量子通信范文

导语：如何才能写好一篇量子通信，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

然而，新闻报道透露的少量信息，还不足以使人们了解量子通信，并且质疑的惯性也使人们对这一技术的实际状态产生了怀疑。

量子是物理世界里最小的、不可分割的基本个体，因此可以说所有物质都是由量子组成的。量子具有非常奇妙的特性：量子叠加和量子纠缠。量子叠加原理使得量子的测量会被感知，是量子保密通信的基本逻辑。光量子通信主要基于量子纠缠理论，使用量子隐形传态的方式实现信息传递，这是实现量子高速通信的基本逻辑。

一个量子可以有多个可能状态的叠加态，只有在被观测或测量时，才会随机地呈现出某种确定的状态，但是对量子的测量又会改变被测量量子的状态。利用量子叠加原理，就可以实现量子密钥分发，一旦有人试图截获或测试量子密钥，就会改变量子状态，发送方可以销毁密钥重新分发。量子不可克隆和不可分割的特性也保证了量子密钥无法复制，实现了量子保密通信。

这种通信真的是无条件的绝对安全吗？目前还没有绝对安全的通信，不管多么保密的技术，最后都可能在人的身上功亏一篑，这是永远的安全悖论。

两个量子的相互作用，还可以产生一种纠缠态，处于纠缠态的一对量子，不管距离多么遥远，只要其中一个量子的状态发生变化，另一个量子也会发生相应的状态变化，这就是量子纠缠。根据这个原理，只要观测到一个量子的状态，那么就能得到另一个远距离量子的状态。也就是说，由这种状态变化就能实现瞬间通信，这就是量子的隐形传态。

量子隐形传态将粒子的未知量子态精确传送到遥远地点而不用传送粒子本身，因此在量子通信的宣传中，得到这样一个结论：量子通信的速度可以超越光速。

量子理论中，光的速度是极限速度，无法突破。但是量子纠缠理论在实验室状态下是经过验证的，难道真的可以突破光速吗？这只有在更远的距离下才能验证。当距离和速度接近于光速的量级时，能够确保没有各种抑制作用的产生吗？别忘了经典力学中的速度叠加在高速时就已经不再成立，量子级别的状态我们还远没有探索完成。如果我们制作一个远距离的理想刚性框架，在其中一端转动时，另一端也会瞬间改变状态，理论上，这种信息传输速度也将超过光速。然而实际上，当扭矩过大时，状态的变化一定会滞后，这也可以类比到量子纠缠上。要将处于纠缠态的一对量子分置于非常遥远的距离并保持量子纠缠状态并非易事，隐形传态的实际速度会不会超越光速，也许会在墨子号实验卫星上得到一些数据。

篇2

1、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的通讯方式。量子通讯是近二十年发展起来的新型交叉学科，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。

2、量子通信主要涉及：量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等，近来这门学科已逐步从理论走向实验，并向实用化发展。高效安全的信息传输日益受到人们的关注。基于量子力学的基本原理，并因此成为国际上量子物理和信息科学的研究热点。

（来源：文章屋网 ）

篇3

斯诺登说，有人在监听。

潘建伟说，他们听不懂。

首颗“量子科学实验卫星”的发射成功，有望让量子通信真正进入广域传输时代；其“测不准”“不可克隆”等特性，使得其传输的信息在理论上永不会被解密。

不过，发射卫星只是一个起点，在“宏伟量子大厦”中，量子京沪干线正在飞速搭建，天地一体的广域量子网络倚马可待，市场应用不断突破。在第二次“量子革命”中，中国正在领跑。

从三点一线到洲际传播

中国科学技术大学、杏林苑和滨湖新区……2008年10月，这三个合肥市内本不相干的点，因为一次实验连接在了一起。它们仨因为组成了三节点可扩展的量子通信网络，实现了全球首个量子保密电话系统建设，而被永久载入史册。

随后，五节点，四十六节点，合肥、济南城域网，“京沪”城际网……量子通信网在不断扩展。将近十年后，随着量子卫星的发射成功，量子通信网络真正可能升至 “广域”“洲际”传播，为信息保密传输画上了“天地一体”的注脚。

提起量子通信这一“永不被解密”的安全传输方式，很多人觉得晦涩，而记者采访了解到，这一技术已经在市场上得以产业应用。以中国科学技术大学潘建伟团队为技术依托的科大国盾量子技术股份有限公司，把量子通信带到了日常生活中，形成了以量子密码通信终端设备、网络交换/路由设备为核心的量子信息安全系统整体解决方案。

目前，工商银行、北京农商行等多家银行率先试用了量子通信加密技术。作为首批用户之一，工商银行数据中心（北京）网络部总经理任长清曾在接受采访时介绍，现在工行试点的部门，就是通过国盾的量子加密技术，将数据从数据中心传输到同城的另一个机房内。“从理论上讲，通过设备产生量子密钥，再对数据进行加密传输，是不会被窃取的，这对金融数据传输是非常有必要的。”

而将在2016年年底贯通的量子京沪干线，总长2000多公里，建成后，目标应用于军事、金融、政务等领域信息的安全传输。金融机构、媒体、大型企业，都可以成为量子通信的用户。

第二次量子革命我们如何领跑？

量子信息技术方兴未艾，这一领域的国际竞争也在不断加剧。2016年以来，欧美纷纷提出“第二次量子革命”计划，加大基础研究和产业发展方面的投入。

2016年3月，欧盟委员会《量子宣言（草案）》，计划于2018年启动10亿欧元的量子技术项目。其中在量子通信方面，规划5年内突破量子中继器核心技术，实现点对点安全量子通信。10年内实现远距离量子网络、量子信用卡应用等，目标融合量子通信与经典通信，“保卫欧洲互联网安全”。美国更是将“量子跃迁”作为“6大科研前沿”之一，认为人类正站在下一代量子革命的门槛上，量子力学正在导致变革性技术，必须加大投入促进交叉性基础研究。

在中科大上海研究院，张强教授告诉记者，他受邀参加了2016年5月在荷兰阿姆斯特丹举行的欧洲量子会议，这次会议上有参会者明确提出，欧洲要成为世界量子技术发展竞争中的领导者，并提议建设类似于中国“量子通信京沪干线”的项目。

发射全球第一颗量子通信卫星，无疑确立了我国在国际量子通信研究中的领跑地位。根据我国量子通信发展规划，量子卫星发射以后，2016年年底建成“量子通信京沪干线”，国内初步形成广域量子通信体系。到2030年左右，中国率先建成全球化的量子通信网络。

2016年6月，国家发展改革委印发的《长江三角洲城市群发展规划》也为量子通信的实用化勾勒了蓝图。其中提出，加快城市群主要城市域量子通信网构建，建成长三角城市群广域量子通信网络。积极建设“量子通信京沪干线”工程，推动量子通信技术在上海、合肥、芜湖等城市使用，促进量子通信技术在政府部门、军队和金融机构等应用。

“我们的打算是在未来10年内，形成天地一体的全球化量子通信基础设施；形成完整的产业链和下一代国家信息安全生态系统；构建基于量子通信安全保障的未来互联网，也就是‘量子互联网’。”潘建伟说。

让产业应用走得更快更健康

据了解，我国目前在全球量子通信竞争中能处于领先地位，一方面得益于国家对量子信息领域发展的高度重视，同时也依靠科研工作者取得的一系列重大突破。

然而作为一项新兴技术，即使技术积累和产业化方案都更成熟的我国，也同样面临着市场培育的困难。目前我国量子通信产业的主要应用在军事方面和政府部门，商业市场的接受度还有待提高。

“保密传输是减少损失，而不是带来价值，或者说它带来的价值是隐性的，用户很难显性察觉得到。”科大国盾量子信息技术有限公司副总裁何炜说，目前绝大多数合作伙伴都是在政府部门指导下，示范使用产品，真正花钱购买、进入商业化还需要一定的市场培育时间。

记者调研也发现，虽然量子通信产业化还在初期，一些“山寨”企业已经开始借量子的名头，为了提升股价或尽快上市，甚至只是买了两套设备，就拿着正牌企业的资料和PPT到处宣讲，炒作自己的量子概念。这些企业的不良行为，将会影响量子通信产业化的正常推进。

篇4

奇妙的量子纠缠

量子力学和相对论是现论物理学的两个根基。众所周知，爱因斯坦是相对论的创始人，但鲜为人知的是，他也是量子力学的先驱。随着量子力学的发展，爱因斯坦发现，在量子世界中，处于纠缠态的两个粒子，无论其相距多远，都存在某种神秘的“心电感应”，一个粒子的状态发生改变之后，另一个粒子的状态瞬间也会发生相应的变化，这就是奇妙的量子纠缠效应。但相对论的相关理论同时也表明，物体运动或是信息传递是无法超越光速的，那么这两个量子又是如何建立通信的呢？

量子纠缠的奇异性不仅在于它超越了空间，同时让人疑惑的还有它的不确定性。这好比两个黑箱中存放着一对既黑又白的“黑白球”，同常见的非黑即白的情况不同，打开黑箱的瞬间会随机出现黑球或白球。这种不确定性加上奇异的超距作用，让爱因斯坦这样的大科学家也开始怀疑起量子力学的科学性。

不过，经过科学家多年的验证，这种幽灵般的纠缠效应确实是存在的。密码学家认为，奇妙的量子纠缠效应能够为通信提供得天独厚的随机密钥，建立起牢不可破的保密通信系统――量子通信。

“墨子号”翱翔天际

墨子最早提出光线沿直线传播，并设计了小孔成像实验，他是我国科学研究的先驱。作为全球首颗量子科学实验卫星，“墨子号”正是由此得名。

量子通信应用了量子纠缠效应，由于纠缠态量子的不确定性，因此将其用于量子通信产生的密钥也是完全随机的，且能保证一次一密。一旦密钥被截获，量子的状态就会发生改变，而接收者则能根据密钥出错的概率察觉到被窃听，这就保证了量子通信加密的信息无法被破译。

尽管量子通信的保密性毋庸置疑，但在地面上，由于量子在地面光纤网络等介质中传输的损耗，有限的传输距离逐渐成为困扰量子通信的拦路虎。通过发射量子科学实验卫星，数十千米的大气层对量子的损耗要比光纤等介质小很多，因此保障了量子纠缠源能在更大范围内实现稳定的远距离量子通信。

量子科学实验卫星“墨子号”高约1.7米，重约640千克，在约500千米高度的近地轨道上运行。它上面搭载了量子纠缠源、量子纠缠发射机、量子密钥通信机和量子实验控制和处理机，整个系统正是通过制备和分发纠缠态的光量子成功实现量子通信。“墨子号”在发射后，还将与建在北京兴隆、新疆南山、青海德令哈、云南丽江的4个量子通信地面站和建在阿里的量子隐形传态实验站进行通信对接，进行一系列的量子科学和通信安全实验。在高速运动的“墨子号”上，它产生的两个纠缠光量子将分别奔向相距上千千米的地面站，这远远超过了“针尖对麦芒”所需的高精度。整个过程必须保证精确的对准，这也在一定程度上反映了“墨子号”在设计上的精细度。

广域量子网络指日可待

篇5

在当今社会，人们的各项社会活动都与通信有着密切关系，通信信息的安全也变得愈加重要。传统通信信息的保护主要依靠密码加密技术，其安全性主要是基于某些数学假设或者计算复杂度。但是随着计算机运算能力的大幅度提高，传统加密技术已无法满足人们对通信的安全需求。而采用量子比特对信息进行编码，从而实现绝对安全传输的量子通信能够解决这一难题。到目前为止，星地量子密钥分发［1］已经不存在任何理论上的瓶颈。相对于光纤，自由空间基本上可以忽略双折射，在真空环境中光几乎可以无损传输。所以，通过建立以城域量子通信网为基础，利用卫星实现各个城域网的相互连接，能够建立全球量子通信网络。因此自由空间［23］已经成为各国研究的热点，美国、日本和欧盟都在积极进行自由空间密钥分配实验。

星地量子通信试验系统是我国首次进行的星地量子通信试验，通过卫星平台的中转实现相距遥远的两个区域之间的量子通信，真正体现了量子通信向广域范围发展的可能性。本文主要介绍了自由空间量子通信试验系统的设计与实现，文章分为3部分，第1部分介绍系统的设计目标和工作过程，第2部分介绍系统的整体框架和具体功能模块设计，第3部分介绍系统运行结果。

1系统简介

1.1系统设计目标

系统的总体目标是通过空间平台的量子通信载荷和地面工作站形成天地一体化的试验平台，验证星地间量子密钥分发的可行性，从而为利用卫星建立广域量子通信网络奠定基础。量子通信的收发方通过发送量子信号，实现星地时间同步，完成量子密钥分配试验，密钥产生率可达到1~10kbps。

1.2系统工作过程

系统采用偏振态编码的BB84［4］协议实现量子通信，同时采用诱骗态协议［5］抵抗PNS攻击，以保证系统安全。

图1是量子通信试验系统的系统结构图，左边为发送方，右边为接收方，他们通过自由空间（量子信道）和经典信道相联。

图1量子通信试验系统结构

 下面从电子学的角度，介绍量子通信试验系统的基本工作过程。

在量子通信开始后，发送端的电子学系统通过调制信号光脉冲信号驱动激光二极管产生4路量子光信号，同时输出同步脉冲驱动激光二极管产生同步光信号，4路信号光在光耦合模块被调制为4种偏振光，并和同步光经过WDM（Wavelength Division Multiplexing，波分复用）耦合为1路光信号，传输给接收方。同时，发射方还要完成对同步脉冲的高精度时间测量。

光信号到达接收端之后，经WDM将同步光信号和量子光信号分离。同步光源经APD（Avalanche Photo Diode，雪崩光电二极管，也称单光子探测器）测量，产生的脉冲信号进入接收端电子学系统作高精度时间测量；量子光信号经过偏振控制器作4种偏振态测量，产生的脉冲信号同样进入接收端电子学系统做高精度时间测量。这样经过一次完整的量子密钥分发之后，收发双方通过经典信道进行交互，对量子通信产生的原始密钥进行基矢对比、经典纠错和隐私放大，得到最终可用的密钥，完成整个密钥分发过程。

2系统设计

量子通信试验系统是在高精度捕获和跟瞄系统实现地面与卫星之间建立超远距离量子信道的基础上，通过量子通信载荷和地面控制单元实现卫星与地面之间以量子密钥为核心的绝对安全的保密通信试验，量子通信载荷在地面控制单元注入指令的控制下完成量子密钥的分发以及数据后处理过程，通过对量子通信试验系统的需求分析，系统的总体设计框架图如图2所示。

图2量子通信试验系统总体框架

系统主要由系统初始化模块、数据管理模块、量子通信控制模块、试验数据后处理模块等组成，其中量子通信控制模块包括随机数制备模块、量子通信收发控制模块和温度控制模块3部分。系统的初始化模块主要负责维护量子通信试验的正确性，避免设备因未初始化而导致试验失败；数据管理模块主要负责与外部数据进行交互，由指令解析与数传处理两部分组成，完成对量子通信试验控制指令的解析以及试验数据的采集、信息交互功能；量子通信控制模块由随机数制备模块、量子通信收发控制模块、温度控制模块3部分组成，负责对量子通信试验过程进行控制，制备随机数，控制激光器发光以及开关单光子探测器进行测量等；试验数据后处理模块包括科学数据存取模块、基矢校验模块、密钥纠错模块、隐私放大模块和密钥应用模块等部分，主要完成量子通信试验所获数据的后处理工作。

系统初始化后通过数据管理模块完成数据的采集和解析，根据指令解析的结果通过量子通信控制模块完成对量子通信试验流程的控制，存储科学试验数据进行试验后处理，通过试验数据后处理模块进行基矢校验、密钥纠错和隐私放大，最终得到共有密钥。软件工作流程如图3所示。

图3软件系统工作流程

2.1系统初始化模块

系统初始化模块用来确保系统的初始状态正确，避免因未初始化而导致试验失败，是试验正常进行的保障。系统初始化模块由硬件逻辑初始化和定时器中断初始化两部分组成。系统上电后，首先运行系统初始化单元，在初始化成功后才进入其它单元，从而保证了系统的安全性。

2.2数据管理模块

数据管理模块是量子通信试验系统中的一个重要模块，它负责与外部进行数据交互，采集量子通信试验系统所需的控制指令数据并对这些数据进行处理。数据管理模块主要由指令处理和数传处理模块两部分组成。指令处理模块主要对系统采集的指令数据进行解析，并根据解析结果进行下一步操作；数传处理模块则主要完成系统和外部的数据交互，交互的数据包括时间测量数据、随机数数据以及指令执行状态数据。

 系统采用指令驱动的方式进行工作。上电后，系统开始进行工作，然后通过数据管理模块对数据进行管理。数据管理模块的工作流程为：首先利用指令处理模块读取采集到的数据并组包，对于组包后的指令数据按照RS422数据协议进行解析，并根据解析结果对系统进行下一步操作，同时，对于产生的科学数据按照LVDS数据协议在系统和外部之间进行传输。该模块的实现流程如图4所示。

2.3量子通信控制模块

量子通信控制模块主要用来实现对量子通信试验流程的控制，它主要包括随机数制备模块、量子收发控制模块和温度控制模块3部分。随机数模块主要是产生随机数，量子收发控制模块主要 实现对量子收发硬件电路的控制功能，温度控制模块则主要完成激光器和单光子探测器的自动温度控制功能。

图4指令处理模块工作流程

2.3.1随机数制备模块

随机数制备模块的主要功能是产生随机数数据，生成的随机数数据用来调制发射光脉冲。随机数的产生有两种方案，一种是伪随机数方法，另外一种是真随机数方法。伪随机数算法是基于LFSR（LinearFeedback shiftRegister，线性反馈移位寄存器）的算法，但根据试验测试发现其随机性并不是特别好，所以这里我们采取真随机数的实现方法。真随机数的实现采用数字电路内部时钟抖动来完成，首先产生一个一定频率的时钟，然后用同样方法产生一个与前一个时钟频率相近的时钟来采集前一个时钟。由于Jitter的存在，使得采样结果可能是1也可能是0，采样结果经过一定处理即得到随机数。

2.3.2量子收发控制模块

量子收发控制模块的主要功能是通过对量子收发硬件电路的控制，完成对量子通信试验流程的控制。量子收发控制模块负责的试验流程有：能够结合GPS脉冲控制量子通信的开始和结束；在量子通信过程中，能够通过生成的随机数数据控制激光器发光和其发光强度；能够通过控制同步光电路，开关同步光激光器，控制同步光源状态，为量子密钥分配做准备；能够通过控制APD（单光子探测器），进行单光子探测；能够结合时间测量芯片，采集并存储时间测量数据。量子收发控制模块的控制主要通过读写寄存器控制相关硬件电路进行，具体的通信控制模块流程如图5所示。

图5量子收发控制模块的工作流程

2.3.3温度控制模块

温度控制模块是量子通信试验系统中的一个重要模块，它能够通过采集得到的温度信息的值和激光器/单光子探测器的开关状态进行自动温度控制，从而为激光器和单光子探测器提供保护。温控算法采用增量式的数字PID算法［6，7］，能够通过一种串行校正方法通过对输入量进行比例积分微分运算得到相应控制量，这种温控算法的温控精度能够达到0.5°C 。

2.4试验数据后处理模块

试验数据后处理模块完成量子通信试验的数据后处理过程，经过基矢校验、密钥纠错、隐私放大处理过程，得到最终密钥。它可以分为科学数据存取、基矢校验、密钥纠错、隐私放大、密钥应用等5部分。

 科学数据存取模块主要完成的是试验数据后处理模块的预处理工作，将制备的随机数数据和量子通信产生的科学数据存储到Flash中。

 基矢校验模块完成的是与地面交互，提取通信原始密钥的过程。通信双方首先通过在经典通道传输GPS时间数据以及同步光时间数据，同步双方时间，然后选择保留其基矢相同的部分数据，将基矢不同的数据丢掉，最终得到原始密钥。具体过程如图6所示。

图6基矢校验流程

在量子密钥分发过程中，由于信道干扰、光学调整存在误差、接收方存在暗记数等原因，难免会引入一些错误，这最终可能导致通信双方所拥有的密钥存在差异性。而密钥纠错就是对原始密钥中的误码进行纠错处理。经典的纠错算法如Cascade算法，通过将原始密钥进行分段，对于每一段密钥分别使用奇偶校验，寻找并纠正每段错误，并通过迭代完成对所有数据的纠正。但该方法需要非常多的交互，影响了其在工程上的使用。本系统中的密钥纠错则使用基于汉明码的类Cascade纠错法［8］，在保证系统性能的情况下，减少了交互次数，在工程中取得了不错的效果。密钥纠错过程如图7所示。

图7密钥纠错流程

 纠错后的数据并不能保证绝对安全，隐私放大模块就是通过对纠错后的密钥数据进行隐私放大，以保证数据的绝对安全性。隐私放大过程如下:首先，根据指令给出的安全系数M生成1 024*M的随机矩阵R；其次，将纠错后的密钥按照1 024比特切分成段；最后，将每一段切分得到的密钥数据与随机矩阵R相乘得到安全密钥数据。 

3系统运行结果

目前，此系统已成功应用于自由空间1.4km量子密钥分发实验，我们设定每组实验进行15分钟的量子密钥分发，通过多组试验测试，从表中结果可以看到最终密钥成码率大于1.5Kbps，信号态误码率小于2%，达到了设计目标，很好地满足了系统的设计需求。

表1试验成码率和误码率

实验组数 1 2 3 4 5成码率 (bps） 1 520 1 642 1 806 2 143 1 586误码率（%） 1.31 1.55 1.22 1.488 1.684结语

本文给出了量子通信试验系统的设计与实现方案。该方案很好地满足了星载量子通信试验系统的试验流程控制需求，同时采用汉明码的密钥纠错方案，有效地解决了数据处理中纠错效率和通信次数的矛盾。目前，该系统已被应用于自由空间量子密钥分发试验中，系统运行正常，能够较好地完成量子密钥分发试验。

参考文献：

\[1\]MANDERBACH T S, WEIER H,FüRST M, et al. Experimental demonstration of freespace decoystate quantum key distribution over 144 km［J］.Physical Review Letter, 2007.

［2］曾贵华. 量子密码学［M］.北京：科学出版社，2006.

［3］GAO F, GUO F Z. Quantum key distribution without alternative measurements and rotations［J］.Phys.Rev.A,2006.

［4］BENNETT C H,BRASSARD G. Quantum cryptography: public key distribution and coin tossing［C］. Bagalore, India: International Conference on Computers, Systems & Signal Processing,1984.

［5］LO H K, MA X, CHEN K. Decoy state quantum key distribution［J］. Physical Review Letters, 2005.

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【关键词】光存储电磁感生透明暗态极化声子绝热相干操控

一、全光型光纤通信技术的发展现状

二十一世纪是信息高度发展的世纪，信息技术已经逐渐渗透到人们日常生活中的各个方面，并发挥着不可替代的作用。随着人们对于信息技术的需求不断增加，信息传递技术的创新迫在眉睫，如何才能满足信息量日益增多的现状成为信息传递首要解决的难题。根据生产经验而言，激光是满足日益复杂信息传递的最佳工具，因此催生了全光通信技术的发展。

目前研究的重点就是利用何种技术结合先进的光学材料来实现对于光信号的随意控制。上世纪末美国率先解决了对于光脉冲群速度的随意控制难题，实现了对于光信息的人工控制，这意味着光存储已经实现。

二、电磁感生透明及原子介质中的光群速减慢

电磁感生透明也是由美国科学家提出的新概念，电磁感生透明是种量子干涉效效应，电磁感生透明的意思是指在光吸收的介质中，假设用两个具有轻微失谐的光脉冲共同作用于该介质，在共振的情况下，光吸收介质就变为了光透明介质。一旦出现电磁感生透明现象，光脉冲的群速度也会相应降低，而且降低的幅度也比较大，并且可以将光信息以原子态的形式储存。现阶段研究人员提出要想实现电磁感生透明现象，必须要满足两个基本条件，其一就是必须有两束光，而且相位和频率必须固定，一束光作为控制光线，一般情况下都是脉宽比较宽的脉冲，另外一束则为信号光束，其光束的强度比控制光束的强度要小很多。再者两束光线必须都能与三能级原子介质发生相互作用，还必须满足共振条件。上述两种条件都能满足的光束能够使原子处于暗态，进而提高光介质的透明率。换句话说调整光的强度就能够控制原子介质的投射率，也就是色散情况，进而实现对于光脉冲信号群速度的控制。

电磁感生透明现象的发现，最为重要的应用就是控制光脉冲的速度，在此之前已经能够将光脉冲的群速度降低，但是降低的幅度较小，还不能满足人们生活生产的需要，电磁感生透明技术能够有效降低光脉冲的群速度，并且通过进一步的研究发现，利用相干操控技术，光脉冲群速度与慢光之间还能进行相互转化。

光存储的暗态极化声子理论及原子介质中的光存储

随着电磁感生透明技术的发展，人们不仅要控制光脉冲群速度，而且要让其完全停下来。如果能够将光脉冲的群速度完全的停止下来，就能实现全光通信中的光储存。经过人们不懈努力，现在终于能够通过冷原子和热原子实现将光脉冲的群速度完全的控制下来，光储存技术的关键就是要创设合适的环境，也就是说在对光脉冲群速度的完全停止过程中，绝热地关掉，并打开控制光束，对于绝热开关的过程其实就是光储存的过程。

目前德国科学家又提出一个新的概念叫做暗态极化声子，该概念已经能够定量的计算出操控光脉冲群速度并且将信息储存的具体方式，主要方法就是将光脉冲函数与原子函数共同组成一个波函数，当进行光储存过程时，在两束光束处于暗态的前提下，光脉冲与原子脉冲组成的新粒子将会稳定的传递，这其中最为关键的就是光脉冲携带的信息和原子态可以通过光强的改变而被人工控制，随着暗态极化声子技术的出现，大大缩短了人们研究光储存的时间，很快就有研究人员表示能够实现光脉冲的储存和自由释放，时间长达一毫秒甚至是两百微秒，并且随着研究的不断深入，光储存的时间还会更长。现阶段人们不单单是研究其他介质的光储存，而且将研究对象转向了固体介质中的光储存，并且已经在常温晶体中取得了较为明显的成就。

我国在光储存及光脉冲群速度的控制研究中，一直处于世界前列。对于电磁感生透明技术为代表的量子干涉技术的研究也一直在不断的深入中。我国率先提出了将电磁感生透明技术以量子形式储存应用在全光通信中这一概念。并且已经开始致力与研究多能级构型的原子介质中不同光束的相干控制及稀有气体原子的电磁感生透明现象，而且已经实现了长达二十五微秒的光储存。随着量子技术的发展，人们的研究范围也将突破现有的光脉冲储存，进一步扩大到远距离量子通信技术的研究。

三、总结语

现阶段人类在量子光学研究尤其是量子干涉中已经取得了巨大的成就，为全光通信的实现提供了技术可能，但是还有很长的研究之路要走，我们要在现有的基础上，继续深入研究量子干涉技术，争取早日实现全光通信。

参考文献

[1]罗有华.冷原子在静电势阱中的量子力学效应[J].物理学报. 2002

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关键词：量子信息论；信道容量；光通信

中图分类号：N031 文献标识码：A

文章编号：1005-913X（2012）08-0163-01

一、引言

信息论或者称为通信的数学理论，是研究信息的传输、存储和处理的科学。Shannon信息论是其主要代表。而在量子世界里，信号的物理特性与其所传输的信息完全紧密联系，从而产生了量子信息论。近年来，量子密码技术、量子通信、量子计算、量子模拟、量子度量学等方面都取得了很大进展[1]如今，光通信中有关信息论的相关理论已成为人们关心的课题。本文将对量子信息学在光通信中的应用进行分析和比较。

二、Shannon信息论

（一）信息熵的概念

Shannon从研究通信系统传输的实质出发提出了信息熵H（X）的概念 [2]

I（X；Y） = H（X）-H（X/Y） （1）

也可表示为：

■ （2）

（二）信道容量

信道容量C，它反应了信道传输信息的能力，是信道特性的参量。

C=max{I（X；Y）} （bit/event） （3）

Shannon对信道研究后发现由高斯信道可推导出Shannon公式[2]

C=Bln=Bln

■ （4）

N0是每单位频率的信噪比，B是带宽。

高斯信道中的信息量达到极限时[6]：

C=limB ln（1+S/（N0*W））=■lne=1.44■（bit） （5）

三、量子信息论

量子信息论采用与信息论相类似的方式向前发展。 [3] 在量子信息论中常用量子位或者量子比特表示信息单位。如|Ψ>=α|0>+β|1>（|α|2+|β|2=1），|Ψ>，又称为叠加态。

量子比特之所以与比特有如此大的差异是因为量子态是相互纠缠的。

（一）冯诺依曼（Von Neumann）熵

与经典信息论相似，量子信息论定义了冯诺依曼（Von Neumann）熵为：

S（ρ）=-Trρlogρ （6）

当组成混合态系统的每个纯态是相互正交时，（6）式退化为

S（ρ）=-Trρlogρ=■pilogpi （7）

冯诺依曼（Von Neumann）熵等于Shannon熵；而当各纯态相互不正交时，可证明系统的冯诺依曼熵将小于Shannon熵。

（二）量子信道与信道容量

在量子信息论中有三种信道容量概念：①无经典辅助条件下传输完整量子信息的信道容量Q（N）②只传输经典信息时的信道容量C（N）③在一般信道辅助下传输量子信息的信道容量Q2（N）。Q（N）与C（N）的定义形式相同；如Q（N）定义为：对于任意大的n和任意小的ε，当n个量子比特的每个量子态|φ>经过编码、信道传输和解码后的保真度都大于1 -ε 时的量子信道的最大传输速率；用数学公式可精确地表示为

Q（N）=■■sup{■：■m，E，D

■ψ∈H2n>1-ε （8）

但是，对于绝大多数的有噪声量子信道，这种容量并不能计算出具体值，而仅是一个取值范围。

在信息论中，Q（N）可通过干信息来描述，而C（N）完全由可获信息来确定。

四、光纤通信中的信息量

在光量子信道中，对于频率fi，输出信号的平均量子数为

yi=xi+ni （9）

假设xi与ni 统计独立。设xi，ni，yi的概率密度函数为p（xi），p（ni），p（yi），则p（yi/xi）=p（ni）。[5]在特定频率fi上，光量子信道的平均互信息[4]

I（yi；xi）=H（yi）- H（ni） （10）

因为固定时间间隔t，t=■，所以单位时间内的平均互信息

I（X；Y）=■■I（yi；xi）=H（Y）-H（n） （11）

在fi上，假设接收信号的光量子的离散能谱为

EI=hfi （h是普朗克常数） （12）

由于热辐射，光量子的波动服从Gibb分布

P（ni）=■ （13）

可得光量子的波动引起的噪声熵

H（nI）=π2Kt/3hln2 （14）

由（12）式，可得单位时间内信号的平均能量

S=EI=■■■xi ρ（xi）hfi （15）

而输出信号的平均功率是

■■■yi ρ（yi）hfi

=S+■■■ni ρ（ni）hfi （16）

所以，对于窄带的光量子信道，带宽f

就等于Shannon信道容量公式。

五、结束语

Shannon信息论是一套数学理论，而在物理效应非常明显的量子世界里讨论信息问题时，量子信息论起着支柱作用。它的实用性在量子密码通信和量子计算机已经初步实现。[7]现代信息论的理论与方法变得更加全面和深刻。必将在包括光通信在内的广阔通信领域发挥重要作用。

参考文献：

[1] 周正威，等.量子信息技术纵览[J].科学通报，2012（17）.

篇8

以下三个案例，或许对家长有所启发。

妈妈怕吃亏，女儿不合群

婉婉是幼儿园里出了名的小气鬼，才5岁的小姑娘，对自己的东西特别有意识，而且遇到纠纷强硬得很，打人骂人是常有的事，所以，谁都不愿意跟她一起玩。小朋友一起做游戏，相互交换玩具是难免的，有纠纷也是难免的，通常不会闹出大乱子，多数情况老师不必出面，孩子们便能自己解决问题，但偏偏婉婉不是省心的主儿，很容易把小摩擦升级为大矛盾。

“别碰我的东西！那是我的！”这是婉婉的口头禅。只要听到这声断喝，老师就紧张，因为接下来一定会有人哭——不是婉婉，而是惹婉婉的小朋友——然后是大家一起对婉婉起哄，嘘她，最后是婉婉一个人坐在地上放声大哭。

以上剧情经常上演，倒也没什么奇怪的，孩子会慢慢改变自己，适应环境。奇怪的是，如果婉婉妈恰好在场，她不是安慰女儿、开导女儿，而是抱起女儿，说“别哭，是别人先抢你东西的，是别人不对”之类的话，然后在众人的错愕目光中扬长而去。

婉婉妈不认为自己是个吃不得亏的人，反而认定自己是吃亏的命。她认为女儿太单纯、太听话，性格软弱，总被小朋友欺负，所以她要有意识地支持女儿勇敢反抗。她何以对女儿有如此错误的认识？这要从她自己的成长说起。

婉婉妈和苗苗妈从中学到大学一直是同学，同年生孩子，平时也经常来往，但相处得并不和睦。婉婉妈觉得苗苗妈太强势，从小到大各方面总压自己一头，苗苗也挺强势，一起玩游戏时总喜欢指挥婉婉，于是极不服气，好几次两家聚会不欢而散。婉婉妈总是教训女儿：“妈妈告诉你，下次苗苗让你干这干那，你不要听她的。她凭什么当你的领导？你要是再那么没骨气，妈妈就不喜欢你了！”婉婉诺诺点头，似懂非懂。类似的话听多了，婉婉也变得强硬起来，拼命维护自己的利益。苗苗和妈妈都觉得婉婉不好相处，慢慢两家联系得也少了。

但是婉婉已经被妈妈同化了，行为模式固定下来。她不仅极其看重自己的利益，而且说一不二，不容商量。在幼儿园，小朋友手拉手站圆圈时，她一会儿嫌弃这个，一会儿又拒绝挨着那个，弄得大家都讨厌她。

在小区里，婉婉妈与邻居的关系也不好，她觉得邻居嘴巴都像涂了蜜，心里却很会算计，所以经常嘱咐女儿要提防小朋友，不要被别人占了便宜。久而久之，婉婉也像妈妈那样，对人戒备心很重，遇事往坏处想。可想而知，这样的心态怎么会有良好的人际关系呢？怎么能不离群呢？

稍有心理学常识便不难看出，婉婉妈是把女儿看成了年幼的自己，她的误区是把自己在成长过程中积攒下来的偏激想法移植到女儿身上，用善与恶、吃亏与占便宜等成人逻辑歪曲孩子的行为。实际上，孩子争抢玩具的目的非常直接，就是要得到想得到的东西，或者是看到小朋友抢，自己也跟着模仿。此类行为是孩子适应环境，学习交际所必须经历的，家长不必大惊小怪。

妈妈不自信，儿子没激情

虎子妈是一位对家庭教育很执著的妈妈，执著得近乎疯狂。她给儿子报了钢琴班、幼儿英语班、小主持人班、思维训练班、乒乓球班……能报的班几乎都报了。报这么多班，花费自然不菲，虎子妈的月工资4000元全用在孩子学费上还紧张，她就业余炒股票、卖墓地，甚至织毛衣赚钱。经济上的不惜血本远远不够，还要在时间上、体力上付出。虎子妈无怨无悔，已经坚持了三年，并表示将一直这样付出下去。她的希望当然是儿子出人头地。

遗憾的是，6岁的虎子却不争气，整天没精打采的，经常在兴趣班上睡大觉，早上起床特别费劲，动不动就大哭大闹，还拒绝吃早餐。幼儿园老师反映，虎子经常保持沉默，不愿与小朋友们一起玩耍。

虎子妈的疯狂并非望子成龙那么简单，背后有深刻的心理渊源。她小时候非常喜欢音乐、绘画，而且表现出了一定的天赋，但因为家庭经济条件不好，父母无力培养她，所以她对自己的成长怀有深深的遗憾。同时，家境贫寒也令她格外自卑。长大一点，眼见大伯和三叔家的孩子因为家境好，学了不少特长，过年聚会时都要露上一手，唱歌、跳舞、拉琴、画画，她羡慕得不得了，也羞愧得不得了，因为她没一样拿得出手。她像丑小鸭一样默默地坐在一边当观众，内心在哭泣。给压岁钱的时候，奶奶偏心，总是给堂哥堂姐多一些，说是补贴课外班的学费。虎子妈更难过了。

不快乐的童年经历使虎子妈信奉丛林法则：没有本事就该受委屈，正如羊没资格抱怨被狼吃不公平一样。直到现在，她在堂哥堂姐面前还有乌云压顶的感觉。唯一让她欣慰的是，儿子在家族的这一代中是最聪明、最漂亮的。聚会时，她仿佛有了扬眉吐气的资本。同时，她暗下决心，不管自己如何吃苦，都要好好培养虎子，决不能让他重蹈覆辙。可想而知，有这样偏激的心态，虎子妈给儿子报班怎么能不疯狂！

不难看出，虎子妈的疯狂举动，其实是她内心强烈的自卑感在作祟，她渴望儿子能圆自己的学艺梦，给自己挣面子，亦即以牺牲儿子的童年快乐来满足自己隐秘的内心需求，千方百计地创造证据来证明自己的价值。当然，虎子妈并非有意为之，而是完全不自知。

培养孩子的兴趣爱好并没有错，但家长一定要认真审视自己的动机，让孩子背负家长的梦想、弥补家长的遗憾是危险的，也注定不会有好的结果。

妈妈太无私，女儿缺失爱

篇9

一、教师要善待每一位学生就要学会等待

低年级学生的心理素质大都处于从幼稚无知走向成熟的过程，在这个过程中往往会出现有意或无意识的“越轨”行为。陶行知说：“先生不应该专教书，他的责任是教人做人；学生不应该专读书，他的责任是学习人生之道。”只要我们付出真诚的努力，就能多给学生一分理解，少一点苛责；多给学生一分信心，而少一点失望；多给学生一分亲切，就使学生少一点冷漠。只有这样我们的教育才会取得显著成效。

二、教师要善待每一位学生就要学会宽容

陶行知说：“你的教鞭下有瓦特，你的冷眼里有牛顿，你的讥笑中有爱迪生。”你别忙着把他们赶跑。你可不要等到坐火轮、点电灯、学微积分，才认识他们是你当年的小学生。由于每一个学生的生活境况、家庭条件各不相同，每个学生的眼中所呈现的面貌，展示的色彩也就不同。因此，每一个学生对于同样的事情有不同的态度、不同的看法，这时教师必须学会对学生宽容。例如，我班的张飞同学，他是一个比同班同学小一岁的孩子。他做什么都比别人慢，还很任性。要是挨了批评就耍赖，趴桌子上睡觉，随便老师叫他干什么，他都装没有听见。面对这样的学生，我只能对他“低声下气”，常常夸他是好孩子，好孩子是最听老师的话的。我就利用他很想做个好孩子、好学生的心理，慢慢地去引导他，他也会慢慢地告诉你什么地方都不懂，所以感觉累了，学不会就不学了。那么我就因势利导，帮他克服学习上的一个又一个的困难。以心灵赢得心灵，用人格塑造人格，这是诸多优秀教师以自己的亲身经历道出的经验。我们对学生的爱，不应是居高临下的“平易近人，而是发自肺腑的对朋友的爱”。

三、教师要善待每一位学生必须学会合作

孙敬修说过：“教师要爱学生，应把他看成是自己的儿女手足，对待他们的关系，热爱和责任感还应超过自己的儿女，有了这种感情，才能把每一个学生培育好。”无论是教育还是教学，都要注重师生的互为合作，因为合作需要有善于沟通的品质和能力，需要有理智的判断和成熟的热情，更需要我们教师设身处地为学生着想的品质。教师只要学会合作，才意味着对于不同、对于差异、对于另类，甚至是对于异端的尊重与接纳，才学会了必要的妥协、退让、隐忍和放弃。

四、教师要善待每一位学生就要学会分享

陶行知说：“在教师手里操着幼年人的命运，便操着民族和人类的命运。”我们要欣赏别人就是真诚地去分享对方的闪光点，激发他的自信心，而导致别人得到满足、愉悦和欢乐。好的教师就应该做到学会倾听学生心声，学会走进儿童的内心世界，更要懂得学会从儿童的眼光看待世界。人们常说“换位思考”，就是教师以学生的眼光去看待，用学生的情感去体验，用学生的兴趣来爱好。只有敢于换位思考，才能对事物的前因后果、来龙去脉有更全面、更客观的把握，从而判断个人工作的得失。

五、教师要善待每一位学生就要学会选择教育方法

陶行知说：“培养教育人和种花木一样，首先要认识花木的特点，区别不同情况给以施肥、浇水和培养教育，这叫“因材施教”。教师的责任意识在于对学生的严格要求，履行一个教师的职责。在对每一个学生的教育过程中，不能过分溺爱优生，对优生的过错视而不见，听之任之，而对犯点小错的后进生则严而又严，这就违背了教育之道。因此，教师在教育中必须学会选择，学会选择教育的内容，选择教育的时机、教育的途径和方法。教师在上课时，教学手段应采取一些较为直观的方式，并且应该形式多样。如，图片、灯片、实物、录音等，都是孩子们喜欢的教学用具。低年级学生好动，坐不住，针对这一特点，通过形式多样的课堂活动，学生变得爱学、乐学，从而得到成功的情感体验。

六、教师要不断地提高自身素质

陶行知说：“要想学生好学，必须先生好学。唯有学而不厌的先生才能教出学而不厌的学生。”教师还应爱岗敬业，尽职尽责。因为师爱是一种巨大的教育力量，它能使学生感觉到教师的温暖，产生愉快的情绪，激发学习的兴趣，感受到别人对他的希望，集体对他的信任，从而收到良好的教育效果。另外，教师要时时处处严格要求自己，敢于正视自己，解剖自己。凡是要求学生做到的，自己必须先做到，给学生树立好的榜样，凡是要求学生不做的事，自己坚决不做，以免给学生留下坏的印象，言传身教比单纯的说教有效百倍；而作为一种道德导向，爱岗敬业、尽职尽责的基本精神就在于奉献。我们要正确处理个人利益和集体利益的矛盾，一切以学校事业的发展为重。

篇10

——题记

又是一个父亲节，女孩心里想着，父亲节又怎样呢，与父亲的关系不冷不热，在一起又无话可说，即使是父亲节，我又能能做些什么呢？

回到家，父亲依旧是那样毫无表情地看着她，满桌的饭菜，飘得满屋的香气，然后，她和父亲静静地坐下，静静地吃饭，饭桌上有的只是碗筷碰撞在一起的声音，母亲死后，天天如此，女孩鼻子一酸，掩住即将落泪的眼睛，轻声说道：“我做作业去了”。

月朗星稀，漆黑的夜空显得格外的神秘，像父亲的双眸一样，女孩想。回忆起往日，与妈妈在一起的美好时光，女孩觉得心酸，父亲根本就不懂我，我们之间只有沉默，沉默，沉默。只是这种生活，是父女之间的吗？我们的心好像是两扇门，用锁锁住，谁都不能了解谁，谁都不能明白谁。

女孩想了很多，只是这门，什么时候才能打开？

天亮了，睁开朦胧的睡眼，令女孩又惊奇又震惊，桌上放着一只憨态可掬的陶瓷小猪，小猪的手上拿着一把钥匙。钥匙？钥匙？女孩似乎想到了什么，小猪下还有一张卡片，“女儿，生日快乐！”女孩忘了，父亲节也是自己的生日。

她冲出家门，风一样的奔跑，来到花店买了一束鲜花，回到家后，父亲正在准备早点，阳光透过窗户照射到父亲的头发上女孩发现，父亲竞有了白发，父亲老了，真的老了。