量子通信論文精選(九篇)

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第1篇：量子通信論文范文

在全球的量子通信競賽中，中國雖然并不是起步最早的，但是在中國科學院院士潘建偉等眾多人的不懈努力下，中國在量子通信領域已經實現“彎道超車”，并成為首個將量子科學實驗衛星送入太空的國家。

早在數年前，星地量子通信的中國夢已引發了世界的關注。

2012年8月9日，國際權威學術期刊《自然》雜志以封面標題形式發表了中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室潘建偉團隊的研究成果：他們在國際上首次成功實現了百公里量級的自由空間量子隱形傳態和糾纏分發。

這一成果不僅刷新世界紀錄，有望成為遠距離量子通信的“里程碑”，而且為發射全球首顆“量子科學實驗衛星”奠定了技術基礎。該成果入選《自然》雜志公布的“2012年度全球十大新聞亮點”。

同年12月6日，《自然》雜志為該成果專門撰寫了長篇新聞特稿《數據隱形傳輸：量子太空競賽》，詳細報道了這場激烈的量子太空競賽。

建立“量子互聯網”

2009年，潘建偉和他的中國科大物理學家團隊從位于北京北部丘陵的長城附近的實驗點，將激光瞄準了16公里之外的屋頂上的探測器，然后利用激光光子的量子特性將信息“瞬移”過去。

這個距離刷新了當時量子隱形傳態的世界紀錄，他們朝著團隊的終極目標――將光子信息隱形傳送到衛星上――邁進了重要的一步。

如果這一目標實現，將會建立起“量子互聯網”的第一個鏈接，這個網絡將是運用亞原子尺度物理規律創建的一個超級安全的全球通信網絡。這也證實了中國在量子領域的不斷崛起，從十幾年前并不起眼的角色發展為現在的世界勁旅。

2016年，中國領先歐洲和北美，發射了一顆致力于量子科學實驗的衛星。

這為物理學家提供了一個測試量子理論基礎，以及探索如何融合量子理論與廣義相對論（是愛因斯坦關于空間、時間和引力所提出的截然不同的理論）的全新平臺。

這也標志著潘建偉與維也納大學物理學家Anton Zeilinger之間的友誼（雖然存在激烈競爭）達到高峰。

Zeilinger曾是潘建偉的博士生導師；之后的七年，二人在遠距離量子隱形傳態研究的賽跑中棋逢對手；此后他們又建立了合作關系。衛星發射成功之后，兩位物理學家將創建第一個洲際量子加密網絡，通過衛星連接亞洲和歐洲。

“我們有句老話，一日為師終身為父，”潘建偉說，“科研上，Zeilinger和我平等合作，但在情感上，我一直把他當作我尊敬的長輩。”

迅速崛起

2001年，潘建偉建立了中國第一個光量子操縱實驗室；2003年，他提出了量子衛星計劃。那時的他才30歲出頭。2011年，41歲的潘建偉成為當時最年輕的中科院院士。

潘建偉小組的成員陳宇翱說：“他幾乎單槍匹馬地把這個項目推進下去，并使中國在量子領域有了立足之地。”

潘建偉為何有如此動力？這要追溯到上世紀80年代后期他在中國科大的本科讀書經歷。

那時，他第一次接觸到了原子領域一些“奇怪”的概念。微觀客體可以處于多個狀態的迭加態：例如，一個粒子可以同時處在順時針自旋狀態和逆時針自旋狀態，或者可以同時存在于兩個地方。這種多重的個性在數學上用波函數來描述，波函數給出了粒子處于每個狀態的概率。只有在粒子的某一特性被測量時，波函數才會坍塌，相應的粒子才會處于一個確定地點的確定狀態。至關重要的是，即使在原則上都無法預言單次實驗的結果，粒子處于每個狀態的概率僅表現為一個統計分布，并且只有通過多次重復實驗才能得到。

由于量子糾纏的特性，當考慮兩個或更多個粒子時，情況變得更加“古怪”了。多粒子系統可以被制備到某種狀態：即使粒子間距離遙遠，即使粒子的物理性質僅當其被測量時才會存在確定的值，對于每個粒子某個物理性質的測量結果之間總是會存在某種關聯性。

這種怪異性就好比分別位于維也納和北京的兩位物理學家同時擲硬幣，他們會發現每次結果都是正面朝上，或者都是反面朝上。

“我對這些奇怪的量子特性感到著迷。”潘建偉說，“它們幾乎使我無法分心去學習其它東西。”他想驗證這些不可思議的理論，但是在當時的中國，他找不到合適的量子物理實驗室。

20世紀90年代中期，Zeilinger在奧地利因斯布魯克大學建立了自己的量子實驗室，并且需要一名學生來檢驗他的一些實驗猜想。潘建偉認為這是一個理想的選擇。于是，與大多數中國學生的選擇不同，潘建偉來到奧地利師從Zeilinger，與Zeilinger開始了一段決定二人此后二十年間事業上并駕齊驅的關系。

當潘建偉在Zeilinger實驗室施展他的專業才華時，世界各地的物理學家開始慢慢認識到，曾令潘建偉著迷的、深奧難懂的量子特性可以被用來創造比如量子計算機。

由于一個量子比特可以同時存在于0和1的疊加，它可能會建立起更快、更強大、能夠將多個量子比特糾纏起來的量子計算機，并能以驚人的速度并行執行某些運算。

另一個新興的概念是極度安全的量子加密，可應用在比如銀行交易等方面。其中的關鍵是測量一個量子系統會不可避免地破壞這個系統。因此，發報方（通常稱為“Alice”）和信息的接收方（通常稱為“Bob”）兩個人能夠產生并共享一套量子密鑰，其安全性在于來自竊聽者的任何干擾都會留下痕跡。

2001年，潘建偉回到中國的時候，量子技術的潛力已經得到公認，并吸引了中國科學院和中國國家自然科學基金委員會的財政支持。

“幸運的是，2000年中國的經濟開始增長，因此當時立即迎來了從事科研工作的好時機。”潘建偉說。他全身心投入到了夢想中的實驗室的建設當中。與此同時，在奧地利，Zeilinger轉到維也納大學。在那里，因為他的遠見卓識，Zeilinger繼續創造著量子紀錄。他最著名的實驗之一表明，巴基球（含有60個碳原子的富勒烯分子）可以表現出波粒二象性，這是一個奇特的量子效應，很多人曾認為在如此大的分子中不可能存在這種效應。

“每個人都在談論可以用小的雙原子分子來嘗試一下這個實驗。”Zeilinger回憶說，“我說，‘不，伙伴們，不要只是思考前面的一兩步，請思考一下我們如何能實現一個超出所有人想象的大跳躍。’”

這使潘建偉深受教益。世界各地的物理學家們開始構思，如何利用尚未實現的量子計算機來連接未來的量子互聯網。當大多數人仍滿足于在實驗臺上安全地得到量子信息時，潘建偉已經開始思考如何能夠在太空中實現信息的隱形傳送。

紐約IBM的計算機科學家Charles Bennett和他的同事在1993年首次提出“量子隱形傳態”的概念，之所以有此名稱，陳宇翱說：它就像來自于《星際旅行》一樣，它使得關于一個量子客體的全部信息在某個地點被掃描輸入，并在一個新的地點重構出來。這其中的關鍵就是糾纏：因為對處于糾纏態的其中一個粒子的操作會影響到另一個粒子。不管兩個粒子距離多遠，它們可以像一條量子電話線兩端的電話機那樣控，在兩個相距甚遠的地點之間傳送量子信息。

當同時產生的糾纏粒子被發送到電話線連接的兩端時，問題就出現了。傳遞過程中充滿著噪音、散射相互作用和各種形式的其它干擾，任何一種干擾都會破壞隱形傳態所必需的精巧的量子關聯。例如，目前糾纏光子是通過光纖傳輸，但是光纖會吸收光，這使得光子的傳輸距離僅限于幾百公里。標準的放大器起不到作用，因為放大過程會破壞量子信息。陳宇翱說：“要在城域距離之外實現隱形傳態，我們需要衛星的幫助。”

但是當光子通過地球湍流的大氣層一直向上，到達幾百公里的衛星時，糾纏會不會繼續保持？為了回答這個問題，潘建偉的研究團隊于2005年開展了晴空下傳輸距離不斷擴大的地基可行性實驗，探究光子與空氣分子發生碰撞后能否繼續維持糾纏性質。但他們還需要建立一個靶標探測器，這個探測器必須小到能夠裝配到衛星上，并且靈敏度必須足以從背景光中篩選出被傳送的光子，而且還得保證，他們可以將光子束足夠聚焦，讓其能夠打到探測器。

這個工作激起了Zeilinger的競爭意識。“中國人在做了，因此我們想，為什么我們不試試呢？一些友好的競爭總是好的。”

競爭促使光子傳輸距離的世界紀錄不斷被刷新。在接下來的七年中，中國的研究團隊通過在合肥、北京長城以及在青海開展的一系列實驗，將隱形傳態的距離越推越遠，直到它超過97公里。

2012年5月，他們將成果張貼在物理預印本服務器ArXiv上。這讓奧地利團隊十分懊惱，因為他們正在撰寫在加那利群島之間隱形傳態光子的實驗論文。

8天后，他們在ArXiv上貼出了論文，報道他們的隱形傳態取得了143公里的新紀錄。兩篇文章最終先后發表在《自然》雜志上。

“我認為這可以表明一個事實，即每個實驗都有不同以及互補的價值。”維也納大學物理學家、奧地利團隊成員馬曉松說。

在自由空間量子通信領域，中國團隊和奧地利團隊之間不斷競爭，從糾纏光子的分發到量子隱形傳態，創造了一個又一個的里程碑。

兩支團隊都認為，向衛星進行隱形傳態在科學原理上已不存在問題。他們亟需的是一顆衛星來裝載功能齊備的有效載荷設備，開展相關的量子實驗檢驗。Zeilinger的研究組一直在與歐洲空間局（ESA）商討建立量子衛星計劃，但這些努力因拖延而漸漸告吹。

Zeilinger說：“它的運行機制太慢了，以至于沒有做出任何決策。”一方面是歐空局的猶豫，另一方面中國國家航天局緊抓機會，得以擴大領先優勢。在此當中，潘建偉起到了決定性的推進作用。“量子衛星”的發射使得潘建偉在量子空間競賽中處于領先地位，他的研究團隊將著手開展大量的科學實驗。

成功的關鍵

如果沒有通信對象，開發全球首個量子通信網絡就失去了意義。因此，潘建偉邀請他從前的競爭對手加入這個項目。他們的第一個共同目標是在北京和維也納之間生成和共享一個安全的量子密鑰。

“總之，任何一個小組都無法獨立完成向衛星隱形傳態這一極其艱巨的任務。”馬曉松說。盡管政府的主要興趣在于它可以推進技術前沿，但許多物理學家對這個衛星項目如此著迷卻是因為其它原因。“作為一名科學家，驅使我不斷前行的動力在于進一步探尋物理學的基礎。”陳宇翱表示。

迄今為止，量子理論的奇妙之處在實驗室里被不斷重復檢驗，但這些檢驗卻從未在太空尺度中進行過。而且有理論認為，如果量子理論可能會在某處遭遇挑戰，那必然是太空。大尺度是由另一個基本物理理論所掌控：廣義相對論。相對論將時間作為另一種維度與三維空間交織，從而創造一個四維時空結構，包括宇宙。在巨大的物體如太陽周圍，這種可塑結構將發生彎曲，表現為引力，引力將較小質量的物體如行星拉向巨大物體。

目前的挑戰是，量子理論和廣義相對論對時空概念有著完全不同的理解，物理學家們一直致力于將它們融入一個統一的量子引力理論框架。在愛因斯坦的繪景里，即使在無窮小尺度上，時空都是完全光滑的。然而，量子不確定性卻意味著不可能在如此小的距離上測量空間性質。目前尚不清楚是量子理論還是廣義相對論需要進行修正，抑或二者都要進行修正。

而衛星實驗可以幫助測試量子理論的規則在引力牽引不能被忽略的尺度上是否仍然適用。

一個明顯的問題是，量子糾纏是否可以延伸到地球和衛星之間。為了回答這個問題，研究組計劃在衛星上制備一系列糾纏粒子對，將每對中的兩個粒子分別發送到兩個地面站，然后測量兩個粒子的性質以驗證它們是否仍然存在關聯――而且設備運轉良好。

“如果糾纏不再存在，我們就不得不尋找另一種理論來代替量子理論。”研究向衛星進行隱形傳態方案的瑞士日內瓦大學理論物理學家Nicolas Brunner說。

該衛星還可更進一步，檢驗一些候選的量子引力理論對時空結構的預言。比如，所有這些理論都預測，如果科學家能以某種方式在10～35米（即普朗克長度）這一尺度觀測，空間、時間將呈現為顆粒狀。如果事實確實如此，那么光子從衛星沿著這條顆粒感的道路的穿梭將會輕微減速，而且偏振方向將有一個微小、隨機的偏轉――這些效應應該足以被地面站記錄下來。

“衛星將開啟一個真正全新的窗口，通往一個實驗物理學家此前從未涉足過的領域，這非常神奇。”來自意大利羅馬薩皮恩扎大學的物理學家Giovanni Amelino-Camelia說。

第2篇：量子通信論文范文

論文摘要：納米光電子技術是一門新興的技術，近年來越來越受到世界各國的重視，而隨著該技術產生的納米光電子器件更是成為了人們關注的焦點。主要介紹了納米光電子器件的發展現狀。

1納米導線激光器

2001年，美國加利福尼亞大學伯克利分校的研究人員在只及人的頭發絲千分之一的納米光導線上制造出世界最小的激光器-納米激光器。這種激光器不僅能發射紫外激光，經過調整后還能發射從藍色到深紫外的激光。研究人員使用一種稱為取向附生的標準技術，用純氧化鋅晶體制造了這種激光器。他們先是"培養"納米導線，即在金層上形成直徑為20nm～150nm，長度為10000nm的純氧化鋅導線。然后，當研究人員在溫室下用另一種激光將納米導線中的純氧化鋅晶體激活時，純氧化鋅晶體會發射波長只有17nm的激光。這種納米激光器最終有可能被用于鑒別化學物質，提高計算機磁盤和光子計算機的信息存儲量。

2紫外納米激光器

繼微型激光器、微碟激光器、微環激光器、量子雪崩激光器問世后，美國加利福尼亞伯克利大學的化學家楊佩東及其同事制成了室溫納米激光器。這種氧化鋅納米激光器在光激勵下能發射線寬小于0.3nm、波長為385nm的激光，被認為是世界上最小的激光器，也是采用納米技術制造的首批實際器件之一。在開發的初始階段，研究人員就預言這種ZnO納米激光器容易制作、亮度高、體積小，性能等同甚至優于GaN藍光激光器。由于能制作高密度納米線陣列，所以，ZnO納米激光器可以進入許多今天的GaAs器件不可能涉及的應用領域。為了生長這種激光器，ZnO納米線要用催化外延晶體生長的氣相輸運法合成。首先，在藍寶石襯底上涂敷一層1 nm~3.5nm厚的金膜，然后把它放到一個氧化鋁舟上，將材料和襯底在氨氣流中加熱到880℃~905℃，產生Zn蒸汽，再將Zn蒸汽輸運到襯底上，在2min~10min的生長過程內生成截面積為六邊形的2μm~10μm的納米線。研究人員發現，ZnO納米線形成天然的激光腔，其直徑為20nm~150nm，其大部分（95％）直徑在70nm~100nm。為了研究納米線的受激發射，研究人員用Nd:YAG激光器（266nm波長，3ns脈寬）的四次諧波輸出在溫室下對樣品進行光泵浦。在發射光譜演變期間，光隨泵浦功率的增大而激射，當激射超過ZnO納米線的閾值（約為40kW／cm）時，發射光譜中會出現最高點，這些最高點的線寬小于0.3nm，比閾值以下自發射頂點的線寬小1/50以上。這些窄的線寬及發射強度的迅速提高使研究人員得出結論：受激發射的確發生在這些納米線中。因此，這種納米線陣列可以作為天然的諧振腔，進而成為理想的微型激光光源。研究人員相信，這種短波長納米激光器可應用在光計算、信息存儲和納米分析儀等領域中。

3量子阱激光器

2010年前后，蝕刻在半導體片上的線路寬度將達到100nm以下，在電路中移動的將只有少數幾個電子，一個電子的增加和減少都會給電路的運行造成很大影響。為了解決這一問題，量子阱激光器就誕生了。在量子力學中，把能夠對電子的運動產生約束并使其量子化的勢場稱之成為量子阱。而利用這種量子約束在半導體激光器的有源層中形成量子能級，使能級之間的電子躍遷支配激光器的受激輻射，這就是量子阱激光器。目前，量子阱激光器有兩種類型：量子線激光器和量子點激光器。

3.1 量子線激光器

近日，科學家研制出功率比傳統激光器大1000倍的量子線激光器，從而向創造速度更快的計算機和通信設備邁進了一大步。這種激光器可以提高音頻、視頻、因特網及其他采用光纖網絡的通信方式的速度，它是由來自耶魯大學、位于新澤西洲的朗訊科技公司貝爾實驗室及德國德累斯頓馬克斯·普朗克物理研究所的科學家們共同研制的。這些較高功率的激光器會減少對昂貴的中繼器的要求，因為這些中繼器在通信線路中每隔80km（50mile）安裝一個，再次產生激光脈沖，脈沖在光纖中傳播時強度會減弱（中繼器）。

3.2 量子點激光器

由直徑小于20nm的一堆物質構成或者相當于60個硅原子排成一串的長度的量子點，可以控制非常小的電子群的運動而不與量子效應沖突。科學家們希望用量子點代替量子線獲得更大的收獲，但是，研究人員已制成的量子點激光器卻不盡人意。原因是多方面的，包括制造一些大小幾乎完全相同的電子群有困難。大多數量子裝置要在極低的溫度條件下工作，甚至微小的熱量也會使電子變得難以控制，并且陷入量子效應的困境。但是，通過改變材料使量子點能夠更牢地約束電子，日本電子技術實驗室的松本和斯坦福大學的詹姆斯和哈里斯等少數幾位工程師最近已制成可在室溫下工作的單電子晶體管。但很多問題仍有待解決，開關速度不高，偶然的電能容易使單個電子脫離預定的路線。因此，大多數科學家正在努力研制全新的方法，而不是仿照目前的計算機設計量子裝置。

4 微腔激光器

微腔激光器是當代半導體研究領域的熱點之一，它采用了現代超精細加工技術和超薄材料加工技術，具有高集成度、低噪聲的特點，其功耗低的特點尤為顯著，100萬個激光器同時工作，功耗只有5W。 轉貼于

該激光器主要的類型就是微碟激光器，即一種形如碟型的微腔激光器，最早由貝爾實驗室開發成功。其內部為采用先進的蝕刻工藝蝕刻出的直徑只有幾微米、厚度只有100nm的極薄的微型園碟，園碟的周圍是空氣，下面靠一個微小的底座支撐。由于半導體和空氣的折射率相差很大，微碟內產生的光在此結構內發射，直到所產生的光波積累足夠多的能量后沿著它的邊緣折射，這種激光器的工作效率很高、能量閾值很低，工作時只需大約100μA的電流。

長春光學精密機械學院高功率半導體激光國家重點實驗室和中國科學院北京半導體研究所從經典量子電動力學理論出發研究了微碟激光器的工作原理，采用光刻、反應離子刻蝕和選擇化學腐蝕等微細加工技術制備出直徑為9.5μm、低溫光抽運InGaAs／InGaAsP多量子阱碟狀微腔激光器。它在光通訊、光互聯和光信息處理等方面有著很好的應用前景，可用作信息高速公路中最理想的光源。

微腔光子技術，如微腔探測器、微腔諧振器、微腔光晶體管、微腔放大器及其集成技術研究的突破，可使超大規模集成光子回路成為現實。因此，包括美國在內的一些發達國家都在微腔激光器的研究方面投人大量的人力和物力。長春光機與物理所的科技人員打破常規，用光刻方法實現了碟型微腔激光器件的圖形轉移，用濕法及干法刻蝕技術制作出碟型微腔結構，在國內首次研制出直徑分別為8μm、4.5μm和2μm的光泵浦InGaAs／InGaAsP微碟激光器。其中，2μm直徑的微碟激光器在77K溫度下的激射闊值功率為5μW，是目前國際上報道中的最好水平。此外，他們還在國內首次研制出激射波長為1.55μm，激射閾值電流為2.3mA，在77K下激射直徑為10μm的電泵浦InGaAs／InGaAsP微碟激光器以及國際上首個帶有引出電極結構的電泵浦微柱激光器。值得一提的是，這種微碟激光器具有高集成度、低閾值、低功耗、低噪聲、極高的響應、可動態模式工作等優點，在光通信、光互連、光信息處理等方面的應用前景廣闊，可用于大規模光子器件集成光路，并可與光纖通信網絡和大規模、超大規模集成電路匹配，組成光電子信息集成網絡，是當代信息高速公路技術中最理想的光源；同時，可以和其他光電子元件實現單元集成，用于邏輯運算、光網絡中的光互連等。

第3篇：量子通信論文范文

1、赫茲是國際單位制中頻率的單位，它是每秒中的周期性變動重復次數的計量。赫茲的名字來自于德國物理學家海因里希·魯道夫·赫茲，符號是Hz。

2、海因里希·魯道夫·赫茲（1857~1894），德國物理學家，于1887年首先用實驗證實了電磁波的存在，并于1888年發表了論文。他對電磁學有很大的貢獻，故頻率的國際單位制單位赫茲以他的名字命名。

3、電（電壓或電流），有直流和交流之分。在通信應用中，用作信號傳輸的一般都是交流電。

4、赫茲用實驗證明電磁波是存在的，且電磁波的傳播速度相當于光速，赫茲實驗為無線電、雷達和電視等無線電電子技術的發展開拓了創新途徑。他對紫外光對火花放電的影響進行了研究，并從中發現了光電效應，認為在光的照射下物體能夠釋放電子，這個發現成為愛因斯坦建立光量子理論的基礎。

（來源：文章屋網 ）

第4篇：量子通信論文范文

【關鍵詞】光；激光；本質；探索；應用【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】B【文章編號】2095-3089（2012）13-0154-01

我們生活的世界五彩斑斕，絢麗多彩，各種事物都呈現出不同的色彩，這些都是光的作用。光與人們的生活密切相關，不僅展現事物絢麗多姿的一面，也為我們提供了生存所需的能量。自古以來人們探索光的腳步就從未停下，從簡單的小孔成像到激光技術的應用，這個漫長的歷程中留下了許多前人智慧的結晶。總結人類對光的開發與展望。

1日常生活中的一些光學現象

光學現象在日常生活中應用廣泛，如眼鏡、顯微鏡、望遠鏡、平面鏡等應用的是光的折射和反射原理。物理學中的影，是指光在傳播過程中遇到不透光的物體時，在物體后面光不能直接照射到的區域所形成的跟物體相似的黑暗部分稱為影，其原理是光的直線傳播。最早驗證光沿直線傳播的是我國墨家學派的代表人物墨翟和他的學生做的小孔成像實驗。在日常生活中光的直線傳播或利用光的直線傳播的“影”現象還很多。物理學中的像，是光線沿直線傳播或經過反射、折射后匯聚或在其反向延長線方向匯聚而形成的和物體大小形狀相像的圖景。像又可以分為實像和虛像。實像是光線實際會聚而成的像，虛像是光的反向延長線相交而形成的。實像和虛像都可以被眼睛觀察到，但實像可以用光屏承接到，虛像不能被光屏承接到，因為，光線并沒有到達虛像所在的位置。小孔成像成的是實像。厚平板玻璃成的是虛像。小孔成像的原理是光的直線傳播，平面鏡和球面鏡成像的原理是光的反射，透鏡成像原理是光的折射。在醫學影像中，X光、CT都是利用X射線照射人體，通過X射線透過人體后的變化顯影，獲得X光片、CT片，作為診斷依據的。核磁共振是將人體置于特殊的磁場中，用無線電射頻脈沖激發人體內氫原子核，引起氫原子核共振，并吸收能量。在停止射頻脈沖后，氫原子核按特定頻率發出射電信號，并將吸收的能量釋放出來，被體外的接受器收錄，經電子計算機處理獲得圖像，這就叫做核磁共振成像。X光、射頻脈沖信號都是看不見的電磁波，和可見光相似。而胃鏡、腸鏡及其它內窺鏡則是經過攝像系統的光學成像原理成像并顯示在熒屏上的，是實實在在的物體所成的實像。

2光本質的探索過程

2.1波動說和微粒說： 十七世紀中期科學界曾創建了對于光的本質認識的學說，其中之一認為光是極為微小的粒子，因而稱為“微粒說”，另一種則認為光是波動運動而稱為“光的波動說”。

微粒說的代表人物是英國物理學家牛頓，他以極大的興趣和熱情對光學進行研究。1666年，牛頓在家休假期間用三棱鏡進行了著名的色散試驗。一束太陽光通過三棱鏡后，分解成幾種顏色的光譜帶，再用一塊帶狹縫的擋板把其他顏色的光擋住，只讓一種顏色的光再通過第二個三棱鏡，結果出來的只是同樣顏色的光，由此發現了白光是由各種不同顏色的光組成的。為了驗證這個發現，牛頓又設法將幾種不同的單色光合成白光，并且計算出不同顏色光的折射率，精確地說明了色散現象，揭開了物質的顏色之謎，物質的色彩是不同顏色的光在物體上有不同的反射率和折射率造成的。公元1672年，牛頓把自己的研究成果發表在《皇家學會哲學雜志》上。牛頓的分光試驗使幾何光學進入了一個新的領域：物理光學。牛頓提出了光的“微粒說”，認為光是由微粒形成的，并且走的是最快速的直線運動路徑。

與牛頓同一時代的科學家惠更斯發展了光的波動學說，在1678年給巴黎科學院的信和1690年發表的《光論》一書中都闡述了他的光波動原理，即惠更斯原理.他認為每個發光體的微粒把脈沖傳給鄰近一種彌漫媒質（“以太”）微粒，每個受激微粒都變成一個球形子波的中心。他從彈性碰撞理論出發，認為這樣一群微粒雖然本身并不前進，但能同時傳播向四面八方行進的脈沖，因而光束彼此交叉而不相互影響，并在此基礎上用作圖法解釋了光的反射、折射等現象。惠更斯提出了光波面在媒體中傳播的惠更斯原理，打破了當時流行的光的微粒學說。

牛頓的“微粒說”與惠更斯的“波動說”構成了關于光的兩大基本理論，并由此而產生激烈的爭議和探討，科學家們就光是波動還是微粒這一問題展開了一場曠日持久的拉鋸戰。因牛頓在學術界的權威和盛名，所以“微粒說”一直占據著主導地位。

2.2光的電磁波假說和證明： 英國物理學家麥克斯通過對電磁現象的研究，建立了電磁學，并將光和電磁現象統一起來，認為光就是一定頻率范圍內的電磁波，從而確立了波動說的地位。1873年，麥克斯韋在發表了"三部曲"之后，又潛心寫出了經典著作《電磁通論》，這部元典相當于電磁學的百科全書，甚至可以與牛頓的《自然哲學之數學原理》相媲美。它系統、全面、完美地闡述了電磁場理論。

1887年，德國科學家赫茲（Heinrich Rudolf Hertz，1857-1894）用實驗證實了電磁波的存在，也證實了光其實是電磁波的一種，兩者具有共同的波的特性。赫茲在實驗中同時也證實了光電效應，即在光的照射下物體會釋放出電子，這一發現，后來成了愛因斯坦建立光量子理論的基礎。

2.3光電效應和愛因斯坦光電量子理論： 1887年赫茲在研究電磁波性質時發現，如果用紫外光照射電極，那么電極間的放電就變得容易“點著”了。演示這種現象時，將一個陰極置于真空管內，并用光照射它。這時就開始有電子從陰極飛出。這些電子向正電極（方向）運動，產生很微弱的電流。愛因斯坦大膽假設：光和原子電子一樣也具有粒子性，光就是以光速C運動著的粒子流，他把這種粒子叫光量子。

根據光量子假說，愛因斯坦順利地推出普朗克公式，并且還提出了一個光電效應公式。光量子假說成功地解釋了光電效應。當紫外線這一類的波長較短的光線照射金屬表面時，金屬中便有電子逸出，這種現象被稱為光電效應。它是由赫茲（H.R.Hertz l857—1894）和勒納德（P.Lenard l862—1947）發現的。1900年，普朗克為了克服經典物理學對黑體輻射現象解釋上的困難，創立了物質輻射（或吸收）的能量只能是某一最小能量單位（能量量子）的整數倍的假說，即量子假說。量子假說的提出對現代物理學，特別是量子論的發展起了重大的作用。普朗克在做了大量的實驗后又提出了電磁波這種形式的能量輻射，使人們認識到電磁波是某種粒子，既光量子。為了強調光的粒子屬性，光量子被稱之為“光子”，光子的質量在運動中顯示出來。1905年3月，愛因斯坦在德國《物理年報》上發表了題為《關于光的產生和轉化的一個推測性觀點》的論文他認為對于時間的平均值，光表現為波動；對于時間的瞬間值，光表現為粒子性。這是歷史上第一次揭示微觀客體波動性和粒子性的統一，即波粒二象性。這一科學理論最終得到了學術界的廣泛接受。

3光在現代科學技術中的應用

光在近代科學技術上的應用極為廣泛，其中光纖通信和激光技術的發展尤為迅速。

3.1光纖通信： 光纖通信是利用光作為信息載體、以光纖作為傳輸的通信方式。光纖通信技術具有頻帶極寬，通信容量大；損耗低，中繼距離長；抗電磁干擾能力強；無串音干擾，保密性好的特點。所以在現代通訊技術上占據主導地位。

3.2激光技術： 激光是20世紀60年代的新光源。由于激光具有方向性好、亮度高、單色性好等特點而得到廣泛應用.激光加工是激光應用最有發展前途的領域之一，現在已開發出20多種激光加工技術。

參考文獻

[1]林榕.人類對光本質認識的歷程[J].物理教師，1995.10（2）

[2]江銘波.光本性研究的歷史與前景[J].湖北工業大學學報，2006，02：9-11

第5篇：量子通信論文范文

1 計算機加密技術

所謂加密技術是指計算機中的含有參數K變換成為E的一種方式，屬于一種逆算法。計算機網絡加密技術的目的是為了保護計算機網絡信息不受黑客或病毒的侵害、破壞，提高網絡信息的安全性。計算機網絡加密技術是一種有效的防御措施，其能夠把計算機中存儲的明文轉化為密文，從而避免數據被盜取或毀壞。計算機加密技術主要分為以下幾種類型。

1.1 傳輸加密技術

傳輸加密技術分為線路加密和端口加密兩種。其中，線路加密是在線路上設置密鑰，通過密鑰來防范黑客的入侵。但需要注意的是線路加密對信息來源和信息宿地不清晰。所以，線路加密不能夠全方位的保護信息。端口加密是在信息發送時自動加密的一種方式，這可以保證信息在整個傳輸的過程都是安全的。

1.2 信息隱藏技術

信息隱藏技術是利用多媒體將重要的信息隱藏起來，只有通過正確的認證或訪問，才能夠查看和應用信息。此種加密技術大大提高了計算機網絡信息的安全性，避免信息被盜取。

1.3 存儲加密技術

存儲加密技術主要是在存儲信息時對信息進行加密處理，以保證計算機網絡信息的安全。存儲加密技術主要是秘文存儲和存取控制兩種加密方式來進行信息加密。密文存儲是在進行信息存儲的過程中直接將信息轉化為密文，在利用密文模塊進行設定，并附上密碼，使每個密文模塊都是鎖定的。存取控制是在信息存儲或取出環節設置權限，必須符合權限要求，才能夠取出或存儲信息。

1.4 確認加密技術

確認加密是指通過對共享信息的范圍來進行限定，從而防范他人偽造信息。確認加密技術的使用可以保護信息者信息不會被更改、破壞、刪除。信息使用者要想運用信息，需要在信息者許可下才能夠應用。

1.5 量子加密技術

量子加密技術是量子力學原理與密碼加密原理有效結合，促使量子加密的密鑰應用性增強，可以更好的保護計算機網絡信息，避免其被盜竊。量子加密技術的應用是以量子的狀態為基準，一旦有盜竊者想盜取信息，量子的狀態就會發生改變，此時計算機就會對信息進行檢測，確定信息是否被盜取。

2 加密技術對計算機網絡的影響

在計算機網絡應用越來越廣泛的今天，人們對計算機網絡信息安全問題越來越關注。此種情況下，我國加強計算機加密技術研究顯得格外重要。加密技術水平的加強，不僅可以提高計算機網絡信息的安全性，還能夠給計算機網絡帶來更多好處。以下筆者就加密技術對計算機網絡的影響進行分析。

2.1 加密技術對殺毒軟件的影響

計算機中所應用殺毒軟件主要是清除計算機中病毒，保證計算機網絡正常運行。在殺毒軟件中應用加密技術可以保證殺毒軟件本身不受到病毒的侵害，致使殺毒軟件可以長期有效的應用。具有加密功能的殺毒軟件可以有效的應用于計算機中，對計算機進行全面的殺毒，保證計算機加密程序實施過程中不會受到病毒的影響而失去效力。所以，在殺毒軟件中應用加密技術，可以提高殺毒軟件自身的安全性，避免其手病毒的侵害，無法有效應用。

2.2 加密技術對電子商務的影響

在我國電子商務不斷發展的今天，電子商務活動越來越被廣大人民群眾所認可。此種情況下，在網絡交易平臺上開展的電子商務活動不斷增多。電子商務活動過程中，可能會涉及到顧客的個人信息、信用卡使用、儲蓄卡使用等。如若不能夠保證電子商務活動安全，顧客的個人信息、信用卡或儲蓄卡可能被盜用，給顧客帶來經濟損失。而加密技術有效的應用于電子商務活動中，可以提高電子商務活動的安全性和實用性。電子商務活動中顧客個人信息、信用卡或儲蓄卡的應用需要通過認證，才能夠獲取。此種方式可以保證顧客所進行的電子商務活動是安全的、可靠的。所以，加密技術的有效應用，可以保證整個電子商務活動安全有效的運行。

2.3 在數據庫中的應用

計算機數據庫中存儲數據都是重要的信息資源，其具有較高的使用價值。在計算機中應用適合的、有效的加密技術來保護數據庫，可以提高數據庫的安全性、可靠性、有效性，避免數據庫受到病毒或黑客的侵襲。加密技術的有效應用可以彌補傳統數據庫保護措施存在的不足，并在此基礎上提高數據庫加密程度，促使數據庫安全指數大大提高，保證數據庫長期有效的應用。

3 結束語

在計算機網絡應用日益廣泛的當下，其安全問題越來越嚴重。各種病毒或黑客的入侵，可能導致重要信息丟失、計算機無法正常運行等情況發生，給人們帶來嚴重的經濟損失。對此，對計算機網絡予以加密處理是非常必要的。利用傳輸加密技術、信息隱藏技術、存儲加密技術、確認加密技術、量子加密技術等加密技術來代替以往計算機網絡中應用的加密技術，可以大大的提高計算機網絡的安全，對于更加安全的進行電子商務活動、數據庫使用等有很大幫助。

參考文獻

[1]白文濤，王燕.加密技術對計算機網絡的影響[J]科技風，2014（02）.

[2]王棟.淺談計算機網絡系統的加密技術[J].甘肅教育學院學報（自然科學版），2003（04）.

第6篇：量子通信論文范文

關鍵詞：量子力學；教學改革；物理思想

作者簡介：王永強（1980-），男，山西河曲人，鄭州輕工業學院技術物理系，講師。（河南?鄭州?450002）

基金項目：本文系鄭州輕工業學院第九批教學改革項目“《量子力學》課程體系與教學內容的綜合改革和實踐”資助的研究成果。

中圖分類號：G642.0?????文獻標識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）20-0070-02

“量子力學”是20世紀物理學對科學研究和人類文明進步的兩大標志性貢獻之一，已經成為物理學專業及部分工科專業最重要的基礎課程之一，是學習“固體物理”、“材料科學”、“材料物理與化學”和“激光原理”等課程的重要基礎。通過這門課程的學習，學生能熟練掌握量子力學的基本概念和基本理論，具備利用量子力學理論分析問題和解決問題的能力。同時，這門課程對培養學生的探索精神和創新意識及科學素養亦具有十分重要的意義。然而，“量子力學”本身是一門非常抽象的課程，眾多學生談“量子”色變，教學效果可想而知。如何激發學生學習本課程的熱情，充分調動學生的積極性和主動性，提高量子力學的教學水平和教學質量，已經成為擺在教師面前的重要課題。近年來，筆者在借鑒前人經驗的基礎上，結合鄭州輕工業學院（以下簡稱“我校”）教學實際，在“量子力學”的教學內容和教學方法方面做了一些有益的改革嘗試，取得了較好的效果。

一、“量子力學”教學內容的改革

量子力學理論與學生長期以來接觸到的經典物理體系相去甚遠，尤其是處理問題的思路和手段與經典物理截然不同，但它們之間又不無關聯，許多量子力學中的基本概念和基本理論是類比經典物理中的相關內容得出的。因此，在“量子力學”教學中，一方面需要學生摒棄在經典物理學習中形成的固有觀念和認識，另一方面在學習某些基本概念和基本理論時又要求學生建立起與經典物理之間的聯系以形成較為直觀的物理圖像，這種思維上的沖突導致學生在學習這門課程時困惑不堪。此外，這門課程理論性較強，眾多學生陷于煩瑣的數學推導之中，導致學習興趣缺失。針對以上教學中發現的問題，筆者對“量子力學”課程的教學內容作了一些有益的調整。

1.理清脈絡，強化知識背景

從經典物理所面臨的困難出發，到半經典半量子理論的形成，最終到量子理論的建立，對量子力學的發展脈絡進行細致的、實事求是的分析，特別是對量子理論早期的概念發展有一個準確清晰的理解，弄清楚到底哪些概念和原理是已經證明為正確并得到公認的，還存在哪些不完善的地方。這樣一方面可使學生對量子力學中基本概念和基本理論的形成和建立的科學歷史背景有一深刻了解，有助于學生理清經典物理與量子理論之間的界限和區別，加深他們對這些基本概念和基本理論的理解；另一方面，可使學生對蘊藏在這一歷程中的智慧火花和科學思維方法有一全面的了解，有助于培養學生的創新意識及科學素養。比如：對于玻爾理論，由于對量子化假設很難用已經成形的經典理論來解釋，學生往往會覺得不可思議，難以理解。為此，在講解這部分內容時，很有必要介紹一下玻爾理論產生的歷史背景，告訴學生在玻爾的量子化假設之前就已經出現了普朗克的量子論和愛因斯坦的光量子概念，且大量關于原子光譜的實驗數據也已經被掌握，之前盧瑟福提出的簡單行星模型卻與經典物理理論及實驗事實存在嚴重背離。為了解決這些問題，玻爾理論才應運而生。在用量子力學求解氫原子定態波函數時，還可以通過定態波函數的概率分布圖，向學生介紹所謂的玻爾軌道并不是真實存在的，只是電子出現幾率比較大的區域。通過這樣講述，學生可以清晰地體會到玻爾理論的承上啟下的作用，而又不至于將其與量子力學中的概念混為一談。

2.重在物理思想，壓縮數學推導

在物理學研究中，數學只是用來表述物理思想并在此基礎上進行邏輯演算的工具，教師不能將深刻的物理思想淹沒在復雜的數學形式之中。因此，在教學過程中，教師要著重于加強基本概念和基本理論的講授，把握這些概念和理論中所蘊含的物理實質。對一些涉及繁難數學推導的內容，在教學中刻意忽略具體數學推導過程，著重于使學生掌握其中的思想方法。例如：在一維線性諧振子問題的教學中，對于數學方面的問題，只要求學生能正確寫出薛定諤方程、記住其結論即可，重點放在該類問題所蘊含的物理意義及對現成結論的應用上。這樣，學生就不會感到枯燥無味，而能始終保持較高的學習熱情。

二、教學方法改革

傳統的“填鴨式”教學法把課堂變成了教師的“一言堂”，使得學生在教學活動中始終處于被動接受地位，極大地壓制了學生學習的主觀能動性，十分不利于知識的獲取以及對學生創新能力及科學思維的培養。而且，“量子力學”這門課程本身實驗基礎薄弱、理論性較強，物理圖像不夠直觀，一味采取灌輸式教學，學生勢必感到枯燥，甚至厭煩。長期以往，學習積極性必然受挫，學習效果自然大打折扣。為了提高學生學習興趣，激發其學習的積極性，培養其科學探索精神及創新能力，筆者在教學方法上進行了一些有益的探索。

1.發揮學生主體作用

除卻必要的教學內容講解外，每節課都留出一定的師生互動時間。教師通過創設問題情景，引導學生進行研究討論，或者針對已講授內容，使學生對已學內容進行復習、總結、辨析，以加深理解；或者針對未講授內容，激發學生學習新知識的興趣（比如，在講授完一維無限深方勢阱和一維線性諧振子這兩個典型的束縛態問題后就可引導學生思考“非束縛態下微觀粒子又將表現出什么樣的行為”），[1]這樣學生就會積極地預習下節內容；或者選擇一些有代表性的習題，讓學生提出不同的解決辦法，培養學生的創新能力。對于在課堂上不能解決的問題，積極鼓勵學生利用圖書館及網絡資源等尋求解決，培養學生的科學探索精神。此外，還可使學生自由組合，挑選他們感興趣的與課程有關的題目進行討論、調研并完成小組論文，這一方面激發學生的自主學習積極性，另一方面使其接受初步的科研訓練，一舉兩得。

2.注重構建物理圖像

在實際教學中著重注意物理圖像的構建，使學生對一些難以理解的概念和理論形成較為直觀的印象，從而形成深刻的記憶和理解。例如：借助電子束衍射實驗，通過三個不同的實驗過程（強電子束、弱電子束及弱電子束長時間曝光），即可為實物粒子的波粒二象性構建出一幅清晰的物理圖像；借助電子束衍射實驗圖像，再以光波類比電子波，即可凝練出波函數的統計解釋；[2]借助電子雙縫衍射實驗圖像，可使學生更易接受和理解態疊加原理；借助解析幾何中的坐標系，可很好地為學生建立起表象的物理圖像。盡管這其中光波和電子波、坐標系和表象這些概念之間有本質上的區別，但借助這些學生已經熟知和深刻理解的概念，可使學生非常容易地接受和理解量子力學中難以言明的概念和理論，同時，也可使學生掌握這種物理圖像的構建能力，對培養學生的創新思維具有非常積極地作用。

三、教學手段和考核方式改革

1.課程教學采用多種先進的教學方式

如安排小組討論課，對難于理解的概念和規律進行討論。先是各小組內討論，再是小組間辯論，最后老師對各小組討論和辯論的觀點進行評述和指正。例如，在講到微觀粒子的波函數時，有的學生認為是全部粒子組成波函數，有的學生認為是經典物理學的波。這些問題的討論激發了學生的求知欲望，從而進一步激發了學生對一些不易理解的概念和量子原理進行深入理解，直至最后充分理解這些內容。另外課程作業布置小論文，邀請國內外專家開展系列量子力學講座等都是不錯的方式。

2.堅持研究型教學方式[3]

把課程教學和科研相結合，在教學過程中針對教學內容，吸取科研中的研究成果，通過結合最新的科研動態，向學生講授在相關領域的應用以培養學生學習興趣。在量子力學誕生后，作為現代物理學的兩大支柱之一的現代物理學的每一個分支及相關的邊緣學科都離不開量子力學這個基礎，量子理論與其他學科的交叉越來越多。例如：基本粒子、原子核、原子、分子、凝聚態物理到中子星、黑洞各個層次的研究以量子力學為基礎；量子力學在通信和納米技術中的應用；量子理論在生物學中的應用；量子力學與正在研究的量子計算機的關系等，在教學中適當地穿插這些知識，擴大學生的知識面，消除學生對量子力學的片面認識，提高學生學習興趣和主動性。

3.利用量子力學課程將人文教育與專業教學相結合

量子力學從誕生到發展的物理學史所包含的創新思維是迄今為止哪一門學科都難以比擬的。在19世紀末至20世紀初，經典物理學晴空萬里，然而黑體輻射、光電效應、原子光譜等物理現象的實驗結果嚴重沖擊經典物理學理論，讓經典物理學陷入危機四伏的境地。1900年，德國物理學家普朗克創造性地引入了能量子的概念，成功地解釋了黑體輻射現象，量子概念誕生。1905年，愛因斯坦進一步完善了量子化觀念，指出能量不僅在吸收和輻射時是不連續的（普朗克假設），而且在物質相互作用中也是不連續的。1913年，玻爾將量子化概念引入到原子中，成功解釋了有近30年歷史的巴爾末經驗光譜公式。泡利突破玻爾半經典、半量子論的局限，給予了令玻爾理論不安的反常塞曼效應以合理解釋。1924年，德布羅意突破普朗克能量子觀念提出微觀粒子具有波粒二象性，開始與經典理論分庭抗禮。[4]和學生一起重溫量子力學史的發展之路，在教學過程中展現量子力學數學形式之美，使學生在科學海洋中得到美的享受，從精神上熏陶他們的創新精神。

4.考試方式改革

在本課程的教學中采用了教考分離，通過小考題的形式復習章節內容，根據學生的實際水平適當輔導答疑，注重學生對量子力學基礎知識理解的考核。對于評價系統的建立，其中平時成績（包括作業、討論、綜合表現等）占30％，期末考試占70％。從實施的效果來看，督促了學生的學習，收到了較好的效果，受到學生的歡迎。

四、結論

通過近年來的改革嘗試，我校的“量子力學”教學水平穩步提高，加速了專業建設。2009年，我校“量子力學”被評為校級精品課程，教學改革成果初現。然而，關于這門課程的教學仍存在不少問題，如教學手段單一、與生產實踐結合不夠緊密等等，這些都需要教師在今后教學中進一步改進。

參考文獻：

[1]周世勛.量子力學教程(第二版)[M].北京:高等教育出版社,2009.

[2]呂增建.從量子力學的建立看類比思維的創新作用[J].力學與實踐,

2009,(4).

第7篇：量子通信論文范文

今天，我們在幾分鐘之內就了解到發生在地球另一端的新聞事件，可以隨時隨地和世界任何角落的人進行通信交流、研討工作、召開會議，也可以在家里購買自己喜歡的幾乎所有東西。創新，推動了這樣一個前所未有的歷史巨變，改變了我們的生產方式、生活方式，讓很多人夢想成真。

柳傳志和聯想、馬云和阿里巴巴，是中國人在這場世界性創新浪潮中創造奇跡的兩個代表。29年前，柳傳志帶著11個人和20萬元資金，從中科院計算所在中關村的一間小平房起步。今天，聯想已經成為全球第一大PC廠商和全球500強企業；24年前，馬云創辦了阿里巴巴。今天，阿里巴巴的估值已達1000億美元。他們的成功，除了自身獨特的企業家氣質外，更重要的在于，他們成功抓住了信息產業革命的機遇，成功利用了全球化背景下各種優質創新資源，成功實踐于中國改革開放后無比廣闊的市場。隨著世界現代化的進程和新科技革命與產業變革的興起，未來，有創新精神的創業者的機遇會越來越多。

今天，包括中國、印度在內的20億-30億人致力于實現現代化。現代化的進程，將對資源、食品、健康、教育、文化等各方面提出極大的需求，也對現有的發展方式提出極大的挑戰。破解發展難題，創新發展模式，根本出路在于創新。 未來可能突破的方向

從科技創新發展自身看，以綠色、智能、安全、普惠為特征，已成為主要趨勢，并取得了一系列重大突破。

比如，科學家已經制造出“人造樹葉”，比天然樹葉的光合作用效率高10倍，這將為發展生物質能源開辟一條有效的途徑。可以預計，可再生能源和安全、可靠、清潔的核能，將逐步替代化石能源，我們將迎來后化石能源時代和資源高效、可循環利用的時代。

信息產業正在進入跨越發展的又一個轉折期。智能網絡、云計算、大數據、虛擬現實、網絡制造等技術突飛猛進，將突破語言文字壁障，發展新的網絡理論、新一代計算技術，創造新型的網絡應用與服務模式等。

先進材料和制造領域已能夠從分子層面設計、智能化制造新材料，過程將更加清潔高效、更加環境友好。3D打印已經開始應用在設計領域，滿足了個性化需求，大幅節約了產品開發成本和時間，將帶來制造業新變革。

合成生物學的重大突破，將推動生物制造產業興起和發展，成為新的經濟增長點。現在，科學家在實驗室中已經實現首個“人造生命”，打開了從非生命物質向生命物質轉化的大門。基于干細胞的再生醫學快速發展，有望解決人類面臨的神經退行性疾病、糖尿病等重大醫學難題，引發新一輪醫學革命。

在一些基本科學問題上也出現革命性突破的征兆。2013年諾貝爾物理學獎授予了希格斯粒子的發現，這對揭開物質質量起源具有重大意義。科學家對量子世界的探索，已經從“觀測時代”走向“調控時代”，這將為量子計算、量子通信、量子網絡、量子仿真等領域的變革奠定基礎（利用一臺萬億次的經典計算機質因數分解一個300位的自然數，需耗時15萬年；而通過在一臺萬億次的量子計算機上運行Shor量子算法，則只需耗時1秒鐘）。我們對生命起源和演化、意識本質的認識也在不斷深入。這些基本科學問題的每一個重大突破，都將會深刻改變人類對自然宇宙的認知，有的還將對經濟社會發展帶來直接的、根本的影響。

綜合判斷，經濟社會發展需求最旺盛的地方，就是新科技革命最有可能突破的方向。這是一個重要的戰略機遇期，發達國家和后發國家都站在同一起跑線上。誰抓住了機遇，誰就將掌握發展的主動權。誰喪失了機遇，誰就會落在歷史發展的后邊。 中國圖景

中國改革開放30多年來，變化之大如天翻地覆，主要動力靠的是改革開放釋放出的巨大能量。當前，中國經濟社會發展處于重要轉型期。一方面資源驅動、投資驅動的發展方式，受到能源、資源、生態環境等方面的嚴重制約；另一方面，在產業鏈中的不利分工，也難以支撐經濟在現有規模上的持續增長。

作為一名科技工作者，我深切感受到，我們的科技創新與國家和全社會的期望還有很大差距。這既有歷史的原因，也有現在體制上的問題。中國科技創新起點不高、基礎薄弱。記得1987年我從美國回來的時候，國內科研投入很少、研究條件也差，小到實驗室所需的電阻、電容等器件，都需要自己到中關村電子一條街一家一家找。那時科研成果很少。上世紀90年代后期，這一狀況才開始有所改變，但真正重大原創成果還是鳳毛麟角。2000年以來，國家自然科學一等獎九年出現空缺。可喜的是，2013年鐵基超導研究有望填補這一空缺。

現在，中國科研條件大幅改善，研發投入2012年超過1萬億元，位居世界第二。中國發表的國際論文數量已升至世界第二，高水平產出明顯增多，比如，在中微子研究、量子通信、超導研究等方面，都取得了一批重大原創成果。國際專利大幅增長，中興、華為的申請數已位居世界前列。人才隊伍整體能力和水平也在顯著提升，越來越多的留學人員選擇回國創業，據統計，近五年留學回國人員已近80萬人。這些跡象表明，中國的科技創新已經開始從量的擴增向質的提升轉變。

從一些后發國家的經驗看，科技趕超跨越一般都要經過20年左右的持續積累后，真正實現質的飛躍。按照目前的發展態勢，再有10年-15年時間，中國科技創新一定能實現質的飛躍。我們在一些重要科技領域將走在世界前列，一批具有國際水平的科學家將活躍在世界科技舞臺，一批具有國際競爭力的創新型企業將發展壯大起來。

實現這樣一個發展圖景，需要科技界共同努力，更需要全社會的大力支持。 如何布局

科技體制還存在很多制約發展的突出問題，需要以改革的精神、務實的態度去解決。更重要的，我們要立足未來10年-15年的發展圖景，認真思考迫切需要解決的關鍵問題，做好充分準備。

第一，要推動科技與經濟社會發展緊密結合，形成良性互動的機制。促進科技與經濟結合，是深化科技體制改革的核心，也是落實創新驅動發展戰略的關鍵。科技創新要堅持面向經濟社會發展的導向，積極發揮市場對技術研發方向、路線選擇、要素價格、各類創新要素配置等的主導作用，圍繞產業鏈部署創新鏈，加強市場競爭前關鍵共性核心技術的研發。要強化產業界特別是企業，在技術創新決策、研發投入、科研組織和成果轉化中的主體作用。通過建立定位明確、分工合作、利益共享、風險分擔的產學研協同創新機制，著力解決科技創新推動經濟增長的動力不足、應用開發研究與實際需求結合不緊、轉移轉化渠道不暢等問題，消除科技創新中的“孤島”現象，提升國家創新體系的整體效能，在全社會形成強大的創新合力。

第二，要為新科技革命和產業變革做好前瞻布局。在能源、信息、材料、航天、海洋等關鍵領域，要加強前沿布局和先導研究，通過科技界和產業界密切合作、共同攻關，培育中國未來新興產業的基礎和核心競爭力。

在這里，我特別呼吁，要更加關心和支持基礎研究。一直有人問我，基礎研究有什么用？我想，莊子言“無用之用，是為大用”，明代徐光啟的“無用之用，眾用之基”，都是很好的回答。法拉第也曾表示，問基礎研究有什么用就好像問一個初生的嬰兒有什么用。基礎研究的“用”，首先體現在它無所不在，在我們現實生活中廣泛使用的半導體、計算機、激光技術等，都是基礎研究成果的實際應用。知識產權的保護已從基礎研究階段開始，原始性創新是核心關鍵技術的源泉。基礎研究還體現了人類不斷追求真理、不懈創新探索的精神，是現代社會文明進步、發展的重要基石。在國外的大型學術會議，很多的與會者來自企業，他們從學術報告中抓住有應用價值的基礎研究成果，早期介入，取得核心知識產權，搶占戰略制高點。而在中國的專業性學術會議上，很少看到來自企業的人員與會。

第三，要創造一個鼓勵創新、支持創新、保護創新的社會環境。上世紀80年代，美國涌現出一批像比爾·蓋茨、喬布斯這樣的成功創業者，分析他們的成長經歷，當時美國社會良好的創新條件和環境，起到了非常重要的作用。

第8篇：量子通信論文范文

關鍵詞：光纖通信技術； 現狀； 發展趨勢

中圖分類號：S972文獻標識碼： A 文章編號：

引言:光纖通信自從被發明出以來，給整個通信領域帶來了翻天覆地的變化，使得傳統的通信方式變得更高速、更高容量。它具有無與倫比的優勢，比起傳統通信，它的損耗極大的降低、重量更輕、抗電磁干擾能力更強、傳輸頻率更寬等等。現在，光纖通信的發展非常迅速，僅僅在過去的15年里傳輸容量就增加了近10000倍。速度提高了將近200倍。

1.光纖通信技術概述

光纖通信技術是指利用光波做為載波，通過光導纖維傳輸信號，以實現信息傳遞的一種通信方式，其組成部分主要包括光纖光纜技術、光交換技術傳輸技術、光有源器件、光無源器件以及光網絡技術等。

光纖通信的興起是由美籍華人高錕和霍克哈姆引領的，當時他們發表的論文表示他們發現光纖有可能用于通信，這種低損耗的材料自此進入了通信領域。光纖通信技術自被運用以來，發展速度很快。1970年以后，美國康寧公司首先研制成功并投入運用了第一代光纖通信技術---多模光纖系統：工作波長850納米，光纖的損耗為每公里2.5～4.0分貝，最高傳輸率每秒可接受34Mbit的數據；1980年后，光纖通信技術有了很大提高，工作波長達到了1310納米，光纖的損耗為每公里0.55～1.0分貝，光傳輸速率達到每秒可接收140Mbit的數據，信息的傳遞質量大大提高。

光纖通信技術有直接調制和間接調制兩種光調制方式。光纖通信的傳播過程可分為下面幾個階段：首先要把聲音、視頻、圖像等數據轉換成光信號，這樣信源就可以傳輸到光纖進行傳播；再者，攜帶信息的光信號經過光纖傳輸到信宿；最后，信宿再將光信號轉換成電信號。光纖傳播光信號比起電纜傳播電信號速度要快，損耗還要低，而且在成本、重量、施工難度上等也有著明顯的優勢。

2.光纖通信技術的現狀

在我國，光纖通信技術起步雖然較晚，但是已經有了很大的發展。在光纖通信領域也出現了許多的新技術，隨著光纖通訊技術的提升，光纖通信能力也大大提高，越來越多的地區也逐漸地引入了光纖通訊設備。另外，在各個行業和企業中光纖通信的使用也越來越普遍，無論是海底通信、有線電視、局域網還是長途通信等等光纖通信都得到了認可。21世紀以來，光纖通信技術已經成為傳播媒介領域中最重要的技術。

2.1光纖通信逐漸形成系統

光纖通信逐漸形成系統的系統是指地區間系統和行業間系統。在我國，國家干線、省內干線以及區內干線上已經全部采用光纜，地區間的系統已經建成。21世紀是信息大爆炸的時代，人們對信息的依賴程度很高，聲音、圖片、視頻等各種信息的需求量大大增加，并且要求具有實時性。所以許多公司和通訊機構對信息傳遞的容量和速度都有了更高的需求，而信息傳輸量巨大的光纖通信正是滿足了人們的這一要求，行業之間的系統也已經形成。

2.2常規單模和多模光纖技術

在光纖制造方面，我國基本掌握了常規單模和多模光纖的生產技術，已研制出了色散位移光纖(G.655光纖)、大有效面積非零色散位移單模光纖、色散補償光纖(DCF)、摻鉺光纖、保偏光纖、數據光纖。光電器件的研制也取得了顯著進展：高速激光器、增益半導體激光器、量子阱雙穩態激光器、摻鉺光纖激光器、主動鎖模光纖環形孤子激光器、被動鎖模光纖環形激光器、光纖光柵激光器、半導體光放大器、摻鉺光纖放大器(EDFA)DBF- LD與 EA型外調制器的集成器件、應用于接入網的單纖收發集成器件等。

2.3光纖接入技術

光纖接入技術主要是運用于通信業務，它是面向未來的光纖到路邊（FTTC）和光纖到戶（FTTH）的寬帶網絡接入技術，重點解決電話等窄帶業務的有效接入問題外，還可以同時解決調整數據業務、多媒體圖像等寬帶業務的接入問題。

隨著經濟的發展，不僅是在城市，還有在農村，高速數據、高保真音樂、互動視頻等多媒體業務的需求量逐漸增加。這些業務不僅需要寬帶的主干傳輸網絡，更關鍵的部分是用戶接入，尤其是地理環境較差的農村。光纖接入技術的優勢是它可以與ATM、SDH、以太網等多種技術結合，使用性強。

2.4孤子傳輸技術

孤子通信技術是一種利用光孤子脈沖在傳輸過程中的非線性壓縮和色散之間的平衡，以實現長距離高速度通信的技術。

在超大容量的傳輸系統中，色散是影響傳輸質量的一個因子，而利用孤子傳輸技術可以通過光纖本身的非線性來克服這個弱勢，從而可以大大增大無中繼的傳輸距離。孤子抗干擾能力強、抑制極化模色散的優點也是實現長距離高速度通信的主要影響因素。

3. 光纖通信技術的未來發展趨勢

3.1光纖通信將具有更大容量、更高速

光纖通信具有更大容量、更高速是從投入運用到現在一直追求的目標。隨著社會經濟的發展，信息傳遞的容量和速度尤其是電信行業中最大的問題就是無法滿足人們對信息量的獲取。多媒體的告訴發展也對光纖的容量和速度提出了更高的要求。如果光纖傳遞信息的速度提高4倍，那么，信息傳遞的成本將降低30%。這對于居民的日常生產、生活，尤其是對媒體行業的發展，將起到很大的促進作用。

3.2將波分復用技術用于寬帶

目前，波分復用技術是指將不同波長的信號同時在同一光纖上完成傳輸，在光纖通信中已經得到運用，其開發潛力以及達到上限。但是，只有1%運用于寬帶資源上，將波分復用技術用于寬帶課提高的空間還有很大。如果兩者相結合，那么在同一寬帶上可傳輸的信息量將大大提高，寬帶速度也就提高了，將會大大提高人們獲取信息的速度和對網絡系統的滿意度。

隨著互聯網用戶的增多以及網絡分組化，IP業務成為波分復用技術發展的主要推動力量。但是目前波分復用技術的穩定性不強，還需要不斷完善。

3.3使用智能光聯網技術

2000年3月，國際電聯提出了ASON（自動交換光網絡）的概念，目的是智能化的按需分配網絡資源，通過交叉連接和分插功能，為任何地點和任何用戶提供可連接的網絡。了網絡的靈活和高效的重構和重組，因此，可傳遞的信息量增多。

目前，發達國家正在開展智能光聯網技術的研發，我國也應該與時俱進，投入適當的人力和資金進行研發，為維護我國的信息安全奠定基礎。

3.4實現全光網絡

全光網絡是指信號只有在進出網絡時才進行電和光的交換，而在網絡中傳輸和交換的過程中始終以光的形式存在。它的相關技術主要有全光交換、光交叉連接、全光中繼和光復用/去復用等，具有良好的透明性、波長路由特性、兼容和可擴展性。因為全光網絡靠的是“光”的傳輸，所以信息的傳遞速度很快，并且傳送方式多樣， PDH、SDH、ATM等傳送方式都可以使用，提高了網絡資源的利用率。

現在，全光網絡正處于初期的發展階段，但是可開發的潛力很大，并且憑借它極高的信息傳遞速度、簡單的網絡結構將會成為未來信息網絡的核心。

4.結論

根據以上分析，我們可知光纖通信技術在傳遞信息方面發揮著不可替代的作用，從最初的運用到現在，雖然已經得到了很大的發展，但是隨著社會經濟的發展，光纖通信技術還需要不斷發展，以滿足人們對信息不斷提高和維護國家信息安全的需要。

參考文獻：

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[2]辛化梅.李忠.論光纖通信技術的現狀及發展[J].山東師范大學學報（自然科學版），2008（3）.

第9篇：量子通信論文范文

[關鍵詞]RSA 公鑰密碼體制 安全性

RSA密碼系統是較早提出的一種公開鑰密碼系統。1978年，美國麻省理工學院(MIT)的Rivest，Shamir和Adleman在題為《獲得數字簽名和公開鑰密碼系統的方法》的論文中提出了基于數論的非對稱(公開鑰)密碼體制，稱為RSA密碼體制。RSA是建立在“大整數的素因子分解是困難問題”基礎上的，是一種分組密碼體制。

一、對稱密碼體制

對稱密碼體制是一種傳統密碼體制，也稱為私鑰密碼體制。在對稱加密系統中，加密和解密采用相同的密鑰。因為加解密密鑰相同，需要通信的雙方必須選擇和保存他們共同的密鑰，各方必須信任對方不會將密鑰泄密出去，這樣就可以實現數據的機密性和完整性。

二、非對稱密碼體制

非對稱密碼體制也叫公鑰加密技術，該技術就是針對私鑰密碼體制的缺陷被提出來的。在公鑰加密系統中，加密和解密是相對獨立的，加密和解密會使用兩把不同的密鑰，加密密鑰(公開密鑰)向公眾公開，誰都可以使用，解密密鑰(秘密密鑰)只有解密人自己知道，非法使用者根據公開的加密密鑰無法推算出解密密鑰，顧其可稱為公鑰密碼體制。

采用分組密碼、序列密碼等對稱密碼體制時，加解密雙方所用的密鑰都是秘密的，而且需要定期更換，新的密鑰總是要通過某種秘密渠道分配給使用方，在傳遞的過程中，稍有不慎，就容易泄露。

公鑰密碼加密密鑰通常是公開的，而解密密鑰是秘密的，由用戶自己保存，不需要往返交換和傳遞，大大減少了密鑰泄露的危險性。同時，在網絡通信中使用對稱密碼體制時，網絡內任何兩個用戶都需要使用互不相同的密鑰，只有這樣，才能保證不被第三方竊聽，因而N個用戶就要使用N(N1)/2個密鑰。對稱密鑰技術由于其自身的局限性，無法提供網絡中的數字簽名。這是因為數字簽名是網絡中表征人或機構的真實性的重要手段，數字簽名的數據需要有惟一性、私有性，而對稱密鑰技術中的密鑰至少需要在交互雙方之間共享，因此，不滿足惟一性、私有性，無法用做網絡中的數字簽名。相比之下，公鑰密碼技術由于存在一對公鑰和私鑰，私鑰可以表征惟一性和私有性，而且經私鑰加密的數據只能用與之對應的公鑰來驗證，其他人無法仿冒，所以，可以用做網絡中的數字簽名服務。

具體而言，一段消息以發送方的私鑰加密之后，任何擁有與該私鑰相對應的公鑰的人均可將它解密。由于該私鑰只有發送方擁有，且該私鑰是密藏不公開的，所以，以該私鑰加密的信息可看做發送方對該信息的簽名，其作用和現實中的手工簽名一樣有效而且具有不可抵賴性。

一種具體的做法是：認證服務器和用戶各持有自己的證書，用戶端將一個隨機數用自己的私鑰簽名后和證書一起用服務器的公鑰加密后傳輸到服務器；使用服務器的公鑰加密保證了只有認證服務器才能進行解密，使用用戶的密鑰簽名保證了數據是由該用戶發出；服務器收到用戶端數據后，首先用自己的私鑰解密，取出用戶的證書后，使用用戶的公鑰進行解密，若成功，則到用戶數據庫中檢索該用戶及其權限信息，將認證成功的信息和用戶端傳來的隨機數用服務器的私鑰簽名后，使用用戶的公鑰進行加密，然后，傳回給用戶端，用戶端解密后即可得到認證成功的信息。

長期以來的日常生活中，對于重要的文件，為了防止對文件的否認、偽造、篡改等等的破壞，傳統的方法是在文件上手寫簽名。但是在計算機系統中無法使用手寫簽名，而代之對應的數字簽名機制。數字簽名應該能實現手寫簽名的作用，其本質特征就是僅能利用簽名者的私有信息產生簽名。因此，當它被驗證時，它也能被信任的第三方(如法官)在任一時刻證明只有私有信息的唯一掌握者才能產生此簽名。

由于非對稱密碼體制的特點，對于數字簽名的實現比在對稱密碼體制下要有效和簡單的多。

現實生活中很多都有應用，舉個例子：我們用銀行卡在ATM機上取款，首先，我們要有一張銀行卡(硬件部分)，其次我們要有密碼(軟件部分)。ATM機上的操作就是一個應用系統，如果缺一部分就無法取到錢，這就是雙因子認證的事例。因為系統要求兩部分(軟的、硬的)同時正確的時候才能得到授權進入系統，而這兩部分因為一軟一硬，他人即使得到密碼，因沒有硬件不能使用；或者得到硬件，因為沒有密碼還是無法使用硬件。這樣彌補了“密碼+用戶名”認證中，都是純軟的，容易擴散，容易被得到的缺點。

密碼理論與技術主要包括兩部分，即基于數學的密碼理論與技術(包括公鑰密碼、分組密碼、序列密碼、認證碼、數字簽名、Hash函數、身份識別、密鑰管理、PKI技術等)和非數學的密碼理論與技術(包括信息隱形，量子密碼，基于生物特征的識別理論與技術)。

公鑰密碼主要用于數字簽名和密鑰分配。當然，數字簽名和密鑰分配都有自己的研究體系，形成了各自的理論框架。目前數字簽名的研究內容非常豐富，包括普通簽名和特殊簽名。特殊簽名有盲簽名、簽名、群簽名、不可否認簽名、公平盲簽名、門限簽名、具有消息恢復功能的簽名等，它與具體應用環境密切相關。顯然，數字簽名的應用涉及到法律問題，美國聯邦政府基于有限域上的離散對數問題制定了自己的數字簽名標準(DSS)，部分州已制定了數字簽名法。密鑰管理中還有一種很重要的技術就是秘密共享技術，它是一種分割秘密的技術，目的是阻止秘密過于集中，自從1979年Shamir提出這種思想以來，秘密共享理論和技術達到了空前的發展和應用，特別是其應用至今人們仍十分關注。我國學者在這些方面也做了一些跟蹤研究，發表了很多論文，按照X.509標準實現了一些CA。但沒有聽說過哪個部門有制定數字簽名法的意向。目前人們關注的是數字簽名和密鑰分配的具體應用

以及潛信道的深入研究。

參考文獻：

[1]馮登國.密碼分析學[M].北京：清華大學出版社，2000.

[2]盧開澄.計算機密碼學：計算機網絡中的數據保密與安全(第2版)[M].北京：清華大學出版社，1998.