量子計算論文精選(九篇)

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第1篇：量子計算論文范文

購入不良債權確認為一項資產，那么應給確認為哪一類資產？從企業(yè)購入不良債權資產的目的來看，一般情況下是為了獲取經(jīng)濟利益，則購入行為可以理解為是企業(yè)的一種投資行為，但投資方對被投資單位沒有實施控制、重大影響，所以不屬于長期股權投資的核算范疇?，F(xiàn)多數(shù)企業(yè)將購入的不良債權合同，確認為一項金融工具。購入的不良債權的會計核算執(zhí)行《企業(yè)會計準則第22號—金融工具的確認與計量》規(guī)定。

購入的不良債權因在活躍市場中沒有報價、公允價值不能可靠計量，不能劃分為“交易性金融資產”和“可供出售金融資產”；購入的不良債權無到期日、回收金額不確定，不能劃分為“持有至到期投資”；購入的不良債權只能將其劃分為“貸款和應收款”，但企業(yè)會計準則定義的應收賬款是指企業(yè)在正常的經(jīng)營過程中因銷售商品、產品、提供勞務等業(yè)務，應向購買單位收取的款項，包括應由購買單位或接受勞務單位負擔的稅金、代購買方墊付的各種運雜費等。應收賬款是由商業(yè)競爭引起的，這是應收賬款產生的主要原因。

在競爭日益激烈的市場經(jīng)濟條件下，企業(yè)為了提高競爭力，不得不采用賒銷，此時產生的應收賬款即為商業(yè)競爭引起的，它是一種商業(yè)信用。金融工具的確認與計量準則規(guī)定：因債務人信用惡化以外的原因，使持有方可能難以收回幾乎所有初始投資的非衍生金融資產不能劃分為“貸款和應收款”。所以列入“應收賬款”科目核算不妥。

根據(jù)《企業(yè)會計準則》的規(guī)定，企業(yè)可以根據(jù)本單位的具體情況、行業(yè)特征和業(yè)務特點，對統(tǒng)一規(guī)定的會計科目作必要的增設、刪減或合并，有針對性地設置會計科目。依據(jù)收購不良債權資產的特點，應設立“應收債權“科目，并進行進行明細核算，建立備查賬，繼續(xù)保留對債務人的全額追索權，期末填報會計報表時，列入其他流動資產項。會計報表其他流動資產，是指除貨幣資金、短期投資、應收票據(jù)、應收賬款、其他應收款、存貨等流動資產以外的流動資產及“待處理流動資產凈損益”科目期末未結轉的損益。購入不良債權確認為一項資產，如何進行初始計量？現(xiàn)多數(shù)企業(yè)收購不良債權時計入“應收賬款”科目核算，按原賬面價值進行初始計量，賬務處理：借：應收賬款（原賬面價值）貸：銀行存款等貸：壞賬準備或營業(yè)外收入或資本公積（差額）。

收購不良債權一般為折價，應收賬款（原賬面價值）與支付對價的差額處理，一是將支付對價與原賬面價值的差額確認為資產減值，計入“壞賬準備”科目；二是將差額確認為營業(yè)外收入，計入“營業(yè)外收入”科目；三是將差額確認為計入所有者權益的利得，待資產處置時轉為當期損益，計入“其他資本公積”科目，上面的三種賬務處理均違背了《企業(yè)會計準則—基本準則》會計要素計量的原則，資產按照購置時支付的現(xiàn)金或者現(xiàn)金等價物的金額，或者按照購置資產時所付出的對價的公允價值計算，即按歷史成本法計量。金融資產管理公司按照公開、競爭、擇優(yōu)的原則管理和處置資產，在轉讓資產時，主要采取招標、拍賣、競價等方式，所以付出對價的公允價值不難取得。購入不良債權時的賬務處理：借：應收債權貸：銀行存款等同時建立輔助賬戶記錄、核算不良債權資產。

二、收購不良債權資產的后續(xù)計量

收購不良債權資產，主要是通過產權交易所及拍賣行受讓的原商業(yè)銀行的不良貸款，《合同法》第八十一條規(guī)定：資產人轉讓權力的，受讓人取得與資產相關的從權力，但該權力專屬于資產人自身的除外。企業(yè)收購金融資產公司不良債權，享有該債權在基準日以后產生的利息、罰息的請求權?！蛾P于審理涉及金融不良轉產轉讓案件工作座談會紀要》規(guī)定，受讓人向國有企業(yè)債務人主張利息的計算基數(shù)應以原借款合同本金為準；受讓人向國有企業(yè)債務人主張不良債權受讓日之后發(fā)生的利息的，人民法院不予支持。期末對受讓的不良債權的原借款利息計算，要根據(jù)債務人的性質決定是否計算利息，要按《關于審理涉及金融不良轉產轉讓案件工作座談會紀要》規(guī)定執(zhí)行，因收購的債權包為不良資產，債權本金的回收具有不確定性，法定孳息也具有不確定性，按照《企業(yè)會計準則第14號--收入》，也不符合收入的確認條件，對于受讓日后的利息不能確認收入，只能表外計息。期末應當對不良債權進行減值測試，重新測算這些不良債權資產的可收回性，確定可收回金額，該不良債權資產如果出現(xiàn)減值或轉回跡象，符合減值或轉回確認條件的，確認資產減值或轉回損益，調整“壞賬準備”科目，賬務處理：借：資產減值損失貸：壞賬準備。

三、收購不良債權資產的收回、處置的核算

第2篇：量子計算論文范文

立足大背景　尋求新發(fā)展

量子信息物理，顧名思義，這是一個由信息科學與量子力學學科交叉產生的、全新的研究方向。

“這門學科的出現(xiàn)有其重要的意義?！贝藓榻B，“根據(jù)摩爾(Moore)定律，每18個月，計算機微處理器的速度就會增長一倍，其中單位面積(或體積)上集成的元件數(shù)目也會相應地增加?？梢灶A見，在不久的將來，芯片元件就會達到它能以經(jīng)典方式工作的極限尺度。因此，如何突破這種尺度極限是當代信息科學所面臨的一個重大科學問題。量子信息的研究就是充分利用量子物理基本原理的研究成果，發(fā)揮量子相干特性的強大作用，探索以全新的方式進行計算、編碼和信息傳輸?shù)目赡苄?，為突破芯片極限提供新概念、新思路和新途徑?！薄傲孔恿W與信息科學結合，不僅充分顯示了學科交叉的重要性，而且量子信息的最終物理實現(xiàn)，會導致信息科學觀念和模式的重大變革?！贝藓f。

時至今日，量子信息技術的發(fā)展不僅引起了學術界的關注，各發(fā)達國家也針對其制定了本國的研究發(fā)展規(guī)劃，以期搶占未來信息科技的制高點，并投入大量人力、物力用于支撐該領域的基礎性、前瞻性的研究。我國也于2006年9月了國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)，將以量子調控技術為代表的量子信息技術的研究納入到基礎研究重大科學研究計劃當中。正如《綱要》中所描述的那樣：“以微電子為基礎的信息技術將達到物理極限，對信息科技發(fā)展提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，人類必須尋求新出路，而以量子效應為基礎的新的信息手段初露端倪，并正在成為發(fā)達國家激烈競爭的焦點。量子調控就是探索新的量子現(xiàn)象，發(fā)展量子信息學、關聯(lián)電子學、量子通信、受限小量子體系及人工帶隙系統(tǒng)，構建未來信息技術理論基礎，具有明顯的前瞻性，有可能在20～30年后對人類社會經(jīng)濟發(fā)展產生難以估量的影響?！贝藓龍F隊的研究項目就是在這一大背景下展開，致力于解決量子信息技術中關鍵的、基礎性的問題，并對相關實驗技術的發(fā)展產生重要的理論指導作用。

緊扣量子糾纏　順通量子信息

細看崔海濤的研究履歷，其關鍵詞便是“量子糾纏”。

“如果說量子信息主要是基于量子力學的相干特征、重構密碼、計算和通訊的基本原理，那么，量子糾纏在其中發(fā)揮的是非常重要而且非?；镜淖饔?。”在多年的學習和研究過程中，崔海濤認識到，一方面，許多重要的量子信息技術都需要量子糾纏的參與才能實現(xiàn)，例如，量子遠程傳態(tài)、量子保密通訊、量子密鑰分發(fā)等；另一方面，由于量子體系與其他自由度的相互作用，這種作用最終導致體系的自由度與其他自由度的量子糾纏，由于環(huán)境選擇的結果，量子體系的相干性質會逐漸消失，此即所謂退相干過程。退相干是實現(xiàn)量子信息過程所面臨的最大障礙，如何有效克服退相干，延長量子體系的相干時間是當前量子信息技術研究的前沿課題?！熬褪沁@樣奇特的物理性質，物理學家們對它的理解至今也非常有限，這嚴重制約了量子信息技術的發(fā)展，因此，建立對量子糾纏普遍的物理理解已經(jīng)成為當今量子信息領域最為急迫需要解決的問題之一?！?/p>

如何建立對多體量子態(tài)糾纏的普遍理解?如何在具體的物理系統(tǒng)中制備糾纏的量子多體態(tài)?看上去，只要解決了這兩個問題，量子糾纏就不再是瓶頸，然而，真的如此簡單么?“最直觀的做法是將兩體糾纏的理解推廣到多體。但經(jīng)事實證明，這種推廣具有很大的局限，因為量子多體態(tài)的糾纏具有遠比兩體糾纏更為豐富的內容。”接著，崔海濤進行了舉例說明，“在3量子比特中，存在兩個隨機定域操作與經(jīng)典通訊操作下不等價的三體糾纏態(tài)；GHZ態(tài)和W態(tài)。它們都是真正的三體糾纏態(tài)，卻表現(xiàn)出完全不同的糾纏性質。對于GHZ態(tài)，任意一個或兩個量子比特的約化密度矩陣都是單位陣；而W態(tài)，通過對任一量子比特的測量，可以得到其他兩個量子比特的最大糾纏態(tài)。4個量子比特情況就更為復雜，迄今為止也沒有一個完整的分類。”

直觀推廣不成，崔海濤又開始考慮換角度鉆研。他認為，多體糾纏的度量應該包括兩方面的內容：糾纏模式(pattern)和糾纏強度(intensity)。糾纏強度即糾纏的大小，現(xiàn)已有一些比較好的度量方式，如幾何糾纏；糾纏模式則是指對應多體糾纏的分類。而伴隨著糾纏模式，又出現(xiàn)了一個新的問題――多體態(tài)不同糾纏模式表示什么樣的物理意義?“因為這涉及到如何在實驗室中制備不同的多體糾纏。不同的糾纏模式必然對應完全不同的物理性質，SLOCC不等價關系的存在也限制了從‘最大糾纏態(tài)’得到其他任意糾纏態(tài)的可能。對于不同的糾纏模式，我們需要不同的物理系統(tǒng)(Hamilton量)來制備。這些系統(tǒng)之間又是怎樣的關系呢?”

為了解惑，在國家自然科學基金項目“幾何相與量子糾纏的理論研究”和“多體系統(tǒng)中的量子糾纏及其幾何分類的理論研究”的支持下，崔海濤帶領研究團隊在此研究方向上刻苦鉆研多年，并取得了一些深刻的認識。通過附加對稱性的要求，例如，量子態(tài)的平移不變性質，他們發(fā)現(xiàn)完全可以普遍地建立這些多體糾纏態(tài)間的等價關系。而且，經(jīng)進一步研究發(fā)現(xiàn)，這些等價關系可以通過態(tài)的幾何性質很好地區(qū)分。也就是說，不等價的多體糾纏對應體系的不同幾何結構。更為重要的是，這些幾何結構可以通過幾何相物理地加以描述。多體糾纏中的非平庸幾何結構的發(fā)現(xiàn)并不是孤立的，聯(lián)系最近凝聚態(tài)體系中相關幾何效應的發(fā)現(xiàn)，有理由相信他們之間存在某種形式的聯(lián)系。相關的研究工作正在進行中。

事實上，圍繞多體系統(tǒng)中的幾何相與量子糾纏的理論問題，崔海濤自攻讀博士期間就產生了濃厚的興趣。特別是近5年來，陸續(xù)發(fā)表了一些高水平的學術成果，并主持承擔了一些科研項目。迄今為止共發(fā)表學術論文22篇，均為SCI收錄，論文總引用次數(shù)137次，他引超過80次。其中，有7篇文章發(fā)表在國際權威物理學期刊“Physical Review A”上。2007年發(fā)表在“Physics Letter A”上的論文“A Study on the suddendeath of entanglement”已被引用60次(他引57次)，其他論文亦有不同程度的引用。

對于熱愛這項研究的崔海濤來說，這種對未知科學世界的探索是他甘之如飴的興趣和追求，也是他情愿腳踏實地“做一輩子的職業(yè)”。

第3篇：量子計算論文范文

關鍵詞: 信息安全;密碼學;量子計算;抗量子計算密碼

中圖分類號:TP 183 文獻標志碼:A 文章編號:1672-8513(2011)05-0388-08

The Challenge of Quantum Computing to Information Security and Our Countermeasures

ZHANG Huanguo, GUAN Haiming, WANG Houzheng

（Key Lab of Aerospace Information Security and Trusted Computing of Ministry of Education, Computer School, Whan University, Wuhan 430072, China）

Abstract: What cryptosystem to use is a severe challenge that we face in the quantum computing era. It is the only correct choice to research and establish an independent resistant quantum computing cryptosystem. This paper introduces to the research and development of resistant quantum computing cryptography, especially the signature scheme based on HASH function，lattice-based public key cryptosystem，MQ public key cryptosystem and public key cryptosystem based on error correcting codes. Also the paper gives some suggestions for further research on the quantum information theory，the complexity theory of quantum computing，design and analysis of resistant quantum computing cryptosystems .

Key words: information security; cryptography; quantum computing; resistant quantum computing cryptography

1 量子信息時代

量子信息技術的研究對象是實現(xiàn)量子態(tài)的相干疊加并對其進行有效處理、傳輸和存儲，以創(chuàng)建新一代高性能的、安全的計算機和通信系統(tǒng).量子通信和量子計算的理論基礎是量子物理學.量子信息科學技術是在20世紀末期發(fā)展起來的新學科，預計在21世紀將有大的發(fā)展［1］.

量子有許多經(jīng)典物理所沒有的奇妙特性.量子的糾纏態(tài)就是其中突出的一個.原來存在相互作用、以后不再有相互作用的2個量子系統(tǒng)之間存在瞬時的超距量子關聯(lián)，這種狀態(tài)被稱為量子糾纏態(tài)［1］.

量子的另一個奇妙特性是量子通信具有保密特性.這是因為量子態(tài)具有測不準和不可克隆的屬性，根據(jù)這種屬性除了合法的收發(fā)信人之外的任何人竊取信息，都將破壞量子的狀態(tài).這樣，竊取者不僅得不到信息，而且竊取行為還會被發(fā)現(xiàn)，從而使量子通信具有保密的特性.目前，量子保密通信比較成熟的技術是，利用量子器件產生隨機數(shù)作為密鑰，再利用量子通信分配密鑰，最后按傳統(tǒng)的“一次一密”方式加密.量子糾纏態(tài)的超距作用預示，如果能夠利用量子糾纏態(tài)進行通信，將獲得超距和超高速通信.

量子計算機是一種以量子物理實現(xiàn)信息處理的新型計算機.奇妙的是量子計算具有天然的并行性.n量子位的量子計算機的一個操作能夠處理2n個狀態(tài)，具有指數(shù)級的處理能力，所以可以用多項式時間解決一些指數(shù)復雜度的問題.這就使得一些原來在電子計算機上無法解決的困難問題，在量子計算機上卻是可以解決的.

2 量子計算機對現(xiàn)有密碼提出嚴重挑戰(zhàn)

針對密碼破譯的量子計算機算法主要有以下2種.

第1種量子破譯算法叫做Grover算法［3］.這是貝爾實驗室的Grover在1996年提出的一種通用的搜索破譯算法，其計算復雜度為O(N).對于密碼破譯來說，這一算法的作用相當于把密碼的密鑰長度減少到原來的一半.這已經(jīng)對現(xiàn)有密碼構成很大的威脅，但是并未構成本質的威脅，因為只要把密鑰加長1倍就可以了.

第2種量子破譯算法叫做Shor算法［4］.這是貝爾實驗室的Shor在1997年提出的在量子計算機上求解離散對數(shù)和因子分解問題的多項式時間算法.利用這種算法能夠對目前廣泛使用的RSA、ECC公鑰密碼和DH密鑰協(xié)商體制進行有效攻擊.對于橢圓曲線離散對數(shù)問題，Proos和Zalka指出：在N量子位(qbit)的量子計算機上可以容易地求解k比特的橢圓曲線離散對數(shù)問題［7］，其中N≈5k+8(k)1/2+5log 2k.對于整數(shù)的因子分解問題，Beauregard指出：在N量子位的量子計算機上可以容易地分解k比特的整數(shù)［5］，其中N≈2k.根據(jù)這種分析，利用1448qbit的計算機可以求解256位的橢圓曲線離散對數(shù)，因此也就可以破譯256位的橢圓曲線密碼，這可能威脅到我國第2代身份證的安全.利用2048qbit的計算機可以分解1024位的整數(shù)，因此也就可以破譯1024位的RSA密碼，這就可能威脅到我們電子商務的安全

Shor算法的攻擊能力還在進一步擴展，已從求廣義解離散傅里葉變換問題擴展到求解隱藏子群問題(HSP)，凡是能歸結為HSP的公鑰密碼將不再安全.所以，一旦量子計算機能夠走向實用，現(xiàn)在廣泛應用的許多公鑰密碼將不再安全，量子計算機對我們的密碼提出了嚴重的挑戰(zhàn).

3 抗量子計算密碼的發(fā)展現(xiàn)狀

抗量子計算密碼（Resistant Quantum Computing Cryptography）主要包括以下3類：

第1類，量子密碼；第2類，DNA密碼；第3類是基于量子計算不擅長計算的那些數(shù)學問題所構建的密碼.

量子保密的安全性建立在量子態(tài)的測不準與不可克隆屬性之上，而不是基于計算的［1,6］.類似地，DNA密碼的安全性建立在一些生物困難問題之上，也不是基于計算的［7-8］.因此，它們都是抗量子計算的.由于技術的復雜性，目前量子密碼和DNA密碼尚不成熟.

第3類抗量子計算密碼是基于量子計算機不擅長的數(shù)學問題構建的密碼.基于量子計算機不擅長計算的那些數(shù)學問題構建密碼，就可以抵御量子計算機的攻擊.本文主要討論這一類抗量子計算密碼［9］.

所有量子計算機不能攻破的密碼都是抗量子計算的密碼.國際上關于抗量子計算密碼的研究主要集中在以下4個方面.

3.1 基于HASH函數(shù)的數(shù)字簽名

1989年Merkle提出了認證樹簽名方案(MSS)［10］. Merkle 簽名樹方案的安全性僅僅依賴于Hash函數(shù)的安全性.目前量子計算機還沒有對一般Hash函數(shù)的有效攻擊方法, 因此Merkle簽名方案具有抗量子計算性質.與基于數(shù)學困難性問題的公鑰密碼相比,Merkle簽名方案不需要構造單向陷門函數(shù),給定1個單向函數(shù)(通常采用Hash函數(shù))便能造1個Merkle簽名方案.在密碼學上構造1個單向函數(shù)要比構造1個單向陷門函數(shù)要容易的多,因為設計單向函數(shù)不必考慮隱藏求逆的思路, 從而可以不受限制地運用置換、迭代、移位、反饋等簡單編碼技巧的巧妙組合,以簡單的計算機指令或廉價的邏輯電路達到高度復雜的數(shù)學效果.新的Hash標準SHA-3［11］的征集過程中,涌現(xiàn)出了許多新的安全的Hash函數(shù),利用這些新的Hash算法可以構造出一批新的實用Merkle簽名算法.

Merkle 簽名樹方案的優(yōu)點是簽名和驗證簽名效率較高，缺點是簽名和密鑰較長,簽名次數(shù)受限.在最初的Merkle簽名方案中, 簽名的次數(shù)與需要構造的二叉樹緊密相關.簽名的次數(shù)越多,所需要構造的二叉樹越大,同時消耗的時間和空間代價也就越大.因此該方案的簽名次數(shù)是受限制的.近年來,許多學者對此作了廣泛的研究,提出了一些修改方案，大大地增加了簽名的次數(shù), 如CMSS方案［12］、GMSS方案［13］、DMSS方案等［14］.Buchmann, Dahmen 等提出了XOR樹算法［12,15］,只需要采用抗原像攻擊和抗第2原像攻擊的Hash函數(shù),便能構造出安全的簽名方案.而在以往的Merkle簽名樹方案中,則要求Hash函數(shù)必須是抗強碰撞的.這是對原始Merkle簽名方案的有益改進.上述這些成果,在理論上已基本成熟,在技術上已基本滿足工程應用要求, 一些成果已經(jīng)應用到了Microsoft Outlook 以及移動路由協(xié)議中［16］.

雖然基于Hash函數(shù)的數(shù)字簽名方案已經(jīng)開始應用，但是還有許多問題需要深入研究.如增加簽名的次數(shù)、減小簽名和密鑰的尺寸、優(yōu)化認證樹的遍歷方案以及如何實現(xiàn)加密和基于身份的認證等功能，均值得進一步研究.

3.2 基于糾錯碼的公鑰密碼

基于糾錯碼的公鑰密碼的基本思想是: 把糾錯的方法作為私鑰, 加密時對明文進行糾錯編碼，并主動加入一定數(shù)量的錯誤, 解密時運用私鑰糾正錯誤, 恢復出明文.

McEliece利用Goppa碼有快速譯碼算法的特點, 提出了第1個基于糾錯編碼的McEliece公鑰密碼體制［17］.該體制描述如下, 設G是二元Goppa碼［n;k;d］的生成矩陣,其中n=2h;d=2t+1;k=n-ht,明密文集合分別為GF(2)k和GF(2)n.隨機選取有限域GF(2)上的k階可逆矩陣S和n階置換矩陣P,并設G′=SGP,則私鑰為,公鑰為G′.如果要加密一個明文m∈GF(2)k,則計算c=mG′+z,這里z∈GF(2)n是重量為t的隨機向量.要解密密文c, 首先計算cP-1=mSGPP-1+zP-1=mSG+zP-1,由于P是置換矩陣, 顯然z與zP-1的重量相等且為t,于是可利用Goppa的快速譯碼算法將cP-1譯碼成m′= mS,則相應明文m= m′S-1.

1978年Berlekamp等證明了一般線性碼的譯碼問題是NPC問題［18］，McEliece密碼的安全性就建立在這一基礎上.McEliece密碼已經(jīng)經(jīng)受了30多年來的廣泛密碼分析,被認為是目前安全性最高的公鑰密碼體制之一.雖然McEliece 公鑰密碼的安全性高且加解密運算比較快, 但該方案也有它的弱點, 一是它的公鑰尺寸太大，二是只能加密不能簽名.

1986年Niederreiter提出了另一個基于糾錯碼的公鑰密碼體制［19］. 與McEliece密碼不同的是它隱藏的是Goppa碼的校驗矩陣.該系統(tǒng)的私鑰包括二元Goppa碼［n;k;d］的校驗矩陣H以及GF(2)上的可逆矩陣M和置換矩陣P.公鑰為錯誤圖樣的重量t和矩陣H′=MHP.假如明文為重量為t 的n 維向量m, 則密文為c=mH′T .解密時,首先根據(jù)加密表達式可推導出z(MT )-1=mPTHT,然后通過Goppa碼的快速譯碼算法得到mPT,從而可求出明文m .1994年我國學者李元興、王新梅等［20］證明了Niederreiter密碼與McEliece密碼在安全性上是等價的.

McEliece密碼和Niederreiter密碼方案不能用于簽名的主要原由是,用Hash算法所提取的待簽消息摘要向量能正確解碼的概率極低.2001年Courtois等提出了基于糾錯碼的CFS簽名方案［21］.CFS 簽名方案能做到可證明安全, 短簽名性質是它的最大優(yōu)點. 其缺點是密鑰量大、簽名效率低，影響了其實用性.

因此, 如何用糾錯碼構造一個既能加密又簽名的密碼, 是一個相當困難但卻非常有價值的開放課題.

3.3 基于格的公鑰密碼

近年來,基于格理論的公鑰密碼體制引起了國內外學者的廣泛關注.格上的一些難解問題已被證明是NP難的，如最短向量問題(SVP)、最近向量問題(CVP)等.基于格問題建立公鑰密碼方案具有如下優(yōu)勢:①由于格上的一些困難性問題還未發(fā)現(xiàn)量子多項式破譯算法，因此我們認為基于格上困難問題的密碼具有抗量子計算的性質.②格上的運算大多為線性運算,較RSA等數(shù)論密碼實現(xiàn)效率高,特別適合智能卡等計算能力有限的設備.③根據(jù)計算復雜性理論,問題類的復雜性是指該問題類在最壞情況下的復雜度.為了確?；谠擃惱щy問題的密碼是安全的，我們希望該問題類的平均復雜性是困難的，而不僅僅在最壞情況下是困難的.Ajtai在文獻［22］中開創(chuàng)性地證明了:格中一些問題類的平均復雜度等于其最壞情況下的復雜度.Ajtai和Dwork利用這一結論設計了AD公鑰密碼方案［23］.這是公鑰密碼中第1個能被證明其任一隨機實例與最壞情況相當.盡管AD公鑰方案具有良好的安全性, 但它的密鑰量過大以及實現(xiàn)效率太低、而缺乏實用性.

1996年Hoffstein、Pipher和Silverman提出NTRU(Number Theory Research Unit)公鑰密碼［24］. 這是目前基于格的公鑰密碼中最具影響的密碼方案.NTRU的安全性建立在在一個大維數(shù)的格中尋找最短向量的困難性之上.NTRU 密碼的優(yōu)點是運算速度快，存儲空間小.然而, 基于NTRU的數(shù)字簽名方案卻并不成功.

2000年Hoffstein等利用NTRU格提出了NSS簽名體制［25］, 這個體制在簽名時泄露了私鑰信息,導致了一類統(tǒng)計攻擊,后來被證明是不安全的.2001年設計者改進了NSS 體制,提出了R-NSS 簽名體制［26］,不幸的是它的簽名仍然泄露部分私鑰信息.Gentry 和Szydlo 結合最大公因子方法和統(tǒng)計方法,對R-NSS 作了有效的攻擊.2003年Hoffstein等提出了NTRUSign數(shù)字簽名體制［27］.NTRUSign 簽名算法較NSS與R-NSS兩個簽名方案做了很大的改進,在簽名過程中增加了對消息的擾動, 大大減少簽名中對私鑰信息的泄露, 但卻極大地降低了簽名的效率, 且密鑰生成過于復雜.但這些簽名方案都不是零知識的,也就是說,簽名值會泄露私鑰的部分相關信息.以NTRUSign 方案為例,其推薦參數(shù)為(N;q;df;dg;B;t;N)= (251;128;73;71;1;"transpose";310),設計值保守推薦該方案每個密鑰對最多只能簽署107 次,實際中一般認為最多可簽署230次.因此，如何避免這種信息泄露缺陷值得我們深入研究.2008 年我國學者胡予濮提出了一種新的NTRU 簽名方案［28］，其特點是無限制泄露的最終形式只是關于私鑰的一組復雜的非線性方程組，從而提高了安全性.總體上這些簽名方案出現(xiàn)的時間都還較短，還需要經(jīng)歷一段時間的安全分析和完善.

由上可知，進一步研究格上的困難問題，基于格的困難問題設計構造既能安全加密又能安全簽名的密碼，都是值得研究的重要問題.

3.4 MQ公鑰密碼

MQ公鑰密碼體制, 即多變量二次多項式公鑰密碼體制(Multivariate Quadratic Polynomials Public Key Cryptosystems).以下簡稱為MQ密碼.它最早出現(xiàn)于上世紀80年代,由于早期的一些MQ密碼均被破譯,加之經(jīng)典公鑰密碼如RSA算法的廣泛應用,使得MQ公鑰算法一度遭受冷落.但近10年來MQ密碼的研究重新受到重視,成為密碼學界的研究熱點之一.其主要有3個原因:一是量子計算對經(jīng)典公鑰密碼的挑戰(zhàn);二是MQ密碼孕育了代數(shù)攻擊的出現(xiàn)［29-31］,許多密碼(如AES)的安全性均可轉化為MQ問題,人們試圖借鑒MQ密碼的攻擊方法來分析這些密碼,反過來代數(shù)攻擊的興起又帶動了MQ密碼的蓬勃發(fā)展;三是MQ密碼的實現(xiàn)效率比經(jīng)典公鑰密碼快得多.在目前已經(jīng)構造出的MQ密碼中, 有一些非常適用于智能卡、RFID、移動電話、無線傳感器網(wǎng)絡等計算能力有限的設備, 這是RSA等經(jīng)典公鑰密碼所不具備的優(yōu)勢.

MQ密碼的安全性基于有限域上的多變量二次方程組的難解性.這是目前抗量子密碼學領域中論文數(shù)量最多、最活躍的研究分支.

設U、T 是GF(q)上可逆線性變換(也叫做仿射雙射變換),而F 是GF(q)上多元二次非線性可逆變換函數(shù),稱為MQ密碼的中心映射.MQ密碼的公鑰P為T 、F 和U 的復合所構成的單向陷門函數(shù),即P = T•F•U,而私鑰D 由U、T 及F 的逆映射組成,即D = {U -1; F -1; T -1}.如何構造具有良好密碼性質的非線性可逆變換F是MQ密碼設計的核心.根據(jù)中心映射的類型劃分,目前MQ密碼體制主要有:Matsumoto-Imai體制、隱藏域方程(HFE) 體制、油醋(OV)體制及三角形(STS)體制［32］.

1988年日本的Matsumoto和Imai運用"大域-小域"的原理設計出第1個MQ方案,即著名的MI算法［33］.該方案受到了日本政府的高度重視,被確定為日本密碼標準的候選方案.1995年Patarin利用線性化方程方法成功攻破了原始的MI算法［34］.然而,MI密碼是多變量公鑰密碼發(fā)展的一個里程碑,為該領域帶來了一種全新的設計思想,并且得到了廣泛地研究和推廣.改進MI算法最著名的是SFLASH簽名體制［35］,它在2003年被歐洲NESSIE 項目收錄,用于智能卡的簽名標準算法.該標準簽名算法在2007年美密會上被Dubois、Fouque、Shamir等徹底攻破［36］.2008年丁津泰等結合內部擾動和加模式方法給出了MI的改進方案［37-38］.2010年本文作者王后珍、張煥國也給出了一種SFLASH的改進方案［39-40］，改進后的方案可以抵抗文獻［36］的攻擊.但這些改進方案的安全性還需進一步研究.

1996年Patarin針對MI算法的弱點提出了隱藏域方程HFE(Hidden Field Equations)方案［41］.HFE可看作為是對MI的實質性改進.2003 年Faugere利用F5算法成功破解了HFE體制的Challenge-1［42］.HFE主要有2種改進算法.一是HFEv-體制,它是結合了醋變量方法和減方法改進而成,特殊參數(shù)化HFEv-體制的Quartz簽名算法［43］.二是IPHFE體制［44］,這是丁津泰等結合內部擾動方法對HFE的改進.這2種MQ密碼至今還未發(fā)現(xiàn)有效的攻擊方法.

油醋(OilVinegar)體制［45］是Patarin在1997年利用線性化方程的原理,構造的一種MQ公鑰密碼體制.簽名時只需隨機選擇一組醋變量代入油醋多項式,然后結合要簽名的文件,解一個關于油變量的線性方程組.油醋簽名體制主要分為3類:1997年Patarin提出的平衡油醋(OilVinegar)體制, 1999年歐密會上Kipnis、Patarin 和Goubin 提出的不平衡油醋(Unbalanced Oil and Vinegar)體制［46］以及丁津泰在ACNS2005會議上提出的彩虹(Rainbow)體制［47］.平衡的油醋體制中,油變量和醋變量的個數(shù)相等，但平衡的油醋體制并不安全.彩虹體制是一種多層的油醋體制,即每一層都是油醋多項式,而且該層的所有變量都是下一層的醋變量,它也是目前被認為是相對安全的MQ密碼之一.

三角形體制是現(xiàn)有MQ密碼中較為特殊的一類,它的簽名效率比MI和HFE還快,而且均是在較小的有限域上進行.1999年Moh基于Tame變換提出了TTM 密碼體制［48］,并在美國申請了專利.丁津泰等指出當時所有的TTM實例均滿足線性化方程.Moh等隨后又提出了一個新的TTM 實例,這個新的實例被我國學者胡磊、聶旭云等利用高階線性化方程成功攻破［49］.目前三角形體制的設計主要是圍繞鎖多項式的構造、結合其它增強多變量密碼安全性的方法如加減(plus-minus) 模式以及其它的代數(shù)結構如有理映射等.

我國學者也對MQ密碼做了大量研究，取得了一些有影響的研究成果.2007年管海明引入單向函數(shù)鏈對MQ密碼進行擴展,提出了有理分式公鑰密碼系統(tǒng)［50］.胡磊、聶旭云等利用高階線性化方程成功攻破了Moh提出的一個TTM新實例［51］.2010年本文作者王后珍、張煥國給出了一種SFLASH的改進方案［39-40］.2010年王后珍、張煥國基于擴展MQ，設計了一種Hash函數(shù)［52-53］，該Hash函數(shù)具有一些明顯的特點.同年，王后珍、張煥國借鑒有理分式密碼單向函數(shù)鏈的思想［52］，對MQ密碼進行了擴展，設計了一種新的抗量子計算擴展MQ密碼［54］.這些研究對于擴展MQ密碼結構，做了有益的探索.但是這些方案提出的時間較短，其安全性有待進一步分析.

根據(jù)上面的介紹,目前還沒有一種公認安全的MQ公鑰密碼體制.目前MQ公鑰密碼的主要缺點是:只能簽名,不能安全加密(加密時安全性降低)，公鑰大小較長，很難設計出既安全又高效的MQ公鑰密碼體制.

3.5 小結

無論是量子密碼、DNA密碼，還是基于量子計算不擅長計算的那些數(shù)學問題所構建的密碼，都還存在許多不完善之處，都還需要深入研究.

量子保密通信比較成熟的是，利用量子器件產生隨機數(shù)作為密鑰，再利用量子通信分配密鑰，最后按“一次一密”方式加密.在這里，量子的作用主要是密鑰產生和密鑰分配，而加密還是采用的傳統(tǒng)密碼.因此，嚴格說這只能叫量子保密，尚不能叫量子密碼.另外，目前的量子數(shù)字簽名和認證方面還存在一些困難.

對于DNA密碼，目前雖然已經(jīng)提出了DNA傳統(tǒng)密碼和DNA公鑰密碼的概念和方案，但是理論和技術都還不成熟［9-10］.

對于基于量子計算不擅長計算的那些數(shù)學問題所構建的密碼，現(xiàn)有的密碼方案也有許多不足.如，Merkle樹簽名可以簽名，不能加密；基于糾錯碼的密碼可以加密，簽名不理想；NTRU密碼可以加密，簽名不理想；MQ密碼可以簽名，加密不理想.這說明目前尚沒有形成的理想的密碼體制.而且這些密碼的安全性還缺少嚴格的理論分析.

總之，目前尚未形成理想的抗量子密碼.

4 我們的研究工作

我們的研究小組從2007年開始研究抗量子計算密碼.目前獲得了國家自然科學基金等項目的支持，并取得了以下2個階段性研究成果.

4.1 利用多變量問題，設計了一種新的Hash函數(shù)

Hash 函數(shù)在數(shù)字簽名、完整性校驗等信息安全技術中被廣泛應用.目前 Hash 函數(shù)的設計主要有3類方法:①直接構造法.它采用大量的邏輯運算來確保Hash函數(shù)的安全性. MD系列和SHA系列的Hash函數(shù)均是采用這種方法設計的.②基于分組密碼的Hash 函數(shù)，其安全性依賴于分組密碼的安全性.③基于難解性問題的構造法.利用一些難解性問題諸如離散對數(shù)、因子分解等來構造Hash 函數(shù).在合理的假設下，這種Hash函數(shù)是可證明安全的，但一般來講其效率較低.

我們基于多變量非線性多項式方程組的難解性問題，構造了一種新的Hash 函數(shù)［54-55］.它的安全性建立在多變量非線性多項式方程組的求解困難性之上.方程組的次數(shù)越高就越安全，但是效率就越低.它的效率主要取決多變量方程組的稀疏程度，方程組越稀疏效率就越高，但安全性就越低.我們可以權衡安全性和效率來控制多變量多項式方程組的次數(shù)和稠密度，以構造出滿足用戶需求的多變量Hash 函數(shù).

4.2 對MQ密碼進行了擴展，把Hash認證技術引入MQ密碼，得到一種新的擴展MQ密碼

擴展MQ密碼的基本思想是對傳統(tǒng)MQ密碼的算法空間進行拓展. 如圖1所示, 我們通過秘密變換L將傳統(tǒng)MQ密碼的公鑰映G:GF(q)nGF(q)n, 拓展隱藏到更大算法空間中得到新的公鑰映射G′:GF(q)n+δGF(q)n+μ, 且G′的輸入輸出空間是不對稱的, 原像空間大于像空間(δ＞|μ|), 即具有壓縮性, 但卻并未改變映射G的可逆性質. 同時, 算法空間的拓展破壞了傳統(tǒng)MQ密碼的一些特殊代數(shù)結構性質, 從攻擊者的角度, 由于無法從G′中成功分解出原公鑰映射G, 因此必須在拓展空間中求解更大規(guī)模的非線性方程組G′, 另外, 新方案中引入Hash認證技術, 攻擊者偽造簽名時, 偽造的簽名不僅要滿足公鑰方程G′、 還要通過Hash函數(shù)認證, 雙重安全性保護極大地提升了傳統(tǒng)MQ公鑰密碼系統(tǒng)的安全性. 底層MQ體制及Hash函數(shù)可靈活選取, 由此可構造出一類新的抗量子計算公鑰密碼體制.這種擴展MQ密碼的特點是，既可安全簽名，又可安全加密［56］.

我們提出的基于多變量問題的Hash函數(shù)和擴展MQ密碼，具有自己的優(yōu)點，也有自己的缺點.其安全性還需要經(jīng)過廣泛的分析與實踐檢驗才能被實際證明.

5 今后的研究工作

5.1 量子信息論

量子信息建立在量子的物理屬性之上，由于量子的物理屬性較之電子的物理屬性有許多特殊的性質，據(jù)此我們估計量子的信息特征也會有一些特殊的性質.這些特殊性質將會使量子信息論對經(jīng)典信息論有一些新的擴展.但是，具體有哪些擴展，以及這些新擴展的理論體系和應用價值體現(xiàn)在哪里？我們尚不清楚.這是值得我們研究的重要問題.

5.2 量子計算理論

這里主要討論量子可計算性理論和量子計算復雜性理論.

可計算性理論是研究計算的一般性質的數(shù)學理論.它通過建立計算的數(shù)學模型，精確區(qū)分哪些是可計算的，哪些是不可計算的.如果我們研究清楚量子可計算性理論，將有可能構造出量子計算環(huán)境下的絕對安全密碼.但是我們目前對量子可計算性理論尚不清楚，迫切需要開展研究.

計算復雜性理論使用數(shù)學方法對計算中所需的各種資源的耗費作定量的分析，并研究各類問題之間在計算復雜程度上的相互關系和基本性質.它是密碼學的理論基礎之一，公鑰密碼的安全性建立在計算復雜性理論之上.因此，抗量子計算密碼應當建立在量子計算復雜性理論之上.為此，應當研究以下問題.

1） 量子計算的問題求解方法和特點.量子計算復雜性建立在量子圖靈機模型之上，問題的計算是并行的.但是目前我們對量子圖靈機的計算特點及其問題求解方法還不十分清楚，因此必須首先研究量子計算問題求解的方法和特點.

2） 量子計算復雜性與傳統(tǒng)計算復雜性之間的關系.與電子計算機環(huán)境的P問題、NP問題相對應, 我們記量子計算環(huán)境的可解問題為QP問題, 難解問題為QNP問題.目前人們對量子計算復雜性與傳統(tǒng)計算復雜性的關系還不夠清楚，還有許多問題需要研究.如NP與QNP之間的關系是怎樣的？ NPC與QP的關系是怎樣的？NPC與QNP的關系是怎樣的？能否定義QNPC問題？這些問題關系到我們應基于哪些問題構造密碼以及所構造的密碼是否具有抗量子計算攻擊的能力.

3） 典型難計算問題的量子計算復雜度分析.我們需要研究傳統(tǒng)計算環(huán)境下的一些NP難問題和NPC問題，是屬于QP還是屬于QNP問題？

5.3 量子計算環(huán)境下的密碼安全性理論

在分析一個密碼的安全性時，應首先分析它在電子計算環(huán)境下的安全性，如果它是安全的，再進一步分析它在量子計算環(huán)境下的安全性.如果它在電子計算環(huán)境下是不安全的，則可肯定它在量子計算環(huán)境下是不安全的.

1） 現(xiàn)有量子計算攻擊算法的攻擊能力分析.我們現(xiàn)在需要研究的是Shor算法除了攻擊廣義離散傅里葉變換以及HSP問題外，還能攻擊哪些其它問題？如果能攻擊，攻擊復雜度是多大？

2) 尋找新的量子計算攻擊算法.因為密碼的安全性依賴于新攻擊算法的發(fā)現(xiàn).為了確保我們所構造的密碼在相對長時間內是安全的，必須尋找新的量子計算攻擊算法.

3) 密碼在量子計算環(huán)境下的安全性分析.目前普遍認為, 基于格問題、MQ問題、糾錯碼的譯碼問題設計的公鑰密碼是抗量子計算的.但是，這種認識尚未經(jīng)過量子計算復雜性理論的嚴格的論證.這些密碼所依賴的困難問題是否真正屬于QNP問題？這些密碼在量子計算環(huán)境下的實際安全性如何？只有經(jīng)過了嚴格的安全性分析，我們才能相信這些密碼.

5.4 抗量子計算密碼的構造理論與關鍵技術

通過量子計算復雜性理論和密碼在量子計算環(huán)境下的安全性分析的研究，為設計抗量子計算密碼奠定了理論基礎，并得到了一些可構造抗量子計算的實際困難問題.但要實際設計出安全的密碼，還要研究抗量子計算密碼的構造理論與關鍵技術.

1) 量子計算環(huán)境下的單向陷門設計理論與方法.理論上，公鑰密碼的理論模型是單向陷門函數(shù).要構造一個抗量子計算公鑰密碼首先就要設計一個量子計算環(huán)境下的單向陷門函數(shù).單向陷門函數(shù)的概念是簡單的，但是單向陷門函數(shù)的設計是困難的.在傳統(tǒng)計算復雜性下單向陷門函數(shù)的設計已經(jīng)十分困難，我們估計在量子計算復雜性下單向陷門函數(shù)的設計將更加困難.

2） 抗量子計算密碼的算法設計與實現(xiàn)技術.有了單向陷門函數(shù)，還要進一步設計出密碼算法.有了密碼算法，還要有高效的實現(xiàn)技術.這些都是十分重要的問題.都需要認真研究才能做好.

6 結語

量子計算時代我們使用什么密碼，是擺在我們面前的重大戰(zhàn)略問題.研究并建立我國獨立自主的抗量子計算密碼是我們的唯一正確的選擇.本文主要討論了基于量子計算機不擅長計算的數(shù)學問題所構建的一類抗量子計算的密碼，介紹了其發(fā)展現(xiàn)狀，并給出了進一步研究的建議.

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收稿日期:2011-04-20.

第4篇：量子計算論文范文

但是，自從1978年克勞瑟和1982年阿斯佩驗證了貝爾不等式不成立之后，相對論的基礎——光速不變，或者說，光速是自然運動的極限這一“金科玉律”被否認。

特別是以后的關于多光子的量子糾纏的實驗研究，更是證明了在量子世界中，相互作用可以超越空間、超越光速，是非定域的。以至于有的物理學家開玩笑說，在量子世界中存在“精靈古怪”，當然這只是萬般無奈的物理學家自我嘲諷的一種方式。

在量子世界中，相對論的基本假設完全失效，已成為21世紀物理學一個最具挑戰(zhàn)性的難題。

EPR關聯(lián)之謎

量子理論被建立之后，關于量子理論的哲學基礎，存在著以愛因斯坦這些古典式物理學家為首的柏林學派和以玻爾那群新生代物理學家為代表的哥本哈根學派的爭論。

在歷次索爾維會議上，愛因斯坦和玻爾兩大陣營就量子理論的哲學基礎進行過數(shù)場針鋒相對的辯論。最后，愛因斯坦和玻爾之間的辯論因希特勒上臺之后迫害猶太人，愛因斯坦被迫離開德國而結束。

來到美國普林斯頓定居的愛因斯坦和他的兩位年輕同事波多爾斯基與羅森，在20世紀30年代又向遠在歐洲大陸的玻爾發(fā)難，這次的發(fā)難是針對“測不準原理”。挑戰(zhàn)的論文按三位作者名字的第一個英文字母縮寫，被簡稱為EPR佯謬。

EPR佯謬是這樣的。

設想處于所謂單態(tài)的一對粒子（比如電子），它們的自旋互相抵消，這樣總自旋就為零。假設粒子A和粒子B被分開，沿某一個方向測定粒子A的自旋，結果為“向上”；由于這個粒子對的自旋為零，這就意味著，沿同一方向測定粒子B的自旋總是“向下”的。

但是，按照以玻爾為代表的哥本哈根學派的解釋，粒子A的自旋在被測定之前是沒有確定值的。在測定粒子A自旋的時候，必然會對粒子B產生瞬間的作用，使B的自旋波函數(shù)坍縮至相反的狀態(tài)，即“向下”的狀態(tài)。而這種異乎尋常的作用機制要求有超距相互作用，或者超光速的傳遞。但這在相對論看來，是不允許的。

愛因斯坦和他的合作者確信，這一現(xiàn)象預示了量子理論和相對論的沖突，因而量子理論是不完備的。這個重要的觀點，就是愛因斯坦學派的“可分離原則”，也就是后來所謂的“局域性原理”。當愛因斯坦有關局域性原理的論文被玻爾看到后，玻爾的反應很平淡。他還是哥本哈根學派的老觀點，認為“主客體不可分”，堅持粒子行為的概率解釋，認為微觀世界有不同于宏觀世界的“特殊規(guī)律”，EPR關聯(lián)并不說明量子理論的不完備性。

顯然，玻爾的回答過于蒼白無力，沒有涉及EPR關聯(lián)之謎的核心：一旦EPR關聯(lián)存在，經(jīng)典的量子理論和相對論將會嚴重沖突。

在20世紀30年代后的很長一段時間里，對于如何驗證EPR關聯(lián)，許多一流物理學家都試圖嘗試，但無一例成功。1960年，天才的北愛爾蘭物理學家貝爾利用歐洲粒子研究中心的1年學術休假潛心研究，最終提出了一種大膽的不等式來檢驗EPR關聯(lián)之謎。

貝爾不等式的提出與驗證

為了推導出不等式，貝爾引用了前人一些公認的經(jīng)典理論，此外他假定愛因斯坦的局域性原理是正確的。如果將來有實驗驗證了這個不等式不成立，那么不是量子理論的前提錯誤，就是自然界存在的“非局域性”導致了不等式的不成立。

1978年，美國加利福尼亞大學伯克利分校的克勞瑟，以及1982年法國巴黎的阿斯佩，都相繼在實驗上發(fā)現(xiàn)了貝爾不等式不成立的實驗證據(jù)。實驗證實，盡管從表面上看局域性有道理，但是，量子世界實際上是由一種看不見的未知原理所支配的，它不需要中介，以超光速作用或者瞬時作用相聯(lián)系。這對相對論中“運動不能超光速”的觀點無疑是最沉重的打擊。

近年，物理學家已經(jīng)將光子作用的數(shù)量從早先的2個光子提高到8個光子，同樣違反貝爾不等式。同時，物理學家在20世紀90年代初又為這一現(xiàn)象取了一個名字，也就是“量子糾纏”。

目前，物理學家正在將光子作用的數(shù)量推廣到16個光子的體系。

量子糾纏對當代物理學的沖擊

量子糾纏已被發(fā)現(xiàn)40年了。目前，物理學家正在將其推廣至多光子體系，并試圖用量子糾纏實現(xiàn)遠距離通訊，以及開發(fā)量子計算機等等。

量子糾纏的非局域性特征是對經(jīng)典相對論的巨大沖擊。相對論的第一個經(jīng)驗假設——光速不變原理，在量子糾纏的存在下失效了。在量子糾纏的世界中，粒子之間的相互作用可以是超越時空的瞬時作用，它甚至不需要任何中介媒質。但是，直到今天，為什么在量子體系中會存在“超越時空的‘瞬時作用”’這種顯然和相對論沖突的現(xiàn)象，物理學家仍然一無所知，只是在黑暗之中猜測。

近年，有學者提出了一個“相位空間理論”的觀點，并試圖以此來解釋量子糾纏。但是，由于這個理論依然建立在經(jīng)典的量子理論基礎上，沒有什么新的物理學原理被加入，所以，只是作為一種嘗試，并沒有得到物理學界的認同。

同樣，也有人試圖修改相對論以使其和量子理論兼容，但是，卻繞不開以光速不變?yōu)榍疤岬幕炯僭O。

可以這樣說，在這個已被發(fā)現(xiàn)了40年之久的新的量子糾纏的世界中，當代物理學家仍然一籌莫展。承認量子糾纏的存在，就等于承認在量子世界中相對論的基本假設之一——光速不變原理——是錯誤的，這樣，整個相對論物理學的大廈將被顛覆。但是，為了一個未來的、新的物理學大廈，超越相對論是必須的。

科學的進步總是在新發(fā)現(xiàn)的基礎上提出新的理論取代舊的理論。源于20世紀30年代的EPR關聯(lián)之謎，到了20世紀80年代得到實驗驗證，從而引出量子糾纏這一新現(xiàn)象。這一奇特的現(xiàn)象挑戰(zhàn)了已經(jīng)歷經(jīng)一個多世紀風雨的相對論中的基本假設（光速不變，即光速是自然界運動的極限），也為相對論的終結打開了希望之門。

第5篇：量子計算論文范文

在電子技術中應運中，近似計算貫穿其始終。然而，沒有近似計算是不可想象的。而精確計算在電子技術中往往行不通，也沒有其必要。盡管近似計算會引入一定的誤差，但這個誤差控制得好，不會對分析其它電路產生大的影響。所以關鍵在于我們如何掌握，特別是如何應用近似計算。

在工作點穩(wěn)定電路中的應用要進行靜態(tài)分析，就必須求出三極管的基電壓，必須忽略三極管靜態(tài)基極電流。這樣，我們得到三極管的基射電子的相關過程及結論。

二、納米電子技術急需解決的若干關鍵問題

由于納米器件的特征尺寸處于納米量級，因此，其機理和現(xiàn)有的電子元件截然不同，理論方面有許多量子現(xiàn)象和相關問題需要解決，如電子在勢阱中的隧穿過程、非彈性散射效應機理等。盡管如此，納米電子學中急需解決的關鍵問題主要還在于納米電子器件與納米電子電路相關的納米電子技術方面，其主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）納米Si基量子異質結加工

要繼續(xù)把現(xiàn)有的硅基電子器件縮小到納米尺度，最直截了當?shù)姆椒ㄊ遣捎猛庋?、光刻等技術制造新一代的類似層狀蛋糕的納米半導體結構。其中，不同層通常是由不同勢能的半導體材料制成的，構建成納米尺度的量子勢阱，這種結構稱作“半導體異質結”。

（2）分子晶體管和導線組裝納米器件即使知道如何制造分子晶體管和分子導線，但把這些元件組裝成一個可以運轉的邏輯結構仍是一個非常棘手的難題。一種可能的途徑是利用掃描隧道顯微鏡把分子元件排列在一個平面上；另一種組裝較大電子器件的可能途徑是通過陣列的自組裝。盡管，PurdueUniversity等研究機構在這個方向上取得了可喜的進展，但該技術何時能夠走出實驗室進入實用，仍無法斷言。

（3）超高密度量子效應存儲器

超高密度存儲量子效應的電子“芯片”是未來納米計算機的主要部件，它可以為具備快速存取能力但沒有可動機械部件的計算機信息系統(tǒng)提供海量存儲手段。但是，有了制造納米電子邏輯器件的能力后，如何用這種器件組裝成超高密度存儲的量子效應存儲器陣列或芯片同樣給納米電子學研究者提出了新的挑戰(zhàn)。

（4）納米計算機的“互連問題”

一臺由數(shù)萬億的納米電子元件以前所未有的密集度組裝成納米計算機注定需要巧妙的結構及合理整體布局，而整體結構問題中首當其沖需要解決的就是所謂的“互連問題”。換句話說，就是計算結構中信息的輸入、輸出問題。納米計算機要把海量信息存儲在一個很小的空間內，并極快地使用和產生信息，需要有特殊的結構來控制和協(xié)調計算機的諸多元件，而納米計算元件之間、計算元件與外部環(huán)境之間需要有大量的連接。就現(xiàn)有傳統(tǒng)計算機設計的微型化而言，由于電線之間要相互隔開以避免過熱或“串線”，這樣就有一些幾何學上的考慮和限制，連接的數(shù)量不可能無限制地增加。因此，納米計算機導線間的量子隧穿效應和導線與納米電子器件之間的“連接”問題急需解決。

（5）納米/分子電子器件制備、操縱、設計、性能分析模擬環(huán)境

當前，分子力學、量子力學、多尺度計算、計算機并行技術、計算機圖形學已取得快速發(fā)展，利用這些技術建立一個能夠完成納米電子器件制備、操縱、設計與性能分析的模擬虛擬環(huán)境，并使納米技術研究人員獲得虛擬的體驗已成為可能。但由于現(xiàn)有計算機的速度、分子力學與量子力學算法的效率等問題，目前建立這種迅速、敏感、精細的量子模擬虛擬環(huán)境還存在巨大困難。

三、交互式電子技術手冊

交互式電子技術手冊經(jīng)歷了5個發(fā)展階段，根據(jù)美國國防部的定義：加注索引的掃描頁圖、滾動文檔式電子技術手冊、線性結構電子技術手冊、基于數(shù)據(jù)庫的電子技術手冊和集成電子技術手冊。目前真正意義上的集成了人工智能、故障診斷的第5類集成電子技術手冊并不存在，大多數(shù)電子技術手冊基本上位于第4類及其以下的水平。需要聲明的是，各類電子技術手冊雖然代表不同的發(fā)展階段，但是各有優(yōu)點，較低級別的電子技術手冊目前仍然有著各自的應用價值。由于類以上的電子技術手冊在信息的組織、管理、傳遞、獲取方面具有明顯的優(yōu)點。

簡單的說，電子技術手冊就是技術手冊的數(shù)字化。為了獲取信息的方便，數(shù)字化后的數(shù)據(jù)需要一個良好的組織管理和提供給用戶的形式，電子技術手冊的發(fā)展就是圍繞這一過程來進行的。

四、電子技術在時間與頻率標準中的應用

時間和頻率是描述同一周期現(xiàn)象的兩個參數(shù)，可由時間標準導出頻率標準，兩者可共用的一個基準。

1952年國際天文協(xié)會定義的時間標準是基于地球自轉周期和公轉周期而建立的，分別稱為世界時（UT）和歷書時（ET）。這種基于天文方面的宏觀計時標準，設備龐大，操作麻煩，精度僅達10-9。隨著電子技術與微波光譜學的發(fā)展，產生了量子電子學、激光等新技術，由此出現(xiàn)了一種新穎的頻率標準——量子頻率標準。這種頻率標準是利用原子能級躍遷時所輻射的電磁波頻率作為頻率標準。目前世界各國相繼作成各種量子頻率標準，如（133Cs）頻標、銣原子頻標、氫原子作成的氫脈澤頻標、甲烷飽和以及吸收氦氖激光頻標等等。這樣做后，將過去基于宏觀的天體運動的計時標準，改變成微觀的原子本身結構運動的時間基準。這一方面使設備大為簡化，體積、重量大減??；另一方面使頻率標準的穩(wěn)定度大為提高（可達10-12—10-14量級，即30萬年——300萬年差1秒）。1967年第13屆國際計量大會正式通過決議，規(guī)定：“一秒等于133Cs原子基態(tài)兩超精細能級躍遷的9192631770個周期所持續(xù)的時間”。該時間基準，發(fā)展了高精度的測頻技術，大大有助于宇宙航行和空間探索，加速了現(xiàn)代微波技術和雷達、激光技術等的發(fā)展。而激光技術和電子技術的發(fā)展又為長度計量提供了新的測試手段。

總之，在探討了近似計算在靜態(tài)分析中的應用問題、納米電子技術急需解決的若干關鍵問題和交互式電子技術應用手冊后，廣大科技工作者對電子技術在時間與頻率標準中的應用知識的初步了解和認識。在當代高科技產業(yè)日漸繁榮，尖端信息普遍進入我們生活之中的同時，國家經(jīng)濟建設和和諧社會的構建離不開我們科技工作者對新理論的學習和新技術的應用，因此說，本文具有深刻的理論意義和廣泛的實際應用價值是不足為虛的。

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第6篇：量子計算論文范文

論文摘要：針對鄭州輕工業(yè)學院量子力學教學現(xiàn)狀，結合“量子力學”的課程特點，立足于提高學生學習積極性和培養(yǎng)學生科學探索精神及創(chuàng)新能力，簡要介紹了近年來在教學內容、教學方法、教學手段和考核方法等方面進行的一些改革嘗試。

論文關鍵詞：量子力學；教學改革；物理思想

“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(jīng)成為物理學專業(yè)及部分工科專業(yè)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(yǎng)學生的探索精神和創(chuàng)新意識及科學素養(yǎng)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(fā)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(jīng)成為擺在教師面前的重要課題。近年來，筆者在借鑒前人經(jīng)驗的基礎上，結合鄭州輕工業(yè)學院（以下簡稱“我?！保┙虒W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(jīng)典物理體系相去甚遠，尤其是處理問題的思路和手段與經(jīng)典物理截然不同，但它們之間又不無關聯(lián)，許多量子力學中的基本概念和基本理論是類比經(jīng)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(jīng)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(jīng)典物理之間的聯(lián)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(shù)學推導之中，導致學習興趣缺失。針對以上教學中發(fā)現(xiàn)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(jīng)典物理所面臨的困難出發(fā)，到半經(jīng)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(fā)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(fā)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(jīng)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(jīng)典物理與量子理論之間的界限和區(qū)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(yǎng)學生的創(chuàng)新意識及科學素養(yǎng)。比如：對于玻爾理論，由于對量子化假設很難用已經(jīng)成形的經(jīng)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(jīng)出現(xiàn)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(shù)據(jù)也已經(jīng)被掌握，之前盧瑟福提出的簡單行星模型卻與經(jīng)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(tài)波函數(shù)時，還可以通過定態(tài)波函數(shù)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(xiàn)幾率比較大的區(qū)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(shù)學推導

在物理學研究中，數(shù)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(shù)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(shù)學推導的內容，在教學中刻意忽略具體數(shù)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(shù)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(xiàn)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(tǒng)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(chuàng)新能力及科學思維的培養(yǎng)。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(fā)其學習的積極性，培養(yǎng)其科學探索精神及創(chuàng)新能力，筆者在教學方法上進行了一些有益的探索。

1.發(fā)揮學生主體作用

除卻必要的教學內容講解外，每節(jié)課都留出一定的師生互動時間。教師通過創(chuàng)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(fā)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(tài)問題后就可引導學生思考“非束縛態(tài)下微觀粒子又將表現(xiàn)出什么樣的行為”），這樣學生就會積極地預習下節(jié)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(yǎng)學生的創(chuàng)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(wǎng)絡資源等尋求解決，培養(yǎng)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(fā)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。 轉貼于

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(shù)的統(tǒng)計解釋；借助電子雙縫衍射實驗圖像，可使學生更易接受和理解態(tài)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(qū)別，但借助這些學生已經(jīng)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(yǎng)學生的創(chuàng)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(guī)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(shù)時，有的學生認為是全部粒子組成波函數(shù)，有的學生認為是經(jīng)典物理學的波。這些問題的討論激發(fā)了學生的求知欲望，從而進一步激發(fā)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(yè)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

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(tài)，向學生講授在相關領域的應用以培養(yǎng)學生學習興趣。在量子力學誕生后，作為現(xiàn)代物理學的兩大支柱之一的現(xiàn)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(tài)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?shù)卮┎暹@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(yè)教學相結合

量子力學從誕生到發(fā)展的物理學史所包含的創(chuàng)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(jīng)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(xiàn)象的實驗結果嚴重沖擊經(jīng)典物理學理論，讓經(jīng)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(chuàng)造性地引入了能量子的概念，成功地解釋了黑體輻射現(xiàn)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(xù)的（普朗克假設），而且在物質相互作用中也是不連續(xù)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(jīng)驗光譜公式。泡利突破玻爾半經(jīng)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(jīng)典理論分庭抗禮。和學生一起重溫量子力學史的發(fā)展之路，在教學過程中展現(xiàn)量子力學數(shù)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(chuàng)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(jié)內容，根據(jù)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(tǒng)的建立，其中平時成績（包括作業(yè)、討論、綜合表現(xiàn)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。

第7篇：量子計算論文范文

如果有人說，在物理世界中有一個百歲的“幽靈”，你會相信嗎？

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

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

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

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

什么是“量子”

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

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

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

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

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

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

然而執(zhí)著的普朗克卻表示：“我并不期望發(fā)現(xiàn)新大陸，只希望能理解已經(jīng)存在的美麗的物理理論，或許能將其加深和發(fā)展那么一點點。”命運總是喜歡開玩笑。本來并未期望在物理研究中“發(fā)現(xiàn)新大陸”的普朗克，卻在不經(jīng)意間成為了量子力學的創(chuàng)始人。

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

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

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

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

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

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

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

說一說“量子疊加”

量子有一個非常奇怪的特性――量子疊加。

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

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

這種所謂的量子相干疊加是量子世界與經(jīng)典世界的根本區(qū)別。

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

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

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

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

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

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

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

有了量子糾纏，量子隱形傳輸?shù)母拍畋愫糁觥?/p>

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

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

量子也可以“接地氣”

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

其實，量子理論是一門非常實用的學科。

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

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

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

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

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

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

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

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

第8篇：量子計算論文范文

科學技術發(fā)展的總體目標（到2020年）：

? 自主創(chuàng)新能力顯著增強，科技促進經(jīng)濟社會發(fā)展和保障國家安全的能力顯著增強，為全面建設小康社會提供強有力的支撐。

? 基礎科學和前沿技術研究綜合實力顯著增強，取得一批在世界具有重大影響的科學技術成果，進入創(chuàng)新型國家行列，為在本世紀中葉成為世界科技強國奠定基礎。

科技工作的指導方針：

? 自主創(chuàng)新，重點跨越，支撐發(fā)展，引領未來。

關鍵數(shù)字（到2020年）：

? 全社會研究開發(fā)投入占GDP比重提高到 2.5%以上

? 科技進步貢獻率達到 60%以上

? 對外技術依存度降低到 30%以下

? 本國人發(fā)明專利年度授權量 進入世界前5位

? 國際科學論文被引用數(shù) 進入世界前5位

關鍵數(shù)字：15

綱要涉及的時間段，從2006年到2020年

解讀：科技部研究中心創(chuàng)業(yè)投資研究所所長 房漢廷

這個時間段是從“十一五”規(guī)劃的開始到“十三五”規(guī)劃的結束。其一，未來15年，人均GDP處于1000~3000美元區(qū)間，是社會各種矛盾的多發(fā)期、凸顯期，同時也是機遇期。如果順利通過這個時期，我國就能順利成為中等發(fā)達國家；如果不順利，就可能呈現(xiàn)出拉丁美洲國家的形態(tài)。其二，十六大報告中提到，到2020年實現(xiàn)人均GDP翻兩番，實現(xiàn)小康社會?？茖W技術的發(fā)展，能為全面建設小康社會提供強有力的支撐。其三，中國有望在2020年實現(xiàn)和平崛起。我國傳統(tǒng)的經(jīng)濟增長方式已經(jīng)走到盡頭，環(huán)境、資源等方面的壓力，人民對幸福生活的追求，這些都要求我們轉變經(jīng)濟增長方式。要解決未來的可持續(xù)性發(fā)展問題，中國的經(jīng)濟增長方式必須實現(xiàn)從要素驅動到技術/創(chuàng)新驅動的轉變。

關鍵數(shù)字：2.5％

綱要提到，“到2020年，全社會研究開發(fā)投入占國內生產總值的比重提高到2．5％以上?！?/p>

解讀：科技部研究中心創(chuàng)業(yè)投資研究所所長 房漢廷

研究開發(fā)投入是一個國家的戰(zhàn)略投資，具有超前性。從國際上來看，按照統(tǒng)計規(guī)律，一個創(chuàng)新型國家的研究開發(fā)投入增長速度高于國民生產總值的增長速度。另外，當一個國家的全社會研究開發(fā)投入占國民生產總值的比重達到2%時，這個國家才具備基本的創(chuàng)新能力。2%是個臨界點。芬蘭的這個比重是3.5%，韓國是3%。低于2%，則這個國家基本處于老系統(tǒng)的維持狀態(tài)，基本不具備創(chuàng)新能力。

在我國，這個比重目前是1.23%，有望在2006年實現(xiàn)一個跳躍式增長，然后進入穩(wěn)定增長的狀態(tài)。2020年時，中國的資源將更緊張，對創(chuàng)新的要求也會更高。如果預期目標實現(xiàn)，中國將在2020年年基本成為創(chuàng)新型國家。2.5%是一個并不難實現(xiàn)的目標。我們看到，南方的很多民營企業(yè)已經(jīng)在主動地加大企業(yè)的研發(fā)投入。

關鍵數(shù)字：60％

綱要提到，到2020年，“力爭科技進步貢獻率達到60％以上”。

解讀：科學技術部部長 徐冠華

我們現(xiàn)在要建設創(chuàng)新型國家，要自主創(chuàng)新，是由我們全面建設小康社會的目標所決定的。我們現(xiàn)在提出來到2020年要全面建設成小康社會，意味著從改革開放開始到2020年的40年里，中國的GDP平均增長率都要超過7%。經(jīng)濟增長率有兩個很重要的決定性因素，一個是科技進步的貢獻率，還有一個是投資率。我們現(xiàn)在如果要達到全面建設小康社會的目標，就意味著從現(xiàn)在起，如果保持目前的科技進步貢獻率，也就是39%左右的水平，我們的投資率必須有大幅度的增加，至少要達到52%的高水平，而這幾乎是完全不可能做到的。即使我們的投資率保持在目前40%的水平，都已經(jīng)算是很高的了。那么，我們只有把科技進步貢獻率從目前的40%左右提高到60%，才能夠達到2020年的發(fā)展目標。

關鍵數(shù)字：30％

綱要提到，到2020年，“對外技術依存度降低到30％以下”。

解讀：科學技術部高新技術和產業(yè)化司司長 廖小罕

科技競爭力排在我國前面的國家，他們的一個特點就是科技上的對外依存度都在30%以下，而我們國家目前的對外依存度是60%左右。

60%數(shù)字背后顯現(xiàn)出的是我國科技自主創(chuàng)新的不足，這樣的后果便是我國在經(jīng)濟上、國家安全上、國際貿易上都要受制于那些科技實力高于我們的國家。所以，我國首先要自主創(chuàng)新戰(zhàn)略，力爭在國際競爭中掌握自動權。自主創(chuàng)新也分為原始性創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進消化吸收后創(chuàng)新三種不同的方式，而不是一定要完全從頭開始研究。我們應該在全球范圍內主動利用科技資源，形成國際化研發(fā)體系，提升國際科技合作的層次和規(guī)模。只有對外依存度數(shù)值降低，我們才可以掌握核心技術和產業(yè)鏈上重要環(huán)節(jié)的制控權，并最終落實到推動我國的經(jīng)濟發(fā)展和提高我國的國際競爭力上。

關鍵數(shù)字： 5

綱要指出，到2020年，本國人發(fā)明專利年度授權量進入世界前5位。

解讀：

創(chuàng)新產出高是創(chuàng)新型國家的基本特征之一。世界公認的20個創(chuàng)新型國家擁有的發(fā)明專利總數(shù)占到全世界的99%。和一些具有較強創(chuàng)新能力的國家相比，中國雖然已具備一些基本條件，但離創(chuàng)新型國家還有一定距離。據(jù)了解，2005年國家知識產權局一共受理了17.3萬項專利申請，其中本國人的申請達到53%左右。單就信息產業(yè)而言，本國人的專利授權量占總量的22%～30%。過去的三、四年是信息產業(yè)專利申請數(shù)猛增的一個階段。

國務委員陳至立曾經(jīng)在中國科協(xié)2005年學術年會上指出，我們要抓住信息技術更新?lián)Q代和新材料技術迅猛發(fā)展的難得機遇，掌握裝備制造業(yè)和信息產業(yè)核心技術的自主知識產權。充分表達了對自主知識產權的關注。

據(jù)業(yè)內人士分析，隨著時間發(fā)展，達到本國人專利授權量世界第五的目標是很有希望的，情況理想的話還可能達到第三或第四。到2020年，我國將成為創(chuàng)新型國家，成為世界最重要的知識和技術產出國之一。

關鍵數(shù)字：5

綱要指出，到2020年，國際科學論文被引用數(shù)進入世界前5位

解讀：中國科學技術信息研究所副所長 趙新力

目前，我國國際科技論文數(shù)量連續(xù)3年保持世界第5位，但論文的被引用數(shù)在世界排名剛剛從第18位上升到第14位。論文是展示科研成果的最快捷方式，也是國際上了解同行進展的主要渠道?！氨灰脭?shù)”則是最直接、最簡潔地體現(xiàn)國際學術界認可程度的指標。

十五期間，我國在國際上能夠被檢索收錄的論文總篇數(shù)（包括EI、SCI、STP、ISTP等）在整體上不斷向前推移。目前在科技論文發(fā)展的道路上，主要的問題是受語言的限制。學術界應該共同創(chuàng)造更好的英文發(fā)展環(huán)境，培養(yǎng)國際上認可的精品期刊，在國內更多地舉辦國際性學術會議，提高科研人員用英文發(fā)表文章的能力和驅動力。

說這個目標沒有挑戰(zhàn)是不對的，但是按照目前我國科技人員的努力程度、國家對科學技術的支持程度和目前工作的加速度，我們對實現(xiàn)這個目標還是充滿信心的。

信息產業(yè)作為國民經(jīng)濟的基礎產業(yè)、先導產業(yè)和支柱產業(yè)，其在中國未來15年的科技發(fā)展中將扮演怎樣的重要角色？透過綱要的總體部署中的關鍵數(shù)字，我們看到信息產業(yè)的重要作用和位置凸顯出來：

重要性1：

11個重點領域中，信息產業(yè)及現(xiàn)代服務業(yè)為其中之一

重點領域的含義：是指在國民經(jīng)濟、社會發(fā)展和國防安全中重點發(fā)展、亟待科技提供支撐的產業(yè)和行業(yè)。

重要性2：

68項優(yōu)先主題中有7項屬于信息產業(yè)及現(xiàn)代服務業(yè)

優(yōu)先主題含義：是指在重點領域中急需發(fā)展、任務明確、技術基礎較好、近期能夠突破的技術群。

確定優(yōu)先主題的原則：一是有利于突破瓶頸制約，提高經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展能力；二是有利于掌握關鍵技術和共性技術，提高產業(yè)的核心競爭力；三是有利于解決重大公益性科技問題，提高公共服務能力；四是有利于發(fā)展軍民兩用技術，提高國家安全保障能力。

信息產業(yè)及現(xiàn)代服務業(yè)領域的7個優(yōu)先主題：

1. 現(xiàn)代服務業(yè)信息支撐技術及大型應用軟件；

2. 下一代網(wǎng)絡關鍵技術與服務；

3. 高效能可信計算機；

4. 傳感器網(wǎng)絡及智能信息處理；

5. 數(shù)字媒體內容平臺；

6. 高清晰度大屏幕平板顯示；

7. 面向核心應用的信息安全。

圖1 信息產業(yè)在優(yōu)先主題中的比重

重要性3：

16個重大專項中，4個與信息產業(yè)直接相關

重大專項含義：是為了實現(xiàn)國家目標，通過核心技術突破和資源集成，在一定時限內完成的重大戰(zhàn)略產品、關鍵共性技術和重大工程，是我國科技發(fā)展的重中之重。

與信息產業(yè)直接相關的4個重大專項：

1. 核心電子器件；

2. 高端通用芯片及基礎軟件；

3. 極大規(guī)模集成電路制造技術及成套工藝；

4. 新一代寬帶無線移動通信。

圖2 信息產業(yè)在重大專項中的比重

重要性4：

27項前沿技術中，有3項屬于信息技術

前沿技術的含義：是指高技術領域中具有前瞻性、先導性和探索性的重大技術，是未來高技術更新?lián)Q代和新興產業(yè)發(fā)展的重要基礎，是國家高技術創(chuàng)新能力的綜合體現(xiàn)。

信息技術領域的前沿技術：

1． 智能感知技術

重點研究基于生物特征、以自然語言和動態(tài)圖像的理解為基礎的“以人為中心”的智能信息處理和控制技術，中文信息處理；研究生物特征識別、智能交通等相關領域的系統(tǒng)技術。

2． 自組織網(wǎng)絡技術

重點研究自組織移動網(wǎng)、自組織計算網(wǎng)、自組織存儲網(wǎng)、自組織傳感器網(wǎng)等技術，低成本的實時信息處理系統(tǒng)、多傳感信息融合技術、個性化人機交互界面技術，以及高柔性免受攻擊的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡和先進的信息安全系統(tǒng)；研究自組織智能系統(tǒng)和個人智能系統(tǒng)。

3． 虛擬現(xiàn)實技術

重點研究電子學、心理學、控制學、計算機圖形學、數(shù)據(jù)庫設計、實時分布系統(tǒng)和多媒體技術等多學科融合的技術，研究醫(yī)學、娛樂、藝術與教育、軍事及工業(yè)制造管理等多個相關領域的虛擬現(xiàn)實技術和系統(tǒng)。

圖3 信息技術在前沿技術中的比重

重要性5：

4個重大科學研究計劃中，其中之一與信息產業(yè)密切相關

重大科學研究計劃的含義：根據(jù)世界科學發(fā)展趨勢和我國重大戰(zhàn)略需求，選擇能引領未來發(fā)展，對科學和技術發(fā)展有很強帶動作用，可促進我國持續(xù)創(chuàng)新能力迅速提高，同時具有優(yōu)秀創(chuàng)新團隊的研究方向，這些方向的突破，可顯著提升我國的國際競爭力，大力促進可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)重點跨越。

4個重大科學研究計劃：其中的量子調控研究與信息產業(yè)密切相關

1． 蛋白質研究

2． 量子調控研究：以微電子為基礎的信息技術將達到物理極限，對信息科技發(fā)展提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，人類必須尋求新出路，而以量子效應為基礎的新的信息手段初露端倪，并正在成為發(fā)達國家激烈競爭的焦點。量子調控就是探索新的量子現(xiàn)象，發(fā)展量子信息學、關聯(lián)電子學、量子通信、受限小量子體系及人工帶隙系統(tǒng)，構建未來信息技術理論基礎，具有明顯的前瞻性，有可能在20～30年后對人類社會經(jīng)濟發(fā)展產生難以估量的影響。

3． 納米研究

4． 發(fā)育與生殖研究

圖4 信息產業(yè)在重大科學研究機會中的比重

網(wǎng)友評論

網(wǎng)友一：首先我要說，我本人也是干機械的，看了這個帖我快要流淚了，看著工廠中一個個外國名牌我心痛啊。每當我看到外國車時，我的心里是愧疚，對不起大家的感覺，因為我是搞制造的，可我知道咱們祖國連汽車外殼的曲面精加工都困難，更甭提發(fā)動機了?？禳c懂事吧，醒醒吧，別再沉迷于GDP又增長了，你看看咱們制造的產品的質量，心痛啊！

網(wǎng)友二：愿望是好的，實現(xiàn)目標靠的是人才和管理技術，的方式已經(jīng)不現(xiàn)實了。

網(wǎng)友三：請創(chuàng)造一個以創(chuàng)新為榮、抄襲盜版為恥的文化，一個獎勵創(chuàng)新、保護創(chuàng)新者權益的制度，一個公平透明的核查機制。

網(wǎng)友四：這是提高全民素質和綜合國力的最佳手段！擴大基礎設施投資拉動經(jīng)濟的時代已過去，要為15年后勞動力資源下降提前做準備。

網(wǎng)友五：好！不過要有稅收政策的支持，要讓創(chuàng)新的企業(yè)有錢賺。

網(wǎng)友六：切不可花拳秀腿哦，要以實際為主，現(xiàn)在的大學生工程師數(shù)量那么多，可真正能派上用場的卻寥寥無幾，先思考一下這個問題再說吧，中國人什么時候能打破靠關系成功，就有希望了。

網(wǎng)友七：觀念很好，但應當出臺好的政策避免高級人才的外流，科技創(chuàng)新需要更多的人才。

網(wǎng)友八：方向是不錯，但怎么執(zhí)行是問題，而且如何加強保密，保證成果不被他人竊取更成問題，國人的保密意識和措施一直都不怎么樣。

網(wǎng)友九：良好的制度比大力倡導更起作用，現(xiàn)在內外資不公平的待遇是一個方面，我想肯定還有其它對國民創(chuàng)造力的限制，我們當前要做的是去掉那些不公平的制度，否則無論如何倡導也白搭！

網(wǎng)友十：目標誠可貴，實干價更高；若要得實現(xiàn)，兩者須配合！

第9篇：量子計算論文范文

廣州醫(yī)科大學和中科院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院聯(lián)合共建了呼吸疾病國家重點實驗室，研制出攜帶熒光素酶的重組流感病毒IAV—luc。利用此“熒光流感病毒”病毒感染小鼠后，通過一個特殊的成像儀就可以觀測到病毒感染的區(qū)域發(fā)出熒光。研究人員可以在活的動物，例如小鼠通過檢測肺部發(fā)光而實時得知病毒感染的情況，從而可以對同一動物體內的病毒感染進行連續(xù)、實時的動態(tài)監(jiān)測，具有操作簡單、結果直觀、靈敏度高等特點。（吳月輝）

宇宙最冷之地：回力棒星云的絕度零度

宇宙中最冷的地方-回力棒星云，僅比絕對零度高1度。宇宙中最冷的“回力棒星云”的溫度只有1開氏度（約零下272攝氏度），是“宇宙中已知的最冷天體”?！盎亓Π粜窃啤蔽挥诎肴笋R星座，距離地球約5000光年。

智利天文學家表示，宇宙中最冷的地方是“回力棒星云”，那里的溫度僅比絕對零度高1度。在絕對零度條件下，所有的原子都會凍結?！盎亓Π粜窃啤蔽挥诎肴笋R星座，距離地球約5000光年。他們說，“回力棒星云”的溫度只有1開氏度（約零下272攝氏度），是“宇宙中已知的最冷天體”?！盎亓Π粜窃啤笔且粋€相對年輕的行星狀星云，它正迅速膨脹，并在這個過程中耗盡能量，產生冷卻效果，從而使自身溫度保持在比周圍溫度還低的水平。捕捉到“回力棒星云”芳容的“阿爾馬”設在阿塔卡馬沙漠中海拔5000米的高原上，那里幾乎沒有任何濕氣或植被，能對天空一覽無余。

微型黑洞：如果“膜宇宙”的理論是正確的，那么我們的太陽系可能遍布著上千個迷你黑洞，每一個大小都在原子核大小，它們和那些大黑洞不一樣，是宇宙大爆炸的遺留物，對時空的影響也不同，可能和第五維有著密切的關系。（申安）

部分坍塌的量子比特

可通過“自旋回聲”恢復狀態(tài)

在同一時間處于兩種不同狀態(tài)是量子比特的一個顯著特點，測量量子比特會導致這種疊加態(tài)崩潰，使其塌縮成一個單一態(tài)。這個測量過程以及由此造成的量子比特坍塌似乎是不可逆轉的。但據(jù)物理學家組織網(wǎng)11月12日（北京時間）報道，牛津大學的一個團隊在《物理評論快報》上稱，他們的實驗證明，有一種方法可以原則上完美地恢復部分坍塌的單個量子比特的狀態(tài)。該成果可用于量子系統(tǒng)中的質量控制。

開展這項研究的牛津大學物理學家J.A.謝爾曼等人解釋說，對一個量子比特進行測量，如果導致其完全崩潰，該量子比特就可以塌縮至一個確定的狀態(tài)；而如果只是局部崩潰，可以理解為只是“窺看”了量子比特一眼，因為這不過是在驗證量子比特沒有衰變。但問題在于，這種單純的窺看行為往往也會改變量子比特的狀態(tài)。因此，找到恢復的方法能夠從根本上扭轉窺看對量子比特的影響，從而使窺看變成一種非破壞性的量子質量控制技術。

可以用“薛定諤的貓”來想像一下這個局部坍塌的概念?！凹僭O貓可以處于三種狀態(tài)：快樂、悲傷或者死了，”謝爾曼說，“那么，這種方法只是檢測貓究竟是死了還是沒有，而無需了解貓是快樂還是悲傷。而快樂和悲傷混雜的量子狀態(tài)在核實了貓還活著之后是可以得到積極地恢復的?！?/p>

物理學家們說，這種恢復量子比特的方法可以歸納為一個概念——自旋回聲。自旋回聲可以理解為一種讓自旋“解開”的技術，該方法于2002年提出，2008年首次通過實驗實現(xiàn)。他們對這種方法的準確性加以改進，使其失真度降低了一個量級，從而能夠大幅恢復已經(jīng)嚴重坍塌的量子比特的狀態(tài)。比如，即使衰變的可能性高達80%，量子比特的信息內容也能被保存下來，且準確性超過98%。

但這種恢復方法并非完美無缺。量子比特的狀態(tài)能否恢復，取決于它坍塌的程度，正如死貓無力回生一樣，完全崩潰的量子比特恢復的可能性為零。盡管如此，該方法對于克服量子退相干仍非常有用，而退相干是發(fā)展量子系統(tǒng)面臨的最大挑戰(zhàn)之一。

“量子相干性是量子系統(tǒng)最大的弱點，因為所有的量子系統(tǒng)都會受到嘈雜環(huán)境和自發(fā)衰變的極大影響?！敝x爾曼說，“要更完善地利用量子信息，就需要方法來檢測和糾正這些隨機誤差。我們所描述的‘可逆窺看’方法是普遍適用的，并且在一個量子比特比其他的衰變更快（或對噪音更敏感）的情況下最有用。對于光子量子比特，‘可逆窺看’可以通過雙折射光學系統(tǒng)和偏光器來實現(xiàn)。對于超導體量子比特，‘可逆窺看’可以利用微波脈沖來操作。而對于像我們實驗中的原子量子比特，我們采用的是光脈沖和射頻脈沖?！赡娓Q看’可能是促使這些量子計算架構從實驗室走向真正廣泛部署的有用設備的幾種技術之一。”（陳丹）

最新研究稱銀河系中類地宜居行星普遍存在

據(jù)美國國家地理網(wǎng)站報道，一項最新研究指出，可能每5顆類太陽恒星的周圍就隱藏著一顆在宜居帶范圍內運行的地球大小的系外行星。有關這項發(fā)現(xiàn)的于本周出版的《美國國家科學院學報》上，這一研究工作是在美國宇航局已經(jīng)失效的開普勒望遠鏡遺留數(shù)據(jù)的統(tǒng)計學分析基礎上得到的。

天文學家認為在所有和太陽相似的恒星中大約有22%可能擁有圍繞其運行的小質量巖石行星，并且恰好位于宜居帶范圍內。在這一范圍內運行的行星將會接收到與地球相似水平的光照。這項研究的第一作者，美國加州大學伯克利分校的天文學家杰夫·馬西（Geoffrey Marcy）表示：“我們的研究結果顯示大小與地球相仿的小型行星是普遍存在的?！?/p>

這一結果意味著，距離地球最近的與地球大小相似的系外行星可能就在大約12光年之外，這是一個非常近的距離。

馬西在一份電子郵件中寫道：“天文學家知道在我們太陽系周圍距離最近的數(shù)千顆恒星的精確位置。而現(xiàn)在我們又了解到，大約每5顆類太陽恒星中就有一顆，其周圍的宜居帶范圍內擁有至少一顆與地球大小相仿的巖石行星?！?/p>

他介紹說：“你可以想象從太陽系出發(fā)向外飛行，并在距離我們最近的一顆類太陽恒星附近停留，然后飛往下一顆，然后再下一顆，這樣不斷繼續(xù)。當我們抵達第五站時，你已經(jīng)越過了5顆與太陽相似的恒星了。平均來說，1/5的類太陽恒星在其周圍宜居帶中就會存在一顆與地球大小相仿的巖石行星，并且這顆行星上的溫度適中?！?/p>