時間：2023-05-30 10:00:28
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇量子科學(xué)應(yīng)用，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關(guān)鍵詞: 《量子力學(xué)》 物理圖像 創(chuàng)新思維 培養(yǎng)
《量子力學(xué)》是物理學(xué)專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程,其教學(xué)質(zhì)量的高低不僅影響到其他后續(xù)課程的學(xué)習(xí),而且直接影響到物理學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)。衡量物理教學(xué)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該有三個維度,一是知識與技能維度,二是物理思想和方法論維度,三是物理品格維度。過去的教學(xué),我們往往過多地重視第一維度,而忽視第二、第三個維度。在量子力學(xué)教學(xué)中,我們結(jié)合量子力學(xué)及其發(fā)展歷史所涵含的豐富的物理思想與方法,開展了學(xué)生創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)的教學(xué)實踐研究。
一、創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求
考慮到培養(yǎng)21世紀(jì)需要的應(yīng)用型人才目標(biāo)的要求,而且結(jié)合新建本科院校的課程設(shè)置的特點,《量子力學(xué)》課程的教學(xué)方法和教學(xué)體系建設(shè)應(yīng)從以下兩方面著手:一方面,著重量子力學(xué)概念、規(guī)律和物理思想的展現(xiàn),使學(xué)生在知識層面上夠用并且能用,并注意科學(xué)人文精神的闡發(fā),為進行物理素質(zhì)教育與物理教學(xué)研究提供量子力學(xué)方面的科學(xué)素養(yǎng),如勇于創(chuàng)新、科學(xué)、嚴(yán)謹?shù)取Ａ硪环矫?培養(yǎng)學(xué)生建立正確的量子力學(xué)概念和物理圖像,掌握基本規(guī)律,廣泛了解量子力學(xué)在推動技術(shù)進步方面的作用,開拓思路,培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理規(guī)律解決應(yīng)用技術(shù)問題的能力。
二、《量子力學(xué)》教學(xué)中創(chuàng)新意識及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)
根據(jù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo),我們一直致力于探索一套合適的物理學(xué)專業(yè)量子力學(xué)課程教學(xué)的共享數(shù)字化教學(xué)體系,創(chuàng)建完整的教學(xué)資源,力求使學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程的同時受到實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。相應(yīng)措施主要體現(xiàn)在以下三個方面。
(一)創(chuàng)造實驗情景,以實驗和實踐為基礎(chǔ)深化量子力學(xué)的原理。
由于量子力學(xué)主要研究微觀粒子的運動規(guī)律,理論太抽象,許多量子現(xiàn)象和日常的生活經(jīng)驗不符合甚至相違背,因此在教學(xué)中教師必須強調(diào)量子力學(xué)首先是一門試驗性的科學(xué),應(yīng)從實驗事實去推理分析,不直接與主觀經(jīng)驗聯(lián)系,并時時將新的概念和結(jié)論與經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)果作比較,使學(xué)生能正確理解量子力學(xué)的基本概念,從而學(xué)會處理具體問題的方法,掌握量子力學(xué)的精髓。在講述量子力學(xué)基本內(nèi)容的時候,尋找合適的接口與量子力學(xué)原理在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用相聯(lián)系。通過這兩方面的著重討論,學(xué)生能感受到量子力學(xué)的抽象原理是實實在在的、來源于實踐又回到實踐中得到檢驗的、正確的理論。
量子力學(xué)實驗從可操作的層面上可大致分為三類,一類是僅存在于人們想象中或目前還不能實現(xiàn)的理想實驗,一類是在高水平的實驗室中可以實現(xiàn)的科學(xué)研究實驗,一類是我們讓學(xué)生自己動手做的有關(guān)教學(xué)的基礎(chǔ)性實驗。但無論何種實驗,我們都可以利用多媒體技術(shù)在課堂上將其生動形象的展現(xiàn)出來,讓學(xué)生不僅深刻認識到實驗在量子力學(xué)發(fā)展中的重要作用,而且培養(yǎng)用實驗發(fā)現(xiàn)問題和驗證假說的能力。例如在講解物質(zhì)粒子的波粒二象性時,我們用多媒體課件演示單電子衍射實驗。單電子發(fā)射時,在熒屏上出現(xiàn)一個亮點,說明電子的粒子性;再發(fā)射大量電子,屏幕上出衍射條紋,說明了電子的波動性。這樣,難以講解清楚的知識變得生動活潑,使學(xué)生能更快地理解所學(xué)的知識,且加深了學(xué)生的認知印象,大大提高了學(xué)習(xí)效率。
(二)充分利用現(xiàn)代媒體的作用,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造興趣。
以電腦和互聯(lián)網(wǎng)為代表的信息技術(shù)已演變?yōu)槔^傳統(tǒng)媒體后的“現(xiàn)代媒體”。現(xiàn)代媒體將為教學(xué)過程提供新的教學(xué)手段,并為培養(yǎng)創(chuàng)新人才奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù),學(xué)生可以突破傳統(tǒng)教學(xué)的時空限制,不但可以享受本校教學(xué)資源,而且可以享受到全國高水平的教學(xué)資源,從而實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的共享,也為各學(xué)校的師生討論交流提供了一個很好的平臺。
對于《量子力學(xué)》這樣一門抽象的理論課,多媒體技術(shù)將圖、文、聲、像等各種教學(xué)信息有機的組合在一起,直觀、形象、生動,即使對那些比較抽象,難以理解的理論和日常看不到或拍攝不到的情景,也可以通過三維動畫虛擬實現(xiàn)。多媒體豐富的表現(xiàn)力不僅能打破人類視覺上的樊籬,使得學(xué)生從科學(xué)與藝術(shù)相融的視覺信息中感知抽象、復(fù)雜的理論,而且能引發(fā)學(xué)生無限的遐想,極大地激發(fā)了他們的想象力。學(xué)生的思維高度活躍從而激發(fā)創(chuàng)新火花。
(三)密切結(jié)合當(dāng)前的科技前沿和高新技術(shù),將量子力學(xué)知識應(yīng)用于實踐。
量子力學(xué)在各學(xué)科中已經(jīng)有很多成功的應(yīng)用并催生了許多交叉學(xué)科及現(xiàn)代高新技術(shù)的產(chǎn)生。在教學(xué)中,教師應(yīng)盡可能進行知識的滲透和遷移,及時將當(dāng)前與量子力學(xué)相關(guān)的科技前沿和高新技術(shù)引入到教學(xué)中,一些知識可以作為簡單的介紹,也可以就某個方面詳細分析,闡明其量子力學(xué)原理。例如量子力學(xué)與非線性科學(xué)的關(guān)系,量子理論在耗散系統(tǒng)、納米技術(shù)、分子生物學(xué)中的應(yīng)用,量子力學(xué)與正在研究的量子計算機、量子保密通信的關(guān)系,等等。在教學(xué)中教師適當(dāng)?shù)卮┎暹@些知識,既不會花費太多的時間,又能使教學(xué)更生動、易于理解,而且可使學(xué)生開拓視野,活躍思維,激發(fā)興趣。這樣學(xué)生不僅可以學(xué)到運用基礎(chǔ)理論指導(dǎo)科學(xué)研究的方法,而且可以克服原有的“量子力學(xué)就是一種純理論的學(xué)科”的片面認識。如我們在講解一維無限深勢阱時,將其與半導(dǎo)體量子阱和超晶格這一現(xiàn)代科學(xué)的前沿相聯(lián)系;在講解隧道效應(yīng)時,將其與掃描隧道顯微鏡相聯(lián)系,進而可以介紹掃描探針操縱單個原子的實驗。我們通過這種方式使學(xué)生對這一部分的知識有了直觀的認識,從而不再感到量子力學(xué)的學(xué)習(xí)枯燥無味。
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關(guān)鍵詞：智能信息處理技術(shù)；量子計算智能導(dǎo)論；教學(xué)實踐
人類正被數(shù)據(jù)淹沒，卻饑渴于知識。面臨浩瀚無際而被污染的數(shù)據(jù)，人們呼喚從數(shù)據(jù)中來一個去粗取精、去偽存真的技術(shù)。而數(shù)據(jù)挖掘就是從大量數(shù)據(jù)中識別出有效的、新穎的、潛在有用的，以及最終可理解的知識和模式的高級操作過程，所以數(shù)據(jù)挖掘也可以說是一個模式識別的過程，因此模式識別領(lǐng)域的許多技術(shù)經(jīng)過一定的改進便可以在數(shù)據(jù)挖掘中起重要的作用。計算智能(Computational Intelligence-CI)方法是傳統(tǒng)人工智能(Artificial Intelligence，AI)的擴展，它是模式識別技術(shù)發(fā)展的新階段[1]。
科學(xué)家預(yù)言：“21世紀(jì)，人類將從經(jīng)典信息時代跨越到量子信息時代”。創(chuàng)立了一個世紀(jì)的量子力學(xué)隨著20世紀(jì)90年代與信息科學(xué)交叉融合誕生的量子信息學(xué)，已成為量子信息時代來臨的重要標(biāo)志[2]。量子計算智能導(dǎo)論作為信息科學(xué)、計算機科學(xué)、智能信息處理、人工智能等相關(guān)專業(yè)的研究生專業(yè)課程，已經(jīng)在越來越多的高等學(xué)校開設(shè)。
由于量子計算智能是一門跨越包括物理學(xué)、數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)、電子機械、通訊、生理學(xué)、進化理論和心理學(xué)等學(xué)科在內(nèi)的深奧科學(xué)，因此量子計算智能導(dǎo)論的教學(xué)內(nèi)容和側(cè)重點的安排目前仍處在探索階段，尤其作為研究生課程如何使得學(xué)生在掌握深奧理論的基礎(chǔ)上結(jié)合實際應(yīng)用，將理論轉(zhuǎn)化為技術(shù)與工具，從而提高動手能力，這是每個研究生專業(yè)課任課老師的核心探索所在，因此就要求老師在授業(yè)解惑的同時關(guān)注前沿，以該學(xué)科的前沿領(lǐng)域為教學(xué)指引，進而更好的培養(yǎng)研究生主動探索知識的能力。
1教材選擇
一本好的教材為教學(xué)起到了畫龍點睛的作用，因此教材的選擇即是老師對教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)方法的選擇。我們選擇教材，期望該教材由淺入深、深入淺出、可讀性好，具有系統(tǒng)性、交叉性、前沿性等特點。由于量子計算智能導(dǎo)論為全校研究生的專業(yè)課程，而量子計算智能是一門多學(xué)科交叉的綜合型學(xué)科，因此我們要考慮到來自學(xué)校不同專業(yè)背景，以及在物理，數(shù)學(xué)，工程優(yōu)化和進化理論基礎(chǔ)有限的兩難困境，所以首先選擇了一本關(guān)于量子計算的英文原版書作為教材之一，Michael Nielsen等人所著的《Quantum Computation and Quantum Information》[3]，2003年高等教育出版社出版，該書全面介紹了量子計算與量子信息學(xué)領(lǐng)域的主要思想與技術(shù)。到目前為止，該領(lǐng)域的高速進展與學(xué)科交叉的特性使得初學(xué)者感到困惑而不易對其主要技術(shù)與結(jié)論有綜合性的認識，而該書特色在于對量子機制和計算機科學(xué)給予了指導(dǎo)性介紹，使得那些沒有物理學(xué)或計算機科學(xué)背景的學(xué)生對此也易于接受，為學(xué)生提供了詳實的關(guān)于量子計算的物理原理和基本概念；另外考慮到這門課程面向研究生，無論將來他們是直接就業(yè)還是繼續(xù)深造，都要注重實踐動手能力的培養(yǎng)，要能夠?qū)⒆约核鶎W(xué)的書本知識轉(zhuǎn)化為技術(shù)和工具，去解決實際的工程和科研問題，因此我們還選擇了另外一門書，由李士勇教授所著的《量子計算與量子優(yōu)化算法》[4]，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社于2009年出版，該書著重講解了量子優(yōu)化算法，為實際工程應(yīng)用提供了新的思路，并啟發(fā)大家在量子計算機沒有走出實驗室的今天，如何利用現(xiàn)有的數(shù)字式計算機構(gòu)造具有量子特性的快速算法。當(dāng)然考慮到全校研究生的專業(yè)知識背景不同，我們也推薦了中南大學(xué)蔡自興教授等編著，2004年由清華大學(xué)出版社出版的《人工智能及其應(yīng)用：研究生用書(第三版)》[5]，該書是蔡自興為主講教授的國家精品課程人工智能的配套教材，該本書中系統(tǒng)全面的講解了高級知識推理、分布式人工智能與艾真體、計算智能、進化計算、群智能優(yōu)化、自然計算、免疫計算以及知識發(fā)現(xiàn)和數(shù)據(jù)挖掘等近年的熱點智能方法，從而輔助學(xué)生了解人工智能，以及人工智能如何發(fā)展到計算智能，使得學(xué)生全面認識學(xué)科的發(fā)展和傳承性，為今后學(xué)習(xí)量子計算智能打下堅實的理論基礎(chǔ)。
2教學(xué)內(nèi)容
本課程從量子計算的基本概念和原理出發(fā)，重點講解量子計算基礎(chǔ)和基本的量子算法；并從量子優(yōu)化算法拓展開來。該門課程我們安排了46學(xué)時，具體安排如下：第1章，量子力學(xué)基礎(chǔ)(2學(xué)時)；第2章，量子計算基礎(chǔ)(4學(xué)時)；第3章，基本量子算法(4學(xué)時)；第4章，Grover量子搜索算法的改進(4學(xué)時)；第5章，量子遺傳算法(8學(xué)時)；第6章，量子群智能優(yōu)化算法(8學(xué)時)；第7章，量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與算法(8學(xué)時)；第8章，量子遺傳算法在模糊神經(jīng)控制中的應(yīng)用(8學(xué)時)。
3教學(xué)方法
3.1理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)方法
量子計算智能導(dǎo)論是一門多學(xué)科交叉的綜合型學(xué)科。選課的同學(xué)來自全校，各個的專業(yè)背景不同，但是大家的共同需求是一樣的，就是從課程中掌握一種用于解決實際問題的工程技術(shù)，但是工程技術(shù)的掌握也需要理論的支撐，因此我們在教學(xué)實踐中總結(jié)出了一套方法，具體做法是將教學(xué)內(nèi)容劃分為：理論型和實踐型。
理論型教學(xué)指的是發(fā)展完善的量子計算基本原理和方法。其內(nèi)容包括：量子位、量子線路、量子Fourier 變換、量子搜索算法和量子計算機的物理實現(xiàn)等。而其中量子位、量子線路以及量子算法都是以量子相對論為基礎(chǔ)的，這也是量子計算的本質(zhì)原理，而較之我們熟悉的數(shù)字式計算機和計算方式有著本質(zhì)的區(qū)別。我們在教學(xué)中由淺入深，通過PPT授課，采取理論與實例相結(jié)合的講授方式。下面給出了一個我們在教學(xué)中的實例：將量子計算問題形象化。具體內(nèi)容如下。
讓我們想象一下下面這個問題。我們要找一條穿過復(fù)雜迷宮的路。每次我們沿著一條路走，很快就會碰到新的岔路。即使知道出去的路，還是容易迷路。換句話說，有一個著名的走迷宮算法就是右手法則――順著右手邊的墻走，直到出去(包括繞過絕路)。這條路也許并不很短，但是至少您不會反復(fù)走相同的過道。以計算機術(shù)語表述，這條規(guī)則也可以稱作遞歸樹下行。現(xiàn)在讓我們想象另外一種解決方案。站在迷宮入口，釋放足夠數(shù)量的著色氣體，以同時充滿迷宮的每條過道。讓一位合作者站在出口處。當(dāng)她看到一縷著色氣體出來時，就向那些氣體粒子詢問它們走過的路徑。她詢問的第一個粒子走過的路徑最有可能是穿過迷宮的所有可能路徑中最短的一條。當(dāng)然，氣體顆粒絕不會給我們講述它們的旅行。但是 量子算法以一種同我們的方案非常類似的方式運作。即，量子算法先把整個問題空間填滿，然后只需費心去問問正確的解決方案(把所有的絕路排除在答案空間以外)。這樣以來，一個枯燥晦澀的量子算法就被很形象的解釋，因此增強了學(xué)生的記憶也加深了理解，從而提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
實踐型教學(xué)指的是正在發(fā)展中的量子計算智能方法的熱點問題。其內(nèi)容包括：量子遺傳算法，混沌量子免疫算法，量子蟻群算法，量子粒子群算法，量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與算法，和這些算法在實際工程優(yōu)化中的應(yīng)用。這部分內(nèi)容屬于本學(xué)科的前沿，但也是熱點問題，因此這部分我們在教學(xué)中忽略理論推導(dǎo)，重點強調(diào)實際操作，在PPT課件中增加仿真實例的講解；并在課下布置相應(yīng)的上機操作習(xí)題，配合上機實踐課程，鍛煉學(xué)生的動手能力，同時也引導(dǎo)學(xué)生去關(guān)注這些前沿，從而培養(yǎng)他們的科研素養(yǎng)。
為了體現(xiàn)該門課的教學(xué)特點，我們在考核方式上，采取考試與報告相結(jié)合的方式，其中理論部分我們采取閉卷考試，占總考評分數(shù)的40%；實踐部分采取上機技術(shù)報告考核，內(nèi)容為上機實踐課程布置的大作業(yè)，給出詳實的算法流程圖和仿真結(jié)果與分析，占總考評分數(shù)的40%；出勤率占總考評分數(shù)的20%。
3.2科研素養(yǎng)的培養(yǎng)與實踐能力的提高
科研素養(yǎng)的最核心部分，就是一個人對待科研情感態(tài)度和價值觀，科研素養(yǎng)的培養(yǎng)不僅使學(xué)生獲得知識和技能，更重要的是使其獲得科學(xué)思想、科學(xué)精神和科學(xué)方法的熏陶和培養(yǎng)。正如溫總理說的那樣：“教是為了不教，學(xué)是為了會學(xué)”，當(dāng)學(xué)生將課本內(nèi)容遺忘后，遺留下來的東西即是他們所具備的科研素養(yǎng)。因此，在教學(xué)中，我們的宗旨也是提高學(xué)生的科研素養(yǎng)，量子計算智能導(dǎo)論是一門理論和實踐緊密結(jié)合的學(xué)科，該學(xué)科的發(fā)展日新月異，在信息處理領(lǐng)域的關(guān)注度也越來越高。在教學(xué)實踐中，我們采用了上機實踐和技術(shù)報告相結(jié)合的教學(xué)方式。掌握各種量子計算智能方法的原理和流程是這門課程教學(xué)的首要任務(wù)，因此學(xué)生結(jié)合各自研究方向?qū)崿F(xiàn)量子智能算法在實際科研任務(wù)中的優(yōu)化問題求解。在上機實踐中，學(xué)生不僅要掌握該智能算法的流程而且重點關(guān)注學(xué)生對
自己科研任務(wù)的建模，學(xué)會系統(tǒng)分析問題，建立合理的數(shù)學(xué)模型，并給出理論分析。上機實踐驗收中，我們不但考察其結(jié)果展示，更增加了上機實踐的技術(shù)報告，用來分析模型建立的合理性，從而培養(yǎng)學(xué)生對待科研問題的分析素養(yǎng)和建模素養(yǎng)。在技術(shù)報告中，我們要求學(xué)生給出幾種可供參考的建模模型，并分析各自的優(yōu)勢，和選擇這一解決方案的依據(jù)。由于量子計算智能導(dǎo)論是面向研究生開設(shè)的課程，在教學(xué)中，我們更佳關(guān)注其分析問題的能力，和解決問題的合理性的思考能力，從而培養(yǎng)學(xué)生的科研素養(yǎng)。
4結(jié)語
把教學(xué)當(dāng)做一門藝術(shù)，是我們作為高校老師畢生追求的目標(biāo)，如何做到重點講透，難點講通，要點講清，這也是我們多年教學(xué)中一直關(guān)注的關(guān)鍵點。我們在教學(xué)中反對“灌輸式”，強調(diào)“啟發(fā)式”，以實際應(yīng)用先導(dǎo)教學(xué)是非常可取的，也收到了良好的效果。量子計算智能導(dǎo)論是一門綜合型交叉學(xué)科，且面向研究生開設(shè)，因此在教學(xué)實踐中，我們十分重視學(xué)生科研素養(yǎng)的培養(yǎng)。通過上機實踐和技術(shù)報告的形式引導(dǎo)學(xué)生積極動手，積極思考。希望這些教學(xué)中的點滴供同行們交流探討。
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Exploration on Introduction to Quantum Computational Intelligence
LI Yangyang, SHANG Ronghua, JIAO Licheng
(School of Electronic Engineering, Xidian University, Xi’an 710071, China)
量子密碼應(yīng)運而生
量子計算的原理與傳統(tǒng)計算機采用的原理有很大不同，傳統(tǒng)計算機采用單路串行操作，而量子計算機采用多路并行操作，它們運算速度的差異就如同萬只飛鳥同時升上天空與萬只蝸牛排隊過獨木橋的區(qū)別。
20世紀(jì)70年代，英國和美國最早開始對量子計算的研究。近年來，量子計算的理論和實踐都相繼取得重大進展，產(chǎn)生了多種新的量子算法，研制了多種量子計算機原型。
科學(xué)家預(yù)測，未來10～20年將研制成功103～104量子比特的大型量子計算機，其運算能力可以在幾分鐘內(nèi)破譯現(xiàn)有任何采用非對稱密鑰系統(tǒng)生成的密碼。
面對量子計算未來可能隨時“秒殺”傳統(tǒng)密碼的危險，科學(xué)家致力于尋找不基于數(shù)學(xué)問題，能有效抵抗量子計算攻擊的新型密碼體制。解鈴還須系鈴人，同樣基于量子信息技術(shù)的量子密碼應(yīng)運而生，成為對抗量子計算的“神器”。
又一個可能的“技術(shù)差”
二戰(zhàn)中，英國破譯德軍ENGMA密碼，獲知其即將轟炸考文垂市，但為保守德軍密碼已被破譯的秘密，英國斷然犧牲考文垂這個重要工業(yè)城市，不發(fā)出防空警報任由德軍轟炸；美軍在中途島海戰(zhàn)的勝利，以及擊落山本五十六座機等影響戰(zhàn)爭進程的重大事件，與其成功破譯日軍“紫密”有直接關(guān)系。一些專家們甚至估計，盟軍在密碼破譯上的成功至少使二戰(zhàn)縮短了8年。
當(dāng)前，戰(zhàn)場網(wǎng)絡(luò)已成為連接人與武器、武器與武器的技術(shù)紐帶，構(gòu)成了信息化軍隊的神經(jīng)中樞。偵察預(yù)警、指揮協(xié)同、武器控制、后勤保障等作戰(zhàn)活動均離不開網(wǎng)絡(luò)的支持。安全可靠的戰(zhàn)場網(wǎng)絡(luò)是保證自身作戰(zhàn)體系穩(wěn)定，在體系對抗中謀取勝勢的重要前提，而戰(zhàn)場網(wǎng)絡(luò)的安全又十分依賴于網(wǎng)絡(luò)通信密碼提供的“安全屏障”。
一個國家的軍隊一旦率先實現(xiàn)量子密碼和量子計算的武器化，并在戰(zhàn)爭中投入使用，將與對手形成巨大的“技術(shù)差”，在保持自身網(wǎng)絡(luò)通信絕對安全的同時，可隨時破譯對方網(wǎng)絡(luò)通信密碼，洞悉對手的一舉一動，從而占據(jù)絕對信息優(yōu)勢，甚至可以直接癱瘓和控制對方網(wǎng)絡(luò)，由此將置作戰(zhàn)對手于極為被動的不利地位，戰(zhàn)局可能出現(xiàn)“一邊倒”的情況。
以超常措施推進軍事應(yīng)用
意大利軍事家杜黑指出：“勝利只向那些能預(yù)見戰(zhàn)爭特性變化的人微笑，而不是向那些等待變化發(fā)生才去適應(yīng)的人微笑。”面對量子信息技術(shù)的機遇與挑戰(zhàn)，只有未雨綢繆，盡早規(guī)劃，提前部署，才能在未來戰(zhàn)爭中占據(jù)先機和主動，避免對手利用技術(shù)突然性陷我于被動。
目前，量子密碼已經(jīng)從實驗室演示性研究邁向?qū)嶋H應(yīng)用。發(fā)達國家軍隊已把量子信息技術(shù)作為引領(lǐng)未來軍事革命的顛覆性、戰(zhàn)略性技術(shù)。例如，美國防高級研究計劃局專門制定“量子信息科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃”、研發(fā)量子芯片的“微型曼哈頓”計劃等。美國正加速推進量子信息技術(shù)的實際應(yīng)用，美國白宮和五角大樓已安裝量子通信系統(tǒng)并已投入使用。英、法、德、日等國軍隊也相繼制定實施一系列發(fā)展量子信息技術(shù)的計劃。
【關(guān)鍵詞】量子計算；量子計算機；量子算法；量子信息處理
1、引言
在人類剛剛跨入21山_紀(jì)的時刻，！日_界科技的重大突破之一就是量子計算機的誕生。德國科學(xué)家已在實驗室研制成功5個量子位的量子計算機，而美國LosAlamos國家實驗室正在進行7個量子位的量子計算機的試驗。它預(yù)示著人類的信息處理技術(shù)將會再一次發(fā)生巨大的飛躍，而研究面向量子計算機以量子計算為基礎(chǔ)的量子信息處理技術(shù)已成為一項十分緊迫的任務(wù)。
2、子計算的物理背景
任何計算裝置都是一個物理系統(tǒng)。量子計算機足根據(jù)物理系統(tǒng)的量子力學(xué)性質(zhì)和規(guī)律執(zhí)行計算任務(wù)的裝置。量子計算足以量子計算目L為背景的計算。是在量了力。4個公設(shè)（postulate）下做出的代數(shù)抽象。Feylllilitn認為，量子足一種既不具有經(jīng)典耗子性，亦不具有經(jīng)典渡動性的物理客體（例如光子）。亦有人將量子解釋為一種量，它反映了一些物理量（如軌道能級）的取值的離散性。其離散值之問的差值（未必為定值）定義為量子。按照量子力學(xué)原理，某些粒子存在若干離散的能量分布。稱為能級。而某個物理客體（如電子）在另一個客體（姻原子棱）的離散能級之間躍遷（transition。粒子在不同能量級分布中的能級轉(zhuǎn)移過程）時將會吸收或發(fā)出另一種物理客體（如光子），該物理客體所攜帶的能量的值恰好是發(fā)生躍遷的兩個能級的差值。這使得物理“客體”和物理“量”之問產(chǎn)生了一個相互溝通和轉(zhuǎn)化的橋梁；愛因斯坦的質(zhì)能轉(zhuǎn)換關(guān)系也提示了物質(zhì)和能量在一定條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的因此。量子的這兩種定義方式是對市統(tǒng)并可以相互轉(zhuǎn)化的。量子的某些獨特的性質(zhì)為量了計算的優(yōu)越性提供了基礎(chǔ)。
3、量子計算機的特征
量子計算機，首先是能實現(xiàn)量子計算的機器，是以原子量子態(tài)為記憶單元、開關(guān)電路和信息儲存形式，以量子動力學(xué)演化為信息傳遞與加工基礎(chǔ)的量子通訊與量子計算，是指組成計算機硬件的各種元件達到原子級尺寸，其體積不到現(xiàn)在同類元件的1%。量子計算機是一物理系統(tǒng)，它能存儲和處理關(guān)于量子力學(xué)變量的信息。量子計算機遵從的基本原理是量子力學(xué)原理：量子力學(xué)變量的分立特性、態(tài)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，量子力學(xué)變量的分立特性使它們可以記錄信息：即能存儲、寫入、讀出信息，信息的一個量子位是一個二能級（或二態(tài)）系統(tǒng)，所以一個量子位可用一自旋為1/2的粒子來表示，即粒子的自旋向上表示1，自旋向下表示0；或者用一光子的兩個極化方向來表示0和1；或用一原子的基態(tài)代表0第一激發(fā)態(tài)代表1。就是說在量子計算機中，量子信息是存儲在單個的自旋’、光子或原子上的。對光子來說，可以利用Kerr非線性作用來轉(zhuǎn)動一光束使之線性極化，以獲取寫入、讀出；對自旋來說，則是把電子（或核）置于磁場中，通過磁共振技術(shù)來獲取量子信息的讀出、寫入；而寫入和讀出一個原子存儲的信息位則是用一激光脈沖照射此原子來完成的。量子計算機使用兩個量子寄存器，第一個為輸入寄存器，第二個為輸出寄存器。函數(shù)的演化由幺正演化算符通過量子邏輯門的操作來實現(xiàn)。單量子位算符實現(xiàn)一個量子位的翻轉(zhuǎn)。兩量子位算符，其中一個是控制位，它確定在什么情況下目標(biāo)位才發(fā)生改變；另一個是目標(biāo)位，它確定目標(biāo)位如何改變；翻轉(zhuǎn)或相位移動。還有多位量子邏輯門，種類很多。要說清楚量子計算，首先看經(jīng)典計算。經(jīng)典計算機從物理上可以被描述為對輸入信號序列按一定算法進行交換的機器，其算法由計算機的內(nèi)部邏輯電路來實現(xiàn)。經(jīng)典計算機具有如下特點：
a）其輸入態(tài)和輸出態(tài)都是經(jīng)典信號，用量子力學(xué)的語言來描述，也即是：其輸入態(tài)和輸出態(tài)都是某一力學(xué)量的本征態(tài)。如輸入二進制序列0110110，用量子記號，即10110110>。所有的輸入態(tài)均相互正交。對經(jīng)典計算機不可能輸入如下疊加Cl10110110>+C2I1001001>。
b）經(jīng)典計算機內(nèi)部的每一步變換都將正交態(tài)演化為正交態(tài)，而一般的量子變換沒有這個性質(zhì)，因此，經(jīng)典計算機中的變換（或計算）只對應(yīng)一類特殊集。
相應(yīng)于經(jīng)典計算機的以上兩個限制，量子計算機分別作了推廣。量子計算機的輸入用一個具有有限能級的量子系統(tǒng)來描述，如二能級系統(tǒng)（稱為量子比特），量子計算機的變換（即量子計算）包括所有可能的幺正變換。因此量子計算機的特點為：
a）量子計算機的輸入態(tài)和輸出態(tài)為一般的疊加態(tài)，其相互之間通常不正交；
b）量子計算機中的變換為所有可能的幺正變換。得出輸出態(tài)之后，量子計算機對輸出態(tài)進行一定的測量，給出計算結(jié)果。由此可見，量子計算對經(jīng)典計算作了極大的擴充，經(jīng)典計算是一類特殊的量子計算。量子計算最本質(zhì)的特征為量子疊加性和相干性。量子計算機對每一個疊加分量實現(xiàn)的變換相當(dāng)于一種經(jīng)典計算，所有這些經(jīng)典計算同時完成，并按一定的概率振幅疊加起來，給出量子計算的輸出結(jié)果。這種計算稱為量子并行計算，量子并行處理大大提高了量子計算機的效率，使得其可以完成經(jīng)典計算機無法完成的工作，這是量子計算機的優(yōu)越性之一。
4、量子計算機的應(yīng)用
量子計算機驚人的運算能使其能夠應(yīng)用于電子、航空、航人、人文、地質(zhì)、生物、材料等幾乎各個學(xué)科領(lǐng)域，尤其是信息領(lǐng)域更是迫切需要量子計算機來完成大量數(shù)據(jù)處理的工作。信息技術(shù)與量子計算必然走向結(jié)合，形成新興的量子信息處理技術(shù)。目前，在信息技術(shù)領(lǐng)域有許多理論上非常有效的信息處理方法和技術(shù)，由于運算量龐大，導(dǎo)致實時性差，不能滿足實際需要，因此制約了信息技術(shù)的發(fā)展。量子計算機自然成為繼續(xù)推動計算速度提高，進而引導(dǎo)各個學(xué)科全面進步的有效途徑之一。在目前量子計算機還未進入實際應(yīng)用的情況下，深入地研究量子算法是量子信息處理領(lǐng)域中的主要發(fā)展方向，其研究重點有以下三個方面；
（1）深刻領(lǐng)悟現(xiàn)有量子算法的木質(zhì)，從中提取能夠完成特定功能的量子算法模塊，用其代替經(jīng)典算法中的相應(yīng)部分，以便盡可能地減少現(xiàn)有算法的運算量；
（2）以現(xiàn)有的量子算法為基礎(chǔ)，著手研究新型的應(yīng)用面更廣的信息處理量子算法；
（3）利用現(xiàn)有的計算條件，盡量模擬量子計算機的真實運算環(huán)境，用來驗證和開發(fā)新的算法。
5、量子計算機的應(yīng)用前景
目前經(jīng)典的計算機可以進行復(fù)雜計算，解決很多難題。但依然存在一些難解問題，它們的計算需要耗費大量的時間和資源，以致在宇宙時間內(nèi)無法完成。量子計算研究的一個重要方向就是致力于這類問題的量子算法研究。量子計算機首先可用于因子分解。因子分解對于經(jīng)典計算機而言是難解問題，以至于它成為共鑰加密算法的理論基礎(chǔ)。按照Shor的量子算法，量子計算機能夠以多項式時間完成大數(shù)質(zhì)因子的分解。量子計算機還可用于數(shù)據(jù)庫的搜索。1996年，Grover發(fā)現(xiàn)了未加整理數(shù)據(jù)庫搜索的Grover迭代量子算法。使用這種算法，在量子計算機上可以實現(xiàn)對未加整理數(shù)據(jù)庫Ⅳ的平方根量級加速搜索，而且用這種加速搜索有可能解決經(jīng)典上所謂的NP問題。量子計算機另一個重要的應(yīng)用是計算機視覺，計算機視覺是一種通過二維圖像理解三維世界的結(jié)構(gòu)和特性的人工智能。計算機視覺的一個重要領(lǐng)域是圖像處理和模式識別。由于圖像包含的數(shù)據(jù)量很大，以致不得不對圖像數(shù)據(jù)進行壓縮。這種壓縮必然會損失一部分原始信息。
作者簡介：
賽迪智庫網(wǎng)絡(luò)空間研究所認為，量子計算機的成熟和大規(guī)模應(yīng)用還需要相當(dāng)長的時間，但我們必須著眼未來，做好以下工作：持續(xù)跟蹤和支持量子計算機研究，推動形成商業(yè)化量子計算機研究機制，積極應(yīng)對專用量子計算C沖擊。
量子計算機研究進展顯著
量子計算機是基于量子力學(xué)的疊加原理和量子糾纏等性質(zhì)來進行數(shù)據(jù)計算的計算機，在密碼學(xué)、科學(xué)模擬、大數(shù)據(jù)處理等領(lǐng)域，具有傳統(tǒng)計算機無法比擬的優(yōu)勢。
歐美科學(xué)界和企業(yè)界不斷加大投入，并有了重大進展。一是研究機構(gòu)與企業(yè)投入力度不斷加大。微軟研究院2012年成立了量子體系結(jié)構(gòu)與計算研究組；谷歌公司與美國國家航空航天局（NASA）于2013 年聯(lián)合成立了量子人工智能實驗室。此外，歐盟2016年4月宣布，將于2018年啟動總額10億歐元的量子技術(shù)項目；澳大利亞政府2016 年4 月宣布，將在澳大利亞量子計算與通信技術(shù)中心成立量子計算實驗室，進一步加大對半導(dǎo)體硅基量子芯片等研究的集中投入。
二是取得了一系列重大突破。在量子芯片方面，加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校實現(xiàn)了9量子比特的超導(dǎo)量子芯片，新南威爾士大學(xué)實現(xiàn)了2量子比特的硅基半導(dǎo)體量子芯片，牛津大學(xué)實現(xiàn)了5量子比特的離子阱量子芯片。
在量子計算機方面，谷歌于2015年推出了聲稱比其它計算機快1億倍的量子退火機D-Wave；IBM于2016年5月了5超導(dǎo)量子比特的量子計算機，谷歌和西班牙巴斯克大學(xué)于2016 年6 月公布了具有9超導(dǎo)量子比特的模擬量子計算機，馬里蘭大學(xué)與美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院于2016年8月了5個量子比特的可編程量子計算機。
目前我國在量子計算領(lǐng)域部分研究成果已達到國際一流水平，但總體上基礎(chǔ)較為薄弱，與歐美等國家和地區(qū)仍有一定差距。
量子計算機距離可用仍有較大距離
雖然在研究方面取得了較大進展，但量子計算機在理論層面和物理實現(xiàn)方面均面臨諸多難題，距離可用仍有很長的路要走。
在理論層面，量子計算機需要特定的量子算法才能發(fā)揮強大性能，但并不是所有的計算都可以用量子算法加速，類似Shor算法（用于大數(shù)質(zhì)因子分解）和Grover 算法（用于無序數(shù)據(jù)庫搜索）等完全超越傳統(tǒng)算法的仍較少。
在物理實現(xiàn)層面，科學(xué)家普遍認為，可用的量子計算機至少應(yīng)具有幾十個以上的量子比特、比特邏輯門的保真度達到99%，以及操作速度和退相干時間在合理范圍，但目前國際最先進的水平都未達到這一要求。與此同時，量子比特非常脆弱，外界任何微弱的環(huán)境變化都可能對其造成破壞性影響，量子計算機的核心部件通常處于比太空更加寒冷的密封極低溫環(huán)境中。
量子計算機的應(yīng)用將產(chǎn)生巨大影響
一、量子計算機將影響國際政治格局。量子計算技術(shù)關(guān)系到一個國家未來的基礎(chǔ)計算能力，擁有了這種能力才可能迅速建立起全方位的戰(zhàn)略優(yōu)勢，引領(lǐng)量子信息時代的國際發(fā)展。
二、量子計算機將顛覆IT產(chǎn)業(yè)格局。一方面，作為現(xiàn)代計算機的顛覆者，未來量子計算機會像傳統(tǒng)計算機一樣形成龐大的技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈，為信息和材料等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展開辟廣闊空間，帶動包括材料、信息、技術(shù)、能源在內(nèi)的一大批產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)飛躍式發(fā)展。另一方面，量子計算機技術(shù)也為IT產(chǎn)業(yè)各參與方提供了彎道超車的機會。
三、量子計算機將首先從專用領(lǐng)域取得突破。根據(jù)現(xiàn)有研況，量子計算機將首先在密碼、人工智能等專用領(lǐng)域出現(xiàn)，并產(chǎn)生顛覆性影響。
【關(guān)鍵詞】量子通信；量子信息學(xué)；量子信道；光子探測
1.引言
量子通信是量子力學(xué)和通信科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，可以實現(xiàn)經(jīng)典信息論不能完成的信息處理任務(wù)。量子通信以量子力學(xué)為基礎(chǔ)，其研究包括：量子隱形傳態(tài)、量子安全直接通信等研究方向，對現(xiàn)有信息技術(shù)帶來了重大突破，引起了學(xué)術(shù)界高度重視。近年來，有關(guān)量子計算機、量子相干性、量子通信、量子密碼等理論和研究大熱，其中，量子通信作為量子信息研究的內(nèi)容之一，成為物理學(xué)等領(lǐng)域最活躍的研究熱點。量子通信理論上可以實現(xiàn)絕對安全的通信過程，最初是利用光纖完成的，但由于光纖受地理和自身限制，無法實現(xiàn)遠距離的量子通信，不利于全球化量子通信。1993年，6位來自不同國家的科學(xué)提出了利用量子隱形傳送方案，構(gòu)建了一種脫離實物的量子通信系統(tǒng)，以量子態(tài)作為信息載體，通過量子態(tài)的傳送完成了大容量信息的傳輸，實現(xiàn)原則上不可被破譯的通信技術(shù)。由于存在不可避免的環(huán)境噪聲，量子的糾纏態(tài)品質(zhì)會隨著傳送距離的增加而變得越來越差。因此，量子通信不可避免地首先要解決傳輸距離的限制才能具有良好的應(yīng)用前景。空間量子通信技術(shù)利用分發(fā)糾纏光子的方法為遠程量子通信的研究提供了一種途徑。
2.空間量子通信技術(shù)原理
量子通信具有“容量大、速度快、保密性好”的優(yōu)點，其過程遵從量子力學(xué)原理。典型的量子通信系統(tǒng)包括：量子態(tài)發(fā)生器、通道和量子測量裝置。具有量子效應(yīng)的粒子如：光子、電子、原子等，都可以作為實現(xiàn)量子通信的量子信號[1]。由于光信號具有良好的傳輸特性，我們現(xiàn)在通常所說的量子通信系統(tǒng)均為量子光通信系統(tǒng)。單光子（糾纏光子對）的分發(fā)是實現(xiàn)空間量子通信的前提，空間量子通信技術(shù)可以通過空間技術(shù)實現(xiàn)全球化的量子通信，克服自由空間鏈路帶來的距離限制，圖1給出了典型量子通信實驗系統(tǒng)組成。
使用糾纏量子信號的量子態(tài)隱形傳輸技術(shù)是未來量子通信網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)[2]，其原理如下：根據(jù)量子力學(xué)理論，由兩個光子組成的糾纏光子對（薛定諤將多體量子狀態(tài)的不可分的相互關(guān)聯(lián)稱為量子糾纏），無論其在宇宙中相隔多遠，其狀態(tài)均不可分割。單獨測量其中一個光子狀態(tài)，會得到完全隨機的結(jié)果，根據(jù)海森堡測不準(zhǔn)原理，一旦測量了其中一個光子的狀態(tài)，即使其發(fā)生了變化，那么另一個光子也會發(fā)生同樣的變化，即“塌縮”到相同的狀態(tài)。利用這一特性，通信者Alice隨機產(chǎn)生一個比特，再隨機改變自己的基來制備傳輸量子態(tài)，并重復(fù)多次，接收者Bob通過量子信道進行接收，他測量每個光子，也隨機改變自己的基，當(dāng)兩人的基相同時，就得到了一組互補的隨機數(shù)。一旦竊聽者Eve進行竊聽，糾纏光子對的特性就被破壞，Alice和Bob就會發(fā)覺，因此利用這種方式的通信是絕對安全的。
3.量子通信的研究進展和趨勢
人們最初對量子的研究是基于對光的研究進行的，由于量子通信可以建立無法被破譯的通信系統(tǒng)，因此受到美國、歐盟、日本等國在內(nèi)有關(guān)科研機構(gòu)的大力研究和發(fā)展，我國在這方面的研究成果也受到了國際上的廣泛關(guān)注。特別是在量子通信的演示驗證試驗方面，學(xué)術(shù)界已經(jīng)由地面自由空間傳輸試驗向空間傳輸試驗發(fā)展[1][3]。
（1）分發(fā)協(xié)議的發(fā)展
1984年，IBM公司的Chales H.Bennet和加拿大蒙特利爾大學(xué)的Gilles Brassard提出了第一個分發(fā)協(xié)議——BB84協(xié)議[4]。在1992年，他們又提出了EPR協(xié)議，又稱E91協(xié)議，將糾纏態(tài)首次與量子通信聯(lián)系起來[5]。2002年，Bostrom和Felbinger提出了Ping-pong協(xié)議[6]，這是一個十分重要的協(xié)議，其信息可以被確定性的直接傳輸，明顯提高了傳輸相率，受到人們的重視。目前所有實驗基本上基于上述協(xié)議進行的[7]。
（2）地面自由空間量子通信實驗進展
1993年，美國IBM公司基于糾纏態(tài)交換的實驗方案實現(xiàn)了世界上第一個量子信息傳輸實驗，傳輸距離32cm，傳輸速率10bps，從此拉開了量子通信實驗研究的序幕[1]。表1給出了現(xiàn)在國內(nèi)外較著名的地面自由空間量子通信實驗及成果[2][8-10]。
其中，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授、清華大學(xué)彭承志教授等人于2005年至2009年間一系列的研究成果表明量子隱態(tài)傳輸穿越大氣層是可行的，糾纏光子在穿透等效于整個大氣厚度的地面大氣后，其糾纏特性仍可以保持，這為未來空間量子通信技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)[7]。2007年，Zeilinger領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)合實驗室在奧地利兩海島間實現(xiàn)了跨越144km距離的基于誘騙態(tài)和糾纏態(tài)量子通信，是目前為止自由空間量子通信實驗距離的世界紀(jì)錄[7]。該實驗的單光子源采用弱相干脈沖[10]，鏈路采用雙向主動望遠鏡跟蹤系統(tǒng)，包括一臺光學(xué)望遠鏡（可發(fā)送單光子同時接收信標(biāo)激光信號）及一架CCD相機等部件，如圖2所示。這個實驗的成功被認為是實現(xiàn)空間量子通信的重要基石。
由于量子通信的優(yōu)勢和特點，許多國家都把其列入重點研究范圍，縱觀各國研究現(xiàn)狀，不難發(fā)現(xiàn)，美國側(cè)重研究量子理論，正在大力研究和發(fā)展量子計算機和量子通信的理論和技術(shù)，希望在十年內(nèi)有所突破。歐洲則對星地量子通信等空間應(yīng)用較感興趣，善于聯(lián)合各國力量推動量子通信技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)已開展相關(guān)實驗。日本則重點致力于提高量子通信傳輸速率，并致力于量子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的搭建和研究。我國目前已經(jīng)在自由空間量子通信上取得了一系列世界領(lǐng)先的科研成果，需要廣大科研人員繼續(xù)努力，保持我國在該領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。
（3）量子通信在空間的實驗計劃
歐空局（ESA）自2002年以來資助了一系列空間量子通信研究，如QSpace項目（2002年-2003年），ACCOM項目（2004年），QIPS（2005年-2007年）。QSpace項目一來是為了驗證基于量子物理學(xué)的空間通信技術(shù)的可行性，二來是為了驗證空間量子通信較地面量子通信的優(yōu)勢，如可避免大氣擾動和吸收的影響等[11]。為此該項目進行了一些列的試驗，獲得了空間量子通信四項主要應(yīng)用方向，對空間量子通信技術(shù)優(yōu)勢進行了歸納總結(jié)。ACCOM項目主要包括一個空-地單向通信實驗，該實驗基于當(dāng)時的星間光通信技術(shù)，利用一個空基發(fā)射機對多個分布式地基接收機間進行自由空間量子通信實驗，首次研發(fā)出了一種可重復(fù)使用光學(xué)收發(fā)終端。該項目的實驗系統(tǒng)是在經(jīng)典光學(xué)通信系統(tǒng)上進行復(fù)雜設(shè)計后改建的。QIPS項目即為上面描述的Zeilinger領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)合實驗團隊進行的144km量子通信實驗。實驗表明，144km地面水平傳輸實驗量子信道傳輸損耗約為25-30dB，這一數(shù)值與低軌衛(wèi)星與地面間傳輸損耗大致相當(dāng)，由此可見，同樣的技術(shù)應(yīng)用于空-地系統(tǒng)更具發(fā)展?jié)摿蛢?yōu)勢。
基于上述研究成果，維也納大學(xué)的研究團隊于2004年提出了Space-QUEST計劃。審核該計劃的ELIPS-2項目組認為該計劃具有非常巨大的優(yōu)勢并強烈推薦ESA進行資助并實施。Space-QUEST實驗旨在首次驗證如下內(nèi)容[11]：
1）基于新型量子通信技術(shù)（QKD）的全球無條件安全空間信息傳輸技術(shù)。
2）利用空間環(huán)境優(yōu)勢，突破地基量子通信瓶頸，實現(xiàn)空間量子通信。
如圖4所示，該計劃擬采用國際空間站（ISS）上搭載的量子通信終端設(shè)備向地面發(fā)送糾纏態(tài)光子來進行，搭載的光學(xué)望遠鏡口徑僅10-15cm，載荷總重小于100kg，峰值功率小于250W，收發(fā)終端間距離大于1000km，遠遠超過現(xiàn)有地基實驗系統(tǒng)傳輸距離。該計劃最終將于2015年實施完成。
（4）空間量子通信技術(shù)存在的主要問題
一是空間量子通信噪聲干擾消除問題。由于現(xiàn)實通訊狀況的不完美和噪聲干擾，所有的量子密碼協(xié)議的噪聲干擾如果跟有竊聽者存在所帶來的噪聲沒有差別[1]，通信連路是無法建立起來的；二是自由空間量子信道的傳輸特性問題。不同地面環(huán)境對光子傳播的影響，包括大氣衰減和退極化效應(yīng)。4.總結(jié)
如上所述，近年來量子通信由于其安全性引起了研究人員廣泛地興趣，目前在實驗領(lǐng)域取得了一系列進展，其中量子態(tài)的隱形傳輸，量子網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)正逐步走向?qū)嵱谩Ｕ且驗榱孔訐碛袕V袤的實用前景，各國均在量子通信技術(shù)方面加大科研投入。但是在降低單光子源成本、加大通信傳輸距離、增強檢測概率等一些關(guān)鍵性問題上還需要進一步研究。本文主要闡述了空間量子通信技術(shù)的產(chǎn)生、基本原理、發(fā)展歷程和現(xiàn)狀，并對空間量子通信技術(shù)存在的問題和難點進行了介紹。筆者相信，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，量子通信技術(shù)實用化、商用化指日可待。
參考文獻
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關(guān)鍵詞 量子力學(xué) 量子教育學(xué) 主觀性
中圖分類號：O413.1 文獻標(biāo)識碼：A
量子力學(xué)所涵蓋的一些思想，在哲學(xué)的研究中體現(xiàn)比較廣泛，也對教學(xué)理論方面起了重要的作用，可以說量子力學(xué)對哲學(xué)思想的發(fā)展有著重要的促進作用。量子力學(xué)著重利用圖景等表象來認識周圍的世界，強調(diào)因果關(guān)系的認識，對后期形成的教育學(xué)理論具有參考性。但是，借助量子力學(xué)所形成的“量子教育學(xué)”則有很大的不同，這一教育學(xué)對原來的量子理論認識存在較大的偏差，充分強調(diào)自然科學(xué)。
1量子力學(xué)的緣起
1900年，量子假說出現(xiàn)在眾人的認知里，現(xiàn)在的量子力學(xué)仍在不斷完善，為后期的科學(xué)發(fā)展提供了重要的理論基礎(chǔ)，可以說量子力學(xué)是量子理論的中心，它促進了原子能等一些先進技術(shù)的發(fā)展，為社會的重大發(fā)明打下基礎(chǔ)，使人們更加清晰地認識到微觀世界，并利用微觀運動來更好地服務(wù)社會，是人類的重要發(fā)現(xiàn)，也是社會的偉大進步。
2量子力學(xué)的宇宙觀
在宇宙世界中，對量子理論有較多的探討，從已經(jīng)存在的氫原子中，找到了量子級別的狀態(tài)。對于電子而言，比原子更為復(fù)雜，這就要求必須要滿足求解該原子的特定的方程來解出，并且要求其 場剛好環(huán)繞原子核產(chǎn)生駐波而求得。此外，量子態(tài)與別的駐波不一樣，都有自己特定的頻率，并與所蘊含的能量有關(guān)，每種量子狀態(tài)都有所表征的能量。這就是說，預(yù)期任何一個態(tài)的能量都是一個具體量子所確定的，并不是模棱兩可的，只要是有理論依據(jù)，就可以科學(xué)地估測態(tài)的能量多少。由于質(zhì)子與電子之間存在著相互吸引的力，要想移動一個電子就必須要克服引力做功。
3量子的思維方式
人類思想總是處于不斷發(fā)展中，當(dāng)兩種思想發(fā)生交集時，就會形成一個比較完整的、令人驚嘆的思想成果，正如牛頓的世界觀與量子理論產(chǎn)生彼此彌合的交集，才會讓思想發(fā)展得如此迅速，才會讓社會發(fā)展如此的快。量子思維方式給人類一個重要的啟示，要求以人為中心，以人為主體。隨著時代的進步和經(jīng)濟發(fā)展，信息技術(shù)逐漸融入了人的智慧和思想，他們彼此都是看不見的，沒有確定的形狀，但彼此交匯起來以后，就成了一種可以量化的物質(zhì)，這是由于物質(zhì)性比較弱。其實，量子物理學(xué)所產(chǎn)生相關(guān)的科學(xué)智慧，是人類社會發(fā)展的重要因素，也是文明進步的重要保障，可以說，量子物理學(xué)是計算機重要的組成部分，所形成的計算機芯片是重要的思維體現(xiàn)，量子物理學(xué)不僅是科學(xué)進步的前提，更是信息發(fā)展的重要保障，量子思維更是現(xiàn)代社會發(fā)展的必要方式。
4“量子教育學(xué)”的唯心主義
從產(chǎn)生量子力學(xué)后，“量子教育學(xué)”也隨之不斷發(fā)展，雖然也涉及到一些教育學(xué)方面的觀點，但這些觀點都是被眾人早就接受了。如：學(xué)習(xí)是一個整體的過程，在這個過程中各知識點是相互聯(lián)系、彼此交錯的，以及還談到了關(guān)鍵詞：服務(wù)、個性化、互補等，但是，這些所謂的觀點及結(jié)論不是原汁原味的，也不是從量子力學(xué)中演變而來，而是與它的原理相悖，從本質(zhì)上講，“量子教育學(xué)”就是一種唯心主義的表現(xiàn)。
貝克萊比較重視經(jīng)驗，認為所學(xué)的知識來源于經(jīng)驗，但是他卻犯了一個致命的錯誤，認為感覺是世界真正存在的東西，其他的都是看不見的。他認為，知識是一切力量之源，但感覺是我們?nèi)ヌ剿魑粗澜纾非笾粮哒胬淼奈ㄒ皇侄危挥心芨杏X到，才能被發(fā)現(xiàn)。也就是說：我們的主觀性決定了我們所看見的世界，這也是量子教育學(xué)詮釋的觀點。他認為，只要消除了事物與觀念的差異，認同事物等同于所謂的觀念，并且觀念可以感知任何世界上存在的事物，這樣才會讓我們的知識更加具有生命力。
5“量子教育學(xué)”的曲解
正所周知，量子力學(xué)不可能槲ㄐ鬧饕搴筒豢芍論創(chuàng)造理論基礎(chǔ)，而“量子教育學(xué)”卻是唯心主義的重要思想來源，這是“量子教育學(xué)”對量子力學(xué)核心思維的歪曲，或者說對量子力學(xué)沒有正確的認識，造成思想上出現(xiàn)截然不同的主張，另外，“量子教育學(xué)”過分強調(diào)感覺和經(jīng)驗，導(dǎo)致偏向于不可知論，與量子力學(xué)的思想相悖而馳。
“量子教育學(xué)”對量子力學(xué)概念和方法認識的偏差表現(xiàn)有。為了進一步認識光的本質(zhì)特性，提出了波粒二象性的觀念。此后，玻爾提出了“氣補原理”，再一次詮釋了波粒二象性的本質(zhì)。“測不準(zhǔn)”原理而是在某一個方面有較大的缺陷，不是粒子在宏觀世界的不適用，只是說明不能單一地應(yīng)用某一個方面，只有同時應(yīng)用時才能為物理現(xiàn)象提高全面的解釋。玻爾認為，波粒二象性在整個量子力學(xué)中的地位較高，它是一種可以很好地描述一種物理現(xiàn)象的原理，也可以說是解釋因果關(guān)系的一種原理，它可以相互促進、相互排斥，這種互斥的關(guān)系不可或缺，這種互補關(guān)系后來被廣大學(xué)者所接受。
6結(jié)語
近年來，量子力學(xué)逐漸被廣大研究者重視起來，探討量子力學(xué)的基本原理以及與量子教育學(xué)的重要關(guān)系，在量子理論的發(fā)展過程中，這已經(jīng)留下了較多的論爭。可以肯定的是量子力學(xué)對于科學(xué)的進步貢獻了一份力量，把微觀世界與宏觀世界聯(lián)系起來，而量子教育學(xué)并不是量子力學(xué)的正確認識，就本身的發(fā)展情況來看，量子教育學(xué)認同了后現(xiàn)代主義，成為了唯心主義的重要依據(jù)。
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加拿大籍華裔杰出科學(xué)家、北京寬特量子科技有限公司首席科學(xué)家、北京曠特量子科學(xué)研究所所長武華文研究員在該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了創(chuàng)新性的突破,并且在國內(nèi)已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。
這是一項堪稱神奇的技術(shù)。專家指出:這種傳遞技術(shù)已經(jīng)超出人們的學(xué)識范圍,物質(zhì)的信息被傳遞后可以在另一處與其它物質(zhì)發(fā)生合成、分解、記憶效應(yīng),而物質(zhì)本身并不減少。
從2003年開始至2010年武華文研究員主持了五屆北京地區(qū)的量子信息研討會,并在2007年第四屆研討會上提出了量子信息對應(yīng)效應(yīng)理論。他認為量子信息有五種特征,分別為放大性、縮小性、存儲性、全息性和傳遞性。對量子信息施加能量后可以有針對性的傳遞,產(chǎn)生的量子效應(yīng)可以使物質(zhì)結(jié)構(gòu)含量增多、減少、合成新物質(zhì)和存儲信息場。這個創(chuàng)新理論完全來源于量子信息技術(shù)的多種領(lǐng)域的上千次實驗。
動物實驗得驗證
通常提高動物血清酮含量只有注射或服用酮類藥物。而采用量子信息技術(shù),接收固體粉未狀素的本體信息,作為量子治療儀的信號源,以電磁波為載體,通過電磁波的能量和所攜帶的固體素的本體信息,傳送給小鼠。在不消耗固體酮的情況下,大幅度提高了小鼠血清血睪含量。
實驗過程如下:
小鼠來源于中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院血液學(xué)研究所實驗動物室,隨機分成兩組,每組30只。一組為實驗組,另一組為對照組。排除飲食等因素的干擾,兩組具有可比性。
對照組不進行任何治療,實驗組每天連續(xù)傳遞酮本體信息6小時共5天,從第六天開始每天每組隨機取6只小鼠,摘除睛球取血,分離血清測出血清血睪酮含量(nmol/L),共取血5天結(jié)束。
所有實驗數(shù)據(jù)以平均±標(biāo)準(zhǔn)差表示,采用t檢驗進行統(tǒng)計學(xué)分析。
利用武華文的專利產(chǎn)品――量子治療儀采用最佳輸出強度對小鼠血清酮有明顯提高,應(yīng)用量子治療儀治療5天后,實驗組小鼠血清酮連續(xù)5天均高于對照組,最高可達到對照組的20倍以上,并且在治療后第4、5天仍然高于對照組,兩組差別極其顯著。
以上內(nèi)容發(fā)表于中國科技核心期刑《中國實驗動物學(xué)報》2008年第1期。
經(jīng)實驗證實:量子信息效應(yīng)可以使物質(zhì)含量增多,即信號源物質(zhì)是什么,經(jīng)量子儀器傳遞后的波動能量使其它物質(zhì)含量增多的也是什么,信號源與反應(yīng)結(jié)果有對應(yīng)效應(yīng)。
酒業(yè)實驗顯奇效
新疆三臺酒業(yè)有限公司有一批700余件,已庫存的三臺白酒(一件6瓶酒)。此酒是按照國家標(biāo)準(zhǔn),總酯≥2.50g/L生產(chǎn)的。現(xiàn)在是2.378g/L,不能按優(yōu)級酒出售,只級按一級酒出售,利潤大幅度下降。當(dāng)時只能按照次品存放在倉庫內(nèi),國家標(biāo)準(zhǔn)如下:
白酒在原地不動,不打開包裝的情況下采用脂類信息傳遞給白酒,總酯由2.378g/I升高到2.5102g/I,超過了優(yōu)級酒的標(biāo)準(zhǔn),為了觀察總酯是否穩(wěn)定,放置6個月后再檢測,符合國家標(biāo)準(zhǔn),按照優(yōu)級酒價格進入市場。
為了從理論上認識酒的變化,武華文來到中國科學(xué)院物理所光物理實驗室進行激光拉曼光譜測量,分析報告中指出:“對原酒和應(yīng)用量子技術(shù)處理后酒的拉曼散射光譜分析對照;發(fā)現(xiàn)經(jīng)過量子技術(shù)處理后的酒,它的拉曼光譜與原酒的拉曼光譜有明顯的變化,說明量子技術(shù)對酒類的處理是有作用的。”
上述實驗不僅客觀上論證了量子信息對應(yīng)效應(yīng)的存在,也為酒業(yè)的工藝修正提供了一條新路子。
消除建筑材料、服裝材料甲
甲是裝修的主要污染源,2007年武華文研制出能消除甲的量子儀器。它可以消除刨花板、密度板、木板、室內(nèi)游離甲。它的最大特點是:(1)量子儀器傳遞的量子信息波動能量可以穿透家具等實體物質(zhì),從源頭分解甲污染;(2)絕對不會造成因為噴滌多種溶液而產(chǎn)生的二次污染;(3)治理施工方便、快捷、基本上無需挪動家具;(4)治理空間大;(5)治理費用低于其它技術(shù);(6)適用范圍廣,如家具、玩具、服裝、皮革材料等。
消除甲種類表如下:
這證實量子信息效應(yīng)可以使物質(zhì)含量減少,即有分解物質(zhì)結(jié)構(gòu)的作用。既信號源是什么物質(zhì),有什么功能,傳遞后也具有它的功能特性。
量子功能水的推出
2010年5月,曠特牌礦泉水、曠特牌山藥糖脂康片正式成為商品,這兩種都是食品,但是把山藥糖脂康溶解在曠特礦泉水中成為量子順勢產(chǎn)品(中國第一個順勢療法產(chǎn)品),有降低血溏、調(diào)整便秘等作用。由于是全新科技,很多人還不能理解接受這種新理念。
《科學(xué)通報雜志》2015年第Z2期
大量的天文觀測證據(jù)表明宇宙正處于加速膨脹時期.為解釋這一現(xiàn)象,在廣義相對論框架下,通常需要引入一種稱為暗能量的未知的能量成分.最簡單的暗能量模型是具有常數(shù)狀態(tài)方程(w1)的真空能.這一模型能滿足大多數(shù)的天文觀測檢驗,但是面臨著宇宙學(xué)常數(shù)問題和年齡問題.因此,人們很自然地去考慮更為復(fù)雜一些的情形.最流行的做法是采用Ricci標(biāo)量的不同函數(shù)形式去替代愛因斯坦-希爾伯特拉格朗日量,即著名的f(R)理論.這一理論受到了非常廣泛的研究.然而,f(R)理論的四階方程使得它很難進行解析分析.與f(R)理論相類似,人們提出一種基于修改teleparallel引力的方案,即f(T)理論,來解釋宇宙近期加速膨脹現(xiàn)象.最近,國外學(xué)者的研究表明,可以從海森伯非微擾量子化方法出發(fā),得到修改引力理論.
根據(jù)這一方法,用場的算符代替場方程中出現(xiàn)的相應(yīng)的經(jīng)典場。然后,考察度規(guī)的量子漲落對宇宙演化的影響.顯然,如果1,修改的拉格朗日密度近似為希爾伯特-愛因斯坦拉格朗日密度,也就是說這里考慮的修改引力近似為廣義相對論.為了充分考慮度規(guī)的量子漲落對宇宙演化的影響,或者認真對待從海森伯非微擾量子化方法得到修改引力的方案,本文將考慮的所有可能取值.
1修改引力的場方程
對于拉格朗日密度(6),唯象考慮一種最簡單的文獻[10]中提出的情況。一般而言,應(yīng)該是時空坐標(biāo)的函數(shù).對于這一比較復(fù)雜的情形,需要另起一文進行詳細的討論。文獻[15~18]對能量-動量張量的不守恒情形進行了詳細的討論.如果1,量子漲落甚至可以抵消引力作用.但是,如果很小,度規(guī)的量子漲落的影響也就很微弱,拉格朗日密度(6)近似為希爾伯特-愛因斯坦拉格朗日密度.為了充分考察度規(guī)的量子漲落的影響,本文將考慮參數(shù)所有可能取值,并將在下一章進行詳細的討論.
2宇宙學(xué)上的應(yīng)用
把修改引力的場方程(13)應(yīng)用到均勻各向同性的Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker(FLRW)宇宙在廣義相對論中,所有這些不同形式導(dǎo)致相同的場方程和能量-動量張量.2種拉格朗日密度,mLp和mL,得到廣泛地討論和應(yīng)用.文獻[16]詳細討論了物質(zhì)的拉格朗日密度mL作為物質(zhì)能量密度的任意函數(shù)的情形.在本文研究中,物質(zhì)的拉格朗日密度在場方程中出現(xiàn),所有相關(guān)結(jié)果都很大程度上依賴于mL的選擇.一般而言,物質(zhì)的拉格朗日密度沒有一個唯一確定的選擇,而且仍是一個值得研究的問題.按照文獻[14]的做法。有了這些基本方程,現(xiàn)在可以來考察度規(guī)的量子漲落對早期宇宙、暴脹、輻射主導(dǎo)、塵埃主導(dǎo)和暗能量主導(dǎo)時期的影響.首先考察量子漲落對很早時期的宇宙的影響.從方程(21)和(22)很容易看出,發(fā)現(xiàn)可以滿足條件H0和H0,也就是說可以實現(xiàn)反彈宇宙,從而避免大爆炸奇點.如果只有正常物質(zhì),如輻射,這反彈宇宙不可能在廣義相對論中實現(xiàn).
3討論和結(jié)論
本文考慮了一種基于海森伯度規(guī)非微擾量子化方法的修改引力.得到了修改引力的場方程并應(yīng)用到FLRW時空.考察了度規(guī)的量子漲落對早期宇宙、暴脹、輻射主導(dǎo)、塵埃主導(dǎo)和暗能量主導(dǎo)時期宇宙演化的影響.發(fā)現(xiàn),由于度規(guī)的量子漲落,在一定條件下可以實現(xiàn)反彈宇宙.討論了量子漲落對暴脹參數(shù)(如慢滾參數(shù)、光譜指數(shù)和原初曲率擾動譜)的影響.如果量子漲落比較大,在輻射主導(dǎo)或塵埃主導(dǎo)的時期,也可以實現(xiàn)宇宙加速膨脹.但事實上,的值理論上應(yīng)該比較小,也就是說度規(guī)的量子漲落對輻射和物質(zhì)主導(dǎo)時期的宇宙演化影響比較微弱.在暗能量主導(dǎo)的時期,比較小的度規(guī)的量子漲落也可能導(dǎo)致宇宙膨脹減速的情形.
作者：楊榮佳 單位：河北大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 中國科學(xué)院理論物理研究所
關(guān)鍵詞： 量子力學(xué) 教學(xué)方法改革 創(chuàng)新思維
量子力學(xué)是研究微觀粒子運動規(guī)律的科學(xué)，自誕生以來它就成功地說明了原子及分子的結(jié)構(gòu)、固體的性質(zhì)、輻射的吸收與發(fā)射、超導(dǎo)等物理現(xiàn)象。作為物理學(xué)專業(yè)的專業(yè)理論課，量子力學(xué)在物理學(xué)專業(yè)中具有極其重要的地位。現(xiàn)代物理學(xué)的各個分支，如高能物理、固體物理、核物理、天體物理和激光物理等都是以量子力學(xué)為基礎(chǔ)，并且已經(jīng)滲透到化學(xué)和生物學(xué)等其他學(xué)科。同時量子理論還具有巨大的實用價值，半導(dǎo)體器件和材料、激光技術(shù)、原子能技術(shù)和超導(dǎo)材料等都是以量子力學(xué)原理為基礎(chǔ)的。
通過對量子力學(xué)的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以掌握現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)最重要的基礎(chǔ)理論，還可以提高科學(xué)素質(zhì)和思想素質(zhì)，但是量子力學(xué)中的概念和解決問題的方法與經(jīng)典物理有著本質(zhì)的不同。學(xué)生普遍反映量子力學(xué)抽象、枯燥、難理解、抓不住重點，學(xué)習(xí)起來非常困難。針對以上問題，我對教學(xué)進行了思考和探討，采用了一些切實可行的措施，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生更好地掌握了量子力學(xué)知識，同時培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維。
一、教學(xué)過程中存在的問題
在量子力學(xué)的教學(xué)過程中，我發(fā)現(xiàn)以下幾個問題。
1.量子力學(xué)是一門十分抽象的課程，其中許多概念、原理都不好理解，并且量子力學(xué)從概念到解決問題的方法跟經(jīng)典物理有著根本性的區(qū)別，但是很多學(xué)生習(xí)慣性地用經(jīng)典的思想去理解量子力學(xué)，這樣就不自覺地增加了難度。比如“波粒二象性”，經(jīng)典物理認為波動性和粒子性是互不相關(guān)的、相互獨立的，而量子力學(xué)認為波動性和粒子性是微觀粒子同時具備的兩種屬性。
2.學(xué)習(xí)量子力學(xué)，數(shù)學(xué)知識是必不可少的。量子力學(xué)中有著繁雜的數(shù)學(xué)知識，例如，數(shù)學(xué)分析中的微積分，代數(shù)學(xué)中的矩陣論，數(shù)學(xué)物理方程的微分方程，復(fù)變函數(shù)，等等。在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，不少學(xué)生對已學(xué)過的數(shù)學(xué)知識掌握得不是很牢固，在推導(dǎo)公式的過程中忘記了公式所描述的物理內(nèi)涵，影響了對量子力學(xué)知識的理解。
3.由于量子力學(xué)的課時緊張，教學(xué)過程中采用了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，由教師到學(xué)生的“單向傳授”的教學(xué)形式。學(xué)生失去了主體地位，只能被動地接受知識，學(xué)習(xí)的興趣和積極性不高，導(dǎo)致教學(xué)效率降低。
二、量子力學(xué)的教學(xué)方法改革
1.采用多種教學(xué)手段相結(jié)合的教學(xué)模式。由于量子力學(xué)的內(nèi)容抽象難懂，又是建立在一系列基本假定的基礎(chǔ)之上，不少學(xué)生很難接受，甚至認為這門課程沒有用處。在量子力學(xué)的教學(xué)過程中，由單一的教師講授過渡到板書、錄像、課件、演示實驗等各種手段相結(jié)合的教學(xué)模式，將圖、文、聲、像等信息有機地組合在一起，形象、直觀、生動，容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，學(xué)生可以享受到本校的教學(xué)資源，還可以突破空間的限制，享受到全國高水平的教學(xué)資源，從而豐富學(xué)生的資料庫，也為各學(xué)校的師生討論交流提供一個很好的平臺。
隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，知識更新非常快。在教學(xué)中，教師應(yīng)及時將與量子力學(xué)相關(guān)的科技前沿和高新技術(shù)引入教學(xué)中，介紹與量子力學(xué)密切相關(guān)的課題，闡明科學(xué)技術(shù)中所蘊含的量子力學(xué)原理。如我們在講解一維無限深勢阱時，將其與半導(dǎo)體量子阱和超晶格這一科學(xué)前沿相聯(lián)系；在講解隧道效應(yīng)時，將其與掃描隧道顯微鏡相聯(lián)系，進而介紹掃描探針操縱單個原子的實驗。同時在教學(xué)中，我們理論聯(lián)系實際，多介紹量子力學(xué)知識與材料科學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等其他學(xué)科之間的密切聯(lián)系，重點介紹在材料科學(xué)中的廣泛應(yīng)用，包括新材料設(shè)計、開發(fā)新材料、材料成分和結(jié)構(gòu)分析技術(shù)等。通過這種方式，學(xué)生對這一部分的知識有了直觀的認識，從而不再感到量子力學(xué)的學(xué)習(xí)枯燥無味，同時也提高了接受新知識、學(xué)習(xí)新知識的意識和能力。
2.結(jié)合數(shù)學(xué)知識，把物理情境的建立作為教學(xué)的重點。量子力學(xué)可以說無處不數(shù)學(xué)，這門學(xué)科對高級數(shù)學(xué)語言的成功運用，正是它高深與完美的體現(xiàn)。數(shù)學(xué)雖然加深了物理問題的難度，卻維護了理論的嚴(yán)謹性和科學(xué)性。當(dāng)然這不是要求老師從頭到尾、長篇冗重地推演計算，合理地修剪枝杈既能讓學(xué)生抓住重點，又免使學(xué)生感到量子力學(xué)只是數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)。對于學(xué)習(xí)量子力學(xué)的同學(xué)，可以著重于對物理概念的剖析和物理圖像的描繪，繞過數(shù)學(xué)分析難點，通過簡化模型、對稱性考慮、極限情形和特例、量綱分析、數(shù)量級估計、概念延拓對比等得出結(jié)論。定量分析盡量只用簡單的高數(shù)和微積分、常見的常微分方程，對復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)可以不做講解，只對少數(shù)優(yōu)秀生或感興趣的同學(xué)個別輔導(dǎo)。例如，在求解本征方程時，只介紹動量、定軸轉(zhuǎn)子能量本征值的求解；對無限深勢阱情況，薛定諤方程可類比普通物理中的簡諧振動方程；對氫原子和諧振子的能量本征值問題，只重點介紹思路、方法和結(jié)論，不作詳細推導(dǎo)。
3.充分應(yīng)用類比法，講述量子力學(xué)。經(jīng)典力學(xué)是量子力學(xué)的極限情況，在教授過程中，應(yīng)盡可能找到“經(jīng)典”對應(yīng)，應(yīng)用類比方法講述量子力學(xué)中抽象的概念和物理圖像，有助于正確理解量子力學(xué)的物理圖像。用光的單縫、雙縫衍射、干涉說明光的波動性，用光電效應(yīng)、康普頓散射說明光的粒子性，運用這種方法有利于學(xué)生掌握光的波粒二象性。在將量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)類比的同時，還要清楚量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)在觀念、概念和方法上的區(qū)別。例如，經(jīng)典力學(xué)用位矢、速度描述物體的狀態(tài)，而量子力學(xué)用波函數(shù)描述系統(tǒng)狀態(tài)；經(jīng)典力學(xué)用牛頓第二定律描述狀態(tài)變化，量子力學(xué)用薛定諤方程描述狀態(tài)的變化。另外對于量子力學(xué)中的波粒二象性、態(tài)迭加原理、統(tǒng)計原理等都要與經(jīng)典力學(xué)中的相關(guān)概念區(qū)分開來，類比說明，闡明清楚其真正內(nèi)涵。
4.改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，采用以學(xué)生為主體的教學(xué)模式。量子力學(xué)的現(xiàn)代教學(xué)多以“教師講授”為主，同時配合多媒體課件輔助教學(xué)，教學(xué)模式較傳統(tǒng)教學(xué)有所變化，多媒體課件教學(xué)雖然能夠在一定程度上激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，但仍然是“填鴨式”的教學(xué)法，沒能真正地改變傳統(tǒng)教學(xué)的弊端。因此在教學(xué)過程中，要避免課堂成為教師的一言堂，鼓勵學(xué)生提問，激發(fā)學(xué)生的逆向思維和非規(guī)范性思維等，通過創(chuàng)設(shè)問題情境使師生互動起來，提高學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的積極性，加深學(xué)生對這門課程的理解。還要組織學(xué)生開展相關(guān)課題討論，引導(dǎo)學(xué)生自主能動地思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
三、結(jié)語
“量子力學(xué)”是物理類專業(yè)基礎(chǔ)課程中教學(xué)的難點和重點，建立新的教學(xué)模式，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)、理解和掌握這門課程。
參考文獻：
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[關(guān)鍵詞]量子計算 量子通信 通信效率 安全通信
中圖分類號：TN918 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）09-0128-01
引言
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，量子信息學(xué)逐漸得到人們的關(guān)注與重視，在近代物理學(xué)、計算機科學(xué)等領(lǐng)域都有所涉及。通過量子力學(xué)的基礎(chǔ)，不斷的發(fā)展與延伸。量子信息學(xué)，是量子力學(xué)與信息科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，是以量子力學(xué)的態(tài)疊加原理為基礎(chǔ)，研究信息處理的一門新興前沿科學(xué)。包括量子密碼術(shù)、量子通信、量子計算機等幾個方面。我們在這里，著重的了解一些量子通信。
一、 量子通信協(xié)議概念
1，量子通信協(xié)議定義
量子通信系統(tǒng)的基本部件包括量子態(tài)發(fā)生器、量子通道和量子測量裝置。按其所傳輸?shù)男畔⑹墙?jīng)典還是量子而分為兩類。前者主要用于量子密鑰的傳輸，后者則可用于量子隱形傳態(tài)和量子糾纏的分發(fā)。其中隱形傳送是指脫離實物的一種“完全”的信息傳送。可以想象：先提取原物的所有信息，然后將這些信息傳送到接收地點，接收者依據(jù)這些信息，選取與構(gòu)成原物完全相同的基本單元，制造出原物完美的復(fù)制品。實際上是一種對于通信地保密性的傳輸。是一種在理論上可以保證通信絕對安全的一種通信方式。由于量子力學(xué)中的不確定性原理，是不允許精確地提取原物的全部信息，因此長期以來，隱形傳送不過是一種幻想而已。
2，量子通信與光通信的區(qū)別
量子通信與光通信的區(qū)別，在于在通信中用的光的強度是不同的。光通信一般采用是強光，包括無線電、微波、光纜、電纜等具體形式。通過偏振或相位等的調(diào)制方式來實現(xiàn)。量子通信討論的是光子級別的很弱的光，通過對光子態(tài)的調(diào)制，但是主要利用了光子的特性，量子態(tài)不可克隆原理和海森堡不確定性關(guān)系。這也是區(qū)別于光通信的重點。
二、量子通信基本方式
量子通信在量子力學(xué)原理的基礎(chǔ)上，通過量子態(tài)編碼和攜帶信息進行加工處理，將信息進行傳遞。只要包括：量子隱形傳態(tài)、量子密鑰分發(fā)等，下面主要介紹這兩個組成部分：
1，量子隱形傳態(tài)
量子隱形傳態(tài)，又稱量子遙傳、量子隱形傳輸。經(jīng)由經(jīng)典通道和EPR 通道傳送未知量子態(tài)。利用分散量子纏結(jié)與一些物理訊息的轉(zhuǎn)換來傳送量子態(tài)至任意距離的位置的技術(shù)。它傳輸是量子態(tài)攜帶的量子信息。想要實現(xiàn)量子隱形傳態(tài)，要求接收方和發(fā)送方擁有一對共享的EPR對，即BELL態(tài)（貝爾態(tài)）。發(fā)送方對他的一半EPR對與發(fā)送的信息所在的粒子進行結(jié)合，而接收方所有的另一半EPR對將在瞬間坍縮為另一狀態(tài)。根據(jù)這條信息，接收方對自己所擁有的另一半EPR對做相應(yīng)幺正變換即可恢復(fù)原本信息。到乙地，根據(jù)這些信息，在乙地構(gòu)造出原量子態(tài)的全貌。量子隱形傳態(tài)大致可以這樣描述：準(zhǔn)備一對糾纏光子對，一個光子發(fā)送給有原始量子態(tài)（即第三個光子）的甲方，另一個光子發(fā)送給要復(fù)制第三光子的量子態(tài)的乙方。甲方讓收到的一個光子與第三光子相互干涉（“再糾纏”），再隨機選取偏振片的方向測量干涉的結(jié)果，將測量方向與結(jié)果通過普通信道告訴乙方；乙方據(jù)此選擇相應(yīng)的測量方向測量他收到的光子，就能使該光子處于第三光子的量子態(tài)。
量子隱形傳態(tài)作為量子通信中最簡單的一種，是實現(xiàn)全球量子通信網(wǎng)絡(luò)的可行性的前提研究。它的存在與應(yīng)用，可以完全的保證用戶的信息安全，通信保密，同時如果出現(xiàn)有人竊聽的現(xiàn)象，將會及時的進行信息的改變，保證內(nèi)容的“獨一無二”。
2，量子密鑰分發(fā)
量子密鑰分發(fā)以量子物理與信息學(xué)為基礎(chǔ)，是量子密碼研究方向中不可缺少的重要部分。被認為是安全性最高的加密方式，實現(xiàn)絕對安全的密碼體制。當(dāng)然這只是理論上的內(nèi)容，在現(xiàn)實生活中還是有一定的差距。只是理論上具有無條件的安全性。1969年提出用量子力學(xué)的理論知識進行加密信息處理。到了1984年，第一次提出量子密鑰分發(fā)協(xié)議，即BB84協(xié)議。隨后又提出B92協(xié)議。2007年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)院士潘建偉小組在國際上首次實現(xiàn)百公里量級的誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)，解決了非理想單光子源帶來的安全漏洞。后又與美國斯坦福大學(xué)聯(lián)合開發(fā)了國際上迄今為止最先進的室溫通信波段單光子探測器――基于周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)的上轉(zhuǎn)換探測器。解決了現(xiàn)實環(huán)境中單光子探測系統(tǒng)易被黑客攻擊的安全隱患。保證了非理想光源系統(tǒng)的安全性。生成量子密鑰大致為：準(zhǔn)備一批糾纏光子對，一個光子發(fā)送給發(fā)信方，另一個光子發(fā)送給收信方。測量光子極化方向的偏振片的方位約定好兩種。兩人每次測量一個光子時選擇的方向都是隨機的，但要記錄下每次選擇的方向，當(dāng)然也要記錄下每次測量的結(jié)果，有光子通過偏振片就記1，無光子通過則記0。通過普通信道兩人交換測量方向的記錄，那些測量方向不一致的測量結(jié)果的記錄都舍去不要，剩下的那些測量方向相同所對應(yīng)的測量結(jié)果，兩人應(yīng)一致，這一致的記錄就可作為兩人共同的密鑰。
總結(jié)
經(jīng)典通信較光量子通信相比，量子通信具有傳統(tǒng)通信方式所不具備的絕對安全特性。具有保密性強、大容量、遠距離傳輸?shù)忍攸c。量子通信不僅在軍事、國防等領(lǐng)域具有重要的作用，而且會極大地促進國民經(jīng)濟的發(fā)展。逐漸走進人們的日常生活。為了讓量子通信從理論走到現(xiàn)實，從上世紀(jì)90年代開始，國內(nèi)外科學(xué)家做了大量的研究工作。自1993年美國IBM的研究人員提出量子通信理論以來，美國國家科學(xué)基金會和國防高級研究計劃局都對此項目進行了深入的研究，歐盟在1999年集中國際力量致力于量子通信的研究，研究項目多達12個，日本郵政省把量子通信作為21世紀(jì)的戰(zhàn)略項目。我國從上世紀(jì)80年代開始從事量子光學(xué)領(lǐng)域的研究，近幾年來，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的量子研究小組在量子通信方面取得了突出的成績。
參考文獻
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[5]宋斌 - 空間量子通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀《移動信息》 - 2015.
摘要：本文以目前中藥信息素材的現(xiàn)狀為出發(fā)點，分析和研究了國內(nèi)外現(xiàn)有中藥信息及相關(guān)信息數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，探討了如何對中藥信息素材進行“量子化”處理，以及對中藥量子信息素材數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進行系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)。關(guān)鍵詞：中藥量子信息素材；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計；頁面實現(xiàn)doi： 10.3969/j.issn.2095-5707.2014.02.002The Design and Implementation of Traditional Chinese Medicine Quantum Information Material Database SystemXiao Fenfen， Zhang Xinyou*， Luo Shanshui， Li Weiwei（Jiangxi University of Traditional Chinese Medicine， Nanchang Jiangxi 330004， China）Abstract： Based on the current situation of Traditional Chinese Medicine （TCM） information materials， this article analyzed and researched the existing domestic and foreign Chinese medicine information and related information database system， discussed the Quantization of TCM information materials， designed and implemented TCM quantum information materials database system.Key words： TCM quantum information materials； database system； system design； page implementation 中醫(yī)藥學(xué)是我國寶貴的文化遺產(chǎn)，隨著中醫(yī)藥在長期實踐中的應(yīng)用以及中藥現(xiàn)代進程的不斷推進，中藥信息素材呈指數(shù)遞增趨勢。由于中藥本身的復(fù)雜性和臨床應(yīng)用的廣泛性，以及在中藥現(xiàn)代化的進程中對中藥信息的不斷挖掘，發(fā)現(xiàn)其潛在的中藥信息素材具有多學(xué)科的相互交融，這些現(xiàn)象均造成了中藥信息素材存在著分散性和模糊不確定性，本研究是將這些海量的數(shù)據(jù)通過分析、整理、量子化處理、補充和完善，使原來內(nèi)涵比較龐雜的中藥信息解析成若干個具有獨立概念的“量子”，并將這些所謂的“量子”中藥信息存入特定的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，將先進的智能技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與浩如煙海的中藥信息有機地結(jié)合起來，按照科學(xué)研究、教學(xué)和決策等的需要，建成一套具有大量中藥信息支持的中藥量子信息計算機管理系統(tǒng)，這將對促進中醫(yī)藥信息資源的開發(fā)、利用基金項目：江西省衛(wèi)生廳中醫(yī)藥科研計劃項目（2010A008）；江西省研究生創(chuàng)新專項資金項目（YC2012-S105）；江西中醫(yī)學(xué)院研究生教育創(chuàng)新計劃立項項目（JZYC11B05）第一作者：肖芬芬，碩士研究生，研究方向：中藥信息資源管理。E-mail： *通訊作者：章新友，教授，研究方向：計算機應(yīng)用與中藥信息資源管理。E-mail： xinyouzhang@ 和共享，加快中醫(yī)藥信息化的建設(shè)，實現(xiàn)中醫(yī)藥現(xiàn)代化等具有十分重要的現(xiàn)實意義。1 國內(nèi)外中藥數(shù)據(jù)庫的現(xiàn)狀分析中藥數(shù)據(jù)庫是現(xiàn)代信息技術(shù)在醫(yī)藥領(lǐng)域中的應(yīng)用，在當(dāng)前的信息化建設(shè)中，將中藥信息進行科學(xué)系統(tǒng)的管理，使用戶能更高效地掌握或者搜索自己所需要的知識。也就是說管理信息系統(tǒng)（Management Information Systems，MIS）正深入到醫(yī)藥行業(yè)中，它為信息化的建設(shè)提供了有力的理論和技術(shù)支持。至20世紀(jì)末以來，國內(nèi)外相繼建立了大量的中藥信息數(shù)據(jù)庫以及天然產(chǎn)物的數(shù)據(jù)庫。在國內(nèi)建立的中藥數(shù)據(jù)庫有中國中醫(yī)科學(xué)院中醫(yī)藥信息研究所的中國中藥數(shù)據(jù)庫、中國中藥化學(xué)成分數(shù)據(jù)庫、民族醫(yī)藥（包括藏藥、蒙藥、維吾爾藥、苗藥、傣藥、瑤藥）數(shù)據(jù)庫等，中國中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所的中草藥數(shù)據(jù)庫、中醫(yī)藥成果數(shù)據(jù)庫、全國中藥材資源普查資料數(shù)據(jù)庫等[1-2]。還有近期的維吾爾醫(yī)常用藥材及新疆特有植物化合物樣品數(shù)據(jù)庫，它收集和整理了眾多維醫(yī)藥現(xiàn)代和古秘方文獻，以數(shù)字化形式系統(tǒng)地記載了常用維藥藥材的特征、不同部位的提取物制備方法。在國外，有美國化學(xué)文摘數(shù)據(jù)庫、美國伊利諾伊大學(xué)的植物藥化學(xué)庫、韓國漢城大學(xué)的天然藥物數(shù)據(jù)庫等[3]。以上數(shù)據(jù)庫均可在網(wǎng)絡(luò)上檢索使用。還有很多都是自建自用的，其聯(lián)合建庫的少，專題數(shù)據(jù)庫比較多，缺乏一定的統(tǒng)一性、規(guī)范性、兼容性[4-6]。本課題將以2010年版《中華人民共和國藥典》（以下簡稱《中國藥典》）為藍本，以國內(nèi)外權(quán)威著作為數(shù)據(jù)源，利用計算機技術(shù)將原始數(shù)據(jù)進行“量子化”分析處理，提高信息獲取效率，有助于從中挖掘出有用信息和未曾被人發(fā)現(xiàn)的隱含信息。通過對現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫進行整理，對中藥信息素材數(shù)據(jù)庫進行系統(tǒng)設(shè)計。2 中藥信息素材的“量子化”處理方法數(shù)據(jù)庫是知識發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)工程，要獲得高信息含量、有用的知識，必須要更好地處理數(shù)據(jù)，理想情況是原始數(shù)據(jù)為不含噪音的數(shù)據(jù)。建立良好的中藥量子信息素材數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)字化、智能化的科學(xué)管理，要求我們首先將中藥信息素材進行“量子化”處理。中藥信息素材“量子化”是指通過合理地分析、整理，將中藥信息素材原始數(shù)據(jù)細化成由若干漢字或者數(shù)字組成的不可再行細分的、并且具有相對獨立內(nèi)涵及排他作用的最小信息單位[7-10]。中藥的“五味”經(jīng)“量子化”后被解析為甘、辛、咸、淡、澀、苦、微苦、酸、微酸9個“量子”。在中藥炮制中，根據(jù)不同中藥飲片所采用的炮制方法，進行分類與分析，分為清炒、麩炒、米炒、土炒、砂炒、蛤粉炒、滑石粉炒、炒炭、酒炙、醋炙、鹽炙、姜炙、蜜炙、油炙、煅炭、明煅、淬煅、蒸、煮、燉、煨21個“量子”。通過將原始數(shù)據(jù)進行“量子化”處理，不僅使中藥信息素材具有獨立性、排他性，更是為中藥數(shù)據(jù)的挖掘奠定良好的基礎(chǔ)。這些不可再分的數(shù)據(jù)經(jīng)處理后，可轉(zhuǎn)換成一組可供計算機識別、計算的代碼即“數(shù)字”后，計算機即可對這些“量子”進行“數(shù)字化”處理[7]。3 系統(tǒng)整體設(shè)計和開發(fā)工具的選擇在系統(tǒng)設(shè)計中，我們選用了比較先進的系統(tǒng)開發(fā)工具，來適應(yīng)對系統(tǒng)需求關(guān)系的梳理、細化與分割，達到條理清晰、易于編程、便于檢測、方便擴充功能等要求。本系統(tǒng)是在微軟Windows 8操作系統(tǒng)下，采用Microsoft SQL Sever 2012并應(yīng)用Dephi和Visual Basic（VB）進行開發(fā)的。Microsoft Visual Studio 2012是目前比較流行、全面高效的專業(yè)開發(fā)系統(tǒng)，針對不同的開發(fā)人員，它提供了不同的版本，旨在幫助軟件開發(fā)人員更好地應(yīng)對一些比較復(fù)雜的挑戰(zhàn)，并且創(chuàng)建新的解決方案，可以減少在關(guān)鍵任務(wù)環(huán)境中的平靜修復(fù)時間（MTTR），增加團隊生產(chǎn)力。Visual Studio的目的是改進開發(fā)流程，幫助人們更輕松地實現(xiàn)突破、獲得更令人滿意的結(jié)果，它能夠提高工作效率，從單一集成開發(fā)環(huán)境（Integrated Develop- ment Environment，簡稱IDE）中的高效代碼編輯器、IntelliSense、向?qū)Ш投喾N編碼語言，到Microsoft®； Visual Studio®； Team System中的高端應(yīng)用程序生命周期管理 （Application Lifecycle Management，簡稱ALM）產(chǎn)品。
數(shù)據(jù)庫則采用SQL Server 2012，可幫助處理每年大量數(shù)據(jù)的增長，相對于其它版本，它具備可伸縮性、更加可靠以及前所未有的高性能，可提供一個非常便于使用的數(shù)據(jù)庫平臺，并且能使應(yīng)用的部署和維護、數(shù)據(jù)的管理和備份得到簡化，這樣管理數(shù)據(jù)及用戶訪問更加容易。4 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)4.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計本系統(tǒng)采用了分布式多層結(jié)構(gòu)。第一層是客戶層，客戶通過使用Graphical User Interface（GUI）可以與應(yīng)用程序進行交互；第二層是中間層，通常由一個或多個應(yīng)用服務(wù)器組成，應(yīng)用服務(wù)器處理客戶的請求，然后將結(jié)果返回客戶層；第三層為數(shù)據(jù)層，是維護、更新、駐留業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的地方，在處理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)時，可以通過中間層訪問數(shù)據(jù)層。通過采用多層結(jié)構(gòu)，將數(shù)據(jù)庫操作和事務(wù)管理轉(zhuǎn)移到中間層中處理，可以避免在WEB應(yīng)用程序中進行直接操作和事務(wù)管理。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。本系統(tǒng)運行在Windows平臺環(huán)境中，選用Component Object Model/Microsoft Distributed Component Object Model（COM/DCOM）為實現(xiàn)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。采用Microsoft的COM/DCOM標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計系統(tǒng)時，我們不需要考慮兼容性問題，而且系統(tǒng)會很穩(wěn)定。把多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與COM/DCOM結(jié)合起來，將分布式組件對象技術(shù)引入多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，一定程度上提高系統(tǒng)的可管理性、可維護性、可伸縮性和可集成性等，使中藥量子信息素材數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的開發(fā)、使用和維護都變得簡單。4.2 系統(tǒng)模塊組成與功能4.2.1 系統(tǒng)總功能的設(shè)計 中藥量子信息素材數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要由八個模塊組成，包括中藥基本信息模塊、中藥鑒定模塊、中藥炮制模塊、配伍應(yīng)用模塊、中藥現(xiàn)代研究模塊、中醫(yī)藥文獻模塊、中藥市場模塊、留言本模塊，如圖2所示。圖2 中藥量子信息素材數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)總體功能模塊圖4.2.2 系統(tǒng)模塊詳細功能 8個系統(tǒng)模塊功能各異。①中藥基本信息模塊。本模塊提供中藥的基本信息，包括中藥的名稱、拉丁名稱、別名、藥性、藥效、主治功能等信息；與中藥治病本源有關(guān)的信息素材，如藥理、臨床、專家論述等信息。以《中國藥典》為藍本，中醫(yī)藥典籍為依據(jù)，對由多個漢字組合而成的大文本復(fù)雜數(shù)據(jù)或圖片進行量子化處理，有利于將紛繁復(fù)雜的中藥信息處理成簡潔、有效的信息單位，在一定程度上解決了信息量大、數(shù)據(jù)復(fù)雜不易處理的困境，提高了中藥數(shù)據(jù)庫的智能化水平。②中藥鑒定模塊。本模塊主要包括了中藥的來源鑒定、性狀鑒定、顯微鑒定、理化鑒定以及其他方法。來源鑒定包含中藥材原植物的圖片、中藥材植物形態(tài)、核對標(biāo)本、核對文獻；性狀鑒定包含藥材的性狀、大小、顏色、表面特征、氣味等；顯微鑒定包括組織結(jié)構(gòu)、細胞內(nèi)含物、細胞壁性質(zhì)等；理化鑒定包括一般常數(shù)的測定、一般的理化鑒別等信息素材。用戶可以通過該模塊辨別中藥材的真?zhèn)巍＂壑兴幣谥颇K。該模塊主要包含了中藥炮制方法、炮制目的、炮制對中藥化學(xué)成分的影響，以及炮制品的質(zhì)量要求和藥材的貯藏條件等信息。可以收錄或提供藥名、炮制品名、炮制歷史、炮制方法、炮制意義、飲片性狀、儲藏方法、炮制研究等各個方面的數(shù)據(jù)。若暫無某項目的古今資料，待有新的發(fā)現(xiàn)后可隨時增補。④配伍應(yīng)用模塊。用戶在此模塊可以查找到中成藥、組方、處方來源、功能禁忌等。⑤中藥現(xiàn)代研究模塊。本模塊包括生物技術(shù)、現(xiàn)代藥理與毒性研究、引種栽培、中藥化學(xué)成分分析及其圖譜等。⑥中醫(yī)藥文獻模塊。本模塊包括中文文獻、外文文獻兩部分，用戶可以通過此模塊查詢到有關(guān)中藥的典籍及文獻。⑦中藥市場模塊。本模塊包括中藥材市場、中成藥市場、中醫(yī)藥法規(guī)三個部分，用戶可以檢索到中藥、中成藥的價格變化、生產(chǎn)地點和廠家、管理等信息。⑧留言本模塊。本模塊主要用于用戶留言，提供用戶與管理員之間的交流通道。進入此模塊，必須進行注冊。本數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有維護更新功能，系統(tǒng)管理人員可以隨時對數(shù)據(jù)進行添加、更新、刪除工作，以確保中藥量子信息素材數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性、新穎性。4.3 系統(tǒng)頁面的設(shè)計與實現(xiàn)4.3.1 系統(tǒng)首頁的設(shè)計與實現(xiàn) 在中藥量子信息素材數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)首頁及子系統(tǒng)界面顏色的設(shè)計中，為體現(xiàn)出我國中藥的韻味，本系統(tǒng)主要采用了淡綠色、白色的搭配，圖片上采用了銀杏葉、人參花等中藥原植物等素材，充分體現(xiàn)了本系統(tǒng)的主題是中藥。系統(tǒng)前臺頁面的首頁也就是一級頁面，是每一個用戶均可瀏覽查看的界面，主要包括：簡單搜索欄、網(wǎng)站介紹、登錄口、友情鏈接欄，通過首頁上方的導(dǎo)航可分別進入中藥基本信息、中藥鑒定、中藥炮制和中藥現(xiàn)代研究等頁面。系統(tǒng)前臺總頁面如圖3所示。 圖3 中藥量子信息素材數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)前臺主頁面 4.3.2 系統(tǒng)后臺頁面的設(shè)計與實現(xiàn) 針對中藥量子信息素材數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)功能模塊的設(shè)計，為了能夠更好地實現(xiàn)系統(tǒng)管理，經(jīng)過權(quán)限設(shè)定分為系統(tǒng)管理員和普通會員，普通會員經(jīng)登錄后可以實現(xiàn)查看信息及留言等功能。后臺頁面功能主要是針對系統(tǒng)管理員，系統(tǒng)管理員可以對普通會員、通知通告、中藥信息數(shù)據(jù)庫等進行新增、修改、刪除等系列管理。系統(tǒng)后臺功能邏輯如圖4所示。圖4 中藥量子信息素材數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)后臺功能邏輯圖通過分析、整理中藥量子信息素材數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的整體功能，我們實現(xiàn)了系統(tǒng)后臺管理，系統(tǒng)后臺頁面如圖5所示。 圖5 中藥量子信息素材數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)后臺管理頁面5 總結(jié)中藥信息素材的量子化處理，大大提高了計算機的處理效率，為中藥的信息化、數(shù)字化做準(zhǔn)備，加速了“數(shù)字化”進程，為知識發(fā)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。隨著計算機技術(shù)的進步，中藥數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)也在不斷更新完善，并在科研中發(fā)揮重要的作用。本課題旨在建立與完善中藥素材基本量子數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，但是應(yīng)該看到，這類數(shù)據(jù)庫的建設(shè)水平也有待提高，中藥數(shù)據(jù)庫的設(shè)計思想也值得深入探討。同時，伴隨著中藥信息素材數(shù)量的不斷增長，將量子化技術(shù)應(yīng)用于中藥信息素材的分析、加工和整理，雖然可以使一些復(fù)雜的中藥數(shù)據(jù)簡潔化、精確化和規(guī)范化，但同時也帶來了中藥信息素材損失率增加的情況。將中藥量子化技術(shù)與中藥全文檢索技術(shù)相結(jié)合，可在一定程度上解決該問題。我們相信，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步和研究方法的日益創(chuàng)新，中藥的現(xiàn)代化和國際化進程將逐步加快。最誠摯地感謝江西中醫(yī)藥大學(xué)研究生院柯瑜及其他老師們，在申報、開展創(chuàng)新課題及撰寫論文期間，給予我耐心的指導(dǎo)和真誠的幫助；并定期組織座談會及交流會，保證了更好地完成課題、論文。參考文獻[1]萬仁甫，徐偉亞.中藥數(shù)據(jù)庫的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢探討[J].中國藥房，2006，17（10）：794-796.[2]彭勇，黨毅，梁少偉，等.國內(nèi)醫(yī)藥信息數(shù)據(jù)庫簡介[J].中國中醫(yī)藥信息雜志，1999，6（1）：73-75.[3]陳峰，崔蒙.中藥信息系統(tǒng)建立初探[J].中草藥，2000， 31（11）：81-83.[4]吳錦屏，簡云江.中國自建醫(yī)藥數(shù)據(jù)庫現(xiàn)狀分析及對策探討[J].衛(wèi)生軟科學(xué)，2001，15（6）：52-56. [5]方曉陽，朱江，梅軍，等.中藥信息系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].中草藥，2001，32（9）：860-861.[6]顧東蕾.淺議網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的中醫(yī)藥學(xué)古籍文獻資源共
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