，塔基不稳，必然影响我国高等教育的健康发展，因此研究地方院校量子力学精品课程建设，提高人才培养质量是迫在眉睫的重要问题，令人惋惜的是这方面的研究成果太少，难以指导地方院校量子力学精品课程的建设。

1 地方院校视角下量子力学精品课程建设 的内涵

精品课程的评价标准是“五个一流”，即一流教师队伍、一流教学内容、一流教学方法、一流教材、一流教学管理。精品课程建设研究大多围绕“五个一流”展开，但精品课程建设应该是分层次的，不同类型的高校应有不同的标准。每个学校都是在自己的层次上、自己的类型上来办出最高水平的课程，各个学校是不一样的，精品课定位不一样，寻找精品课群体也不一样[1]。地方高校应从自己的办学定位、培养规格和生源情况来考虑量子力学精品课程建设，基于地方院校视角来理解“五个一流”，扬长避短，不盲目攀比，也不妄自菲薄。

1.1 一流教师队伍

地方院校普遍存在教师整体水平不高的问题，教师的学历、职称、学术水平和重点大学相比有较大差距，教学任务重，技术应用能力不强。重点大学承担培养拔尖人才的任务，必然要求教师具有较高的学术水平和科研能力，地方院校承担培养千百万专门人才，即应用型技能型人才的任务，对教师的学术水平要求不是太高，但要求教师具有较强的技术应用能力。地方院校教师不宜与重点大学的教师比学术水平，但要关注学科前沿，尽快掌握与本学科相关的最新技术，提高重点大学教师并不擅长的技术应用能力，体现地方院校“双师”型师资的鲜明特色。

地方院校量子力学精品课程的一流教师队伍，就是要建设一支与应用型人才培养相适应的，具有一定的学术水平、较高的教学水平、较强的技术应用能力的“双师型”教师队伍。

1.2 一流教学内容

应用型人才培养的定位，决定了量子力学精品课程的教学内容有别于重点大学，教学内容的核心是量子力学的基本理论、基本知识、基本技能，不求教学内容的高度完整性，适当降低内容的深度和应用数学解题的难度，保持教学内容的前沿性和时代性，满足学生了解学科发展前沿及其技术应用的强烈愿望。前沿知识不仅可以开阔学生的眼界，而且能够潜移默化地影响学生未来的发展。

地方院校量子力学精品课程的一流教学内容可以理解为，量子力学基本理论、基本知识、基本技能等学科有效知识与专业发展密切相关的前沿知识及其技术应用的有机整合。有效知识，就是今后能对在该领域继续学习、继续研究、开辟新的领域、学习新的知识发挥作用的、最关键、最基础性的东西[1]。

1.3 一流教学方法

重点大学普遍重视讨论式、研究式教学方法，基于量子力学学科特点和地方院校学生水平，讨论式和研究式的教学方法要慎重使用，如果准备不充分，极有可能出现学生讨论时言之无物和研究时无从着手的难堪局面，反而挫伤学生的学习积极性。采用讨论式和研究式教学方法，一要内容难度适宜，二要前期准备充分，三要教师循循善诱。量子力学内容高度抽象，学生自学困难较大，因此对教学方法和手段的要求较高。无论选择什么样的教学方法，采用什么样的教学手段，都是为了学生能够更好地理解和掌握知识，都要适合学生的实际认知水平，不能为了讨论而讨论，为了研究而研究，应以实际教学效果来评价教学方法的优劣。

地方院校量子力学精品课程的一流教学方法，即以启发式讲授为主，结合课程内容适当采取讨论式和研究式教学，传统教学手段与多媒体技术手段有机结合，集多种方法与手段于一体的教学方法体系。

1.4 一流教材

量子力学教材的选用，国内一般主要选用曾谨言版（重点大学）和周世勋版（地方院校），另有苏汝铿版、张永德版、钱伯初版、关洪版等多种教材，也有多种国外优秀教材。鉴于量子力学的某些基本问题至今仍有争议，甚至国内权威教材中的部分内容仍受质疑，地方院校不宜盲目自编教材，避免对某些问题的不当阐述误导学生，宜选用国内经典的简明教材，辅以优秀教材作为参考书，以满足不同学生的学习要求，通过立体化、一体化教材建设，补充量子力学的最新进展和实际应用，更好地为地方院校培养应用型人才服务。

地方院校量子力学精品课程的一流教材，即在选用国内经典简明教材的基础上，选择国内外优秀教材作参考书，着力打造包括电子教案、PPT、习题答案、试题库、仿真实验、网络课堂等资源在内的立体化、一体化教材。

1.5 一流教学管理

精品课程需要通过科学的管理为其提供制度保证。科学的教学管理和规范的管理机制，是精品课程的重要条件。精品课程的教学管理既包括对课堂教学的组织、实践教学的安排、学习成绩的评定等教学环节的管理，还包括师资队伍的配备、课程建设过程的管理、教学保证条件的建设等[2]。

地方院校作为教学型大学，科研上处于劣势，教学管理上更应加强，应将一流教学管理作为量子力学精品课程的重要特色来建设。

地方院校量子力学精品课程的一流教学管理，即建立健全与应用型人才培养目标相适应的教学管理制度，包括编、备、教、辅、改、考各教学环节的管理制度，以及经费投入、师资配备、用人机制和激励机制、课程评价等教学质量保障制度，认真落实各项教学管理制度并切实做好教学质量监控，保证课程建设的可持续发展。

2 地方院校视角下量子力学精品课程建设 的对策

2.1 建设一支与应用型人才培养适应的师资队伍

地方院校培养应用型人才的定位，客观上要求教师应具有教师和工程师（或技能师）的双重身份。量子力学精品课程的师资队伍建设，除引进高层次人才、抓好现有教师的转型提升、开展与课程相关的教研和科研等常规措施之外，尤其要重视师资队伍的技术水平和能力的培养，通过产学研用结合切实提高教师的技术操作能力、应用能力和转化能力。加强学校与科研机构、企业的合作，聘请经验丰富的科研人员和工程师作为兼职教师，提高教师队伍整体的科研水平和技术实力。

2.2 精选课程有效知识构建学科基础，实现理论 与应用、基础与前沿的完美结合

夯实基础、关注前沿、了解应用、激发兴趣是一流教学内容的必然要求。在教学内容的选择和安排上，要注意与知识的实际应用相联系，找准最佳结合点，融入学科前沿的理论知识和学科发展的最新成果。

量子力学的有效知识包括量子力学的发展历史、量子力学的五大公设、定态问题求解、表象变换理论、微扰理论、电子自旋等，有效知识构成课程的核心知识；学科前沿知识、量子力学在现代科技和其它学科中的应用等内容构成课程的补充知识；散射等相对困难的内容构成课程的知识。核心知识具有相对稳定性，要求熟练掌握；补充知识具有时代性，要求学生了解而不求掌握；知识具有可选性，建议有能力的学生选学。核心知识和补充知识属于第一层次的教学内容，面向全体学生；知识属第二层次的教学内容，面向部分学生。教学内容的分类既有利于实现教学的层次化，又有利于实现理论与应用、基础与前沿的有机结合。

2.3 构建教学理念先进、与学生水平相适应的教 学方法体系

以教师为主导，以学生为主体。变单一教学方式为多样化教学方式构成的有机体系，变以教为主为以学为主或学教并重，变传统课堂教学为传统课堂教学和网络课堂教学相结合。基于量子力学的抽象性，讲授仍是主要的教学方法，但应注重启发学生积极思考，采取课内、课外、网络等多种形式增强师生互动，结合适当的内容开展讨论和研究。

可以组织学生讨论如量子力学相关实验的解释、量子力学基本原理的各种理解、一维定态问题的求解方法等；也可讨论量子力学的某些新进展和新的技术应用，要求学生就“量子纠缠”、“EPR佯谬”、“量子计算机原理”等内容展开调研，撰写文献综述报告，将讨论和初步的研究结合起来，培养学生从事科学研究的基本素质；也可建议能力较强的学生对“密度矩阵表示量子态”、“路径积分量子化”、“自由粒子的狄拉克方程”等较新的内容进行一些初级的理论探讨，通过写小论文的方式总结研究结果等。

讨论和探究的关键在于培养学生的参与意识、问题意识和批判意识，不奢望毕其功于一役，长期坚持一定会有收获。

2.4 选择适宜的教材和教学参考书，建设立体化、 一体化教材

选择周世勋版《量子力学教程》作为教材，因为它比较简明，适合初学者和地方院校生源的实际水平；选择曾谨言版《量子力学教程》作为主要参考书，因为它是全国大多数高校指定的考研参考用书，要照顾部分考研学生的需要；还可选择其他国内外优秀教材作为参考书，以兼收并蓄、博采众长。

教材是教学内容的载体，一流教材必然要展现一流教学内容。立体化、一体化教材不是简单的教材和教参搬家，应将学科最新的研究成果、成功的教改经验和教师自己的教科研成果及时地反映出来。一流教材除电子教案、PPT、全程教学录像、习题解答、试题库、网络互动答疑、在线测试等内容外，还要自编学习辅导用书，内容大致可包括学习内容辅导、考研辅导、阅读材料三大部分。学习内容辅导应梳理各章知识点及联系、重点难点的学习经验，补充典型习题；考研辅导可提供各类院校近年来的量子力学考研试卷，分析考试内容涵盖的知识点和相关的考核要求；阅读材料可介绍量子力学的最新进展、与量子力学有关的各交叉学科、量子力学的发展历史以及逸闻趣事等。

2.5 抓紧抓实全方位全过程的教学管理

精品课程建设是一个综合系统工程，只有扎扎实实、认认真真、持之以恒地努力工作，才能把事情做好[3]。一流教学管理是精品课程建设的重要方面，建章立制是基础，教学各环节的过程管理是纵线，教学保障条件建设管理是横线，教学质量监控、反馈和改进是保障。教学管理不必标新立异，抓紧、抓实、抓细、抓出成效，就是教学管理的最大特色。

教学各环节的管理制度中，重点要改变学业成绩评价标准，变结果评价为过程评价，正确把握考试导向，降低期末考试比重，加大平时考核比重，将考勤、作业、提问、小论文、课程设计纳入平时考核。

教学质量保障制度的建设和落实要抓好以下几个方面：学校要加大对精品课程建设的经费投入；选择学术水平较高、教学效果得到师生公认的优秀教师担任课程负责人，组建由课程负责人负总责、主讲教师分工与合作的教学队伍；对参与精品课程建设的教师，在评优评先、晋升职称等方面优先考虑；抓实教学过程的质量监控，完善同行评教、学生评教、毕业生评教和评教意见的及时反馈及改进制度；抓住一切校内外的交流机会，博采众长，不断更新充实网上资源，确保精品课程建设的可持续发展。

3 地方院校视角下量子力学精品课程建设 的初步成果

2011年起，荆楚理工学院应用物理学专业开设量子力学课程。三年来，量子力学教学团队坚持以建设校级精品课程为目标，始终追求精品境界，目前量子力学精品课程的基本资料已准备就绪，拟申报校级精品课程，并计划在校级精品课程基础上，力争申报省级及以上精品课程，最终转型升级成为精品资源共享课。

教学团队坚持教学和科研相结合，重视研究解决教学过程中存在的突出问题，以教科研水平的提高带动教学水平的提高。三年共主持完成湖北省教育科学“十一五”规划课题“理工类本科生物理学习障碍归因及对策研究”一项，此课题于2013年5月被湖北省教科规划办批准结题，鉴定结论为：课题研究整体设计规范，研究路线科学，课题组成员分工合理，研究成果丰富且有实效；正主持湖北省教育科学“十二五”规划课题一项：“地方院校应用物理学专业人才培养模式研究”。在学术研究方面，教学团队围绕量子纠缠态、量子点、反应微分截面等方向进行了比较深入地研究，取得了一些成果，近几年在国外英文期刊和国际学术会议上发表了6篇英文学术论文，其中4篇被EI收录，2篇被INSPECT收录，并在原子与分子物理学报、重庆大学学报、量子光学学报等中文核心期刊上发表了8篇学术论文。

科学研究提高了教师的学术水平，加深了对量子力学课程内容的深刻理解，促进了教学的深入浅出，实现了理论与应用、基础与前沿的有机结合，量子力学课程教学质量逐年稳步提高：三年来师生评教均分都在95分以上，教学效果得到师生认可；学生学习量子力学的积极性明显提高，学业成绩的统计结果表明，大部分学生较好地掌握了量子力学的基本理论、基本知识和基本技能，并对量子力学知识的有关应用和学科发展前沿产生了浓厚兴趣，越来越多的学生开始选择以量子力学的有关研究作为毕业论文选题，其中2009级两名学生的毕业论文荣获学校优秀毕业论文；不少学生考研时量子力学科目也取得了135分以上的较好成绩。荆楚理工学院量子力学精品课程建设取得的初步成效，从理论和实践两方面证明了建设具有地方院校特色的量子力学精品课程是可行的。

4 结束语

精品课程不应千课一面，不同类型的院校应该有不同类型的精品课程，量子力学精品课程建设也不应该成为重点大学的专利，地方院校完全可以根据自己的培养目标、培养规格、生源状况，正确地理解“一流教师队伍、一流教学内容、一流教学方法、一流教材、一流教学管理”，建设具有应用型人才培养特色的量子力学精品课程，在精品课程建设上实现与重点大学的错位发展。

参考文献

[1]袁德宁.精品课建设及课程支撑理念的转变[J].清华大学教育研究，2004，25（3）：53-57.

第15篇

【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，Purdue University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（133 Cs）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133 Cs 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）。