量子計算的原理范文

導語：如何才能寫好一篇量子計算的原理，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

在世界經濟發展到知識經濟的今天，人才的作用已初見端倪，世界高新技術革命的浪潮，已經把世界經濟的競爭從物質資源競爭推向人力資源的競爭，掌握知識和技術，具有創新精神和創造能力的人才已成為經濟社會發展的主導。對人力資源的開發、利用和管理將是企業經營管理的根本所在。一個企業是否具有競爭力，是否具有發展前景，決定因素已不限于經營規模的大小，財產物質的多少，而是更取決于是否擁有豐富的人力資源，是否對人力資源進行持續、有效的投資、開發和利用。經濟發展水平越高，人力資源在經濟發展中的作用也越大，人才成為經濟資源中最重要的因素，是企業財富的真正象征和源泉。因此，將人力資源作為資產，對其加以確認、計量、記錄和報告，以滿足企業管理者和企業外部利益關系人對經濟決策的信息需要，這成為時代的必然要求。

人力資源會計是通過對企業中人力資源投資的成本、價值進行確認、計量、記錄和報告，以為利益相關者提供企業的人力資源信息，便于他們做出正確的經濟決策。它是企業專門計量和反映人力資源信息的會計程序和方法。

我國傳統會計核算體系將人力投資支出費用化，難以對人力資源進行確認、計量、記錄和報告，在人力資源投資迅猛增加、人力資源支出比重日益加大的今天，費用化往往導致低估企業收益，而在人力資源損耗階段卻又會高估收益，這與真實的情況不符合，必然導致會計信息不真實，無法為企業管理當局、廣大投資者、債權人、國家經濟管理部門提供他們所需要的人力資源信息。建立了人力資源會計后，改變了傳統會計把人力資源支出都作為當期費用列支的做法，而是將人力資源投資支出資本化，確認人力資產為企業的重要資產，同時確認勞動者的權益，并按貢獻大小參與企業盈余的分配，促使企業的經營者、管理者、勞動者充分重視人力資產的作用，承認勞動者的貢獻和權益，發揮勞動者的積極性和聰明才智，為企業和社會創造更多的財富。

人力資源會計是人力資源管理與會計學相結合的新學科，是會計學科發展的一個新領域。

二、人力資源會計的確認

1、首先，人力資源是企業的資產。人力資源會計與傳統會計的本質區別就在于人力資源會計將人力資源投資視為資產，而傳統會計則作為費用。所以談論人力資源會計，首先就要確認人力資源是否是資產？

資產，是企業擁有或控制的，能夠以貨幣計量，預期能為企業帶來經濟利益流入的經濟資源。據此定義，人力資源是企業的資產，因為人力資源是指人的勞動能力，勞動者的這種勞動能力顯然是可以給企業帶來經濟利益的流入的；而且，人力資源的成本，即企業投資在人力資源上的招聘費、培訓費、保險費、工資及福利費等支出都是能夠以貨幣計量的；還有，人力資源也是企業可以實際控制的，一旦勞動者被企業雇傭，他的勞動力事實上就已經為企業所控制，在勞動契約解除以前，勞動者不能再自由的向他人出售勞動力，特別是正常上班時間，勞動者的時間和所做的事都不能為自己所控制。所以，企業的人力資源是企業所擁有或控制的，能夠以貨幣計量，能為企業帶來經濟利益流入的重要經濟資源，是企業的重要資產。

2、其次，人力資源應屬企業的無形資產。因為，無形資產是不具有實物形態的非貨幣性資產，具有無實物形態、用于生產商品或提供勞務、出租給他人或為管理而持有、可以在一個以上的會計期間為企業提供經濟效益、所提供的未來經濟效益具有不確定性等特征。人力資源符合上述定義和特征：（1）人力資產不具備實物形態。人力資產本質上是指員工的服務能力和潛力，這種能力、潛力是沒有實物形態的；（2）人力資產是用于生產商品、提供勞務或管理的人力資源；（3）人力資產投資的受益期通常在一個會計期間以上，服務期低于一個會計期間的員工的工資等支出一般直接計入當期損益，而不予以資本化；（4）人力資產到底能為企業帶來多大的效益是很難估計的，另外，由于人才的流動性大，使人力資產的受益期事實上也很難確定。綜上所述，人力資源應屬企業的無形資產。

三、人力資源會計的計量

人力資源會計的計量是指人力資產的計價問題，其關鍵是對投資在人力資源上的支出進行資本化與費用化的劃分。人力資源投資支出主要包括以下四個部分：

1、取得人力資源的支出。指企業為獲得人力資源所發生的各項支出，包括：招聘廣告費，支付招聘中介機構手續費，招聘人員的差旅費、接待費、材料費，招聘面試費，體檢費，從事招聘工作人員的工資、獎金，支付被錄用人員的遷移費、差旅費及安置時的行政費用等。

2、維護人力資源的支出。指企業對所聘用的員工，在企業正常生產經營期間所發生的各項經常性支出，如工薪及獎金支出、勞動保健支出、醫療保健支出、社會保險支出、人事管理部門支出等。

3、開發人力資源的支出。指企業為提高員工的素質和技能而發生的各項支出，如見習支出、崗前培訓支出，在職培訓支出，脫產培訓支出等。

上述支出并非都計入人力資產的成本予以資本化，而是只有那些受益期限超過一年以上的支出才予以資本化，其余的則應費用化。具體講，就是將發生額比較大的人力資源取得支出和開發支出予以資本化，而將日常維護支出和發生額比較小的人力資源取得支出和開發支出予以費用化，直接計入當期損益。

由于人力資源的投資成本與其實際價值往往不符，由此會對會計信息的決策相關性與有用性帶來影響。為彌補這一缺陷，我個人認為可以通過采用一定的合理的方法和程序，對人力資產的實際價值（預期未來現金流量的現值）進行評估、估價或描述，并將該信息在會計報告附注中予以適當披露。

四、人力資源會計的核算

（一）人力資源會計核算的基本原則

1、重要性原則。人力資源會計應重點核算和提供企業骨干性人力資源的信息，并將投資在這部分人力資源上的支出作為資本性支出，計入人力資產的成本，并在以后使用過程中分期攤銷，這些信息應重點加以揭示；而對一般性職員的相關支出則直接費用化。這樣區別核算，既能提供更加相關的會計信息，又可簡化核算，體現重要性原則。

2、歷史成本原則。即將招聘、培訓和開發人才等一切人力資源方面的支出作為人力資產的成本入賬，其數據根據原始發生額歸集，客觀可靠。

3、成本效益原則。人力資源會計在很多方面發揮了較大的作用，但在核算時還應考慮對那些核算成本較高，對決策意義不大的核算項目可不予揭示。

4、劃分資本性支出與收益性支出原則。將形成人力資產的數額相對較大的招聘廣告費、職工培訓費、職工教育經費、稀有人才離職損失費等作為資本性支出，予以資本化；而將發生額比較均衡的日常工資及福利費，發生額較小的招聘費、培訓費等支出直接計入當期損益，作為收益性支出。

（二）賬戶設置

人力資源會計核算主要涉及資本化人力資源成本的歸集分配、人力資產價值的確認、人力資產成本的攤銷、人力資產價值損失以及費用化人力資源支出的處理等幾部分。為此，需要設置如下基本賬戶：

1、“人力資產”賬戶：總括反映人力資產的增減變動情況。其借方反映人力資產的增加，貸方反映人力資產的減少，余額一般在借方，反映現有人力資產的歷史成本和重置成本，本賬戶按職工類別設置明細賬戶。

2、“人力資產攤銷”賬戶：其貸方反映人力資產的累計分期攤銷額，借方反映因退休、離職等原因退出企業的職工之累計攤銷額，余額表示現有人力資產的累計攤銷額，本賬戶應按照對應的人力資產明細賬設立相應的明細賬戶。其備抵“人力資產”賬戶后剩下的余額反映“人力資產”投資成本的攤余價值。

3、“人力資產取得和開發”賬戶：這是個成本計算性質的過渡賬戶，用以分類匯集企業在人力資產上的投資成本，借方反映人力資產投資支出的實際數額，貸方反映人力資源取得和開發完成后轉入“人力資產”賬戶的金額，期末余額在借方，表示尚處于取得和培訓階段的人力資源投資成本。本賬戶應設置“人力資產取得成本”和“人力資產開發成本”兩個明細賬戶分別核算。

4、“勞動者權益”賬戶：該賬戶屬于勞動者權益類賬戶，用來反映職工因投入勞動力而對企業享有的權益。職工加入企業為企業投入人力資產時，勞動者權益增加記貸方，當職工離開企業導致勞動者權益減少時記借方。期末余額在貸方，表示企業勞動者對企業享有的權益總額。本賬戶應按照勞動者的類別和具體名稱設置明細賬核算。

（三）基本賬務處理

1、當雇員被錄用時，應該根據人力資源評估機構對其評估的價值，借記“人力資產”賬戶，貸記“勞動者權益”賬戶。年終，企業應對其人力資源價值進行評估清查，如評估價大于原賬面價值，應按差額部分，借記“人力資產”賬戶，貸記“勞動者權益”賬戶，反之，則作相反的分錄。當雇員被解雇后應按評估價值借記“勞動者權益”賬戶，貸記“人力資產”賬戶。

2、企業進行人力資源投資，發生應予資本化的招聘、選拔、培訓、開發等費用時，借記“人力資產取得和開發”賬戶，貸記“現金”、“銀行存款”等賬戶，雇員正式交付給有關部門使用，結轉人力資源開發成本時，借記“人力資產”賬戶，貸記“人力資產取得和開發”賬戶。發生應予費用化的日常維護支出（如工資、獎金等）時，借記“××費用”賬戶，貸記“應付工資”等賬戶。

3、攤銷人力資源投資時，借記“××費用”賬戶，貸記“人力資產攤銷”賬戶。

4、期末，將“人力資產”賬戶余額減去“人力資產攤銷”賬戶余額，即得人力資產的攤余價值（凈值）。

五、人力資源會計信息的報告與披露

篇2

[關鍵詞] 咪唑斯?。贿^敏性鼻炎；微量元素；特異性免疫球蛋白E；嗜酸性粒細胞陽離子蛋白；炎性因子

[中圖分類號] R765.2 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2013）03（a）-0099-03

過敏性鼻炎是臨床高發病，其治療方法較多，多數效果不甚理想。國內外的較多研究認為，此類疾病與患者機體中的較多檢測指標有一定的相關性，其中微量元素及炎性因子，還有其他較多指標均是對疾病診斷和發展轉歸有較高檢測價值的指標，因此認為其可以作為了解治療干預方案是否有效的檢測項目[1-2]。本研究就咪唑斯汀對過敏性鼻炎患者血清元素及特異性免疫球蛋白E（sIgE）、嗜酸性粒細胞陽離子蛋白（ECP）、炎性因子的影響進行分析探討，并將分析步驟及結果報道如下：

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2010年6月～2012年5月重慶醫科大學附屬永川醫院收治的84例過敏性鼻炎患者，將其分為對照組（42例）和觀察組（42例）。對照組中男23例，女19例；年齡15～71歲，平均（34.1±5.2）歲；病程10.0～88.5個月，平均（45.3±3.7）個月。觀察組中男24例，女18例；年齡16～72歲，平均（34.3±5.1）歲；病程11.0～88.0個月，平均（45.5±3.6）個月。兩組患者的男女所占比例、年齡及病程比較，差異均無統計學意義（均P > 0.05），具有可比性。

1.2 方法

1.2.1 治療方法 兩組患者均無1個月內用藥治療史。對照組采用伯克納進行治療，以伯克納鼻噴霧劑進行噴鼻治療，2撳/次，2次/d，較為嚴重者可加至3～4次/d。觀察組則采用伯克納聯合咪唑斯汀進行治療，伯克納用藥方法與對照組一致，同時給予咪唑斯汀10 mg/次口服，1次/d。兩組均根據治療情況治療7～14 d。后將兩組患者的治療總有效率及治療前，治療后7、14 d的血清鋅（Zn）、銅（Cu）、錳（Mn）、sIgE、ECP及白介素4（IL-4）、白介素6（IL-6）、白介素8（IL-8）、腫瘤壞死因子α（TNF-α）、γ干擾素（IFN-γ）水平進行比較。

1.2.2 檢測方法 兩組患者均于用藥前1 d空腹狀態下采集靜脈血5.0 mL進行檢測血清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微量元素分析儀進行檢測；sIgE及ECP則采用上海逸晗生物科技有限公司的sIgE ELISA試劑盒及ECP ELISA檢測試劑盒進行檢測；IL-4、IL-6、IL-8、TNF-α、IFN-γ則均采用上海麗臣生物科技有限公司的相應酶聯免疫定量試劑盒進行檢測，最后將上述所有檢測項目所得檢測數據進行統計分析。

1.3 療效評價標準

以經治療后患者的所有癥狀體征消失，同時實驗室檢測指標均恢復正常為顯效，以患者所有癥狀體征及實驗室檢測指標均明顯改善為有效，以患者所有癥狀體征及實驗室檢測指標均無改善、輕微改善或加重為無效[3]，且以顯效例數和有效例數相加之和為總有效例數。

1.4 統計學方法

軟件包為SAS 8.0，計量資料采用均數±標準差（x±s）表示，組間比較采用t檢驗，重復測量的計量資料采用重復測量方差分析，以P < 0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組臨床療效比較

治療后7、14 d統計數據顯示，觀察組的總有效率顯著高于對照組，差異有統計學意義（P < 0.05）。

2.2 兩組治療前后血清微量元素及sIgE、ECP比較

觀察組患者治療前的血清Zn、Cu、Mn、sIgE及ECP與對照組比較，差異均無統計學意義（均P > 0.05），而治療后7、14 d觀察組血清Zn高于對照組，Cu、Mn、sIgE、ECP低于對照組，差異均有統計學意義（均P < 0.05）。見表2。

2.3 兩組治療前后炎性因子指標比較

治療前兩組患者的IL-4、IL-6、IL-8、TNF-α及IFN-γ比較，差異均無統計學意義（均P > 0.05），而治療后7、14 d觀察組血清IL-4、IL-6、IL-8、TNF-α及IFN-γ低于對照組，差異均有統計學意義（均P < 0.05）。見表3。

3 討論

過敏性鼻炎是由IgE介導的I型變態反應性疾病，臨床發病率較高，且具有反復發作的特點，嚴重影響到患者的生存狀態。另外，較多研究認為本類疾病發生過程中多種免疫活性細胞和細胞因子等均發生一定的變化[4]。另外，國內外一些研究認為[5-6]，機體某些微量元素的異常與本病有較為明顯的相關性，其中Zn的降低和Cu、Mn的升高可導致機體功能的異常，甚至影響到機體的免疫狀態，因此患者更易發生一些疾病。再者，臨床中對于sIgE及ECP在本病患者中存在異常升高的情況已經基本得到肯定[7-8]，均與其特異性抗原引起的免疫性反應有關，其在疾病發生的過程中起到敏感癥狀介質的作用。同時，較多研究顯示，此類患者存在明顯的炎性指標的異常升高的狀況，其中IL-4、IL-6、IL-8、TNF-α及IFN-γ均是臨床研究基本肯定的參與本病的指標[9-10]。綜合這些因素認為，上述項目均可在患者治療的過程中給予細致的監測，以利于了解病情的發展轉歸。

伯克納是臨床中對于過敏性鼻炎治療較受肯定的藥物之一，其為糖皮質激素類藥物，主要為通過收縮皮膚血管來達到抗炎及抗過敏的作用，從而對過敏性鼻炎發揮治療效果。咪唑斯汀是臨床中較為常用的一類治療變態反應的藥物，具有抗組胺和抗變態反應活性，還可抑制活化的肥大細胞釋放組胺以及抑制嗜中性粒細胞等炎癥細胞的趨化作用，而這些作用均有效針對了過敏性鼻炎的發病機制，因此認為效果較為可靠。

本研究就咪唑斯汀對過敏性鼻炎患者血清元素及sIgE、ECP、炎性因子的影響進行觀察，以從這些指標的變化方面進一步了解咪唑斯汀的療效，結果顯示，加用咪唑斯汀的患者較未加用咪唑斯汀的患者，其血清微量元素及sIgE、ECP、炎性因子的變化幅度更大，且這些變化呈現出持續性，因此從這些方面肯定了其療效。

綜上所述，本研究認為咪唑斯汀對過敏性鼻炎患者血清元素及SIgE、ECP、炎性因子的影響較為明顯，其可有效改善患者的疾病狀態。

[參考文獻]

[1] 趙紅，張華.咪唑斯汀治療季節變應性鼻炎180例[J].第四軍醫大學學報，2008，29（6）：3.

[2] 李新芳，侯艷寧，王寧宇，等.咪唑斯汀緩釋片與氯雷他定片治療過敏性鼻炎的有效性與安全性比較[J].藥學學報，2006，22（4）：284-286.

[3] 張清全，楊清，孫勇，等.新疆維、漢人群變應性鼻炎患者血清IL-4和IFN-γ水平及其與鼻粘膜嗜酸性粒細胞浸潤的相關性[J].中國免疫學雜志，2012，28（4）：355-356.

[4] 陳濤，蔣科會，聶孝敏.變應性鼻炎患者血漿P選擇素及ECP的測定及其意義[J].貴州醫藥，2010，34（6）：533-534.

[5] 張，陳曉平，陳群，等.前組篩竇開放聯合下鼻甲激光消融術對變應性鼻炎患者血清IgE、IgG、ECP水平的影響[J].中國中西醫結合耳鼻咽喉科雜志，2008，16（2）：92-95.

[6] 季秀梅，趙仕勇，鄭韶，等.變應性鼻炎患兒血清IL-10與IgE水平及其關系的研究[J].浙江醫學，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] 葉建明，周志軍，管建麗.變應性鼻炎患者脫敏治療前后血清IL-8、IL-10含量的變化[J].放射免疫學雜志，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

如果有人說，在物理世界中有一個百歲的“幽靈”，你會相信嗎？

一百多年前，愛因斯坦也曾一直為這個“幽靈”――量子理論產生的種種現象所困惑。

如今，愛因斯坦逝世已逾六十載，可謎團仍未完全破解。因此，可以毫不夸張地說，量子理論就是這么一個“幽靈”。

在量子理論對世界的描述中，一個物體可以同時處于多個位置，粒子也可以無阻礙似地穿過障礙物，所有的物體都有“波粒二象性”，它既是粒子又是波，兩個分得很開的物體也可以進行某種類似“精神性”的合作……

這些描述聽上去令人毛骨悚然，不可捉摸。難怪量子理論創立者之一的玻爾說過：“如果一個人沒有被量子力學所震驚，那么他就沒有真正懂得量子力學。”

什么是“量子”

“量子”不是一種粒子，它是一個能量的最小單位。所有的微觀粒子（包括分子、原子、電子、光子）都是量子的一種表現形態。

眾所周知，世界是由微觀粒子組成的。因此從某種意義上來說，世界本身就是由量子組成的。在物理學中提到“量子”時，實際上指的是微觀世界的一種行為傾向：物質或者說粒子的能量和其他一些性質（統稱為可觀測物理量）都傾向于不連續的變化。

以光為例，我們說一個“光量子”，是因為一個光量子的能量是光能量變化的最小單位，光的能量是以光量子的能量為單位一份一份地變化的。其他的粒子情況也是類似的，例如，在沒有被電離的原子中，繞核運動的電子的能量是“量子化”的，也就是說電子的能量只能取特定的離散的值。只有這樣，原子才能穩定存在，我們才能解釋原子輻射的光譜。不僅能量，對于原子中的電子，角動量也不再是連續變化的。

量子物理學告訴我們，電子繞原子核運動時也只能處在一些特定的運動模式上。在這些模式上，電子的角動量分別具有特定的數值，介于這些模式之間的運動方式是極不穩定的。即使電子暫時以其他的方式繞核運動，很快就必須回到特定運動模式上來。

實際上在量子物理學中，所有的物理量的值都可能必須不連續地、離散地變化。在上世紀初，物理學家馬克斯?普朗克最早猜測到微觀粒子的能量可能是不連續的。

出生于德國傳統保守家庭的普朗克從小受到良好的教育，雖然具有音樂天賦，十分迷戀音樂，但仍舊立志獻身于科學，研究物理。當他去慕尼黑大學時，一位物理學教授曾勸說他不要學習物理，因為“這門科學中的一切都已經被研究過了，只有一些不重要的空白需要填補”。教授的一席話正代表了當時大多數物理學家的心態。

然而執著的普朗克卻表示：“我并不期望發現新大陸，只希望能理解已經存在的美麗的物理理論，或許能將其加深和發展那么一點點?！泵\總是喜歡開玩笑。本來并未期望在物理研究中“發現新大陸”的普朗克，卻在不經意間成為了量子力學的創始人。

當時，解釋熱力學中的輻射問題，主要有瑞利-金斯定律和維恩位移定律，前者適用于低頻輻射，卻無法解釋高頻率下的測量結果；而維恩位移定律可以正確反映高頻率下的結果，但無法符合低頻率下的結果。

如何才能導出一個新的公式，使得高頻、低頻下都能符合實驗結果呢？普朗克使用了一種巧妙新穎的方法：運用玻爾茲曼的統計物理，把光當成一個一個的諧振子。在他的假設中，既然輻射的是一個一個的諧振子，也就是說在黑體輻射時，能量就不是連續地，而是一份一份地發射出來的。

據此，普朗克導出了一個新公式，這個公式在頻率較小時自動回到瑞利-金斯公式，在頻率較大時又自動回到維恩公式。因此，新公式能在所有的頻率范圍與實驗結果符合。

1900年12月14日，在柏林亥姆霍茲研究所的德國物理學會上，普朗克宣讀了關于這一結果的論文。而這一天也被物理學家們定為量子力學的誕生之日。

然而，這一發現并不是普朗克的初衷。作為一名傳統而保守的物理學家，他只是按照科學方法辦事，并未想要掀起一場革命，連他自己都不知道，自己已經把量子這個“妖精”引進了物理學。

普朗克有些后悔，認為自己制造的這個量子“妖精”破壞了物理學的完美。他曾歷經15年的時間，試圖尋求一種經典物理方法來導出同樣的公式，解決黑體輻射問題，以便挽回“局面”。

然而，他沒有成功。直到1905年，26歲的愛因斯坦利用光量子的假說圓滿解釋了光電效應；1913年，28歲的玻爾提出了量子化的原子結構理論；1923年，31歲的德布羅意提出了德布羅意波；1925年，24歲的海森堡創立了矩陣力學；1926年，37歲的薛定諤建立了薛定諤方程……量子力學才逐漸羽翼豐滿，真正使人們看到了量子概念所閃現的耀眼光芒。

說一說“量子疊加”

量子有一個非常奇怪的特性――量子疊加。

什么是量子疊加？經典事件里可以用某個物體的兩個狀態代表0或1，比如一只貓，或者是死，或者是活，但不能同時處于死和活的狀態中間。

但在量子世界，不僅有0和1的狀態，某些時候像原子、分子、光子可以同時處于0和1狀態相干的疊加。比如光子的偏振狀態，在真空中傳遞的時候，可以沿水平方向振動，可以沿豎直方向振動，也可以處于45°斜振動，這個現象正是水平和豎直偏振兩個狀態的相干疊加。

這種所謂的量子相干疊加是量子世界與經典世界的根本區別。

著名的“薛定諤貓”形象地描述了這個佯謬。在經典世界里，貓要不然是活的，要不然是死的，然而一只量子的貓卻可以處在“死”和“活”的疊加狀態上。那么這只量子“薛定諤貓”到底是死的還是活的呢？

量子測量原理給出的答案是，如果你不去看這只貓，它既不是死的也不是活的！如果你去看這只貓，那么它也許是死的，也許是活的！

正因為有量子疊加狀態，才導致量子力學不確定原理，即如果事先不知道單個量子狀態，就不可能通過測量把狀態的信息完全讀取；不能讀取就不能復制。這是量子的兩個基本特性。

在量子疊加原理基礎之上，衍生出了量子的另一個奇妙特性，叫做“量子糾纏”。比方說，甲、乙兩人分處異地，兩人同時玩一個游戲――擲骰子，甲在一地扔骰子，每次扔一下，1/6的概率隨機得到1到6結果中的某一個；同時，乙在另一地擲骰子，盡管兩人每一次單邊結果都是隨機的，但每一次的結果卻是一模一樣的，就好像是雙胞胎心靈感應一樣。這就是“量子糾纏”。

若兩個量子粒子處在特殊的狀態（俗稱“糾纏態”）中，不管其空間分離得多遠，當對其中一個粒子施行操作或測量，遠處的另一個粒子狀態會瞬時地發生相應的改變，愛因斯坦稱這個現象為“幽靈般的超距作用”。當時，愛因斯坦認為，怎么會允許兩個客體在遙遠的兩地之間有這種詭異的互動呢？據此，他質疑量子理論的完備性。

1982年，法國物理學家Alain Aspect和他的小組證實了“量子糾纏”的超距作用確實存在。

但直到2015年，荷蘭代爾夫特理工大學物理學家Ronald Hanson領導的團隊進行了一項被他們稱之為“無漏洞貝爾測試”的實驗，“幽靈般的超距作用”才得到比較嚴格的驗證。

有了量子糾纏，量子隱形傳輸的概念便呼之欲出。

通俗來講，量子隱形傳輸是將甲地某一粒子的未知量子態，在乙地的另一粒子上還原出來。由于量子力學的不確定原理和量子態不可克隆原理，限制我們將原量子態的所有信息精確地全部提取出來。因此必須將原量子態的所有信息分為經典信息和量子信息兩部分，它們分別由經典通道和量子通道送到乙地。根據這些信息，在乙地構造出原量子態的全貌。

1997年，在奧地利留學的中國青年學者潘建偉與荷蘭學者波密斯特等人合作，首次實現了未知量子態的遠程傳輸。這是國際首次在實驗上成功地將一個量子態從甲地的光子傳送到乙地的光子上。

量子也可以“接地氣”

多年來，科學家們努力運用量子世界種種奇異的性質開拓出適用于經典世界的新技術，將向來被公眾認為高深莫測“詭異”的量子物理從云端落地到人世間，服務社會大眾。

其實，量子理論是一門非常實用的學科。

早在第二次世界大戰之前，它的原理就已經被運用于分析金屬和半導體的電學和熱學性質。戰后，晶體管和激光器這兩個運用量子理論原理且廣為人知的裝置，更是極大地推動了信息革命的發展。

到本世紀初，在我們的周圍隨處可見直接或間接運用量子理論的技術和裝置。從常見的CD唱片機到龐大的現代光纖通信系統、從無水涂料到激光制動車閘、從醫院的核磁共振成像儀到隧道掃描顯微鏡……量子技術已經滲透到我們的生活中。

另外，計算能力的飛躍也是量子理論的重要應用之一。在經典計算機中，每個比特都只有0和1這兩種狀態。但在量子計算中，每個比特可以處在0和1的疊加狀態，一旦操縱的量子數目增多，它就會以指數增長的形式來提升運算速度，有并行運算的能力。

比如，利用萬億次經典計算機分解300位的大數需要15萬年，利用萬億次量子計算機，只需要1秒。同樣，在大數據和人工智能里，求解一個億億億變量的方程組，利用目前最快的億億次“天河二號”計算機大概需要100年左右，但是如果利用萬億次的量子計算機，只需要0.01秒。

量子計算的應用非常廣泛，不僅可以解決大規模的計算機難題，破解經典密碼，進行氣象預報、藥物設計、金融分析、石油勘探，而且還能揭示新能源新材料、高溫超導、量子霍爾效應等復雜的物理機制。不過，量子糾纏“分身術”的特性有一個更為直接的應用，便是量子保密通信。

現在被認為最安全的信息傳遞方式是光纖通訊。光纜能把所有的光能限制在光纖里，外面得不到能量，所以這個傳輸被認為是安全的。但隨著科技發展，只需讓光纜泄露哪怕很少一部分能量，我們就能夠竊聽光纜傳遞的信號。

這是因為經典通信的信號只有0和1，發生竊聽時，這兩種信號不會被擾動。比方說，兩人打電話時，他人可通過竊聽器從通信線路中的上千萬個電子中分出一些電子，使其進入另一根線路，從而實現竊聽，而通話者無法察覺。“棱鏡門”等事件的曝光便是最好的例證。

而量子通信則完全不會出現這個問題，這是因為其密鑰具有不可復制性和絕對安全性。一旦有人竊取密鑰，整個通信信息就會“自毀”并告知使用者。比如，甲、乙二人要進行安全通信，甲發出的光子信息狀態有水平、豎直、45°等，假設有人竊聽，由于光子不可分割，首先竊聽者根本無法分割出“半個光子”；其次，因為單次測量測不準、不可克隆的量子態特性，竊聽者無法復制信息；倘若竊聽者截獲光子，乙就收不到信息，也就不存在竊聽。

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傳統加密的不可靠性

電子通信時代，信息安全脆弱得像一層窗戶紙，基于計算復雜度的經典加密體系一次次被破解，絞盡腦汁的信息加密最終可能淪為形同虛設。唯一的解決之道，就是求助于保障信息安全的“終極武器”――量子通信。 說白了，就是用量子密鑰替代目前的公鑰加密技術。公鑰加密技術，簡單的說，就是拿兩個很大的質數A和B進行乘積，然后把這個乘積作為公鑰進行加密，然后用質數A或B進行解密。雖然得到A和B的乘積很容易，但是要直接從這個乘積分解成兩個質數，就非常非常難。但是隨著計算能力的不斷提高，尤其是基于量子計算機的shor算法的出現，讓基于大數因子分解的公鑰加密技術變得越來越脆弱。

這就是為什么在通信技術如此發達的今天，各國間涉及政治外交、軍事安全的大部分機密信件和物品，仍然通過最傳統的方式――外交信使來傳遞。即便是再高級的保密通信，只要是通過當前的電話線、無線電、光纖等手段，都會面臨被破譯和竊聽的可能。

量子通信是最安全的通信方式

理論上，量子密鑰分發克服了經典加密技術內在的安全隱患，是迄今為止唯一被嚴格證明是無條件安全的通信方式。量子通信是指利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型通信方式。量子通信是理論上完全安全的通信方式。由于作為信息載體的單光子不可分割、量子狀態不可克隆，可以實現抵御任何竊聽的密鑰分發，進而能保證用其加密的內容不可破譯。量子通信是經典信息論和量子力學相結合的一門新興交叉學科，與成熟的通信技術相比，量子通信具有巨大的優越性，具有保密性強、大容量、遠距離傳輸等特點。量子通信不僅在軍事、國防等領域具有重要的作用，而且會極大地促進國民經濟的發展。

量子通信的科學原理

一個物理量如果不能連續變化，只能取一些分立的值，這個量就是量子化的。好比上臺階，只能上一級臺階，而不能上半級。宏觀世界里的物理量似乎都能連續變化，但在微觀世界，許多物理量是量子化的，即存在一個最小的單位，不能再往下細分。量子力學描述世界的語言與經典力學有根本區別。經典力學描述一個物體的狀態，會給出它的明確位置；量子力學描述一個微觀粒子的狀態，給出的則是疊加態――這個粒子在某些情況下既可能在這里，也可能在那里，沒有確定位置。好比孫悟空的分身術，一個孫悟空同時出現在多個地方，孫悟空的各個分身就像是他的疊加態。在通信領域，經典通信的信號只有0和1，量子通信不但有信號0和1，還有0+1、0-1等量子疊加態。量子疊加原理導致了量子不可克隆原理：在量子力學中，不可能實現對一個未知量子態的精確復制，這是量子通信達到“無條件安全”的基本科學原理之一。量子通信是利用了光子等粒子的量子糾纏原理。量子信息學告訴人們，在微觀世界里，不論兩個粒子間距離多遠，一個粒子的變化都會影響另一個粒子的現象叫量子糾纏，這一現象被愛因斯坦稱為“詭異的互動性”?？茖W家認為，這是一種“神奇的力量”，可成為具有超級計算能力的量子計算機和量子保密系統的基礎。

任何竊聽都會擾動量子態

任何經典通信都存在被竊聽的可能性。如打電話時，他人可通過竊聽器，從通信線路中的信號中分出一些，使其進入另一根線路。竊聽時，0和1這兩種信號不會被擾動，所以通話者無法察覺?！都~約時報》2015年報道，美國國家安全局被曝監聽谷歌、雅虎用戶的通信，不需要侵入兩家公司的數據中心，只需截取光纜、電纜中傳輸的信息即可。這些跨國企業的數據中心分布在世界各地，用光纜和電纜相互連接，很多情況下傳輸信息并不加密，埋下了竊聽隱患。即便采用經典加密手段，也不能確保信息安全。

與經典通信不同，量子通信可以將信息編碼加載到單個光子的量子疊加態的偏振方向上。單光子是光能量的最小組成單元，不能再被分割，量子狀態無法被精確復制，任何竊聽行為都會對其造成擾動，從而被通信雙方察覺并規避。通過量子態傳輸，通信雙方協商生成量子密鑰，再加上對信息進行“一次一密”的加密保護，真正實現信息在傳輸中的完全隨機、不可破譯，從根本上解決通信安全問題。

未來數年內量子通信將大規模應用

未來數年內，量子通信將實現大規模應用。經典通信的硬件設施不會被取代，只需在原有設施上“錦上添花”――在通信發送端和接收端安裝單光子探測器、量子網關等量子加密設備，即可在電話、傳真、光纖網絡等原有通信網絡中實現量子通信，安全性大幅提升。

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（一）在建筑材料方面的應用

水泥是重要的建筑材料之一。1993年，計算量子化學開始廣泛地應用于許多水泥熟料礦物和水化產物體系的研究中，解決了很多實際問題。

鈣礬石相是許多水泥品種的主要水化產物相之一，它對水泥石的強度起著關鍵作用。程新等[1,2]在假設材料的力學強度決定于化學鍵強度的前提下，研究了幾種鈣礬石相力學強度的大小差異。計算發現，含Ca鈣礬石、含Ba鈣礬石和含Sr鈣礬石的Al-O鍵級基本一致，而含Sr鈣礬石、含Ba鈣礬石中的Sr，Ba原子鍵級與Sr-O，Ba-O共價鍵級都分別大于含Ca鈣礬石中的Ca原子鍵級和Ca-O共價鍵級，由此認為，含Sr、Ba硫鋁酸鹽的膠凝強度高于硫鋁酸鈣的膠凝強度[3]。

將量子化學理論與方法引入水泥化學領域，是一門前景廣闊的研究課題，它將有助于人們直接將分子的微觀結構與宏觀性能聯系起來，也為水泥材料的設計提供了一條新的途徑[3]。

（二）在金屬及合金材料方面的應用

過渡金屬(Fe、Co、Ni)中氫雜質的超精細場和電子結構，通過量子化學計算表明，含有雜質石原子的磁矩要降低，這與實驗結果非常一致。閔新民等[4]通過量子化學方法研究了鑭系三氟化物。結果表明，在LnF3中Ln原子軌道參與成鍵的次序是：d＞f＞p＞s，其結合能計算值與實驗值定性趨勢一致。此方法還廣泛用于金屬氧化物固體的電子結構及光譜的計算[5]。再比如說，NbO2是一個在810℃具有相變的物質(由金紅石型變成四方體心)，其高溫相的NbO2的電子結構和光譜也是通過量子化學方法進行的計算和討論，并通過計算指出它和低溫NbO2及其等電子化合物VO2在性質方面存在的差異[6]。

量子化學方法因其精確度高，計算機時少而廣泛應用于材料科學中，并取得了許多有意義的結果。隨著量子化學方法的不斷完善，同時由于電子計算機的飛速發展和普及，量子化學在材料科學中的應用范圍將不斷得到拓展，將為材料科學的發展提供一條非常有意義的途徑[5]。

二、在能源研究中的應用

（一）在煤裂解的反應機理和動力學性質方面的應用

煤是重要的能源之一。近年來隨著量子化學理論的發展和量子化學計算方法以及計算技術的進步，量子化學方法對于深入探索煤的結構和反應性之間的關系成為可能。

量子化學計算在研究煤的模型分子裂解反應機理和預測反應方向方面有許多成功的例子,如低級芳香烴作為碳/碳復合材料碳前驅體熱解機理方面的研究已經取得了比較明確的研究結果。由化學知識對所研究的低級芳香烴設想可能的自由基裂解路徑，由Guassian98程序中的半經驗方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的從頭計算方法和考慮了電子相關效應的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法對設計路徑的熱力學和動力學進行了計算。由理論計算方法所得到的主反應路徑、熱力學變量和表觀活化能等結果與實驗數據對比有較好的一致性，對煤熱解的量子化學基礎的研究有重要意義[7]。

（二）在鋰離子電池研究中的應用

鋰離子二次電池因為具有電容量大、工作電壓高、循環壽命長、安全可靠、無記憶效應、重量輕等優點，被人們稱之為“最有前途的化學電源”，被廣泛應用于便攜式電器等小型設備，并已開始向電動汽車、軍用潛水艇、飛機、航空等領域發展。

鋰離子電池又稱搖椅型電池，電池的工作過程實際上是Li+離子在正負兩電極之間來回嵌入和脫嵌的過程。因此，深入鋰的嵌入-脫嵌機理對進一步改善鋰離子電池的性能至關重要。Ago等[8]用半經驗分子軌道法以C32H14作為模型碳結構研究了鋰原子在碳層間的插入反應。認為鋰最有可能摻雜在碳環中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子軌道法對摻鋰的芳香族碳化合物的研究表明，隨著鋰含量的增加，鋰的離子性減少，預示在較高的摻鋰狀態下有可能存在一種Li-C和具有共價性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子軌道計算法，對低結晶度的炭素材料的摻鋰反應進行了研究，研究表明，鋰優先插入到石墨層間反應，然后摻雜在石墨層中不同部位里[11]。

隨著人們對材料晶體結構的進一步認識和計算機水平的更高發展，相信量子化學原理在鋰離子電池中的應用領域會更廣泛、更深入、更具指導性。

三、在生物大分子體系研究中的應用

生物大分子體系的量子化學計算一直是一個具有挑戰性的研究領域，尤其是生物大分子體系的理論研究具有重要意義。由于量子化學可以在分子、電子水平上對體系進行精細的理論研究，是其它理論研究方法所難以替代的。因此要深入理解有關酶的催化作用、基因的復制與突變、藥物與受體之間的識別與結合過程及作用方式等，都很有必要運用量子化學的方法對這些生物大分子體系進行研究。毫無疑問，這種研究可以幫助人們有目的地調控酶的催化作用,甚至可以有目的地修飾酶的結構、設計并合成人工酶；可以揭示遺傳與變異的奧秘,進而調控基因的復制與突變，使之造福于人類；可以根據藥物與受體的結合過程和作用特點設計高效低毒的新藥等等，可見運用量子化學的手段來研究生命現象是十分有意義的。

綜上所述，我們可以看出在材料、能源以及生物大分子體系研究中，量子化學發揮了重要的作用。在近十幾年來，由于電子計算機的飛速發展和普及，量子化學計算變得更加迅速和方便?？梢灶A言，在不久的將來，量子化學將在更廣泛的領域發揮更加重要的作用。

參考文獻：

[1]程新.[學位論文].武漢:武漢工業大學材料科學與工程學院,1994

[2]程新,馮修吉.武漢工業大學學報,1995,17(4):12

[3]李北星,程新.建筑材料學報,1999,2(2):147

[4]閔新民,沈爾忠,江元生等.化學學報,1990,48(10):973

[5]程新,陳亞明.山東建材學院學報,1994,8(2):1

[6]閔新民.化學學報,1992,50(5):449

[7]王寶俊,張玉貴,秦育紅等.煤炭轉化,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,何則強,熊利芝等.量子化學原理在鋰離子電池研究中的應用.吉首大學學報,2006,27(3):97.

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【關鍵詞】：量子通信技術；電力信息；保密傳輸；應用

1、技術原理

1.1量子通信原理

量子通信技術以量子密鑰分配技術為基礎，該技術利用單光子不可分割、量子態不可復制的特性實現通信、雙方的安全密鑰分配，結合“一次一密”實現不可破譯的無條件安全加密通信。光在沿著傳播方向前進的同時，也在垂直的方向上振動，該振動是一種量子狀態。不同于傳統數字光通信，量子通信能夠將信息編碼并加載到單光子的振動方向上，根據單光子不可分割、量子態不可復制的特性，量子狀態是無法被精確復制的。在量子加密的傳輸過程中，任何的竊聽行為都會對量子狀態造成擾動，實現了通信雙方對數據傳輸的狀態監視，能夠察覺到數據被竊聽并進行規避。因此，通過量子狀態的傳輸，雙方可根據量子狀態協商將其轉化為二進制數，形成完全隨機的加密密鑰，以實現對原數據“一次一密”的加密保護。即使密文在傳輸過程被竊取，竊取者也無法計算出完全隨機的密鑰并對其破解，由此最大限度地保障了數據的安全性。

1.2量子加密系統

量子保密通信系統在實際應用中的基本模型如圖1所示。該系統需要兩種信道，一種是業務數據原來傳輸所用的經典信道，一種是量子密鑰傳輸所用的單獨信道，目前該信道必須為裸纖直連。雙方密鑰生成器通過對發送單光子量子態的判斷，將量子態按協商的規律轉為二進制碼，因為單光子的狀態發送是完全隨機的，且在傳輸過程中不可能被竊取，因此雙方最終能夠生成相同的完全隨機的二進制密鑰。通過量子加密機，將原數據與密鑰進行“一次一密”，加密后經發送機在原來的經典信道上進行傳輸。對方用相同的密鑰解密即可。、 圖1量子加密系統基本模型

2、量子通信技術的應用

2.1應用場景

將量子通信技術應用于電力信息系統中，可實現對電力生產業務和管理信息業務的信息數據傳輸保護。首先，針對電力行業中的電網生產業務進行數據加密傳輸，實現對電網生產的安全保護。如涉及電網生產的保護、安控、調度電話、調度自動化等，這些數據網是電力安全生產的重要基礎，承載著電網生產運行的實時狀態與控制指令，對電網的安全運行具有重要意義。采用量子通信方式保護電力調度數據網、配網自動化等，可實現電力生產信息的安全傳輸。其次，電力系統企業管理信息，如企業人力資源、辦公系統、郵件系統、電視電話系統、營銷系統等，承載著重要敏感數據，對電網的穩定運行也起著重要支撐作用，這些數據的泄露會導致電網系統的危險。因此在該場景下，利用量子加密技術M行數據傳輸保護同樣具備可行性。最后，電力數據的信息災備是保障電網安全的最后一道防線，當出現自然原因或人為因素導致電力系統數據癱瘓時，異地的信息數據災備就起了重要作用，及時的數據恢復能夠保證電力系統的正常運行。所以對于電力系統異地或同城的數據災備，仍然也需要高可靠的加密方式實現數據的安全保護。同樣量子保密通信系統可應用于該場景中。

2.2物理架構部署

對于目前的量子保密通信系統，除經典信道傳輸密文外，還需要一條專門用于傳輸量子密鑰的光纖信道。由于技術發展的局限性，該信道的限制條件比較嚴格。首先，量子密鑰信道必須是裸纖傳輸，即兩點間傳輸的光纖不能經過光放大器、光交換、路由器等設備，只能通過物理方式進行跳接，且不能與其他承載業務共用光纖。所以若在電力行業應用量子通信技術，必須提前考慮量子信道是否具有纖芯資源。其次，單站點之間的光纖距離在50km左右、總損耗在13dB內，如果距離遠大于此，就會使得量子密鑰在傳輸中因過大損耗產生精確度的缺失。為實現遠距離的量子通信，就必須建立中繼站實現量子密鑰的中轉，保證發端與接收端最終能夠生成相同的加密/解密密鑰。

2.3電力系統量子通信網規劃

第一，利用量子科學實驗衛星，建立遠距離、跨大區，甚至跨大洲的國際量子通信互聯網。根據目前國家已部署的量子衛星地面接收站情況，可考慮將新疆南山接收站與河北興隆地面接收站作為跨省互聯試點，實現東西部的電力信息傳輸，并作為東西部其他城域網接入的集合點。同時，利用國家建立的京滬干線，實現電力系統在京滬主干線的接入，完成南北部互通，并在京滬沿線將經過的各網省以量子通信方式接入，實現從干線到各點的擴散和延長。

第二，前期可在重要城市建立城域內的量子通信網，對電力重要業務的保護進行驗證和應用，為后續量子通信在電力行業的廣泛應用提供試點基礎。利用國家建立的城市量子通信實驗網資源并考慮政治、經濟重要地區，可選取北京、濟南、合肥、上海等地自主建立區域量子通信網絡。

結語

量子通信技術作為信息通信領域重要的發展方向，探索其在電力信息系統中的應用是非常有意義和前瞻性的工作。本文通過對量子通信技術原理和應用現狀進行分析，并結合電力行業中對重要數據的安全傳輸需求性，提出將量子通信技術應用于電力信息系統的數據傳輸過程。借助量子通信的高可靠性和不可破譯性，為電力信息系統的數據安全提供了一種可適用的解決方案。通過對電力行業的現狀分析，提出了量子通信在電力行業的適用場景，為后續的實際建設和驗證提供了指導方向。同時針對目前存在的問題給出了后續的建議和量子通信網的建設規劃。

【參考文獻】：

[1]周正威，陳巍，孫方穩，等.量子信息技術縱覽[J].科學通報，2012（12）：10-12.

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關鍵詞：量子通信 量子糾纏 隔空傳物

中圖分類號：TN91 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2012）10-0060-01

1、概論

量子技術于上個世紀八十年代誕生并在二十世紀末在國際學術界引起了巨大興趣和高度重視。以量子糾纏為原理的量子信息技術突破了現有信息技術的物理極限，在通信科學領域中提供新的原理和方法。二十一世紀信息科學將從“經典”時代跨越到“量子”時代，其發展將對國民經濟軍事、國防安全等都有著直接而重大的影響，各國都將量子技術作為重大戰略點投入并發展。

2、量子糾纏技術

量子糾纏是一種存在于多種量子系統中的一種子系統。從測量學的角度分析，量子糾纏的結果無法獨立于單獨的系統且必定聯系其他系統的參數。通常，一個量子是無法產生糾纏態的，至少要有兩個量子位。假設由C和D構成一個復合系統，如果其量子態不能表示為該系統的糾纏態，則此復合系統的波函數不能表示為該子系統的直積：

常見的糾纏態有：兩個粒子構成的貝爾基，它兩兩相交且具有最大的糾纏態；三個粒子構成的GHZ糾纏態等。

量子糾纏的實質是一種微觀的多系統之間的一種非定域的關聯，它是傳遞量子信息的通道，這也是用于實現量子通信的基礎。

3、量子通信技術

量子通信是以量子糾纏技術作為基礎，通過量子糾纏所產生的連鎖效應來實現信息傳遞的一種新型的通信方式。量子通信結合了量子論和信息論，主要應用于量子密碼通信，遠程傳態等。

量子通信的信息單位稱為量子比特（qubit），它是兩種邏輯態的疊加。在量子通信中，我們用量子態來表示信息，信息傳遞和信息處理中遇到的問題都采用量子理論來處理，其中，信息的傳輸是利用量子態在量子通道中的傳送，信息的處理和計算是利用量子態的幺正變換，信息的提取是對量子系統進行測量。

我們看到，信息一旦量子化，則量子力學便成為了實現量子通信的物理基礎，量子具有如下特性：

（1）量子的糾纏性。

（2）量子的不可克隆性。

（3）量子的疊加性和相干性。

在量子通信系統中，兩個共享信息的人必須共享兩個幾乎一致的成對的量子（如光子），當其中一個量子攜帶了信息，則此信息會消失或者重現在另一個光子上，以此實現“不加外力”方式傳輸信息。所謂的“不加外力”傳輸是指信息在一個地方消失，又能在另一個地方重現的過程。由于報文是一種“不加外力”方式傳輸信息，因此，量子通信中的發信者與收信者利用報文方式傳輸所共享的量子的數量取決于發送報文本身的長度。由于量子只能成對產生且只能在一對發送者和接受者之間進行傳輸，所以量子通信網絡也只能是一個鏈路一個鏈路地建立。

量子通信的特點在于量子通信中的信息傳遞可以不通過通信雙方之間的空間，從而使得通信不會受到空間環境的制約與影響；量子通信的傳輸線路時延可以為0，是最快的通信方式；量子通信中，第三方是無法進行干擾和竊聽。信息的載體—量子，是完全只保存在通信雙方處；量子通信不存在任何電磁輻射污染，屬于環保型新技術。

4、量子通信前沿

量子通信的實現方式通常有兩種：

（1）利用量子耦合技術，制造出多粒子的量子耦合態。

（2）利用生物技術，建立意識生物的意識器官之間的某種量子耦合。

今年五月，中國科學院成功實現了遠距離量子通信隱態傳輸。量子的運動不遵循中學學過的牛頓定律和麥克斯韋電磁定律，也不遵循描述宏觀物體運動規律的相對論。量子通信最突出的是不能同時滿足實在性和定域性。由于量子處于所有可能狀態的疊加態，當你以不同方式觀測它時，它才明確呈現出特定的狀態，呈現何種狀態與觀測者和觀測方式有關。其實現量子通信隱態傳輸原理如下：第一，把相干的兩個量子A和B分別傳送到信息的發端和收端；第二，另取一個量子C（這個C就是要被傳輸的東西），在發端對A和C做某種聯合測量；第三，通過經典信道（比如打電話、發郵件等）把聯合測量A與C的結果告知B；第四，收端在得知A與C聯合測量的結果之后，做某種運算（或測量），運算之后B的狀態與C在測量之前的狀態就一致了（在發端對A和C進行測量的瞬間，由于A和B是相干的，B的狀態也受到了某種程度的影響，這種影響，是C的初始狀態可以在B上還原的根本原因）。到此為止，量子C在發端消失了（對量子的測量會導致量子狀態的變化，從這個意義上講，測量之后的C已經不是原來的C了），它又出現在收端（收端量子B的狀態與原來C的狀態相同，從這個意義上講，C在收端重現了）。具體到物體從某地消失，瞬間又出現在另外的地方，從上面的解釋可以知道，單從物理原理上說是可能的。更嚴格的說法是物體在某地被銷毀，然后在另一地用相同的原料被重構。

與現在的通信方式相比，量子通信最大的特點是信道資源不再是瓶頸，甚至不再是有限的，量子信道的容量無限大，量子態傳輸的速度無限快，而且量子態的傳輸無法攔截，因而是絕對安全的。

參考文獻

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特斯拉增強型自動輔助駕駛

機構：特斯拉電動汽車公司

創新是特斯拉的主題、是特斯拉的核心，特斯拉增強型自動輔助駕駛，促進實現人、車、路和諧互聯的未來交通。

場景應用：當駕駛員使用鑰匙啟用召喚功能，車輛會自動駛出車庫，并探測駕駛員所在位置，停靠到駕駛員附近，隨后駕駛員進入車輛，發動汽車上路，開始感受一段融合了尖端科技所帶來的愉快旅程。

IBM Watson 2016

機構：國際商業機器公司

科學都是在于發現，在于探索，在于求知，而科技在于發明，在于創造，在于造福人類。

場景應用：Watson在未來醫療健康領域的應用將大放異彩。遠程醫療依然需要一位醫生對遠端的醫生提供指導，而Watson計算機將來可以同時為老少邊窮的醫院提供技術支撐。試想一下，計算機可以看得懂所有的化驗報告、醫學圖像、MIT片；試想一下，計算機可以看得懂基因圖譜。這樣一來，老少邊窮的醫院可以獲得等同于三甲醫院的服務，這是遠程醫療無法比擬的。

以飛天開放平臺為基礎的大規模分布式高可用電子商務交易處理平臺

機構：阿里巴巴（中國）軟件有限公司浙江螞蟻小微金融服務集團有限公司

飛天平臺在電子商務交易平臺基礎之上，不斷推出人工智能服務，端到端完整的購物支付購買場景現在已經可以實現。

場景應用：以飛天開放平臺為基礎的阿里巴巴大規模、分布式、高可用電子商務交易處理平臺，具備支撐每秒數十萬筆的高并發交易能力和彈性伸縮能力，為幾億用戶提供安全、便捷、個性化的購物體驗，并已通過阿里云對外服務，實現普惠科技價值。

卡巴斯基工控安全平臺2016

機構：卡巴斯基實驗室

技術的發展帶來了新的機遇，給企業和工業帶來了很多機遇，現在所有的設備都可以連網，但與此同時，也給社會帶來了諸多挑戰。因此，我們必須要有新的技術來應對這些挑戰和威脅。

場景應用：KICS軟件可以保護各個行業的工業企業，包括能源行業、化工行業、油氣行業、鋼鐵制造、水資源管理、食品加工等等，而且KICS在保護網絡的同時，不會影響整個工業流程。

量子通信技術

機構：中國科學院量子信息與量子科技前沿卓越創新中心

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關鍵詞： FPGA； Verilog HDL； VGA顯示； 量子點； 波形顯示與標記

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）06?0101?03

量子點（Quantum Dot，QD）[1]，是準零維的納米材料，由少量的原子所構成。STM?MBE是可制備和掃描量子點材料的先進設備，STM?MBE即掃描隧道顯微鏡和超高真空分子束外延聯合系統，分子束外延（MBE）是一種物理氣相沉積的材料制備方式，利用MBE設備可以高精度地制備原子單層級的平整薄膜[2]， 掃描隧道顯微鏡（STM）的工作原理是電子的隧道效應，通過隧道電流的大小反應樣品表面的形貌。利用STM?MBE制備量子點時，需要利用量子點波形來觀察和標記量子點的高度以確定量子點生長的優劣和表面形貌?；诖朔N需求，本文利用FPGA控制來實現量子點波形的VGA顯示。由于FPGA技術的迅速發展，FPGA能夠滿足靈活性和穩定性的要求，在圖像采集和處理方面得到了廣泛的應用[3]。VGA顯示具有分辨率高、顯示速率快、顏色豐富等優點[4]，利用FPGA控制實現波形的VGA顯示不僅能優化量子點波形的顯示效果，而且系統具有結構簡單、成本低、應用靈活的優點。本文的系統開發軟件環境為Quartus Ⅱ11.0，采用的FPGA芯片型號為ALTERA Cyclone IV 系列，利用Verilog硬件描述語言實現對量子點VGA波形顯示的控制；同時在量子點波形顯示的基礎上，利用FPGA控制實現對顯示的波形圖的任意節點做自動或者手動標記，從而進一步方便于制備量子點的實驗。

1 系統原理

1.1 系統原理框圖

在QuartusⅡ11.0的軟件環境下，采用Cyclone IV 系列的FPGA芯片，并在此環境內搭載AD量子點波形數據采集模塊、存儲器模塊、VGA控制模塊、VGA顯示模塊、標記控制模塊等。AD量子點波形數據采集模塊將采集的量子點波形數據處理后存入存儲器模塊，通過定制存儲器模塊，可以將量子點波形的數據存入緩存中，VGA控制模塊在時鐘信號（CLK）的作用下通過HSYNC（行同步）、VSYNC（幀同步）信號和RGB數據來控制VGA顯示器的顯示，標記控制模塊通過State Machine（狀態機）和Counter（計數器）控制標記在整個屏幕的移動，系統原理框圖如圖1所示。

1.2 VGA顯示原理

在FPGA設計中，只需利用很少的資源就能產生VGA的各種控制信號[5]，如時序、色彩、分辨率等。目前絕大多數的VGA顯示器采用光柵掃描，即從上到下掃過每一行，在每一行內從左到右掃描。在VGA中，行同步脈沖在光柵掃描線需要回到屏幕的左邊（水平開始位置）的時候插入，場同步脈沖在光柵掃描線需要回到屏幕的上方（垂直開始位置）的時候插入。VGA的色彩原理是通過對Red，Green，Blue三個顏色通道的變化以及它們之間的疊加來得到各種各樣的顏色，通過三種顏色的亮度值從0～255的不同產生出其他各種顏色。RGB為像素數據，在沒有圖像投射到屏幕時插入消隱信號，當消隱信號有效時，RGB信號無效，屏幕不顯示數據。

圖2是VGA掃描行數據時序圖，H是行同步脈沖信號。產生行同步脈沖信號HSYNC的周期H=H1+H2+ H3+H4，其中H1是同步信號時間，H2為消隱后肩時間，H3為數據有效時間，H4為行消隱前肩時間。場同步時序與行同步時序類似，即為顯示一屏數據的時序。以分辨率640×480為例[6]，刷新頻率為60 Hz，顯示器每秒掃描60場數據，但是VGA在實際工作時并非每行掃描640個點，每場掃描480行數據，而是每行800個像素點[7]，每場525行數據。每行800個像素點中包括H4 16個點，H1 96個點，H2 48個點以及有效圖像像素點H3 640個，場數據與此類似，由此點像素的時鐘頻率為：800×525×60 = 25.2 MHz。

2 量子點波形的VGA顯示與標記

2.1 波形的顯示

圖3是經MBE設備生長的InGaAs量子點的STM掃描圖（1 000 nm×1 000 nm）。圖中的白色直線下的4個量子點是本實驗所選取的4個實驗點，實驗所要顯示的波形是這4個量子點的高度，顯示的波形圖能更加精確地反映InGaAs量子點的表面形貌以及量子點生長優劣。

STM?MBE聯合系統的組成為生長量子點設備和掃描量子點設備，掃描設備又包含掃描顯示和數據輸出，數據輸出部分有USB接口。本實驗系統的AD量子點波形數據采集模塊就是通過數據輸出的USB接口采集量子點的高度掃描數據[8]。這些掃描數據存入存儲器模塊的緩存中[9]，通過VGA控制模塊的讀取和控制[10]。這些數據轉化為波形并在VGA顯示器上顯示。圖4是實驗選取的4個量子點的波形圖。由波形圖可以看出，從左至右的4個量子點，第2個量子點的生長高度較其他3個較低，表面較凹，波形圖比較直觀地反映出了量子點的表面形貌，十分便于量子點生長實驗的觀測與分析。

2.2 波形的標記

在實際的量子點生長實驗中，不僅需要觀察量子點的STM掃描圖、量子點高度的波形圖， 也需要對某些量子點做標記，如標記生長的不好的量子點或者生長的符合要求的量子點。本文以選取的的4個量子點為例，利用FPGA控制實現量子點波形的自動標記和手動標記。

實現量子點波形的自動標記是利用VGA顯示器光柵掃描從左至右，從上至下的掃描方式。如圖5所示，在分辨率為H×V的VGA顯示畫面中，假設要分別對波形圖上的A，B兩點做自動標記，根據本實驗中整條波形的RGB色彩是一致的特點，即為白色，即RGB色彩值為（255，255，255），Red為255，Green為255，Blue為255，設A點坐標為（XA，YA），則XA為掃描到的波形上的第1個點的橫坐標，且YA為場方向上的縱坐標最小值，于是即可在此坐標值上做下標記；同理，對于B點，令B點坐標為（XB，YB），YB為場方向最后一行掃描到的波形上的第一個點的縱坐標，且YB為縱坐標最大值，于是即可在此坐標值做下標記。圖6為加標記后的量子點波形圖，通過FPGA的控制和Verilog HDL，圓形標記能自動添加在量子點波形的最高（最低）轉折點和最高（最低）波峰點，這些標記有助于在量子點生長實驗中分析量子點的生長優劣以及表面形貌的變化。

實現量子點波形的手動標記的重點在于標記的移動，本實驗中VGA顯示的分辨率為640×480，選取的時鐘為25 MHz，則由于對應的周期為40 ns，標記移動速度太快，無法觀測標記移動，經過多次實驗，在Verilog狀態機中選用18位的計數器，在FPGA的控制按鍵有效時，計數器每計到18個1時標記在VGA顯示器上移動一個像素點，實現標記上下左右任意位置的移動。

在圖6自動標記的基礎上，利用Verilog HDL定義FPGA上的控制按鍵，通過不同按鍵的控制，可使標記靈活地進行自定義的移動。

3 結 語

本實驗利用FPGA控制實現了STM?MBE量子點波形的VGA顯示，且同時實現了量子點波形圖的手動和自動標記，充分發揮了FPGA在實現圖像采集與控制方面的優勢。經實踐證明實驗方法易于操作，且顯示效果好，成本低，十分便于在量子點生長實驗中分析量子點的生長狀況，描述量子點的表面形貌。本次實驗采取的VGA分辨率為640×480。在實際的實驗中，若單次顯示的量子點數量較多，還可根據需求選用更大的分辨率。不僅可以提升顯示效果，還能顯示更多的波形，充分說明了此方法的靈活性與實用性。

參考文獻

[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] 陸浩，王振占，高國興，等.基于FPGA的多功能圖像處理系統設計[J].微電子學與計算機，2011，28（12）：107?110.

[4] 王恒心.基于FPGA/CPLD的嵌入式VGA顯示系統[J].微計算機信息，2008（26）：146?148.

[5] 吳蓬勃，張啟民，王朝陽，等.基于FPGA的VGA圖像控制器設計[J].東北電力大學學報，2006，26（4）：89?92.

[6] 王亮，李正，寧婷婷，等.VGA漢字顯示的FPGA設計與實現[J].計算機工程與設計，2009，30（2）：275?281.

[7] 鄭美芳，高曉蓉，王黎，等.基于FPGA的VGA時序彩條信號實現[J].現代電子技術，2009，32（14）：90?92.

[8] 覃永新，陳文輝，章帆.實時視頻數據采集的FPGA實現[J].電子技術應用，2009（9）：57?60.

[9] 王至秋.基于FPGA控制VGA顯示的多通道數字示波器的設計[J].現代電子技術，2011，34（7）：55?57.

篇10

關鍵詞：量子力學；教學探索；普通高校

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）50-0212-02

一、概論

量子力學從建立伊始就得到了迅速的發展，并很快融合其他學科，發展建立了量子化學、分子生物學等眾多新興學科。曾謹言曾說過，量子力學的進一步發展，也許會對21世紀人類的物質文明有更深遠的影響[1]。

地處西部地區的貴州省，基礎教育水平相對落后。表1列出了2005年到2012年來的貴州省高考二本理科錄取分數線，從中可知：自2009年起二本線已經低于60%的及格線，并呈顯越來越低的趨勢。對于地方性新升本的普通本科學校來講，其生源質量相對較低。同時，在物理學（師范）專業大部分學生畢業后的出路主要是中學教師、事業單位一般工作人員及公務員，對量子力學的直接需求并不急切。再加上量子力學的“曲高和寡”，學生長期以來形成學之無用的觀念，學習意愿很低。在課時安排上，隨著近年教育改革的推進，提倡重視實習實踐課程、注重學生能力培養的觀念的深入，各門課程的教學時數被壓縮，量子力學課程課時從72壓縮至54學時，課時被壓縮25%。

總之，在學校生源質量逐年下降、學生學習意愿逐年降低，且課時量大幅減少的情況下，教師的教學難度進一步增大。以下本人結合從2005至10級《量子力學》的教學經驗，談一下教學方面的思考。

二、依據學生情況，合理安排教學內容

1.根據班級的基礎區別化對待，微調課程內容?？紤]到我校學生的實際情況和需要，教學難度應與重點院校學生有差別。同時，通過前一屆的教學積累經驗，對后續教學應有小的調整。在備課時，通過微調教學內容來適應學習基礎和能力不同的學生。比如，通過課堂教學及作業的反饋，了解該班學生的學習狀態，再根據班級學習狀況的不同，進行后續課程內容的微調。教學中注重量子力學基本概念、規律和物理思想的展開，降低教學內容的深度，注重面上的擴展，進行全方位拓寬、覆蓋，特別是降低困難題目在解題方面要求，幫助學生克服學習的畏難心理。

2.照顧班內大多數，適當降低數學推導難度。對于教學過程中將要碰到的數學問題，可采取提前布置作業的方法，讓學生主動去復習，再輔以教師課堂講解復習，以解決學生因為數學基礎差而造成的理解困難。同時，可以通過補充相關數學知識，細化推導過程，降低推導難度來解決。比如：在講解態和力學量的表象時[2]，要求學生提前復習線性代數中矩陣特征值、特征向量求解及特征向量的斯密特正交化方法。使學生掌握相關的數學知識，這對理解算符本征方程的本征值和本征函數起了很大的推動作用。

3.注重量子論思想的培養。量子論的出現，推動了哲學的發展，給傳統的時空觀、物質觀等帶來了巨大的沖擊，舊的世界觀在它革命性的沖擊下分崩離析，新的世界觀逐漸形成。量子力學給出了一套全新的思維模式和解決問題的方法，它的思維模式跟人們的直覺和常識格格不入，一切不再連續變化，而是以“量子”的模式一份一份的增加或減少。地方高校的學生數學基礎較差，不愿意動手推導，學習興趣較低，量子力學的教學，對學生量子論思維方式的培養就顯得尤為重要。為了完成從經典理論到量子理論思維模式的轉變，概念的思維方式是基礎、是重中之重。通過教師的講解，使學生理解量子力學的思考方式，并把經典物理中機械唯物主義的絕對的觀念和量子力學中的概率的觀念相聯系起來，在生活中能夠利用量子力學的思維方式思考問題，從而達到學以致用的目的。

4.跟蹤科學前沿，隨時更新科研進展。科學是不斷向前發展的，而教材自從編好之后多年不再變化，致使本領域的最新研究成果，不能在教材中得到及時體現。而發生在眼下的事件，最新的東西才是學生感興趣的。因此，我們可以利用學生的這種心理，通過跟蹤科學前沿，及時補充量子力學進展到教學內容中的方式，來提高學習量子力學的興趣。教師利用量子力學基本原理解釋當下最具轟動性的科技新聞，提高量子力學在現實生活中出現的機會，同時引導學生利用基本原理解釋現實問題，從而培養學生理論聯系實際的能力。

三、更新教學手段，提高教學效率

1.拓展手段，量子力學可視化。早在上世紀90年代初，兩位德國人就編制完成了名為IQ的量子力學輔助教學軟件，并在此基礎上出版了《圖解量子力學》。該書采用二維網格圖形和動畫技術，形象地表述量子力學的基本內容，推動了量子力學可視化的前進。近幾年計算機運算速度的迅速提高，將計算物理學方法和動畫技術相結合，再輔以數學工具模擬，應用到量子力學教學的輔助表述上，使量子力學可視化。通過基本概念和原理形象逼真的表述，學生理解起來必將更加輕松，其理解能力也會得到提高。

2.適當引入英語詞匯。在一些漢語解釋不是特別清楚的概念上，可以引入英文的原文，使學生更清晰的理解原理所表述的含義。例如，在講解測不準關系時，初學者往往覺得它很難理解。由于這個原理和已經深入人心經典物理概念格格不入，因此初學者往往缺乏全面、正確的認識。有學生根據漢語的字面意思認為，測量了才有不確定度，不測量就不存在不確定。這時教師引入英文“Uncertainty principle”可使學生通過英文原意“不確定原理”知道，這個原理與“測量”這個動作的實施與否并沒有絕對關系，也就是說并不是測量了力學量之間才有不確定度，不測量就不存在，而是源于量子力學中物質的波粒二象性的基本原理。

3.提出問題，引導學生探究。對于學習能力較強的學生，適當引入思考題，并指導他們解決問題，從而使學生得到基本的科研訓練。比如，在講解氫原子一級斯塔克效應時，提到“通常的外電場強度比起原子內部的電場強度來說是很小的”[2]。這時引入思考題：當氫原子能級主量子數n增大時，微擾論是否還適用？在哪種情況下可以使用，精確度為多少？當確定精度要求后，微擾論在討論較高激發態時，這個n能達到多少？學生通過對問題的主動探索解決，將進一步熟悉微擾論這個近似方法的基本過程，理解這種近似方法的精神。這樣不僅可以加深學生對知識點的理解，還可以得到基本的科研訓練，從而引導學生走上科研的道路。

4.師生全面溝通，及時教學反饋。教學反饋是教學系統有效運行的關鍵環節，它對教和學雙方都具有激發新動機的作用。比如：通過課堂提問及觀察學生表情變化的方式老師能夠及時掌握學生是否理解教師所講的內容，若不清楚可以當堂糾正。由此建立起良好的師生互動，改變單純的灌輸式教學，在動態交流中建立良好的教學模式，及時調整自己的教學行為。利用好課程結束前5分鐘，進行本次課程主要內容的回顧，及時反饋總結。通過及時批改課后作業，了解整個班級相關知識及解題方法的掌握情況。依據反饋信息，對后續課程進行修訂。

通過雙方的反饋信息，教師可以根據學生學習中的反饋信息分析、判定學生學習的效果，學生也可以根據教師的反饋，分析自己的學習效率，檢測自己的學習態度、水平和效果。同時，學生學習行為活動和結果的反饋是教師自我調控和對整個教學過程進行有效調控的依據[6]。

四、結論

量子力學作為傳統的“難課”，一直是學生感到學起來很困難的課程。特別是高校大擴招的背景下，很多二本高校都面臨著招生生源質量下降、學生學習意愿不高的現狀，造成了教師教學難度進一步增大。要增強學生的學習興趣，提高教學質量，教師不僅要遵循高等教育的教學規律，不斷加強自身的學術水平，講課技能，適時調整教學內容，采取與之相對應的教學手段，還需要做好教學反饋，加強與學生的溝通交流，了解學生的真實想法，并有針對性的引入與生活、現實相關的事例，提高學生學習量子力學的興趣。

參考文獻：

[1]曾謹言.量子力學教學與創新人才培養[J].物理，2000，（29）：436.

[2]周世勛，陳灝.量子力學教程[M].高等教育出版社，2009：101.

[3]楊林.氫原子電子概率分布可視化及其性質研究[J].綏化學院學報，2009，（29）：186.

[4]常少梅.利用Mathematica研究量子力學中氫原子問題[J].科技信息，2011，（26）：012.

[5]喻力華，劉書龍，陳昌勝，項林川.氫原子電子云的三維空間可視化[J].物理通報，2011，（3）：9.