量子软件与量子云

量子计算技术对国家的国际地位、经济发展、科技进步和国防力量提升等发挥着关键作用。与国际先进水平相比,目前国内在量子软件和量子云的发展上虽处于相对落后的位置,但并不存在技术代差,只要保持投入和追赶,未来有望占据优势地位。通过介绍量子计算的技术背景,论述量子软件以及量子云的基本体系结构、发展现状和未来趋势,对量子软件与量子云的市场发展前景作出了展望。

借助量子化学软件实现有机化学可视化教学

本篇论文着重介绍了在有机化学教学中,如何运用量子化学软件制作动画来实现教学的可视化,辅助教学。通过专业科研软件,把通常抽象难懂的化学反应过程以动画形式呈现,有效帮助学生理解并掌握相关化学知识。论文中使用了IRI法来制作动画,这种方法不仅能展示化学反应过程中旧键的断裂和新键的形成,更重要的是,它能准确表达反应物和产物中化学键的特性,以及分子间(或分子内)在反应过程中作用力的变化。由于IRI法简单易学,易于上手,它在有机化学的线上和线下教学中具有很高的实用价值和推广潜力。本论文将案例教学法融入教学过程中,旨在同时强化学生的基础理论知识和实际应用能力。这种做法不仅符合新课程改革的要求,还遵循学生的发展规律,重视学生的主体作用。在教学过程中,这种方法提高了学生的化学素养,帮助学生自主构建化学知识体系,激发了他们的主观能动性,从而突破了传统教学方法中仅侧重理论知识的局限,优化了教学流程。

量子化学软件包Gaussian在大学化学教学中的应用

通过使用Gaussian进行IR/Raman模拟及过渡态寻找两个案例,分别加强学生对IR/Raman光谱的基本原理的理解,加深对基元反应过程中的能量变化的认知,从而更深刻地学习认识基元反应。Gaussian通过形象化分子振动模式,图像化基元反应能量路径,对于化学中分子振动与IR/Raman光谱之间的联系和基元反应的反应过程两个难题提供了直观的解释。Gaussian软件的引入使得大学化学教学中的抽象理论形象化,培养学生开创性思维,提高教学成果。

量子化学软件的应用研究

量化软件的引入对学生学习、理解、应用《结构化学》起到积极作用,激发了学生的学习动机,便于教师调整教学内容和进度,优化教学过程。通过变分法在G aussian软件包中的体现、G aussian软件计算O 2+,O 2,和O 2-的键长,对比键级的结果以及σ-π反馈键三个具体实例说明量子化学软件在《结构化学》教学中的应用,以及应用中的注意原则。

基于软件定义量子通信的自由空间量子通信信道参数自适应调整策略

自由空间量子通信会受到雾霾、沙尘、降雨等自然环境的干扰.为提升环境干扰下量子通信的性能,本文提出了基于软件定义量子通信(software defined quantum communication,SDQC)的自由空间量子通信信道参数自适应调整策略.该策略通过对环境状态实时监测,根据预置在应用层的程序,对量子初始状态及单量子态存在时间等相关参数进行自适应调整,提高自然环境背景干扰下自由空间量子通信系统的保真度.仿真结果表明,在退极化、自发幅度衰变及相位阻尼三种噪声信道参数取值不同时,SDQC系统参数的最佳取值也不同.系统根据环境变化及业务需求,自适应地选择量子初始状态及单量子态存在时间,使量子保真度在通信过程中始终保持在峰值,有效提升了量子通信系统的适应能力及综合免疫力.

基于MDP模型决策安全策略的软件定义量子保密网络

为了提升量子保密网络对数据流量的适应匹配能力以及提升网络服务质量(QoS)和用户体验,提出基于马尔科夫决策过程(MDP)安全策略的软件定义量子保密网络(SDQSN)。SDQSN可根据网络流量变化自适应地选择不同的量子密钥管理策略,通过对量子链路的实时监测,基于MDP计算网络收益,决策系统的安全策略,让系统在量子加密和经典加密的安全策略间进行灵活切换,在维护网络安全的同时保证网络的QoS收益。仿真结果表明:SDQSN比传统量子保密网络更具灵活性和动态可调性,能够有效保证网络的全局收益,提升用户体验。

量子化学软件在大学无机化学教学中的应用

大学无机化学的教学内容较为抽象,难以被学生所接受,尤其是物质结构等方面的内容。当前学生的学习方式与传统模式相比发生了翻天覆地的变化,传统教学模式也难以激发学生对无机化学的学习兴趣。因此,寻找一种更为科学合理的无机化学教学方法对于大学无机化学教学工作来说至关重要。本文通过查阅大量相关文献资料,分析了量子化学软件在物质结构、化学反应等方面的重要作用,总结了Gaussian软件可以有效解决无机化学教学工作中分子结构难理解的问题,将抽象的化学知识宏观地表现出来,以提升大学无机化学的教学质量,提高学生的学习效率。

量子化学软件在高职院校药学专业“药物化学”教学中的应用研究

探讨以Gaussian、GaussView及Multiwfn为代表的量子化学软件在高职院校药学专业“药物化学”教学中的应用。研究表明,量子化学软件辅助学生理解药物分子立体结构,有效帮助学生理解药物的旋光异构、几何异构和构象异构,还可以辅助分析“药物化学”性质,帮助学生理解药物分子内氢键,分析反应活性位点。量子化学软件可有力帮助师生突破“药物化学”教学中结构和性质的重点和难点,提升教学效果,具有较好的推广应用价值。

量子绝热近似求解最大割问题的最优解

经典近似算法求解最大割问题时,时间复杂度与图的复杂度呈正相关。为提高求解效率,使用量子绝热近似算法求解无向图最大割问题哈密顿量的基态,其基态对应该问题的最优解。该算法的时间复杂度不依赖于图的顶点个数及边的条数,可以在有限步骤内计算得到最大割解。基于ProjectQ量子软件进行编程模拟,建立由初始哈密顿量线性变化到最大割问题哈密顿量的演化路径,分析该路径下最大割问题哈密顿量期望值的变化,判断算法能否求出最优解。数值分析结果表明,量子绝热近似算法能够以较高准确率计算出最大割解,其求解3个顶点无向图和6个顶点无向稀疏图最大割问题的准确率为0.9999,求解6个顶点无向完全图最大割问题的准确率为0.9696。

量子计算研究现状与未来发展

量子计算乃至更为广泛的量子信息,是基于量子力学原理发展出来的概念与技术体系,涉及信息的本质及其处理。量子计算利用量子叠加、量子纠缠等资源进行信息编码和处理,已被证明在若干问题上具有相对于经典计算的极大优势,在实用化后将对信息及相关科技产生深远影响。本文概要回顾了量子计算的发展历史,如量子计算思想与概念的形成、重要理论及算法的发展以及应用情况;梳理总结了代表性的量子计算技术路线及其发展态势,如超导量子计算、分布式超导量子计算、光量子计算、囚禁离子量子计算、硅基量子计算及若干其他体系。着眼不同技术路线面临的共性问题,对我国量子计算领域未来发展提出建议:注重战略规划和布局,培养高水平研究团队,加强基础研究、核心技术、关键设备的自主研发。

量子云计算平台的现状与发展

量子计算机的运作需要严苛的物理环境,可以预见,量子云平台将成为未来量子计算应用的主要方式之一。本地用户可以通过互联网去连接作为云服务后端的量子处理器,获得量子计算的体验。通过介绍国内外主流量子云平台的进展,梳理了量子云平台的主流架构,并对未来我国量子云平台的发展进行了展望。

物质结构基础实验的翻转教学探索——以《无机化学实验》为例

在《无机化学实验》课程教学中,采用翻转课堂及线上线下混合教学模式,将量子化学计算软件引入到难以实际操作的物质结构基础实验部分,研究发现:量子化学计算软件通过三维动画形象地展示了物质结构的本质,将抽象、难懂的概念变得直观和易于理解,激发了学生的学习兴趣;混合式实验模式打破传统实验时间和空间的局限性,学生通过碎片时间自主学习并进行实验操作,便于发现问题和解决问题;翻转课堂模式激发了学生的团队合作,促进师生的交流互动,让课堂“活”起来,学生“忙”起来,老师“转”起来.

Fenton法对有机物降解的定量构效关系

以偶氮苯、蒽醌、2-氯苯酚、皂黄、苯磺酸、硝基苯、邻硝基苯胺、对氨基苯磺酸、对二甲氨基苯甲醛、甲基红、2,4-二硝基苯肼、间甲酚紫等12种不同结构的有机化合物为研究对象,得到Fenton法处理条件下有机物以色度为表征的降解率,即色度去除率,初步分析了有机物以色度为表征的降解速率常数与有机物结构的关系。随后运用化学软件Gaussian09软件的密度泛函理论B3LYP/6-311g(d,p)方法计算得出12种有机化合物的9个量子化学结构参数,对有机物以色度为表征的降解速率常数与结构参数之间的关系进行分析,结果表明有机物的偶极距μ、结构体系内C原子NBO电荷最小值qc-、最低未占有轨道能ELUMO三个量子化学参数与其有机物以色度为表征的降解速率常数显著相关,据此可为开展Fenton法降解有机物构效关系的定量建模研究奠定理论基础。

低浓度煤层气在发烟硫酸溶液中液相部分氧化反应的热力学分析

利用Gaussian 03量子化学计算软件,采用密度泛函法对低浓度煤层气在发烟硫酸溶液中液相部分氧化反应进行了热力学分析。计算结果表明,硫酸单甲酯在298.15 K时的气相标准摩尔生成焓和标准生成吉布斯自由能分别为-706.36 kJ/mol和-592.94 kJ/mol;得到硫酸单甲酯的定压摩尔热容与温度的关系式Cp=0.000 1T2+0.247 2T+43.984;推测出硫酸单甲酯主要是按反应途径CH4+SO3+H2SO4→CH3OSO3H+SO2+H2O生成,副产物CO2主要是按反应途径CH4+4SO3→CO2+4SO2+2H2O生成;反应中生成的水与发烟硫酸溶液中的SO3反应生成硫酸,防止了硫酸单甲酯的水解。

利用量子化学高斯软件辅助工科教学——以能源、环境、化工学科为例

介绍了量子化学高斯软件在能源、环境和化工等大学传统工科教学中的应用,并结合3个具体实例羟基自由基与臭氧的基元反应、一氧化氮与羟基自由基的基元反应和甲酸超临界水气化制氢的反应路径进行了详细说明.实践表明,采用该方法可以使工科生从微观层面去洞悉化学反应的内在规律和本质问题,从而加深学生对“微观化学知识”的理解,激发学生对深层次“微观化学知识”探求的积极性和热情,产生了良好的教学效果.

关于一氧化氮生成反应的讨论

在前线轨道理论课堂教学中,师生利用该理论讨论了一氧化氮生成反应发生的条件。课后,教师指导学生利用分子轨道理论计算探索了该反应的机理。通过此次教学活动,学生加深了对这两个理论的理解,提升了利用这些理论研究化学问题的能力。

对量子化学计算软件性能的分析及对比

量子化学计算软件是将量子化学复杂的计算过程程序化,从而便于人们的使用及提高量化计算的效率.文中概括的介绍了三种量子化学计算软件的具体功能及其所适用的研究领域,并对其做了分析对比.希望能够让更多的该领域研究者认识并了解量子化学计算软件,从而使用这些软件来辅助科学研究.

邹文利:“写”出中国人自己的量子化学软件

随着科技日新月异的发展,我们日常所用的手机、笔记本电脑及近年来出现的电动汽车,都离不开新型材料。为了减少环境污染和降低实验成本,材料科学家们往往先进行量子化学模拟,从大量候选材料中筛选出具有特定性质并满足一定要求的样品,再通过一些实验加以验证。