量子信息学
20世纪前半叶，自然学科诞生了最具影响力的两门学科，量子力学和信息学。前者成为目前研究微观粒子运动规律离不开的理论基础，使人类对自然界的认识发生了里程碑的突破，它解释和预言了大量奇妙的物理现象，如微观粒子的波粒二象性、隧道效应和纠缠现象等等。利用量子力学原理，不仅解释了原子结构、化学键、超导现象、基本粒子的产生和湮灭等重要物理问题，而且也促成了现代微电子技术、激光技术和核能利用技术等的出现。而后者已明显地改变了人们的生产和生活方式，提高了工作效率和生活质量。20世纪末叶，它们交汇在一起，产生了一门新的交叉学科——量子信息学。
鉴于量子信息学研究与应用的巨大潜力，特别是关系到国家信息安全的重大问题，许多国家投入了大量人力物力开展相关方面的研究工作，促进了这一学科在诞生后的10多年时间内飞速发展。目前主要在以下几个方面开展研究。下面简单介绍两个方面。
纠缠理论的研究：在量子信息学中，量子态是信息的载体，量子信息的许多技术是建立在量子态纠缠的基础之上
的。因此，量子纠缠是量子信息学中最重要的研究课题，在理论和实验上均有重要意义。但遗憾的是，对此问题的研究还处于初级阶段。现在只有2×3量子系统纠缠的充要判断|，而对一般量子体系仅有充分性或必要性判据。对于不同纠缠态，其内部的关联程度也是不同的。如果量子态之间纠缠，那么就要掌握其纠缠的程度(即纠缠度)。纠缠度是系统各个部分之间纠缠程度的量度，理想的纠缠度应满足3个条件：①对任意量子态，纠缠度大于零；对正交直积态，纠缠度等于零；②在子系统的么正变换下纠缠度不变；③在局域操作和经典通信条件下纠缠度不能增加。对对多粒子多维纠缠态的纠缠性质研究是目前量子信息学最重要、最活跃的研究方向之一。
量子计算机设计和硬件研究：由于量子计算机具有很高的商业价值，所以研制量子计算机从一开始就是各个国家关注的一个研究重点。目前，关于量子计算机的可行性问题已经解决，IBM公司在实验室中已经研制出7位量子计算机原型系统。由于量子计算机的信息媒介是量子比特，因此对它的储存、处理、提取所使用的方法与设备和经典计算机相比是完全不同的。虽然利用核磁共振、离子阱等物理技术已实现了量子态的纠缠与储存，但总的来说量子器件实现技术还处于实验研究阶段。由于量子态储存过程中，量子系统不可
避免地与环境发生相互作用而纠缠在一起，经过足够长的时间后，系统会失去量子相干性退化成稳定的混和态，这个过程叫退相干。解决量子态与环境之间的退相干现象是目前研制量子计算机面临的技术问题之一。另外，要制造出高性价比的量子计算机，除了对器件实现技术进行研究外，还需要对量子计算机体系结构展开研究[zll，这方面研究也刚刚开始，还有许多问题等待解决。
可以相信，随着研究的深入，量子信息的研究成果进入应用阶段已为期不远了，当然也因此会给人们的生活带来新的面貌。
生物信息学引论实验课报告（3） 一、实验目的与要求 1、熟悉使用BioEdit软件基于核酸序列比对分析的真核基因结构分析； 2、熟悉使用BioEdit软件进行核酸序列的点突变定位； 二、实验内容 （一）使用BioEdit软件进行序列分析（选取一种数据）； （二） 1. 人瘦素(leptin) 基因编码区点突变408 A→C的定位：打开BioEdit软件→将人瘦素(leptin) mRNA的FASTA格式序列输入分析框→点击左侧序列说明框中的序列说明→点击Sequence栏→选择Nucleic Acid→点击Find next O RF→从起始密码ATG的第一个碱基开始查找该基因编码区408（464，NM_000230）位碱基（A）； 2. 人瘦素(leptin) 基因编码区点突变408 A→C的限制酶切点分析：再点击Sequence栏→选择Nucleic Acid→点击Restriction M ap→点击Generate Map按钮→找到该基因编码区408（464，NM_000230）位碱基后可见该位置有限制酶Hind III 的切点（AAGCTT）；（提示：如发生408 A→C突变，则该酶切点消失）； 3. 人瘦素(leptin) 基因编码区点突变408 A→C分析的引物设计：调用Internet浏览器并在其地址栏输入primer3网址（https://www.doczj.com/doc/14712876.html,/cgi-bin/primer/primer3.cgi）→用复制/粘贴方式将人瘦素(leptin) mRNA（NM_000230）的FASTA格式序列输入分析框→在targets框填入464，1→选择Product Size (~300 bp)和Primer Tm (~58.0) →点击Pick Primesr按钮→从显示的五队引物中选择合适的引物； 4. 人瘦素(leptin) mRNA定量的引物设计：方法同“3. 人瘦素(leptin) 基因编码区点突变408 A→C分析的引物设计”，但在targets框将突变点位置改为外显子交会点位置，另外Product Size 一般选择~150 bp。
量子信息论简介 一、什么是量子信息论？ 近20年来，量子力学除了更深入地应用于物理学本身许多分支学科之外，还迅速广泛地应用到了化学、生物学、材料科学、信息科学等领域。量子理论这种广泛，深入应用的结果、极大地促进了这些学科的发展，从根本上改变了它们的面貌，形成了众多科学技术研究热点，产生了许多崭新的学科；与此同时，量子力学本身也得到了很大的丰富和发展。 热点之一就是已经诞生、正在形成和发展中的量子信息科学———量子通信和量子计算机，简称为量子信息论。它是将量子力学应用于现有电子信息科学技术而形成的交叉学科。量子信息论不但将以住的经典信息扩充为量子信息，而且直接利用微观体系的量子状态来表达量子信息。从而进入人为操控、存储和传输量子状态的崭阶段。 近10多年来，量子信息论从诞生到迅猛发展，显示出十分广阔的科学和技术应用前景。这种崭新的交叉结合已经并正在继续大量生長出许多科学技术研究热点，并逐渐形成一片新兴广阔的研究领域，不断取得引人瞩目的輝煌成就。 量子信息论的诞生和发展，在科学方面有着深远的意义。因为它反过来极大地丰富了量子理论本身的内容，并且有助于加深对量子理论的理解，突出暴露并可能加速解决量子理论本身存在的基础性问题。借助这一新兴交叉学科的实验技术，改造量子力学基础，加速变革现有时空观念，加深对定域因果律的认识也许是可能的。 量子信息论在技术方面也有着重大影响。因为它的发展前景是量子信息技朮（QIT）产业，它是更新换代目前庞大IT产业的婴儿，是推动IT产业更新换代的动力，指引IT技朮彻底变革的方向。在这方面大量、迅猛、有效的探索性研究正在逐步导致以下各色各样的新兴分支学科的诞生：量子比特和量子存储器的构造，人造可控量子微尺度结构，量子态的各类超空间传送，量子态的制备、存诸、调控与传送，量子编码及压缩、纠错与容错，量子中继站技朮，量子网络理论，量子计算机，量子算法等等。它们必将对国际民生和金融安全技朮以及国防技朮产生深刻的影响。 目前，一方面是寻求各色各样存取量子信息的载体———量子比特和量子信息处理器。相关的实验和理论研究正在蓬勃开展。实验中的量子信息载体，不仅包括自然的微观系统，更着重于形形色色的人造可控微尺度结构———也就是人造可控量子系统。在研制可控量子比特和量子存储器件时，必须考虑它们和传送环节的光场之间的可控耦合，以保证量子信息的有效写入和取出。这里最重要的是研究光场和人造原子系综的相互作用。 第二方面是关于量子信息的传送。量子通信是量子信息论领域中首先走向实用化的研究方向。目前量子通信主要以极化光子作为信息载体，釆用纠缠光子对作为传送的量子通道。量子通信可以分为光纤量子通信和自由空间量子通信两个方向。关于光纤量子通信方面，建立光纤量子通信局域网和延长光纤量子通信鉅离的时机已经到来。而利用纠缠光子实施自由空间量子通信，其最终目标是通过卫星实现全球化量子通信。量子通信要求长程、高品质、高強度的纠缠光源。这需要掌握包括纠缠纯化、纠缠交换与纠缠焊接的量子中继器技术。同时还需要展开各类量子编码(纠错码、避错码、防错码)研究，各类量子态超空间传送方式研究，进而逐步创立完善的量子网络理论。 第三方面是关于量子计算机。目前的经典计算机受到经典物理原理限制，己经接近其处理能力的极限。而由于量子态迭加原理和量子纠缠特性，量子计算机具有经典计算机无法比拟的、快速的、高保密的计算功能，所以，有必要研究量子计算机。制造量子计算机的核心任务是造出可控多位量子比特的量子信息处理器。这里的关键是寻求能够避免退相干、易于操控和规模化的多位量子比特。这正是制约量子计算机研制进度的主要困难。1994年，计算机专家Chair C.H.Bennett宣布，量子计算机的研制己进入工程阶段。根据近10年来各国量子计算机研制己报导的有关资料预计，量子计算机技术的长远发展，最终有赖于固体方案。关于量子计算机研制进度：乐观估计是到20l0年可以在硅片技朮基础上制造出10多位可控量子比特，从而造出简单的台式计算机; 较稳健的估计是可能在下一个l0年之內; 持悲观估计的人们有个比喻：现在不必做出发展量子计算机的“哈曼顿计划”，因为现在还没有发现“核裂变”。 二、国內外量子信息专业的发展状况 2006年9月1日～4日，来自世界21个国家和地区的近200名科技人员聚集在北京友谊宾馆，参加由中国科大量子信息国家重点实验室举办的亚洲量子信息科学会议。在这次会议中首次提出量子隐形传态思想、首次提出第一个量子密钥分配协议的IBM研究机构科学家Chair C.H.Bennett接受采访时说：“量子信息现在还是个婴儿！”但鉴于量子信息科学技术的巨大发展潜力，目前已受到各国政府、科技专家和公众的广泛关注。 １、国外量子信息的研究和进展： 国际上重要的西方国家（美、英、法、加拿大、以色列、日本、瑞典、奥地利、意大利、瑞士等），特别是美国和欧盟均投入大量人力物力于量子通讯和量子计算的理论和实验研究，量子信息已成为学术界的热门课题，其发展十分迅猛，参与研究的国家、机构和人员日益增多，有关国际会议连接不断。以美国为例，加州理工大学、MIT和南加州大学联合成立了量子信息和计算研究所，其长远目标就是
量子信息学 20世纪前半叶，自然学科诞生了最具影响力的两门学科，量子力学和信息学。前者成为目前研究微观粒子运动规律离不开的理论基础，使人类对自然界的认识发生了里程碑的突破，它解释和预言了大量奇妙的物理现象，如微观粒子的波粒二象性、隧道效应和纠缠现象等等。利用量子力学原理，不仅解释了原子结构、化学键、超导现象、基本粒子的产生和湮灭等重要物理问题，而且也促成了现代微电子技术、激光技术和核能利用技术等的出现。而后者已明显地改变了人们的生产和生活方式，提高了工作效率和生活质量。20世纪末叶，它们交汇在一起，产生了一门新的交叉学科——量子信息学。 鉴于量子信息学研究与应用的巨大潜力，特别是关系到国家信息安全的重大问题，许多国家投入了大量人力物力开展相关方面的研究工作，促进了这一学科在诞生后的10多年时间内飞速发展。目前主要在以下几个方面开展研究。下面简单介绍两个方面。 纠缠理论的研究：在量子信息学中，量子态是信息的载体，量子信息的许多技术是建立在量子态纠缠的基础之上
的。因此，量子纠缠是量子信息学中最重要的研究课题，在理论和实验上均有重要意义。但遗憾的是，对此问题的研究还处于初级阶段。现在只有2×3量子系统纠缠的充要判断|，而对一般量子体系仅有充分性或必要性判据。对于不同纠缠态，其内部的关联程度也是不同的。如果量子态之间纠缠，那么就要掌握其纠缠的程度(即纠缠度)。纠缠度是系统各个部分之间纠缠程度的量度，理想的纠缠度应满足3个条件：①对任意量子态，纠缠度大于零；对正交直积态，纠缠度等于零；②在子系统的么正变换下纠缠度不变；③在局域操作和经典通信条件下纠缠度不能增加。对对多粒子多维纠缠态的纠缠性质研究是目前量子信息学最重要、最活跃的研究方向之一。 量子计算机设计和硬件研究：由于量子计算机具有很高的商业价值，所以研制量子计算机从一开始就是各个国家关注的一个研究重点。目前，关于量子计算机的可行性问题已经解决，IBM公司在实验室中已经研制出7位量子计算机原型系统。由于量子计算机的信息媒介是量子比特，因此对它的储存、处理、提取所使用的方法与设备和经典计算机相比是完全不同的。虽然利用核磁共振、离子阱等物理技术已实现了量子态的纠缠与储存，但总的来说量子器件实现技术还处于实验研究阶段。由于量子态储存过程中，量子系统不可
临床研究导论考试题 一、是非题（20题） 1、《黄帝内经》包括《素问》（生理、病理、疾病治疗原则原理）和《灵枢》（解剖、经络、针灸）。对 2、P值是根据H0规定的总体情况，作随机抽样，获得大于等于现有样本统计量值的概率。对 3、分子分型的个体化医疗是指基于患者的遗传、分子生物学特征和疾病特征进行分子分型，以此为基础实施个体化的治疗。对 4、4P医学指预测医学、预防医学、个性化医学、实践医学。正确答案：错你的答案：对 5、有标准治疗方案时，III期临床试验常推荐采用随机对照，以标准方案为对照，明确新药疗效是否具有优势。正确答案：对你的答案：错 6、盲法只包括单盲法和双盲法两种方式。错 7、系统综述在循证医学中使用较多，特别是当针对某一问题有很多同类研究，而每个单个研究的样本都比较小，结果不稳定时特别适用。对 8、方差分析的基本思想就是对变异来源进行拆分。对 9、临床研究必须要设立对照组，并保证对照组患者与试验组患者享有均等的利益，可不经过伦理委员会审批。正确答案：错你的答案：对 10、病例报告的特点是看到1例或者几例就可报告，不需累计样本，能在第一时间报告出来，但是没有详细的设计和严密的分析，结果只提供线索和参考。对 11、生物信息学是指利用数学、信息学、统计学和计算机科学的方法研究生物学的问题，是分子生物学与组学的结合体。正确答案：错你的答案：对
12、从生物样本库中获得所需样本和资料，在相关的专利和成果奖励申请时应注明。对 13、临床试验入组患者的知情同意书可以由患者的家属签署。错 14、生物样本的一种分类为研究型与应用型生物样本库。正确答案：错你的答案：对 15、检测药物的药代动力学属于Ｉ期临床研究的内容。对 16、研究论著包括流行病学、临床、基础研究等。对 17、科研论文的多中心研究者，论文署名作者可只写负责单位，全部作者及其单位附于论文结尾。对 18、全球投入巨额科研经费取得的肿瘤研究成果对肿瘤死亡率的降低贡献很大。错 19、病因推断的证据强度，前瞻性研究要优于回顾性和横断面研究。对 20、科研论文中的讨论与结论应实事求是。对 二、单选题（20题） 21、下列哪个地点不适合获取受试者的知情同意？()C A:研究者办公室 B:受试者接待室 C:门急诊大厅 D:独立的诊室 22、以下不是描述性研究特点的是：（）。B A:比较原始的或初级的资料，结论只能提供病因线索 B:必须设立对照组，可以明确因果关系 C:一般不需要设立对照组，不涉及暴露和疾病的因果联系的推断 D:有些描述性研究并不限于描述，在描述中可有分析，有助于发现病因和危险因素线索
量子密码学导论期末论文 量子密码的简单介绍和发展历程及其前景 0引言 保密通信不仅在军事、社会安全等领域发挥独特作用，而且在当今的经济和日常通信等方面也日渐重要。在众多的保密通信手段中，密码术是最重要的一种技术措施。 经典密码技术根据密钥类型的不同分为两类:一类是对称加密(秘密钥匙加密)体制。该体制中的加解密的密钥相同或可以互推，收发双方之间的密钥分配通常采用协商方式来完成。如密码本、软盘等这样的密钥载体，其中的信息可以被任意复制，原则上不会留下任何印迹，因而密钥在分发和保存过程中合法用户无法判断是否已被窃听。另一类是非对称加密(公开密钥加密)体制。该体制中的加解密的密钥不相同且不可以互推。它可以为事先设有共享密钥的双方提供安全的通信。该体制的安全性是基于求解某一数学难题，随着计算机技术高速发展，数学难题如果一旦被破解，其安全性也是令人忧心的。
上述两类密码体系的立足点都是基于数学的密码理论。对密码的破解时间远远超出密码所保护的信息有效期。其实，很难破解并不等于不能破解，例如，1977年，美国给出一道数学难题，其解密需要将一个129位数分解成一个64位和一个65位素数的乘积，当时的计算机需要用64?10年，到了1994年，只用了8个月就能解出。 经典的密码体制都存在被破解的可能性。然而，在量子理论支配的世界里，除非违反自然规律，否则量子密码很难破解。量子密码是量子力学与信息科学相结合的产物。与经典密码学基于数学理论不同，量子密码学则基于物理学原理，具有非常特殊的随机性，被窃听的同时可以自动改变。这种特性，至少目前还很难找到破译的方法和途径。随着量子信息技术的快速发展，量子密码理论与技术的研究取得了丰富的研究成果。量子密码的安全性是基于Heisenberg 测不准原理、量子不可克隆定理和单光子不可分割性，它遵从物理规律，是无条件安全的。文中旨在简述量子密码的发展历史，并总结量子密码的前沿课题。 1 量子密码学简介 量子密码学是当代密码理论研究的一个新领域，它以量子力学为基础，这一点不同于经典的以数学为基础的密码体制。量子密码依赖于信息载体的具体形式。目前，量子密码中用于承载信息的载体主要有光子、微弱激光脉冲、压缩态光信号、相干态光信号和量子光弧子信号，这些信息载体可通过多个不同的物理量描述。在量子密码中，一般用具有共轭特性的物理量来编码信息。光子的偏振可编码为量子比特。量子比特体现了量子的叠加性，且来自于非正交量子比特信源的量子比特是不可克隆的。通过量子操作可实现对量子比特的密码变换，这种变换就是矢量的线性变换。不过变换后的量子比特必须是非正交的，才可保证安全性。一般来说，不同的变换方式或者对不同量子可设计出不同的密码协议或者算法，关键是所设计方案的安全性。 在量子密码学中，密钥依据一定的物理效应而产生和分发，这不同于经典的加密体制。目前，在经典物理学中，物体的运动轨迹仅山相应的运动方程所描述和决定，不受外界观察者观测的影响。但是在微观的量子世界中，观察量子系统的状态将不可避免地要破坏量子 系统的原有状态，而且这种破坏是不可逆的。信息一旦量子化，量子力学的特性便成为量子信息的物理基础，包括海森堡测不准原理和量子不可克隆定理。量子密钥所涉及的量子效应主要有： 1. 海森堡不确定原理：源于微观粒子的波粒二象性。自由粒子的动量不变，自由粒子同时 又是一个平面波，它存在于整个空间。也就是说自由粒子的动量完全确定，但是它的位置完全不确定. 2. 在量子力学中，任意两个可观测力学量可由厄米算符A B ∧∧来表示，若他们不对易，则不 能有共同的本征态，那么一定满足测不准关系式： 1,2A B A B ? ∧∧∧∧????≥ ||???? 该关系式表明力学量A ∧和B ∧不能同时具有完全确定的值。如果精确测定具中一个量必然无法精确测定以另一个力学量，即测不准原理。也就是说，对任何一个物理量的测量，都
量子信息导论第二章作业 1：Alice 和Bob 选择B92方案来建立量子密钥序列。Alice 选择两种态：01=ψ，=2ψ )10(2/1+，分别以1/2的概率发送给Bob ，Bob 分别以1/2的几率选择基{}10和基)}10(2/1),10(2/1{-+对收到的态进行正交测量。 (1) 请论述Alice 和Bob 将遵从怎样的经典通信协议来建立密钥； (2)假定存在一个窃听者，该窃听者试图以概率克隆的方式对该密钥建立过程进行攻击。则下列的几组克隆概率中，哪几组在理论上是可能的（括号中第一个数表示成功地克隆出1ψ的概率，第二个数表示成功地克隆出2ψ的概率）。并给出证明。 ,222,222??? ? ??--（1，0.1） ，(0.5，0.5)，（0.7，0.7），（0.9，0.9）。 （3）窃听者如果克隆失败，他会随机发送1ψ或2ψ给Bob （分别以1/2的几率）。如窃听者选择以上几组中最优的克隆方案进行攻击，则作为Alice 和Bob ，他们至少要公开对照多少组数据，均检验无误，才能确保该密钥的安全性达到99%以上？ 2：给出高维空间量子teleportation 的数学证明。 3：混合纠缠态()()14I I λ ρλλψψ--=-+? a) 求标准teleportation 的保真度，并且，当λ达到多少时，保真度将优于经典极限？ （所谓经典极限是指：A 方随机选择一组测量基进行测量，并将测量结果通过经典 信道通知B ，B 根据A 的测量结果进行态制备。） b) 计算()()()()()()Pr ()A A ob n m Tr E n E m ρλ↑↑= ()E n 是Alice 的比特投影到()n ↑上的投影子。
量子信息科学在中国科学技术 大学的兴起和发展 摘要：文章介绍了中国科学技术大学的量子信息科学研究是如何兴起和发展的；着重介绍了在量子信息的基础理论、量子密码、量子纠缠、量子隐形传态、量子处理器和量子信息的应用等方面所取得的研究成果. 关键词量子信息，量子纠缠，量子通信，量子计算 1 引言 上世纪80年代，正当电子计算机按每18个月运行速度翻一番的摩尔定律而蓬勃发展之际，物理学家就杞人忧天地问：摩尔定律是否会终结？他们的研究结论是：摩尔定律必然会失效，而量子计算机可望成为后摩尔时代的新型计算工具.当时信息领域的科学家们对此并不予理会和关注，因为其时摩尔定律正处于辉煌的顶盛时期.然而，物理学家们仍然孜孜不倦地努力，终于诞生了量子信息这门新兴交叉学科. 1994年,Shor提出量子并行算法［1］，并证明可用来实现大数因子分解，从而轻易地攻破目前广泛使用的RSA公开密码体系，这门新兴学科的巨大威力震惊了整个国际学术界，并引起政界、军界和商界的极大关注，从此量子信息科学便迎来迅猛发展的新时期，迄今方
兴未艾！ 我们在上世纪90年代量子信息刚刚在国际上悄然兴起之际就投入到这个新兴领域的研究行列之中，并于1997年和1998年先后在《Phys.Rev.Lett.》上提出“量子避错编码原理”和“量子概率克隆原理”，引起国际学术界的高度重视.1999年，中国科学院开始在我校创建国内第一个从事量子信息研究的量子信息重点实验室，这个极富有前瞻性的战略部署开辟了我校量子信息研究的新局面.在此之前，自我回国归来所组建的研究小组只有一台电脑，我们坐着冷板凳，默默耕耘了15年之久.2001年作为首席科学家单位，我校承担了科技部“国家重点基础研究发展计划”项目（“973”项目）：“量子通信与量子信息技术”，这个由国内17个单位50多位学术骨干组成的研究团队不仅取得一系列重要成果，而且培养出许多杰出的年青学术骨干，在其后国家重点基础研究计划“量子调控”的实施中由此研究团队衍生出5位首席科学家. 本世纪初，我校以中国科学院百人计划从奥地利引进杰出的年青学术带头人潘建伟博士，他随后在“合肥微尺度国家实验室”建立“量子物理与信息”研究组，并在多光子纠缠方面不断地做出国际领先水平的成果.该研究组与中国科学院量子信息重点实验室共同推进了我国量子信息学科的发展，也成为我校物理学科中特色鲜明成果丰硕的新成长点.本文将简要介绍我校在量子信息领域中已取得的主要研究成果.
石河子大学生命科学学院硕士研究生入学考试《生物信息 学》考试大纲 英文名称：Bioinformatics 一、考试大纲说明 生物信息学是研究生物数据的采集、处理、存储、传播、分析和解释等原理与方法的学科，其通过综合利用生物学、计算机科学和信息技术，揭示大量而复杂的生物数据所赋有的生物学奥秘。要求考生了解生物信息学的基础知识和数据库资源，掌握序列分析、系统发育分析、基因组分析以及蛋白质组分析的原理、方法及常用软件，具有处理复杂数据的能力和探索生物奥秘的技能。 二、考试方法-----闭卷笔试 笔试的要求： (1)出A、B卷（或两套以上的）试卷； (2)A、B两套试卷重复题不能超过10-15%； (3)笔试时间以2小时为限。 三、笔试的试卷格式--------试卷结构（题型及所占比例） 四、考试大纲内容与基本要求 要求掌握以下内容： 1 生物信息学引论 1.1生物信息学的概念
1.2生物信息学的产生和发展 1.3生物信息学的基本方法与前沿技术1.4生物信息学的主要研究内容 1.5生物信息学的应用 2 生物信息学资源与数据挖掘工具2.1 主要分子数据库 2.2 生物信息学资源 2.3整合生物信息学 2.4分子数据挖掘工具 3 序列分析 3.1核酸序列分析 3.2表达序列标签分析 3.3电子克隆cDNA全长序列 3.4蛋白质序列分析 4 序列比对 4.1序列的相似性 4.2双序列对位排列 4.3序列多重比对 5 系统发生分析 5.1分子系统发生与系统发生树 5.2分子进化模型与序列分歧度计算5.3分子系统树的构建 5.4系统发生树的可靠性 5.5分子系统发育分析软件及应用 6 生物芯片 6.1生物芯片简介 6.2生物芯片的种类 6.3基因芯片的基本原理 6.4生物芯片的应用 6.5数据处理和分析 7 基因组信息学
微电子与纳电子学系 00260011 晶体管的发明和信息时代的诞生 1学分 16学时 The Invention of Transistors and the Birth of Information Age 晶体管的发明，是二十世纪最重要的科技进步。晶体管及以晶体管核心的集成电路是现代信息社会的基础，对社会的进步起着无以伦比的作用。晶体管的发明，源于19世纪末20世纪初物理学、电子学以及相关技术科学的迅速成熟。晶体管的发明造就了一大批物理学家、工程师。晶体管的发明，也随之产生了许多著名的研究机构与重要的公司，如贝尔实验室、仙童公司、Intel等都与晶体管的发明密切相关。“以铜为鉴，可正衣寇；以古为鉴，可知兴替；以人为鉴，可明得失”。晶体管发明作为现代科技史上的重大事件发生过鲜为人知的重要经验和教训，涉及科研管理、人才和科学方法等诸多方面，可以从成功和失败两个方面为后人提供十分重要的借鉴与启示。本课程试图从晶体管的发明到信息社会的诞生，探讨技术革命和创新的方向，为大学低年级学生将来从事科学研究建立正确的思想观。所讨论的课题包括，科学预见和准确选题的重要性、科学研究的方法、放手研究的政策、知人善任和合理配备专业人才等。 00260051 固体量子计算器件简介 1学分 16学时 Introduction to solid-state quantum computing devices 作为量子力学和信息学的交叉，量子信息学是最近二十多年迅速发展起来的新兴学科，量子信息处理技术能够完成许多经典信息技术无法实现的任务。比如，一旦基于量子信息学的量子计算机得以实现，其在几分钟内就可解决数字计算机几千年才能解决的问题，那么用它就可及时地破解基于某些数学问题复杂性假定之上的传统保密通信的密钥，从而对建立于经典保密系统行业的信息安全构成根本性的威胁。这种新兴技术的实现可以直接地应用于国防，政治，经济和日常生活。本课程在此大的学术背景下展开，主要介绍最有希望成为量子比特的固体量子相干器件的基本原理和目前的研究状况，以及如何用这些器件实现量子计算。 00260061 量子信息处理的超导实现 1学分 16学时 Quantum information process and its implemention with superconducting devices 基于半导体集成电路的经典信息处理技术已渗透到我们生活的各个方面，信息处理器件，例如个人电脑和手机，为我们生活质量的提高提供了强有力的技术支持。但是经典信息处理技术的继续发展面临着技术上的瓶颈，其性能很难在现有技术路线上继续提高。一种新型的完全基于量子力学原理的量子信息处理技术，有望提高信息处理的效率并解决一些经典信息处理技术无法解决的问题。量子信息处理技术的成功实施，将为我们提供绝对保密的量子通信技术和高效的量子计算机。本课程将学习量子信息处理的基本原理；超导材料的基本特性以及利用超导器件实现量子信息处理的原理与方法。通过文献调研和小组讨论等方式了解利用超导器件实现量子信息处理的最新进展和面临的挑战，探讨可能的解决方案。 00260071 智能传感在社会生活中的应用 1学分 16学时 Smart Sensing in Social Activities 智能传感已经深入到社会生活的每个领域，深刻地影响着我们的社会组织方式和行为方式。本课程采用视频、图片等多媒体方式，以活泼生动地方式，向具有不同专业背景的学生深入浅出地讲述智能传感器及其在社会和生活中的应用。例如，在文化与智能传感器章节中，结合大家熟知的电影形象《指环王》中的“咕噜”，介绍智能运动传感器在电影制作中的应用；结合《机械战警》中的形象，介绍脑机接口传感器在脑神经科学研究及帕金森症等疾病治疗中的应用。在传感器与智能交通章节中，介绍汽车中种类繁多的传感器对未来无人驾驶汽车的作用。在传感器与智能家居章节中，介绍iphone手机中集成的多种传感器，及其功能扩展。在传感器与现代国防章节中，结合南斯拉夫亚炸馆事件，介绍控制炸弹穿透多层建筑后再爆炸的
在量子力学中，量子信息(quantum information)是关于量子系统“状态”所带有的物理信息。通过量子系统的各种相干特性(如量子并行、量子纠缠和量子不可克隆等)，进行计算、编码和信息传输的全新信息方式。 量子信息最常见的单位是为量子比特(qubit)——也就是一个只有两个状态的量子系统。然而不同于经典数位状态（其为离散），一个二状态量子系统实际上可以在任何时间为两个状态的叠加态，这两状态也可以是本征态。 而量子信息学(quantum information science或quantum informatics)则是研究这方面问题的学门，简要来说是量子力学和信息学的交叉，主领域包括有： ■量子计算的抽象推演，以及量子计算机(量子电脑)方面的物理系统实践。 ■量子通信。 ■量子密码学。 根据摩尔（Moore）定律，每十八个月计算机微处理器的速度就增长一倍，其中单位面积（或体积）上集成的元件数目会相应地增加。可以预见，在不久的将来，芯片元件就会达到它能以经典方式工作的极限尺度。因此，突破这种尺度极限是当代信息科学所面临的一个重大科学问题。量子信息的研究就是充分利用量子物理基本原理的研究成果，发挥量子相干特性的强大作用，探索以全新的方式进行计算、编码和信息传输的可能性，为突破芯片极限提供新概念、新思路和新途径。量子力学与信息科学结合,不仅充分显示了学科交叉的重要性, 而且量子信息的最终物理实现, 会导致信息科学观念和模式的重大变革。事实上，传统计算机也是量子力学的产物，它的器件也利用了诸如量子隧道现象等量子效应。但仅仅应用量子器件的信息技术，并不等于是现在所说的量子信息。目前的量子信息主要是基于量子力学的相干特征，重构密码、计算和通讯的基本原理。 量子计算(quantum computation) 的概念最早由IBM的科学家R. Landauer及C. Bennett于70年代提出。他们主要探讨的是计算过程中诸如自由能(free energy)、信息(informations)与可逆性(reversibility)之间的关系。80年代初期，阿岗国家实验室的P. Benioff首先提出二能阶的量子系统可以用来仿真数字计算；稍后费因曼也对这个问题产生兴趣而着手研究，并在1981年于麻省理工学院举行的First Conference on Physics of Computation中给了一场演讲，勾勒出以量子现象实现计算的愿景。1985年，牛津大学的 D. Deutsch提出量子图林机(quantum Turing machine)的概念，量子计算才开始具备了数学的基本型式。然而上述的量子计算研究多半局限于探讨计算的物理本质，还停留在相当抽象的层次，尚未进一步跨入发展算法的阶段。 1994年，贝尔实验室的应用数学家P. Shor指出[3]，相对于传统电子计算器，利用量子计算可以在更短的时间内将一个很大的整数分解成质因子的乘积。这个结论开启量子计算的一个新阶段：有别于传统计算法则的量子算法(quantum algorithm)确实有其实用性，绝非科学
量子光学与量子信息
量子光学与量子信息 摘要：量子光学是应用辐射的量子理论研究光辐射的产生、相干统计性质、传输、检测以及光与物质相互作用中的基础物物理问题的一门学科。 关键字：量子光学量子信息 JC模型 TC模型 早在1900和1905年,普朗克和爱因斯坦就提出了光量子假说,并成功解释了黑体辐射谱分布与光电效应,确定了光具有波粒二象性的基本物理思想。然而,长期以来由于经典电磁辐射理论能完满地解释绝大多数物理光学实验现象,光的量子理论并未得到系统发展。直到2O世纪7O年代以后,随着激光与光电子技术的进步,一系列用经典理论无法解释的非经典光学效应逐步被实验观测,才形成了以量子化光场为基础的量子光学学科领域。 光量子或称光子为基本能量单元的量子化光场遵循量子电动力学基本规律,严格地说只有用QED理论,才能解释迄今为止所观察到的所有光学现象。量子光学用量子电动力学理论研究光场的量子性和相干性,以及光与原子相互作用的量子力学效应。当前,量子光学中应用性较强的重要研究领域有:光场的量子噪声,光场与物质相互作用中的动量传递、腔量子电动力学等。 在光学与原子物理这门课程的学习中，我们了解到了量子化这个概念。那么，量子光学在科技实验研究中有哪些应用呢？ 首先，量子光学的原理和理论基础为： 热辐射基尔霍夫定律 一．热辐射
1．热辐射：在一定时间内辐射能量的多少及能量按波长的分布都与物体的温度有关，故称电磁辐射为热辐射（温度辐射）； 辐射能(λ,T )，如炉子,酒精灯… 2．平衡热辐射：相同时间内辐射与吸收的能量相等，T 不变 二． 辐出度(辐射出射度,发射本领) 1． 单色辐出度：单位时间内从物体表面单位面积上向各个方向所发射的波长在λλλd ~+范围内辐射能量)T (dE λ和波长间隔λd 的比值 λ λλd )T (dE )T (e = 2． 辐出度：单位时间内从物体表面单位面积上向各个方向所发射的各种波长的辐射总能量。 λλd )T ,(e )T (E ?∞ =0 三． 吸收比、反射比 1． 吸收比：J B )T (a = 单色吸收比：) T ,(J )T ,(B )T ,(a λλλ= 2． 反射比：J R )T (=ρ 单色反射比：) T ,(J )T ,(R )T ,(λλλρ= 不透明物体：1=+)T ,()T ,(a λρλ 四． 绝对黑体（黑体） 1． 定义：1=)T ,(a λ的物体
量子——信息科学的新宠 火车票也可以网上预订了，给我们放假回家提供了方便。当然这只是当今世界信息化和数字化洪流之中的一个小小的方面，像网络银行、电子购物、电子邮件等已经成为了很普遍的事情，人们的生活重心正在悄悄地向网络世界偏移过去。这时，信息安全的重要性就更加凸现出来。而我们的各种密码被暴力破译似乎也不是不可能，这就让好多人开始担心。 不过，看到下面这个消息，你的精神也许会为之一振。 科学家发明量子密码 科学家们将会创造出几乎绝对不可破译的密码，以保护高度机密的文件不受任何计算机黑客的攻击。美国的研究小组在科学杂志上发表文章，论证了可用“量子纠缠”方式在计算机上传输机密文件。 纠缠量子密码最基本的原理是，一个特殊的晶体将一个光子割裂成一对纠缠的光子。根据量子力学原理，光子对中光子的偏振方向是不确定的，同时代表着“0”和“1”的混合体。只有当其中一个光子被测量或受到干扰，这个光子才有明确的偏振方向，另外一个光子也能被确定为与之相关的偏振方向。当在两端的检测器使用相同的设定参数时，发送者和接收者都可收到相同的偏振信息，也就是相同的数字。纠缠光子被吸收后，发送者和接收者就可在像电话线或因特网一样的公共渠道上讨论参数的设定。在发送者和接收者用不同参数读出的数据被去除后，他们就共有一个随机产生的数字，成为一个完全安全的密码编码、解读钥。 什么是量子 人们习惯于用特殊函数来描述世界。我们目前对客观世界的认识是“经典”的，我们的语言也是“经典”的。如果能用“经典”的语言描述出来，肯定就不是“量子”的。比如，要描述一个在太空中的飞船，只有时间、速度和位置就可以了。如果要描述量子态，则只能用“可能”、“或许”。我们目前所知的物质世界都处于两种“态”：用位置和速度等可以确定的“粒”，像光一样充满空间的“波”。量子态则具有“波粒二重性”。在宏观世界中亦包含量子现象，如超导等。近年来科学家研究还发现：世界本原就是量子的，我们所了解的物质世界，只是量子态的“近视”。 什么是量子纠缠 有两个粒子A和B，它们在一个系统中产生，把这两个粒子分别发向宇宙中很遥远的地方，尽管它们相距的很远，但如果对A粒子进行测量，B粒子瞬间就会塌缩到一个状态上。如果做一个比喻，就像一对母女，女儿怀孕了，不论母亲身在何方、知道或者不知道这件事情，这个母亲都会在她的女儿生下孩子的那个瞬间成为外婆。量子纠缠大致就像这样的关联。 传统密码的弊端 现代密码学是一门迅速发展的应用科学。随着因特网的普及，人们依靠它传送大量的信息，但是这些信息必须经过加密之后才可以在网上传送。这将离不开现代密码技术。 然而我们现在用的密码很安全吗？科学家格劳弗发明了“量子搜寻算法”，可以快速寻找最大值、最小值等，尤其当攻击现有的密码系统时，更是易如反掌。举个例子：一个非常复杂的密码体系，要解开它，就必须从70万亿种可能答案中选出一个正确的答案。用现代经典计算机必须运算1000年，而用格劳弗算法的量子计算机只要不到四分钟的时间。格劳弗公布“搜寻算法”时的论文题目是：“量子可以帮助我们在稻草堆中寻找一根针”。从这个意义上说，经典计算机设计的密码，在量子计算机上就无密可保了。 量子可以解密更可以加密 量子时代就无法保密？有趣的是量子密码本身就可以成为最牢不可破的“盾”：量子信
第一章生物信息学引论（问题与练习） 1、什么是生物信息学？ 2、生物信息学的主要研究任务是什么？ 3、我国生物信息学的主要发展方向是什么？ 4、简述你所了解的人类基因组计划 5、简述你所了解的生物信息学的基本方法和前沿技术 6、生物信息学目前的主要研究内容 第二章生物学基础（问题与练习） 1、细胞学说的基本内容 2、简述细胞分裂周期的全过程 3、细胞分裂有哪些方式？ 4、说明细胞的分类 5、简述原核细胞的基本内容 6、真核细胞的基本结构 7、陈述蛋白质的生物学功能 8、试按你的理解对20种氨基酸进行分类 9、画图说明肽键的形成过程 10、何谓蛋白质一级结构？ 11、何谓蛋白质二级结构？ 12、何谓蛋白质超二级结构？ 13、何谓蛋白质四级结构？ 14、描述核酸的基本组成 15、叙述DNA结构的基本内容 16、图示目前公认的中心法则 17、何为蛋白质剪切 18、何为GT-AG规则? 19、说明原核、真核生物基因的结构特征 20、阐述DNA复制机制的最新进展 21、阐述基因转录调控模型 22、总结蛋白质转译的基本机制 23、总结遗传密码破译的过程 24、何谓操纵子？ 25、叙述基因表达调控的几个层次
第三章生物信息学资源与数据挖掘工具（问题与练习） 一、 单项选择题（从每题的A、B、C、D四个被选答案中选择一个最佳答案。） 1、如果我们试图做蛋白质亚细胞定位分析，应使用 A、NDB数据库 B、SWISS-PROT数据库 C、GenBank数据库 D、PDB数据库 2、如果试图确定一个新蛋白质序列属于哪一个蛋白质家族，或该序列可能包含何种结构域 或功能位点，应使用 A、PROSITE数据库 B、DDBJ数据库 C、PDB数据库 D、PIR数据库 3、在蛋白质一级数据库基础上，构建二级数据库应使用 A、近邻归并法 B、序列比对 C、基因融合法 D、Entrez 4、做DNA结构分析可使用 A、GenBank数据库 B、PIR数据库 C、NDB数据库 D、BLOCKS数据库 5、向核酸数据库GenBank/EMBL/DDBJ提交数据，应使用下列哪个软件 A、BLAST B、Sequin C、SRS D、TreeBASE 6、在蛋白质序列数据库中比较查询蛋白质序列，应使用 A、BLASTn B、BLASTp C、tBLASTn D、BLASTx 7、Profiles数据库是 A、蛋白质序列数据库 B、核酸序列数据库 C、蛋白质二级数据库 D、蛋白质结构数据 库 8、TreeBASE系统主要用于 A、发现新基因 B、系统生物学研究 C、类群间系统发育关系研究 D、序列比对 二、 问答题 1、为什么说SWISS-PROT是最重要的蛋白质一级数据库？ 2、构建蛋白质二级数据库的基本原则是什么？ 3、构建蛋白质二级数据库的主要方法有哪些？ 4、叙述SCOP数据库对蛋白质分类的主要依据 5、试陈述GenBank数据库中一条记录下的主要信息 6、解释正则表达式C-Y-X2-[DG]-G-X-[ST]的含义 三、 填空题 1、目前国际上最常用的核酸序列数据库有 、 和 。 2、列举至少四种权威的蛋白质二级数据库 、 、 和 。 3、列举至少五种NCBI的服务项目 、 、 、 和 等 四、 名词解释 1、基序（motif） 2、SNP 3、基因家族 4、概念性翻译
第一组: PB08000602 陈伟健 PB08000646 李明 PB08000658 谢尔曼 PB08000803 崔博川 PB08000683 柏松昂 Pb08007104 邬兴尧 对于3-qubit （ABC ）的纯态系统，3-tangle 定义为：2 2 2 ()A BC AB AC C C C --。其中2 ()A BC C 是 指A 系统和BC 系统之间的Concurrence 平方，类似2 AB C 指A 系统同B 系统之间的 Concurrence 平方。请证明，对于3-qubit 纯态，这个量总是大于等于0的，并进一步证明，这个量对3-qubit 纯态是交换不变的：222()A BC AB AC C C C --＝222()B AC AB BC C C C --
第二组: SA10234021 王留军（负责人） SA09004085 崔珂 SA10004045 乔畅 SA10004041 芮俊 SA10234023 郑玉鳞 PB08203208 张玉祥 论述Decoy state量子密钥分配的方案（为什么不使用单光子源，也可以进行安全的量子密钥分配）（要求预修量子光学，弄懂相干态的知识）
第三组: SA10004026 罗智煌 SA10234026 聂新芳 SA10004039 周辉 SA10004027 郭学仪 PB08203113 叶子平 定义一个各向同性的收缩信道对单qubit密度矩阵产生如下的超算符映射： ()1 $ 2i i i I η ρηρ- =+。对任意一个两qubit的纯态，其中每个粒子分别经过这样一个信道 进行演化。试证明，对于两个信道的收缩因子满足 121/3 ηη≤时，无论什么样的量子态都会变为可分态。
密歇根大学生物信息学专业详解 生物信息学是一个无所不涉及的跨学科特别明显的领域，它涉及数学、统计学、信息学与计算理论与方法，将它们应用于精密地分 析生物数据和知识生成。 因此，生物信息学领域的成功不仅要求熟练掌握数学、统计学、信息学、计算等多个学科的众多方法，而且要求在深刻理解生物学 的基础上对生物医学研究有读到的见解。 密歇根大学生物信息学研究生项目通过全面的课程和研究培训，为学生打下坚实的基础。 一、专业优势 生物信息学专业的学生可以利用密歇根大学的众多研究和教学资源。可学习高等数学、数学建模、统计学、计算机编程、机器学习、信息学、生物学导论、基因组学、蛋白质组学、临床信息学、环境 卫生等诸多领域的课程。 此外，可利用诸多学科领域提供的众多研究机会。这里有一百多名教师可以为你提供指导，他们来自医学院、工程学院、文学-艺术 -科学学院、公共卫生学院、护理学院和信息学院。 严谨的课程、丰富的研究机会以及三个不同的学位足以为学生提供将来从事生物信息学行业所需的技能和视野。 二、课程 以下是生物信息学专业学生需要熟练掌握的课程。 a.生物信息学导论 包括生物信息学与计算生物学导论、生物信息学导论。 b.计算信息学
包括生物信息学编程实验室、生物医学科学信号处理与机器学习导论、生物信息学深度学习、统计计算、计算机编程(科学家与工程师)、机器学习导论、机器学习、并行计算、健康数据学习：健康领 域的应用数据科学。 c.概率与统计学 包括应用生物统计学、概率与分布式理论、生物统计推论、离散状态的随机过程、高级统计方法、概率与统计学导论、概率导论、 理论统计学导论、应用统计学、统计推论。 d.分子生物学 包括生物信息学基础生物学、高级生物化学、生物化学导论、大分子结构与功能、真核基因转录、细胞生物学、再生生物学、分子 遗传学、人类遗传疾病的分子基础、分子生物学、细胞生物学、神 经科学原理、药理学导论、药理学原理、人体生理学。 e.高级生物信息学与计算生物学 包括生物学数学模型、生理学计算系统生物学、结构生物信息学、生物网络数学、高通量分子基因组学与表观基因数据分析、生物信 息学概率模拟、蛋白质组信息学、生物科学高级数学方法、数学与 计算神经科学、生物医学科学信号处理与机器学习导论、生物信息 学深度学习、统计人口遗传学、人类遗传学的统计方法、生物统计 学高级主题、自适应动态：可持续性数学、计算模拟、环境与健康 分校模拟、理论统计学特殊主题。 三、授予学位 2000年，密歇根大学生物信息学研究生项目设立。目前，这个 项目获得美国国家卫生研究院两次拨款。这个一个跨学科特别明显 的专业，由密西根大学诸多院系协调提供。 a.硕士学位
量子信息导论期末总结 量子信息技术是20世纪随着信息技术的发展和对信息器件要求的提高，将传统的信息技术和量子力学相结合而应运而生的新型技术体系。它的出现使得传统的信息领域得到了极大的充实和发展，在信息传递、信息计算、信息安全等方面都有着极大的突破。 量子信息学主要分量子通信和量子计算量大方面。前者包括量子隐形传态（Teleportation）、量子密钥分布等主要内容；而后者主要在于量子计算机（量子器件）和量子算法。 量子信息是基于量子力学的基本原理上的，其最为重要的一个概念之一就是量子纠缠的概念。所谓纠缠态，指的是当两个或多个子系统构成的复合系统的态矢不能写成各子系统态矢直积时，则体系处在纠缠态。它是多体量子系统的最基本的特征，其本质是量子力学的叠加原理，该概念反映了量子力学非定域性的本质，是量子信息学最根本的出发点。 量子通信的一个重要的理论基础是量子体系的不可复制性。量子力学的线性特性禁止对任意量子态实行精确的复制，一个未知的量子态不可能被完全复制，同时不存在完全复制两个非正交态的复制机。这一基本原理决定了要从编码在非正交量子态中获取信息，不扰动这些态势不可能的，即测量仪器的末态是不可区分的，无法完全提取。 量子信息中以Qubit的形式携带信息，量子态模拟经典信息的0和1来储存信息。量子Qubit可以通过NMR方案、腔场量子电动力学方案、离子阱方案等得到实现。 对于很多人所感兴趣的量子隐形传态（Teleportation），其实即使将：先提取原物的所有信息，然后将这个信息传送到接收地点，接受者再根据这些信息，选取与原物完全相同的基本单元，制造出原物完美的复制品。实际上这是量子状态的一种“隔空传物”，而并不是将实际物质，即是“复制”而非“剪切”。1993年Bennet等人提出了量子隐形传态的概念：将原物的信息分成经典信息和量子信息两部分，它们分别经由经典通道和量子通道传送接受者，接受者获得了这两种信息之后，就可以制造出原物量子态的完全复制品。 量子密钥方面最值得突出强调的是BB84密钥分配协议。信息发送者Alice和信息接受者Bob分别发送和接受2n歌量子位，每个都处于|0>，|1>，|+>，|->四个状态之一。双方几下结果之后相互通报他们的测量基矢这样而二者有一半的机会有相同的基矢，将不同状态与0，1对应就有了n个0，1串作为密钥。由于若是有第三方Eve在监听，将量子位测量之后再发给Bob。这样Alice与Bob相同的几率降为四分之一，这样而这便知道第三方Eve的存在，便可以放弃此次密钥。 量子计算机的出现可以从著名的摩尔定律上拣出端倪。由于摩尔定律中器件的尺度不停地减小，因此使得在一定大小之后量子效应明显而不能被忽略。因此，