量子科學(xué)應(yīng)用精選(九篇)

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第1篇：量子科學(xué)應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目教學(xué)法；中職教育；電子測(cè)量?jī)x表與應(yīng)用

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

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

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

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

二、項(xiàng)目教學(xué)法在電子測(cè)量?jī)x器與應(yīng)用課程中的實(shí)際應(yīng)用

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

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

項(xiàng)目設(shè)置及任務(wù)分解表

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1.確定項(xiàng)目任務(wù)

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

（1）項(xiàng)目教學(xué)設(shè)計(jì)原則。由傳統(tǒng)以教師為中心的教學(xué)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心的教學(xué)；由以課本為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴绊?xiàng)目”為中心；由以課堂為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐郧榫盀橹行摹?/p>

（2）項(xiàng)目的選取標(biāo)準(zhǔn)。該項(xiàng)目可用于學(xué)習(xí)特定的教學(xué)內(nèi)容，具有一定的實(shí)用價(jià)值；與企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程或現(xiàn)實(shí)商業(yè)活動(dòng)有直接的關(guān)系；學(xué)生有獨(dú)立進(jìn)行計(jì)劃工作的機(jī)會(huì)，可以自行組織、安排學(xué)習(xí)行為；有明確而具體的成果展示；學(xué)習(xí)結(jié)束時(shí)，師生共同評(píng)價(jià)項(xiàng)目工作成果以及工作學(xué)習(xí)的方法。

考慮到萬(wàn)用表和雙蹤示波器是電工電子的常用常見(jiàn)儀器，學(xué)生必須掌握其用法，因此，在電子測(cè)量?jī)x表與應(yīng)用項(xiàng)目?jī)?nèi)容的選取中，選擇這兩個(gè)項(xiàng)目作為教學(xué)重點(diǎn)。為了更好地學(xué)習(xí)電子線路專業(yè)課，又選了元器件的識(shí)別和信號(hào)源兩個(gè)項(xiàng)目。

2.制定計(jì)劃

完成實(shí)用性項(xiàng)目的過(guò)程，學(xué)生更能認(rèn)識(shí)到這門課程的作用，加深對(duì)這門課程應(yīng)用前景的了解。根據(jù)電子測(cè)量?jī)x表與應(yīng)用課程的特點(diǎn)和學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，教師應(yīng)由簡(jiǎn)到難設(shè)計(jì)出項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目再分解成具體的任務(wù)鏈。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)這些項(xiàng)目，不斷練習(xí)電子測(cè)量?jī)x表儀器的基本操作，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.實(shí)施計(jì)劃

將電子測(cè)量?jī)x表與應(yīng)用課程的教學(xué)分成若干項(xiàng)目，再將每個(gè)項(xiàng)目分成多個(gè)任務(wù)，這樣很容易分解重點(diǎn)和難點(diǎn)，便于學(xué)生學(xué)習(xí)掌握知識(shí)與技能。在教學(xué)過(guò)程中，要鼓勵(lì)學(xué)生克服思維定式，大膽猜想、判斷，形成創(chuàng)新能力。

（1）上好緒論課，作好準(zhǔn)備。在初學(xué)習(xí)時(shí)，要讓學(xué)生知道學(xué)習(xí)方法，實(shí)訓(xùn)報(bào)告最終要讓學(xué)生自己完成。在開(kāi)學(xué)初，安排幾節(jié)緒論課，說(shuō)明本課程的教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生了解大致的學(xué)習(xí)任務(wù)，知道重點(diǎn)項(xiàng)目是萬(wàn)用表和雙蹤示波器。

（2）先認(rèn)識(shí)，再動(dòng)手，后理論。學(xué)習(xí)第一個(gè)項(xiàng)目時(shí)，在實(shí)訓(xùn)室中，讓每個(gè)小組領(lǐng)一個(gè)萬(wàn)用表。先讓學(xué)生認(rèn)識(shí)萬(wàn)用表，知曉面板上各部分的作用，再進(jìn)行簡(jiǎn)單的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。然后，課堂上進(jìn)行相關(guān)理論的學(xué)習(xí)。教師可再演示萬(wàn)用表的操作過(guò)程，結(jié)合理論講解，然后找?guī)酌麑W(xué)生現(xiàn)場(chǎng)演示，教師及時(shí)指出學(xué)生操作中遇到的各種問(wèn)題。同時(shí)設(shè)計(jì)幾個(gè)問(wèn)題，讓學(xué)生邊思考邊現(xiàn)場(chǎng)解決。在實(shí)訓(xùn)時(shí)，教師應(yīng)巡回指導(dǎo)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決學(xué)生遇到的問(wèn)題，對(duì)典型問(wèn)題或錯(cuò)誤，要向全體學(xué)生進(jìn)行講解。

4.檢查評(píng)估

當(dāng)某一項(xiàng)目任務(wù)完成后，一定要及時(shí)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行總結(jié)和評(píng)價(jià)。一般情況下可分三級(jí)來(lái)考核，第一級(jí)可由教師對(duì)小組項(xiàng)目情況評(píng)定，第二級(jí)是由小組成員根據(jù)各組員對(duì)小組的貢獻(xiàn)情況互評(píng)，第三級(jí)由學(xué)生本人進(jìn)行自評(píng)，綜合三級(jí)評(píng)定來(lái)確定每一個(gè)成員的成績(jī)。讓學(xué)生及時(shí)寫(xiě)出實(shí)訓(xùn)報(bào)告和實(shí)訓(xùn)體會(huì)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)所做所學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行歸納總結(jié)，找出不足。

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

參考文獻(xiàn)：

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

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

第2篇：量子科學(xué)應(yīng)用范文

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

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

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

1.1 案例引導(dǎo)

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

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

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

1.2 任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)

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

把課堂搬到實(shí)驗(yàn)室，針對(duì)具體的測(cè)量?jī)x器來(lái)介紹工作原理及電路組成，同時(shí)觀察實(shí)驗(yàn)效果。鼓勵(lì)講授理論的教師同時(shí)承擔(dān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，此教學(xué)形式的改進(jìn)能幫助教師拓展知識(shí)結(jié)構(gòu)，理論教師通過(guò)實(shí)驗(yàn)課程指導(dǎo)，能深刻體會(huì)實(shí)驗(yàn)對(duì)理論教學(xué)的重要促進(jìn)作用，提升教師自身教學(xué)和工程實(shí)踐能力。令學(xué)生學(xué)生能夠獨(dú)立設(shè)計(jì)測(cè)量方案、熟練運(yùn)用電子儀器、利用已學(xué)理論知識(shí)分析測(cè)量結(jié)果。通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)讓學(xué)生充分掌握以下幾點(diǎn)：（1）了解主要電子技術(shù)中如電壓、電流、頻率、元器件參數(shù)、阻抗、噪聲等物理量的測(cè)量原理；（2）了解電壓表、信號(hào)發(fā)生器、電子示波器、掃頻儀、邏輯分析儀等電子測(cè)量?jī)x器的工作原理并能熟練操作和使用這些測(cè)量?jī)x器；（3）針對(duì)具體的物理量的測(cè)量，能夠設(shè)計(jì)出合理的測(cè)量方案、正確操作測(cè)量?jī)x器、并對(duì)測(cè)量結(jié)果能科學(xué)分析。

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

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

1.3 小結(jié)

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

2.建立新型的考核評(píng)價(jià)體系

傳統(tǒng)的考試制度比較注重理論和筆試，實(shí)驗(yàn)成績(jī)雖占有一定的比例，但比重較小，這不利于人才的培養(yǎng)，理論測(cè)試與實(shí)踐動(dòng)手能力考核應(yīng)同等對(duì)待。理論考核應(yīng)從培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)造能力出發(fā)。而實(shí)踐考核中，既為不同層次學(xué)生提供更加公平的評(píng)價(jià)方式，也為那些擅長(zhǎng)動(dòng)手和創(chuàng)造的學(xué)生提供空間和時(shí)間，幫助他們脫穎而出，對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)更客觀、更全面。突出了實(shí)踐環(huán)節(jié)的重要性。

3.重視教師自身素質(zhì)的提高

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

4.小結(jié)

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

參考文獻(xiàn)

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

第3篇：量子科學(xué)應(yīng)用范文

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

十年歷程，鑄劍五載。雖然立項(xiàng)于2011年，但若從前期技術(shù)儲(chǔ)備就開(kāi)始算起，這條路中國(guó)足足走了十多年之久。

十年積淀

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

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

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

至此，星地量子通信的可行性已經(jīng)得到充分驗(yàn)證。此時(shí)，中科院果斷決策啟動(dòng)量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星工程立項(xiàng)論證，并將其列為空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)的內(nèi)容。

工程總體與六大系統(tǒng)

量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的科學(xué)目標(biāo)是開(kāi)展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)，以期在空間量子通信實(shí)用化方面取得重大突破；在空間尺度進(jìn)行量子糾纏分發(fā)和量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)，開(kāi)展空間尺度量子力學(xué)完備性檢驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)研究。

對(duì)于科學(xué)衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，有效載荷的配置尤為重要，直接關(guān)系到能否將科學(xué)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為工程指標(biāo)，并實(shí)現(xiàn)科學(xué)目標(biāo)。

為了滿足量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的科學(xué)目標(biāo)要求，工程對(duì)有效載荷配置和指標(biāo)要求進(jìn)行了綜合分析和論證，邀請(qǐng)領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行討論和評(píng)定，經(jīng)過(guò)兩次科學(xué)目標(biāo)和有效載荷配置評(píng)審后，才最終確定了星上載荷配置。

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

隨后，借鑒以往衛(wèi)星工程管理經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也根據(jù)量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的特點(diǎn)和實(shí)際需求，設(shè)置了工程總體和六大系統(tǒng)，包括衛(wèi)星系統(tǒng)、運(yùn)載火箭系統(tǒng)、發(fā)射場(chǎng)系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)、地面支撐系統(tǒng)和科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)。

工程總體負(fù)責(zé)制定工程研制計(jì)劃，編制工程頂層文件，組織工程重大活動(dòng)，協(xié)調(diào)系統(tǒng)間問(wèn)題，同時(shí)對(duì)工程整個(gè)研制過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督和管理。

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

關(guān)鍵技術(shù)

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

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

這并不是一件容易的事情。量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星十分復(fù)雜，在它飛行的過(guò)程中，攜帶的兩個(gè)激光器要分別瞄準(zhǔn)兩個(gè)地面站，向左向右同時(shí)傳輸量子密鑰。這就要求在飛行的過(guò)程中必須始終保證精確對(duì)準(zhǔn)，跟蹤要達(dá)到相當(dāng)高的精度，這也是國(guó)際上從來(lái)沒(méi)有人做過(guò)的。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

協(xié)同攻關(guān)

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

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

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

初樣階段，衛(wèi)星系統(tǒng)完成了結(jié)構(gòu)熱控星、電性星、鑒定星研制與試驗(yàn)，同時(shí)完成了衛(wèi)星與運(yùn)載、測(cè)控、地面支撐系統(tǒng)的對(duì)接試驗(yàn)和星地光路對(duì)準(zhǔn)、量子密鑰分發(fā)、量子糾纏分發(fā)、量子隱形傳態(tài)四項(xiàng)地面驗(yàn)證專項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，充分驗(yàn)證了光軸對(duì)準(zhǔn)精度等關(guān)鍵指標(biāo)，科學(xué)實(shí)驗(yàn)的功能與流程具備在軌開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)的能力。

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

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

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

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

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

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

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

在地面站的建設(shè)過(guò)程中，國(guó)家天文臺(tái)充分利用其在天文觀測(cè)和野外臺(tái)站運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，與科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)的科學(xué)目標(biāo)相結(jié)合，設(shè)計(jì)并參與建設(shè)了適用于量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星觀測(cè)的地面站系統(tǒng)。

為提升量子科學(xué)試驗(yàn)的自動(dòng)化程度，國(guó)家天文臺(tái)為各個(gè)地面站研制了綜合控制系統(tǒng)，用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃的導(dǎo)入、設(shè)備調(diào)度、科學(xué)數(shù)據(jù)采集和實(shí)驗(yàn)參數(shù)實(shí)時(shí)反饋；并自主提出環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為地面站運(yùn)行和在軌實(shí)驗(yàn)提供全天云圖、夜天光、溫濕度、氣壓、風(fēng)速和風(fēng)向等環(huán)境參數(shù)，保證設(shè)備安全運(yùn)行和科學(xué)數(shù)據(jù)的有效性。

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

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

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

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

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

第4篇：量子科學(xué)應(yīng)用范文

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

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

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

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

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

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

丁亦兵，教授

（中國(guó)科學(xué)院大學(xué)）

第5篇：量子科學(xué)應(yīng)用范文

在量子的世界中，對(duì)于一個(gè)微觀的粒子，測(cè)量過(guò)程本身將不可避免的給我們要測(cè)量的物體造成一個(gè)顯著的擾動(dòng)，而且即使在原則上，我們也完全沒(méi)辦法把這一擾動(dòng)減小到零；另一方面，觀測(cè)行為本身又會(huì)破壞粒子原來(lái)的狀態(tài)，讓你永遠(yuǎn)不可能知道粒子本來(lái)的狀態(tài)是什么。這就是量子不可克隆原理：你不能夠復(fù)制一個(gè)未知的量子態(tài)，而不改變量子態(tài)本身。量子不可克隆原理是量子加密的基礎(chǔ)。如果我們把想要保密傳輸?shù)男畔?，加載到一個(gè)個(gè)不可能被準(zhǔn)確觀測(cè)和復(fù)制的量子態(tài)上，而任何的竊聽(tīng)行為都會(huì)改變?cè)緜鬏數(shù)臄?shù)據(jù)。那么最后我們?nèi)∫徊糠謹(jǐn)?shù)據(jù)出來(lái)，檢查原本傳輸?shù)男畔⑹欠癖黄茐?，就能夠檢測(cè)到竊聽(tīng)者是否存在。

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

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

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

向全球的量子通信網(wǎng)邁進(jìn)

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

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

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

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

實(shí)用化進(jìn)程：與經(jīng)典通信的融合

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

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

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

從物理層來(lái)說(shuō)，可以從光源、探測(cè)器和信道方面考慮。在光源方面，利用單光子源或者單離子源，或者將激光光源衰減到單光子量級(jí)應(yīng)用到實(shí)際工程中；在探測(cè)方面，因?yàn)槭菃喂庾有盘?hào)源，需要特測(cè)器有單光子量級(jí)特征，對(duì)量子密鑰分發(fā)中的連續(xù)變量進(jìn)行測(cè)量；在信道方面，對(duì)于不同的光源用不同波長(zhǎng)的商用光纖即可滿足條件。

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

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

量子通信在中國(guó)

量子信息因其傳輸高效和絕對(duì)安全等特點(diǎn)，被認(rèn)為可能是下一代IT技術(shù)的支撐性研究，并成為全球物理學(xué)研究的前沿與焦點(diǎn)領(lǐng)域。基于我國(guó)近10年來(lái)在量子糾纏態(tài)、糾錯(cuò)、存儲(chǔ)等核心領(lǐng)域的系列前沿性突破，中科院于2011年啟動(dòng)了空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)，力爭(zhēng)在2015年左右發(fā)射全球首顆“量子通訊衛(wèi)星”。

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

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

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

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

第6篇：量子科學(xué)應(yīng)用范文

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

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

0 引言

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

1 “墨子號(hào)”的由來(lái)

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

2 為何發(fā)展量子通信技術(shù)和通訊優(yōu)勢(shì)

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

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

量子計(jì)算領(lǐng)域利用量子效應(yīng)來(lái)控制和處理信息，它具有驚人的潛力，因?yàn)榻?jīng)典數(shù)據(jù)的二進(jìn)制“比特”一次只能取一個(gè)值，而量子的“量子比特”能夠在給定范圍內(nèi)代表任意及所有可能的取值：在被測(cè)量以前，它以所有的可能太的“疊加”形式存在。量子計(jì)算特別適合用于解決今天只能依靠“強(qiáng)力”處理器能力來(lái)解決的特殊問(wèn)題―比如，幾十個(gè)量子比特陣列就能夠存儲(chǔ)超過(guò)太字節(jié)（萬(wàn)億）的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)量。[3]

因此發(fā)展量子通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)非常明顯，前景廣闊。

3 “墨子號(hào)”工作的理論基礎(chǔ)

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

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

潘建偉研究小組在2003年開(kāi)始研究自由空間量子通信，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)點(diǎn)制備出成對(duì)的糾纏光子，再利用兩個(gè)專門設(shè)計(jì)加工的發(fā)射望遠(yuǎn)鏡將容易發(fā)散的細(xì)小光束“增肥”后向東西相距13公里的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)站送出，兩個(gè)接收端用同樣型號(hào)的望遠(yuǎn)鏡收集。

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

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

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

4 我國(guó)量子通訊發(fā)展歷史和量子衛(wèi)星的前景展望

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

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

我國(guó)未來(lái)還將發(fā)射多顆量子衛(wèi)星，預(yù)計(jì)到2020年實(shí)現(xiàn)亞洲與歐洲的洲際量子密鑰分發(fā)。屆時(shí)，連接亞洲與歐洲的洲際量子通信網(wǎng)也將建成，2030年左右將建成全球化的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)。隨著量子通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，量子通信將迎來(lái)巨大的市場(chǎng)。有人預(yù)測(cè)，國(guó)內(nèi)量子通信短期市場(chǎng)規(guī)模在100億至130億元左右，長(zhǎng)期市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)千億元。

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

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

參 考 文 獻(xiàn)

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

第7篇：量子科學(xué)應(yīng)用范文

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

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

一、教學(xué)指導(dǎo)思想

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

筆者采用的教學(xué)方式以傳統(tǒng)講授法為主，PPT用得很少。因?yàn)檫@門課程必須經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)演算和推導(dǎo)，才能對(duì)量子世界有所理解。不要求學(xué)生步步推導(dǎo)，但教師至少要去一步一步地算，給學(xué)生留下深刻的印象，讓學(xué)生知道，做學(xué)問(wèn)是老老實(shí)實(shí)地工作。每章結(jié)束后，設(shè)置一個(gè)小測(cè)試，題目來(lái)自上課時(shí)講的一些重點(diǎn)概念、符號(hào)、規(guī)律以及一些簡(jiǎn)單的公式推導(dǎo)。這樣可以保證學(xué)生能從書(shū)本里查找答案，掌握基本知識(shí)。

二、正確看待學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況

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

三、量子力學(xué)的魂與精神

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

四、教學(xué)心得體會(huì)

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

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

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

第8篇：量子科學(xué)應(yīng)用范文

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

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

0 引言

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

1 量子三叉樹(shù)模型

2 連續(xù)量子Black-Scholes模型

定理2. 量子期權(quán)平價(jià)公式

在任意一個(gè)時(shí)刻t

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

設(shè)Vt（φ）是投資組合φ在時(shí)刻t的財(cái)富值，考慮上面兩個(gè)量子投資組合，在t=T時(shí)刻的值

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

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

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

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

4 實(shí)例應(yīng)用

5 量子歐式期權(quán)敏感性[10]應(yīng)用

以下是用MATLA對(duì)歐式期權(quán)敏感性做的仿真：

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

6 結(jié)論

本文以量子概率的角度，利用量子力學(xué)理論建立了量子三叉樹(shù)和量子Black-Scholes模型，處理了復(fù)雜期權(quán)定價(jià)問(wèn)題。實(shí)例應(yīng)用和敏感性分析都證實(shí)了量子B-S模型的有效性，量子期權(quán)圖對(duì)金融市場(chǎng)標(biāo)的物的價(jià)格細(xì)微波動(dòng)變化反應(yīng)更敏感，更能體現(xiàn)金融市場(chǎng)的量子特征。

參考文獻(xiàn)：

[1]J.C. Hull. Options， Futures and Other Derivatives[M]. Prentice Hall， Inc， 2009.

[2]Zeqian Chen. Quantum theory for the binomial model in finance theory [J].Journal of systems science and complexity， 2004， 17：567-573.

[3]Segal W， Segal I E. The Black-Scholes pricing formula in the quantum context[J].Economic Sciences， 1998， 95（3）：4072-4075.

[4]E.Haven. Pilot-wave theory and financial option pricing[J].International Journal of theoretical Physica，2005，44（11）：1957-1962.

[5]Belal.E.Baaquie. The minimal length uncertainty and the quantum model for the stock market [J].Physica A， 2012， 391：2100-2105.

[6]Liviu-Adrian Cotfas. A finite dimensional quantum model for the stock market[J].Physica A， 2013，392：371-380.

[7]P.A.M.Dirac. The Principles of Quantum Mechanics.[M]. Science Press，2011.

[8]姜禮尚.期權(quán)定價(jià)的數(shù)學(xué)模型和方法[M].北京：高等教育出版社，2010：10-13.

第9篇：量子科學(xué)應(yīng)用范文

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

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

一、 在材料科學(xué)中的應(yīng)用

（一）在建筑材料方面的應(yīng)用

水泥是重要的建筑材料之一。1993年，計(jì)算量子化學(xué)開(kāi)始廣泛地應(yīng)用于許多水泥熟料礦物和水化產(chǎn)物體系的研究中，解決了很多實(shí)際問(wèn)題。

鈣礬石相是許多水泥品種的主要水化產(chǎn)物相之一，它對(duì)水泥石的強(qiáng)度起著關(guān)鍵作用。程新等[1 ，2]在假設(shè)材料的力學(xué)強(qiáng)度決定于化學(xué)鍵強(qiáng)度的前提下，研究了幾種鈣礬石相力學(xué)強(qiáng)度的大小差異。計(jì)算發(fā)現(xiàn)，含Ca 鈣礬石、含Ba 鈣礬石和含Sr 鈣礬石的Al -O鍵級(jí)基本一致，而含Sr 鈣礬石、含Ba 鈣礬石中的Sr，Ba 原子鍵級(jí)與Sr-O，Ba -O共價(jià)鍵級(jí)都分別大于含Ca 鈣礬石中的Ca 原子鍵級(jí)和Ca -O共價(jià)鍵級(jí)，由此認(rèn)為，含Sr 、Ba 硫鋁酸鹽的膠凝強(qiáng)度高于硫鋁酸鈣的膠凝強(qiáng)度[3]。

將量子化學(xué)理論與方法引入水泥化學(xué)領(lǐng)域，是一門前景廣闊的研究課題，它將有助于人們直接將分子的微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能聯(lián)系起來(lái)，也為水泥材料的設(shè)計(jì)提供了一條新的途徑[3]。

（二） 在金屬及合金材料方面的應(yīng)用

過(guò)渡金屬(Fe 、Co、Ni)中氫雜質(zhì)的超精細(xì)場(chǎng)和電子結(jié)構(gòu)，通過(guò)量子化學(xué)計(jì)算表明，含有雜質(zhì)石原子的磁矩要降低，這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常一致。閔新民等[4]通過(guò)量子化學(xué)方法研究了鑭系三氟化物。結(jié)果表明，在LnF3中Ln原子軌道參與成鍵的次序是：d＞f＞p＞s，其結(jié)合能計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值定性趨勢(shì)一致。此方法還廣泛用于金屬氧化物固體的電子結(jié)構(gòu)及光譜的計(jì)算[5]。再比如說(shuō)，NbO2是一個(gè)在810℃具有相變的物質(zhì)(由金紅石型變成四方體心)，其高溫相的NbO2的電子結(jié)構(gòu)和光譜也是通過(guò)量子化學(xué)方法進(jìn)行的計(jì)算和討論，并通過(guò)計(jì)算指出它和低溫NbO2及其等電子化合物VO2在性質(zhì)方面存在的差異[6]。

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

二、在能源研究中的應(yīng)用

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

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

量子化學(xué)計(jì)算在研究煤的模型分子裂解反應(yīng)機(jī)理和預(yù)測(cè)反應(yīng)方向方面有許多成功的例子， 如低級(jí)芳香烴作為碳/ 碳復(fù)合材料碳前驅(qū)體熱解機(jī)理方面的研究已經(jīng)取得了比較明確的研究結(jié)果。由化學(xué)知識(shí)對(duì)所研究的低級(jí)芳香烴設(shè)想可能的自由基裂解路徑，由Guassian 98 程序中的半經(jīng)驗(yàn)方法UAM1 、在UHF/ 3-21G*水平的從頭計(jì)算方法和考慮了電子相關(guān)效應(yīng)的密度泛函UB3L YP/ 3-21G*方法對(duì)設(shè)計(jì)路徑的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了計(jì)算。由理論計(jì)算方法所得到的主反應(yīng)路徑、熱力學(xué)變量和表觀活化能等結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比有較好的一致性，對(duì)煤熱解的量子化學(xué)基礎(chǔ)的研究有重要意義[7]。 轉(zhuǎn)貼于

（二）在鋰離子電池研究中的應(yīng)用

鋰離子二次電池因?yàn)榫哂须娙萘看蟆⒐ぷ麟妷焊?、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全可靠、無(wú)記憶效應(yīng)、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，被人們稱之為“最有前途的化學(xué)電源”，被廣泛應(yīng)用于便攜式電器等小型設(shè)備，并已開(kāi)始向電動(dòng)汽車、軍用潛水艇、飛機(jī)、航空等領(lǐng)域發(fā)展。

鋰離子電池又稱搖椅型電池，電池的工作過(guò)程實(shí)際上是Li + 離子在正負(fù)兩電極之間來(lái)回嵌入和脫嵌的過(guò)程。因此，深入鋰的嵌入-脫嵌機(jī)理對(duì)進(jìn)一步改善鋰離子電池的性能至關(guān)重要。Ago 等[8] 用半經(jīng)驗(yàn)分子軌道法以C32 H14作為模型碳結(jié)構(gòu)研究了鋰原子在碳層間的插入反應(yīng)。認(rèn)為鋰最有可能摻雜在碳環(huán)中心的上方位置。Ago 等[9 ] 用abinitio 分子軌道法對(duì)摻鋰的芳香族碳化合物的研究表明，隨著鋰含量的增加，鋰的離子性減少，預(yù)示在較高的摻鋰狀態(tài)下有可能存在一種Li - C 和具有共價(jià)性的Li - Li 的混合物。Satoru 等[10] 用分子軌道計(jì)算法，對(duì)低結(jié)晶度的炭素材料的摻鋰反應(yīng)進(jìn)行了研究，研究表明，鋰優(yōu)先插入到石墨層間反應(yīng)，然后摻雜在石墨層中不同部位里[11]。

隨著人們對(duì)材料晶體結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和計(jì)算機(jī)水平的更高發(fā)展，相信量子化學(xué)原理在鋰離子電池中的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)更廣泛、更深入、更具指導(dǎo)性。

三、 在生物大分子體系研究中的應(yīng)用

生物大分子體系的量子化學(xué)計(jì)算一直是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)域，尤其是生物大分子體系的理論研究具有重要意義。由于量子化學(xué)可以在分子、電子水平上對(duì)體系進(jìn)行精細(xì)的理論研究，是其它理論研究方法所難以替代的。因此要深入理解有關(guān)酶的催化作用、基因的復(fù)制與突變、藥物與受體之間的識(shí)別與結(jié)合過(guò)程及作用方式等，都很有必要運(yùn)用量子化學(xué)的方法對(duì)這些生物大分子體系進(jìn)行研究。毫無(wú)疑問(wèn)，這種研究可以幫助人們有目的地調(diào)控酶的催化作用，甚至可以有目的地修飾酶的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)并合成人工酶；可以揭示遺傳與變異的奧秘， 進(jìn)而調(diào)控基因的復(fù)制與突變，使之造福于人類；可以根據(jù)藥物與受體的結(jié)合過(guò)程和作用特點(diǎn)設(shè)計(jì)高效低毒的新藥等等，可見(jiàn)運(yùn)用量子化學(xué)的手段來(lái)研究生命現(xiàn)象是十分有意義的。

綜上所述，我們可以看出在材料、能源以及生物大分子體系研究中，量子化學(xué)發(fā)揮了重要的作用。在近十幾年來(lái)，由于電子計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展和普及，量子化學(xué)計(jì)算變得更加迅速和方便?？梢灶A(yù)言，在不久的將來(lái)，量子化學(xué)將在更廣泛的領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]程新. [ 學(xué)位論文] .武漢:武漢工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，1994

[2]程新，馮修吉.武漢工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1995，17 (4) :12

[3]李北星，程新.建筑材料學(xué)報(bào)，1999，2(2):147

[4]閔新民，沈爾忠， 江元生等.化學(xué)學(xué)報(bào)，1990，48(10): 973

[5]程新，陳亞明.山東建材學(xué)院學(xué)報(bào)，1994，8(2):1

[6]閔新民.化學(xué)學(xué)報(bào)，1992，50(5):449

[7]王寶俊，張玉貴，秦育紅等.煤炭轉(zhuǎn)化，2003，26(1):1

[8]Ago H ，Nagata K， Yoshizaw A K， et al. Bull.Chem. Soc. Jpn.，1997，70:1717

[9]Ago H ，Kato M，Yahara A K. et al. Journal of the Electrochemical Society， 1999， 146(4):1262