中南大学学科前沿讲座感受

第一篇：中南大学学科前沿讲座感受

浅谈学科前沿讲座学习感受

学科前沿是指某一学科中最难代表该学科发展趋势制约该学科当前发展的关键性科学问题、难题及相应的学说。我有幸聆听了院里各位教授的学科前沿讲座，八次的讲座使我受益匪浅。教授们从日常生活中的小例子向大家诠释“前沿”的内涵，所谓前沿，就是无论在国内还是国外都没有重复的科学发展事态。同时，他们也结合自身做学术研究过程中的种种经历，以平实而又生动的语言讲述着做学问要付出的各种努力以及要去接触的各种问题。随后，教授们分别向大家介绍了各自目前从事的学科前沿问题，同时强调“做学问需要结合时代的需要，符合时代背景，与国际接轨”，并告诫同学们要注重积累，拓宽专业知识。

虽然仅有八次学科前沿讲座，我被教授们清晰的思路和表达、严密的逻辑和证据、学者应有的良知与责任而折服。讲座中，教授带我们一起回望化学的发展历史，展望化学未来，体会化学给我们带来的种种欢乐与梦想。

在教授们提出的众多学科前沿课题中，我最感兴趣的是：为什么热水比冷水在冰箱中结冰快，因为这一问题贴近生活，我们可以亲自动手验证，如此普通却又高深的难以解释。我对这一问题进行了资料搜集和思考。最早发现这一现象的是中学，1963年的一天，在地处非洲热带的坦桑尼亚一所中学里，一群学生想做一点冰冻食品降温。一个名叫埃拉斯托·姆佩巴的学生在热牛奶里加了糖后，准备放进冰箱里做冰淇淋。他想，如果等热牛奶凉后放入冰箱，那么别的同学将会把冰箱占满，于是就将热牛奶放进了冰箱。过了不久，他打开冰箱一看，令人惊奇的是，自己的那杯冰淇淋已经变成了一杯可口的冰淇淋，而其他同学用冷水做的冰淇淋还没有结冰。姆佩巴把这特殊现象告诉了达累萨拉姆大学的物理学教授奥斯博尔内博士。奥斯博尔内听了姆佩巴的叙述后也感到有点惊奇，但他相信姆佩巴讲的一定是事实。尊重科学的奥斯博尔内又进行了实验，其结果也姆佩巴的叙述完全相符。这就确切地肯定了在低温环境中，热水比冷水结冰快。此后，世界上许多科学杂志载文介绍了这种自然现象，还将这种现象命名为“姆佩巴效应”（Mpemba Effect）。

从物理方面来说，致冷有四种并存的机制：辐射、传导、汽化、对流，通过实验观察，对结果进行比较，发现引起热水比冷水先结冰的原因主要是传导、汽化、对流三者相互作用的综合结果，如果把热水和冷水结冰的过程叙述出来并分析原因就更能说明问题了：盛有4℃冷水的结冰要很长时间，因为水和玻璃都是热的不良导体，液体内部的热量很难依靠传导有效地传递到表面，杯子里的水由于温度下降，体积膨胀，密度变小，集结在表面，所以在水表面处最先结冰，其次是底部和四周，形成了一个密闭的“冰壳”，这时内层的水与空气隔绝，只能依靠传导和辐射来散热，所以冷却的速率很小，阻止内层水温继续下降的正常进行，另外由于水结冰时体积要膨胀，“冰壳”起着一种抑制作用。盛有100℃热水那一杯冷冻的时间相对来说要少得多，看到的现象是表面的冰层总不能连成冰盖，看不到“冰壳”的现象，沿冰水的界面向液体内生长出针状的冰晶（在初温低于12℃时，看不到这种现象）。随着时间的流逝，冰晶由细变粗，这是因为初温高的热水，上层水冷却后密度变大向下流动，形成液体内部的对流，使水分子围绕各自的结晶中心结成冰，初温越高，这种对流越剧烈，能量的损耗也越大。正是这种对流，使上层的水不易结成冰盖，由于热传递和相变潜热，在单位时间内的内能损耗较大，冷却速率较大，当水面温度降到0℃以下并有足够的低温，水面就开始出现冰晶。初温较高的水，生长冰晶的速度较大，这是由于冰盖未形成和对流剧烈的缘故，最后我们观察到冰盖还是形成了，冷却速率变小了一些，但由于水内部冰晶已经生长而且粗大，具有较大的表面能，冰晶的生长速率与单位表面能成正比，所以生长速度仍然要比较初温低的水快得多。

从生物作用方面来看，水要结成冰，水中需要许多结晶的中心，生物实验发现，水中的微生物往往是“结晶中心”。而某些微生物在热水（水温在100℃以下一点）中繁殖比冷水中快，这样一来，热水中的“结晶中心”比冷水中的多得多，加速了热水结冰的协同作用，围绕“结晶中心”生长出子晶，子晶是外延结晶的晶核，对流使各种取向的分子都流过子晶，依靠晶体表面的分子力，抓住合适取向的水分子，外延出分子作有序排列的许多晶粒，悬浮在水中，结晶释放的能量通过对流放出，而各相邻的冰粒又连结成冰，直到水全部结冰为止。

以上是对观察到的现象进行分析，得出的一些结论和提出的一些解释。但要真正解开“姆潘巴问题”的谜，对其作出全面定量的令人满意的结论，还有待进一步探索。

回忆起自己的化学学习史，在初高中时期，接触到物质的定性测定，对于复杂的物质定量分析，浅尝辄止，由于许多的理论虽然成立，却对其意义无从深究，例如：酸碱指示剂的应用：酚酞的变色范围是PH8.0~9.6，在强碱滴定强酸试验中通常采用酚酞作为指示剂，理论计算得化学计量点时PH=7.0（室温），而此值并不在酚酞的变色范围内，为何依然选用酚酞作为指示剂，一起滴定的结果会产生怎样的误差？诸如此类的问题，由于自身缺乏详细而周密的理论知识，学习的主动性不是很强。专业的化学知识是作为一名化学人首先应当具备的，无机化学学习已经让我们对于这门学科深奥的知识内涵和庞大的知识体系有所了解，而接触到有机化学课程学习，足以让我们领会到一名化学人应该持有严谨的治学态度。我对这门课的感触颇深：一套完整的理论体系背后，必然有着一套严密的数学推理过程。分析化学的任务是确定物质的化学组成，测量物质各组成成分的含量及表征物质的化学结构，形态等。为了完成这些任务，必然需要严格的公式推理，在我看来分析化学与其说是化学学科的一门分支，不如说它是架在化学学科和数学学科之间的一道桥梁。望着满满的数学公式，还有形状各异的曲线，心灵的震撼足以让我产生恐惧——如此多的公式要怎样记忆，即使记住又该怎样用？但是，随着老师的详细授教，我的认识有所改变，虽然有繁多的计算公式，但清晰的推理过程为我们的记忆工作做了很好的铺垫。除此以为，在不同的环境和条件下，数据的微元也使得计算式变得简单，在误差允许的范围内，优化了数据的处理。学习时间虽然短暂，但它将对我以后的化学学习产生很大的影响，尤其是其所需求的严谨的治学态度，会使我们终身受用。

在讲座中，我不仅感受到与世界接轨的浓厚科学氛围，更对本院及自己所在专业——分析化学有了更深的认识。当今世界，分析化学占了很重要的位置，尤其是在目前全球所面临的各个领域中的问题上，都少不了分析化学的作用。食品，环境，新型材料，医用药品，冶金，化工，生物，临床医学等领域，都是分析化学应用非常活跃的地方。所以，分析化学未来的方向可能会影响到这些领域的未来动态。本文在查阅文献的基础上，论述了分析化学未来主要的新方向——环境分析。在环境，食品等方面的问题，我们通过有效的分析方法，可以知道问题的所在，为解决问题带来了根本的帮助。而化学反应方面讲会朝着无害原料、绿色反应条件的方向发展。光化学和电化学分析在环境方面会得到高度的重视。化学发光分析具有测定灵敏度高、线性范围宽、使用仪器简单、分析速度快、易与多种分析技术结合、容易自动化等特点。

另外，化学为人类进步提供了物质基础，对于许多学科分支的发展起了带头作用，但是其地位和作用一直受到忽视。但现在作为化工院的一员，以后将会成为化工人的我认为基础研究是人类文明进步的动力，是科技与经济发展的源泉和后盾，是新技术新发明的先导，也是培养人才的摇篮。基础研究的核心在于创新，而创新就要允许失败，创新是科研的灵魂，而创新又不可能脱离原有研究基础，同时也有不同的模式和水平。

在未来的几十年中，相信化工人将会不断发展壮大，通过分析化学领域的科学方法，对环境污染源分析，从源头上消除污染，合理利用资源和能源，降低生产成本，找到环境问题的解决办法，从而生活在更清洁，更绿色的地球。回顾化学这几十年的飞速发展，给人类带来了许多福音，相信在未来化学定会带给我们更多的惊喜和福祉！

第二篇：浅谈学科前沿讲座的学习感受

学 科 前 沿 讲 座 论 文

04101430

中德学院

浅谈学科前沿讲座的学习感受

学科前沿是指某一学科中最难代表该学科发展趋势制约该学科当前发展的关键性科学问题、难题及相应的学说。我作为一名中德学院的机械工程专业学生有幸聆听了由李炳文、朱华、李宝林等矿大一流教授作的机械工程学科前沿讲座，教授们从日常生活中的小例子向大家诠释“前沿”的内涵，所谓前沿，就是无论在国内还是国外都没有重复的科学发展事态。同时，他们结合自身做学术研究过程中的种种经历，以平实而又生动的语言讲述着做学问要付出的各种努力以及要去接触的各种问题。随后，教授们分别向大家介绍了各自目前从事的学科前沿问题，同时强调“做学问需要结合时代的需要，符合时代背景，与国际接轨”，并告诫同学们要注重积累，拓宽专业知识。通过这16个学时的学习，我在对机械专业有了更深层次的认识。机械可以完成人用双手和双目，以及双足、双耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好。现代机械工程创造出越来越精巧和越来越复杂的机械和机械装置，使过去的许多幻想成为现实。机械对于社会和人的生活具有重要意义。

在李炳文教授的学科前沿讲座中，我被他清晰的思路和表达、严密的逻辑和证据、学者应有的良知与责任而折服。他带着我走进了 “液压支架”这门学科。液压支架是综采设备的重要组成部分。它能可靠而有效地支撑和控制工作面 的顶板，隔空采空区。防止矸石进入回采工作面和推进输送机。它与采煤机配套使用，实现采煤综合机械化，解决机械化采煤工作中顶板管理落后于采煤工作的矛盾，进一步改善和提高采煤和运输设备的效能，减轻煤矿工人的劳动强度，预防事故的发生，最大限度保障煤矿工人的生命安全。据李老师说矿山机械设备落后一般机械设备二十年，在那里生产的物资推动着中国的发展，而没有人来推动他们的发展。在这里我深深地体会到我校的老师走进深山，守住寂寞，发明并研发的 “悬浮式液压支柱系列”、“双伸缩悬浮式液压支柱系列”、“液压支架用悬浮式液压立柱系列”、“液压支架用双伸缩悬浮式液压立柱系列”、“超静定液压支架系列”、“大采高超静定液压支架系列”、“特大采高超静定液压支架系列”、“大采高充填式液压支架系列”及特大采高充填式液压支架系列等系列产品。用自己的聪明才智来解救那些用生命换来工业粮食的矿山工人们。

朱华教授利用影视资料，介绍近年来我国发生矿难情况。我国煤矿矿井灾害事故频繁发生，人员伤亡十分惨重，触目惊心。中国煤炭产量占世界35%，但矿难死亡人数却占世界的80%。在灾难救援中，救援人员只有非常短的时间(约48小时)用于在倒塌的废墟中寻找幸存者，否则发现幸存者的几率几乎为零。参与救援工作的救护队员在深入井下，会遇到二次爆炸等各种危险状况，他怀着一颗忧国忧民之心，带着对矿工的深厚感情，从救援工作的实际出发，积极组织研制了我国第一台用于煤矿环境监测以及煤矿灾害搜救的机器人CUMT-1。朱教授介绍了CUMT-1能够实时探测灾区的瓦斯浓度、一氧化碳浓度、粉尘浓度和温度，并且安装有低照度摄影机，实时传回灾区的视频和环境信息具有双向语音对讲功能，可以报告受害者的情况，与受害者进行对话，机器人CUMT-1还能携带食品、水、药品、救护工具等救灾物资。然后朱教授又介绍了CUMT-2型救灾机器人，该机器人采用多传感器融合的方式进行导航的。就未来矿井救灾机器人发展，他站在学科的最前沿提出了矿井救灾机器人技术将随着计算机技术、传感技术、控制技术、材料技术的发展，特别是网络技术和图像信息处理技术的迅猛发展，而将在许多应用领域不断扩大，应用的复杂程度也越来越高。

在朱华教授的另一个讲座中，他把我们带进一个五彩缤纷的世界------分形学科。也给我们打开了一扇完全崭新和令人兴奋的几何学窗口。在这堂讲座上，朱教授的渊博的知识，在从事机械学研究多年，理工科已取得很高成就下，对文史和艺术上也有很高的建树。他讲座这一新的数学领域触及到我们生活的方方面面，诸如自然现象的描述，电影摄影术、天文学、经济学、气象学、生态学等等。谈到我们拥有的这个新几何，甚至可以描述变化的宇宙。站在这个巨人的肩膀上，我们可以实现许多原来被我们视为奇异或是不可

能实现的东西，不觉中让我们感叹原来世界可以这样。分形所呈现的无穷玄机和美感引发人们去探索，并为之感动。分形使人们感悟到科学与艺术的融合，数学与艺术审美上的统一，使昨日枯燥的数学不再仅仅是抽象的哲理，而是具体的感受；不再仅仅是揭示一类存在，而是一种艺术创作，它搭起了科学与艺术的桥梁。感动于分形的美妙，并受到朱教授的启发，我有两个随意的设想：将分形图形用于信息加密防伪；印制分形贺卡、明信片和小台历。

李宝林老师讲授的是汽车发展史，带我们一起回望汽车的发展历史，展望未来汽车，体会汽车给我们带来的种种欢乐与梦想„„

汽车自十九世纪末诞生以来，已经走过了风风雨雨的一百多年。从卡尔.本茨造出的第一辆三轮汽车以每小时18公里的速度，跑到现在，竟然诞生了从速度为零到加速到100公里/小时只需要三秒钟多一点的超级跑车。这一百多年，汽车发展的速度是如此惊人！同时，汽车工业也造就了多位巨人，他们一手创建了通用、福特、丰田、本田这样一些在各国经济中举足轻重的著名公司。

19世纪末20世纪初，欧美一些主要资本主义国家都相继完成了工业革命，随着生产力大幅度地增长，要求用于交通运输的工具也要有相应的发展。从德国人奔驰和戴姆勒于 5

1886年制造的第一辆汽车开始，各国都争相发展汽车，使汽车工业有了日新月异的变化。

汽车工业发展到今天，汽车设计的范畴早已不再局限在车身造型上。最大的改变就是对内饰设计的重视，以及新能源动力的整车设计。跳脱传统的造型设计思维，点燃了今天汽车工业的蓬勃发展。

从汽车产业到汽车社会，汽车已成为一种现代生活方式的代表。特别是随着经济的发展，汽车越来越普及，人们需求也越来越多样化，从而刺激汽车厂商不断地开发更全面、更时尚、更能够体现时代特色的汽车产品。未来的小客车的造型将更为平滑、流畅。美国通用汽车公司的雪佛莱部研制的AERO2002型未来小客车已具备了这样的特点。电脑被广泛地运用在汽车上，将是未来汽车的重要标志。将来的汽车装上电脑指挥系统。可以把驾驶员的意志和外界行驶条件结合起来转化成电信号,然后集中输送到微处理器，经过分析计算后，向车辆的各个部分发出指令。使汽车更为安全可靠。甚至可以出现无人驾驶的“智能”汽车。将来还会出现更多造型奇特、性能卓越的汽车。例如，履带式气垫车，用充气的橡胶履带来代替汽车的轮子，可以在泥泞道路或沼泽地自由行走。无轮步行式汽车，是仿照动物行走的特征制造的，装有四条腿，下坑洼、涉泥泞都非常灵活。还有水陆空三用汽 6

车、飞碟汽车、潜艇式汽车等等。总之未来汽车比我们现在想象要丰富得多。

在最后一节课上，另一位未透露姓名的教授则从切割的资源消耗、环境影响分析入手，向我们阐述干切环保绿色技术及特点。这让我想起来我高中曾经做的预涂层-超滤膜联用工艺用于应急给水的应用研究，这是当时我看到贫穷地区的村民喝不上安全饮用水，就决定开始的研究。虽然不同的方向，但是起发点都一样，地球只有一个，我们都要为环保事业做点贡献。我对于干切环保绿色技术了解就是满足零件加工时间，加工质量需求，能以最经济的成本，对大生态环境和对小生产环境都无毒副作用或副作用极小，资源消耗最少，对人及环境无害的切削加工技术。我对具体怎么切削加工那个不太清楚，但是我想只要都有一颗爱护环境的心并付诸实施，都是让人敬佩的。

中国矿业大学有很大一批机械学科前沿的优秀教授，为这个同样领先的大学的发展付出了不懈的努力。我们莘莘学子将以他们为榜样回馈矿山、感知矿山。去为那些为中国的发展提供资源和生命的矿山人，为矿山安全、高效开采奉献知识和生命。

第三篇：学科前沿讲座

学科前沿讲座

专业班级： 光信13-3_

姓 名： 朱家兴_

学 号： _10134425__

任课教师： 张国营

2016年 11月 11 日

量子计算与量子计算机

【摘要】量子计算的强大运算能力使得量子计算机具有广阔的应用前景。该文简要介绍了量子计算的发展现状和基本原理，列举了典型的量子算法，阐明了量子计算机的优越性，最后预测了量子计算及量子计算机的应用方向。

【关键词】量子计算；量子计算机；量子算法；量子信息处理 1.引言

在人类刚刚跨入21世纪的时刻！科技的重大突破之一就是量子计算机的诞生。德国科学家已在实验室研制成功5个量子位的量子计算机，而美国LosAlamos国家实验室正在进行7个量子位的量子计算机的试验【1】。它预示着人类的信息处理技术将会再一次发生巨大的飞跃，而研究面向量子计算机以量子计算为基础的量子信息处理技术已成为一项十分紧迫的任务。2.子计算的物理背景

任何计算装置都是一个物理系统。量子计算机足根据物理系统的量子力学性质和规律执行计算任务的装置【2】。量子计算足以量子计算目L为背景的计算。是在量了力。4个公设（postulate）下做出的代数抽象。Feylllilitn认为，量子足一种既不具有经典耗子性，亦不具有经典渡动性的物理客体（例如光子）。亦有人将量子解释为一种量，它反映了一些物理量（如轨道能级）的取值的离散性。其离散值之问的差值（未必为定值）定义为量子。按照量子力学原理，某些粒子存在若干离散的能量分布。称为能级。而某个物理客体（如电子）在另一个客体（姻原子棱）的离散能级之间跃迁（transition。粒子在不同能量级分布中的能级转移过程）时将会吸收或发出另一种物理客体（如光子），该物理客体所携带的能量的值恰好是发生跃迁的两个能级的差值。这使得物理“客体”和物理“量”之问产生了一个相互沟通和转化的桥梁；爱因斯坦的质能转换关系也提示了物质和能量在一定条件下是可以相互转化的因此。量子的这两种定义方式是对市统并可以相互转化的。量子的某些独特的性质为量了计算的优越性提供了基础。3.量子计算机的特征

量子计算机，首先是能实现量子计算的机器，是以原子量子态为记忆单元、开关电路和信息储存形式，以量子动力学演化为信息传递与加工基础的量子通讯与量子计算，是指组成计算机硬件的各种元件达到原子级尺寸，其体积不到现在同类元件的1%。量子计算机是一物理系统，它能存储和处理关于量子力学变量的信息【3】。量子计算机遵从的基本原理是量子力学原理：量子力学变量的分立特性、态迭加原理和量子相干性。信息的量子就是量子位，一位信息不是0就是1，量子力学变量的分立特性使它们可以记录信息：即能存储、写入、读出信息，信息的一个量子位是一个二能级（或二态）系统，所以一个量子位可用一自旋为1/2的粒子来表示，即粒子的自旋向上表示1，自旋向下表示0；或者用一光子的两个极化方向来表示0和1；或用一原子的基态代表0第一激发态代表1。就是说在量子计算机中，量子信息是存储在单个的自旋’、光子或原子上的。对光子来说，可以利用Kerr非线性作用来转动一光束使之线性极化，以获取写入、读出；对自旋来说，则是把电子（或核）置于磁场中，通过磁共振技术来获取量子信息的读出、写入；而写入和读出一个原子存储的信息位则是用一激光脉冲照射此原子来完成的。量子计算机使用两个量子寄存器，第一个为输入寄存器，第二个为输出寄存器。函数的演化由幺正演化算符通过量子逻辑门的操作来实现。单量子位算符实现一个量子位的翻转。两量子位算符，其中一个是控制位，它确定在什么情况下目标位才发生改变；另一个是目标位，它确定目标位如何改变；翻转或相位移动。还有多位量子逻辑门，种类很多。要说清楚量子计算，首先看经典计算。经典计算机从物理上可以被描述为对输入信号序列按一定算法进行交换的机器，其算法由计算机的内部逻辑电路来实现【4】。经典计算机具有如下特点：

a其输入态和输出态都是经典信号，用量子力学的语言来描述，也即是：其输入态和输出态都是某一力学量的本征态。如输入二进制序列0110110，用量子记号，即10110110>。所有的输入态均相互正交。对经典计算机不可能输入如下叠加Cl10110110>+C2I1001001>。

b经典计算机内部的每一步变换都将正交态演化为正交态，而一般的量子变换没有这个性质，因此，经典计算机中的变换（或计算）只对应一类特殊集。

相应于经典计算机的以上两个限制，量子计算机分别作了推广。量子计算机的输入用一个具有有限能级的量子系统来描述，如二能级系统（称为量子比特），量子计算机的变换（即量子计算）包括所有可能的幺正变换。因此量子计算机的特点为：

c量子计算机的输入态和输出态为一般的叠加态，其相互之间通常不正交；

d量子计算机中的变换为所有可能的幺正变换。得出输出态之后，量子计算机对输出态进行一定的测量，给出计算结果。由此可见，量子计算对经典计算作了极大的扩充，经典计算是一类特殊的量子计算。量子计算最本质的特征为量子叠加性和相干性。量子计算机对每一个叠加分量实现的变换相当于一种经典计算，所有这些经典计算同时完成，并按一定的概率振幅叠加起来，给出量子计算的输出结果。这种计算称为量子并行计算，量子并行处理大大提高了量子计算机的效率，使得其可以完成经典计算机无法完成的工作，这是量子计算机的优越性之一。

4.量子智能计算

自Shor算法和Grover算法提出后，越来越多的研究员投身于量子计算方法的计算处理方面，同时智能计算向来是算法研究的热门领域，研究表明，二者的结合可以取得很大的突破，即利用量子并行计算可以很好的弥补智能算法中的某些不足【5】。

目前已有的量子智能计算研究主要包括：量子人工神经网络，量子进化算法，量子退火算法和量子免疫算法等。其中，量子神经网络算法和量子进化算法已经成为目前学术研究领域的热点，并且取得了相当不错的成绩，下面将以量子进化算法为例。

量子进化算法是进化算法与量子计算的理论结合的产物，该算法利用量子比特的叠加性和相干性，用量子比特标记染色体，使得一个染色体可以携带大数量的信息。同时通过量子门的旋转角度表示染色体的更新操作，提高计算的全局搜索能力。

目前量子进化算法已经应用于许多领域，例如：工程问题、信息系统、神经网络优化等。同时，伴随着量子算法的理论和应用的进一步发展，量子进化算法等量子智能算法有着更大的发展前景和空间。

5.量子计算的应用

1.量子叠加态的计算魅力。在经典物理学中，物质在确定的时刻仅有确定的一个状态。量子力学则不同，物质会同时处于不同的量子态上。因为处于叠加态，这就意味着，量子计算一次运算就可以处理210=1024个数（从0到1023被同时处理一遍）【6】。以此类推，量子计算的速度与量子比特数是2的指数增长关系。一个64位的量子计算机一次运算就可以同时处理264=***709551616个数。如果单次运算速度达到目前民用电脑CPU的级别（1GHz），那么这个64位量子计算机的数据处理速度将是世界上最快的“天河二号”超级计算机（每秒33.86千万亿次）的545万亿倍。

量子力学叠加态赋予了量子计算机真正意义上的“并行计算”，而不像经典计算机一样只能并列更多的CPU来并行。因此在大数据处理技术需求强烈的今天，量子计算机越来越获得互联网巨头们的重视。

2.肖尔算法――RSA加密技术的终结者。1985年，牛津大学的物理学家戴维・德意志提出了量子图灵机模型的概念。随后贝尔实验室的彼得・肖尔于1995年提出了量子计算的第一个解决具体问题的思路，即肖尔因子分解算法。

我们今天在互联网上输入的各种密码，都会用到RSA算法加密。这种技术用一个很大的数的两个质数因子生成密钥，给密码加密，从而安全地传输密码。由于这个数很大，用目前经典计算机的速度算出它的质数因子几乎是不可能的任务。但利用量子计算的并行性，肖尔算法可以在很短的时间内通过遍历算法来获得质数因子，从而破解掉密钥，使RSA加密技术不堪一击。

量子计算机会终结任何依靠计算复杂度的加密技术，但这不意味着从此我们会失去信息安全的保护。量子计算的孪生兄弟――量子通信，会从根本上解决信息传输的安全隐患。

6.量子计算机的应用前景

目前经典的计算机可以进行复杂计算，解决很多难题。但依然存在一些难解问题，它们的计算需要耗费大量的时间和资源，以致在宇宙时间内无法完成【7】。量子计算研究的一个重要方向就是致力于这类问题的量子算法研究。量子计算机首先可用于因子分解。因子分解对于经典计算机而言是难解问题，以至于它成为共钥加密算法的理论基础。按照Shor的量子算法，量子计算机能够以多项式时间完成大数质因子的分解。量子计算机还可用于数据库的搜索。1996年，Grover发现了未加整理数据库搜索的Grover迭代量子算法。使用这种算法，在量子计算机上可以实现对未加整理数据库Ⅳ的平方根量级加速搜索，而且用这种加速搜索有可能解决经典上所谓的NP问题。量子计算机另一个重要的应用是计算机视觉，计算机视觉是一种通过二维图像理解三维世界的结构和特性的人工智能。计算机视觉的一个重要领域是图像处理和模式识别。由于图像包含的数据量很大，以致不得不对图像数据进行压缩。这种压缩必然会损失一部分原始信息 参考文献

1.王书浩，龙桂鲁.大数据与量子计算

2.张毅，卢凯，高颖慧.量子算法与量子衍生算法 3.Deutsch D，Jozsa R.Rapid solution of problems by quanturm computation[C]//Proc Roy Soc London A，1992，439：553-558

4.吴楠，宋方敏。量子计算与量子计算机

5.苏晓琴，郭光灿。量子通信与量子计算。量子电子学报，2004，21（6）：706-718

6.White T.Hadoop： The Defintive Guide，California：O’Reilly Media，Inc.2009：12-14

7.王蕴，黄德才，俞攸红.量子计算及量子算法研究进展.

第四篇：学科前沿讲座

听学科前沿讲座有感

学科前沿是指整个科技体系或学科群中居于主导地位具有带动其它科学发展并影响人们科学观念转变的学科。学科前沿是指某一学科中最能代表该学科发展趋势制约该学科当前发展的关键性科学问题、难题及相应的学说。

在即将毕业之际，即将踏入工作生涯，了解学科前沿是至关重要的。学院在这个时候给我们安排学科前沿讲座，意义是非凡的，我们也应该抓住这次机会认真学习学科前沿知识，为以后的工作生涯和人生打下结实的基础。

因此在听完三位老师的讲座，不禁有感而发，对机械学科的前沿有了更深入的了解。

一、对我国汽车前沿的感悟

中国汽车发展历程

新中国刚一成立就决定发展自己的汽车工业，1953年第一汽车制造厂破土动工，毛泽东主席为奠基仪式亲自题写了“第一汽车制造厂奠基纪念”。1956年我国生产的第一辆汽车下线，毛主席又亲自为其命名———解放，对于当时工业整体水平非常落后的中国人来说，这确实是一次经济上的解放。1956年是中国汽车史上令人难忘的一年。5月，第一汽车制造厂试制成功东风牌轿车，送往北京向党的八大”献礼，这是中国自制的第一部轿车，6月，北京第一汽车厂附件厂试制成功井冈山牌轿车，同时工厂更名为北京汽车制造厂。8月一汽又设计试制成功第一辆红旗牌高级轿车，9月上海汽车配件厂试制成功第一辆凤凰牌轿车。在大跃进的年代，这几辆稚嫩的国产轿车确实让全国人民欢欣鼓舞了一阵子。

六七十年代，除了红旗外，中国惟一大批量生产的轿车就是上海牌轿车。1964年，凤凰牌轿车改名为上海牌，并对制造设备做了一系列改进。首先制成了车身外板成套冲模，结束了车身制造靠手工敲打的落后生产方式，又以此为基础制成各种拼装台，添置点焊机，实现拼装流水线生产，轿车质量得到稳定和提高。1965年上海轿车通过一机部技术鉴定，批准定型。到1979年，上海牌轿车共生产了一万七千多辆，成为我国公务用车和出租车的主要车型。1972年起还对车身进行了改型，并减轻了自重。1980年，该车年产量突破5000辆。1985年，已经开始与德国大众公司合资的上海轿车厂和嘉定县联营另行建厂继续生产上海轿车，并继续做了一些技术改进，一直生产到90年代。在相当长的时间里，上海轿车支撑着国内对轿车的需求，为社会发展做出了贡献。但当时我国的汽车工业是以载货车为主导的，对轿车缺乏应用的重视，这使得我国的轿车工业技术水平长期处于极为幼稚的状态。

改革开放后，我国经济迅速发展，对轿车的需求越来越强，我国落后的轿车工业根本无法满足这种需求。一时间，外国轿车洪水般涌入我国。1984年至1987年，我国进口轿车64万辆，耗资266亿元。为了迅速提高中国轿车生产能力和技术水平，我国汽车工业开始走上与国外汽车企业合作、引进消化外国先进技术的发展道路。具体方式基本都是从进口全部散件组装开始，逐渐提高国产化率。纯种的中国汽车也在不断发展，长城、吉利、奇瑞等车厂已经发展壮大起来，技术也越来越好，反正自己孩子自己养，国人支持，他们肯定能做好。

中国汽车的发展方向

中国车企目前还处于开阔市场阶段，但从长远方向看，提高自身产品才是第一要旨。所以中国汽车业将在逐步占领世界市场的同时，加强品牌建设，提高汽车质量和性能，将中国从一个汽车生产大国向汽车研发大国转变。现代汽车电子化、智能化、多媒体化和网络化的应用，不仅提高了汽车的动力性、经济性、安全和环保性，改善了行驶的稳定性和舒适性，推动了汽车工业的发展，还为电子产品开拓了广阔的市场，从而推动了电子工业的发展。因此，大力发展汽车电子化、智能化、多媒体化和网络化，加快汽车电子化速度，是启动和振兴汽车工业的重要手段。也是中国汽车零部件企业的新的经济增长点。

二、矿用绞车前沿感悟

听完李老师的讲座，我深感到矿山机械设备的落后，据李老师所说，矿山设备要落后一般机械二十年。在那里生产的资源推动着中国的发展，然而却没有人去推动他们的发展。

在这里也深刻体会到我校老师独自走入深山的寂寞，也希望国家和社会给予更多的关注，来回馈矿山，感知矿山。解救那些用生命换来工业粮食的矿山工人们，那些对矿上不离不弃的矿大人

三、中国矿业大学的机械电子的感悟

机电是中国矿业大学起步较早的一门学科，也是社会发展的一门前沿学科，机电控制、机电一体化和机电自动化都是现代制造技术所必须的学科。在之前发展也是我校的强势学科，但由于学校领导的不只是，导至学科人才流失，技术失传，相对其他学校机械电子的大发展，而我校的机电学科有逆水行舟不进则退之势。加上学校对机电学科教学的忽视，导至学生对机电的不了解，在以后工作当中对出现问题不知道如何去解决！在这里我也希望学校和学院领导关注一下机电学科的发展，提高学生的综合素质，拓宽学生的知识面。

小结

中国矿业大学有很大一批老师机械学科前沿，为矿业大学机械学科发展付出了不懈的努力。希望学校领导给予大力支持，支持机电学院的老师，支持矿大的机械学科的发展，支持机械学科的教育工作。让我们更有能力去回馈矿山、感知矿山、去为那些为中国发展提供资源和生命的矿山人，为矿山安全、高效开采奉献知识和生命

第五篇：学科前沿讲座论文

研究生课程论文

课程名称：学科前沿讲座

姓名：臧宁宁 学号：1049731602549 学院：汽车工程学院

专业：车辆工程专硕

班级：163班

2016年 12 月 28 日

车网互联（V2G）技术浅析

臧宁宁

（武汉理工大学汽车工程学院；车辆工程163班；1049731602549）

摘要：针对城市高峰电力负荷大、持续时间短的特点，采用车网互联（V2G）模式，通过电动汽车集群晚间低谷充电，白天停驶时反馈给电网以支持高峰电力负荷，有利于城市电网削峰填谷，并提高能源利用效率。文章首先介绍了V2G研究的意义及其经济性，而后介绍了V2G的试现方法，V2G研究的关键问题：智能管理策略、双向充电器，最后对我国V2G技术的进一步发展提出了相关建议。

关键词：V2G：实现方法；智能管理策略；双向充电器

Abstract：For the city peak power load, short duration characteristics, the use of car network interconnection(V2G)model, through the electric car cluster evening trough charging during the day and suspended feedback to the grid to support the peak load, is conducive to urban power grid Valley, and improve energy efficiency.In this paper, the significance of V2G research and its economy are introduced.Secondly, the key techniques of V2G are introduced, such as intelligent management strategy, bi-directional charger, and some suggestions for further development of V2G technology in China.Keywords：V2G;implementation method;intelligent management strategy;bi-directional charger

引言

电动汽车以电为动力，作为智能电网的重要组成部分，其动力电池可以理解为电网中一个移动的分布式储能单元，具有清洁、高效、环保等特点。由此形成了“车—电”互联(Vehicle to Grid，简称V2G)的概念，即车辆与电网在受控状态下，实现能量、信息双向互动，将动力电池看成不仅是车辆的动力源，也是重要的移动储能介质。当车载动力电池需要充电，则电能从电网流向汽车。当汽车暂停使用时，也可以把车载电池中的电能反送给电网系统。电动汽车V2G充放电模式的应用，是电动汽车能源供给体系中的重要形式之一，也是智能电网建设的重要内容。采用 V2G 模式可对电网起到削峰填谷的作用，从而减少电力建设投资，提高能源利用效率。

图1.1 电网供应图

1.V2G研究的意义

现在的电网实际上效率并不是非常高，因为一是成本较高，再就是容易造成浪费。图1.1和1.2是电网的供应和需求图，将两图进行对比，可以看出：在用电高峰期，电网的供应难以满足需求，一般采用增建调峰电厂或调峰机组解决；而在用电低谷时，大量的电力被浪费。

图1.2电网需求图

V2G的核心思想就是利用大量电动汽车的储能源作为电网和可再生能源的缓冲，如图2所示。当电网负荷过高时，由电动汽车储能源向电网馈电；而当电网负荷低时，用来存储电网过剩的发电量，避免造成浪费。通过这种方式，电动汽车用户可以在电价低时，从电网买电，电网电价高时向电网售电，从而获得一定的收益。

图2 V2G示意图

现在，插电式混合动力汽车（PHEV）和纯电动汽车（EV）正慢慢进入市场。当这些汽车的数量足够大时，其电池的总容量是相当巨大的，因而可以将其作为电网以及可再生能源系统的缓冲。但是，电动汽车并不能随意地、毫无管理地接入到电网中，这是因为如果电网正处于峰值负荷需求，大量汽车的充电要求必然会对电网产生极其严重的影响；对于汽车而言，除了为电网提供辅助服务外，还必须能够满足日常的行驶需求。因此在向电网馈电的过程中，还必须兼顾汽车自身的能量存储状态，以避免影响汽车的正常使用。综合上述两个方面，非常有必要对电动汽车 V2G 进行研究，协调汽车与电网间的充电和放电，使得既不会影响电网的运行，也不会限制汽车的正常使用。

2.V2G的经济性

《车网互联（V2G）支持高峰电力的技术经济分析》一文中，以带有 30 k W·h 动力电池的电动车集群集中放电来支持上海地区 12 h 的800 MW 高峰电力为例，通过V2G 模式中成本和收益的经济核算，发现电动车主和电网企业都能从 V2G 模式中受益。

文章还对V2G技术的环保价值进行了评估。通过 V2G 模式，一方面可以提高火电机组的发电效率和输配电设备的利用效率，减少发电和输电设备的投资；另一方面还可以提高可再生能源的使用比例。就纯电动车使用而言，其过程是零排放，既无 CO2排放，也无污染物排放。目前我国 70%-80%的电力来自煤电，电动车使用电力驱动间接上还是产生 CO2和污染物排放，如果把煤电的生产环节考虑在内，其 CO2排放量仍然保持在 120 g/km 左右。通过 V2G 模式可以提高能源利用效率，增加可再生能源电力的比例，从而减少二氧化碳和污染物的排放。因此与风能、太阳能一样，V2G 模式是一种节能、环保、可持续发展的模式。

3.V2G的实现方法

根据应用对象的不同，可以将 V2G实现方法分成四类。

3.1集中式的 V2G 实现方法

所谓集中式的V2G是指将某一区域内的电动汽车聚集在一起，按照电网的需求对此区域内电动汽车的能量进行统一的调度，并由特定的管理策略来控制每台汽车的充放电过程。由于此种方式采用统一的调度和集中的管理，可以实现整体上的最优，例如通过先进的算法可以计算每台汽车的最优充电策略，保证成本最低及电力最优利用。3.2自治式的 V2G 实现方法

自治式 V2G 的电动车经常散落在各处，无法进行集中的管理，因而一般采用车载式的智能充电器，它们可以根据电网发布的有、无功需求和价格信息，或者根据电网输出接口的电气特征（如电压波动等），结合汽车自身的状态（如电池 SOC）自动地实现 V2G 运行。由于不受统一的管理，每台电动车的充放电具有很大的随机性，是否能保证整体上的最优还需进一步研究，此外，车载充电器还会增加电动汽车的成本。3.3基于微网的 V2G 实现方法

基于微网的 V2G 实现方法，实际上是将电动汽车的储能设备集成到微网中，它与前边两种实现方法的区别在于，这种 V2G 方法作用的直接对象不是大电网，而是微网。微网是一种由负荷和微型电源共同组成的系统，它可同时提供电能和热量；微网内部电源主要由电力电子器件负责能量的转换，并提供必需的控制；微网相对于外部大电网表现为单一的受控单元，并可同时满足用户对电能质量和供电安全等的要求。

3.4基于更换电池组的 V2G 实现方法

基于更换电池组的 V2G 实现方法，其源于更换电池组的电动汽车供电模式。它需要建立专门的电池更换站，在更换站中存有大量的储能电池，因而也可以考虑将这些电池连到电网上，利用电池组实现 V2G。这种方法的原理类似于集中式 V2G，但是管理策略上会有所不同，因为电池最终是要用来更换的，所以必须确保一定比例的电池电量是满的。它的实现迫切需要统一电池及充电接口等部件的标准。

4.V2G研究的关键问题

4.1智能管理策略

4.1.1 从电网角度分析

电网各个发电单元的作用不相同：容量较大的发电单元价格便宜，但是响应速度慢，适用于提供基本负荷；容量较小的单元价格昂贵，但响应速度快，一般用于峰值负荷。管理策略的制定就是利用 V2G 尽可能减少电网对昂贵发电单元的依赖，并减少无功补偿装置的使用。这就需要电网根据自身的负荷状况、可再生能源的发电状况以及 V2G 单元可用容量等信息，事先计算出对各 V2G 单元的有功和无功需求，并给出合理的电价。

对此问题的处理可以分为两种方式，第一种是由电网直接对接入的每台电动车连同其他发电单元进行统一调度，采用智能的算法来控制每台汽车的V2G 运行。第二种方式是在电网与电动汽车群之间建立一个中间系统。该中间系统将一定区域内接入电网的电动汽车组织起来，成为一个整体，服从电网的统一调度。这样电网可以不必深究每台电动车的状态，只需根据自己的算法向各个中间系统发出调度信号（包括功率的大小、有功还是无功以及充电还是放电等），而对电动汽车群的直接管理，则由中间系统来完成。4.1.2 从用户角度分析

电动汽车 V2G 的智能充放电管理策略描述的是这样一个过程：中间系统根据电动汽车的充电需求对能量进行合理的供应，同时根据电网需求将电动汽车能量反馈给电网。对于每一台与电网相连的电动汽车而言，一方面要通过 V2G 来提供辅助服务，另一方面还要从电网获取能量为电池充电。但是，不论是提供辅助服务（放电）还是从电网获取能量（充电），其过程并不是随意地，毫无限度的，它需要实时考虑电动汽车当前及未来的状况，如电池 SOC、未来行驶计划、当前的位置、当前电力价格以及连网时间等信息。这样做是为了在保证正常行驶的前提下使用户获得最优。

对于电动汽车智能充放电管理策略的研究，主要涉及如何对各电动车进行协调充电；制定管理策略寻找最大化车主利益的最优方案，例如在电价便宜时为电动车充电，电价昂贵时向电网提供服务。大多数管理策略只适用于 V2G 运行的某一方面，有的适用于频率调节，有的适用于调峰，并没有提出一个统一的策略。4.2 V2G 双向充电器

要使电动汽车实现 V2G，需要在电网和汽车

间配备双向的智能充电器。此双向充电器必须具有为电动汽车电池充电的功能，同时产生最小的电流谐波，也应具有根据调节向电网回馈能量的能力。

一般来讲，双向充电器由滤波器、双向 DC-DC变换器以及双向 AC-DC 变换器组成。当充电器工作于电池充电模式时，交流电首先通过滤波器滤除不期望的频率分量，然后通过双向 C-DC 变换器将交流整流成直流。由于双向 AC-DC 变换器的输出电压可能与直流储能单元的电压不匹配，还需要一个双向 DC-DC 变换器来保证合适的充电电压。当变换器工作于电池放电模式时，其过程则恰好相反。

5.结论

随着电网负荷的快速发展,电网峰谷差逐年增大,电网调峰压力越来越大。如今大力开发和利用新能源的发展战略进一步加大了各电网的调峰和调频的难度。V2G技术给未来电网的调峰和调频问题开辟了新思路。

目前，我国正大力发展电动汽车产业，考虑到 现阶段我国智能电网的发展水平，V2G 的发展可适当参考以下两条建议：

（1）在建设电动汽车基础设施过程时，尽量考虑V2G因素，建设方便于V2G技术的设施。

（2）建立 V2G 试点工程，进行适当宣传，使广大电动汽车用户了解V2G技术的益处。参考文献

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