量子科學(xué)應(yīng)用精選(九篇)

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第1篇：量子科學(xué)應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞：項目教學(xué)法；中職教育；電子測量儀表與應(yīng)用

職業(yè)學(xué)校是培養(yǎng)高素質(zhì)專門技術(shù)人才的基地，肩負(fù)著向特定的行業(yè)和崗位培養(yǎng)合格的操作技能型人才的使命?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，促使社會體系、經(jīng)濟(jì)體系和教育體系不斷地變化，社會對高素質(zhì)技術(shù)人才的需要也在變化，現(xiàn)代社會要求人的能力有三個方面：專業(yè)能力、社會能力和方法能力。社會能力與方法能力是學(xué)生適應(yīng)社會的能力，要培養(yǎng)學(xué)生這種能力，教師就應(yīng)改變傳統(tǒng)教學(xué)方法，以適應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生增強(qiáng)社會能力與方法能力的要求。

一、改變傳統(tǒng)教育模式實現(xiàn)職業(yè)教學(xué)上的創(chuàng)新

我國傳統(tǒng)職業(yè)教育模式的教學(xué)目標(biāo)是向?qū)W生傳授系統(tǒng)的文化基礎(chǔ)知識和專業(yè)基礎(chǔ)知識，以知識為本位，強(qiáng)調(diào)學(xué)科知識的科學(xué)性與系統(tǒng)性，教學(xué)上注重新舊知識之間的聯(lián)系，重視識記，但忽略了對學(xué)生能力和創(chuàng)造性的培養(yǎng)。這與當(dāng)今社會強(qiáng)調(diào)實用技能，強(qiáng)調(diào)知識創(chuàng)新等素質(zhì)教育要求不相符，難以適應(yīng)社會的發(fā)展需要，因而對傳統(tǒng)教育模式進(jìn)行改革迫在眉睫。

項目教學(xué)法是從德國引進(jìn)的一種全新的教學(xué)方法，重點強(qiáng)調(diào)對人的關(guān)鍵能力的培養(yǎng)。項目教學(xué)法注重培養(yǎng)學(xué)生的分析能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作能力、綜合概括能力和動手能力，極大地拓展了學(xué)生思考問題的深度、廣度，讓學(xué)生較早地接觸到工作中遇到的問題，并運用已有的知識解決它，對技校學(xué)生來說很有針對性。目前，項目教學(xué)法已逐漸取代傳統(tǒng)教學(xué)中視理論為基礎(chǔ)的教學(xué)模式，成為職業(yè)學(xué)校多數(shù)教師探索追求的新領(lǐng)域。

二、項目教學(xué)法在電子測量儀器與應(yīng)用課程中的實際應(yīng)用

電子測量儀器與應(yīng)用作為一門電子專業(yè)的基本技能課，要求學(xué)生掌握電子儀器儀表基本理論，掌握電子儀器儀表的正確使用方法，掌握電路測量的基本技能和相關(guān)技術(shù)。課程強(qiáng)調(diào)理論與實踐掌握相結(jié)合，實踐性強(qiáng)，很適合采用項目教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)。

由于諸多原因，目前中職業(yè)學(xué)校學(xué)生普遍認(rèn)為電子測量儀器與應(yīng)用課的理論知識較抽象，電路原理難懂。對教材中各種單元電路在實際中有何用途，如何應(yīng)用所學(xué)的知識解決生產(chǎn)和生活的一些問題，學(xué)生更是感到茫然，往往產(chǎn)生想學(xué)又怕學(xué)的矛盾心理。針對這種現(xiàn)狀，教學(xué)中，教師應(yīng)想方設(shè)法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，改變教學(xué)方法，處理好理論教學(xué)與實踐教學(xué)的關(guān)系，盡可能少講深奧的電路理論，多講實用儀器的應(yīng)用，多給學(xué)生提供動手機(jī)會。

項目設(shè)置及任務(wù)分解表

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1.確定項目任務(wù)

項目教學(xué)法的課前準(zhǔn)備工作是教學(xué)法中的一個重要環(huán)節(jié)，讓學(xué)生分組查、找相關(guān)資料，確定項目的目標(biāo)和任務(wù)，充分發(fā)揮他們的智力。這樣學(xué)生成了教學(xué)中的主角，而教師則轉(zhuǎn)換為教學(xué)的引導(dǎo)者。

（1）項目教學(xué)設(shè)計原則。由傳統(tǒng)以教師為中心的教學(xué)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心的教學(xué)；由以課本為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴绊椖俊睘橹行?；由以課堂為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐郧榫盀橹行摹?/p>

（2）項目的選取標(biāo)準(zhǔn)。該項目可用于學(xué)習(xí)特定的教學(xué)內(nèi)容，具有一定的實用價值；與企業(yè)實際生產(chǎn)過程或現(xiàn)實商業(yè)活動有直接的關(guān)系；學(xué)生有獨立進(jìn)行計劃工作的機(jī)會，可以自行組織、安排學(xué)習(xí)行為；有明確而具體的成果展示；學(xué)習(xí)結(jié)束時，師生共同評價項目工作成果以及工作學(xué)習(xí)的方法。

考慮到萬用表和雙蹤示波器是電工電子的常用常見儀器，學(xué)生必須掌握其用法，因此，在電子測量儀表與應(yīng)用項目內(nèi)容的選取中，選擇這兩個項目作為教學(xué)重點。為了更好地學(xué)習(xí)電子線路專業(yè)課，又選了元器件的識別和信號源兩個項目。

2.制定計劃

完成實用性項目的過程，學(xué)生更能認(rèn)識到這門課程的作用，加深對這門課程應(yīng)用前景的了解。根據(jù)電子測量儀表與應(yīng)用課程的特點和學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，教師應(yīng)由簡到難設(shè)計出項目，每個項目再分解成具體的任務(wù)鏈。學(xué)生通過學(xué)習(xí)這些項目，不斷練習(xí)電子測量儀表儀器的基本操作，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.實施計劃

將電子測量儀表與應(yīng)用課程的教學(xué)分成若干項目，再將每個項目分成多個任務(wù)，這樣很容易分解重點和難點，便于學(xué)生學(xué)習(xí)掌握知識與技能。在教學(xué)過程中，要鼓勵學(xué)生克服思維定式，大膽猜想、判斷，形成創(chuàng)新能力。

（1）上好緒論課，作好準(zhǔn)備。在初學(xué)習(xí)時，要讓學(xué)生知道學(xué)習(xí)方法，實訓(xùn)報告最終要讓學(xué)生自己完成。在開學(xué)初，安排幾節(jié)緒論課，說明本課程的教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生了解大致的學(xué)習(xí)任務(wù)，知道重點項目是萬用表和雙蹤示波器。

（2）先認(rèn)識，再動手，后理論。學(xué)習(xí)第一個項目時，在實訓(xùn)室中，讓每個小組領(lǐng)一個萬用表。先讓學(xué)生認(rèn)識萬用表，知曉面板上各部分的作用，再進(jìn)行簡單的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。然后，課堂上進(jìn)行相關(guān)理論的學(xué)習(xí)。教師可再演示萬用表的操作過程，結(jié)合理論講解，然后找?guī)酌麑W(xué)生現(xiàn)場演示，教師及時指出學(xué)生操作中遇到的各種問題。同時設(shè)計幾個問題，讓學(xué)生邊思考邊現(xiàn)場解決。在實訓(xùn)時，教師應(yīng)巡回指導(dǎo)，及時發(fā)現(xiàn)和解決學(xué)生遇到的問題，對典型問題或錯誤，要向全體學(xué)生進(jìn)行講解。

4.檢查評估

當(dāng)某一項目任務(wù)完成后，一定要及時對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行總結(jié)和評價。一般情況下可分三級來考核，第一級可由教師對小組項目情況評定，第二級是由小組成員根據(jù)各組員對小組的貢獻(xiàn)情況互評，第三級由學(xué)生本人進(jìn)行自評，綜合三級評定來確定每一個成員的成績。讓學(xué)生及時寫出實訓(xùn)報告和實訓(xùn)體會，引導(dǎo)學(xué)生對所做所學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行歸納總結(jié)，找出不足。

總之，學(xué)生完成這些項目后，基本掌握了常用測量儀表的原理和使用，為后續(xù)學(xué)習(xí)電子技術(shù)等專業(yè)技能課，也為今后在工作中繼續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭曉.項目教學(xué)在外貿(mào)單證課程中的應(yīng)用[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2008，（04）.

[2]朱麗梅.項目教學(xué)活動的基本特征[J].教育導(dǎo)刊，2002，（10）.

第2篇：量子科學(xué)應(yīng)用范文

【關(guān)鍵詞】案例引導(dǎo)；任務(wù)驅(qū)動；教學(xué)

《電子測量技術(shù)與儀器》是一門注重理論性、應(yīng)用性及綜合性很強(qiáng)的課程。課程內(nèi)容包括測量誤差及誤差分析、常規(guī)儀器的工作原理及儀器操作使用。除了學(xué)習(xí)和掌握必要的理論知識外，更重要的是能掌握各種電子測量儀器的選擇原則以及使用方法。但我們一般的教材理論部分較多，具體測量方法特別實例分析、實訓(xùn)項目等內(nèi)容介紹較少，教學(xué)也相對枯燥，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情不高，學(xué)習(xí)效果不佳，所以需要更多的實踐課程，利用案引導(dǎo)和任務(wù)驅(qū)動教學(xué)，更好地學(xué)習(xí)《電子測量技術(shù)與儀器》。

1.案例引導(dǎo)和任務(wù)驅(qū)動教學(xué)的應(yīng)用

1.1 案例引導(dǎo)

20世紀(jì)初，哈佛大學(xué)創(chuàng)造了案例教學(xué)法。就是圍繞一定培訓(xùn)的目的把實際中真實的情景加以典型化處理，形成供學(xué)員思考分析和決斷的案例（通常為書面形式），通過獨立研究和相互討論的方式。來提高學(xué)員的分析問題和解決問題的能力的一種方法。

以往在講解電子測量基本儀器的原理時，教師按課程的理論體系闡述知識點，學(xué)生聽老師講解，適當(dāng)時候教師提問。這樣課堂氣氛沉悶，不利于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。采用案例引導(dǎo)教學(xué)法有利于改變這種狀況。例如講解頻率測量這一章節(jié)，教師可先拿教師自己或上一屆學(xué)生設(shè)計的一個簡易數(shù)字頻率計向?qū)W生演示，介紹其功能和設(shè)計過程，再介紹其基本工作原理，這樣學(xué)生的積極性被有效地調(diào)動起來，學(xué)習(xí)興趣大增。講完后，再讓學(xué)生思考這個作品還存在什么問題，或者還可以采用什么新的方案，并及時布置與之相關(guān)的研究性學(xué)習(xí)任務(wù)，以小組為單位進(jìn)行學(xué)習(xí)交流與研究。在這個過程中每個學(xué)生根據(jù)興趣選擇一個內(nèi)容完成開學(xué)時布置的小制作及小論文。上交作品或小論文時對學(xué)生進(jìn)行面試，以避免抄襲現(xiàn)象。另外，教師在平時的教學(xué)科研工作過程中要注意收集與電子測量相關(guān)的小產(chǎn)品，充實到案例教學(xué)中。這種教學(xué)方法對理論基礎(chǔ)相對較差的學(xué)生幫助也很大，其動手能力、應(yīng)用能力可得到較好的鍛煉。案例引導(dǎo)應(yīng)著眼于學(xué)生正確和熟練地使用儀器這一教學(xué)目標(biāo)，圍繞這一主線展開討論。對于電子測量儀器，主要強(qiáng)調(diào)其基本組成與整機(jī)工作原理，不對整機(jī)電路作較多的討論。教學(xué)中的儀器內(nèi)容及選型注意與當(dāng)前生產(chǎn)、科研實踐相聯(lián)系，使其具有一定的代表性。在介紹典型儀器產(chǎn)品時，把儀器的面板構(gòu)成和原理框圖相聯(lián)系，有利于學(xué)生把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合。

不過需要注意的是：（1）案例的來源往往不能滿足培訓(xùn)的需要。研究和編制一個好的案例，需要較長時間。同時，編寫一個有效的案例需要有技能和經(jīng)驗。因此，案例可能不適合現(xiàn)實情況的需要。（2）案例法需要較多的培訓(xùn)時間，對教師和學(xué)員的要求也比較高。在案例引導(dǎo)的過程中建議：1）案例討論中盡量摒棄主觀的成分，教師要掌握會場，引導(dǎo)討論方向，要注意培養(yǎng)能力，不要走過場。2）案例教學(xué)耗時較多，因而案例選擇要精當(dāng)，開始時組織案例教學(xué)要適度。3）學(xué)生一般都具有實踐經(jīng)驗，不必?fù)?dān)心討論不起來，但一定要有理論知識作底襯，即案例教學(xué)一定要在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。

1.2 任務(wù)驅(qū)動教學(xué)

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)就是在學(xué)習(xí)信息技術(shù)的過程中，學(xué)生在教師的幫助下，圍繞共同的任務(wù)活動中心，在問題動機(jī)的驅(qū)動下，通過對學(xué)習(xí)資源的積極主動應(yīng)用，進(jìn)行自主探索和互動協(xié)作的學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生一種學(xué)習(xí)實踐活動。它要求“任務(wù)”的目標(biāo)性和教學(xué)情境的創(chuàng)建。使學(xué)生帶著真實的任務(wù)在探索中學(xué)習(xí)。學(xué)生獲得成就感，激發(fā)他們的求知欲望，形成感知心智活動的良性循環(huán)，從而培養(yǎng)出獨立探索、進(jìn)取的自學(xué)能力。

把課堂搬到實驗室，針對具體的測量儀器來介紹工作原理及電路組成，同時觀察實驗效果。鼓勵講授理論的教師同時承擔(dān)實驗教學(xué)，此教學(xué)形式的改進(jìn)能幫助教師拓展知識結(jié)構(gòu)，理論教師通過實驗課程指導(dǎo)，能深刻體會實驗對理論教學(xué)的重要促進(jìn)作用，提升教師自身教學(xué)和工程實踐能力。令學(xué)生學(xué)生能夠獨立設(shè)計測量方案、熟練運用電子儀器、利用已學(xué)理論知識分析測量結(jié)果。通過任務(wù)驅(qū)動教學(xué)讓學(xué)生充分掌握以下幾點：（1）了解主要電子技術(shù)中如電壓、電流、頻率、元器件參數(shù)、阻抗、噪聲等物理量的測量原理；（2）了解電壓表、信號發(fā)生器、電子示波器、掃頻儀、邏輯分析儀等電子測量儀器的工作原理并能熟練操作和使用這些測量儀器；（3）針對具體的物理量的測量，能夠設(shè)計出合理的測量方案、正確操作測量儀器、并對測量結(jié)果能科學(xué)分析。

在儀器的新技術(shù)方面，我們建立了虛擬儀器實驗室。通過Virt ualBench 等軟件在教學(xué)中應(yīng)用，使學(xué)生認(rèn)識到在虛擬儀器中，一臺計算機(jī)可當(dāng)作多臺儀器使用，“軟件即儀器”；還可以根據(jù)自己的需要，應(yīng)用Lab VIEW 等圖形化編程軟件編制軟件，使計算機(jī)變成自己所需要的儀器。這樣，大大地擴(kuò)寬了學(xué)生的視野，提高他們的學(xué)習(xí)興趣，也培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新能力。

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)需要注意的是：（1）教學(xué)進(jìn)度不易把握。每一組的探究程度和進(jìn)度教師很難把握，實訓(xùn)結(jié)束時，有的組提前完成，有的組不能完成，影響效果。所以后需采取一些措施，要既能保證探究效果，又不影響進(jìn)度。（2）課堂管理待改進(jìn)。探究性學(xué)習(xí)法的課堂更為生動，這也導(dǎo)致個別學(xué)生干擾他人。采取措施在行動上約束學(xué)生，最好能使學(xué)生都積極參與起來。（3）評價上有困難。任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法，可能有個別學(xué)生濫竽充數(shù)、混水摸魚，給教師造成教學(xué)質(zhì)量好的錯覺，影響到教學(xué)效果。

1.3 小結(jié)

總之，案例引導(dǎo)和任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)模式改變了傳統(tǒng)的教與學(xué)的結(jié)構(gòu)，使學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主體，教師除了具有輔導(dǎo)者、引導(dǎo)者的身份外，不具備其他任何權(quán)威。在這一模式下，學(xué)生將可能通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)隨時獲取幫助，并隨時成為教師。這種教學(xué)方式全面應(yīng)用到技能教學(xué)相信只是一個時間上的問題，它將完全改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式，使因材施教真正落到實處，讓每個學(xué)習(xí)者將學(xué)習(xí)當(dāng)作一種享受。

2.建立新型的考核評價體系

傳統(tǒng)的考試制度比較注重理論和筆試，實驗成績雖占有一定的比例，但比重較小，這不利于人才的培養(yǎng)，理論測試與實踐動手能力考核應(yīng)同等對待。理論考核應(yīng)從培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力和創(chuàng)造能力出發(fā)。而實踐考核中，既為不同層次學(xué)生提供更加公平的評價方式，也為那些擅長動手和創(chuàng)造的學(xué)生提供空間和時間，幫助他們脫穎而出，對學(xué)生的評價更客觀、更全面。突出了實踐環(huán)節(jié)的重要性。

3.重視教師自身素質(zhì)的提高

教師在教學(xué)活動中是處于主導(dǎo)地位的，很難想像一個專業(yè)化程度不高、業(yè)務(wù)一般的教師能教出一批好的學(xué)生。而且隨著新技術(shù)、新方法、新儀器的不斷出現(xiàn)，測量應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，對教師知識結(jié)構(gòu)、素質(zhì)和能力也提出了新的挑戰(zhàn)。為此教師一方面必須積極參加科研，掌握學(xué)科前沿動態(tài)，另一方面定期到企業(yè)掛職鍛煉，掌握相關(guān)電子產(chǎn)品生產(chǎn)測試實際情況，豐富實用教學(xué)案例，把自己獲得的實際經(jīng)驗、所掌握的最新信息傳授給學(xué)生。

4.小結(jié)

21世紀(jì)是知識經(jīng)濟(jì)時代，知識經(jīng)濟(jì)時代對人才的素質(zhì)和創(chuàng)造能力提出了越來越高的要求，對人才培養(yǎng)工作產(chǎn)生極其深刻的影響。大學(xué)作為培養(yǎng)高級人才的搖籃，只有緊跟時代的發(fā)展脈搏，改革人才培養(yǎng)模式，轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，更新教學(xué)內(nèi)容，探索各種教學(xué)方法和教學(xué)手段，切實提高教學(xué)質(zhì)量，才能很好擔(dān)當(dāng)起為社會輸送合格人才的重任。在本課程的教學(xué)過程中，我們采取了多種教學(xué)方法，雖然取得了一定的成績，但教學(xué)改革畢竟是一個長期探索、不斷完善的過程，需要我們?nèi)ゲ粩嗫偨Y(jié)經(jīng)驗，探索更有益的方法。

參考文獻(xiàn)

[1]張連生，丁德全.當(dāng)前高等教育課程和教學(xué)內(nèi)容改革的發(fā)展趨熱[J].遼寧教育研究，2004（2）：75-77.

第3篇：量子科學(xué)應(yīng)用范文

2011年，中國科學(xué)院論證并啟動了空間科學(xué)先導(dǎo)專項，2011年年底，量子科學(xué)實驗衛(wèi)星項目正式立項。這既意味著中國科學(xué)家向完全自主研發(fā)世界首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星發(fā)起挑戰(zhàn)，更意味著中國或?qū)⑾扔跉W美擁有量子通信覆蓋全球的能力。

十年歷程，鑄劍五載。雖然立項于2011年，但若從前期技術(shù)儲備就開始算起，這條路中國足足走了十多年之久。

十年積淀

量子通信和量子計算研究興起后，世界各地的物理學(xué)家都紛紛開始構(gòu)思可擴(kuò)展量子信息處理網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)。在量子通信領(lǐng)域，當(dāng)大多數(shù)人仍致力于實驗室內(nèi)部的原理性演示時，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團(tuán)隊已經(jīng)開始思考如何能夠在太空中實現(xiàn)量子信息傳輸，并早在2003年就初步構(gòu)建了量子科學(xué)實驗衛(wèi)星計劃。

在這一背景下，2005年，潘建偉團(tuán)隊實現(xiàn)了13公里自由空間量子糾纏和密鑰分發(fā)實驗，證實光子穿透大氣層后，其量子態(tài)能夠有效保持，從而驗證了星地量子通信的可行性。在星地自由空間量子通信重大突破的跡象出現(xiàn)后，中科院高瞻遠(yuǎn)矚，適時超常規(guī)啟動了兩個知識創(chuàng)新工程重大項目――“遠(yuǎn)距離量子通信實驗研究”和“空間尺度量子實驗關(guān)鍵技術(shù)與驗證”。

在創(chuàng)新工程重大項目的支持下，潘建偉團(tuán)隊實現(xiàn)了16公里自由空間量子隱形傳態(tài)，并與中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所、上海微小衛(wèi)星工程中心、中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所等研究機(jī)構(gòu)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手，發(fā)展了一系列自由空間量子通信的關(guān)鍵技術(shù)，先后實現(xiàn)了百公里級自由空間量子通信、星地量子通信的全方位地面驗證等重要實驗，為實現(xiàn)星地量子通信奠定了堅實的科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)。

至此，星地量子通信的可行性已經(jīng)得到充分驗證。此時，中科院果斷決策啟動量子科學(xué)實驗衛(wèi)星工程立項論證，并將其列為空間科學(xué)先導(dǎo)專項的內(nèi)容。

工程總體與六大系統(tǒng)

量子科學(xué)實驗衛(wèi)星的科學(xué)目標(biāo)是開展星地高速量子密鑰分發(fā)實驗，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行廣域量子密鑰網(wǎng)絡(luò)實驗，以期在空間量子通信實用化方面取得重大突破；在空間尺度進(jìn)行量子糾纏分發(fā)和量子隱形傳態(tài)實驗，開展空間尺度量子力學(xué)完備性檢驗的實驗研究。

對于科學(xué)衛(wèi)星來說，有效載荷的配置尤為重要，直接關(guān)系到能否將科學(xué)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為工程指標(biāo)，并實現(xiàn)科學(xué)目標(biāo)。

為了滿足量子科學(xué)實驗衛(wèi)星的科學(xué)目標(biāo)要求，工程對有效載荷配置和指標(biāo)要求進(jìn)行了綜合分析和論證，邀請領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行討論和評定，經(jīng)過兩次科學(xué)目標(biāo)和有效載荷配置評審后，才最終確定了星上載荷配置。

之后，工程各系統(tǒng)根據(jù)衛(wèi)星可行性方案開展了系統(tǒng)可行性論證，完成并通過了立項綜合論證，進(jìn)而明確了工程研制任務(wù)：研制一顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星，研制生產(chǎn)一發(fā)二號丁運載火箭，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心將衛(wèi)星發(fā)射至高度為500公里的預(yù)定軌道。同時建設(shè)以4個量子通信地面站和1個空間量子隱形傳態(tài)實驗站為核心的天地一體化量子科學(xué)實驗系統(tǒng)。

隨后，借鑒以往衛(wèi)星工程管理經(jīng)驗，同時也根據(jù)量子科學(xué)實驗衛(wèi)星的特點和實際需求，設(shè)置了工程總體和六大系統(tǒng)，包括衛(wèi)星系統(tǒng)、運載火箭系統(tǒng)、發(fā)射場系統(tǒng)、測控系統(tǒng)、地面支撐系統(tǒng)和科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)。

工程總體負(fù)責(zé)制定工程研制計劃，編制工程頂層文件，組織工程重大活動，協(xié)調(diào)系統(tǒng)間問題，同時對工程整個研制過程進(jìn)行監(jiān)督和管理。

六大系統(tǒng)分工明確：衛(wèi)星系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)衛(wèi)星平臺和有效載荷的研發(fā)，載荷包括量子密鑰通信機(jī)、量子糾纏發(fā)射機(jī)、量子糾纏源和量子實驗控制與處理機(jī)；運載火箭系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)運載火箭的研制和生產(chǎn)；發(fā)射場系統(tǒng)選擇酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心作為量子科學(xué)實驗衛(wèi)星的發(fā)射場，主要承擔(dān)運載火箭和量子科學(xué)實驗衛(wèi)星的測試、發(fā)射任務(wù)，并提供地面技術(shù)支持與勤務(wù)保障；測控系統(tǒng)負(fù)責(zé)對運載火箭主動段提供測控支持，對衛(wèi)星平臺實施測控及長期運行管理，支持開展科學(xué)實驗，向地面支撐系統(tǒng)傳輸原始遙測數(shù)據(jù)，接收地面支撐系統(tǒng)傳送的科學(xué)實驗數(shù)據(jù)并完成數(shù)據(jù)的上行發(fā)送和下行接收；地面支撐系統(tǒng)負(fù)責(zé)提供實驗任務(wù)運行控制管理、數(shù)據(jù)接收、預(yù)處理、管理和歸檔等公用性支撐服務(wù)，是連接科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)和測控系統(tǒng)的紐帶，任務(wù)要求包括實驗數(shù)據(jù)接收、實驗任務(wù)運控管理、數(shù)據(jù)預(yù)處理與歸檔管理和地面通信網(wǎng)絡(luò)支持等；科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)負(fù)責(zé)整個量子科學(xué)實驗衛(wèi)星工程科學(xué)實驗計劃的制訂、科學(xué)實驗的實施、科學(xué)數(shù)據(jù)和應(yīng)用的處理傳輸存儲管理與，其系統(tǒng)配置為：1個中心――合肥量子科學(xué)實驗中心，4個站――南山、德令哈、興隆、麗江量子通信地面站，1個平臺――阿里量子隱形傳態(tài)實驗平臺。

關(guān)鍵技術(shù)

作為我國自主研發(fā)的星地量子通信設(shè)備，量子科學(xué)實驗衛(wèi)星突破了一系列高精尖技術(shù)，既包括“針尖對麥芒”的星地光路對準(zhǔn)、偏振態(tài)保持與星地基矢校正、量子糾纏源等工程級關(guān)鍵技術(shù)，也包括與有效載荷相關(guān)的多項先進(jìn)技術(shù)。

量子科學(xué)實驗衛(wèi)星需要在兩年的設(shè)計壽命中完成四大任務(wù)：星地高速量子密鑰分發(fā)實驗、廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)實驗、星地量子糾纏分發(fā)實驗和地星量子隱形傳態(tài)實驗。這些實驗將通過我國自主研發(fā)的星地量子通信設(shè)備完成，它能夠產(chǎn)生經(jīng)過編碼的、甚至是糾纏的光子并發(fā)射到地面上，與之對接的地面系統(tǒng)則負(fù)責(zé)“接收光子”，這種光子的發(fā)射與接收被稱為“針尖對麥芒”。

這并不是一件容易的事情。量子科學(xué)實驗衛(wèi)星十分復(fù)雜，在它飛行的過程中，攜帶的兩個激光器要分別瞄準(zhǔn)兩個地面站，向左向右同時傳輸量子密鑰。這就要求在飛行的過程中必須始終保證精確對準(zhǔn)，跟蹤要達(dá)到相當(dāng)高的精度，這也是國際上從來沒有人做過的。

“激光器一站對一站的有人做過，但是一顆衛(wèi)星對準(zhǔn)兩個地面站的從來沒有過，而且還要保證對得準(zhǔn)確……如果能夠做到的話，在國際上也是第一次做這么高精度的跟蹤和地面站配合?！敝袊茖W(xué)院國家空間科學(xué)中心主任、空間科學(xué)先導(dǎo)專項科學(xué)衛(wèi)星工程常務(wù)副總指揮吳季說。

為了讓穿越大氣層后光子的“針尖”仍能對上接收站的“麥芒”，量子科學(xué)實驗衛(wèi)星工程常務(wù)副總師兼衛(wèi)星總指揮、中科院上海技術(shù)物理所王建宇研究員帶領(lǐng)團(tuán)隊，與潘建偉團(tuán)隊一道，從2012年起就開始進(jìn)行各種實驗――如收發(fā)距離40公里的轉(zhuǎn)臺實驗，與衛(wèi)星繞地運行的角速度一致；又如30公里距離的車載高速運動實驗，考驗超遠(yuǎn)距離“移動瞄靶”能力；再如熱氣球浮空平臺，在空地環(huán)境下模擬量子密鑰分發(fā)……

此外，單顆衛(wèi)星的量子通信還只是最簡單的點對點的信息傳遞。加上白天強(qiáng)烈的日光背景，目前的星地量子通信還只能在夜間進(jìn)行，這就進(jìn)一步限制了星地量子通信的效率。由于量子科學(xué)實驗衛(wèi)星的在軌設(shè)計壽命僅為兩年，因此任務(wù)十分緊迫。除了星地光路對準(zhǔn)，星地鏈路偏振態(tài)保持與基矢校正也是另一個技術(shù)難點。為了突破這一瓶頸，研究人員首先通過載荷模樣機(jī)研制，驗證偏振性能，確定分色片等關(guān)鍵部件的技術(shù)狀態(tài)；再進(jìn)行地面站偏振保持方案原理驗證，確定復(fù)核基矢校正計算算法；然后確定基矢測量受外界條件影響方式以及搭建地面站模擬終端進(jìn)行載荷樣機(jī)與地面站模擬終端聯(lián)合試驗等方式和渠道，終于明確了偏振態(tài)保持和基矢校正關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn)方案和技術(shù)狀態(tài)，并有效驗證了關(guān)鍵技術(shù)的各項技術(shù)指標(biāo)，確認(rèn)其能夠滿足科學(xué)目標(biāo)的需求。

量子科學(xué)實驗衛(wèi)星的科學(xué)目標(biāo)之一是量子糾纏分發(fā)實驗，在軌需要在星上制備高亮度糾纏光源，并將產(chǎn)生的糾纏光子對通過量子密鑰通信機(jī)和量子糾纏發(fā)射機(jī)同時向兩個地面站發(fā)射。

量子糾纏源的航天工程化也是量子科學(xué)實驗衛(wèi)星的一項關(guān)鍵技術(shù)。研究人員從糾纏源亮度、對比度、中心波長和光學(xué)接口指標(biāo)幾個方面著手，細(xì)化工程化指標(biāo)，提煉出窄線寬泵浦激光器的空間適應(yīng)性、高精度Sagnac干涉儀穩(wěn)定性以及空間光纖極化控制三大技術(shù)難點，通過模樣機(jī)的研制以及單模、保偏兩種光纖極化控制方案的并行攻關(guān)，最終明確了量子糾纏源及光接口的技術(shù)狀態(tài)，設(shè)計保證了關(guān)鍵技術(shù)的各項技術(shù)指標(biāo)，且具有較大的裕度，滿足科學(xué)任務(wù)的需求。

此次，量子科學(xué)實驗衛(wèi)星將包含4個有效載荷，分別是量子密鑰通信機(jī)、量子糾纏發(fā)射機(jī)、量子糾纏源、量子實驗控制與處理機(jī)。而針對這4個載荷的技術(shù)攻關(guān)，也耗費了科學(xué)家和工程技術(shù)人員的大量時間和心血。在高質(zhì)量量子光束及低損耗鏈路技術(shù)方面，科學(xué)家們開展了近衍射極限量子光發(fā)射技術(shù)研究，理論分析了光纖出射光經(jīng)過準(zhǔn)直鏡發(fā)射遠(yuǎn)場分布。分析表明，通過增大出射口徑、提高光學(xué)質(zhì)量等手段可優(yōu)化發(fā)散角。

于是，技術(shù)人員選擇采用一定口徑和焦距的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行實驗室試驗驗證，最終實現(xiàn)了小于15urad的量子光發(fā)射發(fā)散角，并接近衍射極限。

在快速指向鏡研制及超前瞄準(zhǔn)技術(shù)方面，研究人員完成了自行研制快反鏡的詳細(xì)設(shè)計，進(jìn)行了關(guān)鍵參數(shù)計算分析及系統(tǒng)建模，并完成了重要部件選型。產(chǎn)品指標(biāo)為指向范圍大于6mrad，固有頻率大于1kHz。

在高亮度糾纏源技術(shù)方面，研究人員成功研制了高亮度量子糾纏源載荷單機(jī)，指標(biāo)滿足要求，并成功模擬了高損耗的量子糾纏分發(fā)實驗。實驗數(shù)據(jù)顯示，以目前量子糾纏源產(chǎn)品的亮度和品質(zhì)，足以實現(xiàn)單邊鏈路損耗40dB的糾纏分發(fā)。

協(xié)同攻關(guān)

隨著量子科學(xué)實驗衛(wèi)星關(guān)鍵部件的成功交付，衛(wèi)星發(fā)射準(zhǔn)備就緒。但這一過程卻凝聚了科學(xué)家團(tuán)隊和全體參研參試工程人員的心血。正是得益于工程隊伍的協(xié)同攻關(guān)、團(tuán)結(jié)一致，才保障了項目的順利完成。

量子科學(xué)實驗衛(wèi)星不同于其他衛(wèi)星的一個顯著特點是星上和地面協(xié)同完成科學(xué)實驗，即天地一體化實驗，而且科學(xué)實驗的數(shù)據(jù)流和指令流鏈路也較其它衛(wèi)星更為復(fù)雜。在工程研制初期，雖然科學(xué)家團(tuán)隊對科學(xué)目標(biāo)和科學(xué)實驗都了如指掌，但是很多工程研制人員還是對在軌科學(xué)實驗流程感到困惑。由此由工程總體組織、科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)編制了《量子科學(xué)實驗衛(wèi)星工程天地一體化實驗流程分析報告》。科學(xué)家團(tuán)隊和工程各系統(tǒng)研制隊伍之間通過對天地一體化實驗流程的不斷討論和細(xì)化，接口關(guān)系和任務(wù)分工不斷明確，使得工程隊伍逐漸對科學(xué)實驗及其過程有了清晰的認(rèn)識；并在工程正樣研制階段，通過大系統(tǒng)聯(lián)試進(jìn)一步驗證了在軌科學(xué)實驗流程，以及系統(tǒng)間數(shù)據(jù)流和指令流的協(xié)調(diào)匹配性。

在研制過程中，各系統(tǒng)研制團(tuán)隊通力合作，精益求精。衛(wèi)星系統(tǒng)在方案階段完成了星地光路對準(zhǔn)、星地鏈路偏振態(tài)保持與基矢校正、星上量子糾纏源三項關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，并通過了關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)評審；明確了衛(wèi)星的總體技術(shù)方案，完成了整星初樣設(shè)計，為工程實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。

初樣階段，衛(wèi)星系統(tǒng)完成了結(jié)構(gòu)熱控星、電性星、鑒定星研制與試驗，同時完成了衛(wèi)星與運載、測控、地面支撐系統(tǒng)的對接試驗和星地光路對準(zhǔn)、量子密鑰分發(fā)、量子糾纏分發(fā)、量子隱形傳態(tài)四項地面驗證專項實驗，充分驗證了光軸對準(zhǔn)精度等關(guān)鍵指標(biāo)，科學(xué)實驗的功能與流程具備在軌開展科學(xué)實驗任務(wù)的能力。

正樣階段，衛(wèi)星系統(tǒng)以正樣星生產(chǎn)與試驗為主線，同時并行開展與其它系統(tǒng)接口對接試驗；2015年11月至2016年5月，整星陸續(xù)通過了桌面集成測試、真空熱試驗、EMC試驗、正弦振動試驗、噪聲試驗、帆板展開與光照試驗、精度復(fù)測等正樣環(huán)境試驗，并通過了科學(xué)任務(wù)流程演練和整星老練，各項試驗均滿足要求。

項目的工程研制任務(wù)除了研制一顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星外，還需研制生產(chǎn)一發(fā)二號丁運載火箭，由航天科技集團(tuán)第八研究院負(fù)責(zé)建造。對于預(yù)定軌道，火箭運載能力不小于650kg；運載火箭整流罩內(nèi)包絡(luò)的尺寸大于1600mm×1800mm×1800mm。

CZ-2D運載火箭在運載火箭梯隊素來有“金牌火箭”的美譽(yù)，曾26次執(zhí)行飛行任務(wù)，成功率達(dá)百分之百。然而每一次任務(wù)，航天八院還是當(dāng)作第一次生產(chǎn)和研制來對待，這一次也不例外，嚴(yán)格按照流程高質(zhì)量完成每一個環(huán)節(jié)的研制工作，并充分開展地面試驗和考核。

發(fā)射場系統(tǒng)和測控系統(tǒng)研制團(tuán)隊有著多年豐富的航天發(fā)射和測控經(jīng)驗。團(tuán)隊在面對量子科學(xué)實驗衛(wèi)星時仍然積極學(xué)習(xí)其特點和要求，全力配合開展適應(yīng)性改造；按照工程總體的規(guī)劃流程，組織完成了與各系統(tǒng)的初、正樣對接試驗，配合完成大系統(tǒng)聯(lián)試。

科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)是整個量子科學(xué)實驗計劃的大腦；與衛(wèi)星系統(tǒng)一起構(gòu)建天地一體化系統(tǒng)；還負(fù)責(zé)建設(shè)完成科學(xué)實驗任務(wù)所需的科學(xué)實驗中心、廣域量子密鑰應(yīng)用平臺、光學(xué)地面站和空間量子隱形傳態(tài)實驗站。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)作為科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)總體，全面承擔(dān)起規(guī)劃和建設(shè)工作。從總概算到建設(shè)流程，以及與協(xié)作單位協(xié)商和建設(shè)，都做了周密部署。

中科院國家天文臺作為量子科學(xué)實驗衛(wèi)星科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)的參研單位，主要負(fù)責(zé)地面站建設(shè)和改造分系統(tǒng)工作，并參與總體集成與科學(xué)實驗中心分系統(tǒng)和新建望遠(yuǎn)鏡分系統(tǒng)部分工作。

在地面站的建設(shè)過程中，國家天文臺充分利用其在天文觀測和野外臺站運行的經(jīng)驗，與科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)的科學(xué)目標(biāo)相結(jié)合，設(shè)計并參與建設(shè)了適用于量子科學(xué)實驗衛(wèi)星觀測的地面站系統(tǒng)。

為提升量子科學(xué)試驗的自動化程度，國家天文臺為各個地面站研制了綜合控制系統(tǒng)，用于科學(xué)實驗計劃的導(dǎo)入、設(shè)備調(diào)度、科學(xué)數(shù)據(jù)采集和實驗參數(shù)實時反饋；并自主提出環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，為地面站運行和在軌實驗提供全天云圖、夜天光、溫濕度、氣壓、風(fēng)速和風(fēng)向等環(huán)境參數(shù)，保證設(shè)備安全運行和科學(xué)數(shù)據(jù)的有效性。

中科院光電技術(shù)研究所新研制的南山和德令哈地面站1.2m口徑望遠(yuǎn)鏡和改造的興隆和云南的兩臺米級望遠(yuǎn)鏡，是量子通信系統(tǒng)的核心組成部分。

在中科院光電所團(tuán)隊的攻堅克難下，在地面大口徑望遠(yuǎn)鏡接收量子信號光技術(shù)方面，團(tuán)隊提出基于實時擾動估計的控制方法，突破了高動態(tài)范圍高精度望遠(yuǎn)鏡機(jī)架控制技術(shù)，實現(xiàn)了對星上終端“針尖對麥芒”的穩(wěn)定跟瞄功能，望遠(yuǎn)鏡的跟蹤精度和指向精度指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于任務(wù)書的指標(biāo)要求。同時，望遠(yuǎn)鏡在寬光譜光高效率傳輸技術(shù)以及量子糾纏和密鑰光的高保偏接收技術(shù)方面也有重大突破。

此外，團(tuán)隊在國際上首次研制完成寬光譜、高效率、高保偏、高精度的望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)和速度動態(tài)范圍大、抗擾能力強(qiáng)的望遠(yuǎn)鏡伺服控制系統(tǒng)，以及工作狀態(tài)可配置的望遠(yuǎn)鏡操控系統(tǒng)，在同一臺望遠(yuǎn)鏡上可同時完成量子通信、相干激光通信的實驗任務(wù)以及天文觀測任務(wù)，其中跟蹤精度、指向精度和信號光高保偏等，均達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

地面支撐系統(tǒng)建設(shè)中的一個突出問題是面臨同時開展幾顆衛(wèi)星的研制、在軌測試和運行管理的局面。這就要求系統(tǒng)必須具有同時支撐多星的能力，并且也對技術(shù)系統(tǒng)、人員素質(zhì)都提出了更高的要求。

對此，地面支撐系統(tǒng)迎難而上，充分發(fā)揮主觀能動性，對系統(tǒng)業(yè)務(wù)軟件進(jìn)行有效、合理的調(diào)整，采取“基礎(chǔ)平臺框架+各衛(wèi)星專用軟件”的體系結(jié)構(gòu)，從而確保了對每顆衛(wèi)星只需將部分軟件進(jìn)行適應(yīng)性完善即可進(jìn)行支撐。也就是說，今后不必再大規(guī)模重新建設(shè)支撐系統(tǒng)，可謂一勞永逸。

第4篇：量子科學(xué)應(yīng)用范文

本書從簡要概述經(jīng)典物理、統(tǒng)計物理與量子力學(xué)之間的明顯不同開始，論證為什么量子力學(xué)的應(yīng)用可以超出物理學(xué)的范圍，并且定義了量子社會科學(xué)。指出所謂的量子社會科學(xué)并不是要用適用微觀尺度的量子力學(xué)原理重新表述社會，而是嘗試借助量子力學(xué)的一些形式理論和概念，研究社會科學(xué)中的一些問題，包括在心理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)與金融學(xué)中量子概率效應(yīng)的存在，提出并解答了一些基本問題。他們論證了社會科學(xué)體系中的信息處理在一定程度上可以利用量子力學(xué)的數(shù)學(xué)工具形式化的奇妙方法。本書建議了一種類-量子方法可以作為理解經(jīng)濟(jì)學(xué)與金融學(xué)中心對象決策問題的有效工具。兩位作者還論證了概率相干性能夠用來解釋著名的Ellsberg決策佯謬中總概率規(guī)律的破壞，本書兩位作者對這一新奇的研究領(lǐng)域做出了一些領(lǐng)先的貢獻(xiàn)。

兩位作者深知這樣一本書所討論的內(nèi)容是與直覺相反的，他們要把解釋亞原子行為發(fā)展起來的物理學(xué)理論用于解釋我們?nèi)粘Ｉ钍澜?。盡管我們掌握了很多亞原子世界的精確知識，但是從來沒有關(guān)于這個世界的直接經(jīng)驗。把微觀世界有效的理論用于宏觀世界可信度如何？這樣奇特的做法會不會令人擔(dān)憂？感興趣的讀者都可能提出這類問題。兩位作者的想法是，關(guān)于他們開創(chuàng)的這種做法的可行性，應(yīng)該由讀者在讀過該書之后自己得到答案。

本書陳述的模型可以稱之為類-量子的，他們與量子物理沒有直接關(guān)系。作者強(qiáng)調(diào)指出，對于復(fù)雜的社會系統(tǒng)所做的信息處理可以通過量子力學(xué)的數(shù)學(xué)工具描述。正是在這個意義上，本書闡釋了金融市場、行為經(jīng)濟(jì)學(xué)和決策問題。

把精確科學(xué)與社會科學(xué)聯(lián)系起來不是件輕而易舉的事。其中最為困難的問題是消除這樣的一種誤解，即似乎在物理學(xué)與社會系統(tǒng)模擬之間本來就應(yīng)當(dāng)存在一架橋梁。實際上，在一些特殊的社會系統(tǒng)中，所得結(jié)果的“物理等價物”幾乎毫無意義。

全書內(nèi)容分4個部分，共15章。第1部分 社會科學(xué)中的物理概念，含第1-3章：1.經(jīng)典、統(tǒng)計和量子力學(xué)，三合一概覽；2.經(jīng)濟(jì)物理學(xué)； 3.量子社會科學(xué)。第2部分 數(shù)學(xué)與物理的預(yù)備知識，含第4-6章： 4.矢量的微積分學(xué)及其他數(shù)學(xué)預(yù)備知識；5.量子力學(xué)基本要素；6.Bohm力學(xué)的基本要素。第3部分 心理學(xué)中量子概率效應(yīng)：基本問題及其答案，含第7-9章：7.簡略概述；8.心理學(xué)中的干涉效應(yīng)——導(dǎo)論；9.決策的類量子模型。第四部分 經(jīng)濟(jì)學(xué)、金融學(xué)與腦科學(xué)中的其他量子概率效應(yīng)，含第10-15章：10.危機(jī)中的金融學(xué)/經(jīng)濟(jì)學(xué)理論；11.金融與經(jīng)濟(jì)學(xué)中的Bohm力學(xué)；12.BohmVigter模型和路徑模擬；13.對于經(jīng)濟(jì)學(xué)/金融學(xué)理論的其他一些應(yīng)用；14.大腦的類-量子處理的神經(jīng)心理學(xué)起源；15.結(jié)論。

本書是面向經(jīng)濟(jì)學(xué)和心理學(xué)以及物理學(xué)的研究人員的一部具有新穎、獨特觀點的專著，很具啟發(fā)性和創(chuàng)新性，對于希望開拓新的研究領(lǐng)域，特別是交叉學(xué)科相關(guān)領(lǐng)域的研究生以及研究人員很有參考價值。作者概述了進(jìn)入該領(lǐng)域所需的數(shù)學(xué)預(yù)備知識和量子力學(xué)的基本概念以及社會科學(xué)相關(guān)的基礎(chǔ)知識，這對那些對這一問題感興趣并打算閱讀該書的讀者很有益處。

丁亦兵，教授

（中國科學(xué)院大學(xué)）

第5篇：量子科學(xué)應(yīng)用范文

在量子的世界中，對于一個微觀的粒子，測量過程本身將不可避免的給我們要測量的物體造成一個顯著的擾動，而且即使在原則上，我們也完全沒辦法把這一擾動減小到零；另一方面，觀測行為本身又會破壞粒子原來的狀態(tài)，讓你永遠(yuǎn)不可能知道粒子本來的狀態(tài)是什么。這就是量子不可克隆原理：你不能夠復(fù)制一個未知的量子態(tài)，而不改變量子態(tài)本身。量子不可克隆原理是量子加密的基礎(chǔ)。如果我們把想要保密傳輸?shù)男畔ⅲ虞d到一個個不可能被準(zhǔn)確觀測和復(fù)制的量子態(tài)上，而任何的竊聽行為都會改變原本傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。那么最后我們?nèi)∫徊糠謹(jǐn)?shù)據(jù)出來，檢查原本傳輸?shù)男畔⑹欠癖黄茐模湍軌驒z測到竊聽者是否存在。

整個量子通信中，具有短期內(nèi)真實的應(yīng)用潛能的就是量子保密通信，其中最有用的部分就是量子密鑰分發(fā)。經(jīng)典通信使用最廣泛的公鑰密碼，是假定一些數(shù)學(xué)難題，最典型的是假定大型數(shù)據(jù)分解的數(shù)學(xué)難題。但是，隨著計算能力的不斷提高，特別是未來量子計算機(jī)如果實現(xiàn)的話，這種數(shù)學(xué)難題的復(fù)雜性就迎刃而解了，換句話說，經(jīng)典保密通信基于的數(shù)學(xué)方法不能獲得嚴(yán)格的數(shù)學(xué)證明。在這個背景下，量子保密通信最大的賣點就是它的安全性獲得了嚴(yán)格的數(shù)學(xué)證明，這也可以從其量子力學(xué)的基本原理來解釋。

量子通信另一個核心內(nèi)容是隱形傳輸，是利用了光子等基本粒子的量子糾纏原理來實現(xiàn)保密通信過程。糾纏是一種詭異的超距離相互關(guān)聯(lián)的現(xiàn)象：兩個糾纏在一起的粒子，即使被完全隔離，當(dāng)觀測一個粒子的狀態(tài)時，另一個粒子的狀態(tài)也會發(fā)生瞬時的改變。換言之，兩個粒子的量子狀態(tài)是完全關(guān)聯(lián)的。量子物理讓人最不可思議的地方在于，事物的狀態(tài)并不是唯一確定的。對于宏觀的硬幣而言，只可能存在兩種狀態(tài)：正面朝上或是反面朝上。但對于一枚量子硬幣，它可以既是正面朝上又是反面朝上。對于兩枚糾纏在一起的量子硬幣，如果發(fā)現(xiàn)其中一枚是正面朝上，另一枚也一定是正面朝上；當(dāng)發(fā)現(xiàn)一枚是反面朝上，另一枚也一定是反面朝上；如果發(fā)現(xiàn)一枚既是正面朝上又是反面朝上，另外一枚也一定既是正面朝上又是反面朝上。因此，糾纏所包含的關(guān)聯(lián)性，要比我們通常理解的宏觀上的關(guān)聯(lián)性強(qiáng)得多。

事實上，糾纏的兩個粒子盡管可以在很遠(yuǎn)的距離上一個影響另一個，但它們無法傳遞任何信息。以密鑰為例，當(dāng)雙方共享同一套密鑰時，并沒有發(fā)生信息的傳遞，直到加密的文本傳來，密鑰才有意義。量子通信和傳統(tǒng)通信的唯一區(qū)別在于，量子通信采用了一種新的密鑰生成方式，而且密鑰不可能被第三方獲取。

向全球的量子通信網(wǎng)邁進(jìn)

發(fā)展量子通信技術(shù)的終極目標(biāo)是構(gòu)建廣域乃至全球范圍的絕對安全的量子通信網(wǎng)絡(luò)體系。通過光纖實現(xiàn)城域量子通信網(wǎng)絡(luò)連接一個中等城市內(nèi)部的通信節(jié)點、通過量子中繼實現(xiàn)鄰近兩個城市之間的連接、通過衛(wèi)星與地面站之間的自由空間光子傳輸和衛(wèi)星平臺的中轉(zhuǎn)實現(xiàn)遙遠(yuǎn)兩個區(qū)域之間的連接，是實現(xiàn)全球廣域量子通信最理想的路線圖。

在這一路線圖的指引下，歐洲、美國和中國等在過去幾年中均進(jìn)行了戰(zhàn)略性部署，投入了大量的科研資源和開發(fā)力量，進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和實用化、工程化探索，力爭在激烈的國際競爭中占據(jù)先機(jī)。光纖量子密碼技術(shù)目前正從點對點量子密鑰分發(fā)的初級階段向?qū)崿F(xiàn)多節(jié)點網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的量子安全性方向深入發(fā)展階段，全球各地正在加緊進(jìn)行量子通信系統(tǒng)的實用化和工程化建設(shè)。

由美國國防部高級研究署（DARPA）支持， BBN公司（具有很強(qiáng)的軍方特色）技術(shù)部聯(lián)合波斯頓大學(xué)與哈佛大學(xué)共同開展了量子保密通信與IP 互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的五年試驗計劃。該計劃主要內(nèi)容是以BBN技術(shù)部、波斯頓大學(xué)和哈佛大學(xué)作為三個節(jié)點以構(gòu)建融合現(xiàn)行光纖通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和量子光通信的量子互聯(lián)網(wǎng)，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)保密通信。

在歐盟的《量子信息處理和通信：歐洲研究現(xiàn)狀、愿景與目標(biāo)戰(zhàn)略報告》中給出了歐洲未來五年和十年量子信息的發(fā)展目標(biāo)，例如將重點發(fā)展量子中繼和衛(wèi)星量子通信，實現(xiàn)1000公里量級的量子密鑰分配。歐洲空間局計劃到2018年將國際空間站上的量子通信終端與一個或多個地面站之間建立自由空間量子通信鏈路，首次演示絕對安全的空間量子密鑰全球分發(fā)的可行性。歐盟在2008年9月了關(guān)于量子密碼的商業(yè)白皮書，啟動量子通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究，并聯(lián)合了來自12個歐盟國家的41個伙伴小組成立了SECOQC工程。

實用化進(jìn)程：與經(jīng)典通信的融合

從目前的實際應(yīng)用來看，將量子通信網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合是最優(yōu)的發(fā)展戰(zhàn)略?；ヂ?lián)網(wǎng)在設(shè)計時并沒有深入地考慮安全性，這造成當(dāng)今的網(wǎng)絡(luò)安全問題十分突出。量子通信是人類能掌握的最保密的通信技術(shù)，量子通信和經(jīng)典通信網(wǎng)絡(luò)的融合研究對于提升未來網(wǎng)絡(luò)的安全性具有重要的意義。

量子通信和經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)的融合需要解決物理層和組網(wǎng)技術(shù)、中繼技術(shù)和通信應(yīng)用技術(shù)等幾個方面的融合問題。對于未來網(wǎng)，應(yīng)當(dāng)從基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和利用上就考慮和量子通信的融合。由于傳統(tǒng)的光通信可能在很長一段時間內(nèi)仍然是主要通信技術(shù)手段，在光通信網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)量子通信網(wǎng)絡(luò)，將是融合的基礎(chǔ)。

實際的量子通信中，量子通信與現(xiàn)有通信的融合是一個相互取長補(bǔ)短的過程，量子通信不會完全替代現(xiàn)有的通信技術(shù)，而是在現(xiàn)有的技術(shù)上在物理層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層將兩者進(jìn)行了融合。

從物理層來說，可以從光源、探測器和信道方面考慮。在光源方面，利用單光子源或者單離子源，或者將激光光源衰減到單光子量級應(yīng)用到實際工程中；在探測方面，因為是單光子信號源，需要特測器有單光子量級特征，對量子密鑰分發(fā)中的連續(xù)變量進(jìn)行測量；在信道方面，對于不同的光源用不同波長的商用光纖即可滿足條件。

從網(wǎng)絡(luò)層來說，一方面我們可以采取獨立的信道和統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，也可以用一根光纖既傳遞量子信號又傳遞經(jīng)典信號；除了光纖技術(shù)，還需要采取例如基于糾纏交換的量子中繼技術(shù)來解決量子通信的遠(yuǎn)距離傳輸這一核心問題；此外，在組網(wǎng)的往來上，可以采取電路交換或者波長復(fù)用技術(shù)，并且增加量子路由器來進(jìn)行控制。

從應(yīng)用層來看，我們可以跟現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)安全協(xié)議結(jié)合，用量子密碼來替換現(xiàn)有協(xié)議中的初始密碼，這樣既可以得到更高的安全性也可以保持實際的通信速率。現(xiàn)在實際用到的量子保密分發(fā)的方法都是用誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)的方法。而一旦用量子的方法產(chǎn)生密鑰，則必須與后繼的經(jīng)典通信結(jié)合才能實際應(yīng)用。比如，我們用量子密碼生成種子密鑰，然后用經(jīng)典的方法進(jìn)行擴(kuò)張，這樣既保證了種子密鑰的安全，同時也有很高的通信效率。

量子通信在中國

量子信息因其傳輸高效和絕對安全等特點，被認(rèn)為可能是下一代IT技術(shù)的支撐性研究，并成為全球物理學(xué)研究的前沿與焦點領(lǐng)域?；谖覈?0年來在量子糾纏態(tài)、糾錯、存儲等核心領(lǐng)域的系列前沿性突破，中科院于2011年啟動了空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項，力爭在2015年左右發(fā)射全球首顆“量子通訊衛(wèi)星”。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉、彭承志、陳宇翱等人，與中科院上海技術(shù)物理研究所王建宇、光電技術(shù)研究所黃永梅等組成聯(lián)合團(tuán)隊，于2011年10月在青海湖首次成功實現(xiàn)了百公里量級的自由空間量子隱形傳態(tài)和糾纏分發(fā)。實驗證明，無論是從地面指向衛(wèi)星的上行量子隱形傳態(tài)，還是衛(wèi)星指向兩個地面站的下行雙通道量子糾纏分發(fā)均可行，為基于衛(wèi)星的廣域量子通信和大尺度量子力學(xué)原理檢驗奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

如果應(yīng)用量子通信這項高科技，中國軍方能瞬間傳送軍事信息而又確保萬無一失。通過這項保密力度極強(qiáng)的科技的應(yīng)用，能大幅度提升軍隊的指揮和控制能力，使得中國在信息戰(zhàn)能力方面超越美國。

發(fā)射量子通訊衛(wèi)星早就被中國科學(xué)界列為一項核心任務(wù)。早在2011年9月，中國科學(xué)院院長、黨組書記白春禮在談到中國能否抓住第六次科技機(jī)遇時透露，中科院計劃在未來十年發(fā)射五顆科學(xué)衛(wèi)星，其中，量子通訊衛(wèi)星的衛(wèi)星發(fā)射將列為重中之重。

由于量子信號的攜帶者光子在外層空間傳播時幾乎沒有損耗，如果能夠在技術(shù)上實現(xiàn)糾纏光子再穿透整個大氣層后仍然存活并保持其糾纏特性，人們就可以在衛(wèi)星的幫助下實現(xiàn)全球化的量子通信。這樣一來，這種世界上最為保密的通信手段將會覆蓋世界任何角落。

第6篇：量子科學(xué)應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞：墨子號;量子衛(wèi)星;量子糾纏;量子密鑰;物理學(xué)

中圖分類號： TN219 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）30-100-2

0 引言

物理學(xué)是研究物質(zhì)運動最一般規(guī)律和物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的一種自然科學(xué)，研究對象大至宇宙，小到基本粒子的質(zhì)量、運動形式和規(guī)律等內(nèi)容。量子衛(wèi)星可謂是物理學(xué)中極大的天體物理和極小的量子力學(xué)理論的綜合應(yīng)用，意義重大。下面我想從2016年8月16日我國發(fā)射的全球首科量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”來談?wù)剬ξ锢韺W(xué)中量子物理發(fā)展的一些思考。

1 “墨子號”的由來

作為全球三大古老邏輯體系之一的墨家邏輯中的經(jīng)典著作《墨經(jīng)》中提出的“光學(xué)八條”中描述了墨子對光線的認(rèn)識，并成功設(shè)計了樸素的小孔成像實驗，奠定了中國光學(xué)研究的基礎(chǔ)，所以我國發(fā)射的全球首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星被命名為“墨子號”以紀(jì)念墨子先生。

2 為何發(fā)展量子通信技術(shù)和通訊優(yōu)勢

我們知道，20世紀(jì)初，量子力學(xué)的基礎(chǔ)知識剛剛被奠定的時候，它帶給人們一種啟示，雖然它會時常使人感到困惑，因為量子力學(xué)在微觀世界里已經(jīng)打敗了經(jīng)典力學(xué)古老的確定論，反復(fù)的討論可能性、可能結(jié)果的疊加。

我們假設(shè)一個物理量存在最小的不可分割的基本單位，則這個物理量是量子化的，并把最小單位稱為量子，所以我們常用量子去指一個不可分割的基本個體，例如“光的量子”是光的基本單位光子。當(dāng)然，所有可量子化的物理量其最小單位是特定的，而不是任意值。20世紀(jì)的前一半時期許多物理學(xué)家將量子力學(xué)視為了解和描述自然的基本理論，發(fā)展出了量子光學(xué)、量子計算等不同專業(yè)領(lǐng)域來研究。

量子計算領(lǐng)域利用量子效應(yīng)來控制和處理信息，它具有驚人的潛力，因為經(jīng)典數(shù)據(jù)的二進(jìn)制“比特”一次只能取一個值，而量子的“量子比特”能夠在給定范圍內(nèi)代表任意及所有可能的取值：在被測量以前，它以所有的可能太的“疊加”形式存在。量子計算特別適合用于解決今天只能依靠“強(qiáng)力”處理器能力來解決的特殊問題―比如，幾十個量子比特陣列就能夠存儲超過太字節(jié)（萬億）的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)量。[3]

因此發(fā)展量子通信技術(shù)的優(yōu)勢非常明顯，前景廣闊。

3 “墨子號”工作的理論基礎(chǔ)

1917年G.Vernam提出了“一次一密”（One-Time Pad）密碼體制[1][2]，C.E.Shannon于1949年用信息論證明了該密碼體制是無條件安全的[1][2]，這是目前唯一被證明是絕對安全的密碼體制。

由于量子信號的攜帶者光子在外層空間傳播時幾乎沒有損耗，如果能夠在技術(shù)上實現(xiàn)糾纏光子再穿透整個大氣層后仍然存活并保持其糾纏特性，人們就可以在衛(wèi)星的幫助下實現(xiàn)全球化的量子通信。此次發(fā)射的量子科學(xué)實驗衛(wèi)星完全由我國自主研發(fā)，突破了衛(wèi)星平臺、有效載荷、地面光學(xué)收發(fā)站等一系列關(guān)鍵技術(shù)，將在軌開展量子密鑰分發(fā)、廣域量子密鑰網(wǎng)絡(luò)、量子糾纏分發(fā)、量子隱形傳態(tài)、星地告訴相干激光通信等科學(xué)實驗。

潘建偉研究小組在2003年開始研究自由空間量子通信，他們在實驗點制備出成對的糾纏光子，再利用兩個專門設(shè)計加工的發(fā)射望遠(yuǎn)鏡將容易發(fā)散的細(xì)小光束“增肥”后向東西相距13公里的兩個實驗站送出，兩個接收端用同樣型號的望遠(yuǎn)鏡收集。

量子衛(wèi)星和地球通信是雙向的。衛(wèi)星和地面站都擁有發(fā)射端和接收端。發(fā)射端包含單光子光源和光束整形系統(tǒng)，接收端包含單光子探測器和成像系統(tǒng)。光束整形系統(tǒng)和成像系統(tǒng)把點光源變成平行光并將其匯聚到焦點上。發(fā)射端和接收端是靠激光聯(lián)系，它們之間有個大氣層――它是目前較大的麻煩。

經(jīng)過研究人員的種種努力，在如此遠(yuǎn)距離的傳送中，雖有許多糾纏光子衰減，但仍有相當(dāng)比例的“夫妻對”能存活下來并有旺盛的生命力，經(jīng)單光子探測器檢測，分居?xùn)|西兩地的光子“夫妻對”即使相距遙遠(yuǎn)仍能保持相互糾纏狀態(tài)，攜帶信息的數(shù)量和質(zhì)量能完全滿足基于衛(wèi)星的全球化量子通信要求。

在此基礎(chǔ)上，研究小組進(jìn)一步利用分發(fā)的糾纏光源進(jìn)行絕對安全的量子保密通信。13公里不僅是目前國際上自由空間糾纏光子分發(fā)的最遠(yuǎn)距離，也是目前國際上沒有竊聽漏洞量子密鑰分發(fā)的最大距離。

4 我國量子通訊發(fā)展歷史和量子衛(wèi)星的前景展望

英國《自然》雜志中關(guān)于“量子太空競賽”中指出：“在量子通信領(lǐng)域，中國用了不到十年的時間，由一個了不起的國家發(fā)展成現(xiàn)在的世界勁旅，中國將領(lǐng)先于歐洲和北美......”可見我國量子通訊發(fā)展速度飛快。1995年，中科院物理所吳令安小組在實驗室內(nèi)完成了我國最早的量子密鑰分發(fā)實驗演示。2000年，該小組又與中科院研究生院合作利用單模光纖完成了1.1公里的量子密鑰分發(fā)演示實驗。2002年至2003年間，瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)Gisin小組和我國華東師范大學(xué)曾和平小組分別在67公里和50公里光纖中演示了量子密鑰分發(fā)。2006年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團(tuán)隊在世界上首次利用誘騙態(tài)方案實現(xiàn)了安全距離超過100公里的光纖量子密鑰分發(fā)實驗，2009年，該團(tuán)隊又在世界上率先將采用誘騙態(tài)方案的量子通信距離突破至200公里。2013年，潘建偉團(tuán)隊又在核心量子通信器件研究上取得重要突破，他們成功開發(fā)了國際上迄今為止最先進(jìn)的室溫通信波段單光子探測器，并利用該單光子探測器在國際上首次實現(xiàn)了測量器件無關(guān)的量子通信，成功解決了現(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，大大提高了現(xiàn)實條件下量子通信系統(tǒng)的安全性。2016年8月16日我國發(fā)射的全球首科量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”這既是中國首個、也是世界首個量子衛(wèi)星。

在我國，量子通信技術(shù)從基礎(chǔ)研究向應(yīng)用技術(shù)轉(zhuǎn)化邁進(jìn)，面對國際上科技巨頭，如IBM、Bell實驗室、德國西門子公司等都紛紛投入量子通信的產(chǎn)業(yè)化研究之時。我國將利用量子通信技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)，作為保障未來信息社會通信安全的關(guān)鍵技術(shù)，而量子密鑰極有可能會進(jìn)入普通家庭，服務(wù)于社會大眾，成為電子商務(wù)、電子醫(yī)療、軍事科技等各種電子服務(wù)的驅(qū)動器，為當(dāng)今這個高度信息化的社會提供基礎(chǔ)的安全服務(wù)和最可靠的安全保障。

我國未來還將發(fā)射多顆量子衛(wèi)星，預(yù)計到2020年實現(xiàn)亞洲與歐洲的洲際量子密鑰分發(fā)。屆時，連接亞洲與歐洲的洲際量子通信網(wǎng)也將建成，2030年左右將建成全球化的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)。隨著量子通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，量子通信將迎來巨大的市場。有人預(yù)測，國內(nèi)量子通信短期市場規(guī)模在100億至130億元左右，長期市場規(guī)模將超過千億元。

5 量子技術(shù)的應(yīng)用對物理學(xué)發(fā)展的一些思考

量子通信技術(shù)的發(fā)展，基礎(chǔ)是物理學(xué)理論的發(fā)展，筆者認(rèn)為21世紀(jì)是要把微觀和宏觀整體地聯(lián)系起來。這種結(jié)合對應(yīng)用科技影響深遠(yuǎn)，我們回過頭來看看，目前的科學(xué)發(fā)明在19世紀(jì)末都是很難想象的！沒有20世紀(jì)初基礎(chǔ)物理科學(xué)的發(fā)展，21世紀(jì)的科技應(yīng)用和開發(fā)也無法迅速發(fā)展，那么，發(fā)展好當(dāng)代物理理論研究應(yīng)該對今后的技術(shù)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] ASSCHE G V.Quantum Cryptography and Secret-key Distillation[M].New York：Cambridge University Press，2006.

第7篇：量子科學(xué)應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞：量子力學(xué)；現(xiàn)代物理；地方應(yīng)用型高校

筆者于1997年畢業(yè)于衡陽師范高等?？茖W(xué)校物理教育專業(yè)，那時用的是專科學(xué)校自編的量子力學(xué)教材，內(nèi)容較簡化，學(xué)習(xí)起來較吃力；2005年進(jìn)入湖南師大讀研后，又學(xué)習(xí)了高等量子力學(xué)，許多東西似懂非懂；2016年開始向本科生講授量子力學(xué)課程，也只有在這時候，才懂得了困惑自己多年的一些問題。從這個歷程中，可見學(xué)好量子力學(xué)這門課程是多么難。

一、教學(xué)指導(dǎo)思想

正因為這門課程很難學(xué)，所以不能期望太高，何況在生源較差的地方應(yīng)用型高校。與此同時，教師要以人才市場需求和學(xué)術(shù)發(fā)展為雙重依據(jù)，保持學(xué)科體系的完整性，把量子力學(xué)教好。對于若干個學(xué)生中的精英，要使其受到完整的課程體系訓(xùn)練，培養(yǎng)物理學(xué)科的領(lǐng)頭雁；而對于其他學(xué)生，則通過教學(xué)方式和考核方式的多樣性，讓其順利通過這些理論性較強(qiáng)的課程考核，培養(yǎng)物理文化的傳播者。

筆者采用的教學(xué)方式以傳統(tǒng)講授法為主，PPT用得很少。因為這門課程必須經(jīng)過數(shù)學(xué)演算和推導(dǎo)，才能對量子世界有所理解。不要求學(xué)生步步推導(dǎo)，但教師至少要去一步一步地算，給學(xué)生留下深刻的印象，讓學(xué)生知道，做學(xué)問是老老實實地工作。每章結(jié)束后，設(shè)置一個小測試，題目來自上課時講的一些重點概念、符號、規(guī)律以及一些簡單的公式推導(dǎo)。這樣可以保證學(xué)生能從書本里查找答案，掌握基本知識。

二、正確看待學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況

學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況也如所預(yù)料的一樣，認(rèn)真聽的只有幾個有考研意愿的人，其他人幾乎是以玩手機(jī)來消磨時間。小測試的時候，總有十多人先不做，坐等別人的答案。筆者認(rèn)為，教育不能指望人人都會成為精英，能成為“欲栽大樹柱長天”的人只需幾個即可。同一個專業(yè)里，也需要各種層次的人才，如理論計算、實驗操作、知識傳播、人際協(xié)調(diào)，等等。量子力學(xué)教師需要關(guān)注學(xué)生的聽課狀態(tài)，以人人能學(xué)會為原則（教育機(jī)會均等），隨時調(diào)整自己的教學(xué)策略；同時也要牢記自己的使命，把量子力學(xué)的靈魂傳播到位，把它的科學(xué)精神傳播到位。

三、量子力學(xué)的魂與精神

量子力學(xué)的魂是：微觀粒子的運動狀態(tài)是不確定的，只能用概率波去描述；微觀粒子的運動能量不是連續(xù)的，而是離散的；測量微觀粒子的力學(xué)量時得不到確定值，只能得到系列的可能值及其出現(xiàn)的概率，但它們的統(tǒng)計值是確定的，即得到的宏觀量；量子力學(xué)里的微觀粒子不一定是電子質(zhì)子等實物粒子，還可能是經(jīng)過一次量子化和二次量子化后的某種運動單元，如電磁場光子、諧振子粒子。量子力學(xué)的精神是：科學(xué)研究是一件嚴(yán)肅的事情，必需老老實實地演算和推導(dǎo)，來不得半點投機(jī)取巧。

四、教學(xué)心得體會

1.量子力學(xué)的研究對象。量子力學(xué)是研究微觀粒子的運動，但是課本開始介紹的黑體輻射卻是能觀察到的宏觀現(xiàn)象，這該怎樣理解？一是將空窖里的輻射場當(dāng)成大量微觀粒子組成的系統(tǒng)，它們服從Bose-Einstein分布l=ωl/（eβεl-1），只是它們不是有原子分子結(jié)構(gòu)的實物粒子罷了。二是認(rèn)為這些粒子的能量是量子化的εl=ω，不再是宏觀的連續(xù)能量了。這樣一來，物體的輻射就是發(fā)射和吸收微觀粒子的過程了。

2.二次量子化。把輻射場處理成能量量子化的大量微觀粒子，把原點附近做振動的原子或分子處理成能量量子化的線性諧振子等就是一次量子化。最簡單的二次量子化就是體現(xiàn)在對線性諧振子的處理上。線性諧振子的能級是分立的，En=ω（n+1/2），τΦ謀菊魈為Ψn。由于相鄰能級上的本征態(tài)具有遞推關(guān)系，即由Ψn可以推出Ψn-1或Ψn+1這時又把態(tài)Ψn看成是由n個粒子組成的系統(tǒng)，每個粒子具有能量E=ω，這樣一來，遞推關(guān)系里的算符就可以看成產(chǎn)生算符和湮滅算符了。

3.不確定性。這點和統(tǒng)計力學(xué)有某種相似性。統(tǒng)計力學(xué)并不知道微觀粒子確定的運動狀態(tài)，所以只好假定每種微觀運動狀態(tài)出現(xiàn)的概率相等，即等概率原理。這樣一來，就可以理解測量微觀粒子的力學(xué)量時，得不出確定值的原因，只能得出一系列的可能值以及這些可能值出現(xiàn)的概率。同樣，描述粒子的運動狀態(tài)也只能用概率波來描述了。

第8篇：量子科學(xué)應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞： 量子概率； 量子三叉樹；量子B-S模型；量子期權(quán)敏感性

中圖分類號：F830； O413 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）01-0014-03

0 引言

量子金融是量子概率應(yīng)用于金融市場的研究，體現(xiàn)了期權(quán)定價[1]思想上的創(chuàng)新。目前，國內(nèi)外學(xué)者在這方面已做了一定的工作。陳澤乾[2]提出二項式期權(quán)定價量子模型。E.Sega[3]用量子效應(yīng)解釋在金融市場期權(quán)價格的不規(guī)則變化。Emmanuel和E.Have[4]描述了在量子系統(tǒng)中，Black-Scholes模型的具體含義。Belal.E.Baaquie[5]研究了基于量子理論的有息債券歐式期權(quán)利率模型。Liviu-Adrian Cotfas[6]借助Fourier變換和量子算符模型分析股票信息與價格的關(guān)系。本文建立了量子三叉樹模型。根據(jù)期權(quán)折現(xiàn)流在量子概率下是一個鞅過程，給出了量子概率在金融問題中的作用。同時根據(jù)Tailor公式，用量子力學(xué)過程代替經(jīng)典隨機(jī)過程描述股票價格，在股票價格St遵循量子Brown運動的情形下，得到連續(xù)量子B-S模型。實例應(yīng)用和Matlab仿真都證實了量子B-S的有效性。一方面簡化了期權(quán)計算，另一方面更好地揭示了金融市場的量子特征。

1 量子三叉樹模型

2 連續(xù)量子Black-Scholes模型

定理2. 量子期權(quán)平價公式

在任意一個時刻t

證明：在t=0時刻，由文獻(xiàn)[9]可以構(gòu)造兩個量子投資組合φ1=c+Ke-rT，φ2=p+S。

設(shè)Vt（φ）是投資組合φ在時刻t的財富值，考慮上面兩個量子投資組合，在t=T時刻的值

VT（φ1）=VT（c）+VT（Ke-rT）=（ST-K）++K=max{K，ST}

VT（φ2）=VT（p）+VT（S）=（K-ST）++ST=max{K，ST}

故VT（φ1）=VT（φ2），從而得到Vt（φ1）=Vt（φ2），即ct+Ke-r（T-t）=pt+St成立。

有了量子期權(quán)平價公式，由量子B-S算出看漲期權(quán)的價格，就可以得出看跌期權(quán)的價格。

4 實例應(yīng)用

5 量子歐式期權(quán)敏感性[10]應(yīng)用

以下是用MATLA對歐式期權(quán)敏感性做的仿真：

圖1和圖2表示期權(quán)標(biāo)的物的價格波動性變動對期權(quán)價格的影響程度，數(shù)學(xué)表達(dá)式■，f為Black-Scholes期權(quán)定價公式中期權(quán)價格函數(shù)C。顏色反映靈敏度，下面是量子圖，它比上面的經(jīng)典圖更能體現(xiàn)細(xì)微的波動值的變動。

6 結(jié)論

本文以量子概率的角度，利用量子力學(xué)理論建立了量子三叉樹和量子Black-Scholes模型，處理了復(fù)雜期權(quán)定價問題。實例應(yīng)用和敏感性分析都證實了量子B-S模型的有效性，量子期權(quán)圖對金融市場標(biāo)的物的價格細(xì)微波動變化反應(yīng)更敏感，更能體現(xiàn)金融市場的量子特征。

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第9篇：量子科學(xué)應(yīng)用范文

論文摘要：將量子化學(xué)原理及方法引入材料科學(xué)、能源以及生物大分子體系研究領(lǐng)域中無疑將從更高的理論起點來認(rèn)識微觀尺度上的各種參數(shù)、性能和規(guī)律，這將對材料科學(xué)、能源以及生物大分子體系的發(fā)展有著重要的意義。

量子化學(xué)是將量子力學(xué)的原理應(yīng)用到化學(xué)中而產(chǎn)生的一門學(xué)科，經(jīng)過化學(xué)家們的努力，量子化學(xué)理論和計算方法在近幾十年來取得了很大的發(fā)展，在定性和定量地闡明許多分子、原子和電子尺度級問題上已經(jīng)受到足夠的重視。目前，量子化學(xué)已被廣泛應(yīng)用于化學(xué)的各個分支以及生物、醫(yī)藥、材料、環(huán)境、能源、軍事等領(lǐng)域，取得了豐富的理論成果，并對實際工作起到了很好的指導(dǎo)作用。本文僅對量子化學(xué)原理及方法在材料、能源和生物大分子體系研究領(lǐng)域做一簡要介紹。

一、 在材料科學(xué)中的應(yīng)用

（一）在建筑材料方面的應(yīng)用

水泥是重要的建筑材料之一。1993年，計算量子化學(xué)開始廣泛地應(yīng)用于許多水泥熟料礦物和水化產(chǎn)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(chǎn)物相之一，它對水泥石的強(qiáng)度起著關(guān)鍵作用。程新等[1 ，2]在假設(shè)材料的力學(xué)強(qiáng)度決定于化學(xué)鍵強(qiáng)度的前提下，研究了幾種鈣礬石相力學(xué)強(qiáng)度的大小差異。計算發(fā)現(xiàn)，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(rèn)為，含Sr 、Ba 硫鋁酸鹽的膠凝強(qiáng)度高于硫鋁酸鈣的膠凝強(qiáng)度[3]。

將量子化學(xué)理論與方法引入水泥化學(xué)領(lǐng)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(jié)構(gòu)與宏觀性能聯(lián)系起來，也為水泥材料的設(shè)計提供了一條新的途徑[3]。

（二） 在金屬及合金材料方面的應(yīng)用

過渡金屬(Fe 、Co、Ni)中氫雜質(zhì)的超精細(xì)場和電子結(jié)構(gòu)，通過量子化學(xué)計算表明，含有雜質(zhì)石原子的磁矩要降低，這與實驗結(jié)果非常一致。閔新民等[4]通過量子化學(xué)方法研究了鑭系三氟化物。結(jié)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(jié)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(jié)構(gòu)及光譜的計算[5]。再比如說，NbO2是一個在810℃具有相變的物質(zhì)(由金紅石型變成四方體心)，其高溫相的NbO2的電子結(jié)構(gòu)和光譜也是通過量子化學(xué)方法進(jìn)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(zhì)方面存在的差異[6]。

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

二、在能源研究中的應(yīng)用

（一）在煤裂解的反應(yīng)機(jī)理和動力學(xué)性質(zhì)方面的應(yīng)用

煤是重要的能源之一。近年來隨著量子化學(xué)理論的發(fā)展和量子化學(xué)計算方法以及計算技術(shù)的進(jìn)步，量子化學(xué)方法對于深入探索煤的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)性之間的關(guān)系成為可能。

量子化學(xué)計算在研究煤的模型分子裂解反應(yīng)機(jī)理和預(yù)測反應(yīng)方向方面有許多成功的例子， 如低級芳香烴作為碳/ 碳復(fù)合材料碳前驅(qū)體熱解機(jī)理方面的研究已經(jīng)取得了比較明確的研究結(jié)果。由化學(xué)知識對所研究的低級芳香烴設(shè)想可能的自由基裂解路徑，由Guassian 98 程序中的半經(jīng)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(guān)效應(yīng)的密度泛函UB3L YP/ 3-21G*方法對設(shè)計路徑的熱力學(xué)和動力學(xué)進(jìn)行了計算。由理論計算方法所得到的主反應(yīng)路徑、熱力學(xué)變量和表觀活化能等結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)對比有較好的一致性，對煤熱解的量子化學(xué)基礎(chǔ)的研究有重要意義[7]。 轉(zhuǎn)貼于

（二）在鋰離子電池研究中的應(yīng)用

鋰離子二次電池因為具有電容量大、工作電壓高、循環(huán)壽命長、安全可靠、無記憶效應(yīng)、重量輕等優(yōu)點，被人們稱之為“最有前途的化學(xué)電源”，被廣泛應(yīng)用于便攜式電器等小型設(shè)備，并已開始向電動汽車、軍用潛水艇、飛機(jī)、航空等領(lǐng)域發(fā)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(fù)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(jī)理對進(jìn)一步改善鋰離子電池的性能至關(guān)重要。Ago 等[8] 用半經(jīng)驗分子軌道法以C32 H14作為模型碳結(jié)構(gòu)研究了鋰原子在碳層間的插入反應(yīng)。認(rèn)為鋰最有可能摻雜在碳環(huán)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(yù)示在較高的摻鋰狀態(tài)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(jié)晶度的炭素材料的摻鋰反應(yīng)進(jìn)行了研究，研究表明，鋰優(yōu)先插入到石墨層間反應(yīng)，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(jié)構(gòu)的進(jìn)一步認(rèn)識和計算機(jī)水平的更高發(fā)展，相信量子化學(xué)原理在鋰離子電池中的應(yīng)用領(lǐng)域會更廣泛、更深入、更具指導(dǎo)性。

三、 在生物大分子體系研究中的應(yīng)用

生物大分子體系的量子化學(xué)計算一直是一個具有挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)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(xué)可以在分子、電子水平上對體系進(jìn)行精細(xì)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(guān)酶的催化作用、基因的復(fù)制與突變、藥物與受體之間的識別與結(jié)合過程及作用方式等，都很有必要運用量子化學(xué)的方法對這些生物大分子體系進(jìn)行研究。毫無疑問，這種研究可以幫助人們有目的地調(diào)控酶的催化作用，甚至可以有目的地修飾酶的結(jié)構(gòu)、設(shè)計并合成人工酶；可以揭示遺傳與變異的奧秘， 進(jìn)而調(diào)控基因的復(fù)制與突變，使之造福于人類；可以根據(jù)藥物與受體的結(jié)合過程和作用特點設(shè)計高效低毒的新藥等等，可見運用量子化學(xué)的手段來研究生命現(xiàn)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(xué)發(fā)揮了重要的作用。在近十幾年來，由于電子計算機(jī)的飛速發(fā)展和普及，量子化學(xué)計算變得更加迅速和方便?？梢灶A(yù)言，在不久的將來，量子化學(xué)將在更廣泛的領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。

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