基于量子力学的传染病模型构建与研究

作     者：何为源 宾晟 孙更新 

作者机构：青岛大学计算机科学技术学院 

出 版 物：《复杂系统与复杂性科学》 (Complex Systems and Complexity Science)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：1004[医学-公共卫生与预防医学(可授医学、理学学位)] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 100401[医学-流行病与卫生统计学] 10[医学] 0702[理学-物理学] 

基　　金：教育部人文社会科学规划基金项目(21YJA860001) 山东省自然基金面上项目(ZR2021MG006) 

主　　题：传染病模型 量子力学 仓室模型 COVID-19 

摘      要：现有的传染病模型通常基于仓室模型，通过调整仓室数量和转移路径进行新模型的构建，但此类模型划分的有限状态往往不能充分反映现实世界中个体所处的实际状态。本研究结合量子力学进行传染病建模，使用叠加态表示个体状态，有效解决了传统仓室模型的缺陷。首先，本研究分析了模型的感染过程与演化过程，并对无病平衡点和基本再生数进行了推导。其次，通过在量子电路上的模型仿真分析了模型的参数敏感性，并验证了模型的合理性。仿真结果表明，模型的预测结果符合病毒传播的一般规律，并能够模拟仓室模型的结构。最后，使用模型模拟了COVID-19 的感染传播，通过对比真实疫情数据，对模型的适用性进行了进一步的验证。模拟结果与实际疫情扩散趋势的相似性表明，此模型能够有效反映真实的病毒传播动态。本文所提模型利用量子力学为传染病建模领域提供了新的视角，扩充了量子力学在宏观世界中信息传播领域的方法论。