量子计算的原理范文

导语：如何才能写好一篇量子计算的原理，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

在世界经济发展到知识经济的今天，人才的作用已初见端倪，世界高新技术革命的浪潮，已经把世界经济的竞争从物质资源竞争推向人力资源的竞争，掌握知识和技术，具有创新精神和创造能力的人才已成为经济社会发展的主导。对人力资源的开发、利用和管理将是企业经营管理的根本所在。一个企业是否具有竞争力，是否具有发展前景，决定因素已不限于经营规模的大小，财产物质的多少，而是更取决于是否拥有丰富的人力资源，是否对人力资源进行持续、有效的投资、开发和利用。经济发展水平越高，人力资源在经济发展中的作用也越大，人才成为经济资源中最重要的因素，是企业财富的真正象征和源泉。因此，将人力资源作为资产，对其加以确认、计量、记录和报告，以满足企业管理者和企业外部利益关系人对经济决策的信息需要，这成为时代的必然要求。

人力资源会计是通过对企业中人力资源投资的成本、价值进行确认、计量、记录和报告，以为利益相关者提供企业的人力资源信息，便于他们做出正确的经济决策。它是企业专门计量和反映人力资源信息的会计程序和方法。

我国传统会计核算体系将人力投资支出费用化，难以对人力资源进行确认、计量、记录和报告，在人力资源投资迅猛增加、人力资源支出比重日益加大的今天，费用化往往导致低估企业收益，而在人力资源损耗阶段却又会高估收益，这与真实的情况不符合，必然导致会计信息不真实，无法为企业管理当局、广大投资者、债权人、国家经济管理部门提供他们所需要的人力资源信息。建立了人力资源会计后，改变了传统会计把人力资源支出都作为当期费用列支的做法，而是将人力资源投资支出资本化，确认人力资产为企业的重要资产，同时确认劳动者的权益，并按贡献大小参与企业盈余的分配，促使企业的经营者、管理者、劳动者充分重视人力资产的作用，承认劳动者的贡献和权益，发挥劳动者的积极性和聪明才智，为企业和社会创造更多的财富。

人力资源会计是人力资源管理与会计学相结合的新学科，是会计学科发展的一个新领域。

二、人力资源会计的确认

1、首先，人力资源是企业的资产。人力资源会计与传统会计的本质区别就在于人力资源会计将人力资源投资视为资产，而传统会计则作为费用。所以谈论人力资源会计，首先就要确认人力资源是否是资产？

资产，是企业拥有或控制的，能够以货币计量，预期能为企业带来经济利益流入的经济资源。据此定义，人力资源是企业的资产，因为人力资源是指人的劳动能力，劳动者的这种劳动能力显然是可以给企业带来经济利益的流入的；而且，人力资源的成本，即企业投资在人力资源上的招聘费、培训费、保险费、工资及福利费等支出都是能够以货币计量的；还有，人力资源也是企业可以实际控制的，一旦劳动者被企业雇佣，他的劳动力事实上就已经为企业所控制，在劳动契约解除以前，劳动者不能再自由的向他人出售劳动力，特别是正常上班时间，劳动者的时间和所做的事都不能为自己所控制。所以，企业的人力资源是企业所拥有或控制的，能够以货币计量，能为企业带来经济利益流入的重要经济资源，是企业的重要资产。

2、其次，人力资源应属企业的无形资产。因为，无形资产是不具有实物形态的非货币性资产，具有无实物形态、用于生产商品或提供劳务、出租给他人或为管理而持有、可以在一个以上的会计期间为企业提供经济效益、所提供的未来经济效益具有不确定性等特征。人力资源符合上述定义和特征：（1）人力资产不具备实物形态。人力资产本质上是指员工的服务能力和潜力，这种能力、潜力是没有实物形态的；（2）人力资产是用于生产商品、提供劳务或管理的人力资源；（3）人力资产投资的受益期通常在一个会计期间以上，服务期低于一个会计期间的员工的工资等支出一般直接计入当期损益，而不予以资本化；（4）人力资产到底能为企业带来多大的效益是很难估计的，另外，由于人才的流动性大，使人力资产的受益期事实上也很难确定。综上所述，人力资源应属企业的无形资产。

三、人力资源会计的计量

人力资源会计的计量是指人力资产的计价问题，其关键是对投资在人力资源上的支出进行资本化与费用化的划分。人力资源投资支出主要包括以下四个部分：

1、取得人力资源的支出。指企业为获得人力资源所发生的各项支出，包括：招聘广告费，支付招聘中介机构手续费，招聘人员的差旅费、接待费、材料费，招聘面试费，体检费，从事招聘工作人员的工资、奖金，支付被录用人员的迁移费、差旅费及安置时的行政费用等。

2、维护人力资源的支出。指企业对所聘用的员工，在企业正常生产经营期间所发生的各项经常性支出，如工薪及奖金支出、劳动保健支出、医疗保健支出、社会保险支出、人事管理部门支出等。

3、开发人力资源的支出。指企业为提高员工的素质和技能而发生的各项支出，如见习支出、岗前培训支出，在职培训支出，脱产培训支出等。

上述支出并非都计入人力资产的成本予以资本化，而是只有那些受益期限超过一年以上的支出才予以资本化，其余的则应费用化。具体讲，就是将发生额比较大的人力资源取得支出和开发支出予以资本化，而将日常维护支出和发生额比较小的人力资源取得支出和开发支出予以费用化，直接计入当期损益。

由于人力资源的投资成本与其实际价值往往不符，由此会对会计信息的决策相关性与有用性带来影响。为弥补这一缺陷，我个人认为可以通过采用一定的合理的方法和程序，对人力资产的实际价值（预期未来现金流量的现值）进行评估、估价或描述，并将该信息在会计报告附注中予以适当披露。

四、人力资源会计的核算

（一）人力资源会计核算的基本原则

1、重要性原则。人力资源会计应重点核算和提供企业骨干性人力资源的信息，并将投资在这部分人力资源上的支出作为资本性支出，计入人力资产的成本，并在以后使用过程中分期摊销，这些信息应重点加以揭示；而对一般性职员的相关支出则直接费用化。这样区别核算，既能提供更加相关的会计信息，又可简化核算，体现重要性原则。

2、历史成本原则。即将招聘、培训和开发人才等一切人力资源方面的支出作为人力资产的成本入账，其数据根据原始发生额归集，客观可靠。

3、成本效益原则。人力资源会计在很多方面发挥了较大的作用，但在核算时还应考虑对那些核算成本较高，对决策意义不大的核算项目可不予揭示。

4、划分资本性支出与收益性支出原则。将形成人力资产的数额相对较大的招聘广告费、职工培训费、职工教育经费、稀有人才离职损失费等作为资本性支出，予以资本化；而将发生额比较均衡的日常工资及福利费，发生额较小的招聘费、培训费等支出直接计入当期损益，作为收益性支出。

（二）账户设置

人力资源会计核算主要涉及资本化人力资源成本的归集分配、人力资产价值的确认、人力资产成本的摊销、人力资产价值损失以及费用化人力资源支出的处理等几部分。为此，需要设置如下基本账户：

1、“人力资产”账户：总括反映人力资产的增减变动情况。其借方反映人力资产的增加，贷方反映人力资产的减少，余额一般在借方，反映现有人力资产的历史成本和重置成本，本账户按职工类别设置明细账户。

2、“人力资产摊销”账户：其贷方反映人力资产的累计分期摊销额，借方反映因退休、离职等原因退出企业的职工之累计摊销额，余额表示现有人力资产的累计摊销额，本账户应按照对应的人力资产明细账设立相应的明细账户。其备抵“人力资产”账户后剩下的余额反映“人力资产”投资成本的摊余价值。

3、“人力资产取得和开发”账户：这是个成本计算性质的过渡账户，用以分类汇集企业在人力资产上的投资成本，借方反映人力资产投资支出的实际数额，贷方反映人力资源取得和开发完成后转入“人力资产”账户的金额，期末余额在借方，表示尚处于取得和培训阶段的人力资源投资成本。本账户应设置“人力资产取得成本”和“人力资产开发成本”两个明细账户分别核算。

4、“劳动者权益”账户：该账户属于劳动者权益类账户，用来反映职工因投入劳动力而对企业享有的权益。职工加入企业为企业投入人力资产时，劳动者权益增加记贷方，当职工离开企业导致劳动者权益减少时记借方。期末余额在贷方，表示企业劳动者对企业享有的权益总额。本账户应按照劳动者的类别和具体名称设置明细账核算。

（三）基本账务处理

1、当雇员被录用时，应该根据人力资源评估机构对其评估的价值，借记“人力资产”账户，贷记“劳动者权益”账户。年终，企业应对其人力资源价值进行评估清查，如评估价大于原账面价值，应按差额部分，借记“人力资产”账户，贷记“劳动者权益”账户，反之，则作相反的分录。当雇员被解雇后应按评估价值借记“劳动者权益”账户，贷记“人力资产”账户。

2、企业进行人力资源投资，发生应予资本化的招聘、选拔、培训、开发等费用时，借记“人力资产取得和开发”账户，贷记“现金”、“银行存款”等账户，雇员正式交付给有关部门使用，结转人力资源开发成本时，借记“人力资产”账户，贷记“人力资产取得和开发”账户。发生应予费用化的日常维护支出（如工资、奖金等）时，借记“××费用”账户，贷记“应付工资”等账户。

3、摊销人力资源投资时，借记“××费用”账户，贷记“人力资产摊销”账户。

4、期末，将“人力资产”账户余额减去“人力资产摊销”账户余额，即得人力资产的摊余价值（净值）。

五、人力资源会计信息的报告与披露

篇2

[关键词] 咪唑斯汀；过敏性鼻炎；微量元素；特异性免疫球蛋白E；嗜酸性粒细胞阳离子蛋白；炎性因子

[中图分类号] R765.2 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2013）03（a）-0099-03

过敏性鼻炎是临床高发病，其治疗方法较多，多数效果不甚理想。国内外的较多研究认为，此类疾病与患者机体中的较多检测指标有一定的相关性，其中微量元素及炎性因子，还有其他较多指标均是对疾病诊断和发展转归有较高检测价值的指标，因此认为其可以作为了解治疗干预方案是否有效的检测项目[1-2]。本研究就咪唑斯汀对过敏性鼻炎患者血清元素及特异性免疫球蛋白E（sIgE）、嗜酸性粒细胞阳离子蛋白（ECP）、炎性因子的影响进行分析探讨，并将分析步骤及结果报道如下：

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2010年6月～2012年5月重庆医科大学附属永川医院收治的84例过敏性鼻炎患者，将其分为对照组（42例）和观察组（42例）。对照组中男23例，女19例；年龄15～71岁，平均（34.1±5.2）岁；病程10.0～88.5个月，平均（45.3±3.7）个月。观察组中男24例，女18例；年龄16～72岁，平均（34.3±5.1）岁；病程11.0～88.0个月，平均（45.5±3.6）个月。两组患者的男女所占比例、年龄及病程比较，差异均无统计学意义（均P > 0.05），具有可比性。

1.2 方法

1.2.1 治疗方法 两组患者均无1个月内用药治疗史。对照组采用伯克纳进行治疗，以伯克纳鼻喷雾剂进行喷鼻治疗，2揿/次，2次/d，较为严重者可加至3～4次/d。观察组则采用伯克纳联合咪唑斯汀进行治疗，伯克纳用药方法与对照组一致，同时给予咪唑斯汀10 mg/次口服，1次/d。两组均根据治疗情况治疗7～14 d。后将两组患者的治疗总有效率及治疗前，治疗后7、14 d的血清锌（Zn）、铜（Cu）、锰（Mn）、sIgE、ECP及白介素4（IL-4）、白介素6（IL-6）、白介素8（IL-8）、肿瘤坏死因子α（TNF-α）、γ干扰素（IFN-γ）水平进行比较。

1.2.2 检测方法 两组患者均于用药前1 d空腹状态下采集静脉血5.0 mL进行检测血清Zn、Cu、Mn、sIgE、ECP及IL-4、IL-6、IL-8、TNF-α、IFN-γ，其中血清Zn、Cu、Mn采用DS-3B微量元素分析仪进行检测；sIgE及ECP则采用上海逸晗生物科技有限公司的sIgE ELISA试剂盒及ECP ELISA检测试剂盒进行检测；IL-4、IL-6、IL-8、TNF-α、IFN-γ则均采用上海丽臣生物科技有限公司的相应酶联免疫定量试剂盒进行检测，最后将上述所有检测项目所得检测数据进行统计分析。

1.3 疗效评价标准

以经治疗后患者的所有症状体征消失，同时实验室检测指标均恢复正常为显效，以患者所有症状体征及实验室检测指标均明显改善为有效，以患者所有症状体征及实验室检测指标均无改善、轻微改善或加重为无效[3]，且以显效例数和有效例数相加之和为总有效例数。

1.4 统计学方法

软件包为SAS 8.0，计量资料采用均数±标准差（x±s）表示，组间比较采用t检验，重复测量的计量资料采用重复测量方差分析，以P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组临床疗效比较

治疗后7、14 d统计数据显示，观察组的总有效率显著高于对照组，差异有统计学意义（P < 0.05）。

2.2 两组治疗前后血清微量元素及sIgE、ECP比较

观察组患者治疗前的血清Zn、Cu、Mn、sIgE及ECP与对照组比较，差异均无统计学意义（均P > 0.05），而治疗后7、14 d观察组血清Zn高于对照组，Cu、Mn、sIgE、ECP低于对照组，差异均有统计学意义（均P < 0.05）。见表2。

2.3 两组治疗前后炎性因子指标比较

治疗前两组患者的IL-4、IL-6、IL-8、TNF-α及IFN-γ比较，差异均无统计学意义（均P > 0.05），而治疗后7、14 d观察组血清IL-4、IL-6、IL-8、TNF-α及IFN-γ低于对照组，差异均有统计学意义（均P < 0.05）。见表3。

3 讨论

过敏性鼻炎是由IgE介导的I型变态反应性疾病，临床发病率较高，且具有反复发作的特点，严重影响到患者的生存状态。另外，较多研究认为本类疾病发生过程中多种免疫活性细胞和细胞因子等均发生一定的变化[4]。另外，国内外一些研究认为[5-6]，机体某些微量元素的异常与本病有较为明显的相关性，其中Zn的降低和Cu、Mn的升高可导致机体功能的异常，甚至影响到机体的免疫状态，因此患者更易发生一些疾病。再者，临床中对于sIgE及ECP在本病患者中存在异常升高的情况已经基本得到肯定[7-8]，均与其特异性抗原引起的免疫性反应有关，其在疾病发生的过程中起到敏感症状介质的作用。同时，较多研究显示，此类患者存在明显的炎性指标的异常升高的状况，其中IL-4、IL-6、IL-8、TNF-α及IFN-γ均是临床研究基本肯定的参与本病的指标[9-10]。综合这些因素认为，上述项目均可在患者治疗的过程中给予细致的监测，以利于了解病情的发展转归。

伯克纳是临床中对于过敏性鼻炎治疗较受肯定的药物之一，其为糖皮质激素类药物，主要为通过收缩皮肤血管来达到抗炎及抗过敏的作用，从而对过敏性鼻炎发挥治疗效果。咪唑斯汀是临床中较为常用的一类治疗变态反应的药物，具有抗组胺和抗变态反应活性，还可抑制活化的肥大细胞释放组胺以及抑制嗜中性粒细胞等炎症细胞的趋化作用，而这些作用均有效针对了过敏性鼻炎的发病机制，因此认为效果较为可靠。

本研究就咪唑斯汀对过敏性鼻炎患者血清元素及sIgE、ECP、炎性因子的影响进行观察，以从这些指标的变化方面进一步了解咪唑斯汀的疗效，结果显示，加用咪唑斯汀的患者较未加用咪唑斯汀的患者，其血清微量元素及sIgE、ECP、炎性因子的变化幅度更大，且这些变化呈现出持续性，因此从这些方面肯定了其疗效。

综上所述，本研究认为咪唑斯汀对过敏性鼻炎患者血清元素及SIgE、ECP、炎性因子的影响较为明显，其可有效改善患者的疾病状态。

[参考文献]

[1] 赵红，张华.咪唑斯汀治疗季节变应性鼻炎180例[J].第四军医大学学报，2008，29（6）：3.

[2] 李新芳，侯艳宁，王宁宇，等.咪唑斯汀缓释片与氯雷他定片治疗过敏性鼻炎的有效性与安全性比较[J].药学学报，2006，22（4）：284-286.

[3] 张清全，杨清，孙勇，等.新疆维、汉人群变应性鼻炎患者血清IL-4和IFN-γ水平及其与鼻粘膜嗜酸性粒细胞浸润的相关性[J].中国免疫学杂志，2012，28（4）：355-356.

[4] 陈涛，蒋科会，聂孝敏.变应性鼻炎患者血浆P选择素及ECP的测定及其意义[J].贵州医药，2010，34（6）：533-534.

[5] 张，陈晓平，陈群，等.前组筛窦开放联合下鼻甲激光消融术对变应性鼻炎患者血清IgE、IgG、ECP水平的影响[J].中国中西医结合耳鼻咽喉科杂志，2008，16（2）：92-95.

[6] 季秀梅，赵仕勇，郑韶，等.变应性鼻炎患儿血清IL-10与IgE水平及其关系的研究[J].浙江医学，2011，33（9）：1373-1375.

[7] Ldrup Carlsen KC，Roll S，Carlsen KH，et al. Does pet ownership in infancy lead to asthma or allergy at school age？ Pooled analysis of individual participant data from 11 European birth cohorts [J]. PLos One，2012，7（8）：43214.

[8] 叶建明，周志军，管建丽.变应性鼻炎患者脱敏治疗前后血清IL-8、IL-10含量的变化[J].放射免疫学杂志，2010，23（1）：97-98.

[9] Arshi S，Nabavi M，Babaie D，et al. Exercise induced changes in spirometry and impulse oscillometry measurements in persistent allergic rhinitis [J]. Iran J Allergy Asthma Immunol，2012，11（3）：259-266.

篇3

如果有人说，在物理世界中有一个百岁的“幽灵”，你会相信吗？

一百多年前，爱因斯坦也曾一直为这个“幽灵”――量子理论产生的种种现象所困惑。

如今，爱因斯坦逝世已逾六十载，可谜团仍未完全破解。因此，可以毫不夸张地说，量子理论就是这么一个“幽灵”。

在量子理论对世界的描述中，一个物体可以同时处于多个位置，粒子也可以无阻碍似地穿过障碍物，所有的物体都有“波粒二象性”，它既是粒子又是波，两个分得很开的物体也可以进行某种类似“精神性”的合作……

这些描述听上去令人毛骨悚然，不可捉摸。难怪量子理论创立者之一的玻尔说过：“如果一个人没有被量子力学所震惊，那么他就没有真正懂得量子力学。”

什么是“量子”

“量子”不是一种粒子，它是一个能量的最小单位。所有的微观粒子（包括分子、原子、电子、光子）都是量子的一种表现形态。

众所周知，世界是由微观粒子组成的。因此从某种意义上来说，世界本身就是由量子组成的。在物理学中提到“量子”时，实际上指的是微观世界的一种行为倾向：物质或者说粒子的能量和其他一些性质（统称为可观测物理量）都倾向于不连续的变化。

以光为例，我们说一个“光量子”，是因为一个光量子的能量是光能量变化的最小单位，光的能量是以光量子的能量为单位一份一份地变化的。其他的粒子情况也是类似的，例如，在没有被电离的原子中，绕核运动的电子的能量是“量子化”的，也就是说电子的能量只能取特定的离散的值。只有这样，原子才能稳定存在，我们才能解释原子辐射的光谱。不仅能量，对于原子中的电子，角动量也不再是连续变化的。

量子物理学告诉我们，电子绕原子核运动时也只能处在一些特定的运动模式上。在这些模式上，电子的角动量分别具有特定的数值，介于这些模式之间的运动方式是极不稳定的。即使电子暂时以其他的方式绕核运动，很快就必须回到特定运动模式上来。

实际上在量子物理学中，所有的物理量的值都可能必须不连续地、离散地变化。在上世纪初，物理学家马克斯・普朗克最早猜测到微观粒子的能量可能是不连续的。

出生于德国传统保守家庭的普朗克从小受到良好的教育，虽然具有音乐天赋，十分迷恋音乐，但仍旧立志献身于科学，研究物理。当他去慕尼黑大学时，一位物理学教授曾劝说他不要学习物理，因为“这门科学中的一切都已经被研究过了，只有一些不重要的空白需要填补”。教授的一席话正代表了当时大多数物理学家的心态。

然而执着的普朗克却表示：“我并不期望发现新大陆，只希望能理解已经存在的美丽的物理理论，或许能将其加深和发展那么一点点。”命运总是喜欢开玩笑。本来并未期望在物理研究中“发现新大陆”的普朗克，却在不经意间成为了量子力学的创始人。

当时，解释热力学中的辐射问题，主要有瑞利-金斯定律和维恩位移定律，前者适用于低频辐射，却无法解释高频率下的测量结果；而维恩位移定律可以正确反映高频率下的结果，但无法符合低频率下的结果。

如何才能导出一个新的公式，使得高频、低频下都能符合实验结果呢？普朗克使用了一种巧妙新颖的方法：运用玻尔兹曼的统计物理，把光当成一个一个的谐振子。在他的假设中，既然辐射的是一个一个的谐振子，也就是说在黑体辐射时，能量就不是连续地，而是一份一份地发射出来的。

据此，普朗克导出了一个新公式，这个公式在频率较小时自动回到瑞利-金斯公式，在频率较大时又自动回到维恩公式。因此，新公式能在所有的频率范围与实验结果符合。

1900年12月14日，在柏林亥姆霍兹研究所的德国物理学会上，普朗克宣读了关于这一结果的论文。而这一天也被物理学家们定为量子力学的诞生之日。

然而，这一发现并不是普朗克的初衷。作为一名传统而保守的物理学家，他只是按照科学方法办事，并未想要掀起一场革命，连他自己都不知道，自己已经把量子这个“妖精”引进了物理学。

普朗克有些后悔，认为自己制造的这个量子“妖精”破坏了物理学的完美。他曾历经15年的时间，试图寻求一种经典物理方法来导出同样的公式，解决黑体辐射问题，以便挽回“局面”。

然而，他没有成功。直到1905年，26岁的爱因斯坦利用光量子的假说圆满解释了光电效应；1913年，28岁的玻尔提出了量子化的原子结构理论；1923年，31岁的德布罗意提出了德布罗意波；1925年，24岁的海森堡创立了矩阵力学；1926年，37岁的薛定谔建立了薛定谔方程……量子力学才逐渐羽翼丰满，真正使人们看到了量子概念所闪现的耀眼光芒。

说一说“量子叠加”

量子有一个非常奇怪的特性――量子叠加。

什么是量子叠加？经典事件里可以用某个物体的两个状态代表0或1，比如一只猫，或者是死，或者是活，但不能同时处于死和活的状态中间。

但在量子世界，不仅有0和1的状态，某些时候像原子、分子、光子可以同时处于0和1状态相干的叠加。比如光子的偏振状态，在真空中传递的时候，可以沿水平方向振动，可以沿竖直方向振动，也可以处于45°斜振动，这个现象正是水平和竖直偏振两个状态的相干叠加。

这种所谓的量子相干叠加是量子世界与经典世界的根本区别。

著名的“薛定谔猫”形象地描述了这个佯谬。在经典世界里，猫要不然是活的，要不然是死的，然而一只量子的猫却可以处在“死”和“活”的叠加状态上。那么这只量子“薛定谔猫”到底是死的还是活的呢？

量子测量原理给出的答案是，如果你不去看这只猫，它既不是死的也不是活的！如果你去看这只猫，那么它也许是死的，也许是活的！

正因为有量子叠加状态，才导致量子力学不确定原理，即如果事先不知道单个量子状态，就不可能通过测量把状态的信息完全读取；不能读取就不能复制。这是量子的两个基本特性。

在量子叠加原理基础之上，衍生出了量子的另一个奇妙特性，叫做“量子纠缠”。比方说，甲、乙两人分处异地，两人同时玩一个游戏――掷骰子，甲在一地扔骰子，每次扔一下，1/6的概率随机得到1到6结果中的某一个；同时，乙在另一地掷骰子，尽管两人每一次单边结果都是随机的，但每一次的结果却是一模一样的，就好像是双胞胎心灵感应一样。这就是“量子纠缠”。

若两个量子粒子处在特殊的状态（俗称“纠缠态”）中，不管其空间分离得多远，当对其中一个粒子施行操作或测量，远处的另一个粒子状态会瞬时地发生相应的改变，爱因斯坦称这个现象为“幽灵般的超距作用”。当时，爱因斯坦认为，怎么会允许两个客体在遥远的两地之间有这种诡异的互动呢？据此，他质疑量子理论的完备性。

1982年，法国物理学家Alain Aspect和他的小组证实了“量子纠缠”的超距作用确实存在。

但直到2015年，荷兰代尔夫特理工大学物理学家Ronald Hanson领导的团队进行了一项被他们称之为“无漏洞贝尔测试”的实验，“幽灵般的超距作用”才得到比较严格的验证。

有了量子纠缠，量子隐形传输的概念便呼之欲出。

通俗来讲，量子隐形传输是将甲地某一粒子的未知量子态，在乙地的另一粒子上还原出来。由于量子力学的不确定原理和量子态不可克隆原理，限制我们将原量子态的所有信息精确地全部提取出来。因此必须将原量子态的所有信息分为经典信息和量子信息两部分，它们分别由经典通道和量子通道送到乙地。根据这些信息，在乙地构造出原量子态的全貌。

1997年，在奥地利留学的中国青年学者潘建伟与荷兰学者波密斯特等人合作，首次实现了未知量子态的远程传输。这是国际首次在实验上成功地将一个量子态从甲地的光子传送到乙地的光子上。

量子也可以“接地气”

多年来，科学家们努力运用量子世界种种奇异的性质开拓出适用于经典世界的新技术，将向来被公众认为高深莫测“诡异”的量子物理从云端落地到人世间，服务社会大众。

其实，量子理论是一门非常实用的学科。

早在第二次世界大战之前，它的原理就已经被运用于分析金属和半导体的电学和热学性质。战后，晶体管和激光器这两个运用量子理论原理且广为人知的装置，更是极大地推动了信息革命的发展。

到本世纪初，在我们的周围随处可见直接或间接运用量子理论的技术和装置。从常见的CD唱片机到庞大的现代光纤通信系统、从无水涂料到激光制动车闸、从医院的核磁共振成像仪到隧道扫描显微镜……量子技术已经渗透到我们的生活中。

另外，计算能力的飞跃也是量子理论的重要应用之一。在经典计算机中，每个比特都只有0和1这两种状态。但在量子计算中，每个比特可以处在0和1的叠加状态，一旦操纵的量子数目增多，它就会以指数增长的形式来提升运算速度，有并行运算的能力。

比如，利用万亿次经典计算机分解300位的大数需要15万年，利用万亿次量子计算机，只需要1秒。同样，在大数据和人工智能里，求解一个亿亿亿变量的方程组，利用目前最快的亿亿次“天河二号”计算机大概需要100年左右，但是如果利用万亿次的量子计算机，只需要0.01秒。

量子计算的应用非常广泛，不仅可以解决大规模的计算机难题，破解经典密码，进行气象预报、药物设计、金融分析、石油勘探，而且还能揭示新能源新材料、高温超导、量子霍尔效应等复杂的物理机制。不过，量子纠缠“分身术”的特性有一个更为直接的应用，便是量子保密通信。

现在被认为最安全的信息传递方式是光纤通讯。光缆能把所有的光能限制在光纤里，外面得不到能量，所以这个传输被认为是安全的。但随着科技发展，只需让光缆泄露哪怕很少一部分能量，我们就能够窃听光缆传递的信号。

这是因为经典通信的信号只有0和1，发生窃听时，这两种信号不会被扰动。比方说，两人打电话时，他人可通过窃听器从通信线路中的上千万个电子中分出一些电子，使其进入另一根线路，从而实现窃听，而通话者无法察觉。“棱镜门”等事件的曝光便是最好的例证。

而量子通信则完全不会出现这个问题，这是因为其密钥具有不可复制性和绝对安全性。一旦有人窃取密钥，整个通信信息就会“自毁”并告知使用者。比如，甲、乙二人要进行安全通信，甲发出的光子信息状态有水平、竖直、45°等，假设有人窃听，由于光子不可分割，首先窃听者根本无法分割出“半个光子”；其次，因为单次测量测不准、不可克隆的量子态特性，窃听者无法复制信息；倘若窃听者截获光子，乙就收不到信息，也就不存在窃听。

篇4

传统加密的不可靠性

电子通信时代，信息安全脆弱得像一层窗户纸，基于计算复杂度的经典加密体系一次次被破解，绞尽脑汁的信息加密最终可能沦为形同虚设。唯一的解决之道，就是求助于保障信息安全的“终极武器”――量子通信。 说白了，就是用量子密钥替代目前的公钥加密技术。公钥加密技术，简单的说，就是拿两个很大的质数A和B进行乘积，然后把这个乘积作为公钥进行加密，然后用质数A或B进行解密。虽然得到A和B的乘积很容易，但是要直接从这个乘积分解成两个质数，就非常非常难。但是随着计算能力的不断提高，尤其是基于量子计算机的shor算法的出现，让基于大数因子分解的公钥加密技术变得越来越脆弱。

这就是为什么在通信技术如此发达的今天，各国间涉及政治外交、军事安全的大部分机密信件和物品，仍然通过最传统的方式――外交信使来传递。即便是再高级的保密通信，只要是通过当前的电话线、无线电、光纤等手段，都会面临被破译和窃听的可能。

量子通信是最安全的通信方式

理论上，量子密钥分发克服了经典加密技术内在的安全隐患，是迄今为止唯一被严格证明是无条件安全的通信方式。量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型通信方式。量子通信是理论上完全安全的通信方式。由于作为信息载体的单光子不可分割、量子状态不可克隆，可以实现抵御任何窃听的密钥分发，进而能保证用其加密的内容不可破译。量子通信是经典信息论和量子力学相结合的一门新兴交叉学科，与成熟的通信技术相比，量子通信具有巨大的优越性，具有保密性强、大容量、远距离传输等特点。量子通信不仅在军事、国防等领域具有重要的作用，而且会极大地促进国民经济的发展。

量子通信的科学原理

一个物理量如果不能连续变化，只能取一些分立的值，这个量就是量子化的。好比上台阶，只能上一级台阶，而不能上半级。宏观世界里的物理量似乎都能连续变化，但在微观世界，许多物理量是量子化的，即存在一个最小的单位，不能再往下细分。量子力学描述世界的语言与经典力学有根本区别。经典力学描述一个物体的状态，会给出它的明确位置；量子力学描述一个微观粒子的状态，给出的则是叠加态――这个粒子在某些情况下既可能在这里，也可能在那里，没有确定位置。好比孙悟空的分身术，一个孙悟空同时出现在多个地方，孙悟空的各个分身就像是他的叠加态。在通信领域，经典通信的信号只有0和1，量子通信不但有信号0和1，还有0+1、0-1等量子叠加态。量子叠加原理导致了量子不可克隆原理：在量子力学中，不可能实现对一个未知量子态的精确复制，这是量子通信达到“无条件安全”的基本科学原理之一。量子通信是利用了光子等粒子的量子纠缠原理。量子信息学告诉人们，在微观世界里，不论两个粒子间距离多远，一个粒子的变化都会影响另一个粒子的现象叫量子纠缠，这一现象被爱因斯坦称为“诡异的互动性”。科学家认为，这是一种“神奇的力量”，可成为具有超级计算能力的量子计算机和量子保密系统的基础。

任何窃听都会扰动量子态

任何经典通信都存在被窃听的可能性。如打电话时，他人可通过窃听器，从通信线路中的信号中分出一些，使其进入另一根线路。窃听时，0和1这两种信号不会被扰动，所以通话者无法察觉。《纽约时报》2015年报道，美国国家安全局被曝监听谷歌、雅虎用户的通信，不需要侵入两家公司的数据中心，只需截取光缆、电缆中传输的信息即可。这些跨国企业的数据中心分布在世界各地，用光缆和电缆相互连接，很多情况下传输信息并不加密，埋下了窃听隐患。即便采用经典加密手段，也不能确保信息安全。

与经典通信不同，量子通信可以将信息编码加载到单个光子的量子叠加态的偏振方向上。单光子是光能量的最小组成单元，不能再被分割，量子状态无法被精确复制，任何窃听行为都会对其造成扰动，从而被通信双方察觉并规避。通过量子态传输，通信双方协商生成量子密钥，再加上对信息进行“一次一密”的加密保护，真正实现信息在传输中的完全随机、不可破译，从根本上解决通信安全问题。

未来数年内量子通信将大规模应用

未来数年内，量子通信将实现大规模应用。经典通信的硬件设施不会被取代，只需在原有设施上“锦上添花”――在通信发送端和接收端安装单光子探测器、量子网关等量子加密设备，即可在电话、传真、光纤网络等原有通信网络中实现量子通信，安全性大幅提升。

篇5

（一）在建筑材料方面的应用

水泥是重要的建筑材料之一。1993年，计算量子化学开始广泛地应用于许多水泥熟料矿物和水化产物体系的研究中，解决了很多实际问题。

钙矾石相是许多水泥品种的主要水化产物相之一，它对水泥石的强度起着关键作用。程新等[1,2]在假设材料的力学强度决定于化学键强度的前提下，研究了几种钙矾石相力学强度的大小差异。计算发现，含Ca钙矾石、含Ba钙矾石和含Sr钙矾石的Al-O键级基本一致，而含Sr钙矾石、含Ba钙矾石中的Sr，Ba原子键级与Sr-O，Ba-O共价键级都分别大于含Ca钙矾石中的Ca原子键级和Ca-O共价键级，由此认为，含Sr、Ba硫铝酸盐的胶凝强度高于硫铝酸钙的胶凝强度[3]。

将量子化学理论与方法引入水泥化学领域，是一门前景广阔的研究课题，它将有助于人们直接将分子的微观结构与宏观性能联系起来，也为水泥材料的设计提供了一条新的途径[3]。

（二）在金属及合金材料方面的应用

过渡金属(Fe、Co、Ni)中氢杂质的超精细场和电子结构，通过量子化学计算表明，含有杂质石原子的磁矩要降低，这与实验结果非常一致。闵新民等[4]通过量子化学方法研究了镧系三氟化物。结果表明，在LnF3中Ln原子轨道参与成键的次序是：d＞f＞p＞s，其结合能计算值与实验值定性趋势一致。此方法还广泛用于金属氧化物固体的电子结构及光谱的计算[5]。再比如说，NbO2是一个在810℃具有相变的物质(由金红石型变成四方体心)，其高温相的NbO2的电子结构和光谱也是通过量子化学方法进行的计算和讨论，并通过计算指出它和低温NbO2及其等电子化合物VO2在性质方面存在的差异[6]。

量子化学方法因其精确度高，计算机时少而广泛应用于材料科学中，并取得了许多有意义的结果。随着量子化学方法的不断完善，同时由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学在材料科学中的应用范围将不断得到拓展，将为材料科学的发展提供一条非常有意义的途径[5]。

二、在能源研究中的应用

（一）在煤裂解的反应机理和动力学性质方面的应用

煤是重要的能源之一。近年来随着量子化学理论的发展和量子化学计算方法以及计算技术的进步，量子化学方法对于深入探索煤的结构和反应性之间的关系成为可能。

量子化学计算在研究煤的模型分子裂解反应机理和预测反应方向方面有许多成功的例子,如低级芳香烃作为碳/碳复合材料碳前驱体热解机理方面的研究已经取得了比较明确的研究结果。由化学知识对所研究的低级芳香烃设想可能的自由基裂解路径，由Guassian98程序中的半经验方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的从头计算方法和考虑了电子相关效应的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法对设计路径的热力学和动力学进行了计算。由理论计算方法所得到的主反应路径、热力学变量和表观活化能等结果与实验数据对比有较好的一致性，对煤热解的量子化学基础的研究有重要意义[7]。

（二）在锂离子电池研究中的应用

锂离子二次电池因为具有电容量大、工作电压高、循环寿命长、安全可靠、无记忆效应、重量轻等优点，被人们称之为“最有前途的化学电源”，被广泛应用于便携式电器等小型设备，并已开始向电动汽车、军用潜水艇、飞机、航空等领域发展。

锂离子电池又称摇椅型电池，电池的工作过程实际上是Li+离子在正负两电极之间来回嵌入和脱嵌的过程。因此，深入锂的嵌入-脱嵌机理对进一步改善锂离子电池的性能至关重要。Ago等[8]用半经验分子轨道法以C32H14作为模型碳结构研究了锂原子在碳层间的插入反应。认为锂最有可能掺杂在碳环中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子轨道法对掺锂的芳香族碳化合物的研究表明，随着锂含量的增加，锂的离子性减少，预示在较高的掺锂状态下有可能存在一种Li-C和具有共价性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子轨道计算法，对低结晶度的炭素材料的掺锂反应进行了研究，研究表明，锂优先插入到石墨层间反应，然后掺杂在石墨层中不同部位里[11]。

随着人们对材料晶体结构的进一步认识和计算机水平的更高发展，相信量子化学原理在锂离子电池中的应用领域会更广泛、更深入、更具指导性。

三、在生物大分子体系研究中的应用

生物大分子体系的量子化学计算一直是一个具有挑战性的研究领域，尤其是生物大分子体系的理论研究具有重要意义。由于量子化学可以在分子、电子水平上对体系进行精细的理论研究，是其它理论研究方法所难以替代的。因此要深入理解有关酶的催化作用、基因的复制与突变、药物与受体之间的识别与结合过程及作用方式等，都很有必要运用量子化学的方法对这些生物大分子体系进行研究。毫无疑问，这种研究可以帮助人们有目的地调控酶的催化作用,甚至可以有目的地修饰酶的结构、设计并合成人工酶；可以揭示遗传与变异的奥秘,进而调控基因的复制与突变，使之造福于人类；可以根据药物与受体的结合过程和作用特点设计高效低毒的新药等等，可见运用量子化学的手段来研究生命现象是十分有意义的。

综上所述，我们可以看出在材料、能源以及生物大分子体系研究中，量子化学发挥了重要的作用。在近十几年来，由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学计算变得更加迅速和方便。可以预言，在不久的将来，量子化学将在更广泛的领域发挥更加重要的作用。

参考文献：

[1]程新.[学位论文].武汉:武汉工业大学材料科学与工程学院,1994

[2]程新,冯修吉.武汉工业大学学报,1995,17(4):12

[3]李北星,程新.建筑材料学报,1999,2(2):147

[4]闵新民,沈尔忠,江元生等.化学学报,1990,48(10):973

[5]程新,陈亚明.山东建材学院学报,1994,8(2):1

[6]闵新民.化学学报,1992,50(5):449

[7]王宝俊,张玉贵,秦育红等.煤炭转化,2003,26(1):1

[8]AgoH,NagataK,YoshizawAK,etal.Bull.Chem.Soc.Jpn.,1997,70:1717

[9]AgoH,KatoM,YaharaAK.etal.JournaloftheElectrochemicalSociety,1999,146(4):1262

[10]SatoruK,MikioW,ShinighiK.ElectrochimicaActa1998,43(21-22):3127

[11]麻明友,何则强,熊利芝等.量子化学原理在锂离子电池研究中的应用.吉首大学学报,2006,27(3):97.

篇6

【关键词】：量子通信技术；电力信息；保密传输；应用

1、技术原理

1.1量子通信原理

量子通信技术以量子密钥分配技术为基础，该技术利用单光子不可分割、量子态不可复制的特性实现通信、双方的安全密钥分配，结合“一次一密”实现不可破译的无条件安全加密通信。光在沿着传播方向前进的同时，也在垂直的方向上振动，该振动是一种量子状态。不同于传统数字光通信，量子通信能够将信息编码并加载到单光子的振动方向上，根据单光子不可分割、量子态不可复制的特性，量子状态是无法被精确复制的。在量子加密的传输过程中，任何的窃听行为都会对量子状态造成扰动，实现了通信双方对数据传输的状态监视，能够察觉到数据被窃听并进行规避。因此，通过量子状态的传输，双方可根据量子状态协商将其转化为二进制数，形成完全随机的加密密钥，以实现对原数据“一次一密”的加密保护。即使密文在传输过程被窃取，窃取者也无法计算出完全随机的密钥并对其破解，由此最大限度地保障了数据的安全性。

1.2量子加密系统

量子保密通信系统在实际应用中的基本模型如图1所示。该系统需要两种信道，一种是业务数据原来传输所用的经典信道，一种是量子密钥传输所用的单独信道，目前该信道必须为裸纤直连。双方密钥生成器通过对发送单光子量子态的判断，将量子态按协商的规律转为二进制码，因为单光子的状态发送是完全随机的，且在传输过程中不可能被窃取，因此双方最终能够生成相同的完全随机的二进制密钥。通过量子加密机，将原数据与密钥进行“一次一密”，加密后经发送机在原来的经典信道上进行传输。对方用相同的密钥解密即可。、 图1量子加密系统基本模型

2、量子通信技术的应用

2.1应用场景

将量子通信技术应用于电力信息系统中，可实现对电力生产业务和管理信息业务的信息数据传输保护。首先，针对电力行业中的电网生产业务进行数据加密传输，实现对电网生产的安全保护。如涉及电网生产的保护、安控、调度电话、调度自动化等，这些数据网是电力安全生产的重要基础，承载着电网生产运行的实时状态与控制指令，对电网的安全运行具有重要意义。采用量子通信方式保护电力调度数据网、配网自动化等，可实现电力生产信息的安全传输。其次，电力系统企业管理信息，如企业人力资源、办公系统、邮件系统、电视电话系统、营销系统等，承载着重要敏感数据，对电网的稳定运行也起着重要支撑作用，这些数据的泄露会导致电网系统的危险。因此在该场景下，利用量子加密技术M行数据传输保护同样具备可行性。最后，电力数据的信息灾备是保障电网安全的最后一道防线，当出现自然原因或人为因素导致电力系统数据瘫痪时，异地的信息数据灾备就起了重要作用，及时的数据恢复能够保证电力系统的正常运行。所以对于电力系统异地或同城的数据灾备，仍然也需要高可靠的加密方式实现数据的安全保护。同样量子保密通信系统可应用于该场景中。

2.2物理架构部署

对于目前的量子保密通信系统，除经典信道传输密文外，还需要一条专门用于传输量子密钥的光纤信道。由于技术发展的局限性，该信道的限制条件比较严格。首先，量子密钥信道必须是裸纤传输，即两点间传输的光纤不能经过光放大器、光交换、路由器等设备，只能通过物理方式进行跳接，且不能与其他承载业务共用光纤。所以若在电力行业应用量子通信技术，必须提前考虑量子信道是否具有纤芯资源。其次，单站点之间的光纤距离在50km左右、总损耗在13dB内，如果距离远大于此，就会使得量子密钥在传输中因过大损耗产生精确度的缺失。为实现远距离的量子通信，就必须建立中继站实现量子密钥的中转，保证发端与接收端最终能够生成相同的加密/解密密钥。

2.3电力系统量子通信网规划

第一，利用量子科学实验卫星，建立远距离、跨大区，甚至跨大洲的国际量子通信互联网。根据目前国家已部署的量子卫星地面接收站情况，可考虑将新疆南山接收站与河北兴隆地面接收站作为跨省互联试点，实现东西部的电力信息传输，并作为东西部其他城域网接入的集合点。同时，利用国家建立的京沪干线，实现电力系统在京沪主干线的接入，完成南北部互通，并在京沪沿线将经过的各网省以量子通信方式接入，实现从干线到各点的扩散和延长。

第二，前期可在重要城市建立城域内的量子通信网，对电力重要业务的保护进行验证和应用，为后续量子通信在电力行业的广泛应用提供试点基础。利用国家建立的城市量子通信实验网资源并考虑政治、经济重要地区，可选取北京、济南、合肥、上海等地自主建立区域量子通信网络。

结语

量子通信技术作为信息通信领域重要的发展方向，探索其在电力信息系统中的应用是非常有意义和前瞻性的工作。本文通过对量子通信技术原理和应用现状进行分析，并结合电力行业中对重要数据的安全传输需求性，提出将量子通信技术应用于电力信息系统的数据传输过程。借助量子通信的高可靠性和不可破译性，为电力信息系统的数据安全提供了一种可适用的解决方案。通过对电力行业的现状分析，提出了量子通信在电力行业的适用场景，为后续的实际建设和验证提供了指导方向。同时针对目前存在的问题给出了后续的建议和量子通信网的建设规划。

【参考文献】：

[1]周正威，陈巍，孙方稳，等.量子信息技术纵览[J].科学通报，2012（12）：10-12.

篇7

关键词：量子通信 量子纠缠 隔空传物

中图分类号：TN91 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）10-0060-01

1、概论

量子技术于上个世纪八十年代诞生并在二十世纪末在国际学术界引起了巨大兴趣和高度重视。以量子纠缠为原理的量子信息技术突破了现有信息技术的物理极限，在通信科学领域中提供新的原理和方法。二十一世纪信息科学将从“经典”时代跨越到“量子”时代，其发展将对国民经济军事、国防安全等都有着直接而重大的影响，各国都将量子技术作为重大战略点投入并发展。

2、量子纠缠技术

量子纠缠是一种存在于多种量子系统中的一种子系统。从测量学的角度分析，量子纠缠的结果无法独立于单独的系统且必定联系其他系统的参数。通常，一个量子是无法产生纠缠态的，至少要有两个量子位。假设由C和D构成一个复合系统，如果其量子态不能表示为该系统的纠缠态，则此复合系统的波函数不能表示为该子系统的直积：

常见的纠缠态有：两个粒子构成的贝尔基，它两两相交且具有最大的纠缠态；三个粒子构成的GHZ纠缠态等。

量子纠缠的实质是一种微观的多系统之间的一种非定域的关联，它是传递量子信息的通道，这也是用于实现量子通信的基础。

3、量子通信技术

量子通信是以量子纠缠技术作为基础，通过量子纠缠所产生的连锁效应来实现信息传递的一种新型的通信方式。量子通信结合了量子论和信息论，主要应用于量子密码通信，远程传态等。

量子通信的信息单位称为量子比特（qubit），它是两种逻辑态的叠加。在量子通信中，我们用量子态来表示信息，信息传递和信息处理中遇到的问题都采用量子理论来处理，其中，信息的传输是利用量子态在量子通道中的传送，信息的处理和计算是利用量子态的幺正变换，信息的提取是对量子系统进行测量。

我们看到，信息一旦量子化，则量子力学便成为了实现量子通信的物理基础，量子具有如下特性：

（1）量子的纠缠性。

（2）量子的不可克隆性。

（3）量子的叠加性和相干性。

在量子通信系统中，两个共享信息的人必须共享两个几乎一致的成对的量子（如光子），当其中一个量子携带了信息，则此信息会消失或者重现在另一个光子上，以此实现“不加外力”方式传输信息。所谓的“不加外力”传输是指信息在一个地方消失，又能在另一个地方重现的过程。由于报文是一种“不加外力”方式传输信息，因此，量子通信中的发信者与收信者利用报文方式传输所共享的量子的数量取决于发送报文本身的长度。由于量子只能成对产生且只能在一对发送者和接受者之间进行传输，所以量子通信网络也只能是一个链路一个链路地建立。

量子通信的特点在于量子通信中的信息传递可以不通过通信双方之间的空间，从而使得通信不会受到空间环境的制约与影响；量子通信的传输线路时延可以为0，是最快的通信方式；量子通信中，第三方是无法进行干扰和窃听。信息的载体—量子，是完全只保存在通信双方处；量子通信不存在任何电磁辐射污染，属于环保型新技术。

4、量子通信前沿

量子通信的实现方式通常有两种：

（1）利用量子耦合技术，制造出多粒子的量子耦合态。

（2）利用生物技术，建立意识生物的意识器官之间的某种量子耦合。

今年五月，中国科学院成功实现了远距离量子通信隐态传输。量子的运动不遵循中学学过的牛顿定律和麦克斯韦电磁定律，也不遵循描述宏观物体运动规律的相对论。量子通信最突出的是不能同时满足实在性和定域性。由于量子处于所有可能状态的叠加态，当你以不同方式观测它时，它才明确呈现出特定的状态，呈现何种状态与观测者和观测方式有关。其实现量子通信隐态传输原理如下：第一，把相干的两个量子A和B分别传送到信息的发端和收端；第二，另取一个量子C（这个C就是要被传输的东西），在发端对A和C做某种联合测量；第三，通过经典信道（比如打电话、发邮件等）把联合测量A与C的结果告知B；第四，收端在得知A与C联合测量的结果之后，做某种运算（或测量），运算之后B的状态与C在测量之前的状态就一致了（在发端对A和C进行测量的瞬间，由于A和B是相干的，B的状态也受到了某种程度的影响，这种影响，是C的初始状态可以在B上还原的根本原因）。到此为止，量子C在发端消失了（对量子的测量会导致量子状态的变化，从这个意义上讲，测量之后的C已经不是原来的C了），它又出现在收端（收端量子B的状态与原来C的状态相同，从这个意义上讲，C在收端重现了）。具体到物体从某地消失，瞬间又出现在另外的地方，从上面的解释可以知道，单从物理原理上说是可能的。更严格的说法是物体在某地被销毁，然后在另一地用相同的原料被重构。

与现在的通信方式相比，量子通信最大的特点是信道资源不再是瓶颈，甚至不再是有限的，量子信道的容量无限大，量子态传输的速度无限快，而且量子态的传输无法拦截，因而是绝对安全的。

参考文献

篇8

特斯拉增强型自动辅助驾驶

机构：特斯拉电动汽车公司

创新是特斯拉的主题、是特斯拉的核心，特斯拉增强型自动辅助驾驶，促进实现人、车、路和谐互联的未来交通。

场景应用：当驾驶员使用钥匙启用召唤功能，车辆会自动驶出车库，并探测驾驶员所在位置，停靠到驾驶员附近，随后驾驶员进入车辆，发动汽车上路，开始感受一段融合了尖端科技所带来的愉快旅程。

IBM Watson 2016

机构：国际商业机器公司

科学都是在于发现，在于探索，在于求知，而科技在于发明，在于创造，在于造福人类。

场景应用：Watson在未来医疗健康领域的应用将大放异彩。远程医疗依然需要一位医生对远端的医生提供指导，而Watson计算机将来可以同时为老少边穷的医院提供技术支撑。试想一下，计算机可以看得懂所有的化验报告、医学图像、MIT片；试想一下，计算机可以看得懂基因图谱。这样一来，老少边穷的医院可以获得等同于三甲医院的服务，这是远程医疗无法比拟的。

以飞天开放平台为基础的大规模分布式高可用电子商务交易处理平台

机构：阿里巴巴（中国）软件有限公司浙江蚂蚁小微金融服务集团有限公司

飞天平台在电子商务交易平台基础之上，不断推出人工智能服务，端到端完整的购物支付购买场景现在已经可以实现。

场景应用：以飞天开放平台为基础的阿里巴巴大规模、分布式、高可用电子商务交易处理平台，具备支撑每秒数十万笔的高并发交易能力和弹性伸缩能力，为几亿用户提供安全、便捷、个性化的购物体验，并已通过阿里云对外服务，实现普惠科技价值。

卡巴斯基工控安全平台2016

机构：卡巴斯基实验室

技术的发展带来了新的机遇，给企业和工业带来了很多机遇，现在所有的设备都可以连网，但与此同时，也给社会带来了诸多挑战。因此，我们必须要有新的技术来应对这些挑战和威胁。

场景应用：KICS软件可以保护各个行业的工业企业，包括能源行业、化工行业、油气行业、钢铁制造、水资源管理、食品加工等等，而且KICS在保护网络的同时，不会影响整个工业流程。

量子通信技术

机构：中国科学院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心

篇9

关键词： FPGA； Verilog HDL； VGA显示； 量子点； 波形显示与标记

中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）06?0101?03

量子点（Quantum Dot，QD）[1]，是准零维的纳米材料，由少量的原子所构成。STM?MBE是可制备和扫描量子点材料的先进设备，STM?MBE即扫描隧道显微镜和超高真空分子束外延联合系统，分子束外延（MBE）是一种物理气相沉积的材料制备方式，利用MBE设备可以高精度地制备原子单层级的平整薄膜[2]， 扫描隧道显微镜（STM）的工作原理是电子的隧道效应，通过隧道电流的大小反应样品表面的形貌。利用STM?MBE制备量子点时，需要利用量子点波形来观察和标记量子点的高度以确定量子点生长的优劣和表面形貌。基于此种需求，本文利用FPGA控制来实现量子点波形的VGA显示。由于FPGA技术的迅速发展，FPGA能够满足灵活性和稳定性的要求，在图像采集和处理方面得到了广泛的应用[3]。VGA显示具有分辨率高、显示速率快、颜色丰富等优点[4]，利用FPGA控制实现波形的VGA显示不仅能优化量子点波形的显示效果，而且系统具有结构简单、成本低、应用灵活的优点。本文的系统开发软件环境为Quartus Ⅱ11.0，采用的FPGA芯片型号为ALTERA Cyclone IV 系列，利用Verilog硬件描述语言实现对量子点VGA波形显示的控制；同时在量子点波形显示的基础上，利用FPGA控制实现对显示的波形图的任意节点做自动或者手动标记，从而进一步方便于制备量子点的实验。

1 系统原理

1.1 系统原理框图

在QuartusⅡ11.0的软件环境下，采用Cyclone IV 系列的FPGA芯片，并在此环境内搭载AD量子点波形数据采集模块、存储器模块、VGA控制模块、VGA显示模块、标记控制模块等。AD量子点波形数据采集模块将采集的量子点波形数据处理后存入存储器模块，通过定制存储器模块，可以将量子点波形的数据存入缓存中，VGA控制模块在时钟信号（CLK）的作用下通过HSYNC（行同步）、VSYNC（帧同步）信号和RGB数据来控制VGA显示器的显示，标记控制模块通过State Machine（状态机）和Counter（计数器）控制标记在整个屏幕的移动，系统原理框图如图1所示。

1.2 VGA显示原理

在FPGA设计中，只需利用很少的资源就能产生VGA的各种控制信号[5]，如时序、色彩、分辨率等。目前绝大多数的VGA显示器采用光栅扫描，即从上到下扫过每一行，在每一行内从左到右扫描。在VGA中，行同步脉冲在光栅扫描线需要回到屏幕的左边（水平开始位置）的时候插入，场同步脉冲在光栅扫描线需要回到屏幕的上方（垂直开始位置）的时候插入。VGA的色彩原理是通过对Red，Green，Blue三个颜色通道的变化以及它们之间的叠加来得到各种各样的颜色，通过三种颜色的亮度值从0～255的不同产生出其他各种颜色。RGB为像素数据，在没有图像投射到屏幕时插入消隐信号，当消隐信号有效时，RGB信号无效，屏幕不显示数据。

图2是VGA扫描行数据时序图，H是行同步脉冲信号。产生行同步脉冲信号HSYNC的周期H=H1+H2+ H3+H4，其中H1是同步信号时间，H2为消隐后肩时间，H3为数据有效时间，H4为行消隐前肩时间。场同步时序与行同步时序类似，即为显示一屏数据的时序。以分辨率640×480为例[6]，刷新频率为60 Hz，显示器每秒扫描60场数据，但是VGA在实际工作时并非每行扫描640个点，每场扫描480行数据，而是每行800个像素点[7]，每场525行数据。每行800个像素点中包括H4 16个点，H1 96个点，H2 48个点以及有效图像像素点H3 640个，场数据与此类似，由此点像素的时钟频率为：800×525×60 = 25.2 MHz。

2 量子点波形的VGA显示与标记

2.1 波形的显示

图3是经MBE设备生长的InGaAs量子点的STM扫描图（1 000 nm×1 000 nm）。图中的白色直线下的4个量子点是本实验所选取的4个实验点，实验所要显示的波形是这4个量子点的高度，显示的波形图能更加精确地反映InGaAs量子点的表面形貌以及量子点生长优劣。

STM?MBE联合系统的组成为生长量子点设备和扫描量子点设备，扫描设备又包含扫描显示和数据输出，数据输出部分有USB接口。本实验系统的AD量子点波形数据采集模块就是通过数据输出的USB接口采集量子点的高度扫描数据[8]。这些扫描数据存入存储器模块的缓存中[9]，通过VGA控制模块的读取和控制[10]。这些数据转化为波形并在VGA显示器上显示。图4是实验选取的4个量子点的波形图。由波形图可以看出，从左至右的4个量子点，第2个量子点的生长高度较其他3个较低，表面较凹，波形图比较直观地反映出了量子点的表面形貌，十分便于量子点生长实验的观测与分析。

2.2 波形的标记

在实际的量子点生长实验中，不仅需要观察量子点的STM扫描图、量子点高度的波形图， 也需要对某些量子点做标记，如标记生长的不好的量子点或者生长的符合要求的量子点。本文以选取的的4个量子点为例，利用FPGA控制实现量子点波形的自动标记和手动标记。

实现量子点波形的自动标记是利用VGA显示器光栅扫描从左至右，从上至下的扫描方式。如图5所示，在分辨率为H×V的VGA显示画面中，假设要分别对波形图上的A，B两点做自动标记，根据本实验中整条波形的RGB色彩是一致的特点，即为白色，即RGB色彩值为（255，255，255），Red为255，Green为255，Blue为255，设A点坐标为（XA，YA），则XA为扫描到的波形上的第1个点的横坐标，且YA为场方向上的纵坐标最小值，于是即可在此坐标值上做下标记；同理，对于B点，令B点坐标为（XB，YB），YB为场方向最后一行扫描到的波形上的第一个点的纵坐标，且YB为纵坐标最大值，于是即可在此坐标值做下标记。图6为加标记后的量子点波形图，通过FPGA的控制和Verilog HDL，圆形标记能自动添加在量子点波形的最高（最低）转折点和最高（最低）波峰点，这些标记有助于在量子点生长实验中分析量子点的生长优劣以及表面形貌的变化。

实现量子点波形的手动标记的重点在于标记的移动，本实验中VGA显示的分辨率为640×480，选取的时钟为25 MHz，则由于对应的周期为40 ns，标记移动速度太快，无法观测标记移动，经过多次实验，在Verilog状态机中选用18位的计数器，在FPGA的控制按键有效时，计数器每计到18个1时标记在VGA显示器上移动一个像素点，实现标记上下左右任意位置的移动。

在图6自动标记的基础上，利用Verilog HDL定义FPGA上的控制按键，通过不同按键的控制，可使标记灵活地进行自定义的移动。

3 结 语

本实验利用FPGA控制实现了STM?MBE量子点波形的VGA显示，且同时实现了量子点波形图的手动和自动标记，充分发挥了FPGA在实现图像采集与控制方面的优势。经实践证明实验方法易于操作，且显示效果好，成本低，十分便于在量子点生长实验中分析量子点的生长状况，描述量子点的表面形貌。本次实验采取的VGA分辨率为640×480。在实际的实验中，若单次显示的量子点数量较多，还可根据需求选用更大的分辨率。不仅可以提升显示效果，还能显示更多的波形，充分说明了此方法的灵活性与实用性。

参考文献

[1] BIMBERG D， GRUNDMANN M， LEDENTSOV N N. Quantum dot heterostructures [M]. USA： John Wiley & Sons， 1999.

[2] DING Z， BULLOCK D W， THIBADO P M， et al. Time?evolution of the GaAs （001） pre?roughening process [J]. Surface Science， 2003， 540（2/3）： 491?495.

[3] 陆浩，王振占，高国兴，等.基于FPGA的多功能图像处理系统设计[J].微电子学与计算机，2011，28（12）：107?110.

[4] 王恒心.基于FPGA/CPLD的嵌入式VGA显示系统[J].微计算机信息，2008（26）：146?148.

[5] 吴蓬勃，张启民，王朝阳，等.基于FPGA的VGA图像控制器设计[J].东北电力大学学报，2006，26（4）：89?92.

[6] 王亮，李正，宁婷婷，等.VGA汉字显示的FPGA设计与实现[J].计算机工程与设计，2009，30（2）：275?281.

[7] 郑美芳，高晓蓉，王黎，等.基于FPGA的VGA时序彩条信号实现[J].现代电子技术，2009，32（14）：90?92.

[8] 覃永新，陈文辉，章帆.实时视频数据采集的FPGA实现[J].电子技术应用，2009（9）：57?60.

[9] 王至秋.基于FPGA控制VGA显示的多通道数字示波器的设计[J].现代电子技术，2011，34（7）：55?57.

篇10

关键词：量子力学；教学探索；普通高校

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）50-0212-02

一、概论

量子力学从建立伊始就得到了迅速的发展，并很快融合其他学科，发展建立了量子化学、分子生物学等众多新兴学科。曾谨言曾说过，量子力学的进一步发展，也许会对21世纪人类的物质文明有更深远的影响[1]。

地处西部地区的贵州省，基础教育水平相对落后。表1列出了2005年到2012年来的贵州省高考二本理科录取分数线，从中可知：自2009年起二本线已经低于60%的及格线，并呈显越来越低的趋势。对于地方性新升本的普通本科学校来讲，其生源质量相对较低。同时，在物理学（师范）专业大部分学生毕业后的出路主要是中学教师、事业单位一般工作人员及公务员，对量子力学的直接需求并不急切。再加上量子力学的“曲高和寡”，学生长期以来形成学之无用的观念，学习意愿很低。在课时安排上，随着近年教育改革的推进，提倡重视实习实践课程、注重学生能力培养的观念的深入，各门课程的教学时数被压缩，量子力学课程课时从72压缩至54学时，课时被压缩25%。

总之，在学校生源质量逐年下降、学生学习意愿逐年降低，且课时量大幅减少的情况下，教师的教学难度进一步增大。以下本人结合从2005至10级《量子力学》的教学经验，谈一下教学方面的思考。

二、依据学生情况，合理安排教学内容

1.根据班级的基础区别化对待，微调课程内容。考虑到我校学生的实际情况和需要，教学难度应与重点院校学生有差别。同时，通过前一届的教学积累经验，对后续教学应有小的调整。在备课时，通过微调教学内容来适应学习基础和能力不同的学生。比如，通过课堂教学及作业的反馈，了解该班学生的学习状态，再根据班级学习状况的不同，进行后续课程内容的微调。教学中注重量子力学基本概念、规律和物理思想的展开，降低教学内容的深度，注重面上的扩展，进行全方位拓宽、覆盖，特别是降低困难题目在解题方面要求，帮助学生克服学习的畏难心理。

2.照顾班内大多数，适当降低数学推导难度。对于教学过程中将要碰到的数学问题，可采取提前布置作业的方法，让学生主动去复习，再辅以教师课堂讲解复习，以解决学生因为数学基础差而造成的理解困难。同时，可以通过补充相关数学知识，细化推导过程，降低推导难度来解决。比如：在讲解态和力学量的表象时[2]，要求学生提前复习线性代数中矩阵特征值、特征向量求解及特征向量的斯密特正交化方法。使学生掌握相关的数学知识，这对理解算符本征方程的本征值和本征函数起了很大的推动作用。

3.注重量子论思想的培养。量子论的出现，推动了哲学的发展，给传统的时空观、物质观等带来了巨大的冲击，旧的世界观在它革命性的冲击下分崩离析，新的世界观逐渐形成。量子力学给出了一套全新的思维模式和解决问题的方法，它的思维模式跟人们的直觉和常识格格不入，一切不再连续变化，而是以“量子”的模式一份一份的增加或减少。地方高校的学生数学基础较差，不愿意动手推导，学习兴趣较低，量子力学的教学，对学生量子论思维方式的培养就显得尤为重要。为了完成从经典理论到量子理论思维模式的转变，概念的思维方式是基础、是重中之重。通过教师的讲解，使学生理解量子力学的思考方式，并把经典物理中机械唯物主义的绝对的观念和量子力学中的概率的观念相联系起来，在生活中能够利用量子力学的思维方式思考问题，从而达到学以致用的目的。

4.跟踪科学前沿，随时更新科研进展。科学是不断向前发展的，而教材自从编好之后多年不再变化，致使本领域的最新研究成果，不能在教材中得到及时体现。而发生在眼下的事件，最新的东西才是学生感兴趣的。因此，我们可以利用学生的这种心理，通过跟踪科学前沿，及时补充量子力学进展到教学内容中的方式，来提高学习量子力学的兴趣。教师利用量子力学基本原理解释当下最具轰动性的科技新闻，提高量子力学在现实生活中出现的机会，同时引导学生利用基本原理解释现实问题，从而培养学生理论联系实际的能力。

三、更新教学手段，提高教学效率

1.拓展手段，量子力学可视化。早在上世纪90年代初，两位德国人就编制完成了名为IQ的量子力学辅助教学软件，并在此基础上出版了《图解量子力学》。该书采用二维网格图形和动画技术，形象地表述量子力学的基本内容，推动了量子力学可视化的前进。近几年计算机运算速度的迅速提高，将计算物理学方法和动画技术相结合，再辅以数学工具模拟，应用到量子力学教学的辅助表述上，使量子力学可视化。通过基本概念和原理形象逼真的表述，学生理解起来必将更加轻松，其理解能力也会得到提高。

2.适当引入英语词汇。在一些汉语解释不是特别清楚的概念上，可以引入英文的原文，使学生更清晰的理解原理所表述的含义。例如，在讲解测不准关系时，初学者往往觉得它很难理解。由于这个原理和已经深入人心经典物理概念格格不入，因此初学者往往缺乏全面、正确的认识。有学生根据汉语的字面意思认为，测量了才有不确定度，不测量就不存在不确定。这时教师引入英文“Uncertainty principle”可使学生通过英文原意“不确定原理”知道，这个原理与“测量”这个动作的实施与否并没有绝对关系，也就是说并不是测量了力学量之间才有不确定度，不测量就不存在，而是源于量子力学中物质的波粒二象性的基本原理。

3.提出问题，引导学生探究。对于学习能力较强的学生，适当引入思考题，并指导他们解决问题，从而使学生得到基本的科研训练。比如，在讲解氢原子一级斯塔克效应时，提到“通常的外电场强度比起原子内部的电场强度来说是很小的”[2]。这时引入思考题：当氢原子能级主量子数n增大时，微扰论是否还适用？在哪种情况下可以使用，精确度为多少？当确定精度要求后，微扰论在讨论较高激发态时，这个n能达到多少？学生通过对问题的主动探索解决，将进一步熟悉微扰论这个近似方法的基本过程，理解这种近似方法的精神。这样不仅可以加深学生对知识点的理解，还可以得到基本的科研训练，从而引导学生走上科研的道路。

4.师生全面沟通，及时教学反馈。教学反馈是教学系统有效运行的关键环节，它对教和学双方都具有激发新动机的作用。比如：通过课堂提问及观察学生表情变化的方式老师能够及时掌握学生是否理解教师所讲的内容，若不清楚可以当堂纠正。由此建立起良好的师生互动，改变单纯的灌输式教学，在动态交流中建立良好的教学模式，及时调整自己的教学行为。利用好课程结束前5分钟，进行本次课程主要内容的回顾，及时反馈总结。通过及时批改课后作业，了解整个班级相关知识及解题方法的掌握情况。依据反馈信息，对后续课程进行修订。

通过双方的反馈信息，教师可以根据学生学习中的反馈信息分析、判定学生学习的效果，学生也可以根据教师的反馈，分析自己的学习效率，检测自己的学习态度、水平和效果。同时，学生学习行为活动和结果的反馈是教师自我调控和对整个教学过程进行有效调控的依据[6]。

四、结论

量子力学作为传统的“难课”，一直是学生感到学起来很困难的课程。特别是高校大扩招的背景下，很多二本高校都面临着招生生源质量下降、学生学习意愿不高的现状，造成了教师教学难度进一步增大。要增强学生的学习兴趣，提高教学质量，教师不仅要遵循高等教育的教学规律，不断加强自身的学术水平，讲课技能，适时调整教学内容，采取与之相对应的教学手段，还需要做好教学反馈，加强与学生的沟通交流，了解学生的真实想法，并有针对性的引入与生活、现实相关的事例，提高学生学习量子力学的兴趣。

参考文献：

[1]曾谨言.量子力学教学与创新人才培养[J].物理，2000，（29）：436.

[2]周世勋，陈灏.量子力学教程[M].高等教育出版社，2009：101.

[3]杨林.氢原子电子概率分布可视化及其性质研究[J].绥化学院学报，2009，（29）：186.

[4]常少梅.利用Mathematica研究量子力学中氢原子问题[J].科技信息，2011，（26）：012.

[5]喻力华，刘书龙，陈昌胜，项林川.氢原子电子云的三维空间可视化[J].物理通报，2011，（3）：9.