量子计算的原理精选(九篇)
第1篇：量子计算的原理范文
关键词：化学式计算题；原子个数比；元素质量比
化学是一门在原子、分子层面上研究物质的组成及其变化规律的科学，建立宏观、微观、化学符号之间的联系是化学学科特有的思维方式。在初中化学的学习中，化学式起到了承上启下的作用，它使学生的思维从具体物质发展到与化学符号相联系，初步形成了学习化学的理论基础，化学式的计算使学生对化学式有了更深刻的理解。在新课标要求下，初中阶段学生需要掌握以下五种化学式的计算：（1）计算化学式量；（2）计算化合物分子中各原子的原子个数比；（3）计算化合物中各元素的质量比；（4）计算某元素在化合物中所占的质量分数；（5）计算化合物中某元素的质量。针对教学中学生常出现的错误，我将化学式计算中的一些解题方法归纳如下几点。
一、计算化学式量
化学式量的计算相对简单，学生在学习中常出现的错误多是忘记乘以原子个数，还有计算过程的粗心导致计算错误，这些错误只需认真细心就可以避免。
二、计算化合物分子中各原子的原子个数比
计算原子个数比也是一种较为简单的化学计算，一般情况下就是每个分子中各种原子的脚标之比，但是有的原子在分子中不只出现一次，如，乙醇（CH3CH2OH）中的C和H、NH4NO3中的N等，此种情况下只需把各种原子及个数依次列出，合并相同的原子的个数即可。
三、计算化合物中各元素的质量比
化合物中各元素的质量比=（元素的相对原子质量×原子个数）之比，计算方法不难掌握，但是计算过程中要注意约分，尽量避免先算出乘积再算比值。如，醋酸（CH3COOH）中碳、氢、氧元素的质量比=（12×2）：（1×4）：（16×2）=6：1：8，在计算中先约分（同除以4），再算比值，会很容易得出结果。
以上计算难度不大，但需认真仔细，比如，有的学生经常看不清计算原子个数比还是各元素的质量比就开始想当然地计算，最终导致错误，事倍功半。
四、计算某元素在化合物中所占的质量分数
某元素在化合物中所占的质量分数=（元素的相对原子质量×原子个数）/化合物的相对分子质量×100%，此计算需要注意过程中的因式分解及约分，如，碳酸钙（CaCO3）中钙元素的质量分数=40/（40+12+16×3）×100%=40%。
五、计算化合物中某元素的质量
化合物中某元素的质量=化合物的质量×该元素在化合物中所占的质量分数，该类型题目在计算中需要注意数据的处理，如，瘦肉精盐酸克伦特罗（C12H18Cl2N2O）的相对分子质量为277，现有瘦肉精554g，计算其中的氯元素的质量。此题目并不难列式，氯元素的质量=瘦肉精的质量×氯元素的质量分数=554g×（35.5×2/277×100%），很多学生在练习中写到此，就开始埋头苦算括号内的数字，即氯元素的质量分数，保留几位小数后再乘以554，结果出来的数字非常麻烦，其实此题只需稍加观察就可发现554是277的2倍，约分后很容易就得出最终的结果142g。由此可以发现，在计算中要注意观察各数字之间的关系，能约分的先约分，这样使计算过程简洁，事半功倍。
初中化学要求掌握的这五种化学式的计算非常易懂，但是在教学中发现学生之所以容易出错就是对计算理解不透，将公式混淆或不能将公式变式应用，如，加碘食盐中会添加碘酸钾（KIO3），1000g加碘食盐中碘元素的质量为0.35g，碘酸钾中碘元素的质量分数为59.3%，计算1000g加碘食盐中碘酸钾的质量。学生乍看此题觉得不属于以上五种计算的一种，其实仔细分析便会发现此题是“化合物中某元素的质量=化合物的质量×该元素在化合物中所占的质量分数”的变式，即化合物的质量=化合物中某元素的质量/该元素在化合物中所占的质量分数，只要识破此处，问题就迎刃而解。
第2篇：量子计算的原理范文
关键词：量子比特；量子力学；量子相干性；并行运算
0 引言
自1946年第一台电子计算机诞生至今，共经历了电子管、晶体管、中小规模集成电路和大规模集成电路四个时代。计算机科学日新月异，但其性能却始终满足不了人类日益增长的信息处理需求，且存在不可逾越的“两个极限”。
其一，随着传统硅芯片集成度的提高，芯片内部晶体管数与日俱增，相反其尺寸却越缩越小(如现在的英特尔双核处理器采用最新45纳米制造工艺，在143平方毫米内集成2.91亿晶体管)。根据摩尔定律估算，20年后制造工艺将达到几个原子级大小，甚至更小，从而导致芯片内部微观粒子性越来越弱，相反其波动性逐渐显著，传统宏观物理学定律因此不再适用，而遵循的是微观世界焕然一新的量子力学定理。也就是说，20年后传统计算机将达到它的“物理极限”。
其二，集成度的提高所带来耗能与散热的问题反过来制约着芯片集成度的规模，传统硅芯片集成度的停滞不前将导致计算机发展的“性能极限”。如何解决其发热问题?研究表明，芯片耗能产生于计算过程中的不可逆过程。如处理器对输入两串数据的异或操作而最终结果却只有一列数据的输出，这过程是不可逆的，根据能量守恒定律，消失的数据信号必然会产生热量。倘若输出时处理器能保留一串无用序列，即把不可逆转换为可逆过程，则能从根本上解决芯片耗能问题。利用量子力学里的玄正变换把不可逆转为可逆过程，从而引发了对量子计算的研究。
1 量子计算的基本原理
1.1 传统计算的存储方式
首先回顾传统计算机的工作原理。传统电子计算机采用比特作为信息存储单位。从物理学角度，比特是两态系统，它可保持其中一种可识别状态，即“1”或者“()”。对于“1”和“0”，可利用电流的通断或电平的高低两种方法表示，然后可通过与非门两种逻辑电路的组合实现加、减、乘、除和逻辑运算。如把0～0个数相加，先输入“00”，处理后输入“01”，两者相“与”再输入下个数“10”，以此类推直至处理完第n个数，即输入一次，运算一次，n次输入，n次运算。这种串行处理方式不可避免地制约着传统计算机的运算速率，数据越多影响越深，单次运算的时间累积足可达到惊人的数字。例如在1994年共1600个工作站历时8月才完成对129位(迄今最大长度)因式的分解。倘若分解位数多达1000位，据估算，即使目前最快的计算机也需耗费1025年。而遵循量子力学定理的新一代计算机利用超高速并行运算只需几秒即可得出结果。现在让我们打开量子计算的潘多拉魔盒，走进奇妙神秘的量子世界。
1.2 量子计算的存储方式
量子计算的信息存储单位是量子比特，其两态的表示常用以下两种方式：
(1)利用电子自旋方向。如向左自转状态代表“1”，向右自转状态代表“0”。电子的自转方向可通过电磁波照射加以控制。
(2)利用原子的不同能级。原子有基态和激发态两种能级，规定原子基态时为“0”，激发态时为“1”。其具体状态可通过辨别原子光谱或核磁共振技术辨别。
量子计算在处理0～n个数相加时，采用的是并行处理方式将“00”、“01”、“10”、“11”等n个数据同时输入处理器，并在最后做一次运算得出结果。无论有多少数据，量子计算都是同时输入，运算一次，从而避免了传统计算机输入一次运算一次的耗时过程。当对海量数据进行处理时，这种并行处理方式的速率足以让传统计算机望尘莫及。
1.3 量子叠加态
量子计算为何能实现并行运算呢?根本原因在于量子比特具有“叠加状态”的性质。传统计算机每个比特只能取一种可识别的状态“0”或“1”，而量子比特不仅可以取“0”或“1”，还可同时取“0”和“1”，即其叠加态。以此类推，n位传统比特仅能代表2n中的某一态，而n位量子比特却能同时表示2n个叠加态，这正是量子世界神奇之处。运算时量子计算只须对这2n个量子叠加态处理一次，这就意味着一次同时处理了2n个量子比特(同样的操作传统计算机需处理2n次，因此理论上量子计算工作速率可提高2n倍)，从而实现了并行运算。
量子叠加态恐怕读者一时难以接受，即使当年聪明绝顶的爱因斯坦也颇有微词。但微观世界到底有别于我们所处的宏观世界，存在着既令人惊讶又不得不承认的事实，并取得了多方面验证。以下用量子力学描述量子叠加态。
现有两比特存储单元，经典计算机只能存储00，01，10，11四位二进制数，但同一时刻只能存储其中某一位。而量子比特除了能表示“0”或“1”两态，还可同时表示“0”和“1”的叠加态，量子力学记为：
lφ〉＝al1〉＋blO〉
其中ab分别表示原子处于两态的几率，a＝0时只有“0”态，b＝0时只有“1”态，ab都不为0时既可表示“0”，又可表示“1”。因此，两位量子比特可同时表示4种状态，即在同一时刻可存储4个数，量子力学记为：
1.4 量子相干性
量子计算除可并行运算外，还能快速高效地并行运算，这就用到了量子的另外一个特性――量子相干性。
量子相干性是指量子之间的特殊联系，利用它可从一个或多个量子状态推出其它量子态。譬如两电子发生正向碰撞，若观测到其中一电子是向左自转的，那么根据动量和能量守恒定律，另外一电子必是向右自转。这两电子间所存在的这种联系就是量子相干性。
可以把量子相干性应用于存储当中。若某串量子比特是彼此相干的，则可把此串量子比特视为协同运行的同一整体，对其中某一比特的处理就会影响到其它比特的运行状态，正所谓牵一发而动全身。量子计算之所以能快速高效地运算缘归于此。然而令人遗憾的是量子相干性很难保持，在外部环境影响下很容易丢失相干性从而导致运算错误。虽然采用量子纠错码技术可避免出错，但其也只是发现和纠正错误，却不能从根本上杜绝量子相干性的丢失。因此，到达高效量子计算时代还有一段漫长曲折之路。
2 对传统密码学的冲击
密码通信源远流长。早在2500年前，密码就已广泛应用于战争与外交之中，当今的文学作品也多有涉猎，如汉帝赐董承的衣带诏，文人墨客的藏头诗，金庸笔下的蜡丸信等。随着历史的发展，密码和秘密通讯备受关注，密码学也应运而生。防与攻是一个永恒的活题，当科学家们如火如荼地研究各种加密之策时，破译之道也得以迅速发展。
传统理论认为，大数的因式分解是数学界的一道难题，至今也无有效的解决方案和算法。这一点在密码学有重要应用，现在广泛应用于互联网，银行和金融系统的RSA加密系统就是基于因式难分解而开发出来的。然而，在理论上包括RSA在内的任何加密算法都不是天衣无缝的，利用穷举法可一一破解，只要衡量破解与所耗费的人力物力和时间相比是否合理。如上文提到传统计算机需耗费1025年才能对1000位整数进行因式分解，从时间意义上讲，RSA加密算法是安全的。但是，精通高速并行运算的量子计算一旦问世，萦绕人类很久的因式分解难题迎刃而解，传统密码学将受到前所未有的巨大冲击。但正所谓有矛必有盾，相信届时一套更为安全成熟的量子加密体系终会酝酿而出。
3 近期研究成果
目前量子计算的研究仍处于实验阶段，许多科学家都以极大热忱追寻量子计算的梦想，实现方案虽不少，但以现在的科技水平和实验条件要找到一种合适的载体存储量子比特，并操纵和观测其微观量子态实在是太困难了，各界科学家历时多年才略有所获。
(1)1994年物理学家尼尔和艾萨克子利用丙胺酸制出一台最为基本的量子计算机，虽然只能做一些像1＋1＝2这样简单的运算，但对量子计算的研究具有里程碑的意义。
(2)2000年8月IBM用5个原子作为处理和存储器制造出当时最为先进的量子计算机，并以传统计算机无法匹敌的速度完成对密码学中周期函数的计算。
(3)2000年日本日立公司成功开发出“单电子晶体管”量子元件，它可以控制单个电子的运动，且具有体积小，功耗低的特点(比目前功耗最小的晶体管约低1000倍)。
(4)2001年IBM公司阿曼顿实验室利用核磁共振技术建构出7位量子比特计算机，其实现思想是用离子两个自转状态作为一个量子比特，用微波脉冲作为地址。但此法还不能存储15位以上的量子单元。
(5)2003年5月《Nature》杂志发表了克服量子相关性的实验结果，对克服退相干，实现量子加密、纠错和传输在理论上起到指导作用，从此量子通信振奋人心。
(6)2004年9月，NTT物性科学研究所试制出新一代存储量子比特的新载体――“超导磁束量子位”。它可通过微波照射大幅度提高对量子比特自由度的控制，其量子态也相对容易保持。
第3篇：量子计算的原理范文
一、化学计算题基本类型的构成
初中化学构成基本化学计算题的因子不多，以两种元素组成化合物（化学式为AaBb）的化学式计算为例：此类化学计算共有五个因子构成，其元素质量比计算可用aA∶ bB=m表示，其元素百分含量计算可用A%或[aA/（aA+bB）]×100%表示。对于化学方程式计算，以反应aA+bBdD+eE为例，它们构题的因子有如下关系：
m（A）∶ m（B）∶ m（D）∶ m（E）
=aM（A）∶ bM（B）∶ dM（D）∶ eM（E）
溶解度计算和百分比含量计算可从教材中的关系式得知其有三个因子构成。
例1 某氧化物的化学式为R2O3，R元素与氧元素的质量比为7∶ 3，求R的相对原子质量。
解析 设R的相对原子质量为x
依题意2x∶ （3×16）=7∶ 3 x=56
R的相对原子质量为56，此氧化物为Fe2O3。
例2 A、B两种元素组成化合物，已知A、B两种元素相对原子质量比为7∶ 8，A、B两种元素质量比为7∶ 20，求该化合物化学式。
解析 假设A的相对原子质量就是7，B就是8。
根据化合物中A、B的质量比可列出：77∶ 208=1∶ 2.5=2∶ 5
A、B的原子个数比为2∶ 5，化合物的化学式为A2B5，又因为N的相对原子质量为14，O的相对原子质量为16，所以该化合物的化学式为N2O5。
例3 A、B两种元素可以形成X、Y两种化合物，X化合物化学式为AB2，其A、B两元素质量比为1∶ 1，Y化合物中A、B两元素质量比为2∶ 3，求Y化合物的化学式。
解析 设A、B两种元素的原子量分别为x、y，X化合物AB2中x∶ 2y=1∶ 1，x=2y， AB2为SO2
设Y化合物为AmBn则：mx∶ ny=2∶ 3，
两式结合得：m∶ n=1∶ 3， Y化合物的化学式为SO3
显然后者难度大一些，通过对基本类型计算由浅入深的训练对这类计算的理解将会更透彻。
二、综合计算题的构题思路和方法
当基本计算的因子不是直接为已知，而是经过某种方法推导出来，就构成了计算题的综合题。
例4 把氯酸钾和二氧化锰混合物15.5 g，加热到固体质量不再变化时，冷却称得固体为10.7 g，求原混合物中各物质的质量。
解析 由质量守恒定律可知，反应前后物质的质量差为生成氧气的质量，设反应后混合物中氯化钾的质量为x，
构题是使学生明确硫酸铵含氮百分含量，指的是纯净硫酸铵中，氮元素质量占总硫酸铵质量的百分含量，即应将本题中样品质量乘20%。同样将样品质量乘纯度后再求所得才为硫酸铵的氮百分含量。从而加深对元素百分含量的认识。同样，计算题中常有体积、质量有关概念的应用，目的是使学生理解化学计算类型中各因子的单体应该用什么单位表示。
三、讨论题构题思路和方法
对计算题中某些因子，用分析讨论的方法排除不合理的因子，或者分析已知因子的影响因素。初中化学计算中常见的讨论题有：过量物计算，混合物中含有哪种物质的计算。
例6 把6.5 g锌和某金属混合物投入足量盐酸中，得到氢气质量小于0.2 g，讨论混入的金属可能是下列金属的哪一种（ ）。
A.镁 B.铝 C.铁 D.铜
解析 可能混入的金属中，铜不与盐酸反应，其他金属均与盐酸反应，
Fe+2HClFeCl2+H2
5.6 g0.2 g
2Al+6HCl2AlCl3+3H2
1.8 g0.2 g
Mg+2HClMgCl2+H2
2.4 g0.2 g
依据化学方程式可以确定，如果锌中混入上述三种金属与足量盐酸反应得到的氢气质量一定大于0.2 g。由此确定锌中混入的金属为铜。
总之，化学计算题构题应注意以下几点：
（1）应该有充分求出答案的已知条件；
（2）不能违反化学原理；
（3）各因子要符合客观实际；
第4篇：量子计算的原理范文
自1982年理查德·费曼（Richard Feynman）提出“量子计算机”的概念之后，人们对它颇为关注，众多研究机构更是试图借此开辟计算机时代的新纪元。但是，任凭人们千呼万唤、前赴后继，都没能够彻底揭开量子计算机的面纱。那么，量子计算机到底发展到了什么样的阶段？遇到了什么障碍？此次诺贝尔奖会对量子计算机的研发起到什么推动作用？量子计算机一旦面世，随之而来的会是什么？
量子计算机是大势所趋
所谓量子计算机，简单来说就是利用量子携带信息、存储数据，遵循量子算法进行高速的数学和逻辑运算的物理设备。我们熟知的传统计算机的“心脏”依赖的是硅芯片，但是一个芯片的面积总是有限的。
硅晶体管作为在芯片上传输信息、处理信息的微型开关，每年都在缩小，但是，由于硅的特性和物理原理，尺寸缩小（现已达到纳米级）将限制性能的提升。所以，对晶体管进行传统的尺寸的扩展和收缩操作，不能再产生行业已经习惯的更低功耗、更低成本、更高速度的处理器的效果。虽然英特尔的22纳米处理器已经面世，还计划于2013年推出14纳米处理器，对于10nm、7nm以及5nm的制程研发路线图也已敲定，但是，只要粒子的尺度到了10的负10次方米以下，就会明显出现量子特性，所以大部分物理学家坚持认为，摩尔定律不可能无限维持。
为了突破这道瓶颈，
IBM一直致力于研发碳纳米管芯片，其研究人员在一个硅芯片上放置了1万多个碳纳米晶体管，从而能够获得比硅质器件更快的运行速度。IBM声称这一成果有望让摩尔定律在下一个十年中继续生效。但是，如何获得高纯度的碳、如何实现完美的制造工艺又是不可避免的问题。
因为量子计算机是利用量子携带信息的，所以，传统计算机面临的挑战恰恰是量子计算机的优势所在。量子计算机中的每个数据由不同粒子的量子状态决定，根据量子力学原理，粒子的量子状态是不同量子状态的叠加。所以，量子计算机计算时采用的量子比特在同一时间内能够呈现出多种状态——既可以是1也可以是0，传统计算机在运算中采用的传统比特在特定时间内只能代表一个状态——1或者0。这就是量子计算机与传统计算机最大的不同之处。由于量子叠加状态的不确定性，量子计算可以同时进行大量运算，它的潜在应用包括搜索由非结构化信息构成的数据库，进行任务最优化和解决此前无法解答的数学问题。所以，量子计算机是大势所趋。
实现方案众多
量子计算机以其独特的运算逻辑和强大的运算性能吸引了无数研究机构和科学家对其进行研究，也相继取得了一些成果。量子计算机以处于量子状态的原子作为中央处理器和内存，所以研制量子计算机，关键在于成功操控单个量子。相信大家一定对“薛定谔的猫”这一理论并不陌生，关在密闭笼子里的猫，由于量子状态的不确定性，人们永远不知道它是活着还是死亡。所以，处于宏观世界的我们如何才能够有效操控微观世界的粒子，是极大的难题。从理论上讲，量子计算机有几十种体系，从实验上也有十几种实现方法。
阿罗什带领他的团队利用微米量级的高反射光学微腔实现了单个原子辐射光子的操作；瓦恩兰的团队则利用可结合激光冷却技术，在离子阱中实现了单个离子的囚禁；IBM的托马斯·沃森研究中心组建了一支庞大的研究团队，依赖耶鲁大学和加州大学圣巴巴拉分校过去几年在量子计算领域取得的进展，意欲基于微电子制造技术实现量子计算；美国普林斯顿大学物理副教授杰森·培塔表示，他和加州大学圣巴巴拉分校的科学家利用电子的自旋特性，寻找到了操控电子的方法；利用声波和超导材料，也可以实现量子计算机的拓展；总部位于加拿大的D-Wave公司的量子芯片使用了特殊的铌金属（元素符号Nb，一种类似于银，柔软的、可延展的金属）材料，在低温下呈超导态，其中的电流有顺时针、逆时针以及顺逆同时存在的混合状态，而这正可以用来实现量子计算。
众多方法中，最值得一提的便是阿罗什和瓦恩兰的做法。阿罗什构造了一个腔，把单个光子囚禁在光腔里，实现量子的操控，再往腔里放入单个原子，使原子和光子相互作用，通过腔的损耗来调控它们的状态。瓦恩兰捕获离子的方法，是用一系列电极营造出一个电场囚笼，离子如被装进碗里的玻璃球，而后，用激光将离子冷却，最终，最冷的一个离子安静地待在碗底。他们独立发明并优化了测量与操作单个粒子的实验方法，而且单个粒子在实验过程中还能保持量子的物理性质。
中国科学院院士郭光灿这样评价阿罗什和瓦恩兰的成就：量子计算这个领域已经取得了飞速发展，现在的技术已经超过当初的技术，但是起点是他们。我们现在关注的不是单个离子，而是多个离子的纠缠，比如两个腔怎么连在一起，这是将来要做的，此外，还会有各种各样的腔，比如光学腔、物体腔和超导腔等。现在做量子计算机，实际上就是做芯片，把很多离子纠缠在一起，分到各个区里面，如果这一步能实现，量子计算机有希望在这方面实现实质性突破。
过程艰难 但前景乐观
自“量子计算机”的概念提出到现在的30年间，科学家们纷纷涉足，不管是在理论方面，还是实践方面，都取得了一些不可忽视的成就。
近几年来，量子计算机的领域更是全面开花，量子计算机不再是人们“只闻其名，不见其形”的概念型产品。英国布里斯托尔大学等机构以奥布赖恩为领导的研究人员更是在新一期美国《科学》杂志上宣布，成功研发出一种可用于量子计算的硅芯片。奥布赖恩表示，利用这种芯片技术，10年内可能就会研制出超越传统计算机的量子计算机。
想要研制出实用的量子计算机，需要面临科学技术方面的多重挑战，其中最主要的两大障碍就是：如何让粒子长时间保持量子状态，即保持相干性；如何让尽量多的粒子实现共同计算，即实现量子纠缠。阿罗什和瓦恩兰给出的实验方法均成功地打破了这些障碍，实现了基础性的突破。近几年来，研究人员以他们的研究成果为出发点，不断探索，取得了快速进展，可谓前景乐观。
需要注意的是，量子计算机的出现会将网络安全置于非常危险的境地，给现有的社会和经济体系以及国防带来潜在威胁。目前大部分的网络保密是使用“RSA公开码”的密码技术。想要破译这种密码，就要对大数分解质因子，这是极其困难的。按照现有的理论计算，分解一个400位数的质因子，用目前最先进的巨型计算机也需要用10亿年的时间，而人类的历史才不过几百万年。然而，量子计算机能够借助其强大的运算功能瞬间完成密码破译，这严重动摇了RSA公共码的安全性。
目前，量子计算机给人们的印象不过类似于一个玩具，娱乐价值似乎更高一些，但是在不久的将来，它一定能够引领计算机世界的潮流。
相关链接
量子计算机发展简史
1982年，诺贝尔奖获得者理查德·费曼（Richard Feynman）提出“量子计算机”的概念。
1985年，英国牛津大学的D. Deutsch进一步阐述了量子计算机的概念，并且证明了量子计算机比经典图灵计算机具有更强大的功能。
1994年，贝尔实验室的专家彼得·秀尔（Peter Shor）证明量子计算机能够完成对数运算，而且速度远胜传统计算机。
2005年，世界第一台量子计算机原型机在美国诞生，它基本符合了量子力学的全部本质特性。
2007年2月，加拿大D-Wave系统公司宣布研制成功16位量子比特的超导量子计算机。
2009年，世界第一台通用编程量子计算机在美国国家标准技术研究院诞生。
2010年1月，美国哈佛大学和澳洲昆士兰大学的科学家利用量子计算机准确算出了氢分子所含的能量。
2010年3月，德国于利希研究中心发表公报：该中心的超级计算机JUGENE成功模拟了42位的量子计算机。
第5篇：量子计算的原理范文
[关键词] 网络支付 信息安全 量子计算 量子密码
目前电子商务日益普及,电子货币、电子支票、信用卡等综合网络支付手段已经得到普遍使用。在网络支付中,隐私信息需要防止被窃取或盗用。同时,订货和付款等信息被竞争对手获悉或篡改还可能丧失商机等。因此在网络支付中信息均有加密要求。
一、量子计算
随着计算机的飞速发展，破译数学密码的难度也在降低。若能对任意极大整数快速做质数分解，就可破解目前普遍采用的RSA密码系统。但是以传统已知最快的方法对整数做质数分解，其复杂度是此整数位数的指数函数。正是如此巨额的计算复杂度保障了密码系统的安全。
不过随着量子计算机的出现,计算达到超高速水平。其潜在计算速度远远高于传统的电子计算机，如一台具有5000个左右量子位(qubit)的量子计算机可以在30秒内解决传统超级计算机需要100亿年才能解决的问题。量子位可代表了一个0或1,也可代表二者的结合,或是0和1之间的一种状态。根据量子力学的基本原理,一个量子可同时有两种状态,即一个量子可同时表示0和1。因此采用L个量子可一次同时对2L个数据进行处理,从而一步完成海量计算。
这种对计算问题的描述方法大大降低了计算复杂性，因此建立在这种能力上的量子计算机的运算能力是传统计算机所无法相比的。例如一台只有几千量子比特的相对较小量子计算机就能破译现存用来保证网上银行和信用卡交易信息安全的所有公用密钥密码系统。因此，量子计算机会对现在的密码系统造成极大威胁。不过，量子力学同时也提供了一个检测信息交换是否安全的办法，即量子密码技术。
二、量子密码技术的原理
从数学上讲只要掌握了恰当的方法任何密码都可破译。此外，由于密码在被窃听、破解时不会留下任何痕迹，用户无法察觉，就会继续使用同地址、密码来存储传输重要信息，从而造成更大损失。然而量子理论将会完全改变这一切。
自上世纪90年代以来科学家开始了量子密码的研究。因为采用量子密码技术加密的数据不可破译，一旦有人非法获取这些信息,使用者就会立即知道并采取措施。无论多么聪明的窃听者在破译密码时都会留下痕迹。更惊叹的是量子密码甚至能在被窃听的同时自动改变。毫无疑问这是一种真正安全、不可窃听破译的密码。
以往密码学的理论基础是数学，而量子密码学的理论基础是量子力学，利用物理学原理来保护信息。其原理是“海森堡测不准原理”中所包含的一个特性，即当有人对量子系统进行偷窥时，同时也会破坏这个系统。在量子物理学中有一个“海森堡测不准原理”,如果人们开始准确了解到基本粒子动量的变化，那么也就开始丧失对该粒子位置变化的认识。所以如果使用光去观察基本粒子,照亮粒子的光(即便仅一个光子)的行为都会使之改变路线,从而无法发现该粒子的实际位置。从这个原理也可知，对光子来讲只有对光子实施干扰才能“看见”光子。因此对输运光子线路的窃听会破坏原通讯线路之间的相互关系,通讯会被中断,这实际上就是一种不同于传统需要加密解密的加密技术。在传统加密交换中两个通讯对象必须事先拥有共同信息――密钥，包含需要加密、解密的算法数据信息。而先于信息传输的密钥交换正是传统加密协议的弱点。另外,还有“单量子不可复制定理”。它是上述原理的推论,指在不知道量子状态的情况下复制单个量子是不可能的,因为要复制单个量子就必须先做测量,而测量必然会改变量子状态。根据这两个原理,即使量子密码不幸被电脑黑客获取,也会因测量过程中对量子状态的改变使得黑客只能得到一些毫无意义的数据。
量子密码就是利用量子状态作为信息加密、解密的密钥，其原理就是被爱因斯坦称为“神秘远距离活动”的量子纠缠。它是一种量子力学现象，指不论两个粒子间距离有多远，一个粒子的变化都会影响另一个粒子。因此当使用一个特殊晶体将一个光子割裂成一对纠缠的光子后，即使相距遥远它们也是相互联结的。只要测量出其中一个被纠缠光子的属性，就容易推断出其他光子的属性。而且由这些光子产生的密码只有通过特定发送器、吸收器才能阅读。同时由于这些光子间的“神秘远距离活动”独一无二，只要有人要非法破译这些密码，就会不可避免地扰乱光子的性质。而且异动的光子会像警铃一样显示出入侵者的踪迹，再高明的黑客对这种加密技术也将一筹莫展。
三、量子密码技术在网络支付中的发展与应用
由于量子密码技术具有极好的市场前景和科学价值，故成为近年来国际学术界的一个前沿研究热点，欧洲、北美和日本都进行了大量的研究。在一些前沿领域量子密码技术非常被看好，许多针对性的应用实验正在进行。例如美国的BBN多种技术公司正在试验将量子密码引进因特网，并抓紧研究名为“开关”的设施，使用户可在因特网的大量加密量子流中接收属于自己的密码信息。应用在电子商务中，这种设施就可以确保在进行网络支付时用户密码等各重要信息的安全。
2007年3月国际上首个量子密码通信网络由我国科学家郭光灿在北京测试运行成功。这是迄今为止国际公开报道的惟一无中转、可同时任意互通的量子密码通信网络，标志着量子保密通信技术从点对点方式向网络化迈出了关键一步。2007年4月日本的研究小组利用商业光纤线路成功完成了量子密码传输的验证实验，据悉此研究小组还计划在2010年将这种量子密码传输技术投入使用，为金融机构和政府机关提供服务。
随着量子密码技术的发展，在不久的将来它将在网络支付的信息保护方面得到广泛应用，例如获取安全密钥、对数据加密、信息隐藏、信息身份认证等。相信未来量子密码技术将在确保电子支付安全中发挥至关重要的作用。
参考文献:
[1]王阿川宋辞等:一种更加安全的密码技术――量子密码[J].中国安全科学学报,2007,17(1):107～110
第6篇：量子计算的原理范文
[关键词]网络支付信息安全量子计算量子密码
目前电子商务日益普及,电子货币、电子支票、信用卡等综合网络支付手段已经得到普遍使用。在网络支付中,隐私信息需要防止被窃取或盗用。同时,订货和付款等信息被竞争对手获悉或篡改还可能丧失商机等。因此在网络支付中信息均有加密要求。
一、量子计算
随着计算机的飞速发展，破译数学密码的难度也在降低。若能对任意极大整数快速做质数分解，就可破解目前普遍采用的RSA密码系统。但是以传统已知最快的方法对整数做质数分解，其复杂度是此整数位数的指数函数。正是如此巨额的计算复杂度保障了密码系统的安全。
不过随着量子计算机的出现,计算达到超高速水平。其潜在计算速度远远高于传统的电子计算机，如一台具有5000个左右量子位(qubit)的量子计算机可以在30秒内解决传统超级计算机需要100亿年才能解决的问题。量子位可代表了一个0或1,也可代表二者的结合,或是0和1之间的一种状态。根据量子力学的基本原理,一个量子可同时有两种状态,即一个量子可同时表示0和1。因此采用L个量子可一次同时对2L个数据进行处理,从而一步完成海量计算。
这种对计算问题的描述方法大大降低了计算复杂性，因此建立在这种能力上的量子计算机的运算能力是传统计算机所无法相比的。例如一台只有几千量子比特的相对较小量子计算机就能破译现存用来保证网上银行和信用卡交易信息安全的所有公用密钥密码系统。因此，量子计算机会对现在的密码系统造成极大威胁。不过，量子力学同时也提供了一个检测信息交换是否安全的办法，即量子密码技术。
二、量子密码技术的原理
从数学上讲只要掌握了恰当的方法任何密码都可破译。此外，由于密码在被窃听、破解时不会留下任何痕迹，用户无法察觉，就会继续使用同地址、密码来存储传输重要信息，从而造成更大损失。然而量子理论将会完全改变这一切。
自上世纪90年代以来科学家开始了量子密码的研究。因为采用量子密码技术加密的数据不可破译，一旦有人非法获取这些信息,使用者就会立即知道并采取措施。无论多么聪明的窃听者在破译密码时都会留下痕迹。更惊叹的是量子密码甚至能在被窃听的同时自动改变。毫无疑问这是一种真正安全、不可窃听破译的密码。
以往密码学的理论基础是数学，而量子密码学的理论基础是量子力学，利用物理学原理来保护信息。其原理是“海森堡测不准原理”中所包含的一个特性，即当有人对量子系统进行偷窥时，同时也会破坏这个系统。在量子物理学中有一个“海森堡测不准原理”,如果人们开始准确了解到基本粒子动量的变化，那么也就开始丧失对该粒子位置变化的认识。所以如果使用光去观察基本粒子,照亮粒子的光(即便仅一个光子)的行为都会使之改变路线,从而无法发现该粒子的实际位置。从这个原理也可知，对光子来讲只有对光子实施干扰才能“看见”光子。因此对输运光子线路的窃听会破坏原通讯线路之间的相互关系,通讯会被中断,这实际上就是一种不同于传统需要加密解密的加密技术。在传统加密交换中两个通讯对象必须事先拥有共同信息——密钥，包含需要加密、解密的算法数据信息。而先于信息传输的密钥交换正是传统加密协议的弱点。另外,还有“单量子不可复制定理”。它是上述原理的推论,指在不知道量子状态的情况下复制单个量子是不可能的,因为要复制单个量子就必须先做测量,而测量必然会改变量子状态。根据这两个原理,即使量子密码不幸被电脑黑客获取,也会因测量过程中对量子状态的改变使得黑客只能得到一些毫无意义的数据。
量子密码就是利用量子状态作为信息加密、解密的密钥，其原理就是被爱因斯坦称为“神秘远距离活动”的量子纠缠。它是一种量子力学现象，指不论两个粒子间距离有多远，一个粒子的变化都会影响另一个粒子。因此当使用一个特殊晶体将一个光子割裂成一对纠缠的光子后，即使相距遥远它们也是相互联结的。只要测量出其中一个被纠缠光子的属性，就容易推断出其他光子的属性。而且由这些光子产生的密码只有通过特定发送器、吸收器才能阅读。同时由于这些光子间的“神秘远距离活动”独一无二，只要有人要非法破译这些密码，就会不可避免地扰乱光子的性质。而且异动的光子会像警铃一样显示出入侵者的踪迹，再高明的黑客对这种加密技术也将一筹莫展。
三、量子密码技术在网络支付中的发展与应用
由于量子密码技术具有极好的市场前景和科学价值，故成为近年来国际学术界的一个前沿研究热点，欧洲、北美和日本都进行了大量的研究。在一些前沿领域量子密码技术非常被看好，许多针对性的应用实验正在进行。例如美国的BBN多种技术公司正在试验将量子密码引进因特网，并抓紧研究名为“开关”的设施，使用户可在因特网的大量加密量子流中接收属于自己的密码信息。应用在电子商务中，这种设施就可以确保在进行网络支付时用户密码等各重要信息的安全。
2007年3月国际上首个量子密码通信网络由我国科学家郭光灿在北京测试运行成功。这是迄今为止国际公开报道的惟一无中转、可同时任意互通的量子密码通信网络，标志着量子保密通信技术从点对点方式向网络化迈出了关键一步。2007年4月日本的研究小组利用商业光纤线路成功完成了量子密码传输的验证实验，据悉此研究小组还计划在2010年将这种量子密码传输技术投入使用，为金融机构和政府机关提供服务。
随着量子密码技术的发展，在不久的将来它将在网络支付的信息保护方面得到广泛应用，例如获取安全密钥、对数据加密、信息隐藏、信息身份认证等。相信未来量子密码技术将在确保电子支付安全中发挥至关重要的作用。
参考文献:
[1]王阿川宋辞等:一种更加安全的密码技术——量子密码[J].中国安全科学学报,2007,17(1):107～110
第7篇：量子计算的原理范文
能耗是个大问题
为突破“摩尔定律”的极限，除了不断提升集成电路计算机运算效率，各种新型计算机也在科学家脑中酝酿。以量子计算机为例，其基本数据单位依然是比特0或1。但与传统计算机不同，一个量子比特可以同时表现为0和1，两个量子比特就是00、01、10、11四种状态。以此类推，300个量子比特承载的数据量便可达到2的300次方，超过整个宇宙的原子数量总和，由此带来运算速度的极大提升。
除了提高性能，降低计算机系统能耗更是个棘手问题。据专家介绍，目前国际上高性能计算的主流体系结构，都建立在上世纪40年代冯·诺伊曼的理论之上，随着时展已面临不少瓶颈。例如，实际应用性能仅有峰值性能的5%10%，许多性能被“放空”；用户无法根据实际应用需求自主参与计算控制，实用性差。这两个缺陷导致计算系统能耗高居不下，目前位列世界前10名的高性能计算系统功耗均在数兆瓦以上，相当于一个中等城市公共照明用电的总量。各大互联网公司的数据中心能耗同样惊人，谷歌公司云计算中心每天的耗电量和整个日内瓦市的耗电量相当。如果未来计算机只是简单地做服务器数量叠加，而不考虑能耗问题，其用电成本将是天文数字。
向结构体系动刀
如何让计算机系统实现真正的高效能运算？邬江兴院士大胆选择了向整个计算机体系架构“动刀”，提出了一种全新的“PRCA体系结构”。在这种新体系下，计算机变得更加“聪明”，它不仅能分析、识别各种应用的类型、需要动用的计算资源，还能据此“调兵遣将”，做到“减有余，补不足”。例如，一个由100台服务器组成的数据中心，50台用于处理和电子邮件相关的指令，50台用于提供视频点播服务。在传统的计算架构下，这种任务分派是一成不变的；但在PRCA架构下，如果视频服务过于集中，50台服务器应接不暇，那么原本为邮件服务待命的服务器，也能 “增援”。这样一来，计算机资源的可持续利用率提高，硬件的更新换代频率有可能将不再频繁。由于所有的计算能力都用在“刀刃”上，整个系统能耗也大大降低。
和传统计算机 “铁板一块”的体系架构不同，这种新概念计算机最大的特点是“会认知”、“柔性可变”。当外界指令输入，算核能根据需要组合出不同的CPU、GPU或者存储器结构来支持运算。结构变成什么样子，完全取决于指令的内容。邬江兴院士将此类比为碳原子碳原子排列结构不同，既可以产生出世界上最坚硬的金刚石，也能够变成较柔软的石墨。
颠覆性创新有待验证
这种动态可变的体系架构，通过软件和硬件的共同创新实现。软件方面包括一系列新型系统，硬件则涉及CPU、存储结构等方面的改革。对于传统计算机体系结构来说，这相当于一次颇具颠覆性的创新，需要进一步实践验证。项目组也坦言，目前学界对此尚有不同看法和意见。但至少有一点已在业内达成基本共识：从具体的应用需求出发，重新设计计算机的结构，实现“智能”调配资源，很可能是未来高效能计算机的发展方向。
第8篇：量子计算的原理范文
1.熟练掌握有关化学式的一般计算。如根据化学式计算相对分子质量;计算化合物中各元素的质量比;计算化合物中各元素的质量分数;根据化学式计算某元素的化合价等。
2.熟悉有关化学式的逆运算。如由化合物中元素的质量比或元素的质量分数推求化学式;由相对分子质量计算化合物中某元素的相对原子质量等。
3.熟悉化学式的综合运算。如化合物质量与元素质量的互算、样品纯度的计算等。
例1(2009年青岛考题)科学家经过多年研究证明,在一些小包装零食中,含一定量的有毒、有害、致病的化学物质。如某些油炸食品中含有致癌物质丙烯酰胺(C3H5ON)。请你根据丙烯酰胺(C3H5ON)的化学式计算后填写。
(1)丙烯酰胺(C3H5ON)的相对分子质量为
;
(2)碳元素和氧元素的质量比是;
(3)氢元素的质量分数为 。
解析:(1)AmBn的相对分子质量=A的相对原子质量×m + B的相对原子质量×n。
(2)A的质量分数= ×100%。
(3)A、B元素的质量比== 。
答案:(1)71;(2)9∶4;(3)7.04%。
例2(2009年哈尔滨考题)在农业科研实验室里,用一定量NH4NO3和KH2PO4的固体混合物配制无土栽培营养液,已知固体混合物中氮元素的质量分数为28%,则固体混合物中KH2PO4的质量分数为()。
A.20% B.25% C.85% D.80%
解析:分析两个物质的化学式可知,只有硝酸铵含氮元素,且该混合物中所含硝酸铵的质量分数越大,则该混合物中氮元素的质量分数就越大。
若设混合物中KH2PO4的质量分数为x%,则硝酸铵的质量分数为1-x%,于是有1:( )=(1-x%):28%,解得,x%=20%。
答案:A。
例3(2009 年襄樊考题)某农田作物生长需要3.5kg氮元素,则需使用尿素[CO(NH2)2] kg。
解析:用元素的质量除以该化合物中这一元素的质量分数就可以得到该物质的质量,即 =7.5(或7.499)。
答案:7.5(或7.499)。
例4(2009年山东平原考题)震惊全国的“三鹿奶粉”事件中的罪魁祸首是三聚氰胺(分子结构如图1所示)。三聚氰胺是一种重要的化工原料,由于其含氮量高,且目前国际上又通用“测氮法”标定牛奶中蛋白质含量,于是一些不法商人就将其混入奶粉中以“提高”奶粉的品质。
(1)三聚氰胺的化学式为。
(2)三聚氰胺中氮元素的质量分数为
(保留一位小数)。
(3)奶粉中蛋白质含量为15~20%,蛋白质中含氮量平均为16%,若不法分子在1袋某品牌奶粉(400 g)中加了1 g三聚氰铵,相当于增加了 g蛋白质。
解释:从分子结构式可以看出一个三聚氰胺分子中所含的各原子及其个数,一个三聚氰胺分子中有3个碳原子、6个氢原子和6个氮原子,所以三聚氰胺的化学式为C3H6N6;三聚氰胺中氮元素的质量分数为 ×100%=66.7%;加了1 g三聚氰铵,相当于增加了蛋白质 =4.2g。
答案:(1)C3H6N6;(2)66.7%;(3)4.2。
点拨:关于化学式计算的实际问题主要包括化工产品和农药化肥的使用,生产生活中常见的安全事故(如燃烧、爆炸)的防范方法、措施,有毒或有腐蚀性物质泄漏的防范及其处理等。常用的计算方法有极值法、差量法、守恒法、化学式变形法等。
二、有关化学方程式的计算
1.理解根据化学方程式计算的原理,掌握解题的基本格式。
2.掌握由一种反应物(或生成物)的质量求生成物(或反应物)的质量的计算。
3.掌握含杂质的反应物(或生成物)(杂质不参加反应)的相关计算。
例5 (2009年南昌考题)在化学反应2A+B2
=2AB中,A 与B2反应的质量关系如图2所示,现将6g A和8g B2充分反应,则生成AB的质量应是( )。
A.9g B.11gC.12g D.14g
解析:由图2可以判断,参加反应的B2和A的质量比是1∶1,6g A和8g B2充分反应,其中2g B2剩余,应该生成12gAB。
答案:C 。
点拨:用字母表示反应物与生成物的化学方程式的计算其依据为质量守恒定律、反应物与生成物各物质的质量比等于相应物质的相对分子质量与其计量数之积的比。因此,计算中只涉及质量时与计量数无关,只有涉及相对分子质量时才与计量数有关。
例6(2009年贺州考题)在托盘天平的左、右两盘中各放一只烧杯,调节至平衡,向烧杯中分别注入质量相同、质量分数相同的稀硫酸,然后向两只烧杯中分别加入相同质量的铜铝合金和锌,待物质反应结束后,天平仍保持平衡,合金中铝与铜的质量比为()。
A.18∶47 B.54∶65 C.27∶64D.27∶38
解析:要使天平仍保持平衡,两边生成的氢气必须质量相等,根据化学方程式可知,生成等质量的氢气需要铝和锌的质量比为18∶65,所以铝和铜的质量比为18 ∶(65-18)=18 ∶47。
答案:A。
例7(2009年佛山考题)用纯净的木炭粉末还原氧化铜粉末时,可发生的反应有C+2CuO=2Cu+CO2;C + CuO=Cu + CO。现用1.2g木炭粉末还原10g氧化铜粉末,反应物刚好反应完全,则生成的气体产物是()。
A.CO2B.CO C.CO、CO2 D.Cu、CO
解析:本题可用双项极端假设法进行计算。假设1.2g碳全部生成CO2,根据化学方程式可知,需要16gCuO;假设1.2g碳全部生成CO,根据化学方程式可知,需要8gCuO。因为1.2g木炭粉末还原10g氧化铜粉末,反应物刚好反应完全,则生成的气体产物是CO和CO2 。
答案:C。
三、有关溶液的计算
1.掌握溶液中溶质质量分数的相关计算。
2.掌握已知溶质、溶剂(或溶液)质量、溶质质量分数中的任意两个量去求第三个量的计算方法,以及关于溶液稀释或浓缩的计算。
3.能够把溶质的质量分数知识运用于化学方程式计算。
例8 (2007年荆州考题)某乙醇(C2H5OH)的水溶液中,乙醇分子中所含的氢原子总数与水分子中所含的氢原子总数相等,则此乙醇溶液中溶质的质量分数是()。
A.5%B.71%C.46%D.33%
解析:由题意知,乙醇分子中所含的氢原子总数与水分子中所含的氢原子总数相等,且一个C2H5OH分子和3个H2O分子所含的氢原子数相等,C2H5OH 的相对分子质量为46,3个H2O的相对分子质量为54,所以乙醇溶液中溶质的质量分数是 ×100%=46%。
答案:C。
例9(2009年绍兴考题)硝酸钾和氯化钾的溶解度曲线如图3所示,据图回答下列问题。
(1)溶解度受温度影响较大的物质是 。
(2)50℃时,在100克水中加入氯化钾固体到饱和,则所得溶液的溶质质量分数是(保留小数到0.1%)。
解析:由溶解度曲线可以观察出硝酸钾的溶解度受温度影响较大;50℃时,氯化钾的溶解度为40g,100克水中加入氯化钾固体到饱和,则所得溶液的溶质质量分数是 ×100%=28.6%。
答案:(1)硝酸钾;(2)28.6%。
四、综合计算
1.图像型计算题
以图像的形式将相关量之间的关系形象直观地表示出来,把化学原理抽象为数学问题,旨在考查同学们对图像的数学意义和化学意义的分析、理解和运用能力。图像型计算题看似难度较大,但只要弄清纵轴、横轴、不同曲线的起点、交点和转折点的化学意义,问题就可迎刃而解。
例10(2009年肇庆考题)某同学为了检验家里购买的硫酸铵化肥是否合格,称取27.5 g化肥样品与足量浓烧碱溶液加热,产生的氨气用100.0g废硫酸完全吸收。测得吸收氨气的溶液总质量m与反应时间t的变化如图4所示。
所涉及的反应有:
(NH4)2SO4+2NaOH Na2SO4+2H2O+2NH3;
2NH3+H2SO4 = (NH4)2SO4 。
请计算:
(1)完全反应后产生氨气的质量。
(2)该化肥的含氮量为 (精确到0.1%),
则这种化肥属于(填“合格”或“不合格”,合格硫酸铵的含氮量在20%以上)产品。
(3)请计算废硫酸中硫酸的质量分数(写出计算过程)。
(4)若实验过程中氨气被完全吸收,但该实验测得硫酸铵化肥的含氮量高于实际值,其原因是什么。
解析:由图像可以看出,最后吸收氨气的溶液总质量为106.8g,增加的质量就是生成的氨气的质量,为106.8g-100g=6.8g;6.8g氨气中含有的氮元素的质量就是27.5 g硫酸铵样品中所含氮元素的质量,因此该化肥的含氮量为 ×100%=20.4%,20.4%>20%,所以合格;再根据化学方程式进行计算即可。
答案:(1)6.8g ;(2)20.4% ;合格。
(3)解:设废硫酸中纯硫酸的质量为x ,
2NH3+H2SO4= (NH4)2SO4,
3498
6.8g x
x= =19.6g。
H2SO4%= ×100%=19.6% 。
答:废硫酸中硫酸的质量分数为19.6%。
(4)加热反应产生的水蒸汽被废硫酸吸收,导致所测吸收液质量比只吸收氨气大。
2.实验数据处理型计算题
解答此类问题时要明确该实验所要研究的问题是什么,其反应原理是什么,然后分析图表数据所表达的物质的量的变化规律,选择有关数据(恰好反应的数据组)进行计算。这类问题主要考查同学们识表获取信息的能力,对实验数据的分析能力以及解决实际问题的能力。
例11(2009年黔东考题)某同学为了测定黄铜屑(由锌和铜形成的合金)样品的组成,取四份样品分别加入稀硫酸反应,其实验数据记录如下表。
试计算:
(1)经分析,在第1份样品测得的数据中,
(填物质)完全反应了。
(2)列式计算黄铜屑样品中的锌的质量分数和所用稀硫酸中溶质的质量分数。
(3)请在图5中画出在50.0g样品中加稀硫酸的质量与产生气体质量变化关系的示意图。
解析:对比第1份和第2份(或第3份)实验数据可知,前两份样品中加入的稀硫酸都完全反应;对照第3份和第4份数据可知,样品中的锌已完全反应。根据产生氢气的质量可以计算出样品中锌的质量,也可以计算出参加反应的硫酸的质量,进而计算出样品中锌的质量分数和硫酸溶液中溶质的质量分数。硫酸和锌接触即反应,图像从原点出发,当锌完全反应,消耗硫酸100g时,氢气达到最大值,然后不再增多。
答案:(1)稀硫酸。
(2)解:设参加反应的锌的质量为x ,参加反应的硫酸的质量为y ,
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2
652
x1.0 g
65∶2=x∶1.0 g,
x=32.5g。
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2
982
y g0.8 g
98∶2=y∶0.8 g,
y=39.2g 。
黄铜屑样品中的锌的质量分数为
×100%=65%;
所用稀硫酸中溶质的质量分数为
×100%=49%。
答:黄铜屑样品中的锌的质量分数为65%,所用稀硫酸中溶质的质量分数为49%。
(3)如图6所示。
第9篇：量子计算的原理范文
关键词:BCC相 Fe-Ni合金 晶格常数 MAEAM
中图分类号:TG11文献标识码:A文章编号:1007-3973(2010)06-100-02
1引言
Fe-Ni合金由于它优越的磁性能和典型的马氏体相变引起了人们的广泛关注。本篇文章的主旨在于研究BCC相Fe-Ni合金的晶格常数。
研究合金的晶格常数有很多种方法,例如对势原理和嵌入原子法(EAM),其中嵌入原子法是结合了分子动力学模拟(MD),从头计算法等等。但是,对势原理只考虑一个体系中原子的势能,而嵌入原子法则在计算中不考虑晶体中原子的方向性。
以嵌入原子法为基础,张邦维等人将其发展为修正分析嵌入原子法(MAEAM)。引入一个能量修正项,用于修正电子密度偏离球对称分布所引起的能量高阶变化,认为这部分能量源于电子密度的高次项;而且,提出一个用多项式幂函数表达的两体势。根据这种认识和思想,建立了MAEAM理论框架,进而对三种主要结构的金属元素及其合金的一些性能进行了系统的计算,得到了与实验符合得不错的结果。
2MAEAM
在MAEAM中,系统地总能量表述为:
这里是原子对总能量的能量贡献值,这里,是的嵌入函数, 是所有其他原子在处产生的电子密度,是一个原子的电子密度,是第个近邻到原子的距离,是嵌入一个原子至电子密度为 的晶体中的能量,是和两原子间的两体中心势。是修正项,其中的参数为基体电子密度中原子的电子密度非球对称部分的贡献。修正项的物理意义主要是描述原子电子密度非球对称分布所引起的系统总能量的变化。这里嵌入函数,两体势 ,修正项,和电子密度的具体函数形式,即:
这里下标表示平衡状态, 表示平衡时第一近邻的距离。本文中原子平衡时的电子密度表示为
这里BCC金属原子体积为 金属原子体积为 (是金属晶格常数), 和分别为结合能和单空位形成能。在公式(4)-(6)中的其他参数 在结合能中决定单空位形成能 ,晶格常数以及弹性常数决定以下参数
3计算结果
晶格常数是理论计算的基础。BCC相合金Fe-Ni晶格常数,能量越低晶体越稳定。由能量最低点得出的计算结果为,如图2。
参考文献:
[1],刘奇正,戎咏华,徐祖耀;Fe-Ni合金中相能量的修正嵌入原子法计算[J];上海交通大学学报;2002年01期 118页.
[2]Milstein F (1971) Phys. Rev. B 3:1130.
[3]Milstein F (1970) Phys. Rev. B 3:512.
[4]Pandya C V, Vyas P R, Pandya T C, Rani N, V.B. Gohel (2001) Physica B 307:138.
[5]Milstein F, Chantasiriwan S (1998) Phys. Rev. B 58:6006.
[6]Ma F, Xu K W (2006) Solid State Commun. 140:487.
[7]Grujicic M, Dang P (1995) Mater Sci Eng A 199:173.
[8]Mishin Y, Mehl M J, Papaconstantopoulos D A (2005) Acta Mater. 53:4029.
[9]Shim J H, Lee H J, Wirth B D (2006) J Nucl. Mater. 351:56.
[10]Clatterbuck D M, Chrzan D C, J.W. Morris Jr (2003) Acta Mater. 51:227.
[11]ern M, Pokluda J, Andera P (2004) Mater Sci. Eng A 387-389:923.
[12] Frik M, ob M, Vitek V (2003) Phil Mag 83:3529.
[13] Zhang B W, Ouyang Y F, Liao S Z, Jin Z P (1999) Physica B 262:218.
[14]Hu W Y, Zhang B W, Huang B Y, Gao F, Bacon D J (2001)J Phys Condens Matter 13:1193.
[15]Hu W Y, Zhang B W, Shu X L, Huang B Y (1999) J AlloyCompd 289:159.
