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量子計算的發(fā)展范文第1篇

關(guān)鍵詞：工程預(yù)結(jié)算；自動計算軟件

Abstract: The development of the computer technology, and infiltrated all walks of life and computer graphic design technology promotion, the computer graphics technology is applied to the calculation of engineering quantity possible, automatic calculation software application and development is the inevitable trend of the building engineering budget.

Key words : the project pre-settlement; automatic calculation software

中圖分類號：F811.3文獻標識碼： A文章編號：2095-2104（2012）

建筑工程預(yù)結(jié)算是建筑行業(yè)中非常重要的一項工作，而工程量計算又是這項工作中至關(guān)重要的一部分。如何提高工程量計算的效率、減少其工作量，做到準確無誤，一直是工程預(yù)算行業(yè)急待解決的一個課題。

計算機技術(shù)的日益發(fā)展，并滲入到各行各業(yè)中以及計算機平面設(shè)計技術(shù)的推廣，使得計算機繪圖技術(shù)應(yīng)用到工程量計算中成為可能，工程量自動計算軟件的應(yīng)用和發(fā)展是建筑工程預(yù)結(jié)算的必然趨勢。

2003年7月我在公司預(yù)算處開始從事工程預(yù)算工作，剛參加工作時，工程預(yù)算對我來說非常陌生，書本理論與實際應(yīng)用之間差距太大。經(jīng)過很長一段努力，我的預(yù)算技能雖然有所提高，但對于計算規(guī)則和定額的深入理解以及計算速度的有效提高等方面仍有相當(dāng)?shù)牟蛔恪?/p>

2007年，在參與我公司內(nèi)蒙古商廈的審計結(jié)算工作中，我接觸到了魯班算量軟件，同時，在學(xué)習(xí)和應(yīng)用當(dāng)中感受到它給我的工作帶來了很大的方便。

（一）在工作方式上，魯班軟件采用的是AutoCad界面和繪圖方式，這正是我在校期間的學(xué)習(xí)內(nèi)容，所以感覺上手很快，達到熟練程度也比較容易。

當(dāng)然對于很多初學(xué)者來說，軟件入門的確有一定的困難，但這只是暫時的，只要我們把握正確的方法，通過正確的渠道，再加上自己的努力就一定能掌握它。

（二）對于工程量計算規(guī)則，其中大部分已經(jīng)在魯班軟件中設(shè)置完畢，我們只要稍做修改就可以正確應(yīng)用。

顯而易見，工程量計算軟件為預(yù)算初學(xué)者提供了學(xué)習(xí)的捷徑。因為老預(yù)算員精通定額，熟練掌握計算規(guī)則，但計算機水平都不是很高，而對于初學(xué)者來說計算機操作是我們的優(yōu)勢，計算規(guī)則已經(jīng)由軟件定義，我們就可以先入門學(xué)習(xí)軟件再逐漸熟悉定額和計算規(guī)則。通過這種方式我感到預(yù)算水平提高很快。

（三）在工作步驟上，使用工程量計算軟件省略了原先的計算書匯總、上表套定額的手工工序，完全由計算機自動完成，極大程度上節(jié)省了時間。

在工作效率上，以前用手工算量大約用一星期才能完成的工程量，用算量軟件五天就能完成。

（四）在采用的工作方式上，魯班軟件采用AutoCad繪圖方式，省略了手工計算時使用的鉛筆、橡皮、計算器和大量的工程量計算書等耗材，簡化了手寫計算式的步驟和手按計算器計算的繁復(fù)工作，在極大程度上實現(xiàn)了無紙辦公。

（五）在打印輸出格式上，魯班軟件打印輸出的整潔版面是手工書寫無法比擬的，其格式明確，計算公式詳細，匯總方式合理，做為預(yù)算資料的保存和查閱十分適用。

另外，在核對工程量時，還可以利用電子計算書的分類匯總和條件匯總功能，在計算機中隨時調(diào)用有用的數(shù)據(jù)，減少了手工計算書不易分類、不易匯總的麻煩。

再有，軟件提供了自動輸出到TXT、EXCEL、XML多種文件形式，極大程度上方便了各種用戶的轉(zhuǎn)化與應(yīng)用。

（六）圖形算量軟件作為一種高科技含量的新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)，具有很大的發(fā)展前景，通過每一次的軟件不定期升級，軟件必將越做越成熟，越做越合乎人性化設(shè)計。到目前為止，該軟件已經(jīng)由最初的2007版升級到2008版，而且2009版已經(jīng)在網(wǎng)上公布并進入全國巡回展覽階段。

我相信，新一版的魯班軟件設(shè)計一定會有更強大的功能，有更出色的表現(xiàn)，讓我們拭目以待。

量子計算的發(fā)展范文第2篇

量子密碼應(yīng)運而生

量子計算的原理與傳統(tǒng)計算機采用的原理有很大不同，傳統(tǒng)計算機采用單路串行操作，而量子計算機采用多路并行操作，它們運算速度的差異就如同萬只飛鳥同時升上天空與萬只蝸牛排隊過獨木橋的區(qū)別。

20世紀70年代，英國和美國最早開始對量子計算的研究。近年來，量子計算的理論和實踐都相繼取得重大進展，產(chǎn)生了多種新的量子算法，研制了多種量子計算機原型。

科學(xué)家預(yù)測，未來10～20年將研制成功103～104量子比特的大型量子計算機，其運算能力可以在幾分鐘內(nèi)破譯現(xiàn)有任何采用非對稱密鑰系統(tǒng)生成的密碼。

面對量子計算未來可能隨時“秒殺”傳統(tǒng)密碼的危險，科學(xué)家致力于尋找不基于數(shù)學(xué)問題，能有效抵抗量子計算攻擊的新型密碼體制。解鈴還須系鈴人，同樣基于量子信息技術(shù)的量子密碼應(yīng)運而生，成為對抗量子計算的“神器”。

又一個可能的“技術(shù)差”

二戰(zhàn)中，英國破譯德軍ENGMA密碼，獲知其即將轟炸考文垂市，但為保守德軍密碼已被破譯的秘密，英國斷然犧牲考文垂這個重要工業(yè)城市，不發(fā)出防空警報任由德軍轟炸；美軍在中途島海戰(zhàn)的勝利，以及擊落山本五十六座機等影響戰(zhàn)爭進程的重大事件，與其成功破譯日軍“紫密”有直接關(guān)系。一些專家們甚至估計，盟軍在密碼破譯上的成功至少使二戰(zhàn)縮短了8年。

當(dāng)前，戰(zhàn)場網(wǎng)絡(luò)已成為連接人與武器、武器與武器的技術(shù)紐帶，構(gòu)成了信息化軍隊的神經(jīng)中樞。偵察預(yù)警、指揮協(xié)同、武器控制、后勤保障等作戰(zhàn)活動均離不開網(wǎng)絡(luò)的支持。安全可靠的戰(zhàn)場網(wǎng)絡(luò)是保證自身作戰(zhàn)體系穩(wěn)定，在體系對抗中謀取勝勢的重要前提，而戰(zhàn)場網(wǎng)絡(luò)的安全又十分依賴于網(wǎng)絡(luò)通信密碼提供的“安全屏障”。

一個國家的軍隊一旦率先實現(xiàn)量子密碼和量子計算的武器化，并在戰(zhàn)爭中投入使用，將與對手形成巨大的“技術(shù)差”，在保持自身網(wǎng)絡(luò)通信絕對安全的同時，可隨時破譯對方網(wǎng)絡(luò)通信密碼，洞悉對手的一舉一動，從而占據(jù)絕對信息優(yōu)勢，甚至可以直接癱瘓和控制對方網(wǎng)絡(luò)，由此將置作戰(zhàn)對手于極為被動的不利地位，戰(zhàn)局可能出現(xiàn)“一邊倒”的情況。

以超常措施推進軍事應(yīng)用

意大利軍事家杜黑指出：“勝利只向那些能預(yù)見戰(zhàn)爭特性變化的人微笑，而不是向那些等待變化發(fā)生才去適應(yīng)的人微笑。”面對量子信息技術(shù)的機遇與挑戰(zhàn)，只有未雨綢繆，盡早規(guī)劃，提前部署，才能在未來戰(zhàn)爭中占據(jù)先機和主動，避免對手利用技術(shù)突然性陷我于被動。

目前，量子密碼已經(jīng)從實驗室演示性研究邁向?qū)嶋H應(yīng)用。發(fā)達國家軍隊已把量子信息技術(shù)作為引領(lǐng)未來軍事革命的顛覆性、戰(zhàn)略性技術(shù)。例如，美國防高級研究計劃局專門制定“量子信息科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃”、研發(fā)量子芯片的“微型曼哈頓”計劃等。美國正加速推進量子信息技術(shù)的實際應(yīng)用，美國白宮和五角大樓已安裝量子通信系統(tǒng)并已投入使用。英、法、德、日等國軍隊也相繼制定實施一系列發(fā)展量子信息技術(shù)的計劃。

量子計算的發(fā)展范文第3篇

關(guān)鍵詞:計算科學(xué)計算工具圖靈模型量子計算

1計算的本質(zhì)

抽象地說,所謂計算,就是從一個符號串f變換成另一個符號串g。比如說,從符號串12+3變換成15就是一個加法計算。如果符號串f是x2,而符號串g是2x,從f到g的計算就是微分。定理證明也是如此,令f表示一組公理和推導(dǎo)規(guī)則,令g是一個定理,那么從f到g的一系列變換就是定理g的證明。從這個角度看,文字翻譯也是計算,如f代表一個英文句子,而g為含意相同的中文句子,那么從f到g就是把英文翻譯成中文。這些變換間有什么共同點？為什么把它們都叫做計算？因為它們都是從己知符號(串)開始,一步一步地改變符號(串),經(jīng)過有限步驟,最后得到一個滿足預(yù)先規(guī)定的符號(串)的變換過程。

從類型上講,計算主要有兩大類:數(shù)值計算和符號推導(dǎo)。數(shù)值計算包括實數(shù)和函數(shù)的加減乘除、冪運算、開方運算、方程的求解等。符號推導(dǎo)包括代數(shù)與各種函數(shù)的恒等式、不等式的證明,幾何命題的證明等。但無論是數(shù)值計算還是符號推導(dǎo),它們在本質(zhì)上是等價的、一致的,即二者是密切關(guān)聯(lián)的,可以相互轉(zhuǎn)化,具有共同的計算本質(zhì)。隨著數(shù)學(xué)的不斷發(fā)展,還可能出現(xiàn)新的計算類型。

2遠古的計算工具

人們從開始產(chǎn)生計算之日,便不斷尋求能方便進行和加速計算的工具。因此,計算和計算工具是息息相關(guān)的。

早在公元前5世紀,中國人已開始用算籌作為計算工具,并在公元前3世紀得到普遍的采用,一直沿用了二千年。后來,人們發(fā)明了算盤,并在15世紀得到普遍采用,取代了算籌。它是在算籌基礎(chǔ)上發(fā)明的,比算籌更加方便實用,同時還把算法口訣化,從而加快了計算速度。

3近代計算系統(tǒng)

近代的科學(xué)發(fā)展促進了計算工具的發(fā)展:在1614年,對數(shù)被發(fā)明以后,乘除運算可以化為加減運算,對數(shù)計算尺便是依據(jù)這一特點來設(shè)計。1620年,岡特最先利用對數(shù)計算尺來計算乘除。1850年,曼南在計算尺上裝上光標,因此而受到當(dāng)時科學(xué)工作者,特別是工程技術(shù)人員廣泛采用。機械式計算器是與計算尺同時出現(xiàn)的,是計算工具上的一大發(fā)明。帕斯卡于1642年發(fā)明了帕斯卡加法器。在1671年,萊布尼茨發(fā)明了一種能作四則運算的手搖計算器,是長1米的大盒子。自此以后,經(jīng)過人們在這方面多年的研究,特別是經(jīng)過托馬斯、奧德內(nèi)爾等人的改良后,出現(xiàn)了多種多樣的手搖計算器,并風(fēng)行全世界。

4電動計算機

英國的巴貝奇于1834年,設(shè)計了一部完全程序控制的分析機,可惜礙于當(dāng)時的機械技術(shù)限制而沒有制成,但已包含了現(xiàn)代計算的基本思想和主要的組成部分了。此后,由于電力技術(shù)有了很大的發(fā)展,電動式計算器便慢慢取代以人工為動力的計算器。1941年,德國的楚澤采用了繼電器,制成了第一部過程控制計算器,實現(xiàn)了100多年前巴貝奇的理想。

5電子計算機

20世紀初,電子管的出現(xiàn),使計算器的改革有了新的發(fā)展,美國賓夕法尼亞大學(xué)和有關(guān)單位在1946年制成了第一臺電子計算機。電子計算機的出現(xiàn)和發(fā)展,使人類進入了一個全新的時代。它是20世紀最偉大的發(fā)明之一,也當(dāng)之無愧地被認為是迄今為止由科學(xué)和技術(shù)所創(chuàng)造的最具影響力的現(xiàn)代工具。

在電子計算機和信息技術(shù)高速發(fā)展過程中,因特爾公司的創(chuàng)始人之一戈登·摩爾(GodonMoore)對電子計算機產(chǎn)業(yè)所依賴的半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展作出預(yù)言:半導(dǎo)體芯片的集成度將每兩年翻一番。事實證明,自20世紀60年代以后的數(shù)十年內(nèi),芯片的集成度和電子計算機的計算速度實際是每十八個月就翻一番,而價格卻隨之降低一倍。這種奇跡般的發(fā)展速度被公認為“摩爾定律”。

6“摩爾定律”與“計算的極限”

人類是否可以將電子計算機的運算速度永無止境地提升?傳統(tǒng)計算機計算能力的提高有沒有極限?對此問題,學(xué)者們在進行嚴密論證后給出了否定的答案。如果電子計算機的計算能力無限提高,最終地球上所有的能量將轉(zhuǎn)換為計算的結(jié)果——造成熵的降低,這種向低熵方向無限發(fā)展的運動被哲學(xué)界認為是禁止的,因此,傳統(tǒng)電子計算機的計算能力必有上限。

而以IBM研究中心朗道(R.Landauer)為代表的理論科學(xué)家認為到21世紀30年代,芯片內(nèi)導(dǎo)線的寬度將窄到納米尺度(1納米=10-9米),此時,導(dǎo)線內(nèi)運動的電子將不再遵循經(jīng)典物理規(guī)律——牛頓力學(xué)沿導(dǎo)線運行,而是按照量子力學(xué)的規(guī)律表現(xiàn)出奇特的“電子亂竄”的現(xiàn)象,從而導(dǎo)致芯片無法正常工作;同樣,芯片中晶體管的體積小到一定臨界尺寸(約5納米)后,晶體管也將受到量子效應(yīng)干擾而呈現(xiàn)出奇特的反常效應(yīng)。

哲學(xué)家和科學(xué)家對此問題的看法十分一致:摩爾定律不久將不再適用。也就是說,電子計算機計算能力飛速發(fā)展的可喜景象很可能在21世紀前30年內(nèi)終止。著名科學(xué)家,哈佛大學(xué)終身教授威爾遜(EdwardO.Wilson)指出:“科學(xué)代表著一個時代最為大膽的猜想(形而上學(xué))。它純粹是人為的。但我們相信,通過追尋“夢想—發(fā)現(xiàn)—解釋—夢想”的不斷循環(huán),我們可以開拓一個個新領(lǐng)域,世界最終會變得越來越清晰,我們最終會了解宇宙的奧妙。所有的美妙都是彼此聯(lián)系和有意義的?！?/p>

7量子計算系統(tǒng)

量子計算最初思想的提出可以追溯到20世紀80年代。物理學(xué)家費曼RichardP.Feynman曾試圖用傳統(tǒng)的電子計算機模擬量子力學(xué)對象的行為。他遇到一個問題:量子力學(xué)系統(tǒng)的行為通常是難以理解同時也是難以求解的。以光的干涉現(xiàn)象為例,在干涉過程中,相互作用的光子每增加一個,有可能發(fā)生的情況就會多出一倍,也就是問題的規(guī)模呈指數(shù)級增加。模擬這樣的實驗所需的計算量實在太大了,不過,在費曼眼里,這卻恰恰提供一個契機。因為另一方面,量子力學(xué)系統(tǒng)的行為也具有良好的可預(yù)測性:在干涉實驗中,只要給定初始條件,就可以推測出屏幕上影子的形狀。費曼推斷認為如果算出干涉實驗中發(fā)生的現(xiàn)象需要大量的計算,那么搭建這樣一個實驗,測量其結(jié)果,就恰好相當(dāng)于完成了一個復(fù)雜的計算。因此,只要在計算機運行的過程中,允許它在真實的量子力學(xué)對象上完成實驗,并把實驗結(jié)果整合到計算中去,就可以獲得遠遠超出傳統(tǒng)計算機的運算速度。

在費曼設(shè)想的啟發(fā)下,1985年英國牛津大學(xué)教授多伊奇DavidDeutsch提出是否可以用物理學(xué)定律推導(dǎo)出一種超越傳統(tǒng)的計算概念的方法即推導(dǎo)出更強的丘奇——圖靈論題。費曼指出使用量子計算機時,不需要考慮計算是如何實現(xiàn)的,即把計算看作由“神諭”來實現(xiàn)的:這類計算在量子計算中被稱為“神諭”(Oracle)。種種跡象表明:量子計算在一些特定的計算領(lǐng)域內(nèi)確實比傳統(tǒng)計算更強,例如,現(xiàn)代信息安全技術(shù)的安全性在很大程度上依賴于把一個大整數(shù)(如1024位的十進制數(shù))分解為兩個質(zhì)數(shù)的乘積的難度。這個問題是一個典型的“困難問題”,困難的原因是目前在傳統(tǒng)電子計算機上還沒有找到一種有效的辦法將這種計算快速地進行。目前,就是將全世界的所有大大小小的電子計算機全部利用起來來計算上面的這個1024位整數(shù)的質(zhì)因子分解問題,大約需要28萬年,這已經(jīng)遠遠超過了人類所能夠等待的時間。而且,分解的難度隨著整數(shù)位數(shù)的增多指數(shù)級增大,也就是說如果要分解2046位的整數(shù),所需要的時間已經(jīng)遠遠超過宇宙現(xiàn)有的年齡。而利用一臺量子計算機,我們只需要大約40分鐘的時間就可以分解1024位的整數(shù)了。

8量子計算中的神諭

人類的計算工具,從木棍、石頭到算盤,經(jīng)過電子管計算機,晶體管計算機,到現(xiàn)在的電子計算機,再到量子計算。筆者發(fā)現(xiàn)這其中的過程讓人思考:首先是人們發(fā)現(xiàn)用石頭或者棍棒可以幫助人們進行計算,隨后,人們發(fā)明了算盤,來幫助人們進行計算。當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)不僅人手可以搬動“算珠”,機器也可以用來搬動“算珠”,而且效率更高,速度更快。隨后,人們用繼電器替代了純機械,最后人們用電子代替了繼電器。就在人們改進計算工具的同時,數(shù)學(xué)家們開始對計算的本質(zhì)展開了研究,圖靈機模型告訴了人們答案。

量子計算的出現(xiàn),則徹底打破了這種認識與創(chuàng)新規(guī)律。它建立在對量子力學(xué)實驗的在現(xiàn)實世界的不可計算性。試圖利用一個實驗來代替一系列復(fù)雜的大量運算?？梢哉f。這是一種革命性的思考與解決問題的方式。

因為在此之前,所有計算均是模擬一個快速的“算盤”,即使是最先進的電子計算機的CPU內(nèi)部,64位的寄存器(register),也是等價于一個有著64根軸的二進制算盤。量子計算則完全不同,對于量子計算的核心部件,類似于古代希臘中的“神諭”,沒有人弄清楚神諭內(nèi)部的機理,卻對“神諭”內(nèi)部產(chǎn)生的結(jié)果深信不疑。人們可以把它當(dāng)作一個黑盒子,人們通過輸入,可以得到輸出,但是對于黑盒子內(nèi)部發(fā)生了什么和為什么這樣發(fā)生確并不知道。

9“神諭”的挑戰(zhàn)與人類自身的回應(yīng)人類的思考能力,隨著計算工具的不斷進化而不斷加強。電子計算機和互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn),大大加強了人類整體的科研能力,那么,量子計算系統(tǒng)的產(chǎn)生,會給人類整體帶來更加強大的科研能力和思考能力,并最終解決困擾當(dāng)今時代的量子“神諭”。不僅如此,量子計算系統(tǒng)會更加深刻的揭示計算的本質(zhì),把人類對計算本質(zhì)的認識從牛頓世界中擴充到量子世界中。

如果觀察歷史,會發(fā)現(xiàn)人類文明不斷增多的“發(fā)現(xiàn)”已經(jīng)構(gòu)成了我們理解世界的“公理”,人們的公理系統(tǒng)在不斷的增大,隨著該系統(tǒng)的不斷增大,人們認清并解決了許多問題。人類的認識模式似乎符合下面的規(guī)律:

“計算工具不斷發(fā)展—整體思維能力的不斷增強—公理系統(tǒng)的不斷擴大—舊的神諭被解決—新的神諭不斷產(chǎn)生”不斷循環(huán)。

無論量子計算的本質(zhì)是否被發(fā)現(xiàn),也不會妨礙量子計算時代的到來。量子計算是計算科學(xué)本身的一次新的革命,也許許多困擾人類的問題,將會隨著量子計算機工具的發(fā)展而得到解決,它將“計算科學(xué)”從牛頓時代引向量子時代,并會給人類文明帶來更加深刻的影響。

參考文獻

[1]M.A.NielsenandI.L.Chuang,QuantumComputationandQuantumInformation[M].CambridgeUniversityPress,2000.

量子計算的發(fā)展范文第4篇

實際上，量子信息以多種形式存在著，比如一個光子的兩極化狀態(tài)，電子的自轉(zhuǎn)或是原子的激發(fā)狀態(tài)。目前，已經(jīng)發(fā)展出多種技術(shù)用以傳輸這樣的狀態(tài)。可是，目前依然存在許多阻礙技術(shù)發(fā)展的問題。比如，兩極化光量子能在超過100公里的范圍內(nèi)用于傳輸量子信息，但只是從概率上說。超導(dǎo)設(shè)備通過芯片無損地通訊，但是只維持一瞬間，之后就有可能被其他相互作用爭奪了信息傳輸。

兩種方式

現(xiàn)在，全球在遠距離通信方面最先進的科技是用于可見光的量子信息的瞬間傳輸。量子信息以（quantumbits）量子比特為單位計或是qubits，這些可以通過光一瞬間分散的特性表現(xiàn)，比如它的兩級狀態(tài)，或是以電磁波的連續(xù)狀態(tài)形容，比如微波電場的密度和強度。瞬間傳輸信息，需要發(fā)送和接收雙方都擁有一對糾纏的量子系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)送者改變系統(tǒng)狀態(tài)時，接收者系統(tǒng)會同樣受到影響。

兩極化量子比特在距離方面的表現(xiàn)最好，其最高紀錄能達到143公里。不過目前，僅有50%的量子比特能夠瞬間傳輸。實際上，瞬間傳輸需要傳送方進行名為“鈴流檢測“的操作。操作中，兩個量子的兩極被充分相連形成四種可能性組合。簡單的光學(xué)和光電探測器能夠最多分辨兩種。

長距離的傳輸也會帶來進一步的技術(shù)難題，比如對大氣亂流和地面活動的彌補。所以，需要利用一些先進科技同步傳輸?shù)膬啥?，比如使用原子鐘?，F(xiàn)代經(jīng)典的通訊更加依賴于衛(wèi)星技術(shù)。

持續(xù)變量的體系衡量所有鈴流檢測的結(jié)果更加容易，只用簡單的線性光學(xué)和標準的光電探測器即可進行。這樣的系統(tǒng)能夠同時傳送許多量子比特，因此在高速量子通訊中更加青睞使用這樣的系統(tǒng)。

我們需要找到一種方式能夠綜合分散變量（長距離傳輸）與持續(xù)變量（快速確定的傳輸）中最好的特性。有實驗表明，將分散量子比特與持續(xù)變量糾纏粒子的結(jié)合，就能夠完整瞬間傳輸量子信息。我們需要進一步研究擴大實驗中的距離，并整合其他量子技術(shù)類型，比如用于移動通訊儲存的量子存儲器?；旌霞夹g(shù)的研究需要在不同領(lǐng)域、不同團隊之間展開更廣泛的合作與交流。

量子網(wǎng)絡(luò)

實現(xiàn)全球分布的量子計算機或量子網(wǎng)絡(luò)，其中最大的阻礙之一就是網(wǎng)絡(luò)之間糾纏的節(jié)點。所謂量子比特（量子位）能夠在任意兩個量子之間瞬間移動，并且依靠本地量子計算機進行處理。

理想狀態(tài)的節(jié)點，在任意一雙量子間糾纏，或是創(chuàng)造出一個巨大多重糾纏的“團簇”，向所有的節(jié)點散布。團簇狀態(tài)就是連接實驗室中創(chuàng)造出的數(shù)以千計的節(jié)點。而最大的挑戰(zhàn)就是證明它們?nèi)绾卧陂L距離之間展開，就如同怎樣在各節(jié)點存儲量子態(tài)一樣，以及如何利用量子節(jié)點不斷地更新它們。

在近乎完美的精確和大容量下，量子存儲器需要將電磁輻射轉(zhuǎn)化為物理變化。“自轉(zhuǎn)集合”代表了一種量子存儲器。超冷原子氣體包括了100萬原子的銣元素，它能夠?qū)蝹€的光量子轉(zhuǎn)化為稱為自轉(zhuǎn)波的集合原子。儲存時間接近100毫秒，需要在全球之間發(fā)送光信號。

量子網(wǎng)絡(luò)需要存儲器存入量子信息，保護信息免受不需要的交互作用的影響。因此，量子計算需要通過這樣存儲器的技術(shù)支持以及通過中繼器實現(xiàn)長距離的量子糾纏分布。

超導(dǎo)量子比特是以物理數(shù)量定義的，比如電感器的流量或電容器的電荷，通過釋放或吸收微波光量子，與量子處理器之間相互作用。為達到固體量子存儲的成功集合，量子信息的可逆的存儲和檢索將成為可能。這需要微波光量子與固態(tài)量子存儲器原子自轉(zhuǎn)之間有效的交接，與處理器相連接。如果成功，這項混合技術(shù)將是最有希望擴大成為大型分布式的量子計算機的設(shè)備。

另一方面，量子計算對經(jīng)典計算做了極大的擴充，在數(shù)學(xué)形式上，經(jīng)典計算可看做是一類特殊的量子計算。量子網(wǎng)絡(luò)對每一個疊加分量進行變換，所有這些變換同時完成，并按一定的概率幅疊加起來，給出結(jié)果，這種計算稱作量子并行計算。

未來的發(fā)展

為了實現(xiàn)這一愿景，量子瞬間傳輸科技需要發(fā)展以下三方面：

第一，在分散變量與連續(xù)變量之間進行更多的理論與實踐相結(jié)合的研究。這樣可以綜合目前各種不同的研究方法，進行整合深入發(fā)掘最佳的成果。繼續(xù)進行兩極化量子比特的衛(wèi)星實驗，利用自由空間或光纖進行跨越城市之間的信息互通的連續(xù)變量的瞬間傳輸。

第二，最成功的技術(shù)就是整合數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)存儲。我們需要促進超導(dǎo)量子處理器和固態(tài)量子存儲器之間找到更加高效的結(jié)合點。這能夠改善微波光子存儲與檢索性能。而下一步切實的發(fā)展，是實現(xiàn)在超導(dǎo)量子比特與本地量子存儲器的氮晶格空位中心之間進行芯片上的瞬間傳輸。

量子計算的發(fā)展范文第5篇

美國：列入國家戰(zhàn)略實現(xiàn)系列突破

在美國，對量子通信的理論和實驗研究開始得較早，并最先被列入到國家戰(zhàn)略、國防和安全的研發(fā)計劃。

上世紀末，美國政府便將量子信息列為“保持國家競爭力”計劃的重點支持課題。而隸屬于政府的美國國家標準與技術(shù)研究所（NIST）則將量子信息作為三個重點研究方向之一。隨后，美國加州理工大學(xué)、麻省理工學(xué)院和南加州大學(xué)聯(lián)合成立了量子信息與計算研究所，直接歸美國軍隊研究部門管轄，從屬于美國國防部高級研究計劃局超大規(guī)模計算工程系統(tǒng)。體制上的規(guī)劃與布局，為各機構(gòu)與部門間的研發(fā)鋪平了道路。

早在1989年，美國IBM公司在實驗室中以10bit/s的傳輸速率成功實現(xiàn)了世界上第一個量子信息傳輸，雖然傳輸距離只有32公分，但卻拉開了量子通信實驗研究的序幕。1994年，美國國防高級研究計劃局便開始著手，用3到5年的時間全面推進量子通信技術(shù)方面的研究，而且已經(jīng)通過軍隊實施了相應(yīng)方式的向戰(zhàn)場和向全球傳輸報文能力的量子通信計劃。

在大量科研資源與研發(fā)力量投入的情況下，美國在量子通信研究方面取得了一系列的突破。2000年，Los Alamos國家實驗室宣布，他們于全日照條件下實現(xiàn)了1.6公里自由空間的量子密鑰分發(fā)，使量子通信向?qū)嵱霉こ袒~進了一大步。不僅如此，在美國國防部2013年至2017年科技發(fā)展“五年計劃”中，“量子信息與控制技術(shù)”已被列為未來重點關(guān)注的六大顛覆性研究領(lǐng)域，同時將IBM、美國國防部高級研究計劃局、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、美國洛克希德馬丁公司和日本NTT公司列為該領(lǐng)域的重要研究機構(gòu)；美國國防部支持的“高級研究與發(fā)展活動”（ARDA）計劃到2014年將量子通信應(yīng)用拓展到衛(wèi)星通信、城域以及長距離光纖網(wǎng)絡(luò)。

如今，量子技術(shù)已經(jīng)成為美國軍方六大技術(shù)方向之一，即對未來美軍的戰(zhàn)略需求和軍事任務(wù)行動能產(chǎn)生長期、廣泛、深遠、重大的影響。量子通信產(chǎn)業(yè)已滲透到美國國家發(fā)展的各個層面，包括國防、外交、經(jīng)濟、信息、社會等不同領(lǐng)域的內(nèi)容。

當(dāng)前，以美國為代表的世界主要軍事強國關(guān)注的量子科技發(fā)展動向主要涉及量子通信、量子計算及量子密鑰等領(lǐng)域。美國國防部高級研究計劃局啟動了多項量子通信方面的相關(guān)研究計劃，對其開展了廣泛探索?？梢哉f，量子通信技術(shù)在軍事應(yīng)用方面有著無與倫比的廣闊前景。

在量子通信領(lǐng)域未來發(fā)展規(guī)劃下，美國Los Alamos國家實驗室正在創(chuàng)建一套輻射狀的量子互聯(lián)網(wǎng)，同時美國非常重視量子計算機領(lǐng)域的技術(shù)拓展，谷歌、微軟、IBM都已投入研究量子計算機技術(shù)，以量子計算機技術(shù)研究為突破點，延伸到物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、能源科學(xué)領(lǐng)域，形成規(guī)模優(yōu)勢。

歐盟：聯(lián)合攻關(guān)共建量子互聯(lián)網(wǎng)

提前“操練”，打牢根基，政策法規(guī)護航，并貫穿到與國家利益、國家安全以及國家對內(nèi)對外戰(zhàn)略影響相關(guān)的不同環(huán)節(jié)，這是歐盟在量子通信領(lǐng)域發(fā)展方面采取的主要手段。

早在20世紀90年代，歐洲就意識到量子信息處理和通信技術(shù)的巨大潛力，充分認定其高風(fēng)險性和長期應(yīng)用前景，從歐盟第五研發(fā)框架計劃（FP5）開始，就持續(xù)對泛歐洲乃至全球的量子通信研究給予重點支持。

緊接著，歐盟了《歐洲研究與發(fā)展框架規(guī)劃》，專門提出了用于發(fā)展量子信息技術(shù)的《歐洲量子科學(xué)技術(shù)》計劃以及《歐洲量子信息處理與通信》計劃。與此同時，還專門成立了包括英國、法國、德國、意大利、奧地利和西班牙等國在內(nèi)的量子信息物理學(xué)研究網(wǎng)。

2008年，歐盟《量子信息處理與通信戰(zhàn)略報告》，提出歐洲在未來五年和十年的量子通信發(fā)展目標。同年9月，歐盟了關(guān)于量子密碼的商業(yè)白皮書，啟動量子通信技術(shù)標準化研究，并聯(lián)合了來自12個歐盟國家的41個伙伴小組成立了“基于量子密碼的安全通信”（SECOQC）工程。這是繼歐洲核子中心和國際空間站后又一大規(guī)模的國際科技合作。自1993年開始，歐盟就加強了對量子通信技術(shù)領(lǐng)域的研究和開發(fā)，在理論研究和實驗技術(shù)上均取得了重大突破，涉及的領(lǐng)域包括量子密碼通信、量子遠程傳態(tài)和量子密集編碼等。利用歐盟國家的聯(lián)合技術(shù)力量，在多個研究機構(gòu)之間形成有效的合作體制，是歐洲量子通信領(lǐng)域一直走在前列的“制勝法寶”。

在量子信息物理學(xué)研究網(wǎng)的框架下，1993年至2011年期間，英國、瑞士、奧地利、德國、法國、瑞典等國的科學(xué)家曾連續(xù)創(chuàng)造了量子密鑰分發(fā)、量子密碼通信、太空絕密傳輸量子信息及量子信息存儲等一系列的根本性突破，為下一步量子互聯(lián)網(wǎng)的全面建設(shè)鋪平道路。

從2007年至2014年，歐盟開始致力于量子密碼通信和量子密集編碼研究，實現(xiàn)了量子漫步、太空和地球之間的信息傳輸，為衛(wèi)星之間以及衛(wèi)星與地面站之間進行量子通信提供了可能性。

發(fā)展量子通信技術(shù)的終極目標就是為了構(gòu)建廣域乃至全球范圍的絕對安全的量子通信網(wǎng)絡(luò)體系。2008年以來，歐盟加緊推進星載量子通信計劃。一場世界范圍的技術(shù)與才智競賽已悄然拉開帷幕。歐洲不應(yīng)落后，更不能讓人才和知識流失。于是，就在今年4月19日，歐盟委員會正式宣布，計劃啟動總額10億歐元的量子技術(shù)旗艦項目，目標是建立極具競爭性的歐洲量子產(chǎn)業(yè)，包括量子通信、量子計算及量子測量等，以增強歐洲在量子研究方面的科學(xué)領(lǐng)導(dǎo)力和卓越性。

日本：緊跟大勢有所作為

日本政府和科技界一貫重視量子科技領(lǐng)域的研發(fā)攻關(guān)，并將量子技術(shù)視為本國占據(jù)一定優(yōu)勢的高新科技領(lǐng)域進行重點發(fā)展、重點引導(dǎo)。

美國和歐盟在量子通信領(lǐng)域的一連串突飛猛進，使日本備感形勢緊迫。

早在2000年，日本郵政省就將量子通信技術(shù)作為一項國家級高技術(shù)列入開發(fā)計劃，預(yù)備10年內(nèi)投資400多億日元，主要致力于研究光量子密碼及光量子信息傳輸技術(shù)，并專門制訂了跨度為10年的中長期定向研究目標，計劃到2020年使保密通信網(wǎng)絡(luò)和量子通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)達到實用化水平，最終建成全國性高速量子通信網(wǎng)，實現(xiàn)通信技術(shù)應(yīng)用上的飛躍，在競爭中占據(jù)先機。

在當(dāng)年題為《創(chuàng)造面向21世紀劃時代的量子信息通信技術(shù)》的報告中曾明確指出，國家應(yīng)該充實及完善該領(lǐng)域的研究開發(fā)體制， 并促進民間企業(yè)和大學(xué)等進行研究開發(fā)。在接到該報告書后，郵政省正式啟動了研究和開發(fā)量子信息通信的活動。該技術(shù)的實用化預(yù)計會發(fā)生在2030年至2100年期間。

盡管日本對量子通信技術(shù)的研究晚于美國和歐盟，但相關(guān)研究發(fā)展迅速。在國家科技政策和戰(zhàn)略計劃的支持和引導(dǎo)下，日本科研機構(gòu)的研發(fā)積極性高漲，投入了大量研發(fā)資本積極參與和承擔(dān)量子通信技術(shù)的研究工作，實際地介入到量子通信技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化開發(fā)當(dāng)中。

數(shù)年前，日本提出了以新一代量子通信技術(shù)為對象的長期研究戰(zhàn)略，并計劃在2020～2030年間建成絕對安全保密的高速量子通信網(wǎng)。目前，日本每年投入2億美元，規(guī)劃在5至10年內(nèi)建成全國性的高速量子通信網(wǎng)。不僅如此，日本的國家情報通信研究機構(gòu)（NICT）也啟動了一個長期支持計劃。日本國立信息通信研究院也計劃在2020年實現(xiàn)量子中繼，到2040年建成極限容量、無條件安全的廣域光纖與自由空間量子通信網(wǎng)絡(luò)。

高強度的研發(fā)投入，“產(chǎn)官學(xué)”聯(lián)合攻關(guān)的方式極大推進了研究開發(fā)，推動了量子通信的關(guān)鍵技術(shù)如超高速計算機、光量子傳輸技術(shù)和無法破譯的光量子密碼技術(shù)的攻關(guān)和實用化、工程化探索，在量子通信專利申請上成績顯著。比如NEC、東芝、日本國立信息通信研究院、東京大學(xué)、玉川大學(xué)、日立、松下、NTT、三菱、富士通、佳能、JST等，各大企業(yè)和科研機構(gòu)在量子通信領(lǐng)域的專利申請量居全球領(lǐng)先，專利質(zhì)量較高，技術(shù)水平突出。

就目前而言，在量子通信領(lǐng)域的研究優(yōu)勢上，日本主要集中在延長量子通信傳輸距離、提高信息傳輸速度和改進量子通訊的加密協(xié)議等方面。