時(shí)間：2023-06-19 16:29:29
導(dǎo)語(yǔ)：在量子科學(xué)應(yīng)用的撰寫(xiě)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(shū)資料系列職稱評(píng)定；科學(xué)計(jì)量學(xué)指標(biāo)；應(yīng)用
0 前言
圖書(shū)資料系列職稱評(píng)定已經(jīng)進(jìn)行了四十幾年，對(duì)提高圖書(shū)館工作人員的工作主動(dòng)性、積極性，以及促進(jìn)圖書(shū)館事業(yè)的快速發(fā)展具有至關(guān)重要的作用，是圖書(shū)館一項(xiàng)重要的人力資源管理以及激勵(lì)措施。但是，隨著圖書(shū)館行業(yè)的快速發(fā)展，以及計(jì)算機(jī)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(shū)館事業(yè)面臨著轉(zhuǎn)型發(fā)展的現(xiàn)狀，圖書(shū)資料系列職稱評(píng)定出現(xiàn)了許多問(wèn)題，通過(guò)將科學(xué)計(jì)量指標(biāo)應(yīng)用在圖書(shū)資料系列職稱評(píng)定中，能夠有效地解決圖書(shū)資料系列職稱評(píng)定存在的問(wèn)題，創(chuàng)造更加公平、公正的職稱評(píng)定環(huán)境，更好地促進(jìn)圖書(shū)館事業(yè)的穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展。
1 圖書(shū)資料系列職稱評(píng)定存在的問(wèn)題分析
1.1 職稱終身制不利于圖書(shū)館的發(fā)展
目前，許多圖書(shū)資料系列職稱評(píng)定都采用職稱終身制度，即一朝擁有職稱，則終身?yè)碛新毞Q。該種職稱評(píng)定制度存在的問(wèn)題在于，當(dāng)圖書(shū)館的工作人員獲得了高級(jí)職稱之后，對(duì)工作將不會(huì)再盡職盡責(zé)，對(duì)圖書(shū)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(shū)館工作人員的鐵飯碗，不再為職稱的事情考慮。同時(shí)，我國(guó)圖書(shū)館中的中級(jí)、高級(jí)職稱人員的數(shù)量相抵較少，并且年齡相對(duì)較大，導(dǎo)致高素質(zhì)的年輕工作人員無(wú)法脫穎而出，影響年輕工作人員的工作積極性和主動(dòng)性，不利于圖書(shū)館的發(fā)展。
1.2 職稱評(píng)審尺度把握存在問(wèn)題
目前，許多圖書(shū)資料系列職稱評(píng)定的硬性評(píng)定尺度現(xiàn)象比較突出，通常將外語(yǔ)水平、計(jì)算機(jī)水平、論文要素以及學(xué)歷要素等作為硬性評(píng)審指標(biāo)，以論文要素為例，職稱的評(píng)審只采用是否在“ISSN”、“CN”刊號(hào)的公開(kāi)刊物中，并且許多圖書(shū)館的職稱評(píng)審只將這一原則作為職稱評(píng)審的唯一指標(biāo)，但是缺乏對(duì)論文質(zhì)量水平的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，這就會(huì)導(dǎo)致圖書(shū)資料系列職稱評(píng)定出現(xiàn)魚(yú)目混珠的問(wèn)題，影響圖書(shū)館的發(fā)展。
1.3 職稱評(píng)定缺乏規(guī)范性和標(biāo)準(zhǔn)化
我國(guó)的圖書(shū)館事業(yè)發(fā)展具有明顯的地區(qū)差異，在經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)的地區(qū)，政府以及其他部門對(duì)圖書(shū)館事業(yè)的扶持和投入力度相對(duì)較大，圖書(shū)館的發(fā)展也相對(duì)較好，而在經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)落后的地區(qū)，圖書(shū)館的發(fā)展速度相對(duì)緩慢。由于存在發(fā)展不均衡的問(wèn)題，這就導(dǎo)致圖書(shū)資料系列職稱評(píng)定存在明顯的地區(qū)差異，缺乏標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范性的職稱評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。例如，某些省市在評(píng)定圖書(shū)館系列職稱時(shí)需要有課題項(xiàng)目，而有的省市則不需要，有的省市實(shí)行以考代評(píng)的方式，而有的省市則采用評(píng)聘分開(kāi)的方式，這種差異性的職稱評(píng)定，不利于圖書(shū)館事業(yè)的發(fā)展。
2 科學(xué)計(jì)量學(xué)指標(biāo)在圖書(shū)資料系列職稱評(píng)定中的應(yīng)用分析
2.1 科學(xué)計(jì)量學(xué)指標(biāo)在圖書(shū)資料系類職稱評(píng)定中應(yīng)用的初探
科學(xué)計(jì)量學(xué)指標(biāo)在國(guó)外已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，在我國(guó)圖書(shū)資料系列職稱評(píng)定中的應(yīng)用還處在初級(jí)階段。通過(guò)將科學(xué)計(jì)量學(xué)指標(biāo)應(yīng)用在圖書(shū)資料系列職稱評(píng)定中，能夠利用科學(xué)計(jì)量學(xué)指標(biāo)的科研評(píng)價(jià)功能，能夠有效地解決傳統(tǒng)職稱評(píng)定存在的問(wèn)題。根據(jù)圖書(shū)資料工作的范圍以及特點(diǎn)，科學(xué)計(jì)量學(xué)指標(biāo)在圖書(shū)資料系列職稱評(píng)定中應(yīng)用的評(píng)定指標(biāo)包括五個(gè)方面：文獻(xiàn)檢索課教學(xué)、圖書(shū)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(jiǎng)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(jiǎng)主要體現(xiàn)圖書(shū)館工作人員的科研水平，組織管理工作、文獻(xiàn)檢索課教學(xué)、圖書(shū)資料業(yè)務(wù)工作主要體現(xiàn)圖書(shū)館工作人員的業(yè)務(wù)水平，由于不同地區(qū)、不同圖書(shū)館的實(shí)際狀況不盡相同。因此，對(duì)于業(yè)務(wù)水平的評(píng)定指標(biāo)也存在一定的差異。通過(guò)采用科學(xué)計(jì)量學(xué)指標(biāo)對(duì)圖書(shū)資料系列職稱進(jìn)行評(píng)定，能夠有效地解決評(píng)定指標(biāo)不統(tǒng)一的問(wèn)題。
2.2 科學(xué)計(jì)量學(xué)指標(biāo)在圖書(shū)資料系列職稱評(píng)定中的應(yīng)用要點(diǎn)
（1）創(chuàng)建合理的科學(xué)計(jì)量學(xué)指標(biāo)體系。通過(guò)創(chuàng)建科學(xué)、合理的科學(xué)計(jì)量學(xué)指標(biāo)體系，能夠保證科學(xué)計(jì)量學(xué)指標(biāo)在圖書(shū)資料系列職稱評(píng)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(shū)資料系列職稱評(píng)定工作變得更加合理。因此，在創(chuàng)建了科學(xué)的計(jì)量學(xué)指標(biāo)體系之后，在保證指標(biāo)體系穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，應(yīng)該根據(jù)圖書(shū)館的具體狀況對(duì)分值和權(quán)重進(jìn)行調(diào)整，以此引導(dǎo)人們進(jìn)行科研與業(yè)務(wù)工作，即如果圖書(shū)館的圖書(shū)館想要提高圖書(shū)資料人員的科研水平，應(yīng)該通過(guò)提高科研工作的分值與權(quán)重，多在國(guó)內(nèi)核心期刊或者國(guó)際性期刊上發(fā)表高質(zhì)量的文章。
（2）科學(xué)計(jì)量學(xué)指標(biāo)與終身職稱制度問(wèn)題。我國(guó)許多圖書(shū)館的圖書(shū)資料系列職稱終身制度現(xiàn)象，這對(duì)圖書(shū)館的發(fā)展非常不利。通過(guò)將科學(xué)計(jì)量學(xué)指標(biāo)應(yīng)用在圖書(shū)資料系列職稱評(píng)定中，能夠?qū)崿F(xiàn)評(píng)聘分開(kāi)制度，不僅在職稱評(píng)審的過(guò)程需要進(jìn)行科學(xué)地量化評(píng)定，在任聘期間也需要進(jìn)行科學(xué)地量化評(píng)定，能夠從體制上改變現(xiàn)行的圖書(shū)資料系列職稱終身制度的問(wèn)題。
（3） 平衡圖書(shū)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(píng)定圖書(shū)館單位工作水平的兩個(gè)重要指標(biāo)，科學(xué)計(jì)量學(xué)指標(biāo)采用專業(yè)技術(shù)職稱評(píng)定方式，對(duì)評(píng)定圖書(shū)館單位工作人員的科研成果是科學(xué)、有效的，但是對(duì)于評(píng)定圖書(shū)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(jì)量學(xué)指標(biāo)在圖書(shū)資料系列職稱評(píng)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(shū)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(jìn)，尋找業(yè)務(wù)水平和科研水平的平衡點(diǎn)。圖書(shū)館應(yīng)該強(qiáng)調(diào)圖書(shū)館工作人員的實(shí)踐性，將科研能力水平高，并且具有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的圖書(shū)館工作人員評(píng)定為“高級(jí)館員”，但是“高級(jí)館員”的數(shù)量有限，不能超過(guò)圖書(shū)館總?cè)藬?shù)的1/4，通過(guò)采用這種方法，能夠起到激勵(lì)青年員工，將“高級(jí)館員”作為圖書(shū)館單位的模范代表，促使優(yōu)秀的青年員工同時(shí)提高業(yè)務(wù)水平和科研水平。同時(shí)，制定明確的職稱晉升制度，當(dāng)工作人員獲得“高級(jí)館員”兩年之后，具備評(píng)定“副研究館員”的資格，當(dāng)獲得了“副研究館員”的資格后則具備評(píng)定“研究館員”的資格，這對(duì)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(yǔ)
我國(guó)一部分圖書(shū)事業(yè)單位的圖書(shū)資料系列職稱評(píng)定工作還存在許多問(wèn)題，嚴(yán)重地限制了圖書(shū)館的發(fā)展進(jìn)程。通過(guò)將科學(xué)計(jì)量學(xué)指標(biāo)應(yīng)用在圖書(shū)資料系列職稱評(píng)定中，能夠有效地解決上述問(wèn)題，并且隨著科學(xué)計(jì)量學(xué)指標(biāo)體系的不斷發(fā)展與完善，能夠?yàn)槲覈?guó)圖書(shū)館不同階段的圖書(shū)資料系列職稱評(píng)定工作提供重要的參考，促進(jìn)圖書(shū)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(xiàn)：
[1] 鄭淑萍.圖書(shū)系列職稱評(píng)定現(xiàn)狀及對(duì)策[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2011，12（25）：95-96.
[2] 袁寶龍.從圖書(shū)館學(xué)發(fā)展的角度看圖書(shū)館職稱制度改革的必要性[J].新世紀(jì)圖書(shū)館，2013，9（20）：156-157.
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(hào)：O41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2013）15-0001-02
量子物理是人們認(rèn)識(shí)微觀世界結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，它的建立帶來(lái)了一系列重大的技術(shù)應(yīng)用，使社會(huì)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(yùn)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(dāng)前各國(guó)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(dá)到物理極限，同時(shí)信息安全、隱私問(wèn)題等越來(lái)越突出。2013年5月美國(guó)“棱鏡門”事件的爆發(fā)，引發(fā)了對(duì)保護(hù)信息安全的高度重視，將成為推動(dòng)量子物理科學(xué)與現(xiàn)代信息技術(shù)的交融和相互促進(jìn)發(fā)展的契機(jī)。因此，充分認(rèn)識(shí)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(jìn)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(cè)不準(zhǔn)原理。在量子力學(xué)中，任何兩組不可同時(shí)測(cè)量的物理量是共扼的，滿足互補(bǔ)性。在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，對(duì)其中一組量的精確測(cè)量必然導(dǎo)致另一組量的完全不確定，只能精確測(cè)定兩者之一。
2）量子不可克隆定理。在量子力學(xué)中，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)各未知量子態(tài)的精確復(fù)制，因?yàn)橐獜?fù)制單個(gè)量子就只能先作測(cè)量，而測(cè)量必然改變量子的狀態(tài)，無(wú)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(gè)可能態(tài)。如果一個(gè)量子事件能夠用兩個(gè)或更多可分離的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，那么系統(tǒng)的態(tài)就是每一可能方式的同時(shí)迭加。
4）量子糾纏原理。是指微觀世界里，有共同來(lái)源的兩個(gè)微觀粒子之間存在著糾纏關(guān)系，不管它們距離多遠(yuǎn)，只要一個(gè)粒子狀態(tài)發(fā)生變化，另一個(gè)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(wú)論何時(shí)何地，都能“感應(yīng)”對(duì)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(gè)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的帶頭學(xué)科并成為整個(gè)自然科學(xué)的基礎(chǔ)，成為推動(dòng)整個(gè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的最主要的動(dòng)力和源泉。量子力學(xué)是20世紀(jì)初期為了解決物理上的一些疑難問(wèn)題而建立起來(lái)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(yàn)事實(shí)，而且還開(kāi)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(jì)算機(jī)、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(shuō)，從電話的發(fā)明到互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)通信，從晶體管的發(fā)明到高速計(jì)算機(jī)技術(shù)的成熟，量子物理開(kāi)辟了一種全新的信息技術(shù)，使人類進(jìn)人信息化的新時(shí)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(dá)到物理極限。因此，現(xiàn)代信息技術(shù)的突破，實(shí)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(dòng)力學(xué)理論，經(jīng)過(guò)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(dāng)今世界各國(guó)研究發(fā)展的熱點(diǎn)領(lǐng)域。因此，未來(lái)的信息技術(shù)將是應(yīng)用到諸如量子態(tài)、相位、強(qiáng)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(kāi)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(duì)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(lái)研究信息科學(xué)，從而開(kāi)發(fā)出現(xiàn)經(jīng)典信息無(wú)法做到的新信息功能，反過(guò)來(lái)，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?jī)?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(duì)自然界的認(rèn)識(shí)更深刻、更本質(zhì)。近年來(lái)，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(kāi)放系統(tǒng)環(huán)境的控制等問(wèn)題研究取得了巨大進(jìn)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(jì)信息技術(shù)發(fā)展的方向，也是引領(lǐng)未來(lái)科技發(fā)展的重要領(lǐng)域。當(dāng)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(jì)算機(jī)等方面得到充分的理論論證和一定的實(shí)踐應(yīng)用。
3.1 量子計(jì)算機(jī)——量子疊加原理
經(jīng)典計(jì)算機(jī)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(jì)算方式，即用電位高低表示0和1以進(jìn)行運(yùn)算，因此，經(jīng)典計(jì)算機(jī)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(lái)提高運(yùn)算速度。而量子計(jì)算遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息。計(jì)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(shí)處于0和1兩種相反的狀態(tài)（量子疊加），這使量子計(jì)算機(jī)可以同時(shí)進(jìn)行大量運(yùn)算，因此，量子計(jì)算的并行處理，使量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了最快的計(jì)算速度。未來(lái)，基于量子物理原理的量子計(jì)算機(jī)，不僅運(yùn)算速度快，存儲(chǔ)量大、功耗低，而且體積會(huì)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(jìn)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(yuǎn)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(cè)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(lái)傳送量子信息，利用量子效應(yīng)實(shí)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(duì)安全的量子通信，保證量子信息的隱形傳態(tài)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(qiáng)、大容量、遠(yuǎn)距離傳輸?shù)忍攸c(diǎn)，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(guò)經(jīng)典信號(hào)實(shí)現(xiàn)，在密鑰傳送過(guò)程中有可能被竊聽(tīng)且不被覺(jué)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(shí)現(xiàn)密碼思想和操作的新型密碼體制，通過(guò)量子信號(hào)實(shí)現(xiàn)。量子密碼主要基于量子物理中的測(cè)不準(zhǔn)原理、量子不可克隆定理等，通信雙方在進(jìn)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(duì)稱密鑰，再使用建立起來(lái)的密鑰對(duì)明文進(jìn)行加密，通過(guò)公開(kāi)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(duì)的安全性。對(duì)輸運(yùn)光子線路的竊聽(tīng)會(huì)破壞原通訊線路之間的相互關(guān)系，通訊會(huì)被中斷，且合法的通信雙方可覺(jué)察潛在的竊聽(tīng)者并采取相應(yīng)的措施。
2）不可檢測(cè)性。無(wú)論破譯者有多么強(qiáng)大的計(jì)算能力，都會(huì)在對(duì)量子的測(cè)量過(guò)程中改變量子的狀態(tài)而使得破譯者只能得到一些毫無(wú)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(wú)條件安全性和對(duì)竊聽(tīng)者的可檢測(cè)性成為量子密碼的兩個(gè)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(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展的動(dòng)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(cè)不準(zhǔn)原理和不可克隆定理等，使得量子計(jì)算機(jī)具有巨大的并行計(jì)算能力，提供功能更強(qiáng)的新型運(yùn)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(kāi)拓出新的信息功能；量子密碼絕對(duì)的安全性和不可檢測(cè)性，實(shí)現(xiàn)了絕對(duì)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(kāi)拓出后莫爾時(shí)代的新一代的信息技術(shù)。
參考文獻(xiàn)
[1]陳楓.量子通信：劃時(shí)代的嶄新技術(shù)[N].報(bào)，2011.
[2]曾謹(jǐn)言.量子物理學(xué)百年回顧[J].北京大學(xué)物理學(xué)科90年專題特約專稿，2003（10）.
[3]李應(yīng)真，吳斌.物理學(xué)是當(dāng)代高新技術(shù)的主要源泉[J].學(xué)術(shù)論壇，2012.
[4]董新平，楊綱.量子信息原理及其進(jìn)展[J].許昌學(xué)院學(xué)報(bào)，2007.
[5]周正威，陳巍，孫方穩(wěn)，項(xiàng)國(guó)勇，李傳鋒.量子信息技術(shù)縱覽[J].中國(guó)科學(xué)，2012（17）.
[6]郭光燦.量子信息技術(shù)[J].中國(guó)科學(xué)院院刊，2002（5）.
[7]朱煥東、黃春暉.量子密碼技術(shù)及其應(yīng)用[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，2006（12）.
盡管如此，在量子糾纏現(xiàn)象被證實(shí)之后，量子計(jì)算、量子密碼、量子通信甚至是瞬間移動(dòng)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(rèn)為離人類最近的一項(xiàng)應(yīng)用。由于量子糾纏現(xiàn)象的不確定性特性，這項(xiàng)未來(lái)的通信技術(shù)因具有“無(wú)懈可擊”的安全性而備受青睞。
從最開(kāi)始的實(shí)驗(yàn)室理論，到上百公里的量子數(shù)據(jù)傳輸試驗(yàn)，再到如今中國(guó)橫跨京滬上千公里的城際量子通信網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)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(lái)越近。
“現(xiàn)在，技術(shù)上我們只差最后一步”，中科院院士、中國(guó)科技大學(xué)教授潘建偉說(shuō)，利用衛(wèi)星把城域和城際量子通信網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)?！?/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?yàn)橹两窨茖W(xué)家們也還沒(méi)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(gè)無(wú)解之題。
好在科學(xué)家們已經(jīng)基本搞清楚，量子糾纏“會(huì)發(fā)生什么”。如果從這個(gè)層面來(lái)看，那么它可以被描述為這樣一種現(xiàn)象：兩個(gè)共同來(lái)源的微觀粒子之間，只要處于糾纏狀態(tài)，那么只要一個(gè)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(huì)立即影響另一個(gè)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(wú)論它們相隔多遠(yuǎn)，即使一個(gè)在太陽(yáng)系另一個(gè)在幾十萬(wàn)光年以外的星系，只要處于糾纏態(tài)，這種感應(yīng)就會(huì)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(guò)某種相互作用才能發(fā)生聯(lián)系的，就好比你不可能通過(guò)一根沒(méi)有魚(yú)線的魚(yú)竿，隔空釣起一只魚(yú)。
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(cè)定制作硬幣的模板，再根據(jù)模板進(jìn)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(méi)法測(cè)量它，一測(cè)它，它下一秒就會(huì)發(fā)生變化，根本沒(méi)法復(fù)制。
再見(jiàn)“棱鏡門”
盡管至今還沒(méi)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(guò)有線或者無(wú)線的終端傳輸信息，他人要竊聽(tīng)你們的交流，只要復(fù)制整個(gè)對(duì)話過(guò)程就可以了，即使這段對(duì)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(lái)承載，情況會(huì)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(tīng)信息，一“碰”它的狀態(tài)就改變了，竊聽(tīng)者拿到的只會(huì)是一堆毫無(wú)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(dòng)過(guò)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(lái)，即量子通信的“隱形傳輸”特性。
由于量子糾纏無(wú)視距離，即使完全被隔離的兩個(gè)粒子，同樣存在“心靈感應(yīng)”。所以將這種特性運(yùn)用到量子通信上，就使得兩點(diǎn)的通信過(guò)程能在一瞬間同時(shí)完成，從根本上杜絕了被竊聽(tīng)被截獲的可能。
如果擁有這種理論上幾乎絕對(duì)保密的通信技術(shù)，人們就可以和“棱鏡門”之類的竊聽(tīng)計(jì)劃說(shuō)再見(jiàn)了。
后來(lái)居上的中國(guó)隊(duì)
量子通信的概念最早由美國(guó)科學(xué)家貝內(nèi)特于1993年提出，在貝內(nèi)特之后，6位來(lái)自不同國(guó)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(shí)現(xiàn)量子隱形傳輸?shù)姆桨浮?/p>
這套最初的基本方案認(rèn)為，可以將某個(gè)粒子的未知量子態(tài)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)地方，把另一個(gè)粒子制備到該量子態(tài)上，而原來(lái)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(shí)間里，各國(guó)科學(xué)家和研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)量子隱形傳輸開(kāi)展了激烈的競(jìng)賽，最長(zhǎng)傳輸距離的記錄一次又一次被打破。
值得一提的是，在這個(gè)新興的競(jìng)爭(zhēng)領(lǐng)域，中國(guó)雖然屬于后來(lái)者，但研究進(jìn)展卻出人意料地后來(lái)居上，達(dá)到世界先進(jìn)水平。
比如作為國(guó)內(nèi)量子通信領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物，潘建偉的科研團(tuán)隊(duì)2014年啟動(dòng)了量子通信京滬干線的建設(shè)。
這個(gè)城際量子通信網(wǎng)絡(luò)總長(zhǎng)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(biāo)，在他看來(lái)，利用衛(wèi)星將城域和城際網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，建設(shè)一個(gè)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(gè)目標(biāo)，潘建偉已經(jīng)準(zhǔn)備了很多年。早在2005年，潘建偉的科研團(tuán)隊(duì)在世界上首次實(shí)現(xiàn)了13公里的自由空間量子通信試驗(yàn)，證實(shí)了星-地量子通信的可能性；2012年，他們又實(shí)現(xiàn)了世界上首次百公里級(jí)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(hào)”的成功發(fā)射，將我國(guó)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(hào)接收系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“針尖對(duì)麥芒”式超高精度對(duì)接。這意味著一個(gè)通信新時(shí)代――量子通信時(shí)代即將到來(lái)。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(guó)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(guó)就掀起了一場(chǎng)在量子通信領(lǐng)域的科技競(jìng)賽。
量子，是目前已探測(cè)到的微觀物理世界中最小的單位，它小到無(wú)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(gè)量子間的信息傳播速度，竟然可以達(dá)到光速的一萬(wàn)倍！這是什么概念？太陽(yáng)與地球的距離大約為1.5億千米，一束太陽(yáng)光照射到地球表面需要大約8.3分鐘，而這么長(zhǎng)的距離，兩個(gè)量子間的信息傳播只需0.048秒。愛(ài)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(xiàng)“特異功能”，那就是不可測(cè)量。它非常頑皮，一直處速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，如果科學(xué)家用工具控制它、非要它停下來(lái)對(duì)它進(jìn)行觀察和測(cè)量，它就會(huì)改變?cè)瓉?lái)的屬性――這一招式可形容為“魚(yú)死網(wǎng)破”“同歸于盡”。你不是要觀察我嗎？好呀，來(lái)吧，反正我已經(jīng)不是原來(lái)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(wú)量前途――幾乎零損耗、零延時(shí)的超快速度；絕佳的保密性能――光是這兩點(diǎn)，就足以將傳統(tǒng)通信秒殺。
近二十多年來(lái)，在各國(guó)科學(xué)家的共同努力下，量子通信技術(shù)已取得了多項(xiàng)突破性進(jìn)展。而“墨子號(hào)”成功發(fā)射后，將借助衛(wèi)星平臺(tái)，進(jìn)行星地高速量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行廣域量子密鑰網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)。它是空間量子通信實(shí)用化的一次重大嘗試。如果實(shí)驗(yàn)成功，人類又向量子通信時(shí)代邁進(jìn)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(jiàn)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(jī)械編碼、計(jì)算機(jī)編碼的不斷更新迭代，但“棱鏡門”“蘋(píng)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(méi)有一把誰(shuí)都無(wú)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(chǔ)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(cè)量的“天性”，當(dāng)黑客想暗中破解包含在量子中的密碼時(shí)，被改變的量子會(huì)立刻做出反應(yīng)，將它所包含的信息全部自動(dòng)清空！這么一來(lái)，黑客們就跟一個(gè)費(fèi)勁撬開(kāi)門，然后發(fā)現(xiàn)屋子里空無(wú)一物的小偷一樣，最終一無(wú)所獲。
我們可以展望，在不久的未來(lái)，人們的手機(jī)、電腦等通信移動(dòng)設(shè)備都將帶有“量子密鑰”，因此不必再擔(dān)心通話被竊聽(tīng)、移動(dòng)設(shè)備內(nèi)信息被盜。哪怕手機(jī)和電腦丟失，也不會(huì)再有泄密的隱患。而那時(shí)的“黑客”，恐怕將成為世界上最不景氣的一個(gè)職業(yè)――想窺探信息？問(wèn)問(wèn)“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(yùn)全能健兒，做到信息傳播上的“更高、更快、更強(qiáng)”，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(lái)源的兩個(gè)量子，無(wú)論它們被分隔多遠(yuǎn)，哪怕隔著一個(gè)太陽(yáng)系，只要一個(gè)量子發(fā)生變化，另一個(gè)量子就會(huì)立刻感應(yīng)到，并且發(fā)生相應(yīng)變化。量子間這種完全沒(méi)有隔膜、千山萬(wàn)水也阻隔不斷的“心靈感應(yīng)”，證實(shí)了宇宙空間里愛(ài)因斯坦所稱的“幽靈般的超距離作用”，同時(shí)，它引起了科學(xué)家們的無(wú)限遐想：依賴量子糾纏，在未來(lái)世界，我們是否就可以實(shí)現(xiàn)星系間的信息傳播呢？
盡管要實(shí)現(xiàn)跨星系的通信目前看來(lái)還“路漫漫其修遠(yuǎn)兮”，但在地球上實(shí)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(guó)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(shí)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(jìn)展，量子通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)代將不再是夢(mèng)。到時(shí)候，人人都能體驗(yàn)飛一般的網(wǎng)速，網(wǎng)絡(luò)卡殼的時(shí)代將一去不復(fù)返。
量子芯片，讓VR時(shí)代不是夢(mèng)
你是否想過(guò)，有朝一日只要戴上一副小巧的眼鏡，就會(huì)想去哪里就去哪里，哪怕是穿越時(shí)空去到侏羅紀(jì)公園？
你是否想過(guò)，當(dāng)你想念出差的爸爸媽媽時(shí)，只要用手在空中輕輕一劃，他們就會(huì)立刻出現(xiàn)在你面前？
你是否想過(guò)，從未來(lái)的某一天起你再也不用為感冒、發(fā)燒而跑醫(yī)院，一個(gè)可以隨身攜帶的私人醫(yī)生可以時(shí)刻照顧你的健康，一旦你的身體出現(xiàn)問(wèn)題，它就會(huì)立即幫你修復(fù)？這不是白日做夢(mèng)。對(duì)人類來(lái)說(shuō)，科技一向是現(xiàn)實(shí)通向想象的階梯。只要我們能成功研發(fā)出高速度、高儲(chǔ)存、高智能的量子芯片，以上種種幻想都可能變成現(xiàn)實(shí)。
“量子芯片”，顧名思義，是應(yīng)用了量子技術(shù)的信息儲(chǔ)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(shí)驗(yàn)成功，擁有“量子大腦”的未來(lái)計(jì)算機(jī)，其運(yùn)行速度有望達(dá)到目前的數(shù)萬(wàn)億倍！到時(shí)候，別說(shuō)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(shí)代的到來(lái)變得可能。VR就是虛擬現(xiàn)實(shí)。要實(shí)現(xiàn)完美的虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，計(jì)算機(jī)必須每秒處理高達(dá)5.2Gbit的數(shù)據(jù)量，時(shí)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(shí)體驗(yàn)?？墒?，當(dāng)超快無(wú)損的量子通信網(wǎng)絡(luò)和量子芯片成為現(xiàn)實(shí)，那么，VR時(shí)代很快就會(huì)到來(lái)！
如果再配上4DVR眼鏡，那就更是妙不可言了！到時(shí)，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(shí)隨地觀看精彩的球賽，感覺(jué)就跟坐在比賽現(xiàn)場(chǎng)一樣；甚至還可以伸出手去撫摸眼前可愛(ài)的小狗――當(dāng)然，它不會(huì)咬你，也不會(huì)被你抱起來(lái)，因?yàn)樗翘摂M的。
和大量繁復(fù)的數(shù)字、沒(méi)有盡頭的實(shí)驗(yàn)相比，對(duì)未知產(chǎn)生的好奇，才是科研路上最大的動(dòng)力。目前，量子力學(xué)還存在有很多未解謎題，不過(guò)，已經(jīng)有人在研究量子理論這條道路上越走越開(kāi)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(guó)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(guó)鋒師從梁九卿教授進(jìn)行碩博連讀的學(xué)習(xí)。當(dāng)時(shí)我國(guó)對(duì)量子信息的研究基本處于萌芽階段，梁九卿教授認(rèn)為這將會(huì)是一個(gè)新的研究方向，在張國(guó)鋒的師兄師姐都跟著老師做磁宏觀量子效應(yīng)研究的時(shí)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(shí)，量子信息這道神秘的大門緩緩打開(kāi)。
張國(guó)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(shí)，他還專門前往中國(guó)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(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)以及校外新的理論知識(shí)的加固，使得張國(guó)鋒在量子信息基礎(chǔ)研究方面有了很大的提升。對(duì)張國(guó)鋒的聯(lián)合培養(yǎng)，中國(guó)科學(xué)院也承擔(dān)著重要的角色，博士畢業(yè)后，張國(guó)鋒到中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所進(jìn)行博士后研究工作，在李樹(shù)深院士的指導(dǎo)下，張國(guó)鋒的研究興趣進(jìn)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(lái)，更是把他的研究方向細(xì)化到光力耦合體系的量子物理相關(guān)問(wèn)題。
在量子相關(guān)研究中，量子調(diào)控是國(guó)家的重大科研計(jì)劃，是構(gòu)建未來(lái)信息技術(shù)的理論基礎(chǔ)。張國(guó)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(wèn)題展開(kāi)了具體細(xì)致的工作，并取得了不錯(cuò)的成績(jī)。
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(gè)粒子互相糾纏，即使相距遙遠(yuǎn)，一個(gè)粒子的行為將會(huì)影響另一個(gè)的狀態(tài)。張國(guó)鋒形象地解釋了量子糾纏：“就像是手機(jī)用戶和移動(dòng)聯(lián)通等簽的協(xié)議，也就是手機(jī)卡，當(dāng)兩個(gè)粒子處于糾纏態(tài)，只有借助這個(gè)協(xié)議（糾纏態(tài)），才能進(jìn)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(guó)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(chǎng)的損耗可以很明顯地延緩糾纏猝死。張國(guó)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(shí)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(guó)鋒在前人研究工作的基礎(chǔ)上進(jìn)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(chǎng)分為均勻和非均勻兩部分，發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)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(xì)研究了Heisenberg交換相互作用對(duì)量子熱糾纏的臨界行為的影響。隨后更引發(fā)了國(guó)內(nèi)外關(guān)于量子熱糾纏的研究。
Dzyaloshinski-Moriya（DM）相互作用來(lái)自自旋軌道之間的耦合，是一種各項(xiàng)異性相互作用，在許多磁性材料中都存在。張國(guó)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(duì)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娑取Ｒ赃@一研究成果為代表的論文獲得“中國(guó)百篇最具影響國(guó)際學(xué)術(shù)論文”，被引150多次，為ESI高引論文。與此同時(shí)，張國(guó)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(shí)也比較了量子關(guān)聯(lián)和量子糾纏在實(shí)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(guó)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(lái)的不一樣的世界。
光亮指引前進(jìn)的方向
一分耕耘一分收獲。張國(guó)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(guó)家自然科學(xué)基金青年基金、面上基金等項(xiàng)目在內(nèi)的多項(xiàng)科研項(xiàng)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(jiǎng)勵(lì)。
但是張國(guó)鋒并沒(méi)有止步于此，神秘的量子世界還等待著他去進(jìn)一步破解其中的奧秘，在長(zhǎng)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(dòng)力學(xué)研究的相關(guān)基礎(chǔ)上，依托北航和中科院的兩個(gè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和三個(gè)重量級(jí)的研究團(tuán)隊(duì)共同合作，將就全耦合區(qū)量子比特與光場(chǎng)動(dòng)力學(xué)行為及應(yīng)用這一熱點(diǎn)問(wèn)題展開(kāi)深入研究。
構(gòu)造量子比特是量子信息處理的首要，實(shí)現(xiàn)量子比特有很多種物理方案，量子比特與光場(chǎng)相互作用體系是量子光學(xué)甚至凝聚態(tài)物理的一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的重要途徑?？匆?jiàn)量子世界發(fā)出的神秘的光，張國(guó)鋒對(duì)接下來(lái)的工作重心有了清晰的規(guī)劃：（1）進(jìn)一步求解兩量子比特與光場(chǎng)相互作用強(qiáng)耦合體系的動(dòng)力學(xué)演化，尤其是兩個(gè)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(shí)間，構(gòu)建超快兩量子比特邏輯門和進(jìn)行相干量子態(tài)的超快傳輸?shù)妊芯浚唬?）尋找新奇的特殊量子本征態(tài)，并通過(guò)研究包括耗散在內(nèi)的動(dòng)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(guó)鋒不僅把自己接下來(lái)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(chǎng)相互作用體系為研究對(duì)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(lái)隨著強(qiáng)耦合在實(shí)驗(yàn)上的實(shí)現(xiàn)，Rabi及類Rabi模型的簡(jiǎn)潔易實(shí)驗(yàn)參考的解和長(zhǎng)時(shí)間動(dòng)力學(xué)及相關(guān)應(yīng)用的研究更顯得日益重要。張國(guó)鋒打算通過(guò)研究，得到全耦合區(qū)體系動(dòng)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(cè)其在量子信息中的應(yīng)用，最終為設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)通信、雙方的安全密鑰分配，結(jié)合“一次一密”實(shí)現(xiàn)不可破譯的無(wú)條件安全加密通信。光在沿著傳播方向前進(jìn)的同時(shí)，也在垂直的方向上振動(dòng)，該振動(dòng)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(dòng)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(wú)法被精確復(fù)制的。在量子加密的傳輸過(guò)程中，任何的竊聽(tīng)行為都會(huì)對(duì)量子狀態(tài)造成擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了通信雙方對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臓顟B(tài)監(jiān)視，能夠察覺(jué)到數(shù)據(jù)被竊聽(tīng)并進(jìn)行規(guī)避。因此，通過(guò)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(jìn)制數(shù)，形成完全隨機(jī)的加密密鑰，以實(shí)現(xiàn)對(duì)原數(shù)據(jù)“一次一密”的加密保護(hù)。即使密文在傳輸過(guò)程被竊取，竊取者也無(wú)法計(jì)算出完全隨機(jī)的密鑰并對(duì)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(shí)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(lái)傳輸所用的經(jīng)典信道，一種是量子密鑰傳輸所用的單獨(dú)信道，目前該信道必須為裸纖直連。雙方密鑰生成器通過(guò)對(duì)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(jìn)制碼，因?yàn)閱喂庾拥臓顟B(tài)發(fā)送是完全隨機(jī)的，且在傳輸過(guò)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(jī)的二進(jìn)制密鑰。通過(guò)量子加密機(jī)，將原數(shù)據(jù)與密鑰進(jìn)行“一次一密”，加密后經(jīng)發(fā)送機(jī)在原來(lái)的經(jīng)典信道上進(jìn)行傳輸。對(duì)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(chǎng)景
將量子通信技術(shù)應(yīng)用于電力信息系統(tǒng)中，可實(shí)現(xiàn)對(duì)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(hù)。首先，針對(duì)電力行業(yè)中的電網(wǎng)生產(chǎn)業(yè)務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)加密傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)生產(chǎn)的安全保護(hù)。如涉及電網(wǎng)生產(chǎn)的保護(hù)、安控、調(diào)度電話、調(diào)度自動(dòng)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(yùn)行的實(shí)時(shí)狀態(tài)與控制指令，對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行具有重要意義。采用量子通信方式保護(hù)電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、配網(wǎng)自動(dòng)化等，可實(shí)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(yíng)銷系統(tǒng)等，承載著重要敏感數(shù)據(jù)，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行也起著重要支撐作用，這些數(shù)據(jù)的泄露會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)的危險(xiǎn)。因此在該場(chǎng)景下，利用量子加密技術(shù)M行數(shù)據(jù)傳輸保護(hù)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(dāng)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(shí)，異地的信息數(shù)據(jù)災(zāi)備就起了重要作用，及時(shí)的數(shù)據(jù)恢復(fù)能夠保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。所以對(duì)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全保護(hù)。同樣量子保密通信系統(tǒng)可應(yīng)用于該場(chǎng)景中。
2.2物理架構(gòu)部署
對(duì)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(yán)格。首先，量子密鑰信道必須是裸纖傳輸，即兩點(diǎn)間傳輸?shù)墓饫w不能經(jīng)過(guò)光放大器、光交換、路由器等設(shè)備，只能通過(guò)物理方式進(jìn)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(diǎn)之間的光纖距離在50km左右、總損耗在13dB內(nèi)，如果距離遠(yuǎn)大于此，就會(huì)使得量子密鑰在傳輸中因過(guò)大損耗產(chǎn)生精確度的缺失。為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的量子通信，就必須建立中繼站實(shí)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(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，建立遠(yuǎn)距離、跨大區(qū)，甚至跨大洲的國(guó)際量子通信互聯(lián)網(wǎng)。根據(jù)目前國(guó)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(diǎn)，實(shí)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(diǎn)。同時(shí)，利用國(guó)家建立的京滬干線，實(shí)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(guò)的各網(wǎng)省以量子通信方式接入，實(shí)現(xiàn)從干線到各點(diǎn)的擴(kuò)散和延長(zhǎng)。
第二，前期可在重要城市建立城域內(nèi)的量子通信網(wǎng)，對(duì)電力重要業(yè)務(wù)的保護(hù)進(jìn)行驗(yàn)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(diǎn)基礎(chǔ)。利用國(guó)家建立的城市量子通信實(shí)驗(yàn)網(wǎng)資源并考慮政治、經(jīng)濟(jì)重要地區(qū)，可選取北京、濟(jì)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(yǔ)
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(guò)對(duì)量子通信技術(shù)原理和應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并結(jié)合電力行業(yè)中對(duì)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(guò)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(guò)對(duì)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(chǎng)景，為后續(xù)的實(shí)際建設(shè)和驗(yàn)證提供了指導(dǎo)方向。同時(shí)針對(duì)目前存在的問(wèn)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(xiàn)】：
[1]周正威，陳巍，孫方穩(wěn)，等.量子信息技術(shù)縱覽[J].科學(xué)通報(bào)，2012（12）：10-12.
傳統(tǒng)加密的不可靠性
電子通信時(shí)代，信息安全脆弱得像一層窗戶紙，基于計(jì)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(shuō)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(jiǎn)單的說(shuō)，就是拿兩個(gè)很大的質(zhì)數(shù)A和B進(jìn)行乘積，然后把這個(gè)乘積作為公鑰進(jìn)行加密，然后用質(zhì)數(shù)A或B進(jìn)行解密。雖然得到A和B的乘積很容易，但是要直接從這個(gè)乘積分解成兩個(gè)質(zhì)數(shù)，就非常非常難。但是隨著計(jì)算能力的不斷提高，尤其是基于量子計(jì)算機(jī)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(lái)越脆弱。
這就是為什么在通信技術(shù)如此發(fā)達(dá)的今天，各國(guó)間涉及政治外交、軍事安全的大部分機(jī)密信件和物品，仍然通過(guò)最傳統(tǒng)的方式――外交信使來(lái)傳遞。即便是再高級(jí)的保密通信，只要是通過(guò)當(dāng)前的電話線、無(wú)線電、光纖等手段，都會(huì)面臨被破譯和竊聽(tīng)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(yán)格證明是無(wú)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(jìn)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(shí)現(xiàn)抵御任何竊聽(tīng)的密鑰分發(fā)，進(jìn)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(qiáng)、大容量、遠(yuǎn)距離傳輸?shù)忍攸c(diǎn)。量子通信不僅在軍事、國(guó)防等領(lǐng)域具有重要的作用，而且會(huì)極大地促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
量子通信的科學(xué)原理
一個(gè)物理量如果不能連續(xù)變化，只能取一些分立的值，這個(gè)量就是量子化的。好比上臺(tái)階，只能上一級(jí)臺(tái)階，而不能上半級(jí)。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(gè)最小的單位，不能再往下細(xì)分。量子力學(xué)描述世界的語(yǔ)言與經(jīng)典力學(xué)有根本區(qū)別。經(jīng)典力學(xué)描述一個(gè)物體的狀態(tài)，會(huì)給出它的明確位置；量子力學(xué)描述一個(gè)微觀粒子的狀態(tài)，給出的則是疊加態(tài)――這個(gè)粒子在某些情況下既可能在這里，也可能在那里，沒(méi)有確定位置。好比孫悟空的分身術(shù)，一個(gè)孫悟空同時(shí)出現(xiàn)在多個(gè)地方，孫悟空的各個(gè)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(hào)只有0和1，量子通信不但有信號(hào)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(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)未知量子態(tài)的精確復(fù)制，這是量子通信達(dá)到“無(wú)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(gè)粒子間距離多遠(yuǎn)，一個(gè)粒子的變化都會(huì)影響另一個(gè)粒子的現(xiàn)象叫量子糾纏，這一現(xiàn)象被愛(ài)因斯坦稱為“詭異的互動(dòng)性”。科學(xué)家認(rèn)為，這是一種“神奇的力量”，可成為具有超級(jí)計(jì)算能力的量子計(jì)算機(jī)和量子保密系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
任何竊聽(tīng)都會(huì)擾動(dòng)量子態(tài)
任何經(jīng)典通信都存在被竊聽(tīng)的可能性。如打電話時(shí)，他人可通過(guò)竊聽(tīng)器，從通信線路中的信號(hào)中分出一些，使其進(jìn)入另一根線路。竊聽(tīng)時(shí)，0和1這兩種信號(hào)不會(huì)被擾動(dòng)，所以通話者無(wú)法察覺(jué)?！都~約時(shí)報(bào)》2015年報(bào)道，美國(guó)國(guó)家安全局被曝監(jiān)聽(tīng)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(guó)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(tīng)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(gè)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(wú)法被精確復(fù)制，任何竊聽(tīng)行為都會(huì)對(duì)其造成擾動(dòng)，從而被通信雙方察覺(jué)并規(guī)避。通過(guò)量子態(tài)傳輸，通信雙方協(xié)商生成量子密鑰，再加上對(duì)信息進(jìn)行“一次一密”的加密保護(hù)，真正實(shí)現(xiàn)信息在傳輸中的完全隨機(jī)、不可破譯，從根本上解決通信安全問(wèn)題。
未來(lái)數(shù)年內(nèi)量子通信將大規(guī)模應(yīng)用
未來(lái)數(shù)年內(nèi)，量子通信將實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。經(jīng)典通信的硬件設(shè)施不會(huì)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(cè)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(shí)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(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展,量子光學(xué)作為物理學(xué)的一個(gè)分支,在過(guò)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(cè)單個(gè)光子,并且可以研究在超導(dǎo)諧振腔中的單個(gè)原子?，F(xiàn)今,諸如冷離子、玻色-愛(ài)因斯坦凝聚物、量子信息及量子計(jì)算之類的量子光學(xué)應(yīng)用推動(dòng)了對(duì)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(shū)問(wèn)世,它們都涉及了經(jīng)典的量子光學(xué)課題,如量子場(chǎng)理論、原子系統(tǒng)理論、它們之間的基本相互作用過(guò)程以及共振熒光性、激光理論等應(yīng)用。
本書(shū)是對(duì)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(diǎn)放在了以群論的角度分析原子場(chǎng)相互作用上,并且利用代數(shù)語(yǔ)言討論了主要的量子光學(xué)模型。所有的結(jié)果明確無(wú)誤地示范了把代數(shù)方法應(yīng)用于量子光學(xué)的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)通過(guò)每一章結(jié)尾的大量練習(xí)題來(lái)說(shuō)明這一點(diǎn)。
本書(shū)共有11章。1.原子運(yùn)動(dòng)學(xué);2.原子動(dòng)力學(xué);3.量子化電磁場(chǎng);4.場(chǎng)動(dòng)力學(xué);在第5-10章,作者描述了原子場(chǎng)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(qiáng)量子場(chǎng)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(zhǔn)分布;11.附錄。6個(gè)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(shū)的兩位作者都是墨西哥瓜達(dá)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(guò)。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(guó)立大學(xué)工作過(guò)。對(duì)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(shū)是一本出色的參考書(shū)。
胡光華,高級(jí)軟件工程師
(原中國(guó)科學(xué)院物理學(xué)研究所)
關(guān)鍵詞：量子阱；器件；紅外探測(cè)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(zhǎng)一般是采用MOCVD外廷技術(shù)。這種器件的特點(diǎn)就在于它的量子阱有源區(qū)具有準(zhǔn)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(tái)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(jí)，增益譜半寬大為降低、且價(jià)帶上輕重空穴的簡(jiǎn)并被解除，價(jià)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(zhǎng)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(zhǎng)500nm左右的GaAs薄層，而交替生長(zhǎng)厚度為幾埃至幾百埃的AlAs薄層。這兩者共同構(gòu)成了一個(gè)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(jìn)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(shuō)，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(wú)論處在其中的載流子的運(yùn)動(dòng)路徑怎樣，都必須越過(guò)一個(gè)勢(shì)壘，由于GaAs層厚度為量子尺度，我們將這種勢(shì)阱稱為量子阱.
當(dāng)GaAs和AlAs沿Z方向交替生長(zhǎng)時(shí)，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(shì)場(chǎng)。其中a表示AlAs薄層厚度(勢(shì)壘寬度)，b表示薄層厚度(勢(shì)阱寬度)。如果勢(shì)壘的寬度較大，使得兩個(gè)相鄰勢(shì)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(dú)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(qiáng)度則是單量子阱的線性迭加。另一方面，如果兩個(gè)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(jí)將分裂成帶，并稱之為子能帶。而兩個(gè)相鄰的子能帶
之間又存在能隙，稱為子能隙。通過(guò)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(gè)薄層，這個(gè)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(shí)，各個(gè)區(qū)域的勢(shì)能與中間的GaAs對(duì)應(yīng)的區(qū)域形成了一個(gè)勢(shì)阱，故稱為量子阱。電子的運(yùn)動(dòng)路徑是從左邊的N型區(qū)(發(fā)射極)進(jìn)入右邊的N型區(qū)(集電極)，中間必須通過(guò)AlGaAs層進(jìn)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(cè)器[3]
量子阱紅外探測(cè)器(QWIP)是20世紀(jì)90年展起來(lái)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(cè)率與HgCdTe探測(cè)器相近、探測(cè)波長(zhǎng)可通過(guò)量子阱參數(shù)加以調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。而且，利用MBE和MOCVD等先進(jìn)工藝可生長(zhǎng)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(cè)器陣列。正因?yàn)槿绱?，量子阱光探測(cè)器，尤其是紅外探測(cè)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(guò)電場(chǎng)作用形成光電流這一物理過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外輻射的探測(cè)。通過(guò)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(yùn)的激發(fā)態(tài)被設(shè)計(jì)在阱內(nèi)(束縛態(tài))、阱外(連續(xù)態(tài))或者在勢(shì)壘的邊緣或者稍低于勢(shì)壘頂(準(zhǔn)束縛態(tài))，以便滿足不同的探測(cè)需要，獲得最優(yōu)化的探測(cè)靈敏度。因此，量子阱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)又稱為“能帶工程”是QWIP最關(guān)鍵的一步。另外，由于探測(cè)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(jī)和光接收機(jī)，這些儀器不僅要求其體積小，質(zhì)量高，同時(shí)又要求它成本低，能夠大規(guī)模應(yīng)用，為了達(dá)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(kāi)發(fā)出來(lái)。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(zhǎng)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(lái)發(fā)展了許多選擇量子阱無(wú)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(zhǎng)(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(dá)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(zhǎng)和反復(fù)光刻的復(fù)雜工藝。
4 結(jié)語(yǔ)
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(cè)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(jìn)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(dú)特的作用。
參考文獻(xiàn)：
[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(cè)器［J］．中國(guó)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(cè)材料制備研究［J］．激光與紅外，2010，40(11)：1215～1219．