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近日，南方 科技 大学量子科学与工程研究院（简称“量子研究院”）、物理系在量子机器学习研究中取得重要进展。量子研究院助理研究员辛涛、副研究员李俊、物理系副教授鲁大为以及合作者之江实验室量子传感研究中心教授董莹联合，在基于核磁共振（NMR）量子计算平台的四量子比特自旋系统上实现了基于参数化量子电路的量子主成分分析算法，研究成果以“Experimental Quantum Principal Component Analysis via Parameterized Quantum Circuits”为题发表在国际著名期刊Physical Review Letters上。 主成分分析(PCA)是机器学习中一种常用且费时的无监督学习算法。这一方法利用正交变换把由线性相关变量表示的观测数据转换为少数几个由线性无关变量表示的数据，线性无关的变量称为主成分。这个算法主要用于发现数据中的基本结构，即数据中变量之间的关系。2014年，Lloyd，Mohseni 和Rebentros 提出了量子主成分分析算法(qPCA)并发表在国际著名期刊Nature Physics，能够指数规模地加快经典主成分分析算法，但是实现该算法需要消耗大量的实验资源，导致量子主成分分析提出至今仍然缺少实验证明。 图：量子主成分分析实现人脸识别实验流程图 图：经典-量子混合控制方法实验结果，图(a)为目标函数随迭代次数的优化结果，图(b)为实验得出的特征向量与理论特征向量相似度通过迭代不断增大，图(c)实验求出的特征值随迭代不断接近理想特征值，虚线为理论特征值。 为此，研究团队基于参数化量子电路(PQC)，提出了当前实验体系十分友好的量子主成分算法，可以将未知量子态对角化提取其本征值和征矢。PQC通常是由固定门（如受控NOT）和可调门（如量子比特旋转）组成。PQC将目标问题形式化为参数优化问题，并使用量子和经典硬件的混合系统来寻找近似解，已成为当前研究量子问题的热门工具。例如，变分量子本征求解器(VQE)已被用于搜索分子哈密顿量的基态。研究团队进一步将该算法应用在人脸识别问题上, 通过经典-量子混合控制方法对PQC进行迭代优化，在核磁共振量子模拟器实现了小规模的量子版本人脸识别实验。其中目标函数和梯度在量子处理器上测量，参数的存储和更新以及人脸识别在经典计算机上实现。 该创新成果在实验上首次通过参数量子电路的方法实现了量子主成分分析算法，为量子主成分分析的理论和实验应用研究找到了一条新的途径。在该研究成果中，辛涛为第一作者兼通讯作者，物理系博士研究生车良宇为共同第一作者，李俊、鲁大为为共同通讯作者。南科大为论文第一单位。该研究也得到 科技 部、国家自然科学基金委、广东省 科技 厅、深圳市科创委和南方 科技 大学等部门的大力支持。 文章链接：

生命科学是通过分子遗传学为主的研究生命活动规律、生命的本质、生命的发育规律，以及各种生物之间和生物与环境之间相互关系的科学。下面是由我整理的生命科学学术论文，谢谢你的阅读。

有机化学与生命科学的关系

摘 要：有机化学在生命科学发展中起着理论基础，研究工具，阐明本质的重要作用，它们有着密切的关系。本文从有机化学的发展与生命科学，有机化学的主要研究成果与生命科学，有机化学研究的任务与生命科学，三个方面说明有机化学课程与生命科学中的关系。

关键词：有机化学;生命科学;关系

有机化学是生命科学的基础，有机化合物是构成生物体的主要物质，生物体中各种有机化合物的结构、性质以及它们在生物体内的的合成、分解、转化、代谢无不以有机化学为基础。有机化学产品正越来越多地应用于农业。如农药(杀虫剂、杀菌剂、除草剂)、植物生长调节剂、化肥、农膜等保证了农业生产;兽医药、饲料添加剂促进了畜牧业生产。要正确地使用，必须了解这些有机化合物的组成、性质和生理功能。但是，目前有些学校的生命科学专业越来约忽视有机化学课程，课时越来越少，这样对学生的进一步学习不利，比如生物化学、分子生物学等后续课程的学习。本文将从有机化学的发展与生命科学，有机化学的主要研究成果与生命科学，有机化学研究的任务与生命科学，三个方面说明有机化学课程与生命科学中的关系。希望能引起从事生命科学专业人对有机化学的重视。

1. 有机化学的发展与生命科学有密切的关系

有机化学就其最初的意义而言，是生物物质的化学。1807年，J. F. Yon Berzilius首先把从活细胞中获得的化合物命名为有机化合物。那时人们对生命现象的本质还没有认识，因而便赋予有机化合物一种神秘的色彩，许多化学家认为有机物是不可能用人工的方法合成的，它们是“生命力”所创造的。但是1828年，F. Wohler从无机物氰酸铵制得了尿素，否定了关于“生命力”的假说，可以说是化学家第一次干预了生命科学。

随后有机化学的发展主要集中在有机物的结构研究和合成方法上，较少关心它们的生物功能。尽管如此，许多化学家的研究成果还是成为了生命科学发展过程的里程碑。比如，19世纪中叶，I. Pasteur关于左旋和右旋酒石酸经典式的研究，导致70年代Vanthof和LeBel碳原子四面体构型学说的建立，它是生命分子结构不对称性的基础。E. Fischer对碳水化合物立体化学和肽合成化学的贡献是这两大类重要的生命分子化学的奠基石。20世纪50年代，A. Todd建立的核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)的化学结构，为Vatson-Crick DNA双螺旋结构的提出铺平了道路。60年代H. G. Khorana开创的磷酸二酯法合成寡核苷酸，不但证明了DNA上每三个碱基组成一个三联体密码子编码一个氨基酸从而提出了一套遗传密码，而且也开始了人工合成DNA的研究。化学家也将用化学小分子和化学工具研究生命体系。1985年H. Smith和K. Mullis发明了聚合酶链式反应(PCR)从而使分子生物学在技术上有了一个突破和飞跃。1988年SchrEiber在做靶向合成(TOS)天然产物FK506时发现FK506的结合蛋白FKBP12。1991年他们又利用小分子探针FK506和Cyclosporin发现他们可以抑制磷酸化酶神经组蛋白Calcineuin的活性。同时发现了可以生成FKBP-12-FK506神经组蛋白复合物和cyclophilin-cyclospolin-calcineulin的复合物。这些小分子同时与两个蛋白结合，而表现出的生物活性也是细胞内信号传导通路的分子基础。1992年，SchrEIber在美国《化学与工程新闻》发表了题为“用有机化学的原理探索细胞学”的论文，确信生命的过程就是生物体中化学变化过程[1-3]。

总之，有机化学理论上和实践上的成就为现代生物学的诞生和发展打下了坚实的基础。价键理论、构象学说、反应机理等成为解释生化反应的有力手段，蛋白质和核酸的组成和结构研究，顺序测定方法的建立，合成方法的创建，酶催化机制的研究，模拟酶的合成的化学模型的建立，小分子探针技术，单分子激发的技术，单分子操作的技术等重大成就，为现代生物学及生物技术开辟了道路。有机化学与生物问题的密切结合是推动生命科学发展的有力柱，也将人们对生命过程的了解提高到一个新的层次[4, 5]。

2. 一百多年来，有机化学的最高科学成果—— 诺贝尔化学奖综览

1901-2010年共110年，除去8年未授奖外，共授化学奖102项，其中有机化学方面得化学奖65项，占整个化学奖的。碳水化合物、光合作用得研究共8项;蛋白质、酶和核酸方面得研究共18项;甾族化合物、维生素和生物碱方面研究共8项;其它方面共31项。其中与生物相关的占34项。占有机化学的。由此可以看出有机化学与生命科学有着密不可分的关系。

3. 有机化学研究的任务与生命科学的关系

有机化学研究的主要任务是分离提纯、物理有机化学、合成。分离提纯即分离、提取自然界存在的各种有机物，测定它们的结构和性质，以便加以利用。物理有机化学是研究有机物结构与性质间的关系、反应经历的途径、影响反应的因素等，以便控制反应向我们需要的方向进行。合成是在确定了分子结构并对许多有机化合物的反应有相当了解的基础上，以由石油或煤焦油中取得的许多简单有机物为原料，通过各种反应，合成我们所需要的自然界存在的，或者自然界不存在的全新的有机物[6]。

有机化合物的分离提纯与生命科学

有机化学的分离提纯与生命科学的关系主要体现在两个方面，一是天然有机化学，二是分离与分析。

天然有机化学是研究动植物(包括海洋、陆地和微生物的次级代谢产物)及生物体内源性生理活性物质的有机化学。目的是希望发掘有生理活性的天然化合物，作为发展新药先导化合物，或者直接用于临床或为农业生产服务。天然有机化学的发展与国民经济有密切的联带关系，对于开发新型药物、新型农药至关重要。我国自然资源非常丰富，又有几千年传统防治疾病的经验积累，在我国大力发展天然有机化学的研究有着非常现实的意义。对内源性生理活性物质的发现及其生理活性研究，又开辟了天然有机化学研究的新领域。充分利用开发我国动植物资源包括海洋生物资源，努力开拓新的生理活性物质，为国民经济服务是天然有机化学的重要任务。

分离提纯和分析的紧密结合是有机分析的一大特点。在生命科学中也涉及到复杂系统的痕量或微量的有机物分离分析问题，比如生物活性物质的提取和分析等。气相色谱的发展是高效分离的突破口，而高效气相色谱和高效液相色谱是现代分离技术的基础。在气相色谱中新型高选择性的耐高温固定相(如手性固定相和异构体选择性分离的固定相)仍是比较活跃的研究领域。液相色谱中选择性色谱柱和选择性流动相

的应用发展是今后若干年中的主攻方面。细径柱的合理开发，多维色谱以及以色谱为主的系统分析网络将使复杂系统有机痕量物质的分离和分析跃上新的台阶。超临界流体色谱，包括毛细管柱超临界流体色谱是正在发展中的新技术。毛细管电泳是生命科学日益发展的情况下产生的新型的高效技术，在蛋白质和核酸的分离方面已显出极大的威力，是有很强发展活力的新领域。核磁共振波谱技术在谱仪性能和测量方法上有了巨大的进步，其中二维方法的发展已成为解决结构问题最主要的物理方法。NMR今后的发展趋势是如何得到更多的相关信息、简化图谱、提高检测灵敏度和发展三维核磁共振技术。质谱技术最突出的进步是新的解析电离技术的发展。随着接口技术的进步，联用技术的应用面更扩大，效果更为提高。这将使质谱成为生命科学中的一个崭新的研究手段。

物理有机化学与生命科学

物理有机化学主要是通过现代物理实验方法与理论计算方法研究有机分子结构及其物理、化学性能之间的关系，阐明有机化学的反应机理。生命科学中的物理有机化学研究，包括主——客体化学中的模拟酶催化反应，主体分子提供的微环境可控制反应，主体分子对客体分子的识别作用以及疏水亲脂作用等都是具有重要理论意义的研究领域。量子有机化学由静态向动态方向的发展是当前物理有机化学的重要组成，分子力学方法在有机分子结构与构象的研究方面有着非常乐观的发展前景。我国化学家蒋锡夔院士等发表了题为“物理有机化学前沿领域两个重要方面——有机分子簇集和自由基化学的研究”的论文，提出了可用物理有机化学方法解决生命科学的难题。

有机合成与生命科学

有机合成也与生命科学有着密切的关系。在与生命科学的联系中，金属有机化学和元素有机化学是最为活跃的领域之一。比如，有机磷化合物在农药、医药、萃取剂等方面以及有机合成化学中都有重要的应用。开展有生物活性的有机磷化合物的研究，在生命科学研究中也具有极为重要的意义。近年生物有机硅化合物以及有机硅化合物在有机合成中的应用有新的迅速发展。在基础和应用基础研究方面，硅烯、硅宾、硅的3d空轨道化学和多硅烷的研究是当今有机硅化学重要研究课题。有机硅化合物在有机合成中特别在天然有机物的合成中占有重要的地位。

无论从有机化学的发展、有机化学的研究成果和有机化学研究的任务来看，有机化学课程在生命科学中都起着理论基础，研究工具，阐明本质的重要作用。因此在生命科学中要加强有机化学的学习。

[参考文献]

[1]SchrEiber SL. Using the principle of organic chemistry ti explore cell New，1992，70：22~ 32.

[2]周晓俊，吴晖. 有机化学与生命科学. 云南师范大学学报，1998，18(1)：93-96.

[3]张礼和. 从生物有机化学到化学生物学. 化学进展，2004，16(2)：313-318.

[4]朱光美，杜灿屏. 试谈生物有机化学研究的现状与展望. 大学化学，(4)：6-8.

[5]吴毓林，陈耀叠. 探索有机体的奥秘—谈世纪交替时代的有机化学. 中国科学院院刊，1995，10(10)：215-219.

[6]汪小兰，有机化学(第四版)，高等教育出版社，2005，1-2.

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未来的计算机技术将向超高速、超小型、平行处理、智慧化的方向发展。总之,未来的计算机技术的发展是不可估量的。下面是我给大家推荐的，希望大家喜欢! 篇一 《试析未来计算机与计算机技术的发展》 摘要：随着社会经济的发展和时代的进步，计算机在我国已逐渐普及并推广运用。二十世纪九十年代以来，计算机开始进入我国，由于市场经济的不断发展，计算机技术目前已经渗透到我国的各行各业各个领域。对我国社会主义现代化建设起到了至关重要的作用，本文将根据目前计算机技术的发展进行分析，并对计算技术未来的发展趋势、前景进行展望。旨在促进计算机技术的不断深入发展。 关键词：计算机 技术 现状 发展 计算机技术发展趋势将向超高速超小型平行处理智慧化的方向发展，使计算机技术更好的为人类生产、生活、社会经济的发展服务。 一、计算机技术的发展史 计算机诞生之初，其主要的作用是用于计算导弹的执行弹道。但是由于在过去的工作中计算机成本较为昂贵，在上个世纪五十年代以前，计算机主要应用在军事领域。直到上个世纪六七十年代，计算机成本逐步降低，使得部分单位和企业有能力在工作中采用计算机进行工作，也使得计算机技术得到飞速发展。随着Intel4位中央处理器的诞生以及普及，在1982年，世界上第一台个人计算机诞生，并被成功的应用在家庭。到了上个世纪九十年代末期，计算机技术已经成功的应用在诸多家庭和企业中，同时设计领域也逐步广泛到企业。 在这种社会现状下，计算机技术的发展与应用逐步形成了两个不同的方向和趋势，其一主要指的是被应用在科研机构、军事机构的计算机，由于这些领域往往都是计算困难、计算精度较高的工作环节，因此在发展中对于计算机的计算能力和计算精确度提出了新的要求。其二主要指的是在工作中应用在家庭和中小企业的计算机，这些计算机可以说主要是往实惠、小体积和轻重量的方向发展。纵观计算机发展史我们可以得知，计算机创新能力的推动与普及与人们生活和社会发展紧密相连，其在工作中也推动了整个社会领域的正常进行。 二、计算机现状 计算机技术在当今社会中发挥着不可替代的作用，对于促进社会资讯化的实现有着主导作用。伴随着科学技术的深入发展，计算机技术也逐步实现了硬体系统与软体系统同步发展的核心技术观念，也在工作中实现了资讯化、现代化的核心技术处理要求。 ***一***现代微型处理器的情况 在当前社会中，计算机技术的效能提升和处理主要在于发展微型处理器，这也是目前计算机发展的整体趋势，在计算机发展工作中，其主要的实质在于提高处理器晶片中的晶体线宽与尺寸的大小。一般在研究的过程中，多采用较短的波长来曝光光源，从而做打破掩膜曝光要求。如今的微型处理器发展与计算中，主要是通过紫外线进行运用和曝光光源的管理与深化，并且在工作中对于深层晶片进行全面总结和处理，这种工作流程和工作方式多是采用量子效应与电子行为来进行分析，这种社会分析现状也是微处理器发展的首要基础。所以也就引起专家的注视，紫外线光源对微处理器效能的提升已经没有多大作用了。 ***二***以奈米为主的电子科学技术 伴随着科学技术的不断提高，各种先进材料不断的引进，进而对微处理器进行优化和总结。就目前的计算机应用与发展分析而言，在计算机工作中，准确高效的计算机技术和微型化电子元件的需求已成为人们对计算机发展提出的新观念，但就目前的社会现状而言这种目标还远远没有达到。因此在未来的计算机发展中，我们不仅要深入研究计算机处理技术，同时更是要引进各种新材料、新技术。在这种现状之下，以奈米为主的计算机技术已成为目前我们工作和认识的重点形式，也是当前社会发展中存在的核心问题。 三、计算机技术发展趋势预测 1、未来的计算机将具有更全面智慧成分，如多种感知、思考判定能力和常用自然语言能力，除常规手写及语音输入手法外，还将具有虚拟现实技术功能，使储存光碟进一步加大储存容量，计算机的海量储存技术不断成熟完善，使资讯永久性储存不再仅仅是梦想，随着计算机技术的发展即将实现。长久储存器的研制及使用，可以防水、防震、防腐蚀耐高温。计算机矽晶片技术的高速发展，表明矽技术已接近其物理极限，为此，各国科研人员不断研发新型量子及奈米计算机，量子计算机是基于量子效应基础上研发的，它利用镭射脉冲来改变分子的状态，使资讯可以沿着聚合物进行移动，运算量子计算机中资料用量子位储存。一个量子位可以是0或1，它既可以储存0又能够储存1，也就是量子位可以储存2个数据，这是因量子的叠加效应。同样的储存位，但储存量比传统计算机高很多。 2、近年来各国正在开发的更为先进的量子计算机有矽基半导体量子计算机、核磁共振***NMR***量子计算机、离子阱量子计算机三种，据专家预测，量子计算机光子计算机将在本世纪的2030年得到普及运用。 计算机是一个前景十分广阔的新兴技术。未来人们的工作与生活都离不开计算机。计算机已经成为人们生产和生活中的必备品。另外。软体、网际网路、计算机系统组织、奈米等技术的运用，不仅是实现发展高速化、智慧化、多元化和微型化的前提，还是未来计算机技术提高的关键环节。新型计算机技术的研究、创新、开发与应用，将不断推进全球社会经济快速发展，将是人类社会发展史上的重大突破。包括科学技术在内，世界上任何新生事物的发展与进步，都需要从无到有、从易到难、从简单到复杂、从低技术到高科技含量的艰难发展过程，随着各国几代科学家的不懈研发、不断努力，未来的计算机将会成为我们工作、学习、生活的好帮手。 点选下页还有更多>>>