時間：2023-06-19 16:29:29
導(dǎo)語：在量子科學(xué)應(yīng)用的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
關(guān)鍵詞：圖書資料系列職稱評定；科學(xué)計量學(xué)指標；應(yīng)用
0 前言
圖書資料系列職稱評定已經(jīng)進行了四十幾年，對提高圖書館工作人員的工作主動性、積極性，以及促進圖書館事業(yè)的快速發(fā)展具有至關(guān)重要的作用，是圖書館一項重要的人力資源管理以及激勵措施。但是，隨著圖書館行業(yè)的快速發(fā)展，以及計算機技術(shù)、信息技術(shù)、通信技術(shù)等科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，圖書館事業(yè)面臨著轉(zhuǎn)型發(fā)展的現(xiàn)狀，圖書資料系列職稱評定出現(xiàn)了許多問題，通過將科學(xué)計量指標應(yīng)用在圖書資料系列職稱評定中，能夠有效地解決圖書資料系列職稱評定存在的問題，創(chuàng)造更加公平、公正的職稱評定環(huán)境，更好地促進圖書館事業(yè)的穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展。
1 圖書資料系列職稱評定存在的問題分析
1.1 職稱終身制不利于圖書館的發(fā)展
目前，許多圖書資料系列職稱評定都采用職稱終身制度，即一朝擁有職稱，則終身擁有職稱。該種職稱評定制度存在的問題在于，當圖書館的工作人員獲得了高級職稱之后，對工作將不會再盡職盡責(zé)，對圖書館的業(yè)務(wù)也不再悉心鉆研，并不需要再著述論文等，終身職稱就像是圖書館工作人員的鐵飯碗，不再為職稱的事情考慮。同時，我國圖書館中的中級、高級職稱人員的數(shù)量相抵較少，并且年齡相對較大，導(dǎo)致高素質(zhì)的年輕工作人員無法脫穎而出，影響年輕工作人員的工作積極性和主動性，不利于圖書館的發(fā)展。
1.2 職稱評審尺度把握存在問題
目前，許多圖書資料系列職稱評定的硬性評定尺度現(xiàn)象比較突出，通常將外語水平、計算機水平、論文要素以及學(xué)歷要素等作為硬性評審指標，以論文要素為例，職稱的評審只采用是否在“ISSN”、“CN”刊號的公開刊物中，并且許多圖書館的職稱評審只將這一原則作為職稱評審的唯一指標，但是缺乏對論文質(zhì)量水平的評定標準，這就會導(dǎo)致圖書資料系列職稱評定出現(xiàn)魚目混珠的問題，影響圖書館的發(fā)展。
1.3 職稱評定缺乏規(guī)范性和標準化
我國的圖書館事業(yè)發(fā)展具有明顯的地區(qū)差異，在經(jīng)濟相對發(fā)達的地區(qū)，政府以及其他部門對圖書館事業(yè)的扶持和投入力度相對較大，圖書館的發(fā)展也相對較好，而在經(jīng)濟發(fā)展相對落后的地區(qū)，圖書館的發(fā)展速度相對緩慢。由于存在發(fā)展不均衡的問題，這就導(dǎo)致圖書資料系列職稱評定存在明顯的地區(qū)差異，缺乏標準化、規(guī)范性的職稱評定標準。例如，某些省市在評定圖書館系列職稱時需要有課題項目，而有的省市則不需要，有的省市實行以考代評的方式，而有的省市則采用評聘分開的方式，這種差異性的職稱評定，不利于圖書館事業(yè)的發(fā)展。
2 科學(xué)計量學(xué)指標在圖書資料系列職稱評定中的應(yīng)用分析
2.1 科學(xué)計量學(xué)指標在圖書資料系類職稱評定中應(yīng)用的初探
科學(xué)計量學(xué)指標在國外已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，在我國圖書資料系列職稱評定中的應(yīng)用還處在初級階段。通過將科學(xué)計量學(xué)指標應(yīng)用在圖書資料系列職稱評定中，能夠利用科學(xué)計量學(xué)指標的科研評價功能，能夠有效地解決傳統(tǒng)職稱評定存在的問題。根據(jù)圖書資料工作的范圍以及特點，科學(xué)計量學(xué)指標在圖書資料系列職稱評定中應(yīng)用的評定指標包括五個方面：文獻檢索課教學(xué)、圖書資料業(yè)務(wù)工作、學(xué)術(shù)論文與學(xué)術(shù)著作、科研成果獎以及組織管理工作。學(xué)術(shù)論文和學(xué)術(shù)著作以及科研成果獎主要體現(xiàn)圖書館工作人員的科研水平，組織管理工作、文獻檢索課教學(xué)、圖書資料業(yè)務(wù)工作主要體現(xiàn)圖書館工作人員的業(yè)務(wù)水平，由于不同地區(qū)、不同圖書館的實際狀況不盡相同。因此，對于業(yè)務(wù)水平的評定指標也存在一定的差異。通過采用科學(xué)計量學(xué)指標對圖書資料系列職稱進行評定，能夠有效地解決評定指標不統(tǒng)一的問題。
2.2 科學(xué)計量學(xué)指標在圖書資料系列職稱評定中的應(yīng)用要點
（1）創(chuàng)建合理的科學(xué)計量學(xué)指標體系。通過創(chuàng)建科學(xué)、合理的科學(xué)計量學(xué)指標體系，能夠保證科學(xué)計量學(xué)指標在圖書資料系列職稱評定中具有巨大的導(dǎo)向功能，平衡科研部分和業(yè)務(wù)工作的分值與權(quán)證，引導(dǎo)圖書資料系列職稱評定工作變得更加合理。因此，在創(chuàng)建了科學(xué)的計量學(xué)指標體系之后，在保證指標體系穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，應(yīng)該根據(jù)圖書館的具體狀況對分值和權(quán)重進行調(diào)整，以此引導(dǎo)人們進行科研與業(yè)務(wù)工作，即如果圖書館的圖書館想要提高圖書資料人員的科研水平，應(yīng)該通過提高科研工作的分值與權(quán)重，多在國內(nèi)核心期刊或者國際性期刊上發(fā)表高質(zhì)量的文章。
（2）科學(xué)計量學(xué)指標與終身職稱制度問題。我國許多圖書館的圖書資料系列職稱終身制度現(xiàn)象，這對圖書館的發(fā)展非常不利。通過將科學(xué)計量學(xué)指標應(yīng)用在圖書資料系列職稱評定中，能夠?qū)崿F(xiàn)評聘分開制度，不僅在職稱評審的過程需要進行科學(xué)地量化評定，在任聘期間也需要進行科學(xué)地量化評定，能夠從體制上改變現(xiàn)行的圖書資料系列職稱終身制度的問題。
（3） 平衡圖書館的業(yè)務(wù)水平與科研水平。業(yè)務(wù)水平和科研水平是評定圖書館單位工作水平的兩個重要指標，科學(xué)計量學(xué)指標采用專業(yè)技術(shù)職稱評定方式，對評定圖書館單位工作人員的科研成果是科學(xué)、有效的，但是對于評定圖書館單位工作人員的業(yè)務(wù)水平具有一定的局限。因此，如何平衡業(yè)務(wù)水平和科研水平，是科學(xué)計量學(xué)指標在圖書資料系列職稱評定中應(yīng)用需要注意的主要內(nèi)容之一。為了能夠引導(dǎo)圖書館單位工作人員不輕視業(yè)務(wù)工作，促使業(yè)務(wù)水平和科研水平齊頭并進，尋找業(yè)務(wù)水平和科研水平的平衡點。圖書館應(yīng)該強調(diào)圖書館工作人員的實踐性，將科研能力水平高，并且具有豐富實踐經(jīng)驗的圖書館工作人員評定為“高級館員”，但是“高級館員”的數(shù)量有限，不能超過圖書館總?cè)藬?shù)的1/4，通過采用這種方法，能夠起到激勵青年員工，將“高級館員”作為圖書館單位的模范代表，促使優(yōu)秀的青年員工同時提高業(yè)務(wù)水平和科研水平。同時，制定明確的職稱晉升制度，當工作人員獲得“高級館員”兩年之后，具備評定“副研究館員”的資格，當獲得了“副研究館員”的資格后則具備評定“研究館員”的資格，這對激發(fā)優(yōu)秀年輕工作人員的工作積極性具有至關(guān)重要的作用。
3 結(jié)束語
我國一部分圖書事業(yè)單位的圖書資料系列職稱評定工作還存在許多問題，嚴重地限制了圖書館的發(fā)展進程。通過將科學(xué)計量學(xué)指標應(yīng)用在圖書資料系列職稱評定中，能夠有效地解決上述問題，并且隨著科學(xué)計量學(xué)指標體系的不斷發(fā)展與完善，能夠為我國圖書館不同階段的圖書資料系列職稱評定工作提供重要的參考，促進圖書館事業(yè)能夠更加穩(wěn)定、快速、可持續(xù)的發(fā)展。
參考文獻：
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關(guān)鍵詞 量子物理；現(xiàn)代信息技術(shù)；關(guān)系；原理應(yīng)用
中圖分類號：O41 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2013）15-0001-02
量子物理是人們認識微觀世界結(jié)構(gòu)和運動規(guī)律的科學(xué)，它的建立帶來了一系列重大的技術(shù)應(yīng)用，使社會生產(chǎn)和生活發(fā)生了巨大的變革。量子世界的奇妙特性在提高運算速度、確保信息安全、增大信息容量等方面發(fā)揮重要的作用，基于量子物理基本原理的量子信息技術(shù)已成為當前各國研究與發(fā)展的重要科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
隨著世界電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的信息技術(shù)即將達到物理極限，同時信息安全、隱私問題等越來越突出。2013年5月美國“棱鏡門”事件的爆發(fā)，引發(fā)了對保護信息安全的高度重視，將成為推動量子物理科學(xué)與現(xiàn)代信息技術(shù)的交融和相互促進發(fā)展的契機。因此，充分認識量子物理學(xué)的基本原理在現(xiàn)代信息技術(shù)中發(fā)展的基礎(chǔ)地位與作用，是促進現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展的前提，也是豐富和發(fā)展量子物理學(xué)的需要。
1 量子物理基本原理
1）海森堡測不準原理。在量子力學(xué)中，任何兩組不可同時測量的物理量是共扼的，滿足互補性。在進行測量時，對其中一組量的精確測量必然導(dǎo)致另一組量的完全不確定，只能精確測定兩者之一。
2）量子不可克隆定理。在量子力學(xué)中，不能實現(xiàn)對各未知量子態(tài)的精確復(fù)制，因為要復(fù)制單個量子就只能先作測量，而測量必然改變量子的狀態(tài)，無法獲得與初始量子態(tài)完全相同的復(fù)制態(tài)。
3）態(tài)疊加原理。若量子力學(xué)系統(tǒng)可能處于和描述的態(tài)中，那么態(tài)中的線性疊加態(tài)也是系統(tǒng)的一個可能態(tài)。如果一個量子事件能夠用兩個或更多可分離的方式來實現(xiàn)，那么系統(tǒng)的態(tài)就是每一可能方式的同時迭加。
4）量子糾纏原理。是指微觀世界里，有共同來源的兩個微觀粒子之間存在著糾纏關(guān)系，不管它們距離多遠，只要一個粒子狀態(tài)發(fā)生變化，另一個粒子狀態(tài)隨即發(fā)生相應(yīng)變化。換言之，存在糾纏關(guān)系的粒子無論何時何地，都能“感應(yīng)”對方狀態(tài)的變化。
2 量子物理與現(xiàn)代信息技術(shù)的關(guān)系
2.1 量子物理是現(xiàn)代信息技術(shù)的基礎(chǔ)與先導(dǎo)
物理學(xué)一直是整個科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的帶頭學(xué)科并成為整個自然科學(xué)的基礎(chǔ)，成為推動整個科學(xué)技術(shù)發(fā)展的最主要的動力和源泉。量子力學(xué)是20世紀初期為了解決物理上的一些疑難問題而建立起來的一種理論，它不僅解釋了微觀世界里的許多現(xiàn)象、經(jīng)驗事實，而且還開拓了一系列新的技術(shù)領(lǐng)域，直接導(dǎo)致了原子能、半導(dǎo)體、超導(dǎo)、激光、計算機、光通訊等一系列高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)生和發(fā)展?？梢哉f，從電話的發(fā)明到互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的實時通信，從晶體管的發(fā)明到高速計算機技術(shù)的成熟，量子物理開辟了一種全新的信息技術(shù)，使人類進人信息化的新時代，因此，量子物理學(xué)是現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展的主要源泉，而且隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，量子物理學(xué)的先導(dǎo)和基礎(chǔ)作用將更加顯著和重要。
2.2 量子物理為現(xiàn)代信息技術(shù)的持續(xù)發(fā)展提供新的原理和方法
現(xiàn)代信息技術(shù)本質(zhì)上是應(yīng)用了量子力學(xué)基本原理的經(jīng)典調(diào)控技術(shù)，隨著世界科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以經(jīng)典物理學(xué)為基礎(chǔ)的信息技術(shù)即將達到物理極限。因此，現(xiàn)代信息技術(shù)的突破，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展必須借助于新的原理和新的方法。量子力學(xué)作為原子層次的動力學(xué)理論，經(jīng)過飛速發(fā)展，已向其他自然科學(xué)的各學(xué)科領(lǐng)域以及高新技術(shù)全面地延伸，量子信息技術(shù)就是量子物理學(xué)與信息科學(xué)相結(jié)合產(chǎn)生的新興學(xué)科，它為信息科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展提供了新的原理和方法，使信息技術(shù)獲得了活力與新特性，量子信息技術(shù)也成為當今世界各國研究發(fā)展的熱點領(lǐng)域。因此，未來的信息技術(shù)將是應(yīng)用到諸如量子態(tài)、相位、強關(guān)聯(lián)等深層次量子特性的量子調(diào)控技術(shù)，充分利用量子物理的新性質(zhì)開發(fā)新的信息功能，突破現(xiàn)代信息技術(shù)的物理極限。
2.3 現(xiàn)代信息技術(shù)對量子物理學(xué)發(fā)展的影響
量子信息技術(shù)應(yīng)用量子力學(xué)原理和方法來研究信息科學(xué)，從而開發(fā)出現(xiàn)經(jīng)典信息無法做到的新信息功能，反過來，現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展大大地豐富了量子物理學(xué)的研究內(nèi)容，也將不斷地影響量子物理學(xué)的研究方法，有力地將量子理論推向更深層次的發(fā)展階段，使人類對自然界的認識更深刻、更本質(zhì)。近年來，隨著量子信息技術(shù)領(lǐng)域研究的不斷深入，量子信息技術(shù)的發(fā)展也使量子物理學(xué)研究取得了不少成果，如量子關(guān)聯(lián)、基于熵的不確定關(guān)系、量子開放系統(tǒng)環(huán)境的控制等問題研究取得了巨大進展。
3 基于量子物理學(xué)原理的量子信息技術(shù)
基于量子物理原理和方法的量子信息技術(shù)成為21世紀信息技術(shù)發(fā)展的方向，也是引領(lǐng)未來科技發(fā)展的重要領(lǐng)域。當前量子物理學(xué)的基本原理已經(jīng)在量子密碼術(shù)、量子通信、量子計算機等方面得到充分的理論論證和一定的實踐應(yīng)用。
3.1 量子計算機——量子疊加原理
經(jīng)典計算機建立在經(jīng)典物理學(xué)基礎(chǔ)上，遵循普通物理學(xué)電學(xué)原理的邏輯計算方式，即用電位高低表示0和1以進行運算，因此，經(jīng)典計算機只能靠以縮小芯片布線間距，加大其單位面積上的數(shù)據(jù)處理量來提高運算速度。而量子計算遵循量子力學(xué)規(guī)律進行高速數(shù)學(xué)和邏輯運算、存儲及處理量子信息。計算方式是建立在微觀量子物理學(xué)關(guān)于量子具有波粒兩重性和雙位雙旋特性的基礎(chǔ)上，量子算法的中心思想是利用量子態(tài)的疊加態(tài)與糾纏態(tài)。在量子效應(yīng)的作用下，量子比特可以同時處于0和1兩種相反的狀態(tài)（量子疊加），這使量子計算機可以同時進行大量運算，因此，量子計算的并行處理，使量子計算機實現(xiàn)了最快的計算速度。未來，基于量子物理原理的量子計算機，不僅運算速度快，存儲量大、功耗低，而且體積會大大縮小。
3.2 量子通信——量子糾纏原理
量子通信是一種利用量子糾纏效應(yīng)進行信息傳遞的新型通信方式。量子通信主要涉及：量子密碼通信、量子遠程傳態(tài)和量子密集編碼等。從信息學(xué)上理解，量子通信是利用量子力學(xué)的量子態(tài)隱形傳輸或者其他基本原理，以量子系統(tǒng)特有屬性及量子測量方法，完成兩地之間的信息傳遞；從物理學(xué)上講，量子通信是采用量子通道來傳送量子信息，利用量子效應(yīng)實現(xiàn)的高性能通信方式，突破現(xiàn)代通信物理極限。量子力學(xué)中的糾纏性與非定域性可以保障量子通信中的絕對安全的量子通信，保證量子信息的隱形傳態(tài)，實現(xiàn)遠距離信息轉(zhuǎn)輸。所以，與現(xiàn)代通信技術(shù)相比，量子通信具有巨大的優(yōu)越性，具有保密性強、大容量、遠距離傳輸?shù)忍攸c，量子通信創(chuàng)建了新的通信原理和方法。
3.3 量子密碼——不可克隆定理
經(jīng)典密碼是以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，通過經(jīng)典信號實現(xiàn)，在密鑰傳送過程中有可能被竊聽且不被覺察，故經(jīng)典密碼的密鑰不安全。量子密碼是一種以現(xiàn)代密碼學(xué)和量子力學(xué)為基礎(chǔ)，利用量子物理學(xué)方法實現(xiàn)密碼思想和操作的新型密碼體制，通過量子信號實現(xiàn)。量子密碼主要基于量子物理中的測不準原理、量子不可克隆定理等，通信雙方在進行保密通信之前，首先使用量子光源，依照量子密鑰分配協(xié)議在通信雙方之間建立對稱密鑰，再使用建立起來的密鑰對明文進行加密，通過公開的量子信道，完成安全密鑰分發(fā)。因此量子密碼技術(shù)能夠保證：
1）絕對的安全性。對輸運光子線路的竊聽會破壞原通訊線路之間的相互關(guān)系，通訊會被中斷，且合法的通信雙方可覺察潛在的竊聽者并采取相應(yīng)的措施。
2）不可檢測性。無論破譯者有多么強大的計算能力，都會在對量子的測量過程中改變量子的狀態(tài)而使得破譯者只能得到一些毫無意義的數(shù)據(jù)。因此，量子不可克隆定理既是量子密碼安全性的依靠，也給量子信息的提取設(shè)置了不可逾越的界限，即無條件安全性和對竊聽者的可檢測性成為量子密碼的兩個基本特征。
4 結(jié)論
量子物理是現(xiàn)代信息技術(shù)誕生的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代信息技術(shù)突破物理極限，實現(xiàn)持續(xù)發(fā)展的動力與源泉?；诹孔游锢韺W(xué)的原理、特性，如量子疊加原理、量子糾纏原理、海森堡測不準原理和不可克隆定理等，使得量子計算機具有巨大的并行計算能力，提供功能更強的新型運算模式；量子通信可以突破現(xiàn)代信息技術(shù)的物理極限，開拓出新的信息功能；量子密碼絕對的安全性和不可檢測性，實現(xiàn)了絕對的保密通信。隨著量子物理學(xué)理論在信息技術(shù)中的深入應(yīng)用，量子信息技術(shù)將開拓出后莫爾時代的新一代的信息技術(shù)。
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盡管如此，在量子糾纏現(xiàn)象被證實之后，量子計算、量子密碼、量子通信甚至是瞬間移動等科幻般的技術(shù)應(yīng)用，已被一一提出。
所有這些暢想中，量子通信被公認為離人類最近的一項應(yīng)用。由于量子糾纏現(xiàn)象的不確定性特性，這項未來的通信技術(shù)因具有“無懈可擊”的安全性而備受青睞。
從最開始的實驗室理論，到上百公里的量子數(shù)據(jù)傳輸試驗，再到如今中國橫跨京滬上千公里的城際量子通信網(wǎng)絡(luò)項目，科學(xué)家們關(guān)于全球廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)想已經(jīng)越來越近。
“現(xiàn)在，技術(shù)上我們只差最后一步”，中科院院士、中國科技大學(xué)教授潘建偉說，利用衛(wèi)星把城域和城際量子通信網(wǎng)絡(luò)連接起來?！?/p>
“鬼魅”量子糾纏
追溯量子通信的起源，就必須先了解它的理論基礎(chǔ)――量子糾纏。
因為至今科學(xué)家們也還沒有分析透徹這種物理現(xiàn)象是“怎么產(chǎn)生的”，要科學(xué)而完整地解釋量子糾纏，短期內(nèi)或許仍是一個無解之題。
好在科學(xué)家們已經(jīng)基本搞清楚，量子糾纏“會發(fā)生什么”。如果從這個層面來看，那么它可以被描述為這樣一種現(xiàn)象：兩個共同來源的微觀粒子之間，只要處于糾纏狀態(tài)，那么只要一個粒子的量子（微觀物理世界的光子等最小單元）狀態(tài)發(fā)生變化，就會立即影響另一個粒子的狀態(tài)。
這種現(xiàn)象就好比人類世界中的孿生兒，彼此之間存在心靈感應(yīng)。而且“詭異”的是，無論它們相隔多遠，即使一個在太陽系另一個在幾十萬光年以外的星系，只要處于糾纏態(tài)，這種感應(yīng)就會存在。
這種現(xiàn)象觸及了經(jīng)典物理學(xué)的靈魂，在經(jīng)典物理學(xué)中，物質(zhì)之間總是要通過某種相互作用才能發(fā)生聯(lián)系的，就好比你不可能通過一根沒有魚線的魚竿，隔空釣起一只魚。
更有意思的，如果以制造硬幣為例，我們?nèi)绻圃煊矌?，基本前提是需要測定制作硬幣的模板，再根據(jù)模板進行大規(guī)模復(fù)制。但在量子世界，這枚硬幣是“不確定”的，你根本沒法測量它，一測它，它下一秒就會發(fā)生變化，根本沒法復(fù)制。
再見“棱鏡門”
盡管至今還沒有更好的解釋，但量子糾纏的這種“不確定性”，正是量子通信得到重視的基礎(chǔ)。
如果這種特性應(yīng)用在通信技術(shù)上，就是天然的保密通信手段。
傳統(tǒng)的通信技術(shù)比如電話、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，都需要通過有線或者無線的終端傳輸信息，他人要竊聽你們的交流，只要復(fù)制整個對話過程就可以了，即使這段對話被加密了，只要連密碼也一起復(fù)制，再解密為正常通話即可。
想象一下，一旦通信中的信息和密碼用量子來承載，情況會發(fā)生什么變化？
由于量子糾纏的“不確定性”，只要有人在途中打算復(fù)制竊聽信息，一“碰”它的狀態(tài)就改變了，竊聽者拿到的只會是一堆毫無用處的信息。而且只要狀態(tài)一改變，信息的合法接收人員就能立刻知道它被人動過手腳。
除了“不確定性”，量子通信所具有的另一特性是量子糾纏的“超距離作用”，轉(zhuǎn)換到量子通信上來，即量子通信的“隱形傳輸”特性。
由于量子糾纏無視距離，即使完全被隔離的兩個粒子，同樣存在“心靈感應(yīng)”。所以將這種特性運用到量子通信上，就使得兩點的通信過程能在一瞬間同時完成，從根本上杜絕了被竊聽被截獲的可能。
如果擁有這種理論上幾乎絕對保密的通信技術(shù)，人們就可以和“棱鏡門”之類的竊聽計劃說再見了。
后來居上的中國隊
量子通信的概念最早由美國科學(xué)家貝內(nèi)特于1993年提出，在貝內(nèi)特之后，6位來自不同國家的科學(xué)家，基于量子糾纏理論，又提出了利用經(jīng)典物理學(xué)與量子物理學(xué)相結(jié)合的方法實現(xiàn)量子隱形傳輸?shù)姆桨浮?/p>
這套最初的基本方案認為，可以將某個粒子的未知量子態(tài)傳輸?shù)搅硪粋€地方，把另一個粒子制備到該量子態(tài)上，而原來的粒子仍留在原處。
由于可以與現(xiàn)有的通信技術(shù)相疊加，這套方案成了之后量子通信的基礎(chǔ)方案，在隨后的20年時間里，各國科學(xué)家和研究團隊針對量子隱形傳輸開展了激烈的競賽，最長傳輸距離的記錄一次又一次被打破。
值得一提的是，在這個新興的競爭領(lǐng)域，中國雖然屬于后來者，但研究進展卻出人意料地后來居上，達到世界先進水平。
比如作為國內(nèi)量子通信領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物，潘建偉的科研團隊2014年啟動了量子通信京滬干線的建設(shè)。
這個城際量子通信網(wǎng)絡(luò)總長2000多公里，連接北京和上海兩地，建成后將用于確保京滬兩地金融信息的安全傳輸。
城域和城際量子通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用并不是潘建偉的終極目標，在他看來，利用衛(wèi)星將城域和城際網(wǎng)絡(luò)連接起來，建設(shè)一個全球量子通信網(wǎng)絡(luò)，才能真正體現(xiàn)出量子通信技術(shù)的意義。
為了這個目標，潘建偉已經(jīng)準備了很多年。早在2005年，潘建偉的科研團隊在世界上首次實現(xiàn)了13公里的自由空間量子通信試驗，證實了星-地量子通信的可能性；2012年，他們又實現(xiàn)了世界上首次百公里級別自由空間量子隱形傳輸，為發(fā)射全球首顆量子通信衛(wèi)星奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
“墨子號”的成功發(fā)射，將我國自主研發(fā)的量子通訊設(shè)備帶上了太空，它將產(chǎn)生并發(fā)出光量子，與地面信號接收系統(tǒng)實現(xiàn)“針尖對麥芒”式超高精度對接。這意味著一個通信新時代――量子通信時代即將到來。全世界的通信方式，在不久之后都將發(fā)生翻天覆地的變化。
通信界的新霸主――量子通信
1993年，美國科學(xué)家貝內(nèi)特率先提出了量子通信的概念，此后，世界各國就掀起了一場在量子通信領(lǐng)域的科技競賽。
量子，是目前已探測到的微觀物理世界中最小的單位，它小到無法分割，卻存在許多不可思議的“特異功能”。
比如，快是量子的一大特色。兩個量子間的信息傳播速度，竟然可以達到光速的一萬倍！這是什么概念？太陽與地球的距離大約為1.5億千米，一束太陽光照射到地球表面需要大約8.3分鐘，而這么長的距離，兩個量子間的信息傳播只需0.048秒。愛因斯坦他老人家生前怎么也不信世上還有比光速更快的速度，但量子這匹速度界的黑馬，終于還是被后世的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了。
量子還有一項“特異功能”，那就是不可測量。它非常頑皮，一直處速運動狀態(tài)，如果科學(xué)家用工具控制它、非要它停下來對它進行觀察和測量，它就會改變原來的屬性――這一招式可形容為“魚死網(wǎng)破”“同歸于盡”。你不是要觀察我嗎？好呀，來吧，反正我已經(jīng)不是原來的我了！
量子的這些“特異功能”，讓科學(xué)家們看到了量子通信的無量前途――幾乎零損耗、零延時的超快速度；絕佳的保密性能――光是這兩點，就足以將傳統(tǒng)通信秒殺。
近二十多年來，在各國科學(xué)家的共同努力下，量子通信技術(shù)已取得了多項突破性進展。而“墨子號”成功發(fā)射后，將借助衛(wèi)星平臺，進行星地高速量子密鑰分發(fā)實驗，并在此基礎(chǔ)上進行廣域量子密鑰網(wǎng)絡(luò)實驗。它是空間量子通信實用化的一次重大嘗試。如果實驗成功，人類又向量子通信時代邁進了一大步。
不可破解的量子密鑰
在通信領(lǐng)域，“密鑰”一詞司空見慣。顧名思義，“密鑰”就是“秘密的鑰匙”，它是在明文轉(zhuǎn)換為密文或?qū)⒚芪霓D(zhuǎn)換為明文的算法中輸入的參數(shù)。然而“一物克一物”，容易受黑客威脅是密鑰的死穴。盡管密鑰經(jīng)歷了人工加密、機械編碼、計算機編碼的不斷更新迭代，但“棱鏡門”“蘋果門”事件，足以暴露現(xiàn)有密鑰的不安全性。
那么，世界上究竟有沒有一把誰都無法破解的密鑰呢？
有！它就是量子密鑰。
量子密鑰，是量子通信坐上通信“霸主”交椅的關(guān)鍵性技術(shù)之一。與傳統(tǒng)密鑰相比，量子密鑰的不二法門，就是將數(shù)字密碼儲存到特殊的量子信息中，并在量子線路中傳輸。由于量子具有不可被測量的“天性”，當黑客想暗中破解包含在量子中的密碼時，被改變的量子會立刻做出反應(yīng)，將它所包含的信息全部自動清空！這么一來，黑客們就跟一個費勁撬開門，然后發(fā)現(xiàn)屋子里空無一物的小偷一樣，最終一無所獲。
我們可以展望，在不久的未來，人們的手機、電腦等通信移動設(shè)備都將帶有“量子密鑰”，因此不必再擔心通話被竊聽、移動設(shè)備內(nèi)信息被盜。哪怕手機和電腦丟失，也不會再有泄密的隱患。而那時的“黑客”，恐怕將成為世界上最不景氣的一個職業(yè)――想窺探信息？問問“量子”同不同意！
飛一般的量子通信網(wǎng)絡(luò)
量子通信想要成為通信界的奧運全能健兒，做到信息傳播上的“更高、更快、更強”，還得有另一把“刷子”：量子糾纏。
量子糾纏，是量子間的一種神奇的關(guān)系，理論上，有共同來源的兩個量子，無論它們被分隔多遠，哪怕隔著一個太陽系，只要一個量子發(fā)生變化，另一個量子就會立刻感應(yīng)到，并且發(fā)生相應(yīng)變化。量子間這種完全沒有隔膜、千山萬水也阻隔不斷的“心靈感應(yīng)”，證實了宇宙空間里愛因斯坦所稱的“幽靈般的超距離作用”，同時，它引起了科學(xué)家們的無限遐想：依賴量子糾纏，在未來世界，我們是否就可以實現(xiàn)星系間的信息傳播呢？
盡管要實現(xiàn)跨星系的通信目前看來還“路漫漫其修遠兮”，但在地球上實現(xiàn)量子通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋，卻是近在眼前的事了。目前，中國已建立南、北、西多處近地空間科學(xué)衛(wèi)星接收站，并已規(guī)劃將在2020年，實現(xiàn)亞洲和歐洲之間的洲際量子密鑰分發(fā)。在2030年，建成全球化的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)。
如果這一切都能順利進展，量子通信網(wǎng)絡(luò)時代將不再是夢。到時候，人人都能體驗飛一般的網(wǎng)速，網(wǎng)絡(luò)卡殼的時代將一去不復(fù)返。
量子芯片，讓VR時代不是夢
你是否想過，有朝一日只要戴上一副小巧的眼鏡，就會想去哪里就去哪里，哪怕是穿越時空去到侏羅紀公園？
你是否想過，當你想念出差的爸爸媽媽時，只要用手在空中輕輕一劃，他們就會立刻出現(xiàn)在你面前？
你是否想過，從未來的某一天起你再也不用為感冒、發(fā)燒而跑醫(yī)院，一個可以隨身攜帶的私人醫(yī)生可以時刻照顧你的健康，一旦你的身體出現(xiàn)問題，它就會立即幫你修復(fù)？這不是白日做夢。對人類來說，科技一向是現(xiàn)實通向想象的階梯。只要我們能成功研發(fā)出高速度、高儲存、高智能的量子芯片，以上種種幻想都可能變成現(xiàn)實。
“量子芯片”，顧名思義，是應(yīng)用了量子技術(shù)的信息儲存設(shè)備。目前，科學(xué)家正在研究將石墨烯量子應(yīng)用到電腦芯片中，一旦實驗成功，擁有“量子大腦”的未來計算機，其運行速度有望達到目前的數(shù)萬億倍！到時候，別說現(xiàn)在的傳統(tǒng)電腦在量子電腦跟前要被秒殺，就是人腦，恐怕也要甘拜下風(fēng)了。
量子芯片的應(yīng)用，還使VR時代的到來變得可能。VR就是虛擬現(xiàn)實。要實現(xiàn)完美的虛擬現(xiàn)實體驗，計算機必須每秒處理高達5.2Gbit的數(shù)據(jù)量，時延要低于20ms，而目前的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和硬件設(shè)備，并不足以支撐完美的虛擬現(xiàn)實體驗。可是，當超快無損的量子通信網(wǎng)絡(luò)和量子芯片成為現(xiàn)實，那么，VR時代很快就會到來！
如果再配上4DVR眼鏡，那就更是妙不可言了！到時，人們可以看到任何想看到的，可以足不出戶游遍世界各地；可以隨時隨地觀看精彩的球賽，感覺就跟坐在比賽現(xiàn)場一樣；甚至還可以伸出手去撫摸眼前可愛的小狗――當然，它不會咬你，也不會被你抱起來，因為它是虛擬的。
和大量繁復(fù)的數(shù)字、沒有盡頭的實驗相比，對未知產(chǎn)生的好奇，才是科研路上最大的動力。目前，量子力學(xué)還存在有很多未解謎題，不過，已經(jīng)有人在研究量子理論這條道路上越走越開闊，而且他出發(fā)得比一般人還早。他就是北京航空航天大學(xué)博士生導(dǎo)師――張國鋒教授。
神秘大門透出的亮光
1999年山西大學(xué)本科畢業(yè)后，張國鋒師從梁九卿教授進行碩博連讀的學(xué)習(xí)。當時我國對量子信息的研究基本處于萌芽階段，梁九卿教授認為這將會是一個新的研究方向，在張國鋒的師兄師姐都跟著老師做磁宏觀量子效應(yīng)研究的時候，老師毅然決定讓他去湖南師范大學(xué)的暑期班里學(xué)習(xí)和量子理論相關(guān)的知識，量子信息這道神秘的大門緩緩打開。
張國鋒本碩博就讀的山西大學(xué)物理電子工程學(xué)院師資雄厚、設(shè)備齊全。碩博連讀期間，為拓展視野、豐富知識，他還專門前往中國科學(xué)院學(xué)習(xí)。在交通落后的情況下，北京、山西兩頭跑，校內(nèi)扎實的基礎(chǔ)知識以及校外新的理論知識的加固，使得張國鋒在量子信息基礎(chǔ)研究方面有了很大的提升。對張國鋒的聯(lián)合培養(yǎng)，中國科學(xué)院也承擔著重要的角色，博士畢業(yè)后，張國鋒到中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所進行博士后研究工作，在李樹深院士的指導(dǎo)下，張國鋒的研究興趣進一步拓寬到基于固態(tài)體系為載體的量子信息研究。從2006年到北京航空航天大學(xué)任教以來，更是把他的研究方向細化到光力耦合體系的量子物理相關(guān)問題。
在量子相關(guān)研究中，量子調(diào)控是國家的重大科研計劃，是構(gòu)建未來信息技術(shù)的理論基礎(chǔ)。張國鋒圍繞“如何制備、控制及應(yīng)用具有高魯棒性的量子糾纏態(tài)”這一科學(xué)問題展開了具體細致的工作，并取得了不錯的成績。
量子糾纏是量子力學(xué)的最神奇的特性之一。它描述了兩個粒子互相糾纏，即使相距遙遠，一個粒子的行為將會影響另一個的狀態(tài)。張國鋒形象地解釋了量子糾纏：“就像是手機用戶和移動聯(lián)通等簽的協(xié)議，也就是手機卡，當兩個粒子處于糾纏態(tài)，只有借助這個協(xié)議（糾纏態(tài)），才能進行量子通信?！鼻籓ED系統(tǒng)是目前最有前景的硬件系統(tǒng)之一，它被廣泛地應(yīng)用于量子態(tài)的制備和操控。為此，張國鋒系統(tǒng)考察了旋波近似下腔OED體系中的量子糾纏、量子關(guān)聯(lián)的產(chǎn)生與演化以及與量子相位之間的聯(lián)系。研究發(fā)現(xiàn)：量子糾纏猝死現(xiàn)象不僅依賴于體系初始態(tài)的糾纏，而且還依賴于初始態(tài)，且原子間偶極一偶極相互作用可以削弱這種現(xiàn)象，光場的損耗可以很明顯地延緩糾纏猝死。張國鋒在此基礎(chǔ)上就固態(tài)自旋體系提出了一套抑制量子糾纏猝死和量子態(tài)傳輸?shù)膬?yōu)化方案。
眾所周知，實現(xiàn)量子信息處理的必需資源是量子糾纏態(tài)。而量子糾纏態(tài)是非常脆弱的，張國鋒在前人研究工作的基礎(chǔ)上進一步探討了固態(tài)兩量子比特自旋模型中的熱糾纏，將自旋所處磁場分為均勻和非均勻兩部分，發(fā)現(xiàn)磁場的非均勻部分使量子糾纏的演化出現(xiàn)雙峰結(jié)構(gòu)，也詳細研究了Heisenberg交換相互作用對量子熱糾纏的臨界行為的影響。隨后更引發(fā)了國內(nèi)外關(guān)于量子熱糾纏的研究。
Dzyaloshinski-Moriya（DM）相互作用來自自旋軌道之間的耦合，是一種各項異性相互作用，在許多磁性材料中都存在。張國鋒將DM相互作用引入兩自旋量子比特鏈中，結(jié)合Heisenberg相互作用研究了DM相互作用對量子熱糾纏的影響，發(fā)現(xiàn)DM相互作用可以激發(fā)量子熱糾纏的產(chǎn)生，可以使鐵磁耦合的自旋體系成為好的量子態(tài)傳輸?shù)耐ǖ?，且能顯著提高態(tài)傳輸?shù)谋Ｕ娑?。以這一研究成果為代表的論文獲得“中國百篇最具影響國際學(xué)術(shù)論文”，被引150多次，為ESI高引論文。與此同時，張國鋒把自己的研究推廣到量子關(guān)聯(lián)，得到一些量子關(guān)聯(lián)度量量間的因子化公式，同時也比較了量子關(guān)聯(lián)和量子糾纏在實現(xiàn)量子算法、構(gòu)建量子邏輯門的異同。
神秘的量子世界透出的光讓張國鋒雀躍不已，他飽含熱情地走在研究量子世界的大道上，默默耕耘，靜靜享受這神秘帶來的不一樣的世界。
光亮指引前進的方向
一分耕耘一分收獲。張國鋒在量子研究這條道路上不僅收獲了具有創(chuàng)新意義的科研成果，而且多次主持包括國家自然科學(xué)基金青年基金、面上基金等項目在內(nèi)的多項科研項目；發(fā)表多篇代表性論文，并多次被他引；在教學(xué)上成果也很顯著，多次獲得各種校內(nèi)優(yōu)秀教師獎勵。
但是張國鋒并沒有止步于此，神秘的量子世界還等待著他去進一步破解其中的奧秘，在長期量子光學(xué)基礎(chǔ)理論、自旋模型中量子糾纏、量子關(guān)聯(lián)動力學(xué)研究的相關(guān)基礎(chǔ)上，依托北航和中科院的兩個重點實驗室和三個重量級的研究團隊共同合作，將就全耦合區(qū)量子比特與光場動力學(xué)行為及應(yīng)用這一熱點問題展開深入研究。
構(gòu)造量子比特是量子信息處理的首要，實現(xiàn)量子比特有很多種物理方案，量子比特與光場相互作用體系是量子光學(xué)甚至凝聚態(tài)物理的一個重要研究內(nèi)容，同時也是實現(xiàn)量子計算的重要途徑。看見量子世界發(fā)出的神秘的光，張國鋒對接下來的工作重心有了清晰的規(guī)劃：（1）進一步求解兩量子比特與光場相互作用強耦合體系的動力學(xué)演化，尤其是兩個量子比特的閂abi模型的近似求解；（2）根據(jù)系統(tǒng)演化性質(zhì)，選擇合適的初始條件和反應(yīng)時間，構(gòu)建超快兩量子比特邏輯門和進行相干量子態(tài)的超快傳輸?shù)妊芯?；?）尋找新奇的特殊量子本征態(tài)，并通過研究包括耗散在內(nèi)的動力學(xué)，考察這些具有特殊性質(zhì)的量子態(tài)（比如：暗態(tài)）在量子信息中的應(yīng)用。張國鋒不僅把自己接下來的工作定位在這三方面，還就這三方面的研究擬定了初步研究方案。
將選取量子比特與光場相互作用體系為研究對象，屬量子光學(xué)及凝聚態(tài)物理以及其它許多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的模型，尤其是近年來隨著強耦合在實驗上的實現(xiàn)，Rabi及類Rabi模型的簡潔易實驗參考的解和長時間動力學(xué)及相關(guān)應(yīng)用的研究更顯得日益重要。張國鋒打算通過研究，得到全耦合區(qū)體系動力學(xué)演化規(guī)律，尋求特殊的類似“暗態(tài)”的新奇量子態(tài)，并預(yù)測其在量子信息中的應(yīng)用，最終為設(shè)計新型量子器件提供理論支持。
【關(guān)鍵詞】：量子通信技術(shù)；電力信息；保密傳輸；應(yīng)用
1、技術(shù)原理
1.1量子通信原理
量子通信技術(shù)以量子密鑰分配技術(shù)為基礎(chǔ)，該技術(shù)利用單光子不可分割、量子態(tài)不可復(fù)制的特性實現(xiàn)通信、雙方的安全密鑰分配，結(jié)合“一次一密”實現(xiàn)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(tài)。不同于傳統(tǒng)數(shù)字光通信，量子通信能夠?qū)⑿畔⒕幋a并加載到單光子的振動方向上，根據(jù)單光子不可分割、量子態(tài)不可復(fù)制的特性，量子狀態(tài)是無法被精確復(fù)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(tài)造成擾動，實現(xiàn)了通信雙方對數(shù)據(jù)傳輸?shù)臓顟B(tài)監(jiān)視，能夠察覺到數(shù)據(jù)被竊聽并進行規(guī)避。因此，通過量子狀態(tài)的傳輸，雙方可根據(jù)量子狀態(tài)協(xié)商將其轉(zhuǎn)化為二進制數(shù)，形成完全隨機的加密密鑰，以實現(xiàn)對原數(shù)據(jù)“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(shù)據(jù)的安全性。
1.2量子加密系統(tǒng)
量子保密通信系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的基本模型如圖1所示。該系統(tǒng)需要兩種信道，一種是業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)原來傳輸所用的經(jīng)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(fā)送單光子量子態(tài)的判斷，將量子態(tài)按協(xié)商的規(guī)律轉(zhuǎn)為二進制碼，因為單光子的狀態(tài)發(fā)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(shù)據(jù)與密鑰進行“一次一密”，加密后經(jīng)發(fā)送機在原來的經(jīng)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(tǒng)基本模型
2、量子通信技術(shù)的應(yīng)用
2.1應(yīng)用場景
將量子通信技術(shù)應(yīng)用于電力信息系統(tǒng)中，可實現(xiàn)對電力生產(chǎn)業(yè)務(wù)和管理信息業(yè)務(wù)的信息數(shù)據(jù)傳輸保護。首先，針對電力行業(yè)中的電網(wǎng)生產(chǎn)業(yè)務(wù)進行數(shù)據(jù)加密傳輸，實現(xiàn)對電網(wǎng)生產(chǎn)的安全保護。如涉及電網(wǎng)生產(chǎn)的保護、安控、調(diào)度電話、調(diào)度自動化等，這些數(shù)據(jù)網(wǎng)是電力安全生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)，承載著電網(wǎng)生產(chǎn)運行的實時狀態(tài)與控制指令，對電網(wǎng)的安全運行具有重要意義。采用量子通信方式保護電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、配網(wǎng)自動化等，可實現(xiàn)電力生產(chǎn)信息的安全傳輸。其次，電力系統(tǒng)企業(yè)管理信息，如企業(yè)人力資源、辦公系統(tǒng)、郵件系統(tǒng)、電視電話系統(tǒng)、營銷系統(tǒng)等，承載著重要敏感數(shù)據(jù)，對電網(wǎng)的穩(wěn)定運行也起著重要支撐作用，這些數(shù)據(jù)的泄露會導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)的危險。因此在該場景下，利用量子加密技術(shù)M行數(shù)據(jù)傳輸保護同樣具備可行性。最后，電力數(shù)據(jù)的信息災(zāi)備是保障電網(wǎng)安全的最后一道防線，當出現(xiàn)自然原因或人為因素導(dǎo)致電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)癱瘓時，異地的信息數(shù)據(jù)災(zāi)備就起了重要作用，及時的數(shù)據(jù)恢復(fù)能夠保證電力系統(tǒng)的正常運行。所以對于電力系統(tǒng)異地或同城的數(shù)據(jù)災(zāi)備，仍然也需要高可靠的加密方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全保護。同樣量子保密通信系統(tǒng)可應(yīng)用于該場景中。
2.2物理架構(gòu)部署
對于目前的量子保密通信系統(tǒng)，除經(jīng)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(shù)發(fā)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?shù)墓饫w不能經(jīng)過光放大器、光交換、路由器等設(shè)備，只能通過物理方式進行跳接，且不能與其他承載業(yè)務(wù)共用光纖。所以若在電力行業(yè)應(yīng)用量子通信技術(shù)，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(nèi)，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(chǎn)生精確度的缺失。為實現(xiàn)遠距離的量子通信，就必須建立中繼站實現(xiàn)量子密鑰的中轉(zhuǎn)，保證發(fā)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(tǒng)量子通信網(wǎng)規(guī)劃
第一，利用量子科學(xué)實驗衛(wèi)星，建立遠距離、跨大區(qū)，甚至跨大洲的國際量子通信互聯(lián)網(wǎng)。根據(jù)目前國家已部署的量子衛(wèi)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(lián)試點，實現(xiàn)東西部的電力信息傳輸，并作為東西部其他城域網(wǎng)接入的集合點。同時，利用國家建立的京滬干線，實現(xiàn)電力系統(tǒng)在京滬主干線的接入，完成南北部互通，并在京滬沿線將經(jīng)過的各網(wǎng)省以量子通信方式接入，實現(xiàn)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(nèi)的量子通信網(wǎng)，對電力重要業(yè)務(wù)的保護進行驗證和應(yīng)用，為后續(xù)量子通信在電力行業(yè)的廣泛應(yīng)用提供試點基礎(chǔ)。利用國家建立的城市量子通信實驗網(wǎng)資源并考慮政治、經(jīng)濟重要地區(qū)，可選取北京、濟南、合肥、上海等地自主建立區(qū)域量子通信網(wǎng)絡(luò)。
結(jié)語
量子通信技術(shù)作為信息通信領(lǐng)域重要的發(fā)展方向，探索其在電力信息系統(tǒng)中的應(yīng)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(shù)原理和應(yīng)用現(xiàn)狀進行分析，并結(jié)合電力行業(yè)中對重要數(shù)據(jù)的安全傳輸需求性，提出將量子通信技術(shù)應(yīng)用于電力信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)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(tǒng)的數(shù)據(jù)安全提供了一種可適用的解決方案。通過對電力行業(yè)的現(xiàn)狀分析，提出了量子通信在電力行業(yè)的適用場景，為后續(xù)的實際建設(shè)和驗證提供了指導(dǎo)方向。同時針對目前存在的問題給出了后續(xù)的建議和量子通信網(wǎng)的建設(shè)規(guī)劃。
【參考文獻】：
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傳統(tǒng)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(fù)雜度的經(jīng)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(shè)。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(shù)。公鑰加密技術(shù)，簡單的說，就是拿兩個很大的質(zhì)數(shù)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(zhì)數(shù)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(zhì)數(shù)，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(xiàn)，讓基于大數(shù)因子分解的公鑰加密技術(shù)變得越來越脆弱。
這就是為什么在通信技術(shù)如此發(fā)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(tǒng)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(fā)克服了經(jīng)典加密技術(shù)內(nèi)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(yīng)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(tài)不可克隆，可以實現(xiàn)抵御任何竊聽的密鑰分發(fā)，進而能保證用其加密的內(nèi)容不可破譯。量子通信是經(jīng)典信息論和量子力學(xué)相結(jié)合的一門新興交叉學(xué)科，與成熟的通信技術(shù)相比，量子通信具有巨大的優(yōu)越性，具有保密性強、大容量、遠距離傳輸?shù)忍攸c。量子通信不僅在軍事、國防等領(lǐng)域具有重要的作用，而且會極大地促進國民經(jīng)濟的發(fā)展。
量子通信的科學(xué)原理
一個物理量如果不能連續(xù)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(xù)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(xué)描述世界的語言與經(jīng)典力學(xué)有根本區(qū)別。經(jīng)典力學(xué)描述一個物體的狀態(tài)，會給出它的明確位置；量子力學(xué)描述一個微觀粒子的狀態(tài)，給出的則是疊加態(tài)――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(shù)，一個孫悟空同時出現(xiàn)在多個地方，孫悟空的各個分身就像是他的疊加態(tài)。在通信領(lǐng)域，經(jīng)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(tài)。量子疊加原理導(dǎo)致了量子不可克隆原理：在量子力學(xué)中，不可能實現(xiàn)對一個未知量子態(tài)的精確復(fù)制，這是量子通信達到“無條件安全”的基本科學(xué)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(xué)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(xiàn)象叫量子糾纏，這一現(xiàn)象被愛因斯坦稱為“詭異的互動性”。科學(xué)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(tǒng)的基礎(chǔ)。
任何竊聽都會擾動量子態(tài)
任何經(jīng)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(jiān)聽谷歌、雅虎用戶的通信，不需要侵入兩家公司的數(shù)據(jù)中心，只需截取光纜、電纜中傳輸?shù)男畔⒓纯?。這些跨國企業(yè)的數(shù)據(jù)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(jīng)典加密手段，也不能確保信息安全。
與經(jīng)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(tài)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(tài)無法被精確復(fù)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(guī)避。通過量子態(tài)傳輸，通信雙方協(xié)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(xiàn)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(shù)年內(nèi)量子通信將大規(guī)模應(yīng)用
未來數(shù)年內(nèi)，量子通信將實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。經(jīng)典通信的硬件設(shè)施不會被取代，只需在原有設(shè)施上“錦上添花”――在通信發(fā)送端和接收端安裝單光子探測器、量子網(wǎng)關(guān)等量子加密設(shè)備，即可在電話、傳真、光纖網(wǎng)絡(luò)等原有通信網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)量子通信，安全性大幅提升。
Sergei M. Chumakov
A GroupTheoretical
Approach to Quantum
Optics
2009, 322pp.
Hardcover
ISBN 9783527408795
WileyVCH
A.B.克利莫夫等著
由于實驗技術(shù)的發(fā)展,量子光學(xué)作為物理學(xué)的一個分支,在過去的幾年內(nèi)獲得了迅速的發(fā)展。目前人們已經(jīng)能夠產(chǎn)生并探測單個光子,并且可以研究在超導(dǎo)諧振腔中的單個原子。現(xiàn)今,諸如冷離子、玻色-愛因斯坦凝聚物、量子信息及量子計算之類的量子光學(xué)應(yīng)用推動了對量子系統(tǒng)聚合性的研究。已經(jīng)有多本有關(guān)量子光學(xué)的教科書問世,它們都涉及了經(jīng)典的量子光學(xué)課題,如量子場理論、原子系統(tǒng)理論、它們之間的基本相互作用過程以及共振熒光性、激光理論等應(yīng)用。
本書是對量子光學(xué)代數(shù)方法產(chǎn)生結(jié)果的全面總結(jié),它分析了量子光學(xué)中精選的課題,把焦點放在了以群論的角度分析原子場相互作用上,并且利用代數(shù)語言討論了主要的量子光學(xué)模型。所有的結(jié)果明確無誤地示范了把代數(shù)方法應(yīng)用于量子光學(xué)的優(yōu)點,同時通過每一章結(jié)尾的大量練習(xí)題來說明這一點。
本書共有11章。1.原子運動學(xué);2.原子動力學(xué);3.量子化電磁場;4.場動力學(xué);在第5-10章,作者描述了原子場相互作用的不同模型,詳盡地討論了JaynesCummings模型和Dicke模型,以及它們的推廣。其中包括了利用不同類型代數(shù)微擾理論的耗散情況。5.JaynesCummings模型;6.群體相互作用;7.強量子場中的系統(tǒng);8.超出旋轉(zhuǎn)波近似的量子系統(tǒng);9.模型與耗散;10.量子光學(xué)中的準分布;11.附錄。6個附錄提供了有磁李群和李代數(shù)的理論和它們的表示等必要的信息。
本書的兩位作者都是墨西哥瓜達拉哈拉大學(xué)物理系教授。第一作者是莫斯科物理與技術(shù)學(xué)院理論物理博士,曾在列別捷夫物理研究所工作過。第二作者是前蘇聯(lián)科學(xué)院列別捷夫物理研究所理論及數(shù)學(xué)物理博士。他們都曾在墨西哥國立大學(xué)工作過。對于從事量子光學(xué)、量子信息和原子物理專業(yè)工作的研究生和研究人員而言,本書是一本出色的參考書。
胡光華,高級軟件工程師
(原中國科學(xué)院物理學(xué)研究所)
關(guān)鍵詞：量子阱；器件；紅外探測器；激光器；
1 引言
量子阱器件，即指采用量子阱材料作為有源區(qū)的光電子器件，材料生長一般是采用MOCVD外廷技術(shù)。這種器件的特點就在于它的量子阱有源區(qū)具有準二維特性和量子尺寸效應(yīng)。二維電子空穴的態(tài)密度是臺階狀分布，量子尺寸效應(yīng)決定了電子空穴不再連續(xù)分布而是集中占據(jù)著量子化第一子能級，增益譜半寬大為降低、且價帶上輕重空穴的簡并被解除，價帶間的吸收降低。
2 量子阱器件基本原理
2.1 量子阱基本原理[1]
半導(dǎo)體超晶格是指由交替生長兩種半導(dǎo)體材料薄層組成的一維周期性結(jié)構(gòu).以GaAs／AlAs半導(dǎo)體超晶格的結(jié)構(gòu)為例:在半絕緣GaAs襯底上沿[001]方向外延生長500nm左右的GaAs薄層，而交替生長厚度為幾埃至幾百埃的AlAs薄層。這兩者共同構(gòu)成了一個多層薄膜結(jié)構(gòu)。GaAs的晶格常數(shù)為0.56351nm，AlAs的晶格常數(shù)為0.56622nm。由于AlAs的禁帶寬度比GaAs的大，AlAs層中的電子和空穴將進入兩邊的GaAs層，“落入”GaAs材料的導(dǎo)帶底，只要GaAs層不是太薄，電子將被約束在導(dǎo)帶底部，且被阱壁不斷反射。換句話說，由于GaAs的禁帶寬度小于AlAs的禁帶寬度，只要GaAs層厚度小到量子尺度，那么就如同一口阱在“吸引”著載流子，無論處在其中的載流子的運動路徑怎樣，都必須越過一個勢壘，由于GaAs層厚度為量子尺度，我們將這種勢阱稱為量子阱.
當GaAs和AlAs沿Z方向交替生長時，圖2描繪了超晶格多層薄膜結(jié)構(gòu)與相應(yīng)的的周期勢場。其中a表示AlAs薄層厚度(勢壘寬度)，b表示薄層厚度(勢阱寬度)。如果勢壘的寬度較大，使得兩個相鄰勢阱中的電子波函數(shù)互不重疊，那么就此形成的量子阱將是相互獨立的，這就是多量子阱。多量子阱的光學(xué)性質(zhì)與單量子阱的相同，而強度則是單量子阱的線性迭加。另一方面，如果兩個相鄰的量子阱間距很近，那么其中的電子態(tài)將發(fā)生耦合，能級將分裂成帶，并稱之為子能帶。而兩個相鄰的子能帶
之間又存在能隙，稱為子能隙。通過人為控制這些子能隙的寬度與子能帶，使得半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出多種多樣的宏觀性質(zhì)。
2.2 量子阱器件[2]
量子阱器件的基本結(jié)構(gòu)是兩塊N型GaAs附于兩端，而中間有一個薄層，這個薄層的結(jié)構(gòu)由AlGaAs-GaAs-AlGaAs的復(fù)合形式組成，。
在未加偏壓時，各個區(qū)域的勢能與中間的GaAs對應(yīng)的區(qū)域形成了一個勢阱，故稱為量子阱。電子的運動路徑是從左邊的N型區(qū)(發(fā)射極)進入右邊的N型區(qū)(集電極)，中間必須通過AlGaAs層進入量子阱，然后再穿透另一層AlGaAs。
量子阱器件雖然是新近研制成功的器件，但已在很多領(lǐng)域獲得了應(yīng)用，而且隨著制作水平的提高，它將獲得更加廣泛的應(yīng)用。 3 量子阱器件的應(yīng)用
3.1 量子阱紅外探測器[3]
量子阱紅外探測器(QWIP)是20世紀90年展起來的高新技術(shù)。與其他紅外技術(shù)相比，QWIP具有響應(yīng)速度快、探測率與HgCdTe探測器相近、探測波長可通過量子阱參數(shù)加以調(diào)節(jié)等優(yōu)點。而且，利用MBE和MOCVD等先進工藝可生長出高品質(zhì)、大面積和均勻的量子阱材料，容易做出大面積的探測器陣列。正因為如此，量子阱光探測器，尤其是紅外探測器受到了廣泛關(guān)注。
QWIP是利用摻雜量子阱的導(dǎo)帶中形成的子帶間躍遷，并將從基態(tài)激發(fā)到第一激發(fā)態(tài)的電子通過電場作用形成光電流這一物理過程，實現(xiàn)對紅外輻射的探測。通過調(diào)節(jié)阱寬、壘寬以及AlGaAs中Al組分含量等參數(shù)，使量子阱子帶輸運的激發(fā)態(tài)被設(shè)計在阱內(nèi)(束縛態(tài))、阱外(連續(xù)態(tài))或者在勢壘的邊緣或者稍低于勢壘頂(準束縛態(tài))，以便滿足不同的探測需要，獲得最優(yōu)化的探測靈敏度。因此，量子阱結(jié)構(gòu)設(shè)計又稱為“能帶工程”是QWIP最關(guān)鍵的一步。另外，由于探測器只吸收輻射垂直與阱層面的分量，因此光耦合也是QWIP的重要組成部分。
3.2 量子阱在光通訊方面的應(yīng)用
光通信是現(xiàn)代通信的主要方式，光通訊的發(fā)展需要寬帶寬、高速、大容量的光發(fā)射機和光接收機，這些儀器不僅要求其體積小，質(zhì)量高，同時又要求它成本低，能夠大規(guī)模應(yīng)用，為了達到這些目的，光子集成電路(PIC’S)和光電子集成電路(OEIC’S)被開發(fā)出來。但是，通常光子集成電路和光電子集成電路是采用多次光刻，光柵技術(shù)、干濕法腐蝕技術(shù)、多次選擇外延生長MOCVD或MBE等復(fù)雜工藝，從而可能使銜接部位晶體質(zhì)量欠佳和器件間的耦合效率低下，影響了有源器件性能和可靠性。
近20年來發(fā)展了許多選擇量子阱無序或稱之為量子阱混合(QWI)的新方法，目的在于量子阱一次生長(MOCVD-QW)后，獲得在同一外延晶片上橫向不同區(qū)域具有不同的帶隙、光吸收率、光折射率和載流子遷移率，達到橫向光子集成和光電子集成的目的，這樣就避免了多次生長和反復(fù)光刻的復(fù)雜工藝。
4 結(jié)語
半導(dǎo)體超晶格和量子阱材料是光電材料的最新發(fā)展，量子阱器件的優(yōu)越性使得它活躍在各種生產(chǎn)和生活領(lǐng)域。目前，在光通信、激光器研制、紅外探測儀器等方面，量子阱器件都得到了廣泛的應(yīng)用。隨之科學(xué)技術(shù)的不斷進步，我們相信，半導(dǎo)體超晶格和量子阱材料必然在更多領(lǐng)域發(fā)揮其獨特的作用。
參考文獻：
[1]陸衛(wèi)，李寧，甄紅樓等．紅外光電子學(xué)中的新族—量子阱紅外探測器［J］．中國科學(xué)，2009，39(3)：336～343．
[2]杜鵬，周立慶．面向工程化應(yīng)用的量子阱紅外探測材料制備研究［J］．激光與紅外，2010，40(11)：1215～1219．