量子計算含義范文

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第1篇

關(guān)鍵詞：計算機網(wǎng)絡(luò)路由選擇；改進量子進化算法；研究

中圖分類號：TP393 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）33-0033-02

隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展與廣泛應(yīng)用，其已經(jīng)成為了我國人民在日常生活中及工作中不可缺少的技術(shù)，它為人們的衣食住行提供了方面，也為我國社會經(jīng)濟的發(fā)展提供了基礎(chǔ)。目前我國計算機網(wǎng)絡(luò)正在朝著更大規(guī)模范圍發(fā)展，在此過程中也暴露了計算機網(wǎng)絡(luò)路由選擇中的一系列問題。現(xiàn)如今的計算機網(wǎng)絡(luò)路由選擇已經(jīng)滿足不了人們及社會的發(fā)展需求，也對計算機網(wǎng)絡(luò)的正常運行造成了一定的影響，所以對其的優(yōu)化改進是目前最重要的內(nèi)容。

1 淺析計算機網(wǎng)絡(luò)路由選擇

計算機網(wǎng)絡(luò)路由選擇中有多種方法，包括梯度法、列表尋優(yōu)法、爬山法及模擬退算法等。由于這些方式具有局限性，收到多種條件的限制，導(dǎo)致本身的作用都得不到很好的發(fā)揮。計算機網(wǎng)絡(luò)路由選擇主要是在能夠滿足計算機網(wǎng)絡(luò)通信容量、網(wǎng)絡(luò)拓撲及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點需求的基礎(chǔ)上，對計算機網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點路由進行選擇，使計算機網(wǎng)絡(luò)可以縮短到最小時延。一般計算機網(wǎng)絡(luò)路由選擇可以使用優(yōu)化工作，比如：其一，如果計算機網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點內(nèi)部具有較大容量的緩沖器，那么就不會溢出或者丟失其數(shù)據(jù)包；其二，如果能夠以實際的指數(shù)分布為基礎(chǔ)設(shè)置報文長度，就可以按照泊松到達；其三忽略計算機網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點處理報文的時延；計算機網(wǎng)絡(luò)中報文傳輸服務(wù)都是一個等級。【1】

2 探析改進量子進化算法

實際上量子進化算法就是進化算法和量子計劃相結(jié)合產(chǎn)生的，此事以態(tài)矢量為基礎(chǔ)，以量子比特編碼為染色體，其更新染色體要以量子旋轉(zhuǎn)門和非門進行實現(xiàn)，從而才能優(yōu)化計算機網(wǎng)絡(luò)路由。量子進化算法中的染色體排列矩陣為：

一個量子染色體表示問題解的特性，其原理就是對量子染色體進行隨機測量，以此得出結(jié)果和概率，使用二進制實現(xiàn)坍塌，在此過程中可以了解到量子染色體可以有效地解決問題。另外改進量子進化算法的實現(xiàn)是根據(jù)量子旋轉(zhuǎn)門，通過搜索法使公式的解得到最佳，增加或者減少概率，以此保留或者刪除結(jié)果，以此來改進量子進化算法。

上表中的xi表示第i個量子染色體的二進制解，bi表示第i個最優(yōu)解。

量子進化算法的流程主要包括三個部分：其一，要對種群進行初始化，在此基礎(chǔ)上對初始種種群進行測量，以此得到與個體相依狀態(tài)的相關(guān)記錄表；其二，在合適的狀態(tài)下對記錄進行針對性的評估，并且對最佳個體和個體的適應(yīng)值進行相關(guān)記錄；其三，在還沒有完全結(jié)束的時候，進行其他操作。

對于量子進化算法來說，此過程是非常復(fù)雜的，用相關(guān)的符號表示事務(wù)，之后進行計算。比如可以使用M表示染色體長度，染色體可以維護解的多樣性。這樣才能使算法簡單的表述。【2】

3計算機網(wǎng)絡(luò)路由選擇的改進量子進化算法研究

在計算機網(wǎng)絡(luò)中，量子進化算法是非常值得熱議的話題，在計算機網(wǎng)絡(luò)路由選擇中的量子進化算法，其主要問題就是量子進化算法是針對性對表格進行參照，以此來找出相應(yīng)的解法。這種方法會造成旋轉(zhuǎn)角之間沒有較好的關(guān)聯(lián)性，另外在搜索問題的時候會有跳躍性，對于計算機在日常運行工作的時候是非常不利的。為了能夠通過量子進化算法解決計算機路由選擇中的問題，就要對其進行創(chuàng)新和改進。首先優(yōu)化其中的旋轉(zhuǎn)角，使其值能夠滿足路由選擇。優(yōu)化后的旋轉(zhuǎn)表式子可以寫為：

?θi=0.001π*50fb-fx/fx

根據(jù)此式子可以了解到旋轉(zhuǎn)角在不同的情況下會有不同的結(jié)果，簡單來說就是不同的旋轉(zhuǎn)角值具有不同的含義。如果旋轉(zhuǎn)角的值越小，那么就說明個體與最優(yōu)個體之間的距離就越小，就縮小了搜索網(wǎng)絡(luò)。在此狀況下搜索就可以達到最優(yōu)；如果旋轉(zhuǎn)角的值越大，就說明個體與最優(yōu)個體之間的距離越大，就逐漸擴大了搜索網(wǎng)絡(luò)。在此狀況下就要使所搜速度加快，這樣才能夠使計算機網(wǎng)絡(luò)路由選擇更多方面。

另外就是優(yōu)化調(diào)整其中的函數(shù)，可以使用組合優(yōu)化的方式進行，要求函數(shù)達到最佳狀態(tài)，這樣才能夠得出最優(yōu)解。通過此方式可以了解到，個體基因之間并沒有較強的關(guān)聯(lián)性。所以就可以通過計算機網(wǎng)絡(luò)路由選擇，對量子進化算法中的函數(shù)調(diào)整并優(yōu)化。如果處于歸一化的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對應(yīng)的實屬對，并且使他們與量子位一一對應(yīng)。基于此就可以做量子進化算法的仿真實驗，并且對其進行對比，是否有優(yōu)勢。實驗結(jié)果表示，計算機網(wǎng)絡(luò)路由選擇中的性能能夠了解量子進化算法優(yōu)化后比傳統(tǒng)更優(yōu)秀，此結(jié)果可以見圖1。

從圖1可以了解到，在計算機網(wǎng)絡(luò)路由選擇中的改進量子進化算法中，不斷是收斂速度、尋優(yōu)能力還是其中的性能，都優(yōu)于傳統(tǒng)量子進化算法。在進行仿真測試時，能夠使改進量子進化算法之后發(fā)揮自身的作用，也能夠在計算機網(wǎng)絡(luò)路由選擇中完善自身的應(yīng)用。在此情況下計算機路由選擇面對問題能夠很好地解決，并且能夠及時發(fā)現(xiàn)其中的問題，有效地提高了工作人員的工作質(zhì)量和效率，還使計算機在正常運行和工作的過程中保持一個良好的狀態(tài)。【3】

4結(jié)束語

在目前計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上，要重視計算機網(wǎng)絡(luò)路由的選擇。同時，改進量子進化算法也是非常重要的，通過優(yōu)化旋轉(zhuǎn)角，以此提高搜索速率及范圍。計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)自發(fā)展應(yīng)用以來，量子進化算法都有著較好的應(yīng)用和前景，那么優(yōu)化量子進化算法有效地促進了計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進一步發(fā)展，使計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以為我國各行各業(yè)提供更好的服務(wù)，也有效促進我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

[1] 宋明紅，俞華鋒，陳海燕.改進量子進化算法在計算機網(wǎng)絡(luò)路由選擇中的應(yīng)用研究[J].科技通報，2014（1）：170-173.

第2篇

關(guān)鍵詞： 量子概率； 量子三叉樹；量子B-S模型；量子期權(quán)敏感性

中圖分類號：F830； O413 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）01-0014-03

0 引言

量子金融是量子概率應(yīng)用于金融市場的研究，體現(xiàn)了期權(quán)定價[1]思想上的創(chuàng)新。目前，國內(nèi)外學(xué)者在這方面已做了一定的工作。陳澤乾[2]提出二項式期權(quán)定價量子模型。E.Sega[3]用量子效應(yīng)解釋在金融市場期權(quán)價格的不規(guī)則變化。Emmanuel和E.Have[4]描述了在量子系統(tǒng)中，Black-Scholes模型的具體含義。Belal.E.Baaquie[5]研究了基于量子理論的有息債券歐式期權(quán)利率模型。Liviu-Adrian Cotfas[6]借助Fourier變換和量子算符模型分析股票信息與價格的關(guān)系。本文建立了量子三叉樹模型。根據(jù)期權(quán)折現(xiàn)流在量子概率下是一個鞅過程，給出了量子概率在金融問題中的作用。同時根據(jù)Tailor公式，用量子力學(xué)過程代替經(jīng)典隨機過程描述股票價格，在股票價格St遵循量子Brown運動的情形下，得到連續(xù)量子B-S模型。實例應(yīng)用和Matlab仿真都證實了量子B-S的有效性。一方面簡化了期權(quán)計算，另一方面更好地揭示了金融市場的量子特征。

1 量子三叉樹模型

2 連續(xù)量子Black-Scholes模型

定理2. 量子期權(quán)平價公式

在任意一個時刻t

證明：在t=0時刻，由文獻[9]可以構(gòu)造兩個量子投資組合φ1=c+Ke-rT，φ2=p+S。

設(shè)Vt（φ）是投資組合φ在時刻t的財富值，考慮上面兩個量子投資組合，在t=T時刻的值

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

有了量子期權(quán)平價公式，由量子B-S算出看漲期權(quán)的價格，就可以得出看跌期權(quán)的價格。

4 實例應(yīng)用

5 量子歐式期權(quán)敏感性[10]應(yīng)用

以下是用MATLA對歐式期權(quán)敏感性做的仿真：

圖1和圖2表示期權(quán)標(biāo)的物的價格波動性變動對期權(quán)價格的影響程度，數(shù)學(xué)表達式■，f為Black-Scholes期權(quán)定價公式中期權(quán)價格函數(shù)C。顏色反映靈敏度，下面是量子圖，它比上面的經(jīng)典圖更能體現(xiàn)細微的波動值的變動。

6 結(jié)論

本文以量子概率的角度，利用量子力學(xué)理論建立了量子三叉樹和量子Black-Scholes模型，處理了復(fù)雜期權(quán)定價問題。實例應(yīng)用和敏感性分析都證實了量子B-S模型的有效性，量子期權(quán)圖對金融市場標(biāo)的物的價格細微波動變化反應(yīng)更敏感，更能體現(xiàn)金融市場的量子特征。

參考文獻：

[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]姜禮尚.期權(quán)定價的數(shù)學(xué)模型和方法[M].北京：高等教育出版社，2010：10-13.

第3篇

難以觀測的粒子

兩千多年前，古希臘哲學(xué)家德謨克利特就認為，物質(zhì)是由原子組成的。“原子”一詞的英文就來自希臘文，含義為“不可分割的”。

但是，直到18世紀(jì)才開始有現(xiàn)代意義上的原子理論，而原子的真正奧秘則直到20世紀(jì)才開始被揭示。這究竟是為什么呢？因為原子實在太小了，看不見、摸不著。如今我們知道，原子并非是“不可分割的”，它是由更小的粒子所組成的。

所謂粒子，是指構(gòu)成物質(zhì)的比原子核更簡單的物質(zhì)，包括電子、質(zhì)子、中子、光子、介子和超子等。科學(xué)家最早發(fā)現(xiàn)的粒子是電子和質(zhì)子，1932年又發(fā)現(xiàn)了中子，確認原子由電子、質(zhì)子和中子組成。以后發(fā)現(xiàn)的粒子越來越多，累計已超過幾百種，且還有不斷增多的趨勢。

后來，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，微觀世界的粒子所遵循的物理規(guī)律和宏觀世界有所差異。宏觀世界的能量是連續(xù)的，而微觀世界的能量是按照最小的單元跳躍式增長。這種能量的最小單元稱為量子。在此基礎(chǔ)上建立起來的物理學(xué)稱為量子物理學(xué)，原子、電子、光子等粒子的活動則遵循量子物理學(xué)的相關(guān)定律。

有意思的是，量子物理學(xué)雖然表述的是微觀粒子的活動規(guī)律，卻是在宏觀觀測的基礎(chǔ)上建立起來的。也就是說，物理學(xué)家觀測粒子的宏觀活動，然后推測出這些粒子的微觀量子特征。

我們知道，在傳統(tǒng)物理學(xué)領(lǐng)域，我們要了解某個物體的特征，可以直接觀測單個的物體。比如，我們要總結(jié)滾動摩擦的特性，可以用一輛帶輪子的小車來做實驗。那么，為什么量子物理學(xué)家不直接觀測單個粒子呢？這是因為單個粒子實在太小，且太活潑了，要找到單個的粒子就已經(jīng)很不容易了，即使找到它們，它們也不會按照某種規(guī)律停留在某個地方或某個軌跡上。

捕捉光子的陷阱

由于粒子太小太活潑，于是科學(xué)家自然就想到設(shè)置個“陷阱”去困住這些粒子。這個思路聽起來很簡單，似乎常人都能想到。但是，設(shè)置這個陷阱卻是個高難度的事情，一度被科學(xué)界認為是不可能的事情。法國物理學(xué)家賽日爾?阿羅什卻率先完成了這個似乎不可能的任務(wù)。 阿羅什（右）在進行光子阱實驗 瓦恩蘭在設(shè)計原子鐘

從1990年開始，阿羅什就在設(shè)法完成這個任務(wù)。最終，他在接近絕對零度（零下273攝氏度）的溫度條件下，用兩個高性能超導(dǎo)體充當(dāng)?shù)姆垂忡R組成了一個光學(xué)陷阱。這種陷阱的科學(xué)術(shù)語為“高反射光學(xué)微腔”，或“光子阱”。

接下來，阿羅什成功地把一些光子引入到光子阱中。這些光子被困在反光鏡陷阱中的時間僅僅為0.1秒。這個時間對我們普通人來說實在太短了，也不過一眨眼的時間。但是，對于量子物理學(xué)家來說，這個時間已經(jīng)足夠長了。

在這短短0.1秒的時間內(nèi)，光子不斷反彈的總移動距離居然高達3萬千米，足以做很多測量和操控動作。阿羅什就是抓住了這個轉(zhuǎn)瞬即逝的機會，將一個極為活躍的“里德博原子”送入“陷阱”中作為探針。這個原子在捕獲光子后，將單個光子的量子信息呈現(xiàn)出來，就如同X光描繪出人體的內(nèi)部構(gòu)造一樣。

阿羅什早在20年前就設(shè)置出光子阱，而且他一直堅持從事這個領(lǐng)域的研究，并不斷獲得新的突破。2011年，阿羅什在光子阱實驗中引入反饋機制。當(dāng)發(fā)現(xiàn)光子阱中的光子數(shù)變少時，他就注入新光子，令光子阱中保持固定數(shù)目的光子。采用這樣的方法，就好像把一些光子永久地困在了光子阱中，這超越了愛因斯坦的希望――將光子困住幾秒。

阿羅什花了很大的力氣來建立光子阱，但是他曾經(jīng)也不太清楚他的研究成果究竟會有什么實際應(yīng)用。他說：“如果你像我們一樣研究單個的粒子，那么你將可以以一種奇妙的方式來揭示量子力學(xué)，并且你也可以研究所有的量子過程。”也許，好奇心才是驅(qū)動他一生進行這項研究的動力，而研究工作本身就是對他最好的報答。

阿羅什在接到獲獎的電話通知時正與妻子一起回家，他說：“我很幸運，我在街上走著，正好經(jīng)過一個長椅，所以我就馬上坐下來……當(dāng)我看到是瑞典的號碼時，我就知道好事來了，你知道那種感覺勢不可擋。” 量子計算機通過操控粒子的量子狀態(tài)來快速傳輸信息（漫畫）。

捕捉離子的陷阱

在阿羅什的實驗中，光子是被囚禁的粒子，而原子是探針。而美國科學(xué)家戴維?瓦恩蘭設(shè)計的實驗正好與之相反，他把離子（即帶電的原子）囚禁起來，用光子作為探針去探測和操控它。

1975年，瓦恩蘭被聘為美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所物理研究員。在那里，他成為離子儲存團隊的負責(zé)人。應(yīng)用激光冷卻離子技術(shù)，這個團隊制造出了至2012年為止最準(zhǔn)確的原子鐘。正是在研制原子鐘的過程中，瓦恩蘭設(shè)計了捕捉離子的陷阱。阿羅什是用光學(xué)陷阱來囚禁光子，瓦恩蘭則用電磁場作為陷阱來囚禁離子，這個陷阱的科學(xué)術(shù)語因此稱為“離子阱”。為了確保被囚禁的是單個離子，需要這個實驗在超高真空和超低溫的條件下進行。要實現(xiàn)這些條件又是十分高難度的事情。最終，瓦恩蘭完成了對單個離子的囚禁，測得了單離子的量子信息。

目前，許多研究人員都已經(jīng)能在實驗室中實現(xiàn)對單個粒子的囚禁，并在單粒子量子系統(tǒng)研究中取得了不少成果。但是，阿羅什和瓦恩蘭是這個領(lǐng)域的開拓者，因此2012年的諾貝爾物理學(xué)獎頒發(fā)給了他們。

粒子陷阱的用途

目前，離子阱和光子阱已被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)和技術(shù)研究的各個領(lǐng)域。尤其是近幾十年來，人們以離子阱為工具，把激光冷卻技術(shù)應(yīng)用于離子阱，為精密測量、制造新材料、觀察新現(xiàn)象、獲得新知識提供了廣泛的實驗基礎(chǔ)。

離子阱的研究還可以用來建造超高精度的原子鐘。在這種新型的原子鐘里，科學(xué)家用囚禁起來的離子取代了傳統(tǒng)原子鐘所采用的銫原子。目前，這種新型時鐘已經(jīng)達到了比傳統(tǒng)銫原子鐘高兩個數(shù)量級的精度。在那樣的精度下，哪怕從宇宙大爆炸之初開始計時，迄今的累計誤差也只有區(qū)區(qū)幾秒。

建造出這種人類歷史上最精確的時鐘，到底有什么實際意義呢？意義可是相當(dāng)重大：人類可以更精確地測量各種宇宙常數(shù)，同時，也可以進一步驗證廣義相對論的各種預(yù)測。根據(jù)廣義相對論，在引力場強度更高的地方或是在速度更快的狀態(tài)下，時間的流逝將會變慢，這種微觀效應(yīng)很難在實際生活中觀察到。而通過世界上最精確的原子鐘，一個人即使是高度變化30米，或是以10米/秒的速度進行運動，時間對于他流逝的速度變化都可以測量出來――這將是驗證廣義相對論對于時空特性的描述的絕佳工具。

和實現(xiàn)精密的測量、制造更精確的原子鐘相比，諾貝爾評獎委員會認可阿羅什和瓦恩蘭的原因是他們開啟了量子計算機時代的大門。兩位獲獎?wù)叩耐黄菩詫嶒灧椒ㄊ沟谜麄€研究領(lǐng)域向研制新型超快量子計算機又跨了一大步。由于量子計算機在理論上要比現(xiàn)有的計算機快成千上萬倍，人們十分期盼它能盡快變?yōu)楝F(xiàn)實。

目前，量子計算機（在理論上將比現(xiàn)在的計算機快成千上萬倍）是各國科學(xué)家竭力攀登的高峰。但這不僅涉及技術(shù)問題，也涉及許多基礎(chǔ)物理問題。量子計算機需要克服的最大障礙是讓處于宏觀世界的我們?nèi)绾稳ゲ倏匚⒂^世界的粒子，最理想的情況是能夠操控單個量子。量子計算機研究面臨的難題之一就是如何操控單粒子的量子狀態(tài)，而兩位獲獎科學(xué)家的研究讓量子計算機的理論基礎(chǔ)變得扎實起來。目前，科學(xué)家最樂觀的預(yù)測是10年后能夠出現(xiàn)最簡單的量子計算機。

美國物理學(xué)會主席羅伯特?拜爾評價說：“阿羅什和瓦恩蘭都通過優(yōu)美的實驗手段使21世紀(jì)有望成為量子世紀(jì)。”可能到21世紀(jì)中葉，量子計算機就會徹底改變我們的日常生活，其影響跟傳統(tǒng)計算機在20世紀(jì)所做的不相上下。雖然量子計算機離實用還比較遙遠，但是那一天一旦來到，新的技術(shù)革命也將隨之出現(xiàn)。而這兩塊諾貝爾物理學(xué)獎獎牌，就像是紀(jì)念人類探索量子世界的里程碑。

2012年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者簡介