量子力学和计算机的关系精选(九篇)

第1篇：量子力学和计算机的关系范文

材料的计算模拟方法介绍

材料的计算模拟研究是近年来飞速发展的一门新兴学科和交叉学科．它综合凝聚态物理学、理论化学、材料物理学和计算机算法等多个相关学科．它的目的是利用现代高速计算机，模拟材料的各种物理化学性质，深入理解材料从微观到宏观多个尺度的各类现象与性能，并对材料的结构和物性进行理论预言，从而达到设计和开发新材料的目的．材料的多尺度计算模拟方法主要有以下几种:

(1)第一性原理计算方法(First－principlesMethods)基于密度泛函理论的第一性原理计算方法是目前研究微观电子结构最主要的理论方法．第一性原理计算方法只用到普朗克常数(h)，玻尔兹曼常数(kB)，光速(c)，电子静态质量(m0)和电子电荷电量(e)这5个基本物理变量和研究体系的基本结构．从量子力学出发，通过数值求解薛定谔方程，计算材料的物理性质．在密度泛函理论，局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)框架下的计算已广泛应用于第一性原理的电子结构研究中，并已经取得很大的成功．结合一些能带结构计算的方法，对于半导体和一些金属基态性质，如晶格常数，晶体结合能，晶体力学性质都能够给出与实验符合得很好的结果，同时能够比较精确地描述很多体系的电子结构(如能带结构、电子态密度、电荷密度、差分电荷密度和键布局等)、光学性质(介电函数、复折射率、光吸收系数、反射光谱及光电导等)和磁性质，从微观理论角度分析和揭示材料物理性质的起源，使实验者主动对材料进行结构和功能的控制，以便按照需求制备新材料．

(2)分子动力学方法(MolecularDynamicsMethods)分子动力学是一种确定性方法，是按照该体系内部的内禀动力学规律来确定位形的转变，跟踪系统中每个粒子的个体运动，然后根据统计物理规律，给出微观量(分子的坐标、速度)与宏观可观测量(压力、温度、比热容、弹性模量等)的关系来研究材料性能的一种方法[5]．分子动力学方法首先需要建立系统内一组分子的运动方程，通过求解所有分子的运动方程，来研究该体系与微观量相关的基本过程．对于这种多体问题的严格求解，需要建立并求解体系的薛定谔方程．根据波恩－奥本海默近似，将电子的运动与原子核的运动分开来处理，电子的运动利用量子力学的方法处理，而原子核的运动则使用经典动力学方法处理．此时原子核的运动满足经典力学规律，用牛顿定律来描述，这对于大多数材料来说是一个很好的近似．只有处理一些较轻的原子和分子的平动、转动或振动频率γ满足hγ＞kBT时，才需要考虑量子效应．

(3)蒙特卡洛方法(MonteCarloMethods)蒙特卡洛方法是在简单的理论准则基础上(如简单的物质与物质或者物质与环境相互作用)，采用反复随机抽样的手段，解决复杂系统的问题．该方法采用随机抽样的手法，可以模拟对象的概率与统计的问题．通过设计适当的概率模型，该方法还可以解决确定性问题，如定积分等．随着计算机的迅速发展，蒙特卡洛方法已在材料、固体物理、应用物理、化学等领域得到广泛的应用[6]．蒙特卡洛方法可以通过随机抽样的方法模拟材料构成基本粒子原子和分子的状态，省去量子力学和分子动力学的复杂计算，可以模拟很大的体系．结合统计物理的方法，蒙特卡洛方法能够建立基本粒子的状态与材料宏观性能的关系，是研究材料性能及其影响因素的本质的重要手段．

材料专业引入计算模拟教学的探索

材料计算的目的在于理解和发现新的材料性能及其物理本质．计算已经与实验和形式理论一样成为材料研究的3大支柱之一．为学生将来能够有更高的起点研究材料科学，适应新形势下材料研究方法，培养具有宽广材料科学基础，掌握材料现代研究手段的“宽口径、厚基础、强能力、高素质”的材料科学专业人才．我们在本科教学阶段就应该有计划的引入和加强计算模拟方法的教学．采用的教学形式可以结合实际情况，灵活的应用．近年来我们采取的教学方式主要有以下3种方式:(1)开设计算材料学类课程在2006年物理与电子信息学院材料物理与化学专业培养方案中已经确定《计算机在材料科学中的应用》和《计算物理》课程为专业选修课程，学时分别为36学时和54学时．《计算机在材料科学中的应用》课程偏重实践教学，通过上机操作学习计算软件的基本原理和使用方法．主要教学内容包括:材料学的发展现状及计算机在材料科学与工程中的应用;材料科学研究中的数学模型;材料科学研究中常用的数值分析方法;材料科学研究中主要物理场的数值模拟;材料科学与行为工艺的计算机模拟;材料数据库和新材料、新合金的设计;材料加工过程的计算机控制;计算机在材料检测中的应用;材料研究科学中的数据和图像处理;互联网在材料科学研究中的应用等9部分内容，基本涵盖当今计算机技术在材料科学研究中应用的各个方面．《计算物理》课程则以理论教学为主，偏重物理基本原理的介绍．主要教学内容包括:计算物理学发展的最新状况;蒙特卡洛方法及其若干应用;有限差分方法;分子动力学方法;密度泛函理论;计算机代数;高性能计算和并行算法等8部分内容．计算材料类课程的开设注重理论和实践并重的原则，在讲解基本原理的同时加强学生动手上机实践能力的培养，因此，经过课程的学习，学生已经初步具备利用计算机进行材料模拟的能力．部分选修计算材料类课程的同学在学习中对计算模拟产生了极大的兴趣，在大四时选择材料计算相关课题作为本科毕业论文选题．例如，08届学生的毕业论文《ZnS掺杂Cu光学性质的第一性原理研究》和《布朗运动的蒙特卡洛模拟》，09届学生的毕业论文《ZnO电子结构和光学性质的研究》，11届学生的毕业论文《晶格热容的理论计算》和《简立方晶体结构能量分布的理论模拟》等均为材料计算和模拟相关课题，并且有多人的毕业论文被评为优秀毕业论文．个别优秀的学生读研后继续从事材料的计算模拟相关研究．通过几年的教学实践，计算材料相关课程的开设对于扩大学生的知识面，提高学生的理论分析能力有极大地帮助．(2)在材料相关的理论课程中加入计算模拟方法介绍虽然已经在材料专业开设《计算机在材料科学中的应用》和《计算物理》等材料计算相关的课程，但这两门课均为专业选修课，只有选修相关课程的学生才能得到相应的计算模拟培训，受众面还比较窄．因此，为使更多的学生了解到材料模拟计算的相关理论和知识，在材料专业主干课的教学中也适时地加入相关的计算模拟方法的介绍，从而扩大计算模拟知识的普及面．例如，在《固体物理》课程中，当讲解到能带理论一章时，我们会在本章结束时，加入一次课，着重介绍基于第一性原理的平面波赝势计算方法计算材料的能带结构、电子态密度等以及第一性原理计算的常用软件(CASTEP、VASP等)．一方面，对学生学习的理论知识加以直观化和适度的扩展，另一方面也进一步普及第一性原理计算的相关知识．在《材料科学基础》教学中讲解到相平衡与相图一章时，我们会在本章内容结束后介绍相图计算近年来的发展现状，包括CALPHAD(CalculationofPhaseDiagram)计算方法、热力学与动力学的结合、第一性原理与相图计算方法的结合，并简要介绍今后相图计算可能的发展方向[7]．在晶体缺陷内容的教学中，穿插介绍利用分子动力学计算面心立方金属空位和间隙原子点缺陷的形成能的方法．通过在课程教学中穿插入计算模拟方法的介绍，一方面也加深了学生对所学内容的理解，另一方面开阔了学生的眼界．(3)举办计算模拟相关的学术讲座．自从2009年以来，物理与电子信息学院从事计算模拟研究的教师每学期都结合自身的科研情况举办面向全院学生的学术讲座．例如在2011至2012学年第二学期，我们举办两场学术讲座，分别是《氧化锌晶体及其掺杂的第一性原理研究》以及《可见光响应半导体光催化材料的结构和能带设计》，教师在讲座中介绍自己的科研情况，同时也使学生了解到如何把学到的计算模拟知识应用到科研实践中去，让学生体会到如何利用计算模拟预测材料的物理性质以及指导材料设计的研究方式，提高学生自觉学习计算模拟方法的积极性．

结束语

第2篇：量子力学和计算机的关系范文

关键词:计算科学 计算工具 图灵模型 量子计算

1 计算的本质

抽象地说, 所谓计算, 就是从一个符号串f 变换成另一个符号串g 。比如说, 从符号串1 2 + 3 变换成1 5 就是一个加法计算。如果符号串f 是x2,而符号串g 是2x,从f 到g 的计算就是微分。定理证明也是如此, 令f 表示一组公理和推导规则, 令g 是一个定理, 那么从f 到g 的一系列变换就是定理g的证明。从这个角度看, 文字翻译也是计算, 如f 代表一个英文句子, 而g 为含意相同的中文句子, 那么从f 到g 就是把英文翻译成中文。这些变换间有什么共同点？为什么把它们都叫做计算？因为它们都是从己知符号( 串) 开始, 一步一步地改变符号( 串) , 经过有限步骤, 最后得到一个满足预先规定的符号( 串) 的变换过程。

从类型上讲, 计算主要有两大类: 数值计算和符号推导。数值计算包括实数和函数的加减乘除、幂运算、开方运算、方程的求解等。符号推导包括代数与各种函数的恒等式、不等式的证明, 几何命题的证明等。但无论是数值计算还是符号推导,它们在本质上是等价的、一致的, 即二者是密切关联的, 可以相互转化, 具有共同的计算本质。随着数学的不断发展, 还可能出现新的计算类型。

2 远古的计算工具

人们从开始产生计算之日, 便不断寻求能方便进行和加速计算的工具。因此,计算和计算工具是息息相关的。

早在公元前5 世纪, 中国人已开始用算筹作为计算工具, 并在公元前3 世纪得到普遍的采用, 一直沿用了二千年。后来, 人们发明了算盘, 并在15 世纪得到普遍采用, 取代了算筹。它是在算筹基础上发明的, 比算筹更加方便实用, 同时还把算法口诀化,从而加快了计算速度。

3 近代计算系统

近代的科学发展促进了计算工具的发展: 在1 6 1 4 年, 对数被发明以后, 乘除运算可以化为加减运算, 对数计算尺便是依据这一特点来设计。1 6 2 0 年, 冈特最先利用对数计算尺来计算乘除。1 8 5 0 年, 曼南在计算尺上装上光标, 因此而受到当时科学工作者, 特别是工程技术人员广泛采用。机械式计算器是与计算尺同时出现的, 是计算工具上的一大发明。帕斯卡于1642 年发明了帕斯卡加法器。在1671 年,莱布尼茨发明了一种能作四则运算的手摇计算器, 是长1 米的大盒子。自此以后, 经过人们在这方面多年的研究, 特别是经过托马斯、奥德内尔等人的改良后, 出现了多种多样的手摇计算器, 并风行全世界。

4 电动计算机

英国的巴贝奇于1 8 3 4 年, 设计了一部完全程序控制的分析机, 可惜碍于当时的机械技术限制而没有制成, 但已包含了现代计算的基本思想和主要的组成部分了。此后, 由于电力技术有了很大的发展,电动式计算器便慢慢取代以人工为动力的计算器。1 9 4 1 年, 德国的楚泽采用了继电器, 制成了第一部过程控制计算器, 实现了1 0 0 多年前巴贝奇的理想。

5 电子计算机

2 0 世纪初, 电子管的出现, 使计算器的改革有了新的发展, 美国宾夕法尼亚大学和有关单位在1 9 4 6 年制成了第一台电子计算机。电子计算机的出现和发展, 使人类进入了一个全新的时代。它是2 0 世纪最伟大的发明之一, 也当之无愧地被认为是迄今为止由科学和技术所创造的最具影响力的现代工具。

在电子计算机和信息技术高速发展过程中, 因特尔公司的创始人之一戈登·摩尔(GodonMoore)对电子计算机产业所依赖的半导体技术的发展作出预言: 半导体芯片的集成度将每两年翻一番。事实证明,自2 0 世纪6 0 年代以后的数十年内, 芯片的集成度和电子计算机的计算速度实际是每十八个月就翻一番, 而价格却随之降低一倍。这种奇迹般的发展速度被公认为“摩尔定律”。

6 “摩尔定律”与“计算的极限”

人类是否可以将电子计算机的运算速度永无止境地提升? 传统计算机计算能力的提高有没有极限? 对此问题, 学者们在进行严密论证后给出了否定的答案。如果电子计算机的计算能力无限提高, 最终地球上所有的能量将转换为计算的结果——造成熵的降低, 这种向低熵方向无限发展的运动被哲学界认为是禁止的, 因此, 传统电子计算机的计算能力必有上限。

而以IBM 研究中心朗道(R.Landauer)为代表的理论科学家认为到2 1 世纪3 0 年代, 芯片内导线的宽度将窄到纳米尺度( 1纳米= 1 0 - 9 米) , 此时, 导线内运动的电子将不再遵循经典物理规律——牛顿力学沿导线运行, 而是按照量子力学的规律表现出奇特的“电子乱窜”的现象, 从而导致芯片无法正常工作; 同样, 芯片中晶体管的体积小到一定临界尺寸( 约5 纳米) 后, 晶体管也将受到量子效应干扰而呈现出奇特的反常效应。

哲学家和科学家对此问题的看法十分一致: 摩尔定律不久将不再适用。也就是说, 电子计算机计算能力飞速发展的可喜景象很可能在2 1 世纪前3 0 年内终止。著名科学家, 哈佛大学终身教授威尔逊(EdwardO.Wilson)指出: “科学代表着一个时代最为大胆的猜想( 形而上学) 。它纯粹是人为的。但我们相信, 通过追寻“梦想—发现—解释—梦想”的不断循环, 我们可以开拓一个个新领域, 世界最终会变得越来越清晰, 我们最终会了解宇宙的奥妙。所有的美妙都是彼此联系和有意义的。”[论/文/网 LunWenData/Com]

7 量子计算系统

量子计算最初思想的提出可以追溯到20 世纪80 年代。物理学家费曼RichardP.Feynman 曾试图用传统的电子计算机模拟量子力学对象的行为。他遇到一个问题:量子力学系统的行为通常是难以理解同时也是难以求解的。以光的干涉现象为例,在干涉过程中, 相互作用的光子每增加一个, 有可能发生的情况就会多出一倍, 也就是问题的规模呈指数级增加。模拟这样的实验所需的计算量实在太大了, 不过, 在费曼眼里, 这却恰恰提供一个契机。因为另一方面, 量子力学系统的行为也具有良好的可预测性: 在干涉实验中, 只要给定初始条件, 就可以推测出屏幕上影子的形状。费曼推断认为如果算出干涉实验中发生的现象需要大量的计算, 那么搭建这样一个实验, 测量其结果, 就恰好相当于完成了一个复杂的计算。因此, 只要在计算机运行的过程中, 允许它在真实的量子力学对象上完成实验, 并把实验结果整合到计算中去, 就可以获得远远超出传统计算机的运算速度。

在费曼设想的启发下, 1 9 8 5 年英国牛津大学教授多伊奇DavidDeutsch 提出是否可以用物理学定律推导出一种超越传统的计算概念的方法即推导出更强的丘奇——图灵论题。费曼指出使用量子计算机时,不需要考虑计算是如何实现的, 即把计算看作由“神谕”来实现的: 这类计算在量子计算中被称为“神谕”(Oracle)。种种迹象表明: 量子计算在一些特定的计算领域内确实比传统计算更强, 例如,现代信息安全技术的安全性在很大程度上依赖于把一个大整数( 如1 0 2 4 位的十进制数) 分解为两个质数的乘积的难度。这个问题是一个典型的“困难问题”, 困难的原因是目前在传统电子计算机上还没有找到一种有效的办法将这种计算快速地进行。目前, 就是将全世界的所有大大小小的电子计算机全部利用起来来计算上面的这个1 0 2 4 位整数的质因子分解问题, 大约需要2 8 万年, 这已经远远超过了人类所能够等待的时间。而且, 分解的难度随着整数位数的增多指数级增大, 也就是说如果要分解2 0 4 6 位的整数, 所需要的时间已经远远超过宇宙现有的年龄。而利用一台量子计算机, 我们只需要大约4 0 分钟的时间就可以分解1024 位的整数了。

8 量子计算中的神谕

人类的计算工具, 从木棍、石头到算盘, 经过电子管计算机, 晶体管计算机, 到现在的电子计算机, 再到量子计算。笔者发现这其中的过程让人思考: 首先是人们发现用石头或者棍棒可以帮助人们进行计算, 随后, 人们发明了算盘, 来帮助人们进行计算。当人们发现不仅人手可以搬动“算珠”, 机器也可以用来搬动“算珠”, 而且效率更高, 速度更快。随后, 人们用继电器替代了纯机械, 最后人们用电子代替了继电器。就在人们改进计算工具的同时,数学家们开始对计算的本质展开了研究,图灵机模型告诉了人们答案。

量子计算的出现, 则彻底打破了这种认识与创新规律。它建立在对量子力学实验的在现实世界的不可计算性。试图利用一个实验来代替一系列复杂的大量运算。可以说。这是一种革命性的思考与解决问题的方式。

因为在此之前, 所有计算均是模拟一个快速的“算盘”, 即使是最先进的电子计算机的CPU 内部,64 位的寄存器(register),也是等价于一个有着6 4 根轴的二进制算盘。量子计算则完全不同, 对于量子计算的核心部件, 类似于古代希腊中的“ 神谕”, 没有人弄清楚神谕内部的机理, 却对“神谕”内部产生的结果深信不疑。人们可以把它当作一个黑盒子, 人们通过输入, 可以得到输出, 但是对于黑盒子内部发生了什么和为什么这样发生确并不知道。

9 “神谕”的挑战与人类自身的回应人类的思考能力, 随着计算工具的不断进化而不断加强。电子计算机和互联网的出现, 大大加强了人类整体的科研能力,那么, 量子计算系统的产生, 会给人类整体带来更加强大的科研能力和思考能力, 并最终解决困扰当今时代的量子“神谕”。不仅如此, 量子计算系统会更加深刻的揭示计算的本质, 把人类对计算本质的认识从牛顿世界中扩充到量子世界中。

如果观察历史, 会发现人类文明不断增多的“发现”已经构成了我们理解世界的“ 公理”, 人们的公理系统在不断的增大, 随着该系统的不断增大, 人们认清并解决了许多问题。人类的认识模式似乎符合下面的规律:

“ 计算工具不断发展— 整体思维能力的不断增强—公理系统的不断扩大—旧的神谕被解决—新的神谕不断产生”不断循环。

无论量子计算的本质是否被发现, 也不会妨碍量子计算时代的到来。量子计算是计算科学本身的一次新的革命, 也许许多困扰人类的问题, 将会随着量子计算机工具的发展而得到解决, 它将“计算科学”从牛顿时代引向量子时代, 并会给人类文明带来更加深刻的影响。[论*文*网]

参考文献

[1] M.A.NielsenandI.L.Chuang,QuantumComputation and Quantum Information[M].Cambridge University Press,2000.

第3篇：量子力学和计算机的关系范文

赛迪智库网络空间研究所认为，量子计算机的成熟和大规模应用还需要相当长的时间，但我们必须着眼未来，做好以下工作：持续跟踪和支持量子计算机研究，推动形成商业化量子计算机研究机制，积极应对专用量子计算C冲击。

量子计算机研究进展显著

量子计算机是基于量子力学的叠加原理和量子纠缠等性质来进行数据计算的计算机，在密码学、科学模拟、大数据处理等领域，具有传统计算机无法比拟的优势。

欧美科学界和企业界不断加大投入，并有了重大进展。一是研究机构与企业投入力度不断加大。微软研究院2012年成立了量子体系结构与计算研究组；谷歌公司与美国国家航空航天局（NASA）于2013 年联合成立了量子人工智能实验室。此外，欧盟2016年4月宣布，将于2018年启动总额10亿欧元的量子技术项目；澳大利亚政府2016 年4 月宣布，将在澳大利亚量子计算与通信技术中心成立量子计算实验室，进一步加大对半导体硅基量子芯片等研究的集中投入。

二是取得了一系列重大突破。在量子芯片方面，加州大学圣塔芭芭拉分校实现了9量子比特的超导量子芯片，新南威尔士大学实现了2量子比特的硅基半导体量子芯片，牛津大学实现了5量子比特的离子阱量子芯片。

在量子计算机方面，谷歌于2015年推出了声称比其它计算机快1亿倍的量子退火机D-Wave；IBM于2016年5月了5超导量子比特的量子计算机，谷歌和西班牙巴斯克大学于2016 年6 月公布了具有9超导量子比特的模拟量子计算机，马里兰大学与美国国家标准与技术研究院于2016年8月了5个量子比特的可编程量子计算机。

目前我国在量子计算领域部分研究成果已达到国际一流水平，但总体上基础较为薄弱，与欧美等国家和地区仍有一定差距。

量子计算机距离可用仍有较大距离

虽然在研究方面取得了较大进展，但量子计算机在理论层面和物理实现方面均面临诸多难题，距离可用仍有很长的路要走。

在理论层面，量子计算机需要特定的量子算法才能发挥强大性能，但并不是所有的计算都可以用量子算法加速，类似Shor算法（用于大数质因子分解）和Grover 算法（用于无序数据库搜索）等完全超越传统算法的仍较少。

在物理实现层面，科学家普遍认为，可用的量子计算机至少应具有几十个以上的量子比特、比特逻辑门的保真度达到99%，以及操作速度和退相干时间在合理范围，但目前国际最先进的水平都未达到这一要求。与此同时，量子比特非常脆弱，外界任何微弱的环境变化都可能对其造成破坏性影响，量子计算机的核心部件通常处于比太空更加寒冷的密封极低温环境中。

量子计算机的应用将产生巨大影响

一、量子计算机将影响国际政治格局。量子计算技术关系到一个国家未来的基础计算能力，拥有了这种能力才可能迅速建立起全方位的战略优势，引领量子信息时代的国际发展。

二、量子计算机将颠覆IT产业格局。一方面，作为现代计算机的颠覆者，未来量子计算机会像传统计算机一样形成庞大的技术产业链，为信息和材料等科学技术的发展开辟广阔空间，带动包括材料、信息、技术、能源在内的一大批产业实现飞跃式发展。另一方面，量子计算机技术也为IT产业各参与方提供了弯道超车的机会。

三、量子计算机将首先从专用领域取得突破。根据现有研况，量子计算机将首先在密码、人工智能等专用领域出现，并产生颠覆性影响。

第4篇：量子力学和计算机的关系范文

关键词：计算机辅助药物分子设计；教学改革；研究生课程

中图分类号 G642 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）02-03-0105-03

Abstract：Computer aided drug molecular design，as a rapidly developing interdisciplinary subject，has played an increasingly important role in the development and research of new drugs. The course knowledge updates speed and is highly professional. Learning this course will help improve the professional quality of students in biology，medicine and pharmacy. Combined with the present situation of the computer aided drug molecular design teaching in Henan University of Science and Technology，the ideas of reform have been put forward from three aspects consisting of selection of teaching content，related professional software learning and the examination system of the course.

Key words：Computer aided drug molecular design；Teaching reform；Postgraduate courses

S着人类基因组测序工作的完成，海量的生物学数据为人类疾病的预测、诊断、预防和治疗提供了最合理、有效的方法或途径，同时也为新药的研究和开发带来了前所未有的机遇和变革。药物的研究与开发是一个长周期、高投入而又学科密集的系统工程。1964年，Hansch提出了药物结构与生物活性之间的定量构效关系，计算机技术开始得以进入医学领域并应用于药物设计。在过去的数十年中，随着计算机技术的迅速发展以及分子生物学、量子化学、分子力学、药物化学等多门学科的加入，计算机辅助药物分子设计逐渐完善并趋于成熟，出现了多项成功的设计案例，大大缩短了新药的研发周期并提高了成功率[1]。国内外许多制药企业和公司的研发部门在药物的研发过程中，充分利用计算机技术和手段预测药物靶点、确定作用位点、评价药物的动力学性质、毒理学行为等[2]。计算机辅助药物分子设计的理论和应用研究已成为药物分子设计过程中不可或缺的环节，也是医学、药学、生物学等从业人员的必备技术之一[3]。目前，全国多所高校及科研院所已经开展了计算机辅助药物分子设计的教学工作，笔者所在的河南科技大学化工与制药学院也将此门课作为本科和研究生的选修课程。该门课程信息量大，知识更新速度快，对学生的实践操作能力要求较高。笔者在计算机辅助药物分子设计的教学过程中不断探索和积累经验，在对学生的授课过程中取得了较好的教学效果。

1 教材的选择和授课内容的选取

目前计算机辅助药物分子设计已有很多相关书籍出版，选择合适的教材和教学内容是保证教学质量的关键。针对我院相关专业的特点，笔者选择的参考教材为魏冬青等编著的《分子模拟与计算机辅助药物设计》，朱瑞新编著的《计算机辅助药物设计――基本原理概要与实践详解》和施耐德著、唐S编译的《药物分子设计――从入门到精通》。其中《分子模拟与计算机辅助药物分子设计》这本书详细介绍了计算机辅助药物分子设计方法以及相关的理论计算方法，包括分子模拟的数学、生物学、物理和化学基础，蛋白质结构的模拟，药物设计的基本方法和信息系统等内容，并列举了不少药物设计的实例。而《计算机辅助药物设计――基本方法原理概要与实践详解》对于理论部分的介绍尽量做到简明扼要，而对于实践操作的讲解尽量做到详细，内容涵盖了计算机辅助药物分子设计的七大研究方向：虚拟小分子生成、大分子结构预测、定量构效关系、药效团模型、分子对接、全新药物设计和动态模拟，并且系统地对这些技术的操作进行了讲解。《药物分子设计――从入门到精通》一书由药物分子设计领域的国际著名专家编著，图文并茂，既有适合于初学者入门的最基本原理，也有适合于有经验分子模拟人员提高的最前沿虚拟筛选和分子设计技术。这几本书具有显著的代表性，不但可作为药学、化学和生物学等相关专业学生学习药物分子设计的入门教科书，也可作为从事药物研发或对其感兴趣人员的学习参考书，使阅读者受益匪浅。

计算机辅助药物分子设计涉及的理论基础有高等数学、量子化学和分子动力学等，这些内容抽象繁琐，晦涩难懂。我院将这门课列为选修课程，学时有限，且学生计算化学和结构化学的基础较为薄弱，加大了这门课的教学难度。笔者在理论教学方面着重阐明基本理论和基本概念，略去繁琐的公式推导过程，叙述由浅入深、循序渐进，力求深广度适当，择要举例，以帮助学生对基本原理的理解和掌握。由于这门课要求学生运用计算机和相关设计软件进行操作，与理论依据相比，笔者更重视如何通过讲解，使学生能运用计算机和相关软件进行实际操作和设计。在教学内容方面，笔者选取目前计算机辅助药物设计中最常用的研究方法，将教学的重点放在药效团结构建模、定量构效关系、分子对接、蛋白质结构模拟和药物设计的信息系统这几个方面。将理论知识和实践操作有机地结合起来，能培养学生的学习兴趣，提高了学生的学习积极性，极大地提高了课堂效率。

2 教学中的实践环节

为了进一步理论联系实际，培养学生学以致用的操作能力，在课堂上笔者安排了专业软件和设计实例的学习。课程中学习的软件有分子三维结构显示软件Pymol、VMD，药物与分子设计专业软件Sybyl和免费开源的分子对接软件Autodock等。Pymol是目前应用最广泛的生物大分子显示软件，可以准确地显示生物大分子的空间结构，在所有正式发表的科学论文中的蛋白质结构图像中，有1/4是使用Pymol来制作的。相对于Pymol，VMD软件在大分子结构建模上更为简单和灵活。在课堂上用软件展示和分析一些生物大分子三维结构和药效团模型，让学生更直观清楚地了解如何利用软件作图，如何直接进行分子结构的编辑和修改。通过鼠标操作和命令行操作将静态分子结构运动起来，让学生真实地体会到药物如何与受体相互作用，如何引起受体结构改变产生药效等[4]。在计算机辅助药物分子设计过程方面，笔者重点讲解了Sybyl软件。Sybyl是一款全面的药物与分子设计专业工具，涵盖了药物设计研发的各个阶段，可以用来发现新的先导化合物、优化化合物结构以及解释作用机理等，为新药研发节省了大量的人力和财力。在课堂上，围绕技术原理、实用案例、使用方法等几个方面出发，详细介绍Sybyl所涵盖的所有分子模拟技术。笔者还讲解了免费的分子对接软件Autodock。分子对接就是受体和药物分子之间通过几何匹配和能量匹配而相互识别的过程。AutoDock软件应用半柔性对接方法，允许小分子的构像发生变化，以结合自由能作为评价对接结果的依据。此外，笔者还介绍了一些比较常用的药物设计数据库，如PubChem、ChemIDplus、ZINC等。这些专业软件和工具在药物研发的各个阶段发挥了重要作用，让学生学习这些软件和了解相关的网络资源能拓宽他们的视野，对将来进一步的学习深造和科研工作有很大的帮助。

3 课程考核方法的改革

为全面衡量学生对计算机辅助药物分子设计这门课的掌握的程度和学习情况，我们对课程的考核形式、评价方式、考核权重等方面进行改革，制定课程总成绩评分体系，包括过程化考核和期末考试2个部分。过程化考核成绩占总成绩的50%，由3次实践性项目考核构成。第一次是分子建模考核，在课堂上要求学生们用软件构建蛋白质或药效团的三维结构，对选中结构进行骨架替换、缩放和移动等。使用菜单工具测量键长、键角和二面角，改变分子的显示模式和颜色，显示分子所带电性和表面性质等[5]。第二次是分子对接操作考核，主要训练学生通过受体的特征以及受体和药物分子之间的相互作用方式来进行药物设计。学生通过计算服务器，模拟小分子配体―受体生物大分子的对接操作，并将对接后的最佳构象和对接模式用专业软件显示出来。第三次是根据具体设计案例进行讨论，教师首先就经典药物设计案例进行讲解，然后和学生就具体案例进行讨论。学生对案例中的关键问题及具体操作提出疑问，由教师集中解答，最后由学生讨论并汇报结果。期末考试占总成绩的50%，包括笔试和上机考试，各占总成绩的25%。笔试采用开卷形式，允许学生翻阅参考书，主要针对分子模拟的生物学基础、分子模拟基本算法、蛋白质结构模拟、药物设计的基本方法和信息系统等理论知识进行考察。上机考试围绕教学重点，将真实的药物数据和研究问题提供给学生，要求学生在120min内提交相关的设计结果和上机汇报。过程化考核和期末性考试的结合，改变了单纯知识化考核的评价模式，减少了成绩的随机性因素，能更好地反映学生将理论应用于实践的综合能力和操作水平[6]。

4 结语

计算机辅助药物分子设计经过数十年来的发展，突飞猛进，在许多药物的开发研究中取得成功。我国的医药工业正处于从仿制药为主向自主研发转变的关键时期，国家对药物研发工作的重视将推动我国由医药大国向医药强国的转变。从专业发展的角度而言，计算机辅助药物分子设计具有非常广阔的应用前景和发展空间。高等学校的人才培养应紧跟时代的步伐，培养能够满足医药生产企业、医院、学校以及其他用人单位需求的专业人才，为国家和社会做出贡献。

参考文献

[1]徐筱杰，侯廷军，乔学斌，等.计算机辅助药物分子设计[M].北京：化学工业出版社，2004.

[2]徐建凯，陈秀杰，刘磊，等.《计算机辅助药物设计》项目式教学实践[J].黑龙江科技信息，2013（31）：158.

[3]欧阳勤，王懿，刘天渝.基于云计算的计算C辅助药物设计学课程改革[J].药学教育，2015，31（4）：46-49.

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第5篇：量子力学和计算机的关系范文

关键词：计算工具；图灵模型；量子计算；哥德尔不完备定理；神谕

一、引言与计算的产生

在人类社会的早期时代，加减乘除的概念就被人们所认识到。随着人类文明的发展和技术的进步，对求方程的解，求函数的微分和积分等概念也纳入了计算的范畴。伴随人类生产活动的不断增加，人们对计算的要求也越来越大，计算工具也再不断的改进。

二、远古的计算工具

人们开始产生计算之日，便不断寻求能方便进行和加速计算的工具。因此，计算和计算工具是息息相关的。

早在公元前5世纪，中国人已开始用算筹作为计算工具，并在公元前3世纪得到普遍的采用，一直沿用了二千年。后来，人们发明了算盘，并在15世纪得到普遍采用，取代了算筹。它是在算筹基础上发明的，比算筹更加方便实用，同时还把算法口诀化，从而加快了计算速度。因此源用至今，并流传到海外，成为一种国际性的计算工具。

三、近代计算系统

近代的科学发展促进了计算工具的发展：在1614年，对数被发明以后，乘除运算可以化为加减运算，对数计算尺便是依据这一特点来设计。1620年，冈特最先利用对数计算尺来计算乘除。1850年，曼南在计算尺上装上光标，因此而受到当时科学工作者，特别是工程技术人员所广泛采用。

机械式计算器是与计算尺同时出现的，是计算工具上的一大发明。帕斯卡于1642年发明了帕斯卡加法器。在1671年，莱布尼茨发明了一种能作四则运算的手摇计算器，是长1米的大盒子。自此以后，经过人们在这方面多年的研究，特别是经过托马斯、奥德内尔等人的改良后，出现了多种多样的手摇计算器，并风行全世界。

四、电动计算机

英国的巴贝奇于1834年，设计了一部完全程序控制的分析机，可惜碍于当时的机械技术所限制而没有制成，但已包含了现代计算的基本思想和主要的组成部分了。

此后，由于电力技术有了很大的发展，电动式计算器便慢慢取代以人工为动力的计算器。1941年，德国的楚泽采用了继电器，制成了第一部通用过程控制计算器，实现了100多年前巴贝奇的理想。

五、电子计算机

20世纪初，电子管的出现，使计算器的改革有了新的发展，并由于二次大战的迫切的军事需要，美国宾夕法尼亚大学和有关单位在1946年制成了第一台电子计算器。

电子计算机的出现和发展，让人类进入了一个全新的时代。它极大影响了经济社会发展，并彻底改变了人们的生活。电子计算机是二十世纪最伟大的发明之一，也当之无愧地被认为是迄今为止由科学和技术所创造的最具影响力的现代工具。

在电子计算机和信息技术高速发展过程中，因特尔公司的创始人之一戈登·摩尔(godon moore) 对电子计算机产业所依赖的半导体技术的发展作出预言：半导体芯片的集成度将每两年翻一番。事实证明，自二十世纪60 年代以后的数十年内，芯片的集成度和电子计算机的计算速度实际是每十八个月就翻一番，而价格却随之降低一倍。这种奇迹般的发展速率被公认为“摩尔定律”。

六、 “摩尔定律”与“计算的极限”

人类是否可以将电子计算机的运算速度永无止境地提升? 传统计算机计算能力的提高有没有极限? 对此问题，学者们在进行严密论证后给出了否定的答案。

如果电子计算机的计算能力无限提高，最终地球上所有的能量将转换为计算的结果——造成熵的降低，这种向低熵方向无限发展的运动被哲学界认为是禁止的，因此，传统电子计算机的计算能力必有上限。

而以ibm研究中心朗道(r. landauer) 为代表的理论科学家认为到二十一世纪三十年代，芯片内导线的宽度将窄到纳米尺度(1 纳米= 10-9 米) ，此时，导线内运动的电子将不再遵循经典物理规律——牛顿力学沿导线运行，而是按照量子力学的规律表现出奇特的“电子乱窜”的现象，从而导致芯片无法正常工作；同样，芯片中晶体管的体积小到一定临界尺寸(约5纳米) 后，晶体管也将受到量子效应干扰而呈现出奇特的反常效应。

哲学家和科学家对此问题的看法十分一致：摩尔定律不久将不再适用。也就是说，电子计算机计算能力飞速发展的可喜景象很可能在二十一世纪前三十年内终止。

著名科学家，哈佛大学终身教授威尔逊(edward o. wilson) 指出：“科学代表着一个时代最为大胆的猜想(形而上学) 。它纯粹是人为的。但我们相信，通过追寻“梦想—发现—解释—梦想”的不断循环，我们可以开拓一个个新领域，世界最终会变得越来越清晰，我们最终会了解宇宙的奥妙。所有的美妙都是彼此联系和有意义的。”

这段话成为许多科学家的座右铭，给人以启示。科学需要梦想，甚至需要形而上的猜想。科学的预言有时在哲学看来有着形而上学的味道。而在人类面临着计算科学的最大难题——计算的极限到来之时，dna计算和量子计算为实现人类的这个梦想铺开了宏伟蓝图。

七、dna计算系统

1994年11月，美国计算机科学家阿德勒曼(l.adleman)在美国《科学》上公布dna计算机的理论，并成功运用dna计算机解决了一个有向哈密顿路径问题[7]。 dna计算机的提出，产生于这样一个发现，即生物与数学的相似性：(1)生物体异常复杂的结构是对由dna序列表示的初始信息执行简单操作(复制、剪接)的结果；(2)可计算函数f(ω)的结果可以通过在ω上执行一系列基本的简单函数而获得。

阿德勒曼不仅意识到这两个过程的相似性，而且意识到可以利用生物过程来模拟数学过程。更确切地说是，dna串可用于表示信息，酶可用于模拟简单的计算。这是因为：首先，dna是由称作核昔酸的一些单元组成，这些核昔酸随着附在其上的化学组或基的不同而不同。共有四种基：腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶，分别用a、g、c、t表示。单链dna可以看作是由符号a、g、c、t组成的字符串。从数学上讲，这意味着可以用一个含有四个字符的字符集∑ =a、g、c、t来为信息编码(电子计算机仅使用0和1这两个数字)。其次，dna序列上的一些简单操作需要酶的协助，不同的酶发挥不同的作用。起作用的有四种酶：限制性内切酶，主要功能是切开包含限制性位点的双链dna；dna连接酶，它主要是把一个dna链的端点同另一个链连接在一起；dna聚合酶，它的功能包括dna的复制与促进dna的合成；外切酶，它可以有选择地破坏双链或单链dna分子。正是基于这四种酶的协作实现了dna计算。

dna计算与电子计算机完全不同，它的计算单元是装在试管培养液中的dna长链。通过控制试管的温度和向试管中投放反应物，来进行计算。

八、量子计算系统

量子计算最初思想的提出可以追溯到20世纪80年代。物理学家费曼richardp.feynman 曾试图用传统的电子计算机模拟量子力学对象的行为。他遇到一个问题[11]：量子力学系统的行为通常是难以理解同时也是难以求解的。以光的干涉现象为例，在干涉过程中，相互作用的光子每增加一个 ，有可能发生的情况就会多出一倍 ，也就是问题的规模呈指数级增加。模拟这样的实验所需的计算量实在太大了，不过，在费曼眼里 ，这却恰恰提供一个契机。

因为另一方面，量子力学系统的行为也具有良好的可预测性：在干涉实验中，只要给定初始条件，就可以推测出屏幕上影子的形状。费曼推断认为如果算出干涉实验中发生的现象需要大量的计算，那么搭建这样一个实验，测量其结果，就恰好相当于完成了一个复杂的计算。因此，只要在计算机运行的过程中，允许它在真实的量子力学对象上完成实验，并把实验结果整合到计算中去，就可以获得远远超出传统计算机的运算速度。

在费曼设想的启发下，1985年英国牛津大学教授多伊奇david deutsch 提出是否可以用物理学定律推导出一种超越传统的计算概念的方法即推导出更强的丘奇——图灵论题[15]。费曼指出使用量子计算机时，不需要考虑计算是如何实现的，即把计算看作由“神谕”来实现的：这类计算在量子计算中被称为“神谕”（oracle）。

有种种迹象表明：量子计算至少在一些特定的计算领域内确实比传统计算更强，例如，现代信息安全技术的安全性在很大程度上依赖于把一个大整数（如1024 位的十进制数) 分解为两个质数的乘积的难度。这个问题是一个典型的“困难问题”，困难的原因是目前在传统电子计算机上还没有找到一种有效的办法将这种计算快速地进行。目前，就是将全世界的所有大大小小的电子计算机全部利用起来来计算上面的这个1024 位整数的质因子分解问题，大约需要28 万年，这已经远远超过了人类所能够等待的时间。而且，分解的难度随着整数位数的增多指数级增大，也就是说如果要分解2046 位的整数，所需要的时间已经远远超过宇宙现有的年龄。而利用一台量子计算机，我们只需要大约40 分钟的时间就可以分解1024 位的整数了。

更重要的是，量子计算从本质上说是可逆的，朗道证明了可逆计算可以不消耗资源———也就是说，量子计算的运算速度可以不违背熵持续增加原理而无限增加。从这个例子我们可以直觉地认为量子计算在处理大规模计算问题时优越性是十分明显的，但目前还没法用数学证明这一点。

九、计算的本质

在人类文明的早期，人们就认识到“加减”这些计算活动，以及它们的重要性。随着，计算工具的不断改进，人们的“计算”本身的也不断的加深了解。到后来开方、求方程的解、求微分求积分也被纳入进计算的范畴。

“什么是计算？”问题一直到20世纪30年，才由哥德尔（k.godel，1906-1978），丘奇(a.church，1903-1995)，图灵(a.m.tui-ing，1912-1954)等数学家 的工作，人们才弄清楚什么是计算的本质，以及什么是可计算的，什么是不可计算的等根本性问题。

抽象地说，所谓计算，就是从一个符号串f变换成另一个符号串g。比如说，从符号串12+3变换成15就是一个加法计算。如果符号串f是x2，而符号串g是2x，从f到g的计算就是微分。定理证明也是如此，令f表示一组公理和推导规则，令g是一个定理，那么从f到g的一系列变换就是定理g的证明。从这个角度看，文字翻译也是计算，如f代表一个英文句子，而g为含意相同的中文句子，那么从f到g就是把英文翻译成中文。这些变换间有什么共同点？为 什么把它们都叫做计算？因为它们都是从己知符号(串)开始，一步一步地改变符号(串)，经过有限步骤，最后得到一个满足预先规定的符号(串)的变换过程。

从类型上讲，计算主要有两大类：数值计算和符号推导。数值计算包括实数和函数的加减乘除、幕运算、开方运算、方程的求解等。符号推导包括代数与各种函数的恒等式、不等式的证明，几何命题的证明等。但无论是数值计算还是符号推导，它们在本质上是等价的、一致的，即二者是密切关联的，可以相互转化，具有共同的计算本质。随着数学的不断发展，还可能出现新的计算类型。

随着计算机日益广泛而深刻的运用，计算这个原本专门的数学概念已经泛化到了人类的整个知识领域，并上升为一种极为普适的科学概念和哲学概念，成为人们认识事物、研究问题的一种新视角、新观念和新方法。

十、“计算主义”的兴起

随着计算工具的发展，一些哲学家和科学家开始从计算的视角审视世界，科学家们不仅发现大脑和生命系统可被视作计算系统 ，而且发现整个世界事实上就是一个计算系统。当康韦证明细胞自动机与图灵机等价时 ，就有人开始把整个宇宙看作是计算机。因为特定配置的细胞自动机原则上能模拟任何真实的过程。如果真是这样，那么 ，我们便可以设想一种细胞自动机，它能模拟整个宇宙。实际上，我们完全可以把宇宙看作是一个三维的细胞自动机。基本粒子或其它什么层次的物质实体可以看作是这个细胞自动机格点上的物质状态 ，支配它们运动变化的规律可以看作是它们的行为规则。在这些规则的作用下基本粒子发生各种变化，从而导致宇宙的演化。

总之，计算或算法的观念在当今已经渗透到宇宙学、物理学、生物学乃至经济学和社会科学等诸多领域。计算已不仅成为人们认识自然、生命、思维和社会的一种普适的观念和方法 ，而且成为一种新的世界观。一些学者认为：不仅生命和思维的本质是计算，自然事件的本质也是计算。

十一、量子计算中的神谕

人类的计算工具，从木棍、石头到算盘，经过机械计算器，电器计算机，到现代的电子计算机，再到dna计算机和量子计算。笔者发现这其中的过程让人思考：首先是人们发现用石头或者棍棒可以帮助人们进行计算，随后，人们发明了算盘，来帮助人们进行计算。当人们发现不仅人手可以搬动“算珠”，机器可以用来搬动“算珠”，而且效率更高，速度更快的时候，人们自然想到利用机器来搬动算珠，诞生了机械计算设备。

随后，人们用继电器替代了纯机械。最后人们用电子代替了继电器。就在人们改进计算工具的同时，数学家们开始对计算的本质展开了研究，图灵机模型告诉了人们答案。

电子计算机后，人们改变了思路，即：到自然界中去发现那些符合图灵模型的现象，例如dna分子链的自我复制现象。dna分子提供了agct四种碱基，相当于电子计算机中的2进制的0和1。dna自我复制的机制，非常接近电子计算机的的模型——图灵机模型。

可以说，dna计算机是基于图灵机的先进计算方式。但是它始终不能突破图灵机的极限。即：在牛顿经典物理学下“确定世界”的计算模型。

量子计算的出现，则彻底打破了这种认识与创新规律。它建立在对量子力学实验的在现实世界的不可计算性。试图利用一个实验来代替一系列复杂的大量运算。可以说。这是一种革命性的思考与解决问题的方式。

应为在此之前，所有计算均是模拟一个快速的“算盘”，即使是最先进电子计算机cpu内部，64位的寄存器(register)，也是等价于一个有着64根轴的二进制算盘。在dna计算中，这种情况稍微复杂一点，可视为atcg四种碱基所构成的拥有上百万根轴，每根轴上有四个珠的“超级算盘”，尽管它的体积小到可以放在一根试管中。

量子计算则完全不同，对于量子计算的核心部件，类似与古代希腊世界中的“神谕”，没有人弄清楚神谕内部的机理，却对“神谕”内部产生的结果深信不疑。人们可以把它当作一个黑盒子，人们通过输入，可以得到输出，但是对于黑盒子内部发生了什么和为什么这样发生确并不知道。

十二、“神谕”的本质与哥德尔不完备性

量子计算在信息的承载体上与经典计算毫无区别:它同样利用二进制比特——称为量子比特——来进行运算。但是，量子力学的一个十分“反直觉”的奇特现象铸就了量子比特与传统比特的天壤之别。一个量子比特不仅仅可以表示信息“0”和“1”，还出人意料地可以表示一种“0”和“1”的叠加状态。

我们可以清晰地看到量子计算的神奇以及它不同于经典计算之处。那么，为什么量子计算会显示出如此奇怪的性质呢? 这些性质又有什么本质的物理原因呢[12]? 遗憾的是，迄今为止，科学家们还在为这些神奇的量子现象的本质而进行探索，答案不得而知。

人们对量子计算本质的无知来自于人们对量子世界内部的本质的认识还不统一。但这并不妨碍人们把量子计算最为超级计算机的想法。虽然它带有强烈的工具主义倾向。

量子计算的科学研究依然在继续，然而，对量子计算和量子力学本身的哲学研究却已经显示出人类的无奈和无助。也许，世界本身就是一个整体，我们仅仅从细处着眼永远无法看到导致整体变化的内因。

哥德尔不完备性定理告诉我们，任何一个足够强的一致的公理系统的完备性是不可证明的，而它的完备性的不可证明是可以证明的。

一些悲观的科学家和哲学家认为：我们科学研究所依赖的各种公理系统是无法证明完备的，即现实世界的有些现象是无法被已有定律和规律来揭示，人们努力地试图用这些已经发现的公理和规律去解释量子计算、量子力学，去解释自然和宇宙是不可行的。科学家们一直在努力解释量子世界的本质，但也应该清醒，这些努力有可能最终是失败的。而这些失败恰恰证明了哥德尔不完备性定理的正确性。所以他们认为人类是无法认识某些规律的，一些迷题永远是个迷。

十三、“神谕”的挑战与人类自身的回应

笔者的观点与上述不同，人类的思考能力，随着工具的不断进化而不断加强，尽管在远古时期，有些智者的思考能力已经远远超越了他们的时代，但是，在整体上，人类的思维能力和解决问题的能力是随着经济和科技的进步而不断加强。电子计算机和互联网的出现，大大加强了人类整体的科研能力，那么，量子计算系统的产生，会给人类整体带来更加强大的科研能力和思考能力，并最终解决困扰当今时代的量子“神谕”。不仅如此，量子计算系统会更加深刻的揭示计算的本质，把人类对计算本质的认识从牛顿世界中扩充到量子世界中。

哥德尔的不完备性并不能组织人类对未知事物的新发现，如果观察历史，会发现人类文明不断增多的“发现”已经构成了我们理解世界的“公理”，人们的公理系统在不断的增大，随着该系统的不断增大，人们认清并解决了许多问题。人类的认识模式似乎符合下面的规律：

“计算工具不断发展——整体思维能力的不断增强——公理系统的不断扩大——旧的神谕被解决——新的神谕不断产生”不断循环。

也许那时会出现新的“神谕”，而“神谕”的出现对人类来说并不是负面的，而是对人类整体思维能力和认识能力的一次挑战。并将刺激着人类对宇宙和自身的更深刻认识。

无论量子计算的本质是否被发现，也不会妨碍量子计算时代的到来。量子计算是计算科学本身的一次新的革命，也许许多困扰人类的问题，将会随着量子计算机工具的发展而得到解决，它将“计算科学”从牛顿时代引向量子时代，并会给人类文明带来更加深刻的影响。

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第6篇：量子力学和计算机的关系范文

关键词:商业银行;计算机;审计

审计署从1998年开始明确信息化建设,到2002年5月“金审工程”正式启动作为标志审计信息化建设进入飞速发展的阶段。在金融审计领域,由于金融企业实行电子化、网络化管理,数据复杂、多样化的特点,决定了金融审计必须运用信息化审计技术,即运用计算机审计来提高工作效率、实现审计目标、创造审计信息化的新模式。本文结合实际,谈谈对商业银行审计中运用计算机审计的几点体会和思考:

1 金融审计必须开展计算机审计

金融企业业务量大、数据量大、贷款档案和会计凭证多,在传统的手工审计下,只能根据报表、明细帐、内外审计报告等有关资料进行经验分析,确定抽查的重点和对象,这种方式带有一定的不确定性和偶然性,难以全面性反映问题,但若采用详查方式人力物力又难以组织和实施。计算机审计的开展,使金融审计人员能够从大量原始、繁琐的数据和枯燥、重复的手工操作中解脱出来,运用计算机知识从容的提取、分析和判断被审计单位海量的财务、业务信息,扩大了审计覆盖面,提高了审计效率和审计质量。

2 审计方法的改变决定审计项目组织管理模式的变化

手工审计下一般根据审前调查的情况,以资产或者贷款规模为标准初步确定抽查的支行,审计人员分成几个小组到抽查支行进行审计,审计中接触和询问较多的部门主要是总行和各支行的财会部、信贷部。采用计算机审计后,针对目前商业银行将散布在各个分支银行和营业网点的业务数据及其他相关数据,向总行进行上收的数据大集中,实行扁平化管理的“大总行、小分行”模式,审前调查重点集中于总行一级,接触较多的是银行计算机系统管理部门,审计人员首先在该部门了解系统的基本情况,然后根据需求下载和转换数据,获取审计所需要的电子数据,集中力量对数据进行分析和整理,提出有疑点的数据,确定审计重点和审计线索,审计进点后就可以安排审计组对相关支行进行重点和有针对性的审计,避免了现场审计的盲目性。另一方面计算机审计需要审计人员与计算机技术人员的相互沟通和配合。金融审计人员可以独立操作简单的查询、筛选、统计、分析功能,比如利用关键字查询银行自办实体,统计贷款大户的贷款总额等。

3 审计内容从电子数据审计发展到尝试对计算机系统的审计

商业银行的计算机系统数据一般分为财务数据和业务数据两部分,计算机审计按审计对象大致可分为两类:一类是电子数据审计,即通过对电子数据的收集、转换、整理、分析和验证,发现和查找问题,实现审计目标;二是对计算机系统进行审计,是一个通过收集和评价审计证据,对其系统是否能够保护资产的安全、维护数据的完整、使被审计单位的目标得以有效地实现、使组织的资源得到高效地使用等方面作出判断的过程。商业银行数据实行大集中后风险也更加集中,如系统受到黑客攻击或不法分子利用系统的安全漏洞实施犯罪,系统程序设计上存在不足造成数据核算和处理不完整不准确。数据集中后对于银行的风险管理,特别是对操作风险管理和灾难备份系统建设提出了更高的要求。所以,在电子数据审计的基础上对处理、存储电子数据的计算机系统进行审计显得尤为必要。

4 确定计算机审计的范围和重点是关键

商业银行常用的数据库管理系统有Orale、Sybase、DB2等,由于银行的经营业务品种较多,其对应开发的系统也较多,如我们对某商业银行审前调查了解到该行使用的系统总体分为综合业务系统、财务核算系统、信贷业务系统三大类,各类下又分为若干的子系统,如果对这些系统都审计一遍,显然审计资源是无法满足的。为此,就需要审计人员深入了解银行的经营业务及在业务中计算机的实际应用情况,结合审计目标、以往审计情况、审计人员经验和已取得的电子数据、数据字典和数据库说明等技术资料,进行审计需求分析,确定能利用现有数据进行分析的具体问题,确定审计范围和重点,然后根据法律法规、业务逻辑关系、数据间的勾稽关系等建立分析性“中间表”和审计分析模型进行审计。该次审计我们结合资产负债损益审计的要求、该行自行开发系统特点、存贷款计息情况审计较少等情况,最终选择将与财务报表直接相关的核心系统、贷款业务系统、存贷款计息系统、银行承兑汇票系统作为审计范围和重点,大大提高了审计效率,实现了审计目标。

5 传统审计方法与计算机审计有机结合,确保审计质量

计算机审计提高了工作效率、降低了审计成本,扩展了审计范围,使审计人员可以对审计内容进行全面、迅速、有效的分析,但同时也存在一定的局限性和风险。一方面审计人员运用Access、Excel、SQL Server等工具软件审查问题,当审计人员掌握的情况不充分、分析不深入时,编制的程序就会存在不足,而计算机运行是客观的执行,并没有主观的判断,得出的数据和结果就不一定准确,有时还会出现较大的差异。所以在审计工作中,要对计算机审计程序运行的结果进行抽查验证,检查结果的准确性,根据抽查的反馈情况逐步调整、完善程序,得到正确的审计结果。另一方面如果被审计单位计算机系统中的数据存在虚假、修改等情况或者审计人员过分依赖计算机运行所得出的结果,而没有对各种疑点线索进行必要的复查,都会形成审计风险。所以,应该明确计算机审计并不能够完全代替传统的审计方法和技术。在加快计算机审计的研究和发展的同时,也要将调阅被审计单位资料、进行抽样审计、问卷调查、延伸审计等传统的审计方式和方法与计算机审计有机结合,确保审计质量。

第7篇：量子力学和计算机的关系范文

进入21世纪，随着科学技术的飞速发展，电子计算机的应用已经渗透到各学科的每一个领域之中，各学科的进一步发展对计算机的依赖程度越来越高，化学工程学科也不例外。目前，计算机已经深入应用到化工模拟、计算化学和化工制图等化学工程学科的各个层面之中，对化学工程的发展起着巨大的促进推动作用。化学工作者应该抓住机遇，在新时期努力学习计算机知识、熟练掌握运用计算机，将其应用到化工设计、化学本文由收集整理计算中去，使化工学科能够更快地发展。

化学工程作为一门基础学科，长期以来是以实验为基础发展起来的，是一门理论与实验相结合的学科。随着计算机技术和信息技术的发展日新月异，化学工程的研究中又增加了计算与计算机模拟的方法，它已经逐渐成为化学工程中最富有生命力的研究方法。随着电子计算机在化学工程中的广泛应用，传统的化学工程学科已逐渐成为一门集实验、计算、理论于一体的综合性学科。

从20世纪50年代开始，科研工作者就利用计算机解算化工过程的数学模型，使研究方法出现了一个革新。经过几十年的发展，化工过程模拟已经成为普遍采用的常规手段，被广泛应用于化工过程的研究、开发、设计、生产操作的控制与优化、操作培训和技术改造之中。

一、流程模拟

化工过程流程模拟或流程模拟是根据化工过程的数据，诸如物料的压力、温度、流量、组成和有关的工艺操作条件、工艺规定、产品规格以及一定的设备参数，如蒸馏塔的板数、进料位置等，采用适当的模拟软件，将一个有许多个单元过程组成的化工流程用数学模拟描述，用计算机模拟实际生产过程，并在计算机上通过改变各种有效条件得到所需要的结果，其中包括最受关心的原材料消耗、公用工程消耗和产品、副产品的产量和质量等重要数据。

流程模拟就是在计算机上“再现”实际生产过程，由于这一“再现”过程不涉及实际装置的任何管线、设备以及能源的变动，因此给化工模拟人员最大的自由度，可以在计算机上任意进行不同方案和工艺条件的探讨、分析。流程模拟式计算机技术是化工方面的最重要应用之一。应用流程模拟系统不仅可以节省时间，也可节省大量资金和操作费用，提高产品质量和产量，降低消耗。流程模拟系统还可以对经济效益、过程优化、环境评价进行全面地分析和精确评估，并可以对化工过程的规划、研究和开发及技术可靠性做出分析，并快速准确地对多种流程方案进行分析和对比。

二、单元模拟

化工工业处理的过程是以质量、动量和能量的连续流动为特征，传统手段对这一过程的处理很大程度上是依靠经验以及一些宏观参数表达的经验关系式。现代流程模拟技术中，绝大部分单元过程仍被处理为“黑箱”模型，对流动、传质、热、反应比较敏感的单元过程的设计、放大，需要了解有关质量、动量、能量流更多微观和深入的信息，单元模拟技术就是为了解决这一问题而产生的。

在单元模拟过程中，单元内部的介质基本是多组分或多相的，传质、传热、反应过程相互耦合。单元模拟技术通过离散方法求解这一耦合体系，以获得空间和时间的速度分布、温度分布、压力分布、浓度分布、相分数分布等。单元模拟技术可以提供传统手段难以获得的大量信息，如单元过程内部所有参数的空间分布和动态变化，通过这些信息可以深入理解单元过程内部的机理，在发生异常时亦有助于分析原因。因此，它是一种低成本的调优手段，当结构形式或结构参数变化后，单元过程内部随工艺参数和操作参数而变化的过程，可以在计算机上很方便地进行试验，直接用于优化和改造手段，而且单元模拟的计算不是经验性的，比较可靠，目前单元模拟主要用于化工生产的工程放大、优化设计、诊断及扩能改造、生产调优及控制四个方面。

三、反应动力学模拟

化学反应动力学是一门研究各种因素对反应速率的影响规律和反应机理的科学，在根据实验结果和对反应机理研究的基础上建立了化学反应动力学方程，它们对反应器的设计、最优化条件的选择都是必不可少的理论基础。

目前所采用的物理化学教材对一系列对峙、平行、连

续等复杂反应的动力学方程仅给出分离变量法或消元法等单一的数学处理方法，这种方法对于非常简单的复杂反应可以求出解析解，但大多数化学反应的反应机理非常复杂，由于从反应机理得到的微分方程组，非常不便求解，因此借助电子计算机用数值解法，可以方便地求解从反应机理得到的微分方程组。

计算机模拟在复杂化学反应动力学的计算中有着广泛的应用，通过计算机模拟计算得到的结果可以预知反应过程中各反应物质浓度的变化，通过对连续反应最佳时间的计算可以控制反应时间以得到所需要的物质的最大浓度，通过计算平行反应和对峙放热反应最佳温度，可以控制反应温度，优化反应条件，使生成产物的速率达到最大值，这些计算机模拟计算的数值可以为实际工业生产中工艺条件的控制以及反应器的设计提供重要的参考数据。

四、分子模拟

从分子水平来研究化工过程及产品的开发和设计，无疑是21 世纪化学工程的一个重要方向，计算机模拟研究已渐成为与实验研究及理论研究相平衡的认识自然规律的第三种重要方法。化工热力学数据对于化学工业过程的设计、操作以及优化具有重要的作用。热力学数据一般通过三个途径取得：即实验测定、理论总结及计算机分子模拟。通过计算机分子模拟，可以较为严格地从流体的微观相互作用出发，预测流体的宏观热力学性质。特别是在一些极端的条件（如高温、高压、剧毒）下，进行实验是很困难的，计算机模拟则较易实现，并且比较经济。采用计算机分子模拟方法，可以得到相当可靠的热力学体系的径向分布函数、宏观热力学性质以及输运性质，这为我们建立与改进各种描述实际现象的理论或模型提供可靠的依据。

化学是一门基础性学科，是以实验为基础发展起来的理论与实验相结合的学科，随着计算机技术在化学学科中的广泛应用，逐渐形成了应用计算机研究化学反应和物质变化的独立学科，它以计算机为技术手段，进行化学反应方面的数值计算，这就是计算化学。

计算化学是理论化学的重要分支，是利用电子计算机、通过数值计算解决化学问题的一门方法学。计算化学是一门新兴的、多学科交叉的边缘科学，它运用数学、统计学与计算机程序设计的方法，进行化学方面的理论计算、实验设计、数据与信息处理、分类、分析和预测。随着化学仪器对自动化要求越来越高，许多化学实验过程用人工进行控制相当困难，需要可靠的控制技术系统，因此计算机计算模拟技术从根本上改变了化学实验技术。

计算化学以数值计算为基础，用高级语言及其编程技术，解决化学中的数值计算问题，它将数学的计算方法通过计算机程序具体地应用于化学过程中，通常用来研究化学中一些常用的、共同的、较为常见的计算方法，是化学计算的核心。实验数据的内插、函数拟合、线性方程组求解、高阶方程组求解、解微分方程组、求本征值与本征向量等，它们均与化学中量子化学、分析化学、化学平衡、化学动力学和试验数据处理等密切相关。现代计算化学技术的发展，已经能够将各种化学性质与分子结构之间的关系定量地联系起来，化学因此正从实验科学迈向实验、计算、理论相结合的综合性学科，化学已经由多实验少计算，演变为先实验再计算，也必将逐步演变为先计算再实验。

目前计算化学在无机化学、分析化学、有机化学、物理化学、结构化学中都有广泛地运用，具体来说，计算化学要完成的任务主要有量子结构计算、分子从头计算、半经验计算和分子力学计算等量子化学和结构化学范畴，以及物理化学参数计算，包括反应焓、偶极距、振动频率、光谱熵、反应自由能、反应速率等理论计算，这些属于化学热力学、化学动力学及统计热力学范畴。在计算化学中，数值计算是最根本的任务，其目的是将已知参数通过适当的数学计算得到一个预期的结果，这个结果可以和实验结果相比较，也可以和前人的研究成果相比较，最终得出结论，用来指导化学实验的实施。

化学工程设计具体的任务涉及物料衡算、能量衡算、厂区布置图绘制、车间布置图绘制、设备装备图绘制、管道布置图绘制、带控制点工艺流程图绘制、设备选型及强度校核计算等许多工作，如此众多繁杂的工作，如能引入计算机辅助，将大大减轻化工设计工作的强度。

过去那种利用普通纸笔绘制化工图样、利用计算尺和计算器进行的各种计算将被计算机软件应用所取代。计算机辅助设计制图和普通制图相比不仅具有绘制精确、图面整洁等优点，而且还具有随意修改、重复利用、按需打印等普通手工绘制无法具备的特点，利用计算机辅助设计

进行化工工程图绘制已经是21世纪的基本趋势。

第8篇：量子力学和计算机的关系范文

关键词：电路与电子技术课程；计算机专业；电路与模拟电子技术；数字逻辑电路

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）26-0061-02

计算机相关专业是软硬件结合，面向系统开发和应用的一个宽口径专业，与许多其他学科紧密相关，有着明显交叉的领域，同时也存在着明显的差异。作为计算机相关专业培养的本科毕业生来说应该在掌握计算机组成与体系结构、程序设计语言、操作系统、网络与通信等计算机科学基本理论的基础上，同时具备电子技术相关的基本知识与基本技能，以获得从事计算机硬件系统开发与设计的基本能力，为计算机专业毕业生就业拓展更宽的范围。

一、计算机专业电路与电子技术课程概况和特点

1.课程概况。电路与电子技术课程是计算机相关专业非常重要的专业基础课程，该课程分为两个学期授课，包括《电路与模拟电子技术》和《数字逻辑电路》两个部分。其中《电路与模拟电子技术》由《电路原理》与《模拟电子技术》两门课程合并而成，调整了教学要求并压缩了教学和实验学时，课程的主要任务是通过讲授电路模型的基本定律和模拟电子技术部分晶体管电路的一般原理，掌握电路的基本分析方法和一般晶体管放大电路的分析。而《数字逻辑电路》和其他电子类相关专业的《数字电子技术》要求近似，但更偏重计算机专业特点，教学中应注重于计算机专业后续课程的衔接。《电路与模拟电子技术》和《数字逻辑电路》共同构成了计算机相关专业的硬件基础。

2.课程特点。（1）课程的知识量大，知识点多，教学时间短。电路与电子技术课程是计算机相关专业学生学习硬件的基础课程，包含了以后将大量使用的专业基础知识。但是由于教学时间只有2个学期，特别是《电路与模拟电子技术》将其他专业需要利用3个学期来学习的《电路原理》与《模拟电子技术》被浓缩为1个学期的《电路与模拟电子技术》，知识点多，知识量大，对于学生来说掌握起来难度较大。（2）课程各个部分分割明确。电路与电子技术课程可以分为三大部分，电路原理部分通过学习基本电路定理和理想元件的伏安特性，研究经过理想化和模型化后的电路模型的定量分析方法；模拟电子技术部分通过学习晶体管元件的基本特性，掌握一般模拟电子电路，特别是放大电路的分析方法；数字逻辑电路部分学习基本逻辑门的构成方法，研究组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析方法。（3）面向学生为计算机专业学生。电路与电子技术课程面向的是计算机相关专业的同学，从整个课程的设计和讲授过程中需要考虑计算机专业同学的特点和专业发展的特点，使之更好地与后续的计算机专业课程相衔接。

二、电路与电子技术课程课堂教学存在的问题

1.电路与电子技术课程内容多，知识点繁杂，学生掌握困难。对于计算机专业的学生来说，利用2个学期的时间掌握其他电类专业4个学期的内容，相对难度较高，虽然课程设置调整了教学要求和教学课时，但是对于刚开始接触专业基础课程的大二同学来说仍然存在一定的困难。特别是《电路与模拟电子技术》中分两部分讲授电路原理和模拟放大电路的知识，更使得学生在思路转换上可能出现问题。

2.授课教师对于计算机专业同学学习电路与电子技术课程的目标认识不明确。对于计算机专业的同学来说，电路与电子技术课程的授课大多由其他电学专业专业基础相关老师来进行。教师很容易进行计算机专业的电路与电子技术的教学，但是教学内容偏多，理论偏深，不能激发学生学习的兴趣。

3.计算机专业学生对于电路与电子技术课程的重要性认识不够。计算机专业学生学习电路与电子技术的过程中，由于第一次接触专业基础课程，很可能无法掌握有效的学习方法，同时由于对于这部分课程的课时缩减，可能造成学生认为这部分课程不重要，没有认真学习的心态和热情。同时如果学生没有打好电子技术的基础的话，会使学生在学习后续计算机专业各门后续课程的时候出现各种困难，从而引发整个知识体系的不牢固，影响到学生之后的就业和工作。

三、电路与电子技术课程课堂教学存在的问题的解决办法

1.在课程开始让学生明确课程的学习方法和重要性，激发学生学习兴趣。教师在教学过程中应当首先让学生明确这部分课程在自己整个知识体系的作用和地位，使得学生了解到电路与电子技术课程是计算机专业同学需要掌握的第一门硬件相关专业基础课程，对于以后整个专业的学习有着不可替代的作用。同时还要在课程之初提醒学生本课程的知识点较多，复杂程度较高，加强学生的重视程度。并且在整个教学过程中随时把握学生学习的效果，随时调整教学的方式方法，来使得学生抓住学习的时机真正掌握相关知识。

2.针对专业特点合理分配学时，帮助学生掌握课程特点和重点，同时紧跟当前电子技术发展现状，提高学生学习兴趣。针对计算机专业的特点，加强课时的合理分配，突出重点难点。授课过程中首先培养学生对整个课程知识脉络的掌握，培养学生对电路与电子技术课程的一般分析思路。对于《电路与模拟电子技术》部分，应该在课程中强调课程中《电路原理》部分着重于对于抽象后的理想电路元件和电路网络的分析，要求对于电路分析的基本定理、方程分析以及等效变换熟练掌握，强调定量的确定性计算，整体分析偏重于理想化抽象化，应提醒学生注重掌握最基本的分析思路和基本定理。而其中的《模拟电子技术》则开始接触更加接近实际应用的实际电路，应从电子信息系统出发向学生解释一般系统中的构成，以及模拟电子电路和数字电子电路包含的部分，帮助学生建立起整体概念，在学习的过程中应该向学生强调模拟电子技术部分的分析多为近似分析，目的是在不同的条件下分析电路的整体表现，注重理解电路所完成的输入与输出大小关系和功能。而《数字逻辑电路》部分是计算机专业电子技术课程的重点，着重分析电路输入与输出之间的逻辑关系。同时电路与电子技术课程知识相对稳定，在电子技术高速发展的当今，应当适当引入相关最新电子技术发展的相关知识，提升学生学习的兴趣并且提升课程与学生以后专业发展的相关性和实效性，同时可邀请部分教授或者计算机专业学者为学生进行相关的讲座，以帮助学生了解计算机专业的电路与电子技术课程的重要性，并且让学生对于整个专业体系有所了解，来让学生具有自主学习的意愿以对自己的职业生涯有所规划。

3.采用现代教学和实验手段，提高学生对于课程的理解，强化对于课程知识点和动手能力的掌握。在课程教学中针对计算机专业电路与电子技术课程知识点多与实际硬件联系紧密的特点，可以多采用多媒体课件教学来提高讲授速度，并且利用生动的多媒体图像声音或者动画的演示来增强课程的生动性，激发学生学习的积极性。同时针对课程安排实验较少的现状，适当安排部分EWB等仿真实验，提高学生的动手能力和对课程知识的感性认识，并且鼓励学生参与开放性实验[2]。同时还可以为学生提供相关计算机辅助电路设计软件比如Protel系列软件的实验和学习机会，帮助学生建立初步的电路设计能力。最终鼓励学生在课程教学之外，提供各种相对独立的小项目，培养其实际设计电路的能力，为其参与各类电子设计竞赛打下坚实的基础，培养出计算机专业学生对于本专业的兴趣和热情，建立良好的学习风气[3]。同时为计算机专业学科建设提供辅助支撑，为学校培养宽口径的优秀的计算机专业毕业生打下基础。

4.建立精品课程，培养优秀的教师团队。对于学生的学习指导最终还要落到计算机专业电路与电子技术课程授课教师的身上，只有培养优秀的教师队伍才能为计算机专业电路与电子技术课程的发展提供必要的条件。应当利用助课、集体备课等多种形式将有经验教师的经验传授给团队其他老师，培养合理的教师团队配置，积极鼓励教师去高水平大学进修，并努力建设计算机专业电路与电子技术精品课程，培养对于计算机专业课程教学的先进理念，不断提升计算机专业电路与电子技术课程教学团队的水平和能力。同时计算机专业电路与电子技术课程的授课教师应当对于计算机专业有深刻而清晰的认识，通过自身的学习和提高，高屋建瓴地把握计算机专业电路与电子技术课程在整个计算机专业体系教育中的重要作用，并有意识地加以引导，从而使得计算机专业电路与电子技术课程的教学区别与其他专业的电子技术教育，做出特点合理发展。最后应当大力开展课程教材建设，对于计算机专业电路与电子技术课程这部分相对稳定的知识而言，需要结合计算机专业自身特点，与时俱进地编制符合自己学校定位和学生特点的精品教材。

总之，对于计算机专业电路与电子技术课程教学的改革是一个长期的过程，通过努力建设精品课程，培养优秀的教学团队，提升课程的吸引力，将能够有效地激发学生学习的兴趣，帮助学生建立良好的专业基础，这还需要在实践的基础上不断加以完善。

参考文献：

[1]杨睿.《电路与电子技术概述》课程课堂教学问题及对策研究[J].沈阳师范大学学报：自然科学版，2014，32（3）：397-400.

第9篇：量子力学和计算机的关系范文

关键词 青蒿素；定量构效关系；多元线性回归

中图分类号 TQ463 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)062-0214-02

近年来，随着计算机计算软件日益成熟，利用计算机绘图软件进行辅助药物设计，已经成为比较热门的研究方向，这种趋势在制药业尤其明显。计算机辅助药物设计这门新兴的边缘学科已经逐渐占领了药物开发的制高点，主要原因是利用其具有明显缩短研发人员开发药物的时程，降低成本，药性定向准确等多项优点，恰能解决以往开发新药所遭遇的缺失。

青蒿素发现以来，人们进行了大量的药理学研究。结果表明青蒿素对疟原虫红内期有直接的杀伤作用，而对组织期无效。药物化学工作者对青蒿素结构进行了大量的修饰合成，但是方向不是很清晰，目前在临床上应用的比较普遍衍生物包括蒿甲醚、青蒿琥脂、二氢青蒿素、蒿乙醚。另外部分青蒿素类似物虽然体外活性较高，但是由于毒性较高，暂时无法开发成临床药物。利用计算机软件服务平台，进行量子化学计算和QSAR研究将为开发利用度较高的青蒿素类似物或衍生物指引方向。

香港大学与拜尔公司合作开发研制得到一系列新的青蒿素衍生物，其结构及活性数据如下表所示。本文将用量子化学密度泛函理论结合QSAR方法对该系列青蒿素衍生物的量子化学结构性质进行计算分析，最终找到这一系列青蒿素衍生物的量化性质与其抗疟活性的关系。

1 计算方法

实验采用将9组化合物的构型先进行优化，首先采用Materials_Studio3.2软件中分子力学模块进行几何构型优化，然后将分子力学优化好的分子用Dmol3工具再进行几何构型的优化，最后用Dmol3对用Dmol3优化完成的分子进行量化参数计算。将绘制完成的分子结构用MS中的分子力学工具进行中等精度的几何优化。

2 计算结果（见表2、3、4）

3 实验结果

用活性体积、键长、HOMO的平方对PEC90进行多元线性回归分析，设定最小相关系数：0.90000000进行拟合。青蒿素类药物的抗疟活性与分子量化参数的QSAR关系式：

PEC90多元回归方程：Y = 152.419845316 * [(HOMO)2] - 6.671025217

PEC50多元回归方程：Y = 146.814332722 * [(HOMO)2] - 6.314422185

4 结论

1）10位取代和氮杂衍生物的活性比9位取代衍生物的抗疟活性高。

2）青蒿素类药物的抗疟活性和分子的HOMO本征值的平方成正比。

3）过氧键的给电子能力直接影响化合物的抗疟活性。可以用来通过计算一些新颖的青蒿素类化合物的量化参数（HOMO的本征值）来计算预测其抗疟活性。

参考文献

[1]张珉,张万年,宋云龙,盛春泉.全新药物设计方法的新进展[J].药学进展,2003,6(27):327-332.

[2]蒋华良,陈凯先,嵇汝运.计算机辅助药物设计正在走向成功[J].生命科学,1996,4(8).

[3]曾宪栋.青蒿素类抗疟药定量构效关系研究[J].2004硕士论文,华南师范大学.