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資料數據庫具有數據結構化、冗余度低、程序與數據獨立性較高、能批量處理數據、易于擴充和索引、易于編制應用程序、同時可清晰表達SCL配置檔等優點，故選用測量資料數據庫來完成SCL配置檔的數據建模，利用現有數據庫的存儲、備份、恢復、并發控制等技術可有效地對數據進行管理。借助數據庫技術，根據數據挖掘標準關于數據模型的描述，把SCL檔提供的配置信息進行關聯、配置，導入數據庫中，根據需要導出數據庫相關的信息，映射轉換成符合要求的配置檔，實現信息復用的目的。在數據庫中，表是數據信息存儲的基本結構，表的設計可以決定顯示模塊和其他功能模塊從數據庫中提取數據的方式。在采集編程描述信息SSD檔時，通過在數據庫中設計了一系列的表，以實現礦區測量數據存取、查詢、修改、備份和維護等基本功能。
2計算機ICD檔建表設計
ICD檔一般由廠商提供，供配置工具使用，由于ICD檔包含的信息量不小，在建表時，不可能將這些信息全都存放在數據庫中，這樣會影響數據庫的運行，所以數據庫的結構設計應盡量簡潔，只需將必要的信息存儲在數據庫中，方便圖形顯示界面模塊調用數據。ICD檔包含的信息可分為標記和數據兩部分，其中標記部分的由數據挖掘標準規定，屬于靜態部分，不需要建表存儲在數據庫中；而數據部分則需要根據實際情況而定，屬于動態部分，也是數據庫的關鍵內容，故需要建表存儲在數據庫中。
3XML與測量資料數據庫建立
編程自動化系統一般采用測量資料數據庫來管理編程中的相關數據，數據庫中包含多張表，表中的數據都是以行和列的二維表形式組織在一起的，每行表達了一個唯一的數據記錄，列也稱為“字段”，表示數據的種類或屬性。各表之間通過某種聯系關聯起來，組成我們需要的數據庫。為了實現互操作性和可擴展性，數據挖掘標準通過采用面向對象的方法建立編程設備的對象模型，定義了基于Client/Server的分層數據模型，數據對象描述方法及面向對象的服務。
4XML測量資料存儲系統構建
目前，XML數據的存儲方式基本上可分為三類：檔系統、存儲管理器和數據庫管理系統。數據庫管理系統方式中的基于測量資料數據庫的XML存儲管理是一種應用比較廣泛的方法。根據存儲時是否使用XML模式，基于測量資料數據庫的XML存儲方法又能分為結構映射和模型映射。不管采用哪種映射方法，都需要先對礦區測量資料進行編碼。XML編碼是指對XML文檔樹的每個節點都按一定的算法進行惟一性編碼，根據任兩個節點的編碼，能夠直接判斷這兩個節點之間是否有祖先、后代等結構關系。目前已經提出了多種XML編碼方案，如區域編碼、前綴編碼、素數編碼等。
5礦區測量資料查詢系統
建立測量資料查詢是礦區測量資料存儲的逆操作，是指從關系表中提取存儲在其中的數據和一些元數據，與相應元素或屬性一起重新組成符合XML規范的形式。換句話說，查詢礦區測量資料是將散落在多個關系表中的數據重新整合，形成一個完整的XML。相對于XML存儲系統，XML查詢系統的設計較簡單。查詢系統需能恢復原礦區測量資料片斷的結構和內容，同時保證XML數據的完整性和一致性。設計的主要思想是通過獲取節點編號Num，在測量資料數據庫中查找對應的關系模式表的信息，再將查詢的數據重新組合成XML文檔片斷。
6結語
電子地圖條件下的載負量計算與傳統地圖載負量是不同的，主要表現在兩個方面。1)無須將面積載負量轉換為數值載負量。傳統制圖條件下，通常將面積載負量轉換為數值載負量，J．庫曼斯坦建議用“點”作為數值載負量的評定指標。對于點狀地物，一個獨立地圖即一個點;對于線狀地物，圖上1cm長的線狀地物即一個點;對于面狀地物，圖上1cm2即一個點。利用該標準，可以很容易地統計出紙張地圖上“點”的數量。而在電子地圖條件下，所有類型地物要素都是通過像素來進行表達的，利用電子地圖軟件程序可以很方便地計算出點、線、面及注記要素所占的像素個數或區域面積。因此，電子地圖條件下可以直接計算面積載負量。2)符號的最小尺寸。傳統地圖是目視圖形，地圖符號的形狀與大小直接影響地圖載負量的大小。一般規定，紙張地圖中最細的線粗為0．1mm，最小的要素間距為0．2mm，這樣才符合人眼的生理辨別能力。電子屏幕環境下，由于屏幕閃爍和光線的刺激，電子地圖上符號最小尺寸要大于紙質地圖上符號最小尺寸才能滿足地圖的清晰易讀，文獻［8］依據制圖經驗提出了電子屏幕下符號大小應為紙質環境的2．5～3倍。因此，基于上述不同及地圖載負量的特點，在進行電子地圖載負量計算時，應顧及以下條件。1)點要素面積載負量，由點要素符號面積和注記面積組成。2)線要素面積載負量，由線符號面積和注記面積組成。3)色彩填充的面要素，其面積載負量由邊線面積和注記面積組成;圖案填充面要素，其面積載負量即為其面積和注記面積之和。4)電子地圖情況下，最細的線符號為0．3mm，最小的地物間距為0．6mm。5)所有要素的面積載負量最終應轉換為要素所占屏幕像素個數與屏幕像素總和之比。1．點要素面積載負量計算依據點要素符號不重疊特征，將點要素的有效負載與符號空白位置再加上其注記面積，作為一個點要素的面積載負量。2．線要素面積載負量計算線狀地物要素依據其符號特征可以分為:①基本線性符號表達的線要素，如折線;②基本線符號組合表達的線要素，如平行線、虛線符號;③基本線符號加圖案配置型線要素，如河堤符號。式中，當線符號為基本線型符號或基本線型組合符號時，線的寬度為線符號規定的寬度;當線符號位基本線型符號加圖案配置型線符號時，線的寬度應為線符號單元的整體寬度，見表2。3．面要素面積載負量計算電子地圖中的面要素通常采用的是:①面要素具有邊線或內部色彩填充;②面要素具有邊線和內部圖案填充;③點符號填充面符號。設某一電子圖幅內(面積為S，單位為mm2)面要素集合為SAi(i=0，1，…，n)，Ai為一面要素。則圖幅內該面要素集合的面積載負量見表3。當面要素內部填充為圖案時，注記在面內部的不計算注記載負量。4．模型應用流程上述電子地圖載負量計算模型可以直接應用到電子地圖制作軟件或地理信息系統中，其應用過程如圖1所示。在應用中，可以將載負量計算模型做成一個軟件模塊或軟件包的形式，嵌入到系統軟件中。利用系統軟件的數據模型和空間數據庫，在確定好圖幅范圍后，抽取圖幅范圍內的地理對象，這些地理對象也可能是經過裁剪后的對象的一部分。利用對象的屬性獲得對象的符號表達信息和屬性，以及其他相關信息，利用這些信息可以確定載負量的計算方法，從而獲得指定圖幅內的載負量。利用計算出的載負量值，可以進行其他方面如制圖綜合、內容選取等的應用。
二、試驗
該試驗利用自主研發的“GIS綜合試驗系統”進行了載負量計算模型的嵌入實現。選擇鄭州地區的4個不同區域，在同一比例尺下進行電子地圖的繪制(如圖2所示)，并實時利用載負量計算模型得出4個不同區域內電子地圖載負量的值。為了對比，將試驗區域內的4幅電子地圖輸出成為BMP格式的圖像，并利用Photoshop軟件進行色彩處理，獲得每幅圖像中非底色(白色)部分的像素個數(該部分為目標顏色值)，除以圖像像素總個數，從而獲得每幅地圖的載負量。上述獲得的兩組載負量的值見表4。從表4可以看出，在圖2(a)中，模型計算方法獲得的載負量比色差識別法獲得的載負量要小，而圖(c)中模型計算方法獲得的載負量比色差識別方法計算的載負量要大。經過分析，由于圖2(a)中含有面對象，而面的普染色在利用色差識別方法時將面要素的內部填充色也作為要素載負量進行了計算，但地圖學理論［2］中一般不將面要素的色彩填充作為地圖面積載負量，因此造成了圖2(a)中載負量的差值;圖2(c)中，由于沒有面要素內部色彩被計算成載負量，而模型計算方法在計算過程中考慮了要素的空白位置，造成了模型計算方法計算的結果比色差識別法計算的結果值要略大，類似的情況在圖2(c)中也出現了。圖2(d)中由于面要素的區域稍大，而整體圖面內要素數量較少，造成了利用色差識別法計算的載負量比模型計算方法計算的結果值稍大。
三、結束語
現代等離子體物理第一卷，湍流等離子體物理動理學
數值相對論計算機求解愛因斯坦方程
物理學家的隨機過程理解噪聲系統
量子信息和糾纏性的哲理
環境流體力學進展
聚合物的粘彈性力學基礎分子理論、實驗和模擬，第2版
天文問答指南
利用雙筒望遠鏡探索太陽系的奧秘
藥物設計
生態恢復
花圖式
大腦中的語言
利用人工神經網絡模擬感知
自然資源保護與管理中的分子方法
美容的神經生物學
空間認知與空間感知
評估自然資源
多媒體檢索數據管理
Event—B語言的建模
算法語言Scheme的第6次修訂報告
量子計算中的語義學技術
機械臂的自適應控制統一無回歸矩陣方法
稀疏圖像信號處理
機械和電子工程
偉大的工程師們
隨機調度
復值數據的統計信號處理
移動機器人分析學的更多的進展 第5屆國際ISAAC會議論文集
分析學的進一步進展 第6屆國際ISAAC會議論文集
線性算子方法 逼近與正則化
2008年Isehia群論會議文集
應用數學和計算數學的前沿
計算科學的最近進展
超流宏觀理論
高等凝聚態物理
量子雜談 微觀世界的魅力
從π介子到夸克 20世紀50年代的粒子物理學
非線性振動
非線性波
時間序列分析 社會科學家用的全面介紹
時間，空間，星系與人類 關于宇宙大爆炸的故事
彗星和生命起源
發現宇宙大爆炸)膨脹宇宙的發現
環境科學中的機器學習方法 神經網絡與核方法
世界上最大的濕地 生態與保護
有害污染物的科學管理
達爾文的短篇出版物1829—1883
物理生物學 從原子到醫學
達爾文筆記1836—1844
諾貝爾生理醫學獎專題講座2001—2005
陸蟹生物學
無標記生物傳感技術以及應用
傳感器與微系統 第13屆意大利學術報告會論文集
傳感器與微系統 第12屆意大利學術報告會論文集基本泛函分析
物理學及有關領域大學生用數學方法
伽羅瓦理論 第二版
變分法中的重積分
數論概要
解Pell方程
復雜的非線性 混沌、相變、拓撲變化和路徑積分
量子位勢論
導電物質量子理論 超導
自旋 Poincare研討會2007
結構系統的現代試驗技術
結構力學中的混沌
物質結構
激光材料加工原理 現代傳熱與傳質技術
超快強激光科學的進展 第四卷
相變材料 科學和應用
分析系統動力學 建模與仿真
微極亞塑性顆粒狀物體中的剪切局部化
天線和望遠鏡的建模與控制
將無人飛機系統集成到國家空域系統
動力學系統中的模型提取 用于移動機器人控制
臨床核磁共振成像及其物理學 指南
膠原蛋白 結構和力學
大型渦流模擬的質量及可靠性
信息系統開發、
移動多媒體廣播標準 技術與實踐
計算系統中的安全性
（一）在建筑材料方面的應用
水泥是重要的建筑材料之一。1993年，計算量子化學開始廣泛地應用于許多水泥熟料礦物和水化產物體系的研究中，解決了很多實際問題。
鈣礬石相是許多水泥品種的主要水化產物相之一，它對水泥石的強度起著關鍵作用。程新等[1,2]在假設材料的力學強度決定于化學鍵強度的前提下，研究了幾種鈣礬石相力學強度的大小差異。計算發現，含Ca鈣礬石、含Ba鈣礬石和含Sr鈣礬石的Al-O鍵級基本一致，而含Sr鈣礬石、含Ba鈣礬石中的Sr，Ba原子鍵級與Sr-O，Ba-O共價鍵級都分別大于含Ca鈣礬石中的Ca原子鍵級和Ca-O共價鍵級，由此認為，含Sr、Ba硫鋁酸鹽的膠凝強度高于硫鋁酸鈣的膠凝強度[3]。
將量子化學理論與方法引入水泥化學領域，是一門前景廣闊的研究課題，它將有助于人們直接將分子的微觀結構與宏觀性能聯系起來，也為水泥材料的設計提供了一條新的途徑[3]。
（二）在金屬及合金材料方面的應用
過渡金屬(Fe、Co、Ni)中氫雜質的超精細場和電子結構，通過量子化學計算表明，含有雜質石原子的磁矩要降低，這與實驗結果非常一致。閔新民等[4]通過量子化學方法研究了鑭系三氟化物。結果表明，在LnF3中Ln原子軌道參與成鍵的次序是：d＞f＞p＞s，其結合能計算值與實驗值定性趨勢一致。此方法還廣泛用于金屬氧化物固體的電子結構及光譜的計算[5]。再比如說，NbO2是一個在810℃具有相變的物質(由金紅石型變成四方體心)，其高溫相的NbO2的電子結構和光譜也是通過量子化學方法進行的計算和討論，并通過計算指出它和低溫NbO2及其等電子化合物VO2在性質方面存在的差異[6]。
量子化學方法因其精確度高，計算機時少而廣泛應用于材料科學中，并取得了許多有意義的結果。隨著量子化學方法的不斷完善，同時由于電子計算機的飛速發展和普及，量子化學在材料科學中的應用范圍將不斷得到拓展，將為材料科學的發展提供一條非常有意義的途徑[5]。
二、在能源研究中的應用
（一）在煤裂解的反應機理和動力學性質方面的應用
煤是重要的能源之一。近年來隨著量子化學理論的發展和量子化學計算方法以及計算技術的進步，量子化學方法對于深入探索煤的結構和反應性之間的關系成為可能。
量子化學計算在研究煤的模型分子裂解反應機理和預測反應方向方面有許多成功的例子,如低級芳香烴作為碳/碳復合材料碳前驅體熱解機理方面的研究已經取得了比較明確的研究結果。由化學知識對所研究的低級芳香烴設想可能的自由基裂解路徑，由Guassian98程序中的半經驗方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的從頭計算方法和考慮了電子相關效應的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法對設計路徑的熱力學和動力學進行了計算。由理論計算方法所得到的主反應路徑、熱力學變量和表觀活化能等結果與實驗數據對比有較好的一致性，對煤熱解的量子化學基礎的研究有重要意義[7]。
（二）在鋰離子電池研究中的應用
鋰離子二次電池因為具有電容量大、工作電壓高、循環壽命長、安全可靠、無記憶效應、重量輕等優點，被人們稱之為“最有前途的化學電源”，被廣泛應用于便攜式電器等小型設備，并已開始向電動汽車、軍用潛水艇、飛機、航空等領域發展。
鋰離子電池又稱搖椅型電池，電池的工作過程實際上是Li+離子在正負兩電極之間來回嵌入和脫嵌的過程。因此，深入鋰的嵌入-脫嵌機理對進一步改善鋰離子電池的性能至關重要。Ago等[8]用半經驗分子軌道法以C32H14作為模型碳結構研究了鋰原子在碳層間的插入反應。認為鋰最有可能摻雜在碳環中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子軌道法對摻鋰的芳香族碳化合物的研究表明，隨著鋰含量的增加，鋰的離子性減少，預示在較高的摻鋰狀態下有可能存在一種Li-C和具有共價性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子軌道計算法，對低結晶度的炭素材料的摻鋰反應進行了研究，研究表明，鋰優先插入到石墨層間反應，然后摻雜在石墨層中不同部位里[11]。
隨著人們對材料晶體結構的進一步認識和計算機水平的更高發展，相信量子化學原理在鋰離子電池中的應用領域會更廣泛、更深入、更具指導性。
三、在生物大分子體系研究中的應用
生物大分子體系的量子化學計算一直是一個具有挑戰性的研究領域，尤其是生物大分子體系的理論研究具有重要意義。由于量子化學可以在分子、電子水平上對體系進行精細的理論研究，是其它理論研究方法所難以替代的。因此要深入理解有關酶的催化作用、基因的復制與突變、藥物與受體之間的識別與結合過程及作用方式等，都很有必要運用量子化學的方法對這些生物大分子體系進行研究。毫無疑問，這種研究可以幫助人們有目的地調控酶的催化作用,甚至可以有目的地修飾酶的結構、設計并合成人工酶；可以揭示遺傳與變異的奧秘,進而調控基因的復制與突變，使之造福于人類；可以根據藥物與受體的結合過程和作用特點設計高效低毒的新藥等等，可見運用量子化學的手段來研究生命現象是十分有意義的。
綜上所述，我們可以看出在材料、能源以及生物大分子體系研究中，量子化學發揮了重要的作用。在近十幾年來，由于電子計算機的飛速發展和普及，量子化學計算變得更加迅速和方便。可以預言，在不久的將來，量子化學將在更廣泛的領域發揮更加重要的作用。
參考文獻：
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[2]程新,馮修吉.武漢工業大學學報,1995,17(4):12
[3]李北星,程新.建筑材料學報,1999,2(2):147
[4]閔新民,沈爾忠,江元生等.化學學報,1990,48(10):973
[5]程新,陳亞明.山東建材學院學報,1994,8(2):1
[6]閔新民.化學學報,1992,50(5):449
[7]王寶俊,張玉貴,秦育紅等.煤炭轉化,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,何則強,熊利芝等.量子化學原理在鋰離子電池研究中的應用.吉首大學學報,2006,27(3):97.
化學反應微分截面的實驗測量能夠最細致地反映一個化學反應的本質特征，而通過求解在勢能面上運動的原子核的薛定諤方程來得到基元化學反應的微分截面則是量子動力學理論計算的終極目標。 在過去的幾十年間，經過包括中科院大連化學物理研究所楊學明、張東輝等研究組在內的科學家們的不懈努力，人們已經基本解決了三原子化學體系的量子動力學難題，能夠定量地計算三原子體系的微分散射截面。然而，從三原子體系發展到更多更復雜的反應體系，則是一個巨大的挑戰。作為向前發展第一步的四原子體系相對于三原子體系，體系的自由度從3增加到6，這意味著無論是勢能面的構造還是散射動力學的計算，從難度到計算量都有巨大的增加。譬如，對于勢能面的計算，如果每個維度計算100個位點，那么四原子體系的6個自由度相對于三原子體系的3個自由度，所需計算的位點數量就增加了一百萬倍！而每個位點的能量計算、勢能面的擬合等的難度和計算量都因為原子核和電子數量增加而急劇增大，由此可知量子動力學理論計算從3原子體系發展到4原子體系，困難之大超乎想像。 H2 + OH → H2O + H反應體系是四原子反應體系的基本范例，是燃燒化學和星際化學中的重要反應，其逆反應則是選模化學的研究樣板。在過去的幾年間，大連化物所楊學明、張東輝研究組對該反應的同位素替代反應HD + OH → H2O + D進行了反應動力學研究。理論上，他們發展出一套非常有效的含時波包方法，能夠對六個自由度的四原子反應進行精確的計算，同時用更精確的方法構造了該反應體系的勢能面，從而完成了該體系的第一個全維量子態分辨的動力學計算。實驗上，他們采用高分辨的交叉分子束—里德堡氘原子飛行時間譜方法測量了HD + OH → H2O + D在不同反應能下的微分截面及其隨碰撞能的變化關系。實驗結果和理論計算結果高度吻合。 這是首次對一個四原子反應體系的態-態微分截面取得理論和實驗高度吻合的研究結果，是分子反應動力學研究的一個重要突破，也意味著大連化物所在分子反應動力學領域繼續牢固占據著國際領先地位。 該項研究得到了科技部和國家自然科學基金委的資助，研究成果發表在7月22日出版的美國《科學》雜志上（Science 333，440(2011)）。（來源：中科院大連化學物理研究）
碩士論文、職稱論文、醫學職稱畢業論文、、、，更多詳細信息請關注。 原文鏈接：《科學》摘要（英文） 英文摘要： Quantum dynamical theories have progressed to the stage in which state-to-state differential cross sections can now be routinely computed with high accuracy for three-atom systems since the first such calculation was carried out more than 30 years ago for the H + H2 system. For reactions beyond three atoms, however, highly accurate quantum dynamical calculations of differential cross sections have not been feasible. We have recently developed a quantum wave packet method to compute full-dimensional differential cross sections for four-atom reactions. Here, we report benchmark calculations carried out for the prototypical HD + OH → H2O + D reaction on an accurate potential energy surface that yield differential cross sections in excellent agreement with those from a high-resolution, crossed–molecular beam experiment.
這項計劃將由谷歌的量子人工智能（Quantum Artificial Intelligence）研究小組來實施。谷歌在博客中透露，美國加州大學圣巴巴拉分校的一個研究小組也加入了這項計劃。
谷歌去年的研發開支達到80億美元。為了在互聯網搜索和在線廣告等市場保持領先地位，谷歌目前正在開發一些新的計算機技術。在科技行業中的一些人看來，量子技術是計算機進行海量數據分析的一種革命性方式。這種新技術對谷歌的主要業務尤其有幫助，對它的新項目――如聯網設備和聯網汽車――也是有用的。
“在一個硬件研發團隊的協助下，量子人工智能研究小組現在能夠落實新的設計并測試新的產品。”谷歌在博客中寫道。
在整理和分析海量數據方面，量子計算機將具有比傳統計算機更快的解決速度。谷歌量子人工智能小組成員馬蘇德?莫森（Masoud Mohseni）曾經與人合作撰寫過具有領先學術水平的量子技術論文。谷歌也一直被視為這一新技術革命的領導力量之一。
此外，谷歌的競爭對手微軟也在進軍這個新領域，并建立了一個名為“量子架構和計算（Quantum Architectures and Computation Group）”的研究小組。
探秘量子計算機
量子計算機，早先由理查德?費曼提出，一開始是從物理現象的模擬而來的。可他發現當模擬量子現象時，因為龐大的希爾伯特空間使資料量也變得龐大，一個完好的模擬所需的運算時間變得相當可觀，甚至是不切實際的天文數字。理查德?費曼當時就想到，如果用量子系統構成的計算機來模擬量子現象，則運算時間可大幅度減少。量子計算機的概念從此誕生。
從物理層面上來看，量子計算機不是基于普通的晶體管，而是使用自旋方向受控的粒子（比如質子核磁共振）或者偏振方向受控的光子（學校實驗大多用這個）等等作為載體。當然從理論上來看任何一個多能級系統都可以作為量子比特的載體。
從計算原理上來看，量子計算機的輸入態既可以是離散的本征態（如傳統的計算機一樣），也可以是疊加態（幾種不同狀態的幾率疊加），對信息的操作從傳統的“和”，“或”，“與”等邏輯運算擴展到任何幺正變換，輸出也可以是疊加態或某個本征態。所以量子計算機會更加靈活，并能實現并行計算。
量子計算機或不再遙遠
據外媒報道，美國普林斯頓大學研究人員近日設計出一種裝置，可以讓光子遵循實物粒子的運動規律。現存的計算機是基于經典力學研發而成的，在解釋量子力學方面有很大局限性。量子計算機（quantum computer）是一類遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。
研究人員制作出一種超導體，里面有1000億個原子，在聚集起來之后，眾多原子如同一個大的“人工原子”。科學家把“人工原子”放在載有光子的超導電線上，結果顯示，光子在“人工原子”的影響下改變了原有的運動軌跡，開始呈現實物粒子的性質。例如，在正常情況下，光子之間是互不干涉的，但是在這一裝置里，光子開始相互影響，呈現出液體和固體粒子的運動特性，光子的這種運動“前所未有”。
現存的計算機是基于經典力學研發而成的，在解釋量子力學方面有很大局限性。量子計算機（quantum computer）是一類遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。研究人員稱，在改變光子的運動規律之后，量子計算機的發明也許不再遙遠。
就我國量子計算機而言，相關研究也一直處于世界領先水平。早在2013年12月30日，美國物理學會《物理》雜志就公布了2013年度國際物理學領域的十一項重大進展，中國科學技術大學潘建偉教授及其同事張強、馬雄峰和陳騰云等“利用測量器件無關量子密鑰分發解決量子黑客隱患”的研究成果位列其中。
《物理》雜志以“量子勝利的一年――但還沒有量子計算機”為題報道了中國科學家成功解決量子黑客隱患這一重要成果。
盡管量子計算機仍然是遙遠的未來，但2013年科學家們卻報道了一系列量子信息和量子通信領域的勝利。在量子密碼方面，兩個獨立的研究組報道了一種新的加密手段，可以提供絕對的安全性，以解決量子黑客隱患。
論文摘要：將量子化學原理及方法引入材料科學、能源以及生物大分子體系研究領域中無疑將從更高的理論起點來認識微觀尺度上的各種參數、性能和規律，這將對材料科學、能源以及生物大分子體系的發展有著重要的意義。
量子化學是將量子力學的原理應用到化學中而產生的一門學科，經過化學家們的努力，量子化學理論和計算方法在近幾十年來取得了很大的發展，在定性和定量地闡明許多分子、原子和電子尺度級問題上已經受到足夠的重視。目前，量子化學已被廣泛應用于化學的各個分支以及生物、醫藥、材料、環境、能源、軍事等領域，取得了豐富的理論成果，并對實際工作起到了很好的指導作用。本文僅對量子化學原理及方法在材料、能源和生物大分子體系研究領域做一簡要介紹。
一、在材料科學中的應用
（一）在建筑材料方面的應用
水泥是重要的建筑材料之一。1993年，計算量子化學開始廣泛地應用于許多水泥熟料礦物和水化產物體系的研究中，解決了很多實際問題。
鈣礬石相是許多水泥品種的主要水化產物相之一，它對水泥石的強度起著關鍵作用。程新等[1,2]在假設材料的力學強度決定于化學鍵強度的前提下，研究了幾種鈣礬石相力學強度的大小差異。計算發現，含Ca鈣礬石、含Ba鈣礬石和含Sr鈣礬石的Al-O鍵級基本一致，而含Sr鈣礬石、含Ba鈣礬石中的Sr，Ba原子鍵級與Sr-O，Ba-O共價鍵級都分別大于含Ca鈣礬石中的Ca原子鍵級和Ca-O共價鍵級，由此認為，含Sr、Ba硫鋁酸鹽的膠凝強度高于硫鋁酸鈣的膠凝強度[3]。
將量子化學理論與方法引入水泥化學領域，是一門前景廣闊的研究課題，它將有助于人們直接將分子的微觀結構與宏觀性能聯系起來，也為水泥材料的設計提供了一條新的途徑[3]。
（二）在金屬及合金材料方面的應用
過渡金屬(Fe、Co、Ni)中氫雜質的超精細場和電子結構，通過量子化學計算表明，含有雜質石原子的磁矩要降低，這與實驗結果非常一致。閔新民等[4]通過量子化學方法研究了鑭系三氟化物。結果表明，在LnF3中Ln原子軌道參與成鍵的次序是：d＞f＞p＞s，其結合能計算值與實驗值定性趨勢一致。此方法還廣泛用于金屬氧化物固體的電子結構及光譜的計算[5]。再比如說，NbO2是一個在810℃具有相變的物質(由金紅石型變成四方體心)，其高溫相的NbO2的電子結構和光譜也是通過量子化學方法進行的計算和討論，并通過計算指出它和低溫NbO2及其等電子化合物VO2在性質方面存在的差異[6]。
量子化學方法因其精確度高，計算機時少而廣泛應用于材料科學中，并取得了許多有意義的結果。隨著量子化學方法的不斷完善，同時由于電子計算機的飛速發展和普及，量子化學在材料科學中的應用范圍將不斷得到拓展，將為材料科學的發展提供一條非常有意義的途徑[5]。
二、在能源研究中的應用
（一）在煤裂解的反應機理和動力學性質方面的應用
煤是重要的能源之一。近年來隨著量子化學理論的發展和量子化學計算方法以及計算技術的進步，量子化學方法對于深入探索煤的結構和反應性之間的關系成為可能。
量子化學計算在研究煤的模型分子裂解反應機理和預測反應方向方面有許多成功的例子,如低級芳香烴作為碳/碳復合材料碳前驅體熱解機理方面的研究已經取得了比較明確的研究結果。由化學知識對所研究的低級芳香烴設想可能的自由基裂解路徑，由Guassian98程序中的半經驗方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的從頭計算方法和考慮了電子相關效應的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法對設計路徑的熱力學和動力學進行了計算。由理論計算方法所得到的主反應路徑、熱力學變量和表觀活化能等結果與實驗數據對比有較好的一致性，對煤熱解的量子化學基礎的研究有重要意義[7]。
（二）在鋰離子電池研究中的應用
鋰離子二次電池因為具有電容量大、工作電壓高、循環壽命長、安全可靠、無記憶效應、重量輕等優點，被人們稱之為“最有前途的化學電源”，被廣泛應用于便攜式電器等小型設備，并已開始向電動汽車、軍用潛水艇、飛機、航空等領域發展。
鋰離子電池又稱搖椅型電池，電池的工作過程實際上是Li+離子在正負兩電極之間來回嵌入和脫嵌的過程。因此，深入鋰的嵌入-脫嵌機理對進一步改善鋰離子電池的性能至關重要。Ago等[8]用半經驗分子軌道法以C32H14作為模型碳結構研究了鋰原子在碳層間的插入反應。認為鋰最有可能摻雜在碳環中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子軌道法對摻鋰的芳香族碳化合物的研究表明，隨著鋰含量的增加，鋰的離子性減少，預示在較高的摻鋰狀態下有可能存在一種Li-C和具有共價性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子軌道計算法，對低結晶度的炭素材料的摻鋰反應進行了研究，研究表明，鋰優先插入到石墨層間反應，然后摻雜在石墨層中不同部位里[11]。
隨著人們對材料晶體結構的進一步認識和計算機水平的更高發展，相信量子化學原理在鋰離子電池中的應用領域會更廣泛、更深入、更具指導性。
三、在生物大分子體系研究中的應用
生物大分子體系的量子化學計算一直是一個具有挑戰性的研究領域，尤其是生物大分子體系的理論研究具有重要意義。由于量子化學可以在分子、電子水平上對體系進行精細的理論研究，是其它理論研究方法所難以替代的。因此要深入理解有關酶的催化作用、基因的復制與突變、藥物與受體之間的識別與結合過程及作用方式等，都很有必要運用量子化學的方法對這些生物大分子體系進行研究。毫無疑問，這種研究可以幫助人們有目的地調控酶的催化作用,甚至可以有目的地修飾酶的結構、設計并合成人工酶；可以揭示遺傳與變異的奧秘,進而調控基因的復制與突變，使之造福于人類；可以根據藥物與受體的結合過程和作用特點設計高效低毒的新藥等等，可見運用量子化學的手段來研究生命現象是十分有意義的。
綜上所述，我們可以看出在材料、能源以及生物大分子體系研究中，量子化學發揮了重要的作用。在近十幾年來，由于電子計算機的飛速發展和普及，量子化學計算變得更加迅速和方便。可以預言，在不久的將來，量子化學將在更廣泛的領域發揮更加重要的作用。
參考文獻：
[1]程新.[學位論文].武漢:武漢工業大學材料科學與工程學院,1994
[2]程新,馮修吉.武漢工業大學學報,1995,17(4):12
[3]李北星,程新.建筑材料學報,1999,2(2):147
[4]閔新民,沈爾忠,江元生等.化學學報,1990,48(10):973
[5]程新,陳亞明.山東建材學院學報,1994,8(2):1
[6]閔新民.化學學報,1992,50(5):449
[7]王寶俊,張玉貴,秦育紅等.煤炭轉化,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
和大量繁復的數字、沒有盡頭的實驗相比，對未知產生的好奇，才是科研路上最大的動力。目前，量子力學還存在有很多未解謎題，不過，已經有人在研究量子理論這條道路上越走越開闊，而且他出發得比一般人還早。他就是北京航空航天大學博士生導師――張國鋒教授。
神秘大門透出的亮光
1999年山西大學本科畢業后，張國鋒師從梁九卿教授進行碩博連讀的學習。當時我國對量子信息的研究基本處于萌芽階段，梁九卿教授認為這將會是一個新的研究方向，在張國鋒的師兄師姐都跟著老師做磁宏觀量子效應研究的時候，老師毅然決定讓他去湖南師范大學的暑期班里學習和量子理論相關的知識，量子信息這道神秘的大門緩緩打開。
張國鋒本碩博就讀的山西大學物理電子工程學院師資雄厚、設備齊全。碩博連讀期間，為拓展視野、豐富知識，他還專門前往中國科學院學習。在交通落后的情況下，北京、山西兩頭跑，校內扎實的基礎知識以及校外新的理論知識的加固，使得張國鋒在量子信息基礎研究方面有了很大的提升。對張國鋒的聯合培養，中國科學院也承擔著重要的角色，博士畢業后，張國鋒到中國科學院半導體研究所進行博士后研究工作，在李樹深院士的指導下，張國鋒的研究興趣進一步拓寬到基于固態體系為載體的量子信息研究。從2006年到北京航空航天大學任教以來，更是把他的研究方向細化到光力耦合體系的量子物理相關問題。
在量子相關研究中，量子調控是國家的重大科研計劃，是構建未來信息技術的理論基礎。張國鋒圍繞“如何制備、控制及應用具有高魯棒性的量子糾纏態”這一科學問題展開了具體細致的工作，并取得了不錯的成績。
量子糾纏是量子力學的最神奇的特性之一。它描述了兩個粒子互相糾纏，即使相距遙遠，一個粒子的行為將會影響另一個的狀態。張國鋒形象地解釋了量子糾纏：“就像是手機用戶和移動聯通等簽的協議，也就是手機卡，當兩個粒子處于糾纏態，只有借助這個協議（糾纏態），才能進行量子通信。”腔OED系統是目前最有前景的硬件系統之一，它被廣泛地應用于量子態的制備和操控。為此，張國鋒系統考察了旋波近似下腔OED體系中的量子糾纏、量子關聯的產生與演化以及與量子相位之間的聯系。研究發現：量子糾纏猝死現象不僅依賴于體系初始態的糾纏，而且還依賴于初始態，且原子間偶極一偶極相互作用可以削弱這種現象，光場的損耗可以很明顯地延緩糾纏猝死。張國鋒在此基礎上就固態自旋體系提出了一套抑制量子糾纏猝死和量子態傳輸的優化方案。
眾所周知，實現量子信息處理的必需資源是量子糾纏態。而量子糾纏態是非常脆弱的，張國鋒在前人研究工作的基礎上進一步探討了固態兩量子比特自旋模型中的熱糾纏，將自旋所處磁場分為均勻和非均勻兩部分，發現磁場的非均勻部分使量子糾纏的演化出現雙峰結構，也詳細研究了Heisenberg交換相互作用對量子熱糾纏的臨界行為的影響。隨后更引發了國內外關于量子熱糾纏的研究。
Dzyaloshinski-Moriya（DM）相互作用來自自旋軌道之間的耦合，是一種各項異性相互作用，在許多磁性材料中都存在。張國鋒將DM相互作用引入兩自旋量子比特鏈中，結合Heisenberg相互作用研究了DM相互作用對量子熱糾纏的影響，發現DM相互作用可以激發量子熱糾纏的產生，可以使鐵磁耦合的自旋體系成為好的量子態傳輸的通道，且能顯著提高態傳輸的保真度。以這一研究成果為代表的論文獲得“中國百篇最具影響國際學術論文”，被引150多次，為ESI高引論文。與此同時，張國鋒把自己的研究推廣到量子關聯，得到一些量子關聯度量量間的因子化公式，同時也比較了量子關聯和量子糾纏在實現量子算法、構建量子邏輯門的異同。
神秘的量子世界透出的光讓張國鋒雀躍不已，他飽含熱情地走在研究量子世界的大道上，默默耕耘，靜靜享受這神秘帶來的不一樣的世界。
光亮指引前進的方向
一分耕耘一分收獲。張國鋒在量子研究這條道路上不僅收獲了具有創新意義的科研成果，而且多次主持包括國家自然科學基金青年基金、面上基金等項目在內的多項科研項目；發表多篇代表性論文，并多次被他引；在教學上成果也很顯著，多次獲得各種校內優秀教師獎勵。
但是張國鋒并沒有止步于此，神秘的量子世界還等待著他去進一步破解其中的奧秘，在長期量子光學基礎理論、自旋模型中量子糾纏、量子關聯動力學研究的相關基礎上，依托北航和中科院的兩個重點實驗室和三個重量級的研究團隊共同合作，將就全耦合區量子比特與光場動力學行為及應用這一熱點問題展開深入研究。
構造量子比特是量子信息處理的首要，實現量子比特有很多種物理方案，量子比特與光場相互作用體系是量子光學甚至凝聚態物理的一個重要研究內容，同時也是實現量子計算的重要途徑。看見量子世界發出的神秘的光，張國鋒對接下來的工作重心有了清晰的規劃：（1）進一步求解兩量子比特與光場相互作用強耦合體系的動力學演化，尤其是兩個量子比特的閂abi模型的近似求解；（2）根據系統演化性質，選擇合適的初始條件和反應時間，構建超快兩量子比特邏輯門和進行相干量子態的超快傳輸等研究；（3）尋找新奇的特殊量子本征態，并通過研究包括耗散在內的動力學，考察這些具有特殊性質的量子態（比如：暗態）在量子信息中的應用。張國鋒不僅把自己接下來的工作定位在這三方面，還就這三方面的研究擬定了初步研究方案。
將選取量子比特與光場相互作用體系為研究對象，屬量子光學及凝聚態物理以及其它許多領域廣泛應用的模型，尤其是近年來隨著強耦合在實驗上的實現，Rabi及類Rabi模型的簡潔易實驗參考的解和長時間動力學及相關應用的研究更顯得日益重要。張國鋒打算通過研究，得到全耦合區體系動力學演化規律，尋求特殊的類似“暗態”的新奇量子態，并預測其在量子信息中的應用，最終為設計新型量子器件提供理論支持。
量子現象通常在經典物理學中找不到相匹配的部分，典型例子就是量子糾纏：糾纏的粒子之間無論相隔有多遠，好像都能直接地互相影響，就像能隔著任意遙遠的空間互相“通信”似的。愛因斯坦曾把這種行為叫做“幽靈般地超距作用”。當兩個以上粒子相糾纏時，它們之間的互相影響表現為不同的形式。糾纏現象為何有這些不同的表現，科學家尚未完全理解，至今也還沒有一般性的方法，系統地將糾纏狀態劃分類別。現在，研究小組開發出一種方法，能把既定的量子態歸入某一類可能的糾纏態。
該方法指出，不同類型的糾纏態與幾何形體即多面體有關，這些形體代表“空間”，也就是某種糾纏的可用空間。一種給定的狀態是否屬于某種多面體，可以通過檢測個別粒子來確定，而檢測方法有很多。新方法通過檢測個別粒子來描述糾纏態特征的可能性，不僅效率很高，而且不必同時檢測許多粒子，這是與其他方法的不同之處，也意味著它能擴展到多粒子系統。
該校理論物理學院教授馬提亞·克里斯丹德解釋說：“對3個粒子來說，有兩種根本不同的糾纏類型，一種是通常認為的更‘有用’的。而對4個粒子來說，粒子間糾纏的方式已近乎無數種，隨著每增加一個粒子，糾纏的復雜程度會迅速增加。”論文第一作者、他的博士生邁克爾·沃特說，“我們的糾纏多面體方法，把這些狀態劃分為有限的體系，大大減少了復雜性。”
