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第1篇：量子計算的影響范文

[關(guān)鍵詞] 艾塞那肽；微球；乳酸/羥基乙酸共聚物；分子量

[中圖分類號]R113[文獻標識碼]B [文章編號]1674-4721（2009）05（a）-117-02

Effect of molecular weight of poly(Lactic-co-Glycolide) on properties of exenatide-loaded microspheres

SHI Lin1, LIU Bin1, 2, WANG Mengshu1, WANG Chunyu3, KONG Wei1, CHEN Yan1*

(1.College of Life Science, Jilin University, Changchun 130012, China；2.State Key Laboratory of Supramolecular Structure & Materials, Jilin University, Changchun 130012, China；3.Changchun Institute of Biological Products, Changchun 130062, China）

[Abstract] Objective：To prepare exenatide-loaded poly (lactic-co-glycolide acid) (PLGA) microsphere, to evaluate the effect of molecular weight of PLGA on properties of these microspheres. Methods: The exenatide-loaded PLGA microspheres were prepared by double emulsion method with PLGA of different molecular weight. Parameters including particle size, drug loading, encapsulation , and releasing in vitro were determined. Results: The molecular weight of PLGA showed a significant effect on the property of exenatide-loaded PLGA microspheres. Conclusion: The expected characteristics of the microspheres can be realized by adjusting the molecular weight of PLGA.

[Key words] Exenatide; Microspheres; Poly(lactic-co-glycolide)acid; Molecular weight

Exendin-4是胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）類似物，具有刺激胰島素分泌、抑制胰高血糖素分泌、抑制胰島B細胞凋亡、減緩胃排空等生理活性[1-2]。艾塞那肽(exenatide)為人工合成的exendin-4，是由39個氨基酸組成的多肽類藥物，用于2 型糖尿病的治療，臨床效果顯著，但與其他蛋白多肽類藥物一樣，存在頻繁注射不便的問題（每天兩次的皮下注射給藥）[3-4]。本實驗室以乳酸/羥基乙酸共聚物[poly (lactic-co-glycolic acid)，PLGA]為載體材料制備緩釋擬達1個月的exenatide微球，考察了PLGA分子量對微球性質(zhì)的影響。

1 儀器與試藥

MICCRA D-8高速勻漿器（德國ART公司）；XL30 ESEM FEG掃描電鏡（美國FEI公司）；MS2000粒徑測定儀（英國Malvern公司）；冷凍干燥機（德國Christ公司）。

艾塞那肽（吉林大學生命科學學院肽合成研究室提供，純度>98%）；PLGA（乳酸/羥基乙酸比為50/50, MW分別為10 000、20 000、30 000，山東岱罡生物科技有限公司）； Micro-BCA蛋白檢測試劑盒（美國Pierce公司）；其他試劑均為分析純。

2 方法與結(jié)果

2.1 微球的制備

采用復(fù)乳溶劑揮發(fā)法制備艾塞那肽PLGA微球[5]。以醋酸鈉溶液溶解艾塞那肽作為內(nèi)水相，與PLGA的二氯甲烷溶液混合，高速勻漿器攪拌制得初乳，在勻漿器高速攪拌下快速滴加到1％PVA水溶液中，得到復(fù)乳，繼續(xù)攪拌4 h，離心收集微球，蒸餾水洗滌3次，冷凍干燥，即得。

2.2 微球的形態(tài)觀察

取微球粉末少許，XL30 ESEM FEG掃描電鏡下觀察微球的表面形態(tài)。掃描電鏡照片（圖1）顯示所制備的微球形態(tài)圓整，表面光滑，大小均勻。

2.2 微球的粒徑測定

將微球在水中均勻分散，MS2000測定微球粒徑大小，結(jié)果見表1?？梢姡S著PLGA分子量的增大，所制備微球的粒徑也隨之增大。

2.3微球載藥量及包封率的測定

精密稱取適量微球，用0.1 mol/L NaOH（含5％SDS）溶液混懸，在100 rpm、37℃水浴搖床中震蕩24 h，8 000 rpm離心10 min，micro-BCA試劑盒測定上清液中的艾塞那肽含量[6]。按如下公式計算：載藥量%=（微球中所含藥物重量/微球的總重量）×100%，包封率%=（微球的實際載藥量/微球的理論載藥量）×100%，結(jié)果見表1?？梢?，隨著PLGA分子量的增大，微球的載藥量及包封率隨之提高。

2.4微球體的外釋放試驗

精密稱取適量艾塞那肽微球于離心管中，加 10 mmol/L

pH 7.4磷酸鹽緩沖液混懸(含0.01%疊氮鈉和2 mmol/L SDS)，37℃、100 rpm水浴震蕩,于指定時間取出，4 000 rpm離心10 min，吸出全部上清液, micro-BCA試劑盒測定上清液中艾塞那肽的含量，計算累積釋放量，結(jié)果見圖2?？梢?，PLGA分子量對exenatide的釋放速率有明顯的影響，分子量越低，藥物釋放越快。PLGA分子量為10 000的微球，突釋嚴重（60%）。而PLGA分子量為20 000及30 000的微球，突釋相對較小，可緩慢釋放藥物達30 d。

3 討論

PLGA是一種可生物降解的合成高分子材料，被廣泛應(yīng)用于微球的制備[7]。已知，PLGA的分子量和乳酸/羥基乙酸的比例對于微球的性質(zhì)影響較大[8]。本研究選用分子量分別為1 000、2 000和3 000的PLGA，采用復(fù)乳法成功地制備了可以緩釋30 d的艾塞那肽PLGA微球，國內(nèi)未見報道。研究表明，在上述分子量范圍內(nèi)，PLGA分子量越大，微球的粒徑越大、包封率越高、exenatide的釋放越慢，可通過對PLGA分子量的調(diào)節(jié)對微球的性質(zhì)進行有目的的調(diào)控，為艾塞那肽PLGA微球的處方優(yōu)化提供了依據(jù)。

[參考文獻]

[1]譚興容.Exendin-4與糖尿病治療[J].重慶醫(yī)學, 2006, 35(10):904.

[2]Yu BS, Wang AR.Glucagon-like peptide 1 based therapy for type 2 diabetes[J].World J Pediatr,2008, 4(1):8-13.

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[5]孫華燕, 徐風華.溶劑揮發(fā)法制備蛋白質(zhì)類微球的研究進展[J].中國新藥雜志，2008, 17(3):195-198.

[6]Van der Walle CF, Sharma G, Ravi Kumar M. Current approaches to stabilising and analysing proteins during microencapsulation in PLGA[J]. Expert Opin Drug Deliv,2009, 6(2):177-86.

[7]Xu Q,Czernuszka JT.Controlled release of amoxicillin from hydroxyapatite-coated poly(lactic-co-glycolic acid) microspheres[J].J Control Release,2008, 127(2):146-153.

第2篇：量子計算的影響范文

關(guān)鍵詞:擬南芥;赤霉素;含油量;脂肪酸

中圖分類號:S637.903

文獻標識碼:B

文章編號:1674-9944(2010)07-0177-02

1 引言

擬南芥屬十字花科植物,現(xiàn)已成為學者研究種子油脂形成的生物學機制的重要模式植物。油脂是種子的主要儲存物質(zhì),在種子中,油脂的主要存在形式三酰甘油以三磷酸甘油和?；o酶A為前體在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成。擬南芥種子中的脂肪酸主要由棕櫚酸(C16∶0)、硬脂酸(C18∶0)、油酸(C18∶1)、亞油酸(C18∶2)、亞麻酸(C18∶3)花生酸(C20∶0)、廿碳烯酸(C20∶1)和芥酸(C22∶1)等組成。脂肪酸內(nèi)部雙鍵的存在與否及其數(shù)量與位置的變化對油的物化特性和營養(yǎng)價值均有影響。研究擬南芥種子含油量和脂肪酸形成的分子機制對油菜等油料作物的育種實踐具有一定的指導(dǎo)意義。

赤霉素是一種非常重要的植物激素,屬于環(huán)行萜類化合物,最早被發(fā)現(xiàn)于水稻中。研究表明,赤霉素通過改變受體GID的構(gòu)象來降解DELLA蛋白從而起調(diào)控作用。赤霉素幾乎影響植物生長發(fā)育的各個方面,包括種子萌發(fā),下胚軸伸長,莖稈生長,發(fā)育器官的發(fā)育和種子的形成。盡管赤霉素的作用機制已得到很好的證實,但是赤霉素對種子含油量和脂肪酸組分的影響目前還沒有報道。因此,該研究通過外源噴施不同濃度的赤霉素以初步探討外源赤霉素對種子脂肪酸組分的影響及其分子機制。

2 材料與方法

選擇應(yīng)用擬南芥“哥倫比亞”生態(tài)型作為這項研究的主要植物材料。溫室盆栽試驗采用單因素隨機區(qū)組試驗,赤霉素處理分0mM(對照)、10mM、50mM3個梯度,每處理3個重復(fù)。當植株進入現(xiàn)蕾期,開始噴施赤霉素,每隔1d噴1次。至莢果形成后,停止噴施赤霉素。實驗室數(shù)據(jù)采用DPS軟件進行方差分析。

大約在播種后40~43d,將處理與對照的擬南芥植株莢果采集在15mL試管中,莢果離體之后立即凍存于液態(tài)氮,并隨后保存在-80°冰箱,用于RNA的提取,大約播種后45d,將相同處理的植物莢果分別按照不同的重復(fù)組收獲,曬干后放入在1.5mL試管,用于脂肪酸組分與含油量測定分析。使用日本島津公司生產(chǎn)的GC-2014氣相色譜儀分析擬南芥種子脂肪酸組分與脂肪酸總含量(含油量)。

基于初步試驗結(jié)果,赤霉素對于種子不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸之比具有顯著影響的事實,選擇編碼油酰去飽和酶基因FAD3作為研究對象。在國際擬南芥網(wǎng)站獲得FAD3基因的全基因序列,采用DNA-STAR軟件繪制基因外顯子、內(nèi)含子、起始密碼子、終止密碼子、5’端與3’端的非翻譯區(qū)、常用限制性內(nèi)切酶位點等結(jié)構(gòu)特征,并依據(jù)跨內(nèi)含子的原則確定Real-Time PCR的引物位置。用于擴增FAD3(At2G29980)的引物序列為:5’-3’ CAGTACTCGGATGCTCAGATAC/AGCTTTCTCT CGCTTGGAGCAA?？醇一駻CTIN7作為對照基因,用于擴增actin7的引物序列為5’-3’為GCCCCTGAGGAGCACCCAGTT/CCGGTTGTACGACCACTGGCA。

3 結(jié)果與分析

3.1 對種子含油量的變化

試驗結(jié)果顯示,赤霉素對擬南芥種子的含油量(即脂肪酸總量)具有顯著的影響。未噴赤霉素的對照每克種子含油脂310mg,噴施1mM赤霉素的擬南芥種子每克含油脂329.7mg,比對照增加6.35%,而噴施50mM的擬南芥種子每克含油脂378.8mg,比對照增加22.19%。統(tǒng)計分析表明,三者之間的差別均達到顯著(P≤ 0.05)水平。

3.2對脂肪酸組分的影響

除了花生酸(C20_0)之外,其他各類主要脂肪酸棕櫚酸(C16_0)、硬脂酸(C18_0)、油酸(C18_1)、亞油酸(C18_2)、亞麻酸(C18_3)、貢多酸(C20_1)、芥酸(C22_1)的組分均受到噴施外源赤霉素的影響。其中硬脂酸(C18_0)、亞油酸(C18_2)、亞麻酸(C18_3)的比例不受噴施1mM赤霉素的影響,只受到高劑量赤霉素(即50mM)的影響;而1mM與50mM濃度差別沒有造成棕櫚酸(C16_0)、貢多酸(C20_1)、芥酸(C22_1)等含量的區(qū)別。在這8種脂肪酸中,棕櫚酸(C16_0)、硬脂酸(C18_0)屬于飽和脂肪酸,而油酸(C18_1)、亞油酸(C18_2)、亞麻酸(C18_3)、貢多酸(C20_1)、芥酸(C22_1)等屬于不飽和脂肪酸,亞油酸屬于雙鍵不飽和脂肪酸,亞麻酸屬于三鍵不飽和脂肪酸,二鍵三鍵不飽和脂肪酸的不飽和程度高于單鍵不飽和脂肪酸。試驗結(jié)果顯示:噴施50mM濃度的赤霉素,可以顯著地提高種子中亞油酸與亞麻酸的含量;而噴施外源赤霉素之后,并沒有引起短碳鏈脂肪酸(16C、18C)與長碳鏈脂肪酸(20C、22C)之間比例的此消彼長。

3.3對于FAD3基因轉(zhuǎn)錄水平的影響

Real-time PCR試驗數(shù)據(jù)顯示,與不噴赤霉素的對照相比,噴施50mM外源赤霉素明顯地改變FAD3基因在種子中的表達量,FAD3基因的轉(zhuǎn)錄水平被上調(diào)了2.5倍左右。

4 結(jié)語

根據(jù)文獻資料顯示[3],植物種子油脂的生物合成大致可分為3個階段:第一階段,在質(zhì)體中將脂肪酸的最初底物乙酰輔酶A(乙酰CoA)合成為16~18C的脂肪酸;第二階段,脂肪酸被運輸?shù)郊毎|(zhì)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)后,碳鏈延長和脫飽和;第三階段,脂肪酸與甘油被加工成三酰甘油(TAG),亦即貯藏油脂。本試驗的研究結(jié)果表明:噴施赤霉素可以引起總含油量的顯著增加并且存在劑量效應(yīng),同時,引起亞油酸、亞麻酸等不飽和脂肪酸含量的增加。為了研究赤霉素引起不飽和程度增高的分子機制,從國際擬南芥研究網(wǎng)站獲得FAD3基因的全序列,并且對其進行了結(jié)構(gòu)分析,作為設(shè)計Real-Time PCR引物的依據(jù)。FAD3基因催化亞油酸去飽和而合成亞麻酸。熒光定量PCR的結(jié)果顯示FAD3基因的轉(zhuǎn)錄水平較對照增加了2.5倍左右。因此,外源赤霉素通過上調(diào)FAD3基因的表達量而促進亞油酸進一步去飽和而催化生成亞麻酸。

擬南芥基因組全序列的測定和后基因組學的廣泛研究,深入地揭示了植物生長發(fā)育過程中包括油脂形成在內(nèi)的許多重要生命現(xiàn)象與功能。在擬南芥上獲得的結(jié)果對于其他油料作物,特別是蕓苔屬油料作物具有參考價值。

參考文獻:

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[5] Takahashi N. Springerverlag[M].New York,1991.

[6] Xu Y.L. Plant pHysiol[M]. Beijing: Foreign Language Teaching and Researching Press,1997.

第3篇：量子計算的影響范文

關(guān)鍵詞：量子比特；量子力學；量子相干性；并行運算

0　引言

自1946年第一臺電子計算機誕生至今，共經(jīng)歷了電子管、晶體管、中小規(guī)模集成電路和大規(guī)模集成電路四個時代。計算機科學日新月異，但其性能卻始終滿足不了人類日益增長的信息處理需求，且存在不可逾越的“兩個極限”。

其一，隨著傳統(tǒng)硅芯片集成度的提高，芯片內(nèi)部晶體管數(shù)與日俱增，相反其尺寸卻越縮越小(如現(xiàn)在的英特爾雙核處理器采用最新45納米制造工藝，在143平方毫米內(nèi)集成2.91億晶體管)。根據(jù)摩爾定律估算，20年后制造工藝將達到幾個原子級大小，甚至更小，從而導(dǎo)致芯片內(nèi)部微觀粒子性越來越弱，相反其波動性逐漸顯著，傳統(tǒng)宏觀物理學定律因此不再適用，而遵循的是微觀世界煥然一新的量子力學定理。也就是說，20年后傳統(tǒng)計算機將達到它的“物理極限”。

其二，集成度的提高所帶來耗能與散熱的問題反過來制約著芯片集成度的規(guī)模，傳統(tǒng)硅芯片集成度的停滯不前將導(dǎo)致計算機發(fā)展的“性能極限”。如何解決其發(fā)熱問題?研究表明，芯片耗能產(chǎn)生于計算過程中的不可逆過程。如處理器對輸入兩串數(shù)據(jù)的異或操作而最終結(jié)果卻只有一列數(shù)據(jù)的輸出，這過程是不可逆的，根據(jù)能量守恒定律，消失的數(shù)據(jù)信號必然會產(chǎn)生熱量。倘若輸出時處理器能保留一串無用序列，即把不可逆轉(zhuǎn)換為可逆過程，則能從根本上解決芯片耗能問題。利用量子力學里的玄正變換把不可逆轉(zhuǎn)為可逆過程，從而引發(fā)了對量子計算的研究。

1　量子計算的基本原理

1.1　傳統(tǒng)計算的存儲方式

首先回顧傳統(tǒng)計算機的工作原理。傳統(tǒng)電子計算機采用比特作為信息存儲單位。從物理學角度，比特是兩態(tài)系統(tǒng)，它可保持其中一種可識別狀態(tài)，即“1”或者“()”。對于“1”和“0”，可利用電流的通斷或電平的高低兩種方法表示，然后可通過與非門兩種邏輯電路的組合實現(xiàn)加、減、乘、除和邏輯運算。如把0～0個數(shù)相加，先輸入“00”，處理后輸入“01”，兩者相“與”再輸入下個數(shù)“10”，以此類推直至處理完第n個數(shù)，即輸入一次，運算一次，n次輸入，n次運算。這種串行處理方式不可避免地制約著傳統(tǒng)計算機的運算速率，數(shù)據(jù)越多影響越深，單次運算的時間累積足可達到驚人的數(shù)字。例如在1994年共1600個工作站歷時8月才完成對129位(迄今最大長度)因式的分解。倘若分解位數(shù)多達1000位，據(jù)估算，即使目前最快的計算機也需耗費1025年。而遵循量子力學定理的新一代計算機利用超高速并行運算只需幾秒即可得出結(jié)果?，F(xiàn)在讓我們打開量子計算的潘多拉魔盒，走進奇妙神秘的量子世界。

1.2　量子計算的存儲方式

量子計算的信息存儲單位是量子比特，其兩態(tài)的表示常用以下兩種方式：

(1)利用電子自旋方向。如向左自轉(zhuǎn)狀態(tài)代表“1”，向右自轉(zhuǎn)狀態(tài)代表“0”。電子的自轉(zhuǎn)方向可通過電磁波照射加以控制。

(2)利用原子的不同能級。原子有基態(tài)和激發(fā)態(tài)兩種能級，規(guī)定原子基態(tài)時為“0”，激發(fā)態(tài)時為“1”。其具體狀態(tài)可通過辨別原子光譜或核磁共振技術(shù)辨別。

量子計算在處理0～n個數(shù)相加時，采用的是并行處理方式將“00”、“01”、“10”、“11”等n個數(shù)據(jù)同時輸入處理器，并在最后做一次運算得出結(jié)果。無論有多少數(shù)據(jù)，量子計算都是同時輸入，運算一次，從而避免了傳統(tǒng)計算機輸入一次運算一次的耗時過程。當對海量數(shù)據(jù)進行處理時，這種并行處理方式的速率足以讓傳統(tǒng)計算機望塵莫及。

1.3　量子疊加態(tài)

量子計算為何能實現(xiàn)并行運算呢?根本原因在于量子比特具有“疊加狀態(tài)”的性質(zhì)。傳統(tǒng)計算機每個比特只能取一種可識別的狀態(tài)“0”或“1”，而量子比特不僅可以取“0”或“1”，還可同時取“0”和“1”，即其疊加態(tài)。以此類推，n位傳統(tǒng)比特僅能代表2n中的某一態(tài)，而n位量子比特卻能同時表示2n個疊加態(tài)，這正是量子世界神奇之處。運算時量子計算只須對這2n個量子疊加態(tài)處理一次，這就意味著一次同時處理了2n個量子比特(同樣的操作傳統(tǒng)計算機需處理2n次，因此理論上量子計算工作速率可提高2n倍)，從而實現(xiàn)了并行運算。

量子疊加態(tài)恐怕讀者一時難以接受，即使當年聰明絕頂?shù)膼垡蛩固挂差H有微詞。但微觀世界到底有別于我們所處的宏觀世界，存在著既令人驚訝又不得不承認的事實，并取得了多方面驗證。以下用量子力學描述量子疊加態(tài)。

現(xiàn)有兩比特存儲單元，經(jīng)典計算機只能存儲00，01，10，11四位二進制數(shù)，但同一時刻只能存儲其中某一位。而量子比特除了能表示“0”或“1”兩態(tài)，還可同時表示“0”和“1”的疊加態(tài)，量子力學記為：

lφ〉＝al1〉＋blO〉

其中ab分別表示原子處于兩態(tài)的幾率，a＝0時只有“0”態(tài)，b＝0時只有“1”態(tài)，ab都不為0時既可表示“0”，又可表示“1”。因此，兩位量子比特可同時表示4種狀態(tài)，即在同一時刻可存儲4個數(shù)，量子力學記為：

1.4　量子相干性

量子計算除可并行運算外，還能快速高效地并行運算，這就用到了量子的另外一個特性――量子相干性。

量子相干性是指量子之間的特殊聯(lián)系，利用它可從一個或多個量子狀態(tài)推出其它量子態(tài)。譬如兩電子發(fā)生正向碰撞，若觀測到其中一電子是向左自轉(zhuǎn)的，那么根據(jù)動量和能量守恒定律，另外一電子必是向右自轉(zhuǎn)。這兩電子間所存在的這種聯(lián)系就是量子相干性。

可以把量子相干性應(yīng)用于存儲當中。若某串量子比特是彼此相干的，則可把此串量子比特視為協(xié)同運行的同一整體，對其中某一比特的處理就會影響到其它比特的運行狀態(tài)，正所謂牽一發(fā)而動全身。量子計算之所以能快速高效地運算緣歸于此。然而令人遺憾的是量子相干性很難保持，在外部環(huán)境影響下很容易丟失相干性從而導(dǎo)致運算錯誤。雖然采用量子糾錯碼技術(shù)可避免出錯，但其也只是發(fā)現(xiàn)和糾正錯誤，卻不能從根本上杜絕量子相干性的丟失。因此，到達高效量子計算時代還有一段漫長曲折之路。

2　對傳統(tǒng)密碼學的沖擊

密碼通信源遠流長。早在2500年前，密碼就已廣泛應(yīng)用于戰(zhàn)爭與外交之中，當今的文學作品也多有涉獵，如漢帝賜董承的衣帶詔，文人墨客的藏頭詩，金庸筆下的蠟丸信等。隨著歷史的發(fā)展，密碼和秘密通訊備受關(guān)注，密碼學也應(yīng)運而生。防與攻是一個永恒的活題，當科學家們?nèi)缁鹑巛钡匮芯扛鞣N加密之策時，破譯之道也得以迅速發(fā)展。

傳統(tǒng)理論認為，大數(shù)的因式分解是數(shù)學界的一道難題，至今也無有效的解決方案和算法。這一點在密碼學有重要應(yīng)用，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)，銀行和金融系統(tǒng)的RSA加密系統(tǒng)就是基于因式難分解而開發(fā)出來的。然而，在理論上包括RSA在內(nèi)的任何加密算法都不是天衣無縫的，利用窮舉法可一一破解，只要衡量破解與所耗費的人力物力和時間相比是否合理。如上文提到傳統(tǒng)計算機需耗費1025年才能對1000位整數(shù)進行因式分解，從時間意義上講，RSA加密算法是安全的。但是，精通高速并行運算的量子計算一旦問世，縈繞人類很久的因式分解難題迎刃而解，傳統(tǒng)密碼學將受到前所未有的巨大沖擊。但正所謂有矛必有盾，相信屆時一套更為安全成熟的量子加密體系終會醞釀而出。

3　近期研究成果

目前量子計算的研究仍處于實驗階段，許多科學家都以極大熱忱追尋量子計算的夢想，實現(xiàn)方案雖不少，但以現(xiàn)在的科技水平和實驗條件要找到一種合適的載體存儲量子比特，并操縱和觀測其微觀量子態(tài)實在是太困難了，各界科學家歷時多年才略有所獲。

(1)1994年物理學家尼爾和艾薩克子利用丙胺酸制出一臺最為基本的量子計算機，雖然只能做一些像1＋1＝2這樣簡單的運算，但對量子計算的研究具有里程碑的意義。

(2)2000年8月IBM用5個原子作為處理和存儲器制造出當時最為先進的量子計算機，并以傳統(tǒng)計算機無法匹敵的速度完成對密碼學中周期函數(shù)的計算。

(3)2000年日本日立公司成功開發(fā)出“單電子晶體管”量子元件，它可以控制單個電子的運動，且具有體積小，功耗低的特點(比目前功耗最小的晶體管約低1000倍)。

(4)2001年IBM公司阿曼頓實驗室利用核磁共振技術(shù)建構(gòu)出7位量子比特計算機，其實現(xiàn)思想是用離子兩個自轉(zhuǎn)狀態(tài)作為一個量子比特，用微波脈沖作為地址。但此法還不能存儲15位以上的量子單元。

(5)2003年5月《Nature》雜志發(fā)表了克服量子相關(guān)性的實驗結(jié)果，對克服退相干，實現(xiàn)量子加密、糾錯和傳輸在理論上起到指導(dǎo)作用，從此量子通信振奮人心。

(6)2004年9月，NTT物性科學研究所試制出新一代存儲量子比特的新載體――“超導(dǎo)磁束量子位”。它可通過微波照射大幅度提高對量子比特自由度的控制，其量子態(tài)也相對容易保持。

第4篇：量子計算的影響范文

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)?？墒牵壳耙廊淮嬖谠S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。現(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。混合技術(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?！白赞D(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。

第5篇：量子計算的影響范文

[關(guān)鍵詞]網(wǎng)絡(luò)支付信息安全量子計算量子密碼

目前電子商務(wù)日益普及,電子貨幣、電子支票、信用卡等綜合網(wǎng)絡(luò)支付手段已經(jīng)得到普遍使用。在網(wǎng)絡(luò)支付中,隱私信息需要防止被竊取或盜用。同時,訂貨和付款等信息被競爭對手獲悉或篡改還可能喪失商機等。因此在網(wǎng)絡(luò)支付中信息均有加密要求。

一、量子計算

隨著計算機的飛速發(fā)展，破譯數(shù)學密碼的難度也在降低。若能對任意極大整數(shù)快速做質(zhì)數(shù)分解，就可破解目前普遍采用的RSA密碼系統(tǒng)。但是以傳統(tǒng)已知最快的方法對整數(shù)做質(zhì)數(shù)分解，其復(fù)雜度是此整數(shù)位數(shù)的指數(shù)函數(shù)。正是如此巨額的計算復(fù)雜度保障了密碼系統(tǒng)的安全。

不過隨著量子計算機的出現(xiàn),計算達到超高速水平。其潛在計算速度遠遠高于傳統(tǒng)的電子計算機，如一臺具有5000個左右量子位(qubit)的量子計算機可以在30秒內(nèi)解決傳統(tǒng)超級計算機需要100億年才能解決的問題。量子位可代表了一個0或1,也可代表二者的結(jié)合,或是0和1之間的一種狀態(tài)。根據(jù)量子力學的基本原理,一個量子可同時有兩種狀態(tài),即一個量子可同時表示0和1。因此采用L個量子可一次同時對2L個數(shù)據(jù)進行處理,從而一步完成海量計算。

這種對計算問題的描述方法大大降低了計算復(fù)雜性，因此建立在這種能力上的量子計算機的運算能力是傳統(tǒng)計算機所無法相比的。例如一臺只有幾千量子比特的相對較小量子計算機就能破譯現(xiàn)存用來保證網(wǎng)上銀行和信用卡交易信息安全的所有公用密鑰密碼系統(tǒng)。因此，量子計算機會對現(xiàn)在的密碼系統(tǒng)造成極大威脅。不過，量子力學同時也提供了一個檢測信息交換是否安全的辦法，即量子密碼技術(shù)。

二、量子密碼技術(shù)的原理

從數(shù)學上講只要掌握了恰當?shù)姆椒ㄈ魏蚊艽a都可破譯。此外，由于密碼在被竊聽、破解時不會留下任何痕跡，用戶無法察覺，就會繼續(xù)使用同地址、密碼來存儲傳輸重要信息，從而造成更大損失。然而量子理論將會完全改變這一切。

自上世紀90年代以來科學家開始了量子密碼的研究。因為采用量子密碼技術(shù)加密的數(shù)據(jù)不可破譯，一旦有人非法獲取這些信息,使用者就會立即知道并采取措施。無論多么聰明的竊聽者在破譯密碼時都會留下痕跡。更驚嘆的是量子密碼甚至能在被竊聽的同時自動改變。毫無疑問這是一種真正安全、不可竊聽破譯的密碼。

以往密碼學的理論基礎(chǔ)是數(shù)學，而量子密碼學的理論基礎(chǔ)是量子力學，利用物理學原理來保護信息。其原理是“海森堡測不準原理”中所包含的一個特性，即當有人對量子系統(tǒng)進行偷窺時，同時也會破壞這個系統(tǒng)。在量子物理學中有一個“海森堡測不準原理”,如果人們開始準確了解到基本粒子動量的變化，那么也就開始喪失對該粒子位置變化的認識。所以如果使用光去觀察基本粒子,照亮粒子的光(即便僅一個光子)的行為都會使之改變路線,從而無法發(fā)現(xiàn)該粒子的實際位置。從這個原理也可知，對光子來講只有對光子實施干擾才能“看見”光子。因此對輸運光子線路的竊聽會破壞原通訊線路之間的相互關(guān)系,通訊會被中斷,這實際上就是一種不同于傳統(tǒng)需要加密解密的加密技術(shù)。在傳統(tǒng)加密交換中兩個通訊對象必須事先擁有共同信息——密鑰，包含需要加密、解密的算法數(shù)據(jù)信息。而先于信息傳輸?shù)拿荑€交換正是傳統(tǒng)加密協(xié)議的弱點。另外,還有“單量子不可復(fù)制定理”。它是上述原理的推論,指在不知道量子狀態(tài)的情況下復(fù)制單個量子是不可能的,因為要復(fù)制單個量子就必須先做測量,而測量必然會改變量子狀態(tài)。根據(jù)這兩個原理,即使量子密碼不幸被電腦黑客獲取,也會因測量過程中對量子狀態(tài)的改變使得黑客只能得到一些毫無意義的數(shù)據(jù)。

量子密碼就是利用量子狀態(tài)作為信息加密、解密的密鑰，其原理就是被愛因斯坦稱為“神秘遠距離活動”的量子糾纏。它是一種量子力學現(xiàn)象，指不論兩個粒子間距離有多遠，一個粒子的變化都會影響另一個粒子。因此當使用一個特殊晶體將一個光子割裂成一對糾纏的光子后，即使相距遙遠它們也是相互聯(lián)結(jié)的。只要測量出其中一個被糾纏光子的屬性，就容易推斷出其他光子的屬性。而且由這些光子產(chǎn)生的密碼只有通過特定發(fā)送器、吸收器才能閱讀。同時由于這些光子間的“神秘遠距離活動”獨一無二，只要有人要非法破譯這些密碼，就會不可避免地擾亂光子的性質(zhì)。而且異動的光子會像警鈴一樣顯示出入侵者的蹤跡，再高明的黑客對這種加密技術(shù)也將一籌莫展。

三、量子密碼技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)支付中的發(fā)展與應(yīng)用

由于量子密碼技術(shù)具有極好的市場前景和科學價值，故成為近年來國際學術(shù)界的一個前沿研究熱點，歐洲、北美和日本都進行了大量的研究。在一些前沿領(lǐng)域量子密碼技術(shù)非常被看好，許多針對性的應(yīng)用實驗正在進行。例如美國的BBN多種技術(shù)公司正在試驗將量子密碼引進因特網(wǎng)，并抓緊研究名為“開關(guān)”的設(shè)施，使用戶可在因特網(wǎng)的大量加密量子流中接收屬于自己的密碼信息。應(yīng)用在電子商務(wù)中，這種設(shè)施就可以確保在進行網(wǎng)絡(luò)支付時用戶密碼等各重要信息的安全。

2007年3月國際上首個量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)由我國科學家郭光燦在北京測試運行成功。這是迄今為止國際公開報道的惟一無中轉(zhuǎn)、可同時任意互通的量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)，標志著量子保密通信技術(shù)從點對點方式向網(wǎng)絡(luò)化邁出了關(guān)鍵一步。2007年4月日本的研究小組利用商業(yè)光纖線路成功完成了量子密碼傳輸?shù)尿炞C實驗，據(jù)悉此研究小組還計劃在2010年將這種量子密碼傳輸技術(shù)投入使用，為金融機構(gòu)和政府機關(guān)提供服務(wù)。

隨著量子密碼技術(shù)的發(fā)展，在不久的將來它將在網(wǎng)絡(luò)支付的信息保護方面得到廣泛應(yīng)用，例如獲取安全密鑰、對數(shù)據(jù)加密、信息隱藏、信息身份認證等。相信未來量子密碼技術(shù)將在確保電子支付安全中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

參考文獻:

[1]王阿川宋辭等:一種更加安全的密碼技術(shù)——量子密碼[J].中國安全科學學報,2007,17(1):107～110

第6篇：量子計算的影響范文

潘建偉在現(xiàn)場宣布，在光學體系，研究團隊在去年首次實現(xiàn)十光子糾纏操縱的基礎(chǔ)上，利用高品質(zhì)量子點單光子源構(gòu)建了世界首臺超越早期經(jīng)典計算機的光量子計算機。

在超導(dǎo)體系，研究團隊打破了之前由谷歌、NASA（美國國家航空航天局）和UCSB（加州大學圣塔芭芭拉分校）公開報道的9個超導(dǎo)量子比特的操縱，實現(xiàn)了目前世界上最大數(shù)目（10個）超導(dǎo)量子比特的糾纏，并在超導(dǎo)量子處理器上實現(xiàn)了快速求解線性方程組的量子算法。

系列成果已發(fā)表在國際權(quán)威學術(shù)期刊《自然光子學》，即將發(fā)表在《物理評論快報》上。

傳統(tǒng)電子計算機要算15萬年的難題，量子計算機只需1秒

1981年，美國物理學家費曼指出，由于量子系統(tǒng)具有天然的并行處理能力，用它所實現(xiàn)的計算機很可能會遠遠超越經(jīng)典計算機。1994年，麻省理工學院的Peter？Shor教授提出分解大質(zhì)因數(shù)的高效量子算法，量子計算引發(fā)了世界各國的強烈興趣。

“由于量子比特是0和1的疊加態(tài)，在原理上具有超快的并行算和模擬能力，計算能力隨可操縱的粒子數(shù)呈指數(shù)增長。這一特點使得量子計算可為經(jīng)典計算機無法解決的大規(guī)模計算難題提供有效解決方案。”潘建偉說，“比如，300位10進制那么長數(shù)，用我們目前萬億次的傳統(tǒng)電子計算機拿來算的話，大概需要算15萬年。但如果能夠造出一臺量子計算機，它計算的頻率也是萬億次的話，只需要1秒鐘就可以算完。從這個角度上講，量子的并行計算能力是非常強大的?！?/p>

此外，一臺操縱50個微觀粒子的量子計算機，對特定問題的處理能力可超過超級計算機。

那哪些算特定問題呢？

朱曉波說：“比如說大數(shù)字分解，這個是用于現(xiàn)在加密的一個標準的算法。那么你如果能解一個大數(shù)字分解，就能解密現(xiàn)在很多的加密算法。如果很多加密算法都失效了，國家金融安全、軍事安全等都會受到嚴重影響。還有，量子計算機做到一定規(guī)模之后，很有可能實現(xiàn)大數(shù)據(jù)的快速搜索，以后在解決搜索問題的時候就具有巨大的優(yōu)勢?！?/p>

據(jù)專家介紹，根據(jù)各物理體系內(nèi)在優(yōu)勢及其在實現(xiàn)多粒子相干操縱和糾纏方面的發(fā)展現(xiàn)狀和潛力，目前，國際學術(shù)界在基于光子、超冷原子和超導(dǎo)線路體系的量子計算技術(shù)發(fā)展上總體較為領(lǐng)先。

研究仍處早期，我國計劃在年底實現(xiàn)大約20個光量子比特的操縱

多粒子糾纏的操縱作為量子計算的核心資源，一直是國際角逐的焦點。在光子體系，潘建偉團隊在多光子糾纏領(lǐng)域始終保持著國際領(lǐng)先水平，并于2016年底把紀錄刷新至十光子糾纏。在此基礎(chǔ)上，團隊此次利用自主發(fā)展的綜合性能國際最優(yōu)的量子點單光子源，通過電控可編程的光量子線路，構(gòu)建了針對多光子“玻色取樣”任務(wù)的光量子計算原型機。

潘建偉說：“實驗測試表明，該原型機的‘玻色取樣’速度不僅比國際同行類似的之前所有實驗加快至少2.4萬倍，同時，通過和經(jīng)典算法比較，也比人類歷史上第一臺電子管計算機（ENIAC）和第一臺晶體管計算機（TRADIC）運行速度快10～100倍?！?/p>

這是歷史上第一臺超越早期經(jīng)典計算機的基于單光子的量子模擬機，為最終實現(xiàn)超越經(jīng)典超級計算能力的量子計算這一國際學術(shù)界稱之為“量子稱霸”的目標奠定了堅實的基礎(chǔ)。

“量子計算領(lǐng)域有幾個大家共同努力的指標性節(jié)點：第一，展示超越首臺電子計算機的計算能力；第二，展示超越商用CPU的計算能力；第三，展示超越超級計算機的計算能力。我們實現(xiàn)的只是其中的第一步，也是一小步，但是是重要的一步?！迸私▊フf。

“朝著這個目標，我們研究團隊將計劃在今年年底實現(xiàn)大約20個光量子比特的操縱，將接近目前最好的商用CPU。”陸朝陽說。

但由于高精度量子操控技術(shù)的極端復(fù)雜性，目前量子計算研究仍處于早期發(fā)展階段?！跋窠?jīng)典計算機那樣具有通用功能的量子計算機最終能否研制成功，對整個科學界還是個未知數(shù)?！迸私▊フf。

在信息安全、醫(yī)學檢測、導(dǎo)航等方面，量子技術(shù)未來將極大地改變生活

隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，對計算能力的需求可以用一個詞來形容，就叫做“貪得無厭”。同時，計算能力的強弱也對社會的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。當人們能夠把數(shù)據(jù)里面有效的數(shù)據(jù)結(jié)果都通過計算給提取出來的話，每一個數(shù)據(jù)才會成為真正的財富。

談到量子計算機未來的應(yīng)用前景，潘建偉充滿信心：“我認為量子技術(shù)領(lǐng)域目前主要有幾個方面離實用非常近：量子通信主要是用在保密方面，它可以大大提高信息安全水平。除此之外，量子計算可能很快在某些特定計算方面超越目前傳統(tǒng)的超級計算。這些技術(shù)在醫(yī)學檢測、藥物設(shè)計、基因分析、各種導(dǎo)航等方面也將起到巨大的作用，會給我們的生活帶來極大的改變。比如，我們現(xiàn)在的天氣預(yù)報只能預(yù)報幾天，因為如果要預(yù)報第六天、第七天，計算的時間可能需要100天，而100天后再來預(yù)測第六七天的天氣就沒什么意義了。”

據(jù)潘建偉介紹，在我國即將啟動的量子通信和量子計算機的重大項目里，對光、超導(dǎo)、超冷原子等方向上都已經(jīng)做了相應(yīng)的布局。

“在以后的10到15年里，量子技術(shù)領(lǐng)域的競爭將是非常激烈的。比如英國啟動了國家量子技術(shù)專項、歐盟啟動了量子旗艦專項、美國在論證相應(yīng)的計劃。包括谷歌、IBM、微軟等在內(nèi)的一些美國公司也都介入到相關(guān)研發(fā)了?！迸私▊フf。

延伸閱讀

多個狀態(tài)同時疊加 不可分割不可克隆 量子世界里，真的很神秘

量子是什么？量子是最小的、不可再分割的能量單位。這個概念誕生于1900年，物理學家普朗克在德國物理學會上公布了他的成果，成為量子論誕生和新物理學革命宣告開始的偉大時刻。

分子、原子、電子，其實都是量子的不同表現(xiàn)形式。可以說，我們的世界是由量子組成的。

中國科學技術(shù)大學教授朱曉波說，在宏觀世界里，物體的位置、速度等運動規(guī)律，都可以通過牛頓力學精確地測算。但在量子微觀世界里，有著與宏觀世界截然不同的規(guī)則。

量子的神秘之處首先體現(xiàn)在它的“狀態(tài)”。在宏觀世界里，任何一個物體在某一時刻有著確定的狀態(tài)和確定的位置。但在微觀世界里，量子卻同時處于多種狀態(tài)和多個位置的“疊加”。

量子力學的開創(chuàng)者之一、奧地利物理學家薛定諤曾用一只貓來比喻量子態(tài)疊加：箱子里有一只貓，在宏觀世界中它要么是活的，要么是死的。但如果在量子世界中，它同時處于生和死兩種狀態(tài)的疊加。

量子的狀態(tài)還經(jīng)不起“看”。也就是說，如果你去測量一個量子，那么它就會從多個狀態(tài)、多個位置，變成一個確定的狀態(tài)和一個確定的位置。如果你打開“薛定諤的箱子”，貓的疊加狀態(tài)就會消失，你會看到一只活貓或一只死貓。

如果說一個量子已經(jīng)很“奇怪”，那么當兩個量子“糾纏”在一起，那種不確定性更強了。根據(jù)量子力學理論，如果兩個量子之間形成了“糾纏態(tài)”，那么無論相隔多遠，當一個量子的狀態(tài)發(fā)生變化，另一個量子也會超光速“瞬間”發(fā)生如同心靈感應(yīng)的變化。

雖然直至今天，人類仍然還沒搞清楚量子為何如此神秘，但國際主流學界已經(jīng)接受了量子這種特殊性的客觀存在。更重要的是，人們可以利用量子的奇異特性開發(fā)創(chuàng)新型應(yīng)用，比如量子通信和量子計算。

量子通信是科學界利用量子特性最早開發(fā)的信息應(yīng)用，其“不可分割”“測不準”“不可克隆”等特性，使得理論上“絕對安全”的量子通信成為可能。

第7篇：量子計算的影響范文

關(guān)鍵詞:計算科學計算工具圖靈模型量子計算

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,因此而受到當時科學工作者,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,也當之無愧地被認為是迄今為止由科學和技術(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。中國

而以IBM研究中心朗道(R.Landauer)為代表的理論科學家認為到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——牛頓力學沿導(dǎo)線運行,而是按照量子力學的規(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)。

哲學家和科學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。著名科學家,哈佛大學終身教授威爾遜(EdwardO.Wilson)指出:“科學代表著一個時代最為大膽的猜想(形而上學)。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。物理學家費曼RichardP.Feynman曾試圖用傳統(tǒng)的電子計算機模擬量子力學對象的行為。他遇到一個問題:量子力學系統(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年英國牛津大學教授多伊奇DavidDeutsch提出是否可以用物理學定律推導(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”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.

第8篇：量子計算的影響范文

一、未來的計算機技術(shù)將向超高速、超小型、平行處理、智能化的方向發(fā)展

超高速計算機將采用平行處理技術(shù)，使計算機系統(tǒng)同時執(zhí)行多條指令或同時對多個數(shù)據(jù)進行處理，這是改進計算機結(jié)構(gòu)、提高計算機運行速度的關(guān)鍵技術(shù)。

同時計算機將具備更多的智能成分，它將具有多種感知能力、一定的思考與判斷能力及一定的自然語言能力。除了提供自然的輸入手段（如語音輸入、手寫輸入）外，讓人能產(chǎn)生身臨其境感覺的各種交互設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)是這一領(lǐng)域發(fā)展的集中體現(xiàn)。傳統(tǒng)的磁存儲、光盤存儲容量繼續(xù)攀升，新的海量存儲技術(shù)趨于成熟，新型的存儲器每立方厘米存儲容量可達10TB（以一本書30萬字計，它可存儲約1500萬本書）。信息的永久存儲也將成為現(xiàn)實，千年存儲器正在研制中，這樣的存儲器可以抗干擾、抗高溫、防震、防水、防腐蝕。如是，今日的大量文獻可以原汁原味保存、并流芳百世。

二、新型計算機系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)

硅芯片技術(shù)的高速發(fā)展同時也意味著硅技術(shù)越來越近其物理極限，為此，世界各國的研究人員正在加緊研究開發(fā)新型計算機，計算機從體系結(jié)構(gòu)的變革到器件與技術(shù)革命都要產(chǎn)生一次量的乃至質(zhì)的飛躍。新型的量子計算機、光子計算機、生物計算機、納米計算機等將會在21世紀走進我們的生活，遍布各個領(lǐng)域。

三、量子計算機與光子計算機的產(chǎn)生

量子計算機是基于量子效應(yīng)基礎(chǔ)上開發(fā)的，它利用一種鏈狀分子聚合物的特性來表示開與關(guān)的狀態(tài)，利用激光脈沖來改變分子的狀態(tài)，使信息沿著聚合物移動，從而進行運算。

量子計算機中數(shù)據(jù)用量子位存儲。由于量子疊加效應(yīng)，一個量子位可以是0或1，也可以既存儲0又存儲1。因此一個量子位可以存儲2個數(shù)據(jù)，同樣數(shù)量的存儲位，量子計算機的存儲量比通常計算機大許多。同時量子計算機能夠?qū)嵭辛孔硬⑿杏嬎?，其運算速度可能比目前個人計算機的PentiumⅢ晶片快10億倍。目前正在開發(fā)中的量子計算機有3種類型：核磁共振（NMR）量子計算機、硅基半導(dǎo)體量子計算機、離子阱量子計算機。預(yù)計2030年將普及量子計算機。

光子計算機即全光數(shù)字計算機，以光子代替電子，光互連代替導(dǎo)線互連，光硬件代替計算機中的電子硬件，光運算代替電運算。超高速電子計算機只能在低溫下工作，而光計算機在室溫下即可開展工作。光計算機還具有與人腦相似的容錯性。

目前，世界上第一臺光計算機已由歐共體的英國、法國、比利時、德國、意大利的70多名科學家研制成功，其運算速度比電子計算機快1000倍?？茖W家們預(yù)計，光計算機的進一步研制將成為21世紀高科技課題之一。

四、生物計算機

生物計算機的運算過程就是蛋白質(zhì)分子與周圍物理化學介質(zhì)的相互作用過程。計算機的轉(zhuǎn)換開關(guān)由酶來充當，而程序則在酶合成系統(tǒng)本身和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)中極其明顯地表示出來。

20世紀70年代，人們發(fā)現(xiàn)脫氧核糖核酸（DNA）處于不同狀態(tài)時可以代表信息的有或無。DNA分子中的遺傳密碼相當于存儲的數(shù)據(jù)，DNA分子間通過生化反應(yīng)，從一種基因代瑪轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N基因代碼。反應(yīng)前的基因代碼相當于輸入數(shù)據(jù)，反應(yīng)后的基因代碼相當于輸出數(shù)據(jù)。如果能控制這一反應(yīng)過程，那么就可以制作成功DNA計算機。

蛋白質(zhì)分子比硅晶片上電子元件要小得多，彼此相距甚近，生物計算機完成一項運算，所需的時間僅為10微微秒，比人的思維速度快100萬倍。DNA分子計算機具有驚人的存貯容量，1立方米的DNA溶液，可存儲1萬億億的二進制數(shù)據(jù)。DNA計算機消耗的能量非常小，只有電子計算機的十億分之一。由于生物芯片的原材料是蛋白質(zhì)分子，所以生物計算機既有自我修復(fù)的功能，又可直接與生物活體相聯(lián)。預(yù)計10～20年后，DNA計算機將進入實用階段。

五、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)蔓延與提升

今天人們談到計算機必然地和網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來，一方面孤立的未加入網(wǎng)絡(luò)的計算機越來越難以見到，另一方面計算機的概念也被網(wǎng)絡(luò)所擴展。二十世紀九十年代興起的Internet在過去如火如荼地發(fā)展，其影響之廣、普及之快是前所未有的。從沒有一種技術(shù)能像Internet一樣，劇烈地改變著我們的學習、生活和習慣方式。全世界幾乎所有國家都有計算機網(wǎng)絡(luò)直接或間接地與Internet相連，使之成為一個全球范圍的計算機互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。人們可以通過Internet與世界各地的其它用戶自由地進行通信，可從Internet中獲得各種信息。

人們已充分領(lǐng)略到網(wǎng)絡(luò)的魅力，Internet大大縮小了時空界限，通過網(wǎng)絡(luò)人們可以共享計算機硬件資源、軟件資源和信息資源?！熬W(wǎng)絡(luò)就是計算機”的概念被事實一再證明，被世人逐步接受。

六、移動計算技術(shù)與系統(tǒng)

隨著因特網(wǎng)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用、無線移動通信技術(shù)的成熟以及計算機處理能力的不斷提高，新的業(yè)務(wù)和應(yīng)用不斷涌現(xiàn)。移動計算正是為提高工作效率和隨時能夠交換和處理信息所提出，業(yè)已成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向。

移動計算包括三個要素：通信、計算和移動。這三個方面既相互獨立又相互聯(lián)系。移動計算概念提出之前，人們對它們的研究已經(jīng)很長時間了，移動計算是第一次把它們結(jié)合起來進行研究。它們可以相互轉(zhuǎn)化，例如，通信系統(tǒng)的容量可以通過計算處理（信源壓縮，信道編碼，緩存，預(yù)?。┑玫教岣摺?/p>

面向全球網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用的各類新型微機和信息終端產(chǎn)品將成為主要產(chǎn)品。便攜計算機、數(shù)字基因計算機、移動手機和終端產(chǎn)品，以及各種手持式個人信息終端產(chǎn)品，將把移動計算與數(shù)字通信融合為一體，手機將被嵌入高性能芯片和軟件，依據(jù)標準的無限通信協(xié)議（如藍牙）上網(wǎng)，觀看電視、收聽廣播。在Internet上成長起來的新一代自然不會把汽車僅作為代步工具，汽車將向用戶提供上網(wǎng)、辦公、家庭娛樂等功能，成為車輪上的信息平臺。

我們有理由相信，計算機在人類生活中的影響，將會越來越大，而由此會帶給我們?nèi)碌纳铙w驗，將會有怎樣的驚喜和全新體驗?zāi)?？讓我們拭目以待?/p>

參考文獻：

[1]唐宇. 計算機網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)概述[J]. 信息技術(shù). 2007（07）

[2]孫亞民. 計算機網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)[J]. 水電廠自動化. 1999（01）

[3]曹元大. 計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的近期發(fā)展[J]. 北京理工大學學報. 1998（06）

第9篇：量子計算的影響范文

關(guān)鍵詞：量子保密；通信技術(shù)；應(yīng)用；未來發(fā)展

引言

隨著信息化時代的到來，人們無時無刻都在接發(fā)文字信息、視頻信息、電子信息等，給人們的生活、工作、學習和社會各個領(lǐng)域帶來了新的改變。為了保障信息通信的安全，防止信息傳遞過程中存在的泄露風險，采取量子保密通信技術(shù)，有效避免信息被攻擊破譯，保障了信息傳遞的絕對安全[1]。量子保密通信改變了傳統(tǒng)加密通信的局限性和不安全性，解決了存在的安全隱患問題，根據(jù)量子力學原理與科學信息技術(shù)的有效結(jié)合，采用高精度量子測量技術(shù)和高精準量子計算技術(shù)進行計算、編碼和信息傳輸，發(fā)揮了高效安全的通信性能。量子計算利用量子力學規(guī)律來調(diào)控量子信息單元進行計算，能夠進行大規(guī)模、多線程地數(shù)據(jù)處理，具有超強的計算能力和精密的邏輯性[2]。在依靠量子比特工作中，由于量子位存在的并行性、糾纏性和疊加性，量子算法在進行問題處理時就能夠做出傳統(tǒng)計算無法比擬的超強處理能力，實現(xiàn)超高精度、超高速度的工作效率[3]。隨著國內(nèi)外量子信息技術(shù)科技的發(fā)展，針對現(xiàn)有公鑰體系在單向計算時存在的易被攻擊威脅，造成信息發(fā)生泄漏的嚴重后果，開展量子密鑰分發(fā)技術(shù)的保密通信的創(chuàng)新研發(fā)，滿足了當前信息化社會和數(shù)字化經(jīng)濟時代的需求。通過量子保密通信技術(shù)的研究與應(yīng)用，推動了量子保密通信標準化工作的進行和未來的無限發(fā)展。

1量子保密通信技術(shù)應(yīng)用

1.1量子密鑰分發(fā)技術(shù)應(yīng)用

量子密鑰分發(fā)是根據(jù)量子測不準原理、量子不可分割和量子態(tài)不可復(fù)制的特性來實現(xiàn)，量子生成的通信密碼校驗絕對的安全性，不會被任何方式破解。通信雙方建立量子密碼分享協(xié)議，發(fā)送方和接受方以單光子的狀態(tài)作為信息載體來建立密鑰，保證密鑰分發(fā)的安全性，密鑰分發(fā)采取一次一密的加密體制建立安全通信密碼。密鑰分發(fā)完成后需要進行信息協(xié)同和隱私保密增強，糾正密鑰中存在的錯誤，使密鑰保持一致性，進一步增強信息隱私的保密安全。根據(jù)協(xié)議隨機選擇調(diào)制每一個光子的基矢，隨機的基矢可以對接收端進行監(jiān)測，在偏振編碼過程中采用單光子的水平偏振態(tài)（0°）、垂直偏振態(tài)（90°）、偏振態(tài)（+45°）和偏振態(tài)（-45°）的4個量子態(tài)，來進行不同自由度的編碼，可以選擇垂直方向，也可以沿水平方向或其它角度作為量子信息的載體。發(fā)送方隨機使用2組基矢，按照事先約定的單光子水平偏振態(tài)通過量子信道發(fā)送給協(xié)議用戶，當用戶接收到光子后也隨機地使用2組基矢進行偏振態(tài)的測量，如果制備基矢和檢測基矢兼容，則表示收發(fā)隨機數(shù)完全一致，如果存在不同，發(fā)送方和用戶在從新進行比對制備基和測量基基矢，直到收發(fā)雙方擁有完全一致的隨機數(shù)序列密鑰。密鑰分發(fā)、生成后不會被破譯或計算破解，即使在密鑰生成過程中被竊聽也會被通信方發(fā)現(xiàn)，仍然不會泄密，保證了絕對的安全性[4]。

1.2量子保密通信與后量子安全加密應(yīng)用

近年來，我國在量子信息技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展迅速，在量子保密通信的研發(fā)中獲得突破性進展，利用量子保密通信技術(shù)克服了傳統(tǒng)通信技術(shù)存在的安全隱患問題，保證了通信的安全性和可靠性[5]。量子保密通信具備巨大的信息存儲與攜帶性能，量子計算機可以面對各種復(fù)雜難度的計算，并能進行高時速、高精準的并行計算處理能力。量子保密通信是在原有的公鑰體系進行創(chuàng)新改進，采取量子密鑰分發(fā)和加密的量子保密通信方案，以應(yīng)對原有量子計算體系內(nèi)存在的安全威脅，并對現(xiàn)有加密體制進行升級，應(yīng)用計算破解能力的后量子加密技術(shù)提高了被破解能力，避免信息泄露。量子保密通信與后量子加密的應(yīng)用，為未來量子安全信息加密技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展具有重要的意義[6]。

1.2.1量子保密通信方案量子保密通信利用量子態(tài)的疊加性和量子不可克隆原理，采取密鑰分發(fā)的密碼技術(shù)，對傳輸?shù)男畔⑦M行一次一密的加密方法，完善了加密體制，實現(xiàn)了信息傳輸?shù)陌踩浴?/p>

1.2.2后量子加密后量子加密技術(shù)是一種新的加密方法，通過運用許多先進的技術(shù)對現(xiàn)有的加密體制算法進行升級改進，例如網(wǎng)格編碼算法和橢圓曲線算法等，增加了防御能力，可以完全抵抗黑客的計算破解，后量子新型信息加密技術(shù)能夠與現(xiàn)有的信息安全系統(tǒng)實現(xiàn)兼容和平滑升級演進。

1.3量子保密通信應(yīng)用

量子保密通信為未來信息安全提供了保障，是信息領(lǐng)域的重要技術(shù)手段，在量子保密通信中量子密鑰分發(fā)作為關(guān)鍵技術(shù)，與典型網(wǎng)絡(luò)組織和現(xiàn)有通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相融合，建立了網(wǎng)絡(luò)管控、安全服務(wù)、密鑰生成層、密鑰分發(fā)層、密鑰應(yīng)用層等組織結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了通信網(wǎng)絡(luò)的可用性和安全可靠性，并應(yīng)具備靈活高效、可擴展的未來發(fā)展的建設(shè)需求。系統(tǒng)分為發(fā)送裝置和接受裝置，利用公共信道對密鑰分發(fā)協(xié)議合法的通信雙方發(fā)送共享的隨機密鑰。其中，密鑰生成層將生成制備的量子密鑰提供給上層，在密鑰中繼、密鑰轉(zhuǎn)發(fā)、密鑰存儲、密鑰輸出過程中，密鑰應(yīng)用層為量子密鑰的保密通信服務(wù)提供服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)管控平臺負責網(wǎng)絡(luò)運營管理，安全服務(wù)平臺則負責密碼服務(wù)和安全管理。量子密鑰分發(fā)是以量子物理與信息學為基礎(chǔ)，利用量子態(tài)糾纏重疊的力學特性，在通訊雙方之間產(chǎn)生并分享一個隨機的安全的密鑰，運用一次一密的加密方法，通過量子信道完成信息的安全傳送。由于傳統(tǒng)量子信道在傳送數(shù)據(jù)進行量子密鑰服務(wù)的加密業(yè)務(wù)時，量子信道存在傳輸損耗，量子密鑰分發(fā)距離會被限制距離，需設(shè)置中繼節(jié)點來完成長距離的接力傳送，導(dǎo)致安全防護存在困難，存在安全隱患。因此在現(xiàn)有較大規(guī)模的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)中，都采用可信中繼技術(shù)是異或后的中繼技術(shù)，量子密鑰只會在節(jié)點處暫存經(jīng)過異或后，不會對中繼節(jié)點造成影響，具有信息傳輸?shù)陌踩院透咝省?/p>

2量子保密通信目前發(fā)展狀況

隨著量子保密通信的發(fā)展，世界各國試用點呈現(xiàn)逐步成熟趨勢，但在應(yīng)用推廣方面暴露出一些問題。主要包括三個方面：（1）應(yīng)用場景受到限制當前，量子保密通信主要面向金融、政府等長期安全性較高的特定場景之中，市場規(guī)模較為分散，傳統(tǒng)通信業(yè)界對于量子保密通信應(yīng)用目前仍然處于熱情度較低的狀態(tài)。此外，由于量子態(tài)信號與傳統(tǒng)信號混合傳輸時，將引入劣化性能，導(dǎo)致量子保密通信組網(wǎng)需要借助額外獨立光纖鏈路才能獲取所需資源。（2）技術(shù)瓶頸待解決在百公里長距離傳輸情況下，量子保密通信可用安全碼率大約為15kbit/s量級，相比于當前光傳達網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)的量級信息傳輸差距較大，無法實現(xiàn)對信號的一一加密。此外，在量子保密通信組網(wǎng)方面，由于量子態(tài)存儲技術(shù)尚不成熟，因此，有關(guān)量子存儲方面難以實現(xiàn)，其中涉及的關(guān)鍵技術(shù)仍需進一步驗證分析。（3）安全性存在一定風險在實際通信過程中，信道節(jié)點不理想特性使其難以滿足安全性標準，成為不法分子利用的安全漏洞，所以針對通信安全性升級將是運營維護所面臨的一個難題，現(xiàn)階段，由于通信密鑰生成碼率也相對較低，很難滿足一次一密要求?，F(xiàn)階段，我國量子保密通信技術(shù)在業(yè)務(wù)、市場、商用的應(yīng)用都處于推廣初期階段，在量子密鑰分發(fā)技術(shù)組網(wǎng)理念和技術(shù)研究中，仍然面臨一些問題有待研究和探討。

3量子保密通信標準化工作策略與未來發(fā)展

3.1量子保密通信標準化工作策略

在未來量子保密通信技術(shù)研發(fā)中，應(yīng)保證量子保密通信設(shè)備系統(tǒng)的功能與性能的一致性和可靠性，增加設(shè)備系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)層面的兼容性、靈活性和安全性，在設(shè)備和系統(tǒng)技術(shù)、安全性能、組網(wǎng)以及加密等各個方面，逐步完善應(yīng)用體制，在未來發(fā)展中形成完整的標準規(guī)范體系。首先，在國家政策支持的基礎(chǔ)上，應(yīng)加強量子密鑰分發(fā)技術(shù)前沿技術(shù)領(lǐng)域的研究工作，創(chuàng)新開發(fā)新型協(xié)議技術(shù)、系統(tǒng)器件和架構(gòu)方案，加快提升量子密鑰分發(fā)技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)備成熟度、實用化水平和性價比，不斷提高量子密鑰分發(fā)和后量子加密的技術(shù)水平，完善加密體制。然后，應(yīng)加強量子保密通信的商業(yè)化應(yīng)用和市場開拓規(guī)劃的工作策略和未來發(fā)展方向，積極推進產(chǎn)業(yè)合作，開展多樣化的商業(yè)部署模式，制定標準化工作策略，為應(yīng)用發(fā)展做好引導(dǎo)和培育市場需求。最后，應(yīng)加快我國量子保密通信網(wǎng)絡(luò)項目工程的建設(shè)，升級設(shè)備完善標準，提高量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的網(wǎng)管和運維能力，使量子保密通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)在完善的密鑰管理設(shè)備與加密通信設(shè)備進行安全可靠的通信，以商業(yè)化應(yīng)用推廣和市場化發(fā)展為未來建設(shè)目標，增加網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的實際可用性和安全性等標準的建設(shè)規(guī)模。目前，我國量子保密通信技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了實用化、產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展水平，在國家政策的大力支持下在社會各領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著國家實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，量子信息技術(shù)作為我國科技創(chuàng)新的重要發(fā)展技術(shù)，應(yīng)加快發(fā)展量子信息產(chǎn)業(yè)，推動量子技術(shù)與社會經(jīng)濟領(lǐng)域的深度融合，增加產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，為國家安全、國防軍事提供強大的技術(shù)支持，新興的量子信息產(chǎn)業(yè)推動了我國戰(zhàn)略性發(fā)展方向。

3.2未來發(fā)展前景

量子保密通信技術(shù)在未來發(fā)展進程中，量子保密通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展是未來量子技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵，需要加強技術(shù)成熟度、設(shè)備可靠性和投入產(chǎn)出性價比等各方面的研究，開展標準化工作策略以促進技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。近年來，隨著量子保密通信技術(shù)的不斷創(chuàng)新，世界各國在量子保密通信技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的市場競爭日趨激烈，我國雖然處于世界領(lǐng)先地位，應(yīng)需加強對量子技術(shù)研究機構(gòu)、系統(tǒng)設(shè)備廠商和建設(shè)運營單位進行大力扶持，在政策支持優(yōu)勢下強化關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展能力，以增強科技實力，提高市場競爭能力。積極推廣大規(guī)模產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，標準規(guī)范產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，促進量子保密通信商業(yè)化推廣、產(chǎn)業(yè)鏈壯大和產(chǎn)業(yè)化得到健康發(fā)展。

3.2.1分發(fā)系統(tǒng)性能指標和實用化水平有提升空間量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)在現(xiàn)有光纖網(wǎng)絡(luò)之中單跨傳輸距離在百公里以內(nèi)，密鑰成碼率有待進一步提高。同時，量子密鑰系統(tǒng)工程化也具有一定提升空間。此外，量子保密通信系統(tǒng)仍需要密鑰管理，將其與信息通信行業(yè)緊密融合，加密通信設(shè)備。

3.2.2抗量子計算破解的安全加密面向未來量子計算對于現(xiàn)有加密體系存在的破解威脅，需設(shè)計抗量子計算破解安全加密方案，快速提升量子密鑰分發(fā)技術(shù)和實用化水平，這是贏得加密技術(shù)體制的關(guān)鍵。

3.2.3量子保密通信商業(yè)化開拓仍需進一步探索量子保密通信是對現(xiàn)有通信技術(shù)的一種有效安全性提升技術(shù)，能夠解決密鑰分發(fā)安全性問題，提升通信安全性等級，具有長期性和高安全性。尤其在金融專網(wǎng)方面，其產(chǎn)業(yè)規(guī)模相對有限，因此，在后續(xù)研究進程中，逐漸完善量子通信保密技術(shù)，將其推廣到投入產(chǎn)出性行業(yè)之中，從設(shè)備升級、標準完善、市場探索等方面進行逐一推廣與應(yīng)用。因此，在今后發(fā)展過程中，應(yīng)凝聚各方形成合力，提升工程化實用水平，引導(dǎo)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，重視標準化測試，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。