量子计算论文范文精选
量子计算论文范文第1篇
电子地图条件下的载负量计算与传统地图载负量是不同的，主要表现在两个方面。1)无须将面积载负量转换为数值载负量。传统制图条件下，通常将面积载负量转换为数值载负量，J．库曼斯坦建议用“点”作为数值载负量的评定指标。对于点状地物，一个独立地图即一个点;对于线状地物，图上1cm长的线状地物即一个点;对于面状地物，图上1cm2即一个点。利用该标准，可以很容易地统计出纸张地图上“点”的数量。而在电子地图条件下，所有类型地物要素都是通过像素来进行表达的，利用电子地图软件程序可以很方便地计算出点、线、面及注记要素所占的像素个数或区域面积。因此，电子地图条件下可以直接计算面积载负量。2)符号的最小尺寸。传统地图是目视图形，地图符号的形状与大小直接影响地图载负量的大小。一般规定，纸张地图中最细的线粗为0．1mm，最小的要素间距为0．2mm，这样才符合人眼的生理辨别能力。电子屏幕环境下，由于屏幕闪烁和光线的刺激，电子地图上符号最小尺寸要大于纸质地图上符号最小尺寸才能满足地图的清晰易读，文献［8］依据制图经验提出了电子屏幕下符号大小应为纸质环境的2．5～3倍。因此，基于上述不同及地图载负量的特点，在进行电子地图载负量计算时，应顾及以下条件。1)点要素面积载负量，由点要素符号面积和注记面积组成。2)线要素面积载负量，由线符号面积和注记面积组成。3)色彩填充的面要素，其面积载负量由边线面积和注记面积组成;图案填充面要素，其面积载负量即为其面积和注记面积之和。4)电子地图情况下，最细的线符号为0．3mm，最小的地物间距为0．6mm。5)所有要素的面积载负量最终应转换为要素所占屏幕像素个数与屏幕像素总和之比。1．点要素面积载负量计算依据点要素符号不重叠特征，将点要素的有效负载与符号空白位置再加上其注记面积，作为一个点要素的面积载负量。2．线要素面积载负量计算线状地物要素依据其符号特征可以分为:①基本线性符号表达的线要素，如折线;②基本线符号组合表达的线要素，如平行线、虚线符号;③基本线符号加图案配置型线要素，如河堤符号。式中，当线符号为基本线型符号或基本线型组合符号时，线的宽度为线符号规定的宽度;当线符号位基本线型符号加图案配置型线符号时，线的宽度应为线符号单元的整体宽度，见表2。3．面要素面积载负量计算电子地图中的面要素通常采用的是:①面要素具有边线或内部色彩填充;②面要素具有边线和内部图案填充;③点符号填充面符号。设某一电子图幅内(面积为S，单位为mm2)面要素集合为SAi(i=0，1，…，n)，Ai为一面要素。则图幅内该面要素集合的面积载负量见表3。当面要素内部填充为图案时，注记在面内部的不计算注记载负量。4．模型应用流程上述电子地图载负量计算模型可以直接应用到电子地图制作软件或地理信息系统中，其应用过程如图1所示。在应用中，可以将载负量计算模型做成一个软件模块或软件包的形式，嵌入到系统软件中。利用系统软件的数据模型和空间数据库，在确定好图幅范围后，抽取图幅范围内的地理对象，这些地理对象也可能是经过裁剪后的对象的一部分。利用对象的属性获得对象的符号表达信息和属性，以及其他相关信息，利用这些信息可以确定载负量的计算方法，从而获得指定图幅内的载负量。利用计算出的载负量值，可以进行其他方面如制图综合、内容选取等的应用。
二、试验
该试验利用自主研发的“GIS综合试验系统”进行了载负量计算模型的嵌入实现。选择郑州地区的4个不同区域，在同一比例尺下进行电子地图的绘制(如图2所示)，并实时利用载负量计算模型得出4个不同区域内电子地图载负量的值。为了对比，将试验区域内的4幅电子地图输出成为BMP格式的图像，并利用Photoshop软件进行色彩处理，获得每幅图像中非底色(白色)部分的像素个数(该部分为目标颜色值)，除以图像像素总个数，从而获得每幅地图的载负量。上述获得的两组载负量的值见表4。从表4可以看出，在图2(a)中，模型计算方法获得的载负量比色差识别法获得的载负量要小，而图(c)中模型计算方法获得的载负量比色差识别方法计算的载负量要大。经过分析，由于图2(a)中含有面对象，而面的普染色在利用色差识别方法时将面要素的内部填充色也作为要素载负量进行了计算，但地图学理论［2］中一般不将面要素的色彩填充作为地图面积载负量，因此造成了图2(a)中载负量的差值;图2(c)中，由于没有面要素内部色彩被计算成载负量，而模型计算方法在计算过程中考虑了要素的空白位置，造成了模型计算方法计算的结果比色差识别法计算的结果值要略大，类似的情况在图2(c)中也出现了。图2(d)中由于面要素的区域稍大，而整体图面内要素数量较少，造成了利用色差识别法计算的载负量比模型计算方法计算的结果值稍大。
三、结束语
量子计算论文范文第2篇
[关键词]物理学理论 计算机技术 量子计算机
中图分类号：O4-39 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）27-0198-01
一、近代物理学理论的发展与现代物理学理论
现代物理学的发展即为19世纪至今，是现代物理学理论发展不断壮大的时期。
当力学，热力学，统计学，电磁学都发展的很完善时，有“两个不稳定因素”打破了物理界的当时的境况，推动了物理学的变革。第一个是迈克尔逊-莫雷实验，即在实验中没测到“以太风”，也就是说不存在真正的参考系，光速与光源运动无关，光速各向同性。第二个是黑体辐射实验，用经典物理学理论无法解释实验结果。
20世纪初，爱因斯坦打破了传统的物理学理论，提出了侠义相对论，彻底了之前牛顿提出的绝对时空观的理论。十年后又创立了广义相对论，阐述了万有引力的实质。
物理学界的第二个稳定因素――黑体辐射实验，通过普朗克，爱因斯坦，玻尔等一大批物理学家的努力下，量子力学应时诞生了。随着薛定谔波动方程解释物质与波的关系，量子力学愈来愈趋于完善。
量子力学与相对论力学在现代物理学理论发展中是不可忽略的伟大成就。这两个的研究的对象也发生了改变，由低速到高速，宏观到微观等，物理学理论也日趋成熟。
二物理学理论是计算机诞生的基础
物理学作为理论基础：随着微积分、力学三大定律、万有引力定律，经典光学理论的建立，总所周知的一位伟大的物理学家――牛顿的整个力学的体系也完美的呈现于人们眼中。一对天才数学家布尔和德莫根历经无数次的推演证明，挖掘出了数理逻辑中那闪耀着最亮的光辉――布尔代数：电磁理论则是伟大的物理学家法拉第和麦克斯文创立的！而微观领域上的量子力学经由多位物理学家――德布罗意、玻尔、爱因斯坦、海森伯、薛定谔建立;还有电子三极管经过无数次实验也被德弗雷斯发明出来了。
上世纪40年代，200多位的专家研制小组由美国国防部任命的莫奇利和埃克特领导着并且克服了无数困难，两年中坚持的开发创新，人类第一台计算机――ENIAC（1946）在宾夕法尼亚大学研制成功！这不仅是第一台电子管数字积分计算机更是人类文明进步的一大步。
随着第一台计算机的成功研制的第二年，一种不仅小而且安全可靠，又不会变热，结构也什么简单的晶体管在美国的科学家巴丁等人研制出来。德克萨斯一器和仙童公司也紧跟着飞速发展的科技的步伐，在1953年成功的生产出了首个集成电路。次年，得克萨斯仪器公司首先的宣布他们拥有了集成电路的生产线，这意味着集成电路可以大量的投入生产和使用，然后TRADIC――首台晶体管计算机诞生了，这个在体积上要小很多的计算机就诞生了。
伴随着集成电路的出现，第三代计算机则是诞生在60年代中期。同样是由IBM公司生产出的IBN600系列计算机成为了第三代计算机的代表产品。早一些的INTEL8080CPU的晶体管集成度超过5000管/片，1977年在一个小小的硅片上就可包含几万个管子。
随着时间的推移，以大比例的集成电路当作逻辑元件和存储器的第四代计算机也向着微型或巨型改。计算机的处理器也由8086不停地在转化，到了我们熟知的奔腾系列。
不管是计算机的理论基础还是硬件设施，其实都是以物理学理论为根本的。物理学理论与计算机技术在未来的日子里互相补益，会不断的推动科学向前飞速发展的。
三、计算机零件应用的物理学理论
液晶屏，一听名字就可以想象得到它是以液晶材料为基本组件的。实际上液晶屏就是把液晶材料填充于两块平行板之间，并且利用电压来改变其材料内部的分子排列情况，控制遮光与透光以显示明暗不同，鳞次栉比的图案。如果想要显示彩色的图案时，只要把带着三元色的滤光层加入到两块平行板之间就可以了。液晶屏的广泛应用还因为其功耗十分的低，应用电池的电子产品都可以配置液晶屏。由于液晶介于固态与液态之间，那么就可以既体现固态晶体所有的光学特性，还可以表现出液态的流动特性。总结液晶的物理特性可归纳为：粘性、弹性和其极化性。
目前的CPU一般就是包括三个部分：基板、核心、针脚。大家都知道有一种电脑的硬件的组成的基本单位十分的重要，就是晶体管，而CPU的主要的组成也是晶体管。AMD主流CPU内核在早期的Palomino核心和Thoroughbred-B核心的配备，通常采用3750万个晶体管，而Barton核心使用了5400万个晶体管，核心Opteron处理器使用多达1.06亿个晶体管;。因此，实际上说的CPU核心构成的最基本单位就是晶体管的的芯数，针脚。所说的基板通常是印刷电路板，它承载着核心与针脚。然后该晶体管通过电路连接，成为一个不可或缺的整体，然后可以去分成不同的执行单元，每个单元又可以去处理不同的数据，这样有秩序的完成每个任务，才会准确而快速，这也是CPU为何拥有如此强大的处理能力的原因。
其实还有很多的零件都运用了大量的物理学理论。下面向大家介绍一下比较先进的计算机――量子计算机。
四、简介量子计算机
从物理观点看，计算机是一个物理系统.计算过程是一个物理过程。量子计算机是一个量子力学系统，量子计算过程就是这个量子力学系统内量子态的演化过程。
量子计算机以量子力学建立逻辑体系，与量子计算机有关的量子力学的原理，即量子状态的主要性质包括：状态叠加、干涉性、状态变化、纠缠、不可复制性与不确定性。
量子计算机具有学术价值和产业价值不可估量。对人类的文明，它实际上是一个很大的进步，我认为最主要的方面则是它的工业价值。最直接的应用各种各样的量子算法，他就可以用于商用化。
可以回想机器在20年前的悲惨境况和现在的春分得意，利用机器学习是很难在工业部门查找数值，因为计算能力的时候真的很烂。然后还要测试几个月，谁还有时间来调整参数啊。而这两十年间，计算机体系结构不断的优化下，机器学习强大了好多倍。想想看，如果我们比今天的计算能力更强大，我们无法想象一个强大的AI强量子任务不是指日可待？而当每家每户都有一个量子计算机，互联网将演变成什么形式？总之，商业量子计算机将是未来科技的发动机，就像蒸汽机是工业文明的象征，量子计算机的前景值得我们期待！
我国科技飞速发展的今天，我们不难发现现代生活已经步入了一个电子的天堂，计算机将会发挥它不可估量的价值，而作文计算机技术的支架――物理学理论也在不断的发展着，这就要求我们在紧跟着的脚步，努力研究，发现问题、认识问题、解决问题，逐渐的将我们国力壮大，2020年全面建成小康社会。
参考文献
[1] 王炳根.百年物理学发展的回顾与未来的展望[J].南平师专学报. 1997，04：11-14.
量子计算论文范文第3篇
关键词：论文 相似度 匹配 算法
1 概述
近年来，随着网络技术的发展与普及，人们通过互联网获得信息更加便捷。而很多专业性的论文也能够在互联网上进行检索。在校学生或社会上的一些工作人员在发表专业论文时，往往通过互联网查阅相关资料，但有些人为了能够尽快直接抄袭或剽窃他人论文。各高校每年有大量的毕业生需要写毕业论文，而社会上每年也会有大量的论文在公开期刊杂志上进行发表。如此多的论文如何检测其是否含有抄袭或剽窃现象呢？单单依靠人们对每一篇论文进行审查肯定是行不通的，这就要借助于现代化的手段以提高相应的审查效率。
设计和开发一种好的论文相似度算法可将待发表的论文与已有论文进行智能比对检查，若发现雷同现象可及时通知发表人员做进一步修改。从而减少甚至避免在社会上出现的专业论文抄袭现象。
2 算法设计
因为每年会产生大量的论文，因而已有论文的数量非常巨大，这就要求比对算法要尽可能的简单，从而达到较高的执行效率。
首先对已有论文进行分类整理，以建立已有论文库。对已有论文按照发表年份、专业类别、出版社进行分类收集和存储。然后将论文库中的论文与待进行逐一比对审查。
待与已有论文进行匹配时，具体算法步骤如下：
2.1 待审查论文文档预处理
首先提取待审查论文的文本内容，将其进行段落划分。段落划分时，要将相邻较小的段落合并为一个较大的段落；过大的段落也要分解为多个较小的段落。如规定有效段落中句子的数量应大于5并小于60，那么论文中如果有两个相邻的段，其中一段仅有4个句子，则该段应与另一段进行合并，从而合并为一个有效段落；但如果论文中有一个段包含了70个句子，则该段应分解为两个有效段落：其中一个有效段落包含30个句子，另一个有效段落包含40个句子。段落划分后，对有效段落进行逐个顺序编号。
2.2 有效段落匹配
将待审查论文中划分好的有效段落与另一篇论文进行一次匹配。匹配时按先后顺序读取有效段落中的句子，从句子中随机抽取一定数量的连续字符，将其与另一篇论文进行完全字符串匹配，如果完全相同则记录该句，然后继续读取下一句，同样随机抽取相同数量的字符串与另一篇论文进行完全字符串匹配，并记录匹配结果。依次进行，直至段落结束，统计该段落中记录下来句子的数量，将其除以段落总的句子数量，得出该段落的匹配相似度。
2.3 论文相似度计算
段落匹配结束后，选出段落相似度最大的两个段落，将这两个段落中记录下来句子的数量，除以这两个段落总的句子的数量，视为该论文的相似度。如果该相似度值较大，则可视为论文中的段落有一定的抄袭现象。需相关人员做进一步审查核实。
3 算法实现
算法采用面向对象的思想，将具体的算法过程与功能封装在相应的类中。主要的类有：
Paper类：表示论文，含有年份、专业类别、出版社、作者名称，文档内容等属性。
PagerList类：用来实现论文的分类整理，含
有add（Pager p）和remove（Pager p）方法可在不同类别中添加或移除论文。
Paragraph类：用于论文段落的划分，其中ListdivideToParagraph（Paper p）方法负责将论文划分成有效段落，各个段落保存在一个字符串列表中。
CheckPager类：用于论文的相似度比较，其中的float check（Paper p1，Paper p2）方法负责将两篇论文进行匹配，匹配结束后返回相似度值。
其具体实现的流程如上图所示：
4 总结
由于每年会有大量的论文得以公开发表，因此已有论文的数量逐年增多，因此在算法设计时应着重考虑系统的审查匹配效率。该算法在论文匹配时主要以有效句为单位进行字符串的完全匹配比较，虽然精度上不是很高但可满足对大量论文进行快速匹配的效率要求，以提供一种简捷的辅助审查手段。在算法实现时还可采用多线程的机制，以能更好的被现今主流的多核CPU所支持，从而进一步提高匹配算法的执行效率和程序运行的稳定性。
参考文献：
[1]巫喜红，凌捷.BM模式匹配算法剖析.计算机工程与设计，第28卷第1期.2007.
[2]娄正良，刘昌平，白洪亮，邹明福.汉字串的模糊匹配算法.微电子学与计算机，第21卷第4期.2004.
[3]潘群娜.基于模式匹配KMP算法的探讨.科技信息（科学教研），第13期.2007.
[4]李容.Visual C# 2008开发技术详解.电子工业出版社，2008.
量子计算论文范文第4篇
关键词 燃烧热；密度泛函（DFT） ；共振能；苯
中图分类号O64 文献标识码A 文章编号 1674—6708（2012）76—0109—02
“燃烧热测定”是物理化学中一个经典的实验，在实验室中一般测定固体物质萘或蔗糖等有机物固体的燃烧热[1—2]。本文通过热力学综合测定仪中的燃烧热测定装置，可以测量出液体苯、环己烷、环己烯的燃烧热，进行计算可得到苯的共振能。应用量子化学理论算方法亦可计算苯的共振能，通过计算方法的选择，并与文献值比较[3]，可找到计算适合苯、环己烷、环己烯系列物质的最佳方法。
1 实验部分
1.1 实验仪器及药品
物理化学热力学综合实验装置RLXZH— ?（配计算机及相关软件），氧弹量热计，压片机，电子天平，氧气钢瓶；苯甲酸，苯（A.R），环己烯（A.R），环己烷（A.R），药用胶囊（本实验用的是重庆申高生化制药有限公司生产的氨咖黄敏胶囊，把药粉倒出，只用外包装的胶囊）。
1.2 空心胶囊燃烧热的测定
取6个空心胶囊，将其叠压在一起，量取约15cm的铁丝，在分析天平上准确称取铁丝的质量，然后把铁丝绑在胶囊上面，准确称量总质量。利用量热计测出空心胶囊的燃烧热。
1.3 测定试剂的燃烧热
选取一个密封完好的药用胶囊，在分析天平上准确称取它的质量，取适量铁丝，准确称取它的质量，放入胶囊中，用滴管小心加入苯，使其装满，再把胶囊套好，在分析天平上准确称取质量，算出苯的质量。再把装好的胶囊置于氧弹中，冲入氧气，利用氧弹量热计测出燃烧热，扣除胶囊的燃烧热，即得到苯的燃烧热，用同样的方法测出环己烷和环己烯的燃烧热。
1.4 实验记录及其数据处理
根据所测的数据作图，并对各测定做温度雷诺校正图，直接通过南大万和综合热测定仪随即软件作图，求出每次实验时温度差T。之后再作雷诺校正图得到温差，图l是四个实验的雷诺校正图，温差T已标出；计算量热计的热容，计算结果可由南大万和物理化学热力学综合实验装置随机软件记录并处理数据。从量热计的热容、各液体样品燃烧时的水温升高值以及胶囊的燃烧热值，计算苯、环己烷和环己烯的恒容燃烧热，并由H=QP=QV+ nRT计算恒压反应热，结果见表1。
2 理论计算部分
2.1 计算方法
在ChemDraw程序中构建苯、环己烷和环己烯的分子结构模型，先用AM1半经验算法对分子模型进行初步的几何优化。之后分别用半经验法（AM1）、从头算方法HF（6—311+g*和6—311++g*基组水平）和密度泛函（B3lyp/6—31）进行优化构型的量子化学计算，整个计算过程使用Gaussian 03程序包完成。
2.2 计算结果
分别使用半经验AM1法，从头算方法HF（6—311+g*）、HF（6—311++g*）、B3lyp/6—31进行结构全优化计算。苯是一个完全对等的正六边形，6个C—C单键完全。由于苯环的共轭作用，使得苯环中C—C单键长度介于环己烷的C—C和环己烯的C=C双键之间。环己烷是较为稳定的椅式结构，6个C原子不在一个平面上。
3 结果与讨论
3.1 实验结果与计算结果对比
按照下列公式求得苯的共振能E[4]，计算结果如表2所示。
3.2 误差分析
文献值是123.58kJ·mol—1[5]，从实验测量与计算结果上分析，实验方法与文献值相差较大，测量了多次仍存在较大误差，主要原因：1）由于苯、环己烷和环己烯都具有强挥发性，在装入氧弹并排出氧弹中空气的过程中已有部分挥发所导致；2）用胶囊盛装液体，在高温时胶囊变软，从而导致液体挥发，使液体燃烧不完全引入误差。用量子化学理论计算方法，经过半经验法（AM1）、从头算方法HF（6—311+g*和6—311++g*基组水平）和密度泛函（B3lyp/6—31）4 种方法计算，密度泛函方法计算得到的结论与文献3值吻合较好，而且在用HF方法计算时，我们用了不同的基组，发现基组的改变对计算数值影响不大，所以用密度泛函方法使用较小的基组也能得到与文献值相符的结果。
4 结论
通过实验和量子化学理论计算均能得到苯的共振能，通过方法和误差分析也可比较两种方法的优点。从误差分析，实验方法得到的结果误差较大，经过多次改进仍不理想。量子化学理论计算方法中的密度泛函（DFT）方法得到的结果与文献值接近，是计算该类物质能量的较好的方法。
参考文献
[1]复旦大学.物理化学实验[M].北京：高等教育出版社，2002，6：24—26.
[2]孙尔康.物理化学实验[M].南京：南京大学出版社，2010，1：8—10.
[3]马沛生.有机化合物实验物性数据手册[M].北京：化学工业出版社，2006，8： 476—480.
量子计算论文范文第5篇
本文基于密度泛函第一性原理方法，在广义梯度近似计算条件下获得了多种典型超硬材料晶体的晶体结构和弹性参数，以A.Šimůnek理论小组的硬度计算模型基础，着重分析了晶体硬度与体弹模量B和剪切模量G之间的关系，澄清了难压缩与超硬之间的关系；通过晶体的键密度和键布居等信息，提出了理论硬度计算模型中的一个改进，并定性预测了化合物成为超硬材料的基本特征，为今后新型超硬材料的理论预测和实验合成提供了重要的参考信息和依据。
关键词:硬度；键合性质；电子结构；力学性质
中图分类号：TB39文献标识码：A
1.引言
超硬材料被定义为维氏硬度测量值大于40GPa的材料[1]。超硬材料因其具有高硬度、耐磨、热稳定性好以及化学性质稳定等特殊的物理和化学性质，在工业及相关应用领域迅速发展成为一种新型的功能材料。作为理论研究和硬度预测也就提到了一个新的高度，捷克A.Šimůnek理论小组提出的材料硬度理论计算方法[7]成为当前材料硬度预测的代表之一，将帮助人们从原子和电子层次上去研究和认识材料硬度的本质，为探索新型超硬材料形成机制具有重要指导意义。
2. Šimůnek理论小组的理论硬度计算模型
在2006～2008年，Šimůnek小组结合半经验公式推出和完善了晶体材料的硬度与成键强度之间的计算关系式[2]：
（1）
，， （2）
其中，代表晶体键的种类数，代表晶体中某一类键的数目，而和分别代表原子和的配位数，能量，和分别是原子的价电子数和原子半径值，表示键体积。是原子和间的键长，常数和由实验获得。
3.化合物的键合性质和硬度之间的关系
第一性原理计算方法具有不依赖任何经验参数，又能提供晶体结构和电子结构等参数的特点，为分析材料硬度与键合性质的联系提供了便利。本文晶体结构和电子结构的获取采用著名的CASTEP第一性原理软件包计算完成。计算采用周期性边界条件，用广义梯度近似(GGA)的交换相关函数(PW91)来处理电子间的交换关联能，而电子波函数则通过平面波基矢组扩展，并且采用超软赝势（USP）来描述离子实与价电子之间的相互作用势。平面波的展开截断能量值设为, Brillouin区点的取值采用Monkhorst-Pack形式的特殊K点方法，倒空间的间隔小于0.04Å-1，自洽计算的收敛精度设为。对多种晶体结构和电子结构的计算结果如表1，并结合Šimůnek小组的理论硬度计算模型获得了相应的理论硬度值。表中，理论硬度的数值与实验数值基本是吻合的，表明Šimůnek理论小组的理论硬度计算模型具有较高的可靠性。
3.1 Šimůnek理论小组的理论硬度计算模型的一个改进
Mulliken重叠布居值可表明原子在成键过程中转移 (或产生偏移) 的电子数目情况，据此可用来确定成键原子的化合价态。这相对于Šimůnek理论小组用估算的方法来确定元素化合价要更加合理和准确。如文献[2]中，计算ReB2晶体的理论硬度时，Re的Mulliken重叠布居计算值为，就可以清楚知道Re原子在与B原子形成Re-B键的过程中转移走了0.66个电子，成键化合价就为6.34。因而采用Mulliken布居值表征化合物中元素的化合价将使计算结果更加可信。
3.2 材料的弹性参数与硬度之间的关系
将表1中各晶体的弹性参数与实验硬度作图，如图1所示。从图中可以看出各晶体的硬度与剪切模量或者弹性模量之间没有一一对应的关系。如WC具有比C-BN更高或体弹模量B及相当剪切模量G值，但其硬度却仅为后者的一半左右。故具有高体弹模量和剪切模量特征的材料不一定是高硬度材料。但从另外一个方面来看，具有较高硬度的材料却大多具有高体弹模量和剪切模量特征；低硬度材料的体弹模量和剪切模量也都较低，因而可以将高体弹模量和剪切模量特征作为高硬度材料筛选的充分而非必要条件，而最后能否成为超硬材料则可以通过实验验证或者用Šimůnek理论小组的理论硬度计算模型作进一步的推证。
4.结论
从以上分析表明，Šimůnek理论小组的理论硬度计算模型是一种可靠的理论硬度计算模型，借助于第一性原理的晶体结构参数计算结果可以快速地获取到晶体的理论硬度值。从本模型的计算结构表明，晶体的高体弹模量和剪切模量特征是成为一种超硬材料的充分而非必要条件。
参考文献
[1]J.Hanies, J. M. Léger, and G. Bocquillon. Synthesis and Design of Superhard Materials. Annu. Rev. Mater. Res., 2001, 31:1-23.
[2]Šimůnek A. . How to estimate Hardness of crystal on a pocket calculator. Phys. Rev. B. 2007, 75: 172108-4
[3]A. Szymanski and J. M. Szymanski, Hardness Estimation of Minerals Rocks and Ceramic Materials. Elsevier, Amsterdam,1989.
[4]D. M. Teter, MRS Bull. 1998, 23:22
[5]V. V. Brazhkin et al., Philos. Mag. A. 2002, (82):231
[6]C. A. Perottoni and J. A. H. da Jornada, Phys. Rev. B. 2002, 65: 224208
[7]J. Dong et al., Phys. Rev. B.2003, 67: 094104
量子计算论文范文第6篇
全球领先的科技行业公司，如微软、IBM和谷歌，正在开发量子计算机。通过量子机制，计算机的数据处理能力将会有大幅提升。计算技术巨头认为，量子计算机将会使人工智能软件更强大，并给材料科学等领域带来巨大的飞跃。
美国宇航局（NASA）希望，量子计算机能协助安排火箭发射，模拟未来的太空飞行。NASA埃姆斯研究中心探索技术负责人迪帕克・比思维斯（Deepak Biswas）表示：“这是一项真正颠覆性的技术，可以改变我们从事所有工作的方式。”
2013年，谷歌从加拿大创业公司D-Wave Systems采购了一台计算机。当时这台计算机被称作“全球首台商用的量子计算机”。随后，NASA埃姆斯研究中心与谷歌合作基于这台计算机展开了研究。这台计算机目前安装在加州山景城NASA埃姆斯研究中心内，通过量子退火装置来处理数据。量子退火装置中的算法可以解决“最优化问题”，而这样的问题在机器学习和人工智能软件中很常见。
然而，D-Wave的芯片引起了量子物理学家的争议。该公司内外的研究人员都无法明确证明，这款设备能够利用量子技术去超过传统计算机。
谷歌量子人工智能实验室负责人哈特姆・涅文（Hartmut Neven）表示，该实验室的研究人员已完成了严格的证明。他们在D-Wave计算机和传统计算机之间展开了一系列竞赛。涅文表示：“对用于概念验证的特定问题，我们实现了1亿倍的加速。”
谷歌本周在一篇研究论文中介绍了这一成果，但这篇论文尚未得到同行的评估。涅文表示，这篇论文即将发表至学术期刊。
谷歌的研究结果具有重要意义，但即使得到证明，对D-Wave计算机来说也仅仅只是所需验证工作的一部分。在与量子计算机的竞赛中，普通计算机采用了模拟D-Wave芯片中的算法。如果采用其他算法，那么传统计算机可能更具竞争力，甚至赢得竞赛。不过涅文表示，这一测试结果很重要，因为在未来处理大量数据的过程中，传统计算机也没有任何捷径可走。
谷歌正在这一领域与D-Wave展开竞争。去年夏季，谷歌在加州圣芭芭拉设立了新实验室，负责人是学术界知名研究人员约翰・玛提尼斯（John Martinis）。
玛提尼斯目前也在关注与“最优化问题”无关的量子硬件。通用的量子计算机能解决各类问题。这样的设备用途更广，但研发过程也将更长。政府和大学的实验室、微软和IBM也在开发这类技术。
量子计算论文范文第7篇
[关键词]特征因子值论文影响值期刊评价法学期刊
[分类号]G350 F270
1 引言
人文社会科学学术期刊的科学评价是学术界十分关心的问题。中文社会科学引文索引CSSCI遴选和评价期刊主要依据的是“他引影响因子”和“总被引次数”两项指标，指标权重分别为0.8和0.2，影响因子在CSSCI评价体系中占有举足轻重的地位。但是，作为一种期刊评价标准，影响因子存在着诸多缺陷，而且，由于人文社会科学的研究不同于自然科学，影响因子用于人文社会科学期刊评价也受到了很多质疑。
鉴于影响因子的缺陷，新的评价方法和指标不断涌现，如Pinski G和Narin F提出的引文加权，指标S-/ JR，PLoS(Public Library of Science ONE)推出的“articles-level metrics project”。2009年，汤森路透科技集团(Thomson Reuters)在推出的2007版JCR中增加了两个新指标：特征因子值(Eigenfactor Score，EF)和论文影响值(Article Influence Score，AI)，以增强JcR的学术评价能力。由于特征因子和论文影响值指标推出时间尚短，其能否用于中文人文社会科学期刊的评价，评价的效果如何，相关论文并不多见，而已有的研究也不够深入。为此，本文选择CSSCI法学期刊对特征因子值和论文影响值进行计算，并通过与影响因子等指标的对比，来观察它们的评价效果，以期为人文社会科学期刊评价指标的选择提供参考。
2 特征因子概述
2.1特征因子的提出
特征因子计量方法(Eigenfactor Metrics)是由以Bergstrom C T为首的三位美国教授于2007年结合PageRank算法提出来的。PageRank算法创立于1998年，是Google的创始人Page和Brin用来衡量网站价值的重要方法。这个算法主要是根据链接的数量和链接的来源来衡量网站的价值，与期刊影响力的判断具有功能上的类似性。判断期刊的影响力不仅要考虑被引数量，还应考虑被引的质量，显然来自更好期刊的引文影响力会大于来自一般期刊的引文。正因为如此，Bergstrom等人借鉴PageRank算法提出了特征因子计量方法，以引文的数量和质量综合评价期刊的影响力。
2.2特征因子计量方法原理
特征因子计量方法的基本思想是：期刊被具有较大影响的期刊引用得越多，则其影响力也就越大。假设，读者随机阅读一份期刊，然后会跟随引文去阅读另外一份期刊，接着跟随这份期刊中的引文去阅读其他期刊，一直延续阅读下去。影响力越大的期刊，读者阅读的概率越大，花费的时间也越多。读者阅读期刊的概率即为特征因子值。特征因子计算时以期刊过去5年在当年排除自引后的被引用情况为基础，用类似PageRank的迭代算法计算期刊的权重影响值。理论上质量完全相同的两个期刊A和B，A期刊载文量是B期刊的2倍，那么读者阅读A刊的概率是阅读B刊的2倍，A刊的特征因子将是B刊的2倍。
3 CSSCI法学期刊特征因子的计算
3.1数据的获取
本文选择CSSCI 2008―2009年收录的21种法学期刊数据为统计源数据，根据特征因子的计算过程计算法学期刊的特征因子值和论文影响值。2010年4月笔者对该库检索法学期刊2003―2007年数量及它们在2008年的被引数据，这些数据即为计量指标计算的源数据。由于21种法学期刊2003-2007的发文量数据CSSCI并未全部收录，因此缺少的发文量数据从CNKI进行补充，以保证数据的完整性。
3.2法学期刊特征因子及其他计量指标的计算
将从CSSCI检索到的源数据导入Excel进行处理，得到法学期刊2008年引用前5年的互引矩阵，剔除矩阵中的自引数据后，根据特征因子的计算过程计算期刊的特征因子值和论文影响值，同时计算被引数量、影响因子等指标，以对比各个指标的评价效果，具体指标结果见表1。其中，发文总量为法学期刊2003-2007年的发文量，被引数量是指21种法学期刊2003―2007年在2008年被这些法学期刊所引用的数量，5年学科影响因子是2008年被引数量除以前5年发文总量所得。
本文之所以计算5年学科影响因子，主要是基于以下考虑：①特征因子计算以前5年期刊被引数量为基础，与特征因子相比较的影响因子最好用相同年限来计算；②人文社会科学期刊周期长，被引用的峰值出现在3年或3年以上；③本文计算特征因子时的期刊互引矩阵仅限于21种法学期刊，所以计算影响因子时被引数量也仅限于法学期刊范围内，以期用来比较的各个指标来源于相同的数据范围。
对表1中各个期刊的计量指标进行排序，所得到的结果如表2所示：
表2中CSSCI法学期刊2008年各个计量指标排序存在差异性，这使得对特征因子的分析与研究更具有意义。笔者将表1中的数据导入SPSS进行指标相关性分析，分析结果如表3所示：
4 法学期刊特征因子分析
研究表明，特征因子评价符合常规的定性与定量评价方法所取得的结果。例如，《法学研究》和《中国法学》是法学界公认的最高水平的两个期刊，其多项CSSCI评价指标位列1、2名。在本文中，这两个期刊的特征因子值同样位于前两位，很好地反映了它们的影响力，可见特征因子对期刊的评价力丝毫不逊于其他公认指标。从表3看，特征因子与5年学科影响因子之间具有较高的相关性，达0.726，显示特征因子的评价结果与影响因子的评价结果之间可以产生良好的印证关系。但这并不表明特征因子的评价与影响因子的评价之间是简单的雷同关系，事实上，特征因子的独特性使之在评价人文社会科学期刊方面具有一定的优势。
4.1特征因子评价的优势
从特征因子计算过程与结果来看，特征因子用于法学期刊的评价具有明显优势。虽然本文所研究的对象仅限于法学期刊，但法学期刊是人文社会科学期刊的典型门类，因此，这一结论是可以扩展至一般的人文社会科学期刊的。这些优势包括：
・特征因子统计期刊5年的被引状况，比一般影响因子统计2年更适合人文社会学期刊的评价。人文社会科学期刊论文被引用的峰值通常出现在3年或3年以上，5年的统计年限不仅涵盖了期刊论文被引用的峰值，同时还考察了论文在发表后第5年的影响力。数据统计的时间越长，统计数据的可靠
性也越强。从这一点来看，相对于一般影响因子，特征因子更能体现人文社会科学期刊的特点，有利于对期刊做出较为客观的评价。
・特征因子从期刊被引的数量和质量两方面来评价期刊，评价的结果更能反映期刊真实的影响力。由于影响因子只是从数量的角度来评价期刊，因此在某些情况下对期刊影响力的评价未必符合实际情况。例如，在表2中，《法学》特征因子排名第3，影响因子排名第6，两者之间差异较大。其实，《法学》被引用数量仅次于《法学研究》和《中国法学》；同时，《法学》还是《法学研究》和《中国法学》引文的主要来源，《法学》对法学期刊产生了较大的影响力。事实上，法学界人士通常也认为《法学》的影响力排在《法学研究》、《中国法学》之后的第3位川。之所以《法学》影响因子仅为第6，是因为其系月刊，年发文量较大，其影响因子计算时由于分母较大而降低，这不能反映《法学》在法学界的实际影响力。可见，特征因子由于能够从期刊被引的数量和质量两方面来评价期刊，对期刊的评价更为可信与客观。
・特征因子在考量期刊的均衡影响力方面比影响因子更有优势。从表2看，《行政法学研究》影响因子排名第4，而其特征因子仅位列第19。作为一个法学专业性期刊，《行政法学研究》为什么能够获得比其他的法学综合性期刊更高的影响因子排名呢?研究过程中发现，引用《行政法学研究》最多的期刊依次是《中国法学》、《法学论坛》，其他不少期刊对它的引用仅为1或为0。《中国法学》对《行政法学研究》的引用远远超过了其他期刊。究其原因，《中国法学》2008年第2期发表了行政法学研究领域的一篇综述，这篇综述引用了《行政法学研究》2003―2007年发表的52篇论文，大大提高了《行政法学研究》的影响因子。《行政法学研究》未对其他法学期刊产生均衡的影响力，在这一点上，特征因子显然更能说明问题。
・减少因过分强调影响因子带来的期刊同质化倾向。由于影响因子在计算时以发文量为分母，以被引用数量为分子，所以一些期刊为了提高影响因子排名，人为地降低发文量；或者热衷于发表容易得到引用的热门领域的论文，而忽视那些质量虽高但却不太可能被大量引用的论文，从而导致期刊的同质化倾向。而特征因子不仅强调被引的数量，同时还强调被引的质量，这让期刊将着眼点更多地放在论文的质量上，只有高质量的论文才能被更好的期刊所引用，从而弱化期刊的同质化倾向。
・从特征因子的计算过程以及它在考量期刊均衡影响力方面的优势来看，特征因子更难造假。鉴于影响因子的计算方法，期刊可以通过盲目自引或与个别刊物合谋互相引用来达到提高影响因子的目标。但是，就特征因子的计算而言，上述造假的方法是很难奏效的。这使特征因子评价结果更为可靠。
4.2特征因子评价的缺陷
虽然特征因子存在不少评价的优势，但没有一个评价指标是完美的，特征因子在评价中国人文社会科学期刊时也存在一些缺陷，具体包括：
・特征因子评价不能彻底消除引文分析与生俱来的问题。由于特征因子的计算仍然要以引文为基础，因此，它也不可能解决引文分析中所存在的普遍问题。例如，作者引用论文有很多意图：有自引、反面引用、互惠引用、权威引用，这些意图的存在很难反映引文真实的质量。
・特征因子剔除自引具有两面性。剔除自引虽然是特征因子的优点，但同时也是它的缺点。优点在于它有效避免了期刊为提高影响因子盲目自引带来的数据虚夸，但是，这也必然抹杀了合理与正常的自引行为。从表3看，被引数量与他引数量之间高度相关，达0.990，几乎一致。可见，法学期刊的自被引率普遍维持在较低的水平，这表明自引在法学期刊评价中不是个问题。正常的期刊自引其实也是有价值的，因为它反映了期刊对自己知识的继承性及研究项目的连续性，期刊存在一定的自引是合理的。而特征因子的算法未能考虑合理的自引问题，这不能不说是它的一个缺陷。
・特征因子的计算需要以5年以上的统计数据为基础，因此会给评价新期刊或者评价数据库收录缺乏连续性的期刊带来困难。中国人文社会科学期刊学术规范是20世纪90年代后才开始，《法学研究》被引高峰也是在此之后才出现，在此之前引用期刊现象极少。CSSCI收录的期刊数据始于1998年，到现在不过十几年，被CSSCI确定为来源期刊时期刊才被收录，而CSSCI确定的来源期刊目录处于变化之中，因此期刊引文数据非但年度有限而且连续性也存在问题。统计数据时间越短，可靠性越差，只有计算多年度的特征因子，期刊的评价才是客观和真实的。
・特征因子在评价学科专业性期刊方面存在不足。如前所述，特征因子有利于考量期刊的均衡影响力，这使得它在评价学科综合性期刊时具有优势，但是，这却不利于学科专业性期刊的评价。例如，本文研究的法学期刊特征因子前三位均为法学综合性期刊，法学专业性期刊则处于倒数三位。这是因为，专业性期刊论文的研究领域相对较窄，研究者和受众都比较少，因此很难获得较高的引用率；而对于法学综合性期刊而言，其论文的专业领域比较多样，不可能为某一个专业性期刊贡献很多的引用率。事实上，在法学专业性期刊的引用率中自引占有较大的比重，特征因子计算对自引的排除就不可避免地降低了专业性期刊的排名，由此可见，特征因子在评价学科专业性期刊方面不具有优势。
量子计算论文范文第8篇
关键词：电子商务 安全技术 符号 四则运算 VB程序源码
中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）11-0175-02
1 前言
电子商务交易系统的安全性是非常重要的一项内容。其中包括数字签名、数字身份认证、数字加密解密等主要算法。在这些算法中分为两大类，一类是对称加密解密，另一类是非对称加密解密。另外在所有算法当中有相当一部分算法的处理过程是建立在计算机大数运算的基础之上。例如：标准对称加密解密算法是DES、标准非对称加密解密算法是RSA。计算机安全则是确保交易过程的真实、完整和有效。相当一部分计算机安全技术的基础就是大数计算。所谓大数指的是超出计算机字长的一种数值计算方式，例如使用VB设计程序时数据是保存在变量中，使用的变量分为不同类型，其中包括字节型Byte占用一个字节，处理数据的取值范围在0-255，整型Integer占用两个字节，处理数据的取值范围在0-65535，长整型Long占用四个字节，数据处理的取值范围在0-4294967295，双精度Double占用八个字节。所以使用变量表示数据或进行数据运算时最大的数据使用Double型占用八个字节共64Bits，如果处理的数据长度在64Bits以下可以直接使用变量直接进行运算，如果处理的数据长度超出64Bits，就无法使用变量直接进行运算，而必须设计出相应的算法模型。
2 二进制带符号整型数组
在上一篇论文《电子商务交易系统安全技术实现方法研究----任意长度数值无符号整数四则运算》中阐述过，进行计算时首先要将二进制字符串转成用于计算用的二进制整型数组，然后再针对数组进行四则运算，本文同样需要进行数值转换，只不过在转换的同时要考虑数值的符号，为此我们将为二进制整型数组绑定一个字符形变量（在此我们它称之为符号变量），该变量用于保存数值（二进制整型数组）对应的符号，该变量内容只有两个，一个是“+”号表示保存的是正数，另一个是“-”号表示保存的是负数。
在通常的程序当中进行数值计算时，数值数据的符号保存在数值变量的高位，高位为0表示正数，高位为1表示负数。传统系统无法直接使用数值变量，所以必须设计出相应的算法。其处理方式如下：
原始数据由两部分组成，符号加上二进制字符串数据（例：+10110）。
本文设计的带符号数值数据转换就是将原始数据进行分解。取出原始数据的第一个数字符号保存在符号变量中。剩下的二进制字符串用上一篇论文的转换程序“binstobinv（）”将其转换成二进制整型数组。为了表示转换过程的完整性，文中设计的转换方式有两种，一种是将带符号的二进制字符串转换成带符号的二进制整型数组，另一种将带符号的二进制整型数组转换成带符号的二进制字符串（详细过程略）。
下面是两个转换子程序，一个是有符号的二进制字符串转二进制整型数组，另一个是有符号的二进制整型数组转二进制字符串。
除法处理方式：直接调用无符号除法子程序Longdiv（）计算除法的商和余数。符号相同商的符号为正“+”，符号不同上的符号为负“-”，余数的符号与被除数的符号相同。
4 结语
有符号大数运算的基础依然是无符号的运算，其变动部分只是对符号的处理。在所有的程序模块还设计了一些为了简化程序的模块，例如：longcmp（）比较模块，longcpy（）拷贝模块，longset（）初始化模块，longdep（）移动模块等。
当前论文是系列论文的第三篇“任意长度数值有符号整数四则运算”，前两期《数字技术与应用》发表了“任意长度数值数制转换”和“任意长度数值无符号整数四则运算”。后续论文还有第四篇“任意长度数值实数四则运算”。在系列论文全部发表以后欢迎读者向作者索取VB程序源码。希望读者能够继续关注《数字技术与应用》。
参考文献
[1]衷仁保著.《计算机代数学》.科学出版社
[2]BruceSchneier著吴世忠译.《应用密码学》.机械工业出版社.
量子计算论文范文第9篇
【论文关键词】电子技术；理论与应用；近似计算；静态分析
【论文摘要】本文首先探讨了近似计算在静态分析中的应用问题，其次分析了纳米电子技术急需解决的若干关键问题和交互式电子技术应用手册，最后电子技术在时间与频率标准中的应用进行了相关的研究。因此，本文具有深刻的理论意义和广泛的实际应用价值。
一、近似计算在静态分析中的应用
在电子技术中应运中，近似计算贯穿其始终。然而，没有近似计算是不可想象的。而精确计算在电子技术中往往行不通，也没有其必要。尽管近似计算会引入一定的误差，但这个误差控制得好，不会对分析其它电路产生大的影响。所以关键在于我们如何掌握，特别是如何应用近似计算。
在工作点稳定电路中的应用要进行静态分析，就必须求出三极管的基电压，必须忽略三极管静态基极电流。这样，我们得到三极管的基射电子的相关过程及结论。
二、纳米电子技术急需解决的若干关键问题
由于纳米器件的特征尺寸处于纳米量级，因此，其机理和现有的电子元件截然不同，理论方面有许多量子现象和相关问题需要解决，如电子在势阱中的隧穿过程、非弹性散射效应机理等。尽管如此，纳米电子学中急需解决的关键问题主要还在于纳米电子器件与纳米电子电路相关的纳米电子技术方面，其主要表现在以下几个方面。
（1）纳米Si基量子异质结加工
要继续把现有的硅基电子器件缩小到纳米尺度，最直截了当的方法是采用外延、光刻等技术制造新一代的类似层状蛋糕的纳米半导体结构。其中，不同层通常是由不同势能的半导体材料制成的，构建成纳米尺度的量子势阱，这种结构称作“半导体异质结”。
（2）分子晶体管和导线组装纳米器件即使知道如何制造分子晶体管和分子导线，但把这些元件组装成一个可以运转的逻辑结构仍是一个非常棘手的难题。一种可能的途径是利用扫描隧道显微镜把分子元件排列在一个平面上；另一种组装较大电子器件的可能途径是通过阵列的自组装。尽管，PurdueUniversity等研究机构在这个方向上取得了可喜的进展，但该技术何时能够走出实验室进入实用，仍无法断言。
（3）超高密度量子效应存储器
超高密度存储量子效应的电子“芯片”是未来纳米计算机的主要部件，它可以为具备快速存取能力但没有可动机械部件的计算机信息系统提供海量存储手段。但是，有了制造纳米电子逻辑器件的能力后，如何用这种器件组装成超高密度存储的量子效应存储器阵列或芯片同样给纳米电子学研究者提出了新的挑战。
（4）纳米计算机的“互连问题”
一台由数万亿的纳米电子元件以前所未有的密集度组装成纳米计算机注定需要巧妙的结构及合理整体布局，而整体结构问题中首当其冲需要解决的就是所谓的“互连问题”。换句话说，就是计算结构中信息的输入、输出问题。纳米计算机要把海量信息存储在一个很小的空间内，并极快地使用和产生信息，需要有特殊的结构来控制和协调计算机的诸多元件，而纳米计算元件之间、计算元件与外部环境之间需要有大量的连接。就现有传统计算机设计的微型化而言，由于电线之间要相互隔开以避免过热或“串线”，这样就有一些几何学上的考虑和限制，连接的数量不可能无限制地增加。因此，纳米计算机导线间的量子隧穿效应和导线与纳米电子器件之间的“连接”问题急需解决。
（5）纳米/分子电子器件制备、操纵、设计、性能分析模拟环境
当前，分子力学、量子力学、多尺度计算、计算机并行技术、计算机图形学已取得快速发展，利用这些技术建立一个能够完成纳米电子器件制备、操纵、设计与性能分析的模拟虚拟环境，并使纳米技术研究人员获得虚拟的体验已成为可能。但由于现有计算机的速度、分子力学与量子力学算法的效率等问题，目前建立这种迅速、敏感、精细的量子模拟虚拟环境还存在巨大困难。
三、交互式电子技术手册
交互式电子技术手册经历了5个发展阶段，根据美国国防部的定义：加注索引的扫描页图、滚动文档式电子技术手册、线性结构电子技术手册、基于数据库的电子技术手册和集成电子技术手册。目前真正意义上的集成了人工智能、故障诊断的第5类集成电子技术手册并不存在，大多数电子技术手册基本上位于第4类及其以下的水平。需要声明的是，各类电子技术手册虽然代表不同的发展阶段，但是各有优点，较低级别的电子技术手册目前仍然有着各自的应用价值。由于类以上的电子技术手册在信息的组织、管理、传递、获取方面具有明显的优点。简单的说，电子技术手册就是技术手册的数字化。为了获取信息的方便，数字化后的数据需要一个良好的组织管理和提供给用户的形式，电子技术手册的发展就是围绕这一过程来进行的。
四、电子技术在时间与频率标准中的应用
时间和频率是描述同一周期现象的两个参数，可由时间标准导出频率标准，两者可共用的一个基准。
量子计算论文范文第10篇
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