量子计算的作用范文
时间：2023-12-27 17:53:34
导语：如何才能写好一篇量子计算的作用，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
量子纠缠态的性质刻画特别是它的大小测量是一个有意义的课题。研究表明量子纠缠态的大小一般可以由纯态的冯诺伊曼熵来衡量，对于一个两量子比特系统，冯诺伊曼熵大的态可以通过局域量子操作及经典通讯变换为另一个冯诺伊曼熵小的态。但是对高维系统，却经常存在两个量子纠缠态并不能互相转化的情况，甚至存在更复杂比如所谓纠缠催化的情况：即在纠缠态转换过程中有辅助的纠缠态起到类似化学催化剂的现象。在刻画这些纠缠态性质方面，大家最近发现冯诺伊曼熵的推广即任伊熵是一个好的量子纠缠大小的测度，可以准确的刻画纠缠转化行为。同时随着量子信息科学的发展，人们也希望能利用量子信息科学里的一些技术和方法来研究比如凝聚态系统的一些量子行为，例如对量子相变的刻画。反过来也希望凝聚态物理对物质量子相的性质研究能对量子信息处理和量子计算是否可以在这些系统实现给出提示。
最近，中科院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室（筹）理论室范桁研究员、博士生崔健与新加坡国立大学等合作在不同量子相的不同量子计算能力方面的研究取得重要进展（Nature Commun.3，812（2012））。他们通过对模型基态任伊熵的偏导正负性的判断，发现其行为可以准确区分凝聚态模型的不同量子相，而且不同的量子相确实在量子计算的能力方面是不同的。
量子计算的实现在方法上大致可以被分为两种，量子逻辑门方法和绝热量子计算方法。研究表明这两种方法在计算能力和计算复杂度方面是等价的。他们选取了一种可以用绝热量子计算实现的量子算法，通过对一维横场伊辛模型和XY模型基态纠缠任伊熵的分析发现，在绝热量子计算的实现过程中，在一些量子相里，绝热量子计算需要整体相干操作，而在另一些量子相里，绝热量子计算可以通过较简单的局域操作辅助以经典通讯。而对比如量子搜索的研究表明，局域操作在所谓的量子加速方面并不起作用。从而表明不同的量子相具有不同的量子计算能力。
凝聚态模型基态的任伊熵研究对量子相变的刻画及在量子计算中的作用是一个新的方法，不同量子相有不同的量子计算能力这个结论对具体物理系统的选取有指导意义。相关工作发表在近期Nature Commun.上（Nature Commun.3.812（2012））。
篇2
关键词：量子阱 界面声子 色散关系 电声相互作用
我们知道在室温和较高的温度下，电子与光学声子作用对半导体的电学特性具有重要的作用。在量子异质结中，电声相互作用影响其他主要的性质，象热电子的驰豫率，子带迁移率，室温激子的寿命等。纤锌矿量子异质结中的光学特性和输运特性也会被电声相互作用所影响。所以研究纤锌矿半导体异质结中的电子与声子相互作用，具有重要的物理意义。
1、纤锌矿结构量子阱中的电子-界面声子相互作用哈密顿
电子与声子相互作用的Fr？觟hlich哈密顿可以通过把在r处的电子与声子相互作的能量量子化得到。对于界面光学声子的电声相互作用的哈密顿，我们可以通过标准的量子化过程，得到电子与界面声子相互作用的Fr？觟hlich哈密顿
以上的方程具有普遍的意义，我们可以用来研究任意层纤锌矿结构多异质结、量子阱中的界面声子与电子的相互作用，对进一步研究纤锌矿结构多量子阱中的极化子效应、激子与声子的相互作用具有重要的意义
2、计算结果与讨论
在介电连续模型和单轴晶体模型传递矩阵的方法下，我们将界面光学声子场量子化，得到量子化的界面光学声子场，得出了任意多层纤锌矿结构量子阱中界面光学声子的电声相互作用的哈密顿。为了更清楚地了解电声相互作用的耦合强度，我们分别计算了纤锌矿结构单量子阱GaN/ZnO/GaN（厚度为∞/5nm/∞）和耦合量子阱ZnO/GaN/ZnO/GaN（厚度为∞/5nm/3nm/5nm/∞）中的电子与界面声子的耦合强度。计算中所用GaN和ZnO的参数见下表。
4 主要结论
通过了解纤锌矿量子阱中的界面声子与电子相互作用，计算了纤锌矿结构的单量子阱GaN/ZnO/GaN和耦合量子阱ZnO/GaN/ZnO/GaN中的电声相互作用。结果表明：随着波数的变化不同的界面声子对电声相互作用的贡献不同；低频界面声子的电声相互作用是大于高频界面声子的，且电声相互作用中长波界面声子有更大的贡献。我们的结论对进一步研究研究纤锌矿量子阱中的电声相互作用、极化子、激子与LO声子的相互作用具有重要的意义。
参考文献
篇3
关键词：计算机网络路由选择；改进量子进化算法；研究
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）33-0033-02
随着计算机网络的不断发展与广泛应用，其已经成为了我国人民在日常生活中及工作中不可缺少的技术，它为人们的衣食住行提供了方面，也为我国社会经济的发展提供了基础。目前我国计算机网络正在朝着更大规模范围发展，在此过程中也暴露了计算机网络路由选择中的一系列问题。现如今的计算机网络路由选择已经满足不了人们及社会的发展需求，也对计算机网络的正常运行造成了一定的影响，所以对其的优化改进是目前最重要的内容。
1 浅析计算机网络路由选择
计算机网络路由选择中有多种方法，包括梯度法、列表寻优法、爬山法及模拟退算法等。由于这些方式具有局限性，收到多种条件的限制，导致本身的作用都得不到很好的发挥。计算机网络路由选择主要是在能够满足计算机网络通信容量、网络拓扑及网络节点需求的基础上，对计算机网络中的各节点路由进行选择，使计算机网络可以缩短到最小时延。一般计算机网络路由选择可以使用优化工作，比如：其一，如果计算机网络中节点内部具有较大容量的缓冲器，那么就不会溢出或者丢失其数据包；其二，如果能够以实际的指数分布为基础设置报文长度，就可以按照泊松到达；其三忽略计算机网络中节点处理报文的时延；计算机网络中报文传输服务都是一个等级。【1】
2 探析改进量子进化算法
实际上量子进化算法就是进化算法和量子计划相结合产生的，此事以态矢量为基础，以量子比特编码为染色体，其更新染色体要以量子旋转门和非门进行实现，从而才能优化计算机网络路由。量子进化算法中的染色体排列矩阵为：
一个量子染色体表示问题解的特性，其原理就是对量子染色体进行随机测量，以此得出结果和概率，使用二进制实现坍塌，在此过程中可以了解到量子染色体可以有效地解决问题。另外改进量子进化算法的实现是根据量子旋转门，通过搜索法使公式的解得到最佳，增加或者减少概率，以此保留或者删除结果，以此来改进量子进化算法。
上表中的xi表示第i个量子染色体的二进制解，bi表示第i个最优解。
量子进化算法的流程主要包括三个部分：其一，要对种群进行初始化，在此基础上对初始种种群进行测量，以此得到与个体相依状态的相关记录表；其二，在合适的状态下对记录进行针对性的评估，并且对最佳个体和个体的适应值进行相关记录；其三，在还没有完全结束的时候，进行其他操作。
对于量子进化算法来说，此过程是非常复杂的，用相关的符号表示事务，之后进行计算。比如可以使用M表示染色体长度，染色体可以维护解的多样性。这样才能使算法简单的表述。【2】
3计算机网络路由选择的改进量子进化算法研究
在计算机网络中，量子进化算法是非常值得热议的话题，在计算机网络路由选择中的量子进化算法，其主要问题就是量子进化算法是针对性对表格进行参照，以此来找出相应的解法。这种方法会造成旋转角之间没有较好的关联性，另外在搜索问题的时候会有跳跃性，对于计算机在日常运行工作的时候是非常不利的。为了能够通过量子进化算法解决计算机路由选择中的问题，就要对其进行创新和改进。首先优化其中的旋转角，使其值能够满足路由选择。优化后的旋转表式子可以写为：
?θi=0.001π*50fb-fx/fx
根据此式子可以了解到旋转角在不同的情况下会有不同的结果，简单来说就是不同的旋转角值具有不同的含义。如果旋转角的值越小，那么就说明个体与最优个体之间的距离就越小，就缩小了搜索网络。在此状况下搜索就可以达到最优；如果旋转角的值越大，就说明个体与最优个体之间的距离越大，就逐渐扩大了搜索网络。在此状况下就要使所搜速度加快，这样才能够使计算机网络路由选择更多方面。
另外就是优化调整其中的函数，可以使用组合优化的方式进行，要求函数达到最佳状态，这样才能够得出最优解。通过此方式可以了解到，个体基因之间并没有较强的关联性。所以就可以通过计算机网络路由选择，对量子进化算法中的函数调整并优化。如果处于归一化的基础上，实现对应的实属对，并且使他们与量子位一一对应。基于此就可以做量子进化算法的仿真实验，并且对其进行对比，是否有优势。实验结果表示，计算机网络路由选择中的性能能够了解量子进化算法优化后比传统更优秀，此结果可以见图1。
从图1可以了解到，在计算机网络路由选择中的改进量子进化算法中，不断是收敛速度、寻优能力还是其中的性能，都优于传统量子进化算法。在进行仿真测试时，能够使改进量子进化算法之后发挥自身的作用，也能够在计算机网络路由选择中完善自身的应用。在此情况下计算机路由选择面对问题能够很好地解决，并且能够及时发现其中的问题，有效地提高了工作人员的工作质量和效率，还使计算机在正常运行和工作的过程中保持一个良好的状态。【3】
4结束语
在目前计算机网络技术被广泛应用的基础上，要重视计算机网络路由的选择。同时，改进量子进化算法也是非常重要的，通过优化旋转角，以此提高搜索速率及范围。计算机网络技术自发展应用以来，量子进化算法都有着较好的应用和前景，那么优化量子进化算法有效地促进了计算机网络技术的进一步发展，使计算机网络技术可以为我国各行各业提供更好的服务，也有效促进我国经济的可持续发展。
参考文献：
[1] 宋明红，俞华锋，陈海燕.改进量子进化算法在计算机网络路由选择中的应用研究[J].科技通报，2014（1）：170-173.
篇4
【关键词】超弦/M理论/圈量子引力/哲学反思
【正文】
本文分四部分。首先明确什么是量子引力？其次给出当代量子引力发展简史，更次概述当代量子引力研究主要成果，最后探讨量子引力的一些哲学反思。
一、什么是量子引力？
当代基础物理学中最大的挑战性课题，就是把广义相对论与量子力学协调起来[1]。这个问题的研究，将会引起我们关于空间、时间、相互作用（运动）和物质结构诸观念的深刻变革，从而实现20世纪基础物理学所提出的空间时间观念的量子革命。
广义相对论是经典的相对论性引力场理论，量子力学是量子物理学的核心。凡是研究广义相对论和量子力学相互结合的理论，就称为量子引力理论，简称量子引力。探讨量子引力卓有成效的理论，主要有两种形式。第一，是把广义相对论进行量子化，正则量子引力属于此种。第二，是对一个不同于广义相对论的经典理论进行量子化，而广义相对论则作为它的低能极限，超弦／M理论则属于这种。
圈(Loop)量子引力[2]是当前正则量子引力的流行形式。正则量子引力是只有引力作用时的量子引力，和超弦／M理论相比，它不包括其它不同作用。它的基本概念是应用标准量子化手续于广义相对论，而广义相对论则写成正则的即Hamiltonian形式。正则量子引力根据历史发展大体上可分为朴素量子引力和圈量子引力。粗略来说，前者发生于1986年前，后者发生于1986年后。朴素量子引力由于存在着紫外发散的重正化困难，从而圈量子引力发展成为当前正则量子引力的代表。
超弦／M理论的目的，在于提供己知四种作用即引力和强、弱、电作用统一的量子理论。理论的基本实体不是点粒子，而是1维弦、2维简单膜和多维brane（广义膜）的延展性物质客体。超弦是具有超对称性的弦，它不意味着表示单个粒子或单种作用，而是通过弦的不同振动模式表示整个粒子谱系列。
圈量子引力和超弦／M理论之外，当代量子引力还有其它不同方案。例如，Euclidean量子引力、拓扑场论、扭量理论、非对易几何等。
二、当代量子引力研究进展
我们主要给出超弦／M理论和圈量子引力研究的重大进展。
1.超弦／M理论方面[3]
弦理论简称弦论，虽然在20纪70年代中期，已经知道其中自动包含引力现象，但因存在一些困难，只是到80年代中期才取得突破性进展。
1)80年代超弦理论
弦论发展可粗略分为早期弦理论（70年代）、超弦理论（80年代）和M理论（90年代）三个时期。我们从80年代超弦理论开始，简述其研究进展。
1981年，M·Green和J.Schwarz提出一种崭新的超对称弦理论，简称超弦理论，认为弦具有超对称性质，弦的特征长度已不再是强子的尺度（～10[-13]厘米），而是Planck尺度（～10[-33]厘米）。
1984年，Green和Schwarz证明[4]，当规范群取为SO(32)时，超弦I型的杨－Mills反常消失，4粒子开弦圈图是有限的。
1985年，D.Gross，J.Harvey[5]等4人提出10维杂化弦概念，这种弦是由D=26的玻色弦和D=10超弦混合而成。杂化弦有E[，8]×E[，8]和SO(32)两种。
同年，P.Candlas，G.Horowitz，A.Strominger和E.Witten[6]对10维杂化弦E[，8]×E[，8]的额外空间6维进行紧致化，最重要的一类为Calabi－丘流形。但是这类流形总数多到数百万个，应该根据什么原则来选取作为我们世界的C－丘流形，至今还不清楚，虽然近10多年来，这方面的努力从来未中断过。
1986年，提出建立超弦协变场论问题，促进了对非微扰超弦理论的探讨。在诸种探讨方案中，以E.Witten的非对易几何最为突出[7]。
同年，人们详细地研究了超弦唯象学，例如E[，6]以下如何破缺及相应的物理学，对紧致空间已不限于C－丘流形，还包括轨形(Orbifold)、倍集空间等。
人们常把1984-86年期间对超弦研究的突破，称为第一次超弦革命。在此期间建立了超弦的五种相互独立的10维理论，而且是微扰的。它们是I型、IIA型、IIB型、杂化E[，8]×E[，8]型和SO(32)型。
2)90年代M理论
经过80年代末期和90年代初期，对超弦理论的对偶性、镜对称及拓扑改变等的研究，到1995年五种超弦微扰理论的统一性问题获得重大突破，从此第二次超弦革命开始出现。
1995年，Witten在南加州大学举行的95年度弦会议上发表演讲，点燃起第二次超弦革命。Witten根据诸种超弦间的对偶性及其在不同弦真空中的关联，猜测存在某一个根本理论能够把它们统一起来，这个根本理论Witten取名为M理论。这一年内Witten、P.Horava、A.Dabhulkar等人，给出ⅡA型弦和M理论间的关系[8]、I型弦和杂化SO(32)型弦间的关系、杂化弦E[，8]×E[，8]型和M理论间的关系等。
1996年，J.Polchinski、P.Townscend、C.Baches等人认识到D-branes的重要性。积极进行D-branes动力学研究[9]，取得一定成果。同年，A.Strominger、C.Vafe应用D-brane思想，计算了黑洞这种极端情形的熵和面积关系[10]，得到了和Bekenstein-Hawking的熵－面积的相同表示式。G.Callon、J.Maldacena对具有不同角动量与电荷的黑洞所计算的结果指出，黑洞遵从量子力学的一般原理。G.Collins探讨了量子黑洞信息损失问题。
1997年，T.Banks、J.Susskind等人提出矩阵弦理论，研究了M理论和矩阵模型间的联系和区别。
同年，Maldacena提出AdS/CFT对偶性[11]，即一种Anti-de Sitter空间中的IIB型超弦及其边界上的共形场论之间的对偶性假设，人们称为Maldacena猜测。这个猜测对于我们世界的Randall-Sundrum膜模型的提出及Hawking确立果壳中宇宙的思想，都有不少的启示。
2.圈量子引力方面[12]
1)二十世纪80年代
1982年，印度物理学家A.Sen在Phys.Rev.和Phys.Lett.上相继发表两篇文章，把广义相对论引力场方程表述成简单而精致的形式。
1986年，A.Ashtekar研究了Sen提出的方程，认为该方程已经表述了广义相对论的核心内容。一年后，他给出了广义相对论新的流行形式，从而对于在Planck标度的空间时间几何量，可以进行具体计算，并作出精确的数量性预言。这种表述是此后正则量子引力进一步发展的关键。
同年，T.Jacobson和L.Smolin求出Wilson圈解。在引进经典Ashtekar变量后，他们在圈为光滑且非自相交情形下，求出了正则量子引力的WDW方程解。此后，他们又找到了即使在圈相交情况下的更多解。
1987年，由于Hamiltonian约束的Wilson圈解的发现，C.Revolli和Smolin引进观测量的经典Possion代数的圈表示，并使微分同胚约束用纽结(knot)态完全解出。
1988年，V.Husain等人用纽结理论(knot theory)，研究了量子约束方程的精确解及诸解间的关系，从而认为纽结理论支配引力场的物理量子态。同年，Witten引进拓朴量子场论(TQFT)的概念。
2)二十世纪90年代
1990年，Rovelli和Smolin指出，对于在大尺度几何近似变为平直时态的研究，可以预言Planck尺度空间具有几何断续性。对于编织的这些态，在微观很小尺度上具有“聚合物”的类似结构，可以看作为J.Wheeler时空泡沫的形式化。
1993年，J.Iwasaki和Rovelli探讨了量子引力中引力子的表示，引力子显示为时空编织纤维的拓朴修正。
1994年，Rovelli和Smolin第一次计算了面积算子和体积算子的本征值[13]，得出它们的本征谱为断续的重大结论。此后不久，物理学者曾用多种不同方法证明和推广这个结论，指出在Planck标度，空间面积和体积的本征谱，确实具有分立性。
1995年，Rovelli和Smolin利用自旋网络基[14]，解决了关于用圈基所长期存在的不完备性困难。此后不久，自旋网络形式体系，便由J.Baez彻底阐明。
1996年，Rovelli应用K.Krasnov观念，从圈量子引力基本上导出了黑洞熵的Bekenstein-Hawking公式[15]。
1998年，Smolin研究圈和弦间的相似性，开始探讨圈量子引力和弦论的统一问题。
三、当代量子引力理论主要成就
1.超弦／M理论方面
1)弦及brane概念的提出
广义相对论中的奇性困难、量子场论中的紫外发散本质、朴素量子引力中的重正化问题，看来都起源于理论的纯粹几何的点模型。超弦理论提出轻子、夸克、规范粒子等微观粒子都是延伸在空间的一个区域中，它们都是1维的广延性物质，类似于弦状，其特征长度为Planck长度。M理论更推广了弦的概念，认为粒子类似于多维的brane，其线度大小为Planck长度。为简单起见，我们把brane也称作膜。超弦／M理论中，用有限大小的微观粒子替代粒子物理标准模型中纯粹几何的点粒子，这是极为重要且富有成效的革命性观念。
2)五种微扰超弦理论
这五种超弦的不同在于未破缺的超对称荷的数目和所具有的规范群。I型有N=1超对称性，含有开弦和闭弦，开弦零模描述杨－Mills场，闭弦零模描述超引力。ⅡA型有N=2超对称性，旋量为Majorana-Weyl旋量，不具有手征性，自动无反常，只含有闭弦，零模描述N=2超引力。IIB型同样有N=2超对称性，具有手征性。杂化弦是由左旋D=10超弦和左旋D=26玻色弦杂化而成，只包含可定向闭弦，有手征性和N=1超对称性，可以描述引力及杨－Mills作用。
3)超弦唯象学
从唯象学角度来看，杂化弦型是重要的，E[，8]×E[，8]是由紧致16维右旋坐标场(26-10=16)而产生的，即由16维内部空间紧致化而得到，也就是说在紧致化后得到D=10，N=1，E[，8]×E[，8]的超弦理论。
但是迄今为止，物理学根据实验认定我们的现实空间是三维的，时间是一维的，把四维时空(D=4)作为我们的现实时空。因此我们必须把10维时空紧致化得到低能有效四维理论，为此人们认为从D=10维理论出发，通过紧致化有
M[10]M[4]×K
此中K为C－丘流形，此内部紧致空间维数为10-4=6，M[4]为Minkowski空间，从而得到4维Minkowski空间低能有效理论。其重要结论有：
(1)由D=10，E[，8]×E[，8]超弦理论（M[10]中规范群为E[，8]×E[，8]）紧致化为D=4，E[，6]×E[，8]、N=1超对称理论。
(2)夸克和轻子的代数Ng完全由K流形的拓朴性质决定：为Euler示性数χ，系拓朴不变量。
(3)对称破缺问题。已知超弦四维有效理论为N=1，规范群为E[，6]×E[，8]的超对称杨—Mills理论，现实模型要求破缺。首先由第二个E[，8]进行超对称破缺，然后对大统一群E[，6]已进行破缺，从而引力作用在E[，8]中，弱、电、强作用在E[，6]中，实现了四种作用的统一。
4)T和S′对偶性
尽管五种超弦理论在广义相对论和量子力学统合上，取得了不少进展，但是五种超弦理论则是相互独立的，理论却是微扰的。尽管在超弦唯象学中，原则上－丘流形K一旦固定下来，在D=4时空中所有零质量费米子和玻色子（包括Higgs粒子）就会被确定下来，但是－丘真空态总数则可多到数百万个，应该根据什么原则来选取－丘真空态，目前还不清楚。T对偶性和S对偶性的提出，正是五种超弦理论融通的主要桥梁。
在M理论的孕育过程中，对偶性起了重要作用。弦论中存在着一种在大小紧致空间之间的对偶性。例如ⅡA型弦在某一半径为R[，A]的圆周上紧致化和ⅡB型在另一半径为R[，8]的圆周上紧致化，两者是等效的，则有关系R[，B]=(m[2，s]R[，A])[-1]。于是当R[，A]从无穷大变到零时，R[，B]从零变到无穷大。这给出了ⅡA弦和ⅡB弦之间的联系。两种杂化弦E[，8]×E[，8]和SO(32)也存在类似联系，尽管在技术性细节上有些差别，但本质上却是同样的。
A.Sen证明，在超对称理论中，必然存在着既带电荷又带磁荷的粒子。当这一猜测推广到弦论后，它被称作为S对偶性。S对偶性是强耦合与弱耦合间的对称性，由于耦合强度对应于膨胀子场，杂化弦SO(32)和I型弦可通过各自的膨胀子连系起来。
5)M理论和五种超弦、11维超引力间的联系
M理论作为10维超弦理论的11维扩展，包含了各种各样维数的brane，弦和二维膜只是它的两种特殊情况。M理论的最终目标，是用一个单一理论来描述已知的四种作用。M理论成功的标志，在于把量子力学和广义相对论的新理论框架中相容起来。
附图
上面给出五种超弦理论、11维超引力和M理论相容的一个框架示意图[16]，即M理论网络。此网络揭示了五种超弦理论、11维超引力都是单一M理论的特殊情形。当然至今M理论的具体形式仍未给出，它还处于初级阶段。
6)推导量子黑洞的熵－面积公式。
在某些情形下，D-branes可以解释成黑洞，或者说是黑branes，其经典意义是任何物质（包括光在内）都不能从中逃逸出的客体。于是开弦可以看成是具有一部分隐藏在黑branes之内的闭弦。Hawking认为黑洞并不完全是黑的，它可以辐射出能量。黑洞有熵，熵是用量子态来衡量一个系统的无序程度。在M理论之前，如何计算黑洞量子态数目是没有能力的。Strominger和Vafa利用D-brane方法，计算了黑－branes中的量子态数目，发现计算所得的的熵－面积公式，和Hawking预言的精确一致，即Bekenstein-Hawking公式，这无疑是M理论的一个卓越成就。
对于具有不同角动量和电荷的黑洞所计算结果指出，黑洞遵从量子力学的一般原理，这说明黑洞和量子力学是十分融洽的。
2.圈量子引力方面
1)Hamiltonian约束的精确解。
圈量子引力惊人结果之一，是可以求出Hamiltonian约束的精确解。其关键在于Hamiltonian约束的作用量，只是在s－纽结的结点处不等于零。所以不具有结点的s－纽结，才是量子Einstein动力学求出的物理态。但是这些解的物理诠释，至今还是模糊不清的。
其它的多种解也已求得，特别是联系连络表示的陈－Simons项和圈表示中的Jones多项式解，J.Pullin已经详细研究过。Witten用圈变换把这两种解联系起来。
2)时间演化问题
人们试图通过求解Hamiltonian约束，获得在概念上是很好定义的、并排除冻结时间形式来描述量子引力场的时间演化。一种选择是研究和某些物质变量相耦合的引力自由度随时间演化，这种探讨会导致物理Hamiltonian的试探性定义的建立，并在强耦合微扰展开中，对S纽结态间的跃迁振幅逐级进行考查。
3)杨－Mills理论的重正化问题
T.Thiemann把含有费米子圈的量子引力，探索性地推广到杨－Mills理论进行研究。他指出在量子Hamiltonian约束中，杨－Mills项可以严格形式给出定义。在这个探索中，紫外发散看来不再出现，从而强烈支持在量子引力中引进自然切割，即可摆脱传统量子场论的紫外发散困难。
4)面积和体积量度的断续性
圈量子引力最著名的物理成果，是给出了在Planck标度的空间几何量具有分立性的论断。例如面积
此中lp是Planck长度，j[，i]是第i个半整数。体积也有类似的量子化公式。
这个结论表明对应于测量的几何量算子，特别是面积算子和体积算子具有分立的本征值谱。根据量子力学，这意味着理论所预言的面积和体积的物理测量必定产生量子化的结果。由于最小的本征值数量级是Planck标度，这说明没有任何途径可以观测到比Planck标度更小的面积（～10[-66]厘米[2]）和体积（～10[-99]厘米[3]）。从此可见，空间由类似于谐振子振动能量的量子所构成，其几何量本征谱具有复杂结构。
5)推导量子黑洞的熵－面积公式
已知Schwarzchild黑洞熵S和面积A的关系，是Bekenstein和Hawking所给出，其公式为：
附图
这里k是Boltzman常量，是Planck常量，G[，N]为牛顿引力常量，c为光速。对这个关系式的深层理解和由物理本质上加以推导，M理论已经作过，现在我们看下圈量子引力的结果。
应用圈量子引力，通过统计力学加以计算，Krasnov和Rovelli导出
附图
此处γ为任意常数，β是实数(～1/4π)，显然如果取γ＝β，则由式(3)即可得到式(2)。这就是说，从圈量子引力所得出的黑洞熵－面积关系式，在相差一个常数值因子上和Bekenstein-Hawking熵－面积公式是相容的。
Bekenstein-Hawking熵公式的推导，对圈量子引力理论是一个重大成功，尽管这个事实的精确含义目前还在议论，而且γ的意义也还不够清楚。
四、量子引力理论的哲学反思
我们从空间和时间的断续性、运动（相互作用）基本规律的统一性、物质结构基本单元的存在性三个方面进行哲学探讨。
1.空间和时间的断续性
当代基础物理学的核心问题，是在Planck标度破除空间时间连续性的经典观念，而代之以断续性的量子绘景。量子引力理论对空间分立性的揭示和论证，看来是最为成功的。
超弦／M理论认为，我们世界是由弦和brane构成的。根据弦论中给出的新的不确定性关系，弦必然有位置的模糊性，其线度存在一有限小值，弦、膜、或brane的线度是Planck长度，从而一维空间是量子化的。由此推知，面积和体积也应该是量子化的。二维面积量子的数量级为10[-66]厘米[2]，三维体积量子的数量级为10[-99]厘米[3]等。
对于圈量子引力，其最突出的物理成果是具体导出了计算面积和体积的量子化公式。粗略说来，面积的数量级是Planck长度lp的二次方，体积的数量级是lp的三次方。这就令人信服地论证了在Planck标度，面积和体积具有断续性或分立性，从而根本上否定了空间在微观上为连续性的经典观念。
依据空间和时间量度的量子性，芝诺悖论就是不成立的，阿基里斯在理论上也完全可以追上在他前面的乌龟。类似的，《庄子·天下》篇中的“一尺之捶，日取其半，万世不竭”这个论断在很小尺度上显然也是不成立的。古代哲学中这两个难题的困人之处，从空间时间断续性来看，是由于预先设定了空间和时间的度量，始终是连续变化的经典性质。实际上在微观领域，空间和时间存在着不可分的基本单元。
2.运动（相互作用）基本规律的统一性
20世纪基础物理学巨大成功之一，就是建立了粒子物理学的标准模型，理论上它是筑基于量子规范场论的。这个模型给出了夸克、轻子层次强、弱、电作用的SU(3)×SU(2)×U(1)规范群结构，在一定程度上统一了强、弱、电三种相互作用的规律。但是它不含有引力作用。
超弦／M理论的探讨，在于构建包含引力在内的四种作用统一的物理理论。传递不同相互作用的粒子如光子（电磁作用）、弱玻色子（弱作用）、胶子（强作用）和引力子（引力作用），对应于弦的各种不同振动模式，夸克、轻子层次粒子间的作用，就是弦间的相互作用。在Planck标度，超弦／M理论是四种基本作用统一理论的最佳侯选者，也就是所说的万物理论(Theory of everything)的最佳侯选者。
在Planck时期，物质运动或四种作用基本规律的统一性，正是反映了我们宇宙在众多复杂性中所显现的一种基本简单性。
3.物质微观结构的基本单元的存在性[17]
世界是由物质构成的，物质通常是有结构的，但是物质结构在层次上是否具有基本单元，即德谟克利特式的“原子”是否存在？这是一个长期反复争论而又常新的课题。当代几种不同的量子引力，尽管对某些问题存在着不同的见解，但是关于这个问题从实质上来看，却给出了一致肯定的回答。
超弦／M理论认为，构成我们世界的物质微观基本单元是具有广延性的弦和brane，并非所谓的只有位置没有大小的数学抽象点粒子。粒子物理学标准模型中的粒子，都是弦或brane的激发。弦和brane的线度是有限短的Planck长度，它们正是构成我们世界的物质基本单元，即德谟克利特式的“原子”，这是超弦／M理论为现今所有粒子提供的本体性统一。
圈量子引力给出了在Planck标度面积和体积的量子化性质，即断续的本征值谱，面积和体积分别存在着最小值。由于在圈量子引力中，脱离引力场的背景空间是不存在的，而引子场是物质的一种形态，因此脱离物质的纯粹空间也就是不存在的。空间体积和面积的不连续性和基本单元的存在，正是物质微观结构的断续性和基本单元的存在性的最有力论据。
总之，超弦／M理论和圈量子引力从不同的侧面，对量子引力的本质和规律作出了一定的揭示，它们在Planck标度领域一致地得出了空间量子化和物质微观结构基本单元存在的结论。这无疑是人们在20世纪末期对我们世界空间时间经典观念的重大突破，也是广义相对论和量子力学统合的成果；同时更是哲学上关于空间和时间是物质存在的客观形式，没有无物质的空间和时间，也没有无空间和时间的物质学说的一曲凯歌！
【参考文献】
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[15] C.Rovlli，Black hole entropy from loop quantum gravity.Phys.Rev.Lett.74(1996)3288.
篇5
量子计算机的秘密武器：叠加和纠缠
一方面，量子效应对现代电子学来说非常重要，它能使晶体管变得非常小；但另一方面，量子效应也是一个惹人讨厌的“调皮鬼”，由于电子的位置并非确定不变，它能让晶体管内的电子简单地从一个地方消失并在另外一个地方再次出现，这样会使得电流泄漏出来，导致信号衰减。
不过，有些科学家却从中看到了机会。他们认为，量子尺度上发生的一些诡异事件可以被利用起来，让人们能以一种全新且更快的方式进行计算并发送信息，至少从理论上而言，这些信息不可能被拦截。几个对此感兴趣的科研团体希望建造出量子计算机，以解决目前的计算机无法解决的问题，诸如找出几百位数的质因子或将大的数据库一网打尽等等。这些研究计划和成果都在AAAS的年度大会上得到了展示。
这些科学家们努力的核心是量子叠加和量子纠缠这两种量子力学现象。普通的数字计算机以位的形式操纵信息，位的值要么是1，要么是0。在计算机内，不同的电流电压分别表示1和0，这同电子的电荷有关。电荷是所有电子的固定特征，每个电子的电荷数目是一样的。但是，电子也拥有其他特征，比如自旋，自旋的方向可以表示为“向上”、“向下”或者模糊不清的“既向上又向下”。这种既向上又向下的状态就被称为叠加，叠加能被用来构建量子力学中的位量子位（量子比特）。
与此同时，纠缠使粒子捆绑在一起以增加更多量子位。在量子机器中，每增加一个量子位会让它能同时进行的操作翻番，这就是量子计算机之所以拥有强大计算能力的“秘诀”。比如，2个相互纠缠的量子位可以进行4个操作；3个量子位可以进行8个操作，等等，依此类推。那么，一个拥有300个量子位的计算机能同时执行的操作数就比可见宇宙中的原子数还多。
叠加和纠缠并不稳定
然而，不幸的是，这样的机器对我们来说仍是“羚羊挂角，无迹可寻”。纠缠和叠加都是非常精细的活，即使最轻微的扰动都会导致“量子位”失去这种相干性，让它们的神奇属性消失殆尽。为了建造出一台能工作的量子计算机，量子位将不得不变得更加灵活，更容易恢复相干性，但迄今为止，这方面的进步一直不大。
1995年，科学家们首次在实验室内实现了量子计算，从那时起，有科研团队已经设法让14个量子位发生了纠缠。这项纪录的保持者是来自德国因斯布鲁克的一个科研团队，他们使用了一个名为离子陷阱的设备，并让以处于不同能量状态的铷原子的叠加形式而存在的量子位在其间发生了纠缠。而加拿大滑铁卢大学的雷蒙德·拉弗莫和同事则设法使用同样的技巧让12个量子位发生了纠缠，让特定的原子在名为组氨酸的氨基酸单分子内发生了纠缠，组氨酸的特征使它非常适合这样的实验。
这些方法存在的问题是，它们并不容易进行升级和扩展。离子陷阱位于大的真空室内，不能轻易地收缩。另外，一个组氨酸分子包含的适合原子数量也有限，因此，科学家们一直在搜寻更实用的量子位。
各出奇招制造稳定的量子位
一种有潜力解决这一问题的方法是在半导体内蚀刻量子位。查尔斯·马库斯以前是哈佛大学的教授，现在是哥本哈根大学的教授，他一直试图使用电子自旋做到这一点。单电子制造的量子位很快会失去相干性，因此，他的研究团队决定使用两个电子制造出一个量子位，他们将其称为“量子点”，这是一块细小的半导体晶体（马库斯使用的半导体是砷化镓）。当两个这样的量子点相互靠近时，能让一个电子陷入一个量子点内以弹出并同另一个量子点内相邻的电子相结合，两个电子自旋的这种叠加就产生了量子位。
迄今为止，马库斯团队已设法让4个这样的量子位结合在一起，而且，使用了一套灵敏的技巧将其寿命延伸至10微秒，这一时间足以用来执行简单的代数操作，代数操作是计算的命脉。他们希望使用硅或碳，进一步延长其寿命，硅或碳的原子核对纠缠电子的干扰比砷化镓要小。
另外，美国加州大学圣巴巴拉分校的约翰·马提尼斯和同事试图从超导电路打造出量子位。在超导体内，电子并不会单独旅行，相反，因为复杂的量子力学原因，它们会成双成对地出现（也因为同样的原因，这对电子之间不会有电阻）。当它们成双成对旅行时，这对电子的行为就像单个粒子一样，这就出现了叠加倾向。例如，这个“超粒子”实际上一次能朝两个方向移动，当这对电子移动时，它们就制造出了一个磁场。接着，制造一个超导闭环，科学家们就得到了一个能同时朝上和朝下的磁场，马提尼斯团队现在已设法让5个这样的超导量子位发生了纠缠。
马提尼斯团队还使用一套名为共振腔的设备，将信息从电路传送到单个光子并将光子捕获在一个空腔内，并持续几微秒。换句话说，他们已经制造出了一个量子存储设备。几微秒听起来很短暂，但足以执行很多基本操作。
前路漫漫任重而道远
所有上述方法面临的问题是，他们赖以依靠的量子状态非常脆弱，很容易出现错误。一种确保他们能用量子位进行计算的方法是用几个量子位而非仅用一个量子位来对同样的信息进行编码。因此，马库斯、马提尼斯以及拉夫莫不得不在他们的系统中建立一些多余的量子位。这样，对于每个计算所需要的每一个“逻辑”量子位来说，都存在着几个其他的物理量子位，所有这些量子位都需要被纠缠在一起。
微软公司研究中心的米歇尔·弗里德曼正试图另辟蹊径来解决这一问题，他和同事正在建造他们称为拓扑量子计算机的机器，这台机器在一层名为锑化铟的奇异材料上方使用了一个超导体。当朝这套系统施加电压时，整个系统就变成了一个能以叠加状态而存在的量子系统。
弗里德曼的量子位与马提尼斯的量子位的不同之处在于，它们对干涉反应的方式不同。在马提尼斯的量子系统中，刺激一个超导电路中的任何电子，整个系统都会失去相干性。然而，弗里德曼的设计对这样的本地破坏活动“刀枪不入”，因为它采用一种特殊的方式让能量遍布于整个锑化铟上。迄今为止，微软公司的团队还没有制造出一个起作用的量子位，但他们希望很快能做到，他们也正在寻找其他材料来重复同样的实验。
篇6
1.1量子计算机量子计算机可简单理解为遵循量子力学能够进行高速运算、存储和处理信息的计算机，它是在社会对高速度、保密好、容量大的通讯及计算提出较高要求的情况下产生的。物理主体主要包括：液态核磁共振量子计算机、(固态)硅晶体核磁共振量子计算机、离子陷阱、量子光学、腔室量子电动力学、超导体方案等。量子计算机的功能在于进行大数的因式分解，和Grover搜索破译密码，但是同时也提供了另一种保密通讯的方式，此外还可以用来做量子系统的模拟。但是在昨晚高难度运算后，能耗高、寿命短，散热量大等缺点则暴露出来，真正有价值的量子计算机还有待继续研究。
1.2光子计算机光子计算机进行数字运算、逻辑操作、信息存贮等内容利用的是光信号，以光运算代替电运算，主要由激光器、光学反射镜、透镜、滤波器等光学元件设备组成。它具有运算、处理能力极强的优点，同时，兼具容错性，能够进行模糊处理，但并不影响运算结果，智能化更高端。它主要具有以下好处：光子不带电荷，不产生磁场，也不受磁场作用影响；光子也不具有静止质量，可以在真空和介质两种状态下传播；信息存储容量大，通道宽，通信能力强；能量耗用低，散热量小，节能环保性较强，也避免了计算机运行时内部过热的情况。目前虽然光子计算机在功能和运算速度方面和电子计算机有一定差距，但光子计算机的进一步研制、完善，在对图像处理、目标识别和人工智能等方面发挥重大作用。
1.3生物计算机生物计算机也叫做放生计算机，是以仿生学研究为基础而形成的新型计算机技术，它以生物工程技术生产的蛋白分子制成生物芯片作为基础元件。它具有并行处理的功能，运行速度比普通的电子计算机要快10万倍，存储空间占用更是少之又少。它具有的优点很多，首先，体积小、功效高，比集成电路小很多，可以隐藏在地板、墙壁等地方；其次，具有自我修复功能，它的内部芯片出现故障时，不需要人工修理，能自我修复，永久性、可靠新高；再者，能耗很低，能量消耗仅占普通电子计算机的10亿分之1，散热量很小；第四，不受电路间信号干扰。目前，这种计算机还在研制阶段，存在技术不成熟、信息提取难等问题，还需要继续优化。
1.4纳米计算机纳米计算机研制是计算机发展过程中的一场革命，它以纳米技术为基础研制出计算机内存芯片，其体积相当于发丝直径的千分之一，生产成本非常低，不需要建造超洁净生产车间，也不需要昂贵的实验设备和人数众多的生产团队，同时，纳米计算机也需要耗费能源可以忽略不计，但是对其强大其性能的发挥丝毫不产生影响。纳米计算机可以应用到微型机器人，以至于日用电子设备，甚至玩具中，都能获得强大的微处理功能，其应用范围也涉及到现代物理学、化学、电子学、建筑学、材料学等各个学科领域。这项新的课题技术也在不断的完善和发展，将为计算机发展带来新的内容。
2云技术和网络技术发展
2.1云技术云计算是分布式计算的一种形式，它通过将计算拆散计算再进行组合回传的方式进行，可以达到和超级计算机同样强大的网络服务，这是云技术的根本。云技术不仅仅作为资料搜集手段，它是集网络技术、信息技术、整合技术管理平台技术、应用技术为一体的综合资源池，灵活便捷。云技术作为一种商业模式的体现方式，其应用非常广泛，目前，已经在搜索引擎、网络信箱等领域投入使用，未来在手机、GPS等行动装置上也可实现。云技术正以它的可靠、实用、安全等性能逐渐被人们所接受，云物联、云存储、云呼叫、私有云、云游戏、云教育、云会议以及云社交等正逐步强化它的服务功能。
2.2网络技术网络技术发展有赖于光纤技术的快速发展。光导纤维技术在通信、电子和电力等领域日益扩展，成为大有前途的新型基础材料，与之相伴的光纤技术也以新奇、便捷赢得人们的青睐。它具有耐湿、耐辐射、易于安装和保养、24小时的连续工作等性能被广泛应用。尤其在塑料光纤产生后，海底光缆工程得以顺利实施，对世界范围网络通信起到良好的推动作用。
3移动计算机技术发展
目前最热门的是wifi无线技术，而最新的是4G通信技术，这两项技术对移动计算机的发展起到了关键的支撑作用。4G网络时代刚刚开启，目前开始应用于移动设备上，但是在微型便携计算机上的应用尚未起步。如何将移动计算机等终端产品通过芯片等形式与4G网络完没相连接，如发展移动电视、移动电脑、成为一项热门话题，有待进一步研究探索。
4结束语
篇7
关键词:量子计算;遗传算法;智能优化;考试系统
中图分类号:TP18文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)24-7068-03
Optimal Knowledge Distribution Based on the Quantum Genetic Algorithm
ZHANG Wei, HE Rong
(Yunnan Medical College, Kunming 650051, China)
Abstract: Researched the question about knowledge distribution of intelligent examination system, based on the theory of quantum computing, applied quantum genetic algorithm, to improve the strategy of knowledge distribution optimization for better coverage and efficiency.
Key words: quantum algorithm; genetic algorithm; intelligent optimization; test system
智能组卷是一种新型的计算机考试系统。试卷由撒布在测试区域内的考题按一定出题规则自组织而成, 这些考题具有一定的代表性,能检测出学生对考察科目知识的学习掌握情况。考试系统中,考题的分布以及组织对于提高系统的测试水平具有重要的意义。传统的考试系统知识分布有两种策略,一种是人工规划(Planning模式),另一种是大规模的随机分散(Scattering模式)。前者缺乏灵活性与多样性,且效率低下,不适宜计算机组卷等大规模考试。而后者若要取得较好的分布,就必须设置远多于实际需要的考题才能较完整地覆盖考察科目的测试区域,这与试卷中题目数量的有限性是相互矛盾的,试卷中可能存在考题不合理分布造成的测试阴影和盲区。因此考题的合理分布对智能考试系统的测试效果有重要的作用。尽管针对考试系统国内外进行大量的组卷算法研究,但对于知识点的分布优化问题研究工作还很少,很多研究运用传统遗传算法组卷[1],优化效果不尽理想。针对此问题,本文应用量子遗传算法优化知识点的分布,克服测试阴影和盲区,使考试系统更大范围地测试到更有效的学生学习信息。
1 知识覆盖问题
通过对考试科目的学习,学生学习掌握的知识储存在头脑中。由于学生个体之间的学习差异,导致每个学生大脑中储存和掌握的情况具有不确定性。考试的目的在于,通过试卷测试对学生学习情况做出相对确定的评价。科目知识是相对固定的,我们总是将科目知识当作图谱,按图索骥地构造出试卷去测试学生大脑中相关区域中知识的学习掌握情况,即是否掌握,掌握水平如何等。但在目标试卷生成以前,题库中的考题相对与目标试卷而言表现为存在或不存在两种可能形态。基于此,本文引入量子态对考题进行描述、编码和处理。
1.1 试卷分布构成
试卷覆盖是指由计算机考试系统生成一组考题集合(试卷)对测试区域各个知识点的涵盖。试卷的目的是系统地测试和评价试卷覆盖知识区域内学生的学习情况,并对这些数据进行处理,获得详尽而准确的信息,传送到需要这些信息的教师和教学管理部门。
考题是由考点以问题的形式构成的。其中考点与考试科目的相关知识点对应。因此考题的分布是考试系统获取学生学习信息的关键因素之一,其覆盖范围以及分布优化也随之成为研究领域中的重点。
1.2 试卷覆盖问题
试卷由数量有限的考题组成,每道考题包含若干有针对性的知识点所设置的考点。这些考点形成了考题的测试范围。如何组织试卷完成对目标区域的检测,就是考试系统覆盖性的问题。考题分布优化的任务就是在保持试卷结构完整的前提下,动态调整考题组成,以获得尽可能大的覆盖率,也就是使试卷能获得更广泛的信息。在保持考点充分覆盖的前提下,引入以下定义。
假设考察科目所涵盖的知识范围用集合S表示,组成每套试卷的考题用集合Q={qi,i=1,2,...,n}表示,每道考题测试的知识范围为ci,试卷的测试目标知识区域为A,(A?哿S),则理想的探测效果为。设为试卷有效覆盖知识区域的度量(考点数),d2=A为目标科目知识区域的度量(知识点数),则称ρ=d1/d2为试卷覆盖度。
覆盖性问题不仅反映了试卷所能测试的范围,而且通过合理的覆盖控制还可以使试卷中的考题组合得到优化,提高试卷的命题质量。
1.3 约束条件
我们采用以下公理化方式对知识覆盖问题进行描述(目标):在考题集合Q={q1,q2,...,qn}中求一个子集T作为试卷,使得满足以下约束条件。
① 各考题满足试卷总体约束条件;
② 试卷覆盖度ρ最大;
③ 考题数目T为最少。
3 量子遗传算法的考题分布优化
试卷的考题分布优化是一个多目标优化问题 ,需要在考题数与知识覆盖率之间达到平衡。即在保持试卷中考题数目与题型符合命题要求的情况下,尽可能增加试卷的知识覆盖度,使考题获取最广泛的测试信息。
3.1 量子遗传算法
量子遗传算法是量子计算与遗传算法相结合的产物。它以量子计算的一些概念和理论为基础,用量子比特编码来表示染色体,用量子门作用和量子门更新来完成进化搜索[2]。
我们根据考题在科目知识中的分布和权重(主要是指命题价值)按字典序编号,形成知识地图的坐标。由于题库中的考题在目标试卷生成以前具有不确定性,即在目标试卷中既可能存在,也可能不存在。这符合量子力学中的测不准原则。我们对这些编号进行量子编码,并用量子遗传算法在命题规则的约束下进行知识分布优化。
3.1.1 量子编码
1) 量子态引入
我们用Dirac算符|>和|>分别表示考题在目标试卷中表现为存在或不存在的两种可能形态。若用“1”表示存在,用“0”表示不存在。考题以叠加态的形式存在。即将一个量子比特可能处于|0>和|1>之间的中间态。可表示为:
|Ψ>=α|0>+β|1> (2)
其中α和β分别是|0>和|1>的概率幅,且满足下列归一化条件:
|α|2+|β|2=1(3)
式(3)中,|α|2表示量子比特的观测值在|0>状态的概率投影,|β|2表示量子比特的观测值在|1>状态的概率投影。
定义2.1满足式(2)和式(3)的一对实数α、β称为一个量子比特的概率幅,记为[α,β]T。
定义2.2角度ζ(ζ∈[-π/2,π/2])定义为一个量子比特的相位,即ζ=arctan(β/α)。
2) 染色体量子编码
我们从题型、章节、考题三个方面对试卷的染色体及种群进行量子编码。
其中,m为染色体的基因个体表示知识分布数量(章节数);k为每个基因的量子比特数表示每道题的属性数量。n个这样的个体构成的种群Q(t)={q1t,q2t,...,qnt}表示试卷,其中n为题型数量。
3.1.2 量子旋转门
量子旋转门是实现演化操作的执行机构。[3-5]图1为量子旋转门示意图。
其操作规律如下:
θi=k*f(αi,βi) (6)
其中k是一个与算法收敛速度有关的系数,k的取值必须合理选取,如果k的取值过大,算法搜索的网格就很大,容易出现早熟现象,算法易于收敛于局部极值点,反之,如果 k 的取值过小,则搜索速度太慢甚至会处于停滞状态。因此,本文将k视为一个变量,将k定义为一个与进化代数有关的变量,如,其中t为进化代数,max t是根据待求解的具体问题而设定的一个常数,因此k可以根据进化代数合理地调整网格大小。
函数f(αi,βi)的作用是使算法朝着最优解得方向搜索。本文采用表1的搜索策略。其原理是使当前解逐渐逼近搜索到的最佳解,从而确定量子旋转门的旋转方向。其中符号e表示α和β的乘积,即e=α*β,e的正负值代表此量子比特的相位ζ在平面坐标中所处的象限。 如果 e的值为正,则表示ζ处于第一、三象限,否则处于第二或第四象限。
在表1中,α1和β1是搜索到的最佳节的概率幅,α2和β2是当前解的概率幅,当e1,e2同时大于0时,意味着当前解和搜索到的最佳解均处于第一或第三象限。当|ζ1|>|ζ2|时,表明当前解应朝着逆时针方向旋转,其值为 +1,反之为 -1。同理可推出其他三种情况。
这样,量子门的更新过程可以描述为qjt+1=G(t)*qjt其中,上标t为进化代数,G(t)为第t代量子门,为第t代某个个体的概率幅,qjt+1为第t+1代相应个体的概率幅。
3.1.3 量子遗传算法流程(见图2)
①初始化种群,种群Q={q1,q2,...,qn},其中qj为种群中的第 j 个个体。 令种群中全部的染色体基因(αi,βi) (i=1,2,...,m)都被初始化为,这意味着一个染色体所表达的是其所有可能状态的等概率叠加。同时初始化进化代数t=0。
②量子坍塌法测量:对处于叠加态的量子位进行观测时,叠加态将因此受到干扰,并发生变化,称为坍塌。扰动使为叠加态坍缩为基本态。确定种群大小n和量子位的数目m,包含n个个体的种群通过量子坍塌,得到P(t),其中为第t代种群的第j个解(即第j个个体的测量值),表现形式为长度m为的二进制串,其中每一位为0或1。(量子坍塌即对Q进行测量,测量的步骤是生成一个[0,1] 之间的随机数,若其大于概率幅的平方,则测量结果值取1,否则取0。
③群体的适应度评价,保存最优解作为下一步演化的目标值。
④算法进入循环。首先判断是否满足算法终止条件,如果满足,则程序运行结束;否则对种群中个体实施一次测量,获得一组解及其相应的适应度。
⑤根据当前的演化目标,运用量子旋转门进行调整更新,获得子代种群。调整过程为根据式(6)计算量子旋转门的旋转角,并应用式(5)作用于种群中的所有个体的概率幅,即更新Q。
⑥群体灾变:当接连数代的最优个体为局部极值,这时就实行群体灾变操作,即对进化过程中的种群施加一个较大扰动,使其脱离局部最优点,开始新的搜索。具体操作为:只保留最优值,重新生成其余个体。
⑦迭代与终止进化代数t'=t+1,算法转至式(2)继续执行,直到算法结束。
4 仿真试验
为了验证算法的有效性,我们对传统遗传算法(CGA)与量子遗传算法(QGA)所获得的考题知识覆盖度进行仿真对比。我们将考题对考查科目所含知识的覆盖问题简化为:用12个半径为200的圆所代表的考题去覆盖一块1200×1000的二维平面内用矩形代表的知识区域;种群个体数 P = 45,量子位数目 m = 30,运行 600 代。算法运行结果对照如下。
从图3所示考题知识分布优化中覆盖度的变化特性可以看出在不同阶段的变化中,量子遗传算法优化性能高于传统遗传算法而且稳定性也更强。
5 结论
在试卷中存在考题不合理分布造成的测试阴影和盲区。通过量子遗传算法优化考题分布,使其在保证命题要求的情况下,用最少的考题取得最大的覆盖率,可以有效地消除探测区域内的阴影和盲点。仿真结果也表明,算法能够较好地完成试卷考题的分布优化,从而有效提高试卷的测试能力,对于实际的试卷命制提供了可靠的解决方案和调整依据。本文提出了创新性的考题分布的优化方法,即确立了试卷的覆盖模型,并以此为目标函数,运用量子遗传算法对考题分布进行优化。
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篇8
关键词： RSA密码系统； 量子密码 ； 一次一密； 量子密钥分发
中图分类号： TN918?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）21?0083?03
0 引 言
保密通信在人类社会中有着重要的地位，关系到国家的军事、国防、外交等领域，同时也与人们的日常生活息息相关，如银行帐户存取、网络邮箱管理等。保密通信关键在于密码协议，简称“密钥”。密钥的安全性关系到通信的保密性。密码学的发展也正是在加密者高明的加密方案和解密者诡异的解密技术的相互博弈中发展前行的，两者互为劲敌，但又互相促进。随着量子计算机理论的发展，传统的安全通信系统从原理上讲已不再安全。那么，是否存在一种无条件安全的通信呢？量子密码又将给信息的安全传输带来怎样的新思路呢？本文从科学史的角度分析人类传统的密码方案，考察量子密码发展的来龙去脉，为科学家提供关于量子密码的宏观视角，以便更好地推进关于量子密码的各项科学研究。
1 人类历史上影响巨大的密钥思想
密码学有着古老历史，在近代逐渐发展成为一门系统的应用科学。密码是一个涉及互相不信任的两方或多方的通信或计算问题。在密码学中，要传送的以通用语言明确表达的文字内容称为明文，由明文经变换而形成的用于密码通信的那一串符号称为密文，把明文按约定的变换规则变换为密文的过程称为加密，收信者用约定的变换规则把密文恢复为明文的过程称为解密。敌方主要围绕所截获密文进行分析以找出密码变换规则的过程，称为破译。密码协议大致可以分为两类：私钥密码系统（Private Key Cryptosystem）和公钥密码系统（Public Key Cryposystem）。
1.1 我国古代的一种典型密钥——阴符
阴符是一种秘密的兵符，在战争中起到了非常重要的作用。据《六韬·龙韬·阴符》记载，阴符是利用不同的长度来代表不同的信息，一共分为八种。如一尺的兵符代表“我军大获全胜、全歼敌军”；五寸的兵符代表“请求补给粮草、增加兵力”；三寸的兵符代表“战斗失利，士卒伤亡”。
从现在的密码学观点来看，这是一种“私钥”，私钥密码系统的工作原理简言之就是：通信双方享有同一个他人不知道的私钥，加密和解密的具体方式依赖于他们共同享有的密钥。这八种阴符，由君主和将帅秘密掌握，是一种用来暗中传递消息，而不泄露朝廷和战场机密的通信手段。即便是阴符被敌军截去，也无法识破它的奥秘。由于分配密钥的过程有可能被窃听，它的保密性是由军令来保证的。
1.2 古斯巴达人使用的“天书”
古斯巴达人使用的“sc仔tale”密码，译为“天书”。天书的保密性在于只有把密文缠绕在一定直径的圆柱体上才能呈现明文所要表达的意思，否则就是一堆乱码。不得不感叹古代人的智慧。图1为“天书”的示意图，它也是一种“私钥”，信息的发送方在信息时将细长的纸条缠绕在某一直径的圆柱体上书写，写好后从圆柱体上拿下来便是密文。但是，它的保密性也非常的有限，只要找到对应直径的圆柱体便很容易破译原文。
1.3 著名的“凯撒密表”
凯撒密表是早在公元前1世纪由凯撒大帝（Caesar）亲自设计用于传递军事文件的秘密通信工具，当凯撒密码被用于高卢战争时，起到了非常重要的作用。图2为“凯撒密表”。从现代密码学的角度看，它的密钥思想非常简单，加密时，每个字母用其后的第[n]个字母表示，解密的过程只需把密文字母前移[n]位即可。破译者最多只要尝试26次便可破译原文。
1.4 德国密码机——“恩尼格玛”
二战期间德国用来传递军事机密的“ENIGMA”密码机，它的思想基本类似于“凯撒密表”，但比“凯撒密表”复杂很多倍，它的结构主要分为三部分：键盘、密钥轮和显示灯盘。键盘可以用于输入明文，显示灯盘用于输出密文，密钥轮是其核心部分，通常由3个橡胶或胶木制成的直径为6 cm的转子构成，密钥轮可以任意转动进行编制密码，能够编制出各种各样保密性相当强的密码。它的神奇之处在于它不是一种简单的字母替换，同一个字母在明文的不同位置时，可以被不同的字母替换。而密文中不同位置的同一个字母，可以代表明文中不同的字母。所以它的安全性较高，但也并非万无一失，由于德国人太迷恋自己的“ENIGMA”密码机，久久不愿更换密钥，所以免不了被破译的结局。
2 目前人类广泛使用的密钥及其存在的问题
2.1 现代广泛使用的密码系统——RSA密码系统受到前所未有的挑战
现代广泛被用于电子银行、网络等民用事业的RSA密码系统是一种非对称密钥。早在20世纪60年代末70年代初，英国情报机构（GCHQ）的研究人员早已研制成功。相隔十年左右，Ronald Rivest、Adi Shamir和Leonard Adleman才研制出类似的密码系统，并以三个人的名字命名为“RSA”。它是一种公钥密码系统，工作原理如下：假设通信双方分别为Bob和Alice。Bob公布一个公钥，Alice用这个公钥加密消息传递给 Bob，然而，第三方不可能用Bob的公钥解密。原因在于加密变换巧妙，逆向解密困难。而Bob有与公钥配对的私钥。
RSA公钥密码系统巧妙地运用了分解因数和解离散对数这类难题，它的安全性依赖于计算的复杂性。虽然原理上可以计算出，但是计算出来也需要几万年的时间。然而，随着量子计算机理论的成熟，RSA密码体受到严重挑战，随着计算时间的缩短，RSA密码系统的安全性令人堪忧，RSA密码系统有可能随着量子时代的到来被人类完全抛弃。
2.2 “一次一密”的最大的问题是密钥分配
RSA密码系统受到严重挑战后，一次一密（One time Padding）的不可破译性又被人们所记起。一次一密指在密码当中使用与消息长度等长的随机密钥， 密钥本身只使用一次。原理如下：首先选择一个随机位串作为密钥，然后将明文转变成一个位串，比如使用明文的ASCII表示法。最后，逐位计算这两个位串的异或值，结果得到的密文不可能被破解，因为即使有了足够数量的密文样本，每个字符的出现概率都是相等的，每任意个字母组合出现的概率也是相等的。香农在1949年证明一次一密具有完善的保密性[1]。然而，一次一密需要很长的密码本，并且需要经常更换，它的漏洞在于密钥在传递和分发上存在很大困难。科学家试图使用公钥交换算法如RSA[2]，DES[3]等方式进行密钥交换， 但都使得一次一密的安全性降低。因此，经典保密通信系统最大的问题是密钥分配。
3 量子密码结合“一次一密”实现无条件保密
通信
量子密码学是量子力学和密码学结合的产物，简言之，就是利用信息载体的量子特性，以量子态作为符号描述的密码。
3.1 运用科学史的视角探究量子密码的发展过程
量子密码概念是由Stephen Wiesner在20世纪60年代后期首次提出的[4]。
第一个量子密码术方案的提出是在1984年，Charles Bennett， Gills Brassard提出一种无窃听的保密协议，即，BB84方案[5]，时隔5年后有了实验原型[6]。随后，各类量子密码术相继出现，如简单效率减半方案——B92方案[7] 。
1994年后，RSA密码系统面临前所未有的威胁，因为，经典保密通信依赖于计算的复杂性，然而，Peter Shor 提出寻找整数的质因子问题和所谓离散对数的问题可以用量子计算机有效解决[8]。1995年，Lov Gover 证明在没有结构的搜索空间上搜索问题在量子计算机上可以被加速，论证了量子计算机的强大的能力[9]。Peter Shor和 Lov Gover量子算法的提出，一方面证明了量子计算的惊人能力，另一方面，由于经典密码系统受到严重威胁，促使各国将研究重点转向量子密码学。
3.2 量子密码解决“一次一密”的密钥分配难题
一次一密具有完善的保密性，只是密钥分配是个难题。
量子密钥在传输过程中，如果有窃听者存在，他必然要复制或测量量子态。然而，测不准原理和量子不可克隆定理指出，一个未知的量子态不能被完全拷贝，由某一个确定的算符去测量量子系统，可能会导致不完备的测量，从而得不到量子态的全部信息。另外，测量塌缩理论指出测量必然导致态的改变，从而被发现，通信双方可以放弃原来的密钥，重新建立密钥，实现绝对无窃听保密通信。量子密码的安全性不是靠计算的复杂性来保障，而是源于它的物理特性。
这样就保证了密钥可以被安全分发，窃听行为可以被检测。因此，使用量子密钥分配分发的安全密钥，结合“一次一密”的加密方法，可以实现绝对安全的保密通信。
4 结 语
与经典密码系统相比较，量子密码不会受到计算速度提高的威胁，并且可以检测到窃听者的存在，在提出近30年的时间里，逐渐从理论转化为实验，有望为下一代保密通信提供保障，实现无条件安全的保密通信。
参考文献
[1] SHANNON C E. Communication theory of secrecy systems [J]. Bell System Technical Journal， 1949， 28（4）： 656?715，
[2] 张蓓，孙世良.基于RSA的一次一密加密技术[J].计算机安全，2009（3）：53?55.
[3] 王伟，郭锡泉.一次一密DES算法的设计[J].计算机安全，2006（5）：17?18.
[4] WIESNER S. Unpublished manuscript circa 1969： conjugate coding [J]. ACM Sigact New， 1983， 15： 77?79.
[5] BENNETT C H， BRASSARD G. Quantum cryptography： public key distribution and coin tossing [C]// Proceedings of IEEE International Conference on Computers， Systems and Signal Processing. Bangalore， India： IEEE， 1984： 175?179.
[6] BENNETT C H. BRASSARD G. Experimental quantum cryptography： the dawn of a new era for quantum cryptography： the experimental prototype is working [J]. ACM Sigact News ， 1989， 20： 78?80.
[7] BENNETT C H， BESSETTE F， BRASSARD G， et al. Experimental quantum cryptography [J]. Journal of Cryptology， 1992（5）： 3?21.
篇9
关键词：电子商务；电子支付；量子通信；量子密码
电子商务的产生，是由两个“全球化”――经济全球化和信息全球化促成的。而电子支付，则构成电子商务的核心，即实现电子商务交易中，买卖双方之间的资金快速转移和流动。电子商务的发展，正在以其独特的经济方式，展现出巨大的市场、无限的商机和丰厚利润，形成全球新的经济市场份额，改变着全球的经济构架，直接影响和改变着全球经济的各个方面，给整个世界带来一场史无前例的深刻变化的革命。那么，电子支付，则是实现电子商务目标的重中之重。
所谓电子支付，是指电子商务交易的当事人，使用信息化手段，通过网络进行交易支付。使用电子支付能够有效减少商务成本，加快处理速度，方便全球的客户，扩展贸易业务，使得消费者可以在任何地方、任何时间、通过互联网快速获得各国银行系统的支付服务，而无需再到当地银行的传统营业柜台办理繁琐的交易手续。随着各国电子商务的快速发展，电子支付成为国际贸易结算的不可缺少手段。
对电子商务而言，其最重要的特征还是商务性。商务的实质，是商品交换，以盈利为经营目的，也就是说，商务活动的最大作用，就是通^商品换取资金的转移和流动。
在电子商务的运作过程中，货币的支付与结算必不可少，资金流是商品交易的目的。电子支付是交易的货币从一方主体转移和流动到另一方主体或经由第三方进行中转，实现交易的最终也是最关键的步骤。既然在电子商务中，电子支付涉及到的是资金流的流动，也就是金钱的运动，故在电子支付这一环节，危机四伏，各种各样的诈骗问题层出不穷，也就是电子支付系统运行的必然结果。可以看到，绝大多数的网络安全问题，特别是涉及到资金被盗、被转移的网络安全问题，都是由电子支付系统引发或者导致产生的。
但电子商务毕竟又不同于传统的商务。电子商务有别于其他传统商务的关键就是其电子化，即使用电子化手段，传递贸易信息，使支付更方便、更快捷、更高效和更经济，所以，电子商务才能够得以在短短时间内，在全世界广大范围快速发展，使贸易市场突破国界与疆域，构筑全球的营销网，这就是电子支付成为电子商务发展重中之重的根本原因所在。没有电子支付，电子商务就只是一种电子商情，电子合同；同时，离开电子商务，电子支付也只是单调的金融支付手段。电子商务与电子支付是相伴相生，相辅相成，缺一不可的。
电子支付是伴随电子商务电子化、网络化形成的，虽然不同于传统的商务支付，但却是从传统的支付方式发展而来的。电子支付方式与传统支付方式最关键的差别就是它们的运行环境不同。传统的支付方式是运行在较为封闭的系统之中，而电子支付目前却是运行在一个开放的系统平台之上，以公共网络作为通信媒介，通过数字技术来完成贸易信息交换和交易资金流动。因此，电子支付系统不仅要面临着传统支付方式所具有的安全问题，还要面临着其系统本身特有的风险，而这种特有的风险，因为现在网络和计算机系统的开放性，是现在所使用的电子支付系统根本无法规避的。所以，随着我国电子商务发展进入快车道，作为电子商务的重中之重，电子支付，当前也暴露出越来越多亟待解决的网络安全问题。
解析花样不断翻新、层出不穷的电商诈骗、网上银行被盗、银行卡被刷事件，利用电子支付系统所使用的互联网、计算机系统的缺陷、漏洞，来进行新的金钱犯罪。电商网络诈骗，也同样使用了快捷、方便的电子手段，以更快更隐蔽的方式。
如何使电子支付更安全，怎样才能保障我国的电子商务快速健康发展下去？笔者认为要依靠更加先进的科学技术即量子通信。
量子卫星的成功发射和在轨运行，将有助于我国在量子通信技术实用化整体水平上保持和扩大国际领先地位，实现国家信息安全和信息技术水平跨越式提升，有望推动我国科学家在量子科学前沿领域取得重大突破。届时网上银行、手机支付、信用卡等就再也不怕被盗号、泄密了。量子通信的安全性是基于量子物理基本原理，可从根本上、永久性解决信息安全问题。我国力争率先建成全球化的广域量子保密通信网络，在此基础上构建信息充分安全的“量子互联网”，形成完整的量子通信产业链。
量子通信是近20发展起来的新型交叉学科，是国际量子物理和信息科学的研究热点。量子通信主要是利用量子特性（不可克隆，叠加态，纠缠态，不可准确完整观测），来实现量子秘钥分发和通信安全。
为了满足电子商务活动对机密性、完整性、身份确认陛和不可抵赖性，必须对其活动进行安全控制，通常电子商务的安全控制是借助密码技术来实现的。即互联网世界的商务通信加密和传输安全，依赖于复杂的加密算法。自20世纪初起，研究人员就开始致力于编码加密方法以及信息的安全传输方式的研究。但是这当中却有两个关键的缺陷：其一是，当有一台拥有足够计算能力的设备时，保密程序将会被破解。量子计算机就是现代密码技术的克星，在量子计算机面前，再复杂的加密算法，顷刻之间就被完全破译；其二则是，当数据传输信道被“窃听”，就会造成信息的丢失被盗。所以，传统通信，即便是再高级的保密通信，只要通过当前的电话线、无线电、光纤等通信设施，都会面临被破译和窃听的可能。所以，在计算能力凶猛的量子计算机面前，传统传输的密件，就像在裸奔一样。而现在电子商务所使用的电子支付系统，是借助于开放的互联网系统，借助于信息共享的计算机系统，使用密码技术来实现电子商务的贸易信息传递和支付，之所以出现形形的安全问题，直言不讳地说，就是现在电子商务系统所凭借的网络平台、计算机系统和密码技术，由于其本身存在的缺陷、漏洞、公开性、远程登录等，无法承载高度机密的电子商务信息传输和大量高额钱币的流动和转移。也就是说，现在的电子支付系统，无法保证电子商务运行不出安全问题！
量子通信的关键要素是量子密钥，即以具有量子态的物质作为密码，信息被截获或被测量时，其自身形状立刻改变，所以，截获者只能得到无效信息。与现阶段成熟的通信技术相比，量子通信的工作机制，一次一密，完全可以实现，由此可见，量子通信极其安全，任何微小的干扰都可以被发现，双方共享的密钥被编码进极化的光子序列中，任何窃听活动都会留下其痕迹。
我国这次成功发射的量子科学实验卫星“墨子”，质量640Kg，倾角97.37，在轨设计寿命2年，具备2套独立的有效载荷指向机、4个有效载荷，即量子密钥通信机、量子纠缠发射机、量子纠缠原、量子实验控制与处理机。量子卫星在轨期间，执行四大任务，即：星地高速量子密钥分发实验，广域量子通信网络实验，星地量子纠缠分发实验和地星量子隐形传态实验。
量子通信网最核心的竞争力，就是信息传递过程中的绝对安全，是迄今为止被验证过的唯一可提供“信息理论安全”级别的“无条件安全”的通信方式，同时还有着通信容量大、传输速率快、抗干扰性强等优点，可实现抵御任何窃听的密钥分发，进而保证其加密的内容不可破译。而量子密码，被证明是永远无法破解的密码。
量子密码之所以能够成为斩断伸向电子支付的罪恶魔掌，正是由于量子通信网络，严格遵循了海森堡通用原则中不允许“第三方”从通讯信道中获取信息数据，甚至取得密码等保密信息这一固守原则。量子通信网络，才是能够承载起电子商务发展所需要的通信网络，是实现全世界信息化和数字化所需要的通信网络。
篇10
0引言
近几年来，随着人们对于网络信息传输质量的要求越来越高，并且各种应用的增加导致整个网络信息量增大，亟需有效提高网络的服务质量。基于量子纠缠态理论，在数据链路层对通信协议进行分析，得到停等协议和选择重传量子通信协议，可以明显减少信息在链路中的传输时延，有效提高信息在链路中的传输速率[12]。但是，选择自动重传协议对于每一个发送的数据帧都要求进行应答，一定程度上加重了通信负担;滑动窗口协议只要求对于一定量的数据帧发送一个应答即可，将有效简化通信过程。因此，研究基于量子纠缠态的滑动窗口通信协议具有一定的意义。本文利用量子理论中量子纠缠态，提出一种基于数据链路层的滑动窗口量子通信协议，并对该协议进行分析。
1量子纠缠态
量子信息学是近20多年来由量子理论、信息科学以及计算机科学相结合起来的新型学科[3]，主要利用量子态的特性，探索以全新的方式对信息进行存储、计算、编码和传输的可能性[45]。量子纠缠态是量子光学和量子信息学领域中的一个重要概念，量子态的纠缠是量子信息工程中的重要资源，并广泛应用于量子通信和量子计算的理论研究中[67]。量子纠缠现象最先是由(einsteinpodolskyrosen，EPR)发现的量子力学的特殊现象，对于2个或多个量子系统之间的非定域、非经典的关联性描述，是量子系统内各个子系统或各自由度之间关联的力学属性。那么，量子纠缠态是实现信息高速传输的不可破译通信的理论基础[4]。由量子纠缠交换实现量子远程通信，表明量子状态的转移是瞬间实现的，极大缩短了通信时间。
2滑动窗口通信协议
滑动窗口协议是基于数据链路层允许多个数据帧同时进行信息传输以此来提高传输效率而提出的[8]。对于每一个数据帧用一定位数的二进制标识，并限定每个窗口的最大传输的数据帧数。同时，分别在发送方设置发送窗口，接收方设置相应的接收窗口;接收方不必对每一个数据帧进行应答，只需对这个窗口的最后一个数据帧进行应答，表示整个窗口的所有数据帧接收正确，之后接收下一个窗口的数据。对于当产生错误或者丢失一个、多个数据帧时，需要重传这个窗口的所有数据帧。
对于滑动窗口协议，假如待传送的数据帧为m个，每个滑动窗口最多N个数据帧，且每个数据帧在传输的过程中出错和丢失的概率为p。假定每个数据帧的发送时延为ta，数据帧沿发送链路从发送端到接收端的传输时延为tp，接收端接收到数据帧的所用的处理时延为tpr，接收端发送确认帧的发送时延为 tb，确认帧在链路中的传输时延为tp，假设发送端的处理时延也同为tpr。由于数据帧的传输过程中是连续发送，则存在数据帧之间传输时间的重叠。即设时间重叠的系数为β，则0≤β<1，重叠时间为βt，当β=0时，重叠时间为0，即只一个数据帧进行传输;同时数据帧的发送时间有先后顺序，不可能同时发送所有数据帧，那么数据帧之间的发送时间不能完全重叠，β不能等于1。因此，一个数据帧从发送端到接收端的传输时间为
也就是说，如果出错或丢失的数据帧越多，则滑动窗口量子通信协议将越有效;并且在无差错信息传输中滑动窗口量子通信协议也将比选择连续重传量子通信协议更好。可得出：在单一一个窗口的出错或丢失需要重传的数据帧的概率为p1=y/x，那么对于所有的数据帧有：当p1> c+1xt4+t5(t4+t5)x-1时，滑动窗口量子通信协议比选择连续重传量子通信协议更优。因此，滑动窗口量子通信协议在远程通信和通信信道较差、出错率很高以及传输时延很高的情况下具有更明显的优势。
3结论
利用量子力学中的量子纠缠态，提出了一种基于数据链路层的滑动窗口量子通信协议。该协议在链路的空闲时段通过量子纠缠态的分发建立量子信道，信息的发送通过经典信道进行传输，而后通过量子信道进行反馈确认信息来完成。由于确认量子信息传输的瞬时性，可有效减少信息的传输时间，提高了链路的吞吐量。通过与选择连续重传量子通信协议对比，滑动窗口量子通信协议在十分严峻的环境和远程通信中能够更好地提高信息的传输效率，特别是在卫星通信方面将有更大作用。但是对于所需要重传的数据帧是整个窗口的所有数据帧进行重传，但是整个窗口的所有数据帧并不是全部都出错或丢失需要重传，有的数据帧是完整接收依然被丢弃重传，造成了一些不必要的数据帧的传输，信道的利用率下降。如果能够对于滑动窗口量子通信协议中需要重传的数据帧进行选择性重传将是更有效的解决方案。
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