導(dǎo)言：作為寫(xiě)作愛(ài)好者，不可錯(cuò)過(guò)為您精心挑選的10篇量子計(jì)算的基本原理，它們將為您的寫(xiě)作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

篇1

Abstract: with the constant development of economy, the modern economic structure from production-oriented to science and technology service-oriented transformation has become a trend. This transformation makes human resource in enterprise production and management and the development of national economy has become more critical. In this paper, the author analyzes the human resources cost generation, form, valuation and how to effectively control and other aspects, has carried on the preliminary discussion.

Key words: human resource; cost accounting

中圖分類(lèi)號(hào)：F562.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2104（2012）

隨著現(xiàn)在企業(yè)制度的建立，我國(guó)建立起新的會(huì)計(jì)制度，合理的界定人力資源成本范圍，規(guī)范企業(yè)人力資源成本列支制度，企業(yè)人力資源成本的管理進(jìn)入新的階段。

一、人力資源成本分析

1.1人力資源成本的基本理論

人力資源是指在一定區(qū)域內(nèi)的人口總體所具有的勞動(dòng)能力的總和，是存在于人的自然生命機(jī)體中的一種國(guó)民經(jīng)濟(jì)資源。企業(yè)為獲得人力資源和優(yōu)秀的人才，就需要很多的投資，這種投資在企業(yè)中就體現(xiàn)為人力資源成本。

1.2人力資源成本會(huì)計(jì)的特點(diǎn)

單獨(dú)計(jì)量人力資源的取得成本、開(kāi)發(fā)成本、使用成本和替代成本，企業(yè)取得的人力資源的使用權(quán)，其運(yùn)用期限在一年或者超過(guò)一年的一個(gè)營(yíng)業(yè)周期以上的，所發(fā)生的人力資源的取得成本和開(kāi)發(fā)成本應(yīng)該視作資本性支出，在資本化處理后在確定的分?jǐn)偲谙迌?nèi)攤銷(xiāo)。企業(yè)聘用使用期限不超過(guò)一年的季節(jié)工等發(fā)生的取得成本和開(kāi)發(fā)成本（這里的開(kāi)發(fā)成本主要是組織進(jìn)行必要的上崗前的操作培訓(xùn)、學(xué)習(xí)所發(fā)生的支出）,其受益期為這些聘用的季節(jié)工、臨時(shí)工的使用期限，因此這部分取得成本和開(kāi)發(fā)成本可在季節(jié)工、臨時(shí)工的使用期限內(nèi)分期攤銷(xiāo)， 如果金額小，也可以在發(fā)生時(shí)直接計(jì)入當(dāng)期費(fèi)用，企業(yè)運(yùn)用人力資源的使用權(quán)時(shí)，所發(fā)生的工資、獎(jiǎng)金等支出，則屬于收益性支出，應(yīng)計(jì)入當(dāng)期費(fèi)用。

1.3 人力資源成本會(huì)計(jì)的構(gòu)成

1.3.1取得成本

1）招募成本

招募成本主要是為確定企業(yè)所需要的人力資源的內(nèi)外來(lái)源，企業(yè)對(duì)人力資源需求的信息，吸收所需要的內(nèi)外人力資源所發(fā)生的費(fèi)用。

2）選拔成本

選拔成本是企業(yè)對(duì)應(yīng)聘人員進(jìn)行挑選、評(píng)價(jià)、考核等活動(dòng)所發(fā)生的成本。他通過(guò)初步面試或處理應(yīng)聘人的申請(qǐng)材料進(jìn)行初選費(fèi)用。

3）錄用成本

錄用成本是企業(yè)從應(yīng)聘人員中選拔出合格者后，將其正式錄用為企業(yè)的成員的過(guò)程中所發(fā)生的費(fèi)用。

4）安置成本

安置成本是企業(yè)將所錄用人員安排到確定的崗位上是所發(fā)生的各種費(fèi)用。

1.3.2開(kāi)發(fā)成本

1）定向成本

定向成本也稱為崗前培訓(xùn)成本，是企業(yè)對(duì)上崗前的職工進(jìn)行的有關(guān)企業(yè)歷史文化、規(guī)章制度、業(yè)務(wù)知識(shí)、業(yè)務(wù)技能等方面的教育是時(shí)所發(fā)生的支出。

2）在職培訓(xùn)費(fèi)

在職培訓(xùn)成本是在不脫離工作崗位的情況下對(duì)在職員工進(jìn)行培訓(xùn)所發(fā)生的費(fèi)用。

3）脫產(chǎn)培訓(xùn)成本

脫產(chǎn)培訓(xùn)成本是企業(yè)根據(jù)生產(chǎn)和工作的需要對(duì)在職職工進(jìn)行脫產(chǎn)培訓(xùn)時(shí)所發(fā)生的支出。

1.3.3使用成本

1） 維持成本

維持成本是為保證人力資源維持其勞動(dòng)力生產(chǎn)和在生產(chǎn)所需的費(fèi)用， 包括職工的計(jì)時(shí)工資或計(jì)件工資、各種勞動(dòng)津貼和各種福利費(fèi)用。

2）獎(jiǎng)勵(lì)成本

獎(jiǎng)勵(lì)成本是企業(yè)為激勵(lì)職工使其更好的發(fā)揮主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，而對(duì)職工做出的特別貢獻(xiàn)所支付的獎(jiǎng)金，它是對(duì)人力資源主體所擁有的能力的超長(zhǎng)發(fā)揮做出的補(bǔ)償。

3）調(diào)劑成本

調(diào)劑成本是全企業(yè)為了調(diào)劑職工的生活和工作，滿足職工精神生活上的需求，穩(wěn)定職工隊(duì)伍并進(jìn)而影響和吸引外部人員進(jìn)入所發(fā)生的費(fèi)用支出。

4）替代成本

替代成本是指目前重置人力資源應(yīng)該做出的犧牲，他包括為取得或開(kāi)發(fā)替代者而發(fā)生的成本。

二、人力資源成本會(huì)計(jì)核算與計(jì)量的必要性

首先,人資管理可以調(diào)節(jié)社會(huì)資源。如同調(diào)節(jié)一個(gè)組織的資源一樣人資管理除了可以調(diào)配社會(huì)成員的位置和流動(dòng)方向以外,對(duì)于資源和支出也地有著很直接的調(diào)節(jié)作用,實(shí)際上,人資管理最根本的目的就是要實(shí)現(xiàn)人力資源的最大使用價(jià)值, 而這一點(diǎn)從很大意義上節(jié)約了社會(huì)資源,也使得社會(huì)資源能夠得到合理地分配。

其次，人資管理可以提高整體國(guó)民素質(zhì)。國(guó)民素質(zhì)是綜合國(guó)力中一個(gè)很重要的指標(biāo)。人資管理正好可以針對(duì)國(guó)民進(jìn)行培養(yǎng)和分流, 很大程度上避免了良莠不齊的狀況出現(xiàn)可以讓國(guó)民整體素質(zhì)有穩(wěn)步地提高。也能夠在抓住整體實(shí)力的基礎(chǔ)上選拔出高端人才,很好地分配他們的位置,為國(guó)家的尖端科技工作提供穩(wěn)定保障。

人力資源管理的影響：

2.1 我國(guó)建立人力資源會(huì)計(jì)的必要性

世界高新技術(shù)革命的浪潮，已經(jīng)把世界經(jīng)濟(jì)的競(jìng)爭(zhēng)從物質(zhì)資源競(jìng)爭(zhēng)推向人力資源的競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)人力資源的開(kāi)發(fā)、利用和管理將是人類(lèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵因素。此過(guò)程中所需的大量人力資源信息，必然離不開(kāi)人力資源會(huì)計(jì)。我國(guó)人口眾多，而人口素質(zhì)相對(duì)較差，推行人力資源會(huì)計(jì)更具有必要性。

1）獲取企業(yè)信息的需要

科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，推動(dòng)著生產(chǎn)力的快速發(fā)展。經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平越高，人力資源在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用也越大，人才成為經(jīng)濟(jì)資源中最重要的因素，是企業(yè)財(cái)富的真正象征和源泉。 因此，將人力資源作為企業(yè)的資產(chǎn)，運(yùn)用會(huì)計(jì)的方法對(duì)其加以確認(rèn)、計(jì)量和報(bào)告，以滿足企業(yè)管理者和企業(yè)外部有關(guān)人士對(duì)企業(yè)信息的需求成為時(shí)代的必然要求。

2）優(yōu)化人力資源配置的需要

市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的不斷完善，使人力資源有更多的經(jīng)濟(jì)特征，要求確認(rèn)人力資源的成本和價(jià)值，促進(jìn)人力資源的供求平衡，確定人力資源開(kāi)發(fā)方向，引導(dǎo)人力資源合理流動(dòng)，在宏觀上優(yōu)化人力資源的配制。

2.2 人力資源會(huì)計(jì)核算與計(jì)量對(duì)于個(gè)人的必要性

1)首先,人資管理可以幫助培養(yǎng)個(gè)人的最大實(shí)力。人資管理的宗旨里有一條,就是要讓組織中的每個(gè)成員都可以盡可能發(fā)揮出自己最大的實(shí)力,為組織奉獻(xiàn)出自己所有的力量。人資管理還可以通過(guò)環(huán)境影響和針對(duì)性培訓(xùn)來(lái)對(duì)成員進(jìn)行培訓(xùn),從而培養(yǎng)每個(gè)人最適合自己的能力。

2)人資管理還可以幫助發(fā)揮每個(gè)成員的最大潛力，讓每個(gè)人都在組織有條理的幫助和自身不斷地學(xué)習(xí)下發(fā)揮出所有自身潛藏的實(shí)力。

3)人資管理還可以幫助每個(gè)人都找到自己的適合位置。有個(gè)別成員,他自身的能力也許很強(qiáng),潛能也不可估量,但不適合他的地方,必然會(huì)使他沒(méi)有辦法發(fā)揮出自己所有實(shí)力,影響了他為組織做事和奉獻(xiàn)自己力量的積極性。

2.3 成本會(huì)計(jì)核算與計(jì)量對(duì)于組織的必要性

在企業(yè)文化建設(shè)和制度管理辦法中，能夠有效地開(kāi)發(fā)其他的人才資源,才能夠使組織達(dá)到價(jià)值的實(shí)現(xiàn)。 所以說(shuō),人資管理的理念對(duì)于一個(gè)無(wú)論是什么性質(zhì)的組織來(lái)說(shuō),都有舉足輕重的作用。

1）通過(guò)人資管理,可以提高組織成員積極性和企業(yè)凝聚力。人資管理可以用一系列心理學(xué)和管理學(xué)的方法提高人員積極性和成員之間團(tuán)結(jié)凝聚力。顯然,這對(duì)于組織來(lái)說(shuō)是必不可少的。

2）人資管理還可以提高組織行事的高效性。從人資管理影響人員調(diào)配這一點(diǎn)體現(xiàn)出來(lái),可以達(dá)到事半功倍的效果,因此可以說(shuō),人資管理可以大大縮短工作時(shí)間,提高工作的效率。

3）人資管理還可以降低組織支出的浪費(fèi)率。在一個(gè)企業(yè)中,很大一部分支出就是員工的工資和獎(jiǎng)金支出,那么支出多少,在如何支出的情況下能夠最大程度激發(fā)員工的工作積極性, 這些都是人資管理要思考的問(wèn)題,這些問(wèn)題的考慮在無(wú)形中就大大節(jié)約了組織的成本。

三、企業(yè)人力資源成本核算與計(jì)量的現(xiàn)狀與存在問(wèn)題

人力資源管理是指組織的一項(xiàng)基本管理職能，他是以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、工作生活質(zhì)量和取得經(jīng)濟(jì)效益為目的的，而對(duì)人力資源進(jìn)行獲取、整合、保持和激勵(lì)、控制與調(diào)整、開(kāi)發(fā)等一系列的管理過(guò)程。企業(yè)的重大決策權(quán)集中在政府行政部門(mén)，企業(yè)在機(jī)構(gòu)設(shè)置、干部任免、 職工進(jìn)出、工資標(biāo)準(zhǔn)等方面自不夠，更多的人動(dòng)是因?yàn)槠髽I(yè)制度存在問(wèn)題。建立在不穩(wěn)固基礎(chǔ)上的企業(yè)制度是“豆腐渣”，容易動(dòng)搖人事基礎(chǔ)，主要表現(xiàn)為：

第一，人事規(guī)劃戰(zhàn)略定位不明。我國(guó)的專業(yè)技術(shù)人員普遍存在知識(shí)老化，缺乏創(chuàng)新意識(shí)和思維；高級(jí)管理人才和高新技術(shù)人才嚴(yán)重短缺；對(duì)人力資源的資本投資低于世界平均水平等等，這些都使得我國(guó)人力資源的開(kāi)發(fā)迫在眉睫。

第二，組織結(jié)構(gòu)紊亂。企業(yè)結(jié)構(gòu)不能配合企業(yè)戰(zhàn)略的實(shí)施， 更加造成人力資源的浪費(fèi)， 使企業(yè)難以整合和提升企業(yè)內(nèi)部的人力資源。

第三，工作流程松散。工作流程與部門(mén)之間聯(lián)系松散，職能重疊，缺乏信息共享機(jī)制， 無(wú)法為企業(yè)創(chuàng)造附加值，從而引發(fā)人事危機(jī)或給企業(yè)造成重大損失。

第四，激勵(lì)機(jī)制缺乏。缺乏有效的績(jī)效評(píng)估制度、薪酬體系、員工福利制度等激勵(lì)機(jī)制，以致使人才的成長(zhǎng)落后于企業(yè)的發(fā)展。新經(jīng)濟(jì)時(shí)代的最大特點(diǎn)是人的價(jià)值被認(rèn)可，“人本觀念”已深入到企業(yè)經(jīng)營(yíng)的各個(gè)方面，這使得人事制度的建立和人事的選擇都成為企業(yè)經(jīng)營(yíng)的重要一環(huán)，慎重的選擇、任用，是雙方面適應(yīng)的結(jié)果。

四、結(jié)語(yǔ)

總而言之，人力資源是最珍貴的,也是現(xiàn)代管理學(xué)的核心內(nèi)容,因此,不斷地提高和開(kāi)發(fā)人資管理水平,不僅僅是各種企業(yè)能夠發(fā)展壯大,各個(gè)組織能夠提高自身市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要途徑,也是每個(gè)組織成員能夠發(fā)揮自身實(shí)力不可忽視的方式,同時(shí),人資管理還是各個(gè)單位,各個(gè)地區(qū),我們整個(gè)民族,社會(huì)乃至國(guó)家能夠長(zhǎng)期繁榮昌盛的有利保證。

參考文獻(xiàn)

篇2

本書(shū)描繪了硅光子學(xué)器件的基本工作原理和結(jié)構(gòu)，并深入講述了硅光子學(xué)現(xiàn)在發(fā)展以及展望了硅光子學(xué)未來(lái)，可以作為高等院校高年級(jí)本科生和研究生的教材和參考書(shū)，也可作為半導(dǎo)體光子學(xué)、光電集成、光電子器件、信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)光互連及相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的科研人員、工程技術(shù)人員的參考書(shū)。

篇3

量子究竟是什么？

量子是構(gòu)成物質(zhì)的基本單元，是能量的最基本攜帶者，不可再分割。比如，光子是光能量的最小單元，不存在“半個(gè)光子”，同理，也不存在“半個(gè)氫原子”“半個(gè)水分子”等等。量子世界中有兩個(gè)基本原理：

量子疊加，就是指一個(gè)量子系統(tǒng)可以處在不同量子態(tài)的疊加態(tài)上。著名的“薛定諤的貓”理論曾經(jīng)形象地表述為“一只貓可以同時(shí)既是活的又是死的”。

量子糾纏，類(lèi)似孫悟空和他的分身，二者無(wú)論距離多遠(yuǎn)都“心有靈犀”。當(dāng)兩個(gè)微觀粒子處于糾纏態(tài)，不論分離多遠(yuǎn)，對(duì)其中一個(gè)粒子的量子態(tài)做任何改變，另一個(gè)會(huì)立刻感受到，并做相應(yīng)改變。

世界上真有絕對(duì)安全的通信嗎？

這得先說(shuō)說(shuō)通信中信息是如何被竊取的。傳統(tǒng)光通信是通過(guò)光的強(qiáng)弱變化傳輸信息。從中分出一丁點(diǎn)光并不影響其他光繼續(xù)傳輸信息，測(cè)量這一丁點(diǎn)光原理上就能竊取信息。

量子通信則完全不同！竊聽(tīng)者如果想攔截量子信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，將不可避免地破壞攜帶密鑰信息的量子態(tài)。根據(jù)量子“測(cè)不準(zhǔn)定理”，這種破壞必然會(huì)被信息發(fā)送者和接收者所發(fā)現(xiàn)。

是否可以不破壞傳輸?shù)牧孔討B(tài)，只截取并復(fù)制，再繼續(xù)發(fā)送？這已被“量子不可克隆定理”完全排除，于是也就保證了量子通信的絕對(duì)安全。

能實(shí)現(xiàn)《星際迷航》里的瞬間移動(dòng)嗎？

“量子態(tài)隱形傳輸”是基于量子疊加和量子糾纏的特性，就是甲地某一粒子的未知量子態(tài)，可以在乙地的另一粒子上還原出來(lái)。其實(shí)傳輸?shù)氖橇Ｗ拥牧孔討B(tài)，而不是粒子本身。這種狀態(tài)傳送的速度上限仍然是光速，也不是“瞬間移動(dòng)”。

現(xiàn)在，在光子、原子等層面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了量子態(tài)隱形傳輸。電影里“大變活人”在原理上是允許的，但目前還遠(yuǎn)遠(yuǎn)做不到。因?yàn)榭苹秒娪袄锶说膫魉停粌H需要把人的實(shí)體部分的大量原子、分子傳送，并且嚴(yán)格按照原來(lái)的相對(duì)位置重新排列起來(lái)，更何況重現(xiàn)意識(shí)和記憶就更復(fù)雜了。

不過(guò)，隨著科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，也許未來(lái)我們還是可以實(shí)現(xiàn)人的量子隱形傳態(tài)，到那時(shí)星際旅行就不是夢(mèng)啦。

未來(lái)機(jī)器會(huì)不會(huì)像《變形金剛》里一樣被裝上量子大腦？

所謂量子大腦，其實(shí)就是當(dāng)今正在研制中的量子計(jì)算機(jī)。未來(lái)的量子計(jì)算機(jī)可能會(huì)對(duì)人工智能起到極大的幫助，在數(shù)據(jù)搜索、分析和處理方面提供遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)目前經(jīng)典計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力。

機(jī)器人都是預(yù)先設(shè)置好程序的，而人是有意識(shí)和自由意志的。研究發(fā)現(xiàn)，人腦中的思維機(jī)制與量子疊加、量子糾纏或許存在相似之處。所以也有學(xué)者認(rèn)為，未來(lái)可望創(chuàng)造出與人腦一樣運(yùn)行的人工智能機(jī)器人。真到這種程度，機(jī)器與生物之間的界限已經(jīng)非常模糊。這目前還只是一種暢想，未來(lái)究竟怎樣還得拭目以待。

量子技術(shù)什么時(shí)候才能飛入尋常百姓家？

量子通信目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)在金融、政務(wù)系統(tǒng)等中的使用。要讓每個(gè)人都用上，樂(lè)觀的話需要10到15年。這需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行改造，還涉及到標(biāo)準(zhǔn)制定。到時(shí)候，個(gè)人的網(wǎng)上銀行、手機(jī)支付、信用卡等就再也不怕被盜號(hào)，“棱鏡門(mén)”那樣的泄密事件也不會(huì)發(fā)生了。

而量子計(jì)算目前仍然處于基礎(chǔ)研究的階段，前進(jìn)道路上還面臨著巨大的挑戰(zhàn)，不知道在二三十年的時(shí)間內(nèi)能否實(shí)現(xiàn)初步應(yīng)用。一旦取得進(jìn)展，其意義將是極其重大的。

量子科學(xué)和技術(shù)究竟將帶來(lái)一個(gè)怎樣的未來(lái)？

篇4

用宏觀物理學(xué)的方法研究原子的性質(zhì)及其相互作用時(shí)，只能通過(guò)測(cè)量微觀量的平均值，大平均過(guò)程掩蓋了原子水平上的重要效應(yīng)。操控單個(gè)微觀粒子，研究單個(gè)粒子的行為和性質(zhì)以及少數(shù)粒子的相互作用，一直是就是物理學(xué)家夢(mèng)寐以求的事。隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，控制單個(gè)微觀粒子的愿望成為可能。特別是1960年激光的發(fā)明和在這以后激光技術(shù)的發(fā)展，可以隨我們所需改變激光的頻率，控制激光束的延續(xù)時(shí)間并使激光束聚焦到一個(gè)原子大小的范圍。從這以后，實(shí)驗(yàn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)方法有了極大的發(fā)展，利用激光可以使原子或離子冷卻到接近絕對(duì)零度，就是使它們的運(yùn)動(dòng)速度減到非常小，直至幾乎停止。還實(shí)現(xiàn)了利用特殊的電磁場(chǎng)來(lái)陷俘單個(gè)原子或離子。物理實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)展使研究單個(gè)或少數(shù)幾個(gè)粒子的性質(zhì)、深入研究光子和物質(zhì)粒子的相互作用有了可能。這不僅打開(kāi)了高科技應(yīng)用的廣闊前景，還為證實(shí)和發(fā)展量子物理學(xué)的基本原理提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

量子力學(xué)已有100多年歷史，量子力學(xué)理論取得了輝煌的成功。現(xiàn)代的高科技產(chǎn)品，如計(jì)算機(jī)芯片、激光、醫(yī)用磁共振等等無(wú)不是在量子力學(xué)理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。量子力學(xué)被認(rèn)為是最精確、最成功的物理理論，可是人們對(duì)量子力學(xué)的基本原理始終存在著疑問(wèn)，那些創(chuàng)立量子力學(xué)的物理大師們自己都不滿意量子力學(xué)的基本假設(shè)。在這些大師之間以及他們的后繼者中，關(guān)于量子力學(xué)的理論基礎(chǔ)是否完善的問(wèn)題爭(zhēng)論不休，新的解釋層出不窮，至今還沒(méi)有得出令人滿意的結(jié)論。

量子力學(xué)描寫(xiě)微觀世界的規(guī)律，但人類(lèi)的直接經(jīng)驗(yàn)都是關(guān)于宏觀世界的。我們的測(cè)量?jī)x器以及人類(lèi)感官本身都是宏觀物體，儀器測(cè)量到的和我們直接感知的都是大量原子組成的宏觀物體。在經(jīng)典物理學(xué)中，觀察不影響被觀察對(duì)象的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，例如，我們能夠觀察一個(gè)行星的運(yùn)動(dòng)，追隨它的運(yùn)動(dòng)軌跡，行星的狀態(tài)變化與觀察者無(wú)關(guān)，不受我們觀察的影響?？墒牵瑢?duì)微觀世界的觀察就完全不是這樣，當(dāng)我們研究一個(gè)量子體系時(shí)，經(jīng)過(guò)測(cè)量后的量子體系原來(lái)的狀態(tài)總是被破壞了。例如，光子進(jìn)入光電探測(cè)器后，光子就被吸收；電子被探測(cè)器件接收后，該電子原來(lái)的狀態(tài)就改變了。宏觀儀器對(duì)量子系統(tǒng)測(cè)量的結(jié)果，都必須轉(zhuǎn)換為經(jīng)典物理學(xué)的語(yǔ)言。要直接觀察并且非破壞性（non-demolition）地測(cè)量量子體系的量子性質(zhì)是難以做到的事情，所以，量子力學(xué)所預(yù)言的量子世界的奇特性質(zhì)一直令物理學(xué)家和公眾感到神秘難解。

2012年諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者和他們的同事們的工作，突破了經(jīng)典物理學(xué)實(shí)驗(yàn)和人類(lèi)直接經(jīng)驗(yàn)的限制，他們直接觀察到了個(gè)別粒子的量子行為。瓦因蘭德小組做的是在電場(chǎng)中陷俘離子，用光子對(duì)它做非破壞性的操控。阿羅什小組是在空腔中陷俘單個(gè)光子，用原子進(jìn)行非破壞性的測(cè)量。他們異曲同工，都對(duì)單個(gè)量子粒子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量，研究量子力學(xué)的基本原理。這些研究不僅對(duì)量子理論的基本原理的進(jìn)一步闡明有重要意義，并且有廣闊的應(yīng)用前景。

阿羅什：把光子囚禁起來(lái)

阿羅什畢業(yè)于法國(guó)高等師范學(xué)校。1971年他在巴黎第六大學(xué)獲得博士學(xué)位，導(dǎo)師是柯亨-塔諾季（Claude Cohen-Tannoudji），1997年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主。從20世紀(jì)60年代開(kāi)始阿羅什就在法國(guó)高等師范學(xué)校物理系的卡斯特勒-布羅塞爾實(shí)驗(yàn)室（Kastler-Brossel Laboratory）工作。該實(shí)驗(yàn)室是以獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的阿爾夫萊德?卡斯特勒（Alfred Kastler）的名字命名的。1972～1973年，阿羅什曾到美國(guó)斯坦福大學(xué)，在諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者肖洛的實(shí)驗(yàn)室中工作。

阿羅什說(shuō)，他們的成功主要得益于卡斯特勒-布羅塞爾實(shí)驗(yàn)室特有的學(xué)術(shù)環(huán)境和物質(zhì)條件。他們組成了極其出色的研究小組，并且將共同積累的知識(shí)和技能傳授給一代又一代的學(xué)生。阿羅什還說(shuō)，他給研究生和本科生的講課也有助于研究工作，在準(zhǔn)備新課的過(guò)程中他注意到了光和物質(zhì)相互作用的不同方面。阿羅什認(rèn)為，國(guó)際交流學(xué)者參加研究不僅帶來(lái)專門(mén)的知識(shí)和技能，也帶來(lái)不同的科學(xué)文化以補(bǔ)充他們自身的不足。他覺(jué)得幸運(yùn)的是，在長(zhǎng)期的微觀世界探索中，他和他的同事們能夠自由地選擇他們的研究方向，而不必勉強(qiáng)地提出可能的應(yīng)用前景作為依據(jù)。

阿羅什小組的主要成就是發(fā)展了非破壞性的方法檢測(cè)單個(gè)光子。用通常的方法檢測(cè)光子，都是吸收光子并把它轉(zhuǎn)換為電流（光電探測(cè)器）或轉(zhuǎn)化為化學(xué)能量（照相底片）（動(dòng)物的眼睛是將光子轉(zhuǎn)化為神經(jīng)的電脈沖的）?？傊庾颖粶y(cè)量到后立即消失。近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，雖然人類(lèi)發(fā)展出了量子非破壞性測(cè)量，但這些測(cè)量只能用于大量光子的情況。而阿羅什和同事們做到了反復(fù)測(cè)量記錄同一個(gè)光子。

光的速度非常快，達(dá)每秒30萬(wàn)公里，所以要控制、測(cè)量單個(gè)光子，必須將光子關(guān)閉在一個(gè)小的區(qū)域內(nèi)，并使其在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)不逃逸或被吸收。阿羅什小組實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵是制成反射率極高的凹面鏡。反射鏡是在金屬底板上鍍以超導(dǎo)材料鈮，鏡面拋光到不平整度只有幾個(gè)納米（1納米=100萬(wàn)分之一毫米），光子因鏡面不平而散射逃逸的機(jī)會(huì)非常小?？涨挥蓛蓚€(gè)凹面鏡相對(duì)安放組成，鏡間距離27毫米。整個(gè)設(shè)備安置在絕對(duì)溫度1度以下的環(huán)境中。一個(gè)微波光子在腔中停留時(shí)間可達(dá)十分之一秒，即在兩面鏡子之間來(lái)回反射10 億次以上，差不多相當(dāng)于繞地球一周。可以說(shuō)阿羅什小組創(chuàng)造了限制在很小的有限體積內(nèi)的光子壽命的世界紀(jì)錄。

阿羅什小組的另一項(xiàng)創(chuàng)造性貢獻(xiàn)是利用利用里德伯原子作為探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)非破壞性測(cè)量單個(gè)光子。所謂里德伯原子，是激發(fā)到很高的能量軌道上的原子，這種原子的體積比正常原子大許多。他們用銣（原子序數(shù)37）原子，把它的價(jià)電子激發(fā)到第50層的圓形軌道上（主量子數(shù)n=50）。這種情況下，外層電子從n=50 的軌道躍遷到相鄰的軌道n=49和n=51，發(fā)射或吸收微波光子頻率分別為54.3GHz（千兆赫茲）和51.1GHz。正常的原子半徑在0.1納米以下，銣原子中電子占據(jù)的最外層軌道為n=5；當(dāng)它的最外面的電子跑到n=50的圓形軌道上時(shí)，原子的半徑達(dá)到100多納米，原子半徑增大了1000倍以上。這樣的原子好比一個(gè)很大的無(wú)線電天線，容易和電磁場(chǎng)相互作用。

瓦因蘭德：讓離子停下來(lái)

瓦因蘭德和阿羅什同年，都生于1944年。1965年，瓦因蘭德畢業(yè)于美國(guó)加利福尼亞大學(xué)伯克利分校；1970年在哈佛大學(xué)獲博士學(xué)位，博士論文題目是“氘原子微波激射器”，導(dǎo)師是拉姆齊（Norman Ramsey）。以后他到華盛頓大學(xué)，在德默爾特（Hans Dehmelt）的實(shí)驗(yàn)室做博士后研究。德默爾特是1989年諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者。1975年，瓦因蘭德和德默爾同發(fā)表了討論激光冷卻離子的論文，這是有關(guān)激光致冷的開(kāi)創(chuàng)性論文，被學(xué)術(shù)界同仁廣泛引用，其中包括獲1977年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的朱棣文、菲利普斯和柯亨-塔諾季等。

1975年，瓦因蘭德到隸屬于美國(guó)商業(yè)部的美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所工作。在那里，他創(chuàng)建了儲(chǔ)存離子研究小組。在過(guò)去多年的工作中，他做出了多項(xiàng)世界第一的研究成果，終于獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他是15年來(lái)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所第四位獲諾貝爾物理獎(jiǎng)的研究人員之一，研究激光致冷的菲利普斯也是其中之一。

制造量子計(jì)算機(jī)的建議方法有多種，許多科學(xué)家正在對(duì)不同的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。瓦因蘭德小組從事的陷俘離子的方法是最成功的方法之一。他們利用特殊排列的幾個(gè)電極組合產(chǎn)生特定的電場(chǎng)，形成陷阱，將汞的一價(jià)離子限制在三個(gè)電極組成的空間中。三個(gè)電極包括兩端各有一個(gè)相對(duì)的電極和一個(gè)環(huán)形電極，離子由激光束控制。

在常溫下，原子運(yùn)動(dòng)的平均速度為每秒數(shù)百米，以這種速度運(yùn)動(dòng)的離子會(huì)立即逃逸出陷阱。要將離子陷俘在電場(chǎng)陷阱中，離子的運(yùn)動(dòng)速度必須非常小。只有在極低的溫度下，離子或原子的運(yùn)動(dòng)速度才能變得很小?？梢岳眉す馐闺x子冷卻，使離子的速度減小到幾乎停止的狀態(tài)。將特定頻率的激光束對(duì)著原子或離子射來(lái)的方向照射時(shí)，原子在迎面射來(lái)的光子的一次次沖擊下，速度就慢了下來(lái)。當(dāng)然，原子或離子吸收了光子又要再把它發(fā)射出去，發(fā)射光子時(shí)原子也要受到反沖。但原子或離子發(fā)射光子的方向是隨機(jī)的，各種方向都有，結(jié)果反沖效應(yīng)平均為零，只有迎面射來(lái)的光子被吸收后起到了減速的作用。但僅僅用這種方法還不能使原子速度降低到近乎停止，還要加上其他方法。速度已經(jīng)很小的離子在陷阱中受電場(chǎng)的作用，還在以一定的頻率振動(dòng)，這種振動(dòng)的能量和離子內(nèi)部的能量狀態(tài)耦合起來(lái)，形成復(fù)雜的能級(jí)。在適當(dāng)頻率的激光束照射下，離子吸收光子后又重新放出光子，落回原來(lái)內(nèi)部能量最低的狀態(tài)，同時(shí)帶動(dòng)離子振動(dòng)能量的變化。在適當(dāng)控制的條件下，重復(fù)這樣的過(guò)程，就可以使離子振動(dòng)能量逐步減少，直到振動(dòng)能量達(dá)到最低的量子狀態(tài)，離子近于完全停止。這時(shí)，離子就可以隨意操控了。

瓦因蘭德小組利用利用陷俘離子做成一個(gè)量子可控非門(mén)（Controlled NOT）。當(dāng)然可控非門(mén)只是最簡(jiǎn)單的量子計(jì)算機(jī)的元件，一臺(tái)能工作的計(jì)算機(jī)需要多得多的元件，離制成實(shí)用的量子計(jì)算機(jī)還非常遙遠(yuǎn)。然而前景是光明的，包括瓦因蘭德在內(nèi)的許多科學(xué)家正積極研究，攻克難關(guān)，希望在本世紀(jì)內(nèi)將量子計(jì)算機(jī)研制成功。

瓦因蘭德和同事們還利用陷俘的離子制造出了當(dāng)今世界上最精確的原子鐘。他的研究工作也可以檢驗(yàn)量子力學(xué)基本原理，如進(jìn)行“薛定諤貓”的實(shí)驗(yàn)。

不為盛名所惑

阿羅什和瓦因蘭德有許多相同的地方。他們都在世界第一流的實(shí)驗(yàn)室中工作；巧的是，他們每人各有兩位獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的老師；他們都有合作30年以上的同事組成的穩(wěn)定的研究小組，還有許多優(yōu)秀的學(xué)生和合作者，其中包括外國(guó)的訪問(wèn)學(xué)者。在他們的諾貝爾獎(jiǎng)報(bào)告中，他們的老師、同事以及和他們的工作有密切關(guān)系的、前人的研究都一一提到。兩人都還提到有100多位學(xué)生、博士后和訪問(wèn)學(xué)者也做出了貢獻(xiàn)，強(qiáng)調(diào)成績(jī)是大家努力的結(jié)果。

瓦因蘭德和阿羅什也有一點(diǎn)很大的不同。阿羅什的研究目的偏重于探索自然界的奧秘，沒(méi)有非常明確的應(yīng)用目標(biāo)，雖然他知道自己的研究成果肯定有長(zhǎng)遠(yuǎn)的應(yīng)用前景。他所屬的卡斯特勒-布羅塞爾實(shí)驗(yàn)室也沒(méi)有要求其研究一開(kāi)始就必須有明確的應(yīng)用目的。不過(guò)，即使在法國(guó)高等師范學(xué)校，這種待遇也只有像阿羅什這樣的資深科學(xué)家才能得到。而瓦因蘭德所在的美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所本身就具有明確的實(shí)用目標(biāo)：促進(jìn)美國(guó)的創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力，開(kāi)創(chuàng)新的測(cè)量科學(xué)，推進(jìn)美國(guó)的技術(shù)水平。該研究所的研究都是目標(biāo)長(zhǎng)遠(yuǎn)，技術(shù)含量高，能在世界上領(lǐng)先的項(xiàng)目。這些項(xiàng)目實(shí)際上都是結(jié)合遠(yuǎn)期應(yīng)用的基礎(chǔ)性研究。

瓦因蘭德和阿羅什還有一個(gè)共同點(diǎn)，就是除了做研究以外，都在大學(xué)教課。阿羅什認(rèn)為備課的過(guò)程促使他從多方面考慮基本原理，也有助于研究工作。而從學(xué)生的角度來(lái)看，能聽(tīng)到優(yōu)秀的科學(xué)家講課，和他們直接交流，不僅能學(xué)到當(dāng)今前沿的科學(xué)知識(shí)，還可以學(xué)習(xí)到優(yōu)秀科學(xué)家的治學(xué)精神和思想方法。

榮摘諾獎(jiǎng)桂冠是否改變了科學(xué)家本人的生活呢？據(jù)英國(guó)廣播公司（BBC）在線版消息稱，阿羅什本人僅僅提前了20分鐘被組委會(huì)告知自己獲獎(jiǎng)的消息。

“我很幸運(yùn)，”阿羅什說(shuō)，但他指的并不是自己得獎(jiǎng)這回事，“（接到來(lái)電時(shí)）我正在一條街上，旁邊就有個(gè)長(zhǎng)椅，所以我第一時(shí)間就坐了下來(lái)?！彼稳菽且豢痰男那?，“當(dāng)我看到是瑞典的來(lái)電區(qū)號(hào)，我意識(shí)到這是真實(shí)的，那種感覺(jué)，你知道，真是勢(shì)不可擋?！?/p>

不過(guò)據(jù)諾獎(jiǎng)官網(wǎng)的推特稱，阿羅什接到獲獎(jiǎng)的確切消息后，打了個(gè)電話給自己的孩子，然后開(kāi)了瓶香檳慶祝。再然后，他又回實(shí)驗(yàn)室工作去了。

（作者單位：復(fù)旦大學(xué)物理系）

篇5

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）50-0212-02

一、概論

量子力學(xué)從建立伊始就得到了迅速的發(fā)展，并很快融合其他學(xué)科，發(fā)展建立了量子化學(xué)、分子生物學(xué)等眾多新興學(xué)科。曾謹(jǐn)言曾說(shuō)過(guò)，量子力學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，也許會(huì)對(duì)21世紀(jì)人類(lèi)的物質(zhì)文明有更深遠(yuǎn)的影響[1]。

地處西部地區(qū)的貴州省，基礎(chǔ)教育水平相對(duì)落后。表1列出了2005年到2012年來(lái)的貴州省高考二本理科錄取分?jǐn)?shù)線，從中可知：自2009年起二本線已經(jīng)低于60%的及格線，并呈顯越來(lái)越低的趨勢(shì)。對(duì)于地方性新升本的普通本科學(xué)校來(lái)講，其生源質(zhì)量相對(duì)較低。同時(shí)，在物理學(xué)（師范）專業(yè)大部分學(xué)生畢業(yè)后的出路主要是中學(xué)教師、事業(yè)單位一般工作人員及公務(wù)員，對(duì)量子力學(xué)的直接需求并不急切。再加上量子力學(xué)的“曲高和寡”，學(xué)生長(zhǎng)期以來(lái)形成學(xué)之無(wú)用的觀念，學(xué)習(xí)意愿很低。在課時(shí)安排上，隨著近年教育改革的推進(jìn)，提倡重視實(shí)習(xí)實(shí)踐課程、注重學(xué)生能力培養(yǎng)的觀念的深入，各門(mén)課程的教學(xué)時(shí)數(shù)被壓縮，量子力學(xué)課程課時(shí)從72壓縮至54學(xué)時(shí)，課時(shí)被壓縮25%。

總之，在學(xué)校生源質(zhì)量逐年下降、學(xué)生學(xué)習(xí)意愿逐年降低，且課時(shí)量大幅減少的情況下，教師的教學(xué)難度進(jìn)一步增大。以下本人結(jié)合從2005至10級(jí)《量子力學(xué)》的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，談一下教學(xué)方面的思考。

二、依據(jù)學(xué)生情況，合理安排教學(xué)內(nèi)容

1.根據(jù)班級(jí)的基礎(chǔ)區(qū)別化對(duì)待，微調(diào)課程內(nèi)容。考慮到我校學(xué)生的實(shí)際情況和需要，教學(xué)難度應(yīng)與重點(diǎn)院校學(xué)生有差別。同時(shí)，通過(guò)前一屆的教學(xué)積累經(jīng)驗(yàn)，對(duì)后續(xù)教學(xué)應(yīng)有小的調(diào)整。在備課時(shí)，通過(guò)微調(diào)教學(xué)內(nèi)容來(lái)適應(yīng)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和能力不同的學(xué)生。比如，通過(guò)課堂教學(xué)及作業(yè)的反饋，了解該班學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，再根據(jù)班級(jí)學(xué)習(xí)狀況的不同，進(jìn)行后續(xù)課程內(nèi)容的微調(diào)。教學(xué)中注重量子力學(xué)基本概念、規(guī)律和物理思想的展開(kāi)，降低教學(xué)內(nèi)容的深度，注重面上的擴(kuò)展，進(jìn)行全方位拓寬、覆蓋，特別是降低困難題目在解題方面要求，幫助學(xué)生克服學(xué)習(xí)的畏難心理。

2.照顧班內(nèi)大多數(shù)，適當(dāng)降低數(shù)學(xué)推導(dǎo)難度。對(duì)于教學(xué)過(guò)程中將要碰到的數(shù)學(xué)問(wèn)題，可采取提前布置作業(yè)的方法，讓學(xué)生主動(dòng)去復(fù)習(xí)，再輔以教師課堂講解復(fù)習(xí)，以解決學(xué)生因?yàn)閿?shù)學(xué)基礎(chǔ)差而造成的理解困難。同時(shí)，可以通過(guò)補(bǔ)充相關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)，細(xì)化推導(dǎo)過(guò)程，降低推導(dǎo)難度來(lái)解決。比如：在講解態(tài)和力學(xué)量的表象時(shí)[2]，要求學(xué)生提前復(fù)習(xí)線性代數(shù)中矩陣特征值、特征向量求解及特征向量的斯密特正交化方法。使學(xué)生掌握相關(guān)的數(shù)學(xué)知識(shí)，這對(duì)理解算符本征方程的本征值和本征函數(shù)起了很大的推動(dòng)作用。

3.注重量子論思想的培養(yǎng)。量子論的出現(xiàn)，推動(dòng)了哲學(xué)的發(fā)展，給傳統(tǒng)的時(shí)空觀、物質(zhì)觀等帶來(lái)了巨大的沖擊，舊的世界觀在它革命性的沖擊下分崩離析，新的世界觀逐漸形成。量子力學(xué)給出了一套全新的思維模式和解決問(wèn)題的方法，它的思維模式跟人們的直覺(jué)和常識(shí)格格不入，一切不再連續(xù)變化，而是以“量子”的模式一份一份的增加或減少。地方高校的學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較差，不愿意動(dòng)手推導(dǎo)，學(xué)習(xí)興趣較低，量子力學(xué)的教學(xué)，對(duì)學(xué)生量子論思維方式的培養(yǎng)就顯得尤為重要。為了完成從經(jīng)典理論到量子理論思維模式的轉(zhuǎn)變，概念的思維方式是基礎(chǔ)、是重中之重。通過(guò)教師的講解，使學(xué)生理解量子力學(xué)的思考方式，并把經(jīng)典物理中機(jī)械唯物主義的絕對(duì)的觀念和量子力學(xué)中的概率的觀念相聯(lián)系起來(lái)，在生活中能夠利用量子力學(xué)的思維方式思考問(wèn)題，從而達(dá)到學(xué)以致用的目的。

4.跟蹤科學(xué)前沿，隨時(shí)更新科研進(jìn)展?？茖W(xué)是不斷向前發(fā)展的，而教材自從編好之后多年不再變化，致使本領(lǐng)域的最新研究成果，不能在教材中得到及時(shí)體現(xiàn)。而發(fā)生在眼下的事件，最新的東西才是學(xué)生感興趣的。因此，我們可以利用學(xué)生的這種心理，通過(guò)跟蹤科學(xué)前沿，及時(shí)補(bǔ)充量子力學(xué)進(jìn)展到教學(xué)內(nèi)容中的方式，來(lái)提高學(xué)習(xí)量子力學(xué)的興趣。教師利用量子力學(xué)基本原理解釋當(dāng)下最具轟動(dòng)性的科技新聞，提高量子力學(xué)在現(xiàn)實(shí)生活中出現(xiàn)的機(jī)會(huì)，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生利用基本原理解釋現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，從而培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。

三、更新教學(xué)手段，提高教學(xué)效率

1.拓展手段，量子力學(xué)可視化。早在上世紀(jì)90年代初，兩位德國(guó)人就編制完成了名為IQ的量子力學(xué)輔助教學(xué)軟件，并在此基礎(chǔ)上出版了《圖解量子力學(xué)》。該書(shū)采用二維網(wǎng)格圖形和動(dòng)畫(huà)技術(shù)，形象地表述量子力學(xué)的基本內(nèi)容，推動(dòng)了量子力學(xué)可視化的前進(jìn)。近幾年計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的迅速提高，將計(jì)算物理學(xué)方法和動(dòng)畫(huà)技術(shù)相結(jié)合，再輔以數(shù)學(xué)工具模擬，應(yīng)用到量子力學(xué)教學(xué)的輔助表述上，使量子力學(xué)可視化。通過(guò)基本概念和原理形象逼真的表述，學(xué)生理解起來(lái)必將更加輕松，其理解能力也會(huì)得到提高。

2.適當(dāng)引入英語(yǔ)詞匯。在一些漢語(yǔ)解釋不是特別清楚的概念上，可以引入英文的原文，使學(xué)生更清晰的理解原理所表述的含義。例如，在講解測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系時(shí)，初學(xué)者往往覺(jué)得它很難理解。由于這個(gè)原理和已經(jīng)深入人心經(jīng)典物理概念格格不入，因此初學(xué)者往往缺乏全面、正確的認(rèn)識(shí)。有學(xué)生根據(jù)漢語(yǔ)的字面意思認(rèn)為，測(cè)量了才有不確定度，不測(cè)量就不存在不確定。這時(shí)教師引入英文“Uncertainty principle”可使學(xué)生通過(guò)英文原意“不確定原理”知道，這個(gè)原理與“測(cè)量”這個(gè)動(dòng)作的實(shí)施與否并沒(méi)有絕對(duì)關(guān)系，也就是說(shuō)并不是測(cè)量了力學(xué)量之間才有不確定度，不測(cè)量就不存在，而是源于量子力學(xué)中物質(zhì)的波粒二象性的基本原理。

3.提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生探究。對(duì)于學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生，適當(dāng)引入思考題，并指導(dǎo)他們解決問(wèn)題，從而使學(xué)生得到基本的科研訓(xùn)練。比如，在講解氫原子一級(jí)斯塔克效應(yīng)時(shí)，提到“通常的外電場(chǎng)強(qiáng)度比起原子內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)說(shuō)是很小的”[2]。這時(shí)引入思考題：當(dāng)氫原子能級(jí)主量子數(shù)n增大時(shí)，微擾論是否還適用？在哪種情況下可以使用，精確度為多少？當(dāng)確定精度要求后，微擾論在討論較高激發(fā)態(tài)時(shí)，這個(gè)n能達(dá)到多少？學(xué)生通過(guò)對(duì)問(wèn)題的主動(dòng)探索解決，將進(jìn)一步熟悉微擾論這個(gè)近似方法的基本過(guò)程，理解這種近似方法的精神。這樣不僅可以加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，還可以得到基本的科研訓(xùn)練，從而引導(dǎo)學(xué)生走上科研的道路。

4.師生全面溝通，及時(shí)教學(xué)反饋。教學(xué)反饋是教學(xué)系統(tǒng)有效運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它對(duì)教和學(xué)雙方都具有激發(fā)新動(dòng)機(jī)的作用。比如：通過(guò)課堂提問(wèn)及觀察學(xué)生表情變化的方式老師能夠及時(shí)掌握學(xué)生是否理解教師所講的內(nèi)容，若不清楚可以當(dāng)堂糾正。由此建立起良好的師生互動(dòng)，改變單純的灌輸式教學(xué)，在動(dòng)態(tài)交流中建立良好的教學(xué)模式，及時(shí)調(diào)整自己的教學(xué)行為。利用好課程結(jié)束前5分鐘，進(jìn)行本次課程主要內(nèi)容的回顧，及時(shí)反饋總結(jié)。通過(guò)及時(shí)批改課后作業(yè)，了解整個(gè)班級(jí)相關(guān)知識(shí)及解題方法的掌握情況。依據(jù)反饋信息，對(duì)后續(xù)課程進(jìn)行修訂。

通過(guò)雙方的反饋信息，教師可以根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)中的反饋信息分析、判定學(xué)生學(xué)習(xí)的效果，學(xué)生也可以根據(jù)教師的反饋，分析自己的學(xué)習(xí)效率，檢測(cè)自己的學(xué)習(xí)態(tài)度、水平和效果。同時(shí)，學(xué)生學(xué)習(xí)行為活動(dòng)和結(jié)果的反饋是教師自我調(diào)控和對(duì)整個(gè)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行有效調(diào)控的依據(jù)[6]。

四、結(jié)論

量子力學(xué)作為傳統(tǒng)的“難課”，一直是學(xué)生感到學(xué)起來(lái)很困難的課程。特別是高校大擴(kuò)招的背景下，很多二本高校都面臨著招生生源質(zhì)量下降、學(xué)生學(xué)習(xí)意愿不高的現(xiàn)狀，造成了教師教學(xué)難度進(jìn)一步增大。要增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量，教師不僅要遵循高等教育的教學(xué)規(guī)律，不斷加強(qiáng)自身的學(xué)術(shù)水平，講課技能，適時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，采取與之相對(duì)應(yīng)的教學(xué)手段，還需要做好教學(xué)反饋，加強(qiáng)與學(xué)生的溝通交流，了解學(xué)生的真實(shí)想法，并有針對(duì)性的引入與生活、現(xiàn)實(shí)相關(guān)的事例，提高學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的興趣。

參考文獻(xiàn)：

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[2]周世勛，陳灝.量子力學(xué)教程[M].高等教育出版社，2009：101.

[3]楊林.氫原子電子概率分布可視化及其性質(zhì)研究[J].綏化學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，（29）：186.

[4]常少梅.利用Mathematica研究量子力學(xué)中氫原子問(wèn)題[J].科技信息，2011，（26）：012.

篇6

中圖分類(lèi)號(hào)：TN918 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）08（a）-0007-02

Abstract：For the traditional satellite navigation and global positioning system， the positioning accuracy is limited by the energy and bandwidth of electromagnetic pulses. With the development of quantum mechanics， laser pulses are used to replace the electromagnetic pulse signal and realize a high positioning precision approximating the physical limits because of their quantum entanglement properties， which is named as“quantum positioning system”. To describe the basic principle and characteristics of the quantum positioning advantages， while its key technologies and the broad application prospect in the future are analyzed as well.

Key Words：Quantum Positioning；quantum entanglement；Hong-Ou-Mandel interference

衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)以天基人造衛(wèi)星為基本平臺(tái)，能夠?yàn)槿蚝?、陸、空、天各?lèi)軍民用載體提供全天候、二十四小時(shí)連續(xù)不間斷的高精度三維位置、速度和時(shí)間信息。目前技術(shù)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，包括美國(guó)的全球定位系統(tǒng)（Global Position System，GPS），歐洲導(dǎo)航定位衛(wèi)星系統(tǒng)，我國(guó)的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于交通導(dǎo)航、衛(wèi)星授時(shí)應(yīng)用、應(yīng)急指揮、民用水情測(cè)報(bào)服務(wù)等，發(fā)揮了非常重要的作用。

雖然GPS在導(dǎo)航定位領(lǐng)域獲得了前所未有的成功，但仍然存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。

（1）定位精度仍然不夠高，系統(tǒng)體制仍存在著物理極限。因?yàn)镚PS定位的原理是通過(guò)重復(fù)地向空間發(fā)射電磁波信號(hào)，檢測(cè)電磁波到達(dá)待測(cè)點(diǎn)的時(shí)間延遲來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這種以經(jīng)典物理學(xué)為基礎(chǔ)的方法受到所能實(shí)現(xiàn)的可利用功率及帶寬的限制，其測(cè)量精度很難獲得進(jìn)一步的提高。此外，電磁波信號(hào)受到電離層和對(duì)流層的干擾，特別在城市、山區(qū)等復(fù)雜自然環(huán)境下，由于高層建筑、樹(shù)木等對(duì)信號(hào)的影響，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的非直線傳播，從而使得不同環(huán)境下的導(dǎo)航效果具有比較大的差異。

（2）保密性較差，美國(guó)斯坦福大學(xué)設(shè)立有一個(gè)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，主要截獲并分析全球所有的衛(wèi)星信號(hào)，華裔學(xué)者Grace Xingxin Gao在2008年的博士論文《Towards navigation based on 120 satellites： analyzing the new signals》，較為詳細(xì)地闡述了衛(wèi)星信號(hào)的跟蹤與破譯方法，雖然不能確信是否能夠破譯所有的偽隨機(jī)碼，但至少是可以部分破譯的。

（3）抗干擾能力差，與其他傳感器系統(tǒng)相比，GPS信號(hào)強(qiáng)度很弱，因此更加容易受到電磁干擾，使基于GPS的導(dǎo)航系統(tǒng)存在穩(wěn)定性漏洞。

由于存在著這些缺陷，美國(guó)投入巨資完善并發(fā)展GPS系統(tǒng)?；诹孔蛹夹g(shù)的量子定位系統(tǒng)（Quantum Positioning System， QPS）作為一種定位精度高、保密性能強(qiáng)的導(dǎo)航定位技術(shù)，就是其發(fā)展重點(diǎn)之一。量子定位的概念最先是由美國(guó)麻省理工學(xué)院研究人員于2001年提出，其與傳統(tǒng)定位系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別在于所采用信號(hào)的不同。傳統(tǒng)定位如GPS系統(tǒng)采用的是基于重復(fù)發(fā)送電磁波脈沖測(cè)量信號(hào)達(dá)到時(shí)間，通過(guò)計(jì)算得到距離信息，而量子定位系統(tǒng)采用的是具有量子特性的光子脈沖。利用光子的微觀量子特性，如量子糾纏和量子壓縮態(tài)，量子定位系統(tǒng)就能夠超越經(jīng)典測(cè)量中能量、帶寬和精度的限制，精度可接近海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理所限定的物理極限。

1 量子定位技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)

1.1 量子定位系統(tǒng)的原理

量子定位技術(shù)利用具有量子特性的激光脈沖，取代傳統(tǒng)GPS的微波信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)精確定位。區(qū)別于微波信號(hào)的長(zhǎng)波長(zhǎng)波束覆蓋寬，激光的波長(zhǎng)很短指向性很高，衛(wèi)星與用戶間的傳統(tǒng)同步方法不再適用。因此量子定位系統(tǒng)的定位不應(yīng)是取代現(xiàn)有GPS，而是與GPS相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)安全高精度的定位目的。通過(guò)對(duì)量子定位技術(shù)原理的研究與優(yōu)選，提出具有實(shí)用性的量子定位系統(tǒng)體系架構(gòu)以及面向用戶的應(yīng)用模式，才能將量子定位系統(tǒng)推廣應(yīng)用。

量子定位系統(tǒng)由量子糾纏態(tài)光源、HOM干涉測(cè)量部分以及系統(tǒng)控制部分組成，其基本原理與關(guān)鍵特性如下。

（1）高性能量子糾纏態(tài)光源。在光與非線性晶體相互作用的過(guò)程中，能夠產(chǎn)生一種非線性光學(xué)效應(yīng)，這種效應(yīng)一對(duì)低頻率光子具有很強(qiáng)的量子糾纏、關(guān)聯(lián)和非定域特性，可實(shí)現(xiàn)時(shí)間和空間上的高精度測(cè)量。作為光源，光子糾纏態(tài)的糾纏純度、退相干時(shí)間對(duì)系統(tǒng)性能將產(chǎn)生巨大的影響。

（2）高穩(wěn)定HOM干涉測(cè)量與處理。在量子力學(xué)的Hong-Ou-Mandel（HOM）干涉中，由于雙光子的糾纏特性，干涉是不可區(qū)分的雙光子整體態(tài)。當(dāng)兩個(gè)光子在時(shí)域上同時(shí)到達(dá)分束片上時(shí)，雙光子態(tài)不可區(qū)分，此時(shí)干涉出現(xiàn)，兩個(gè)探測(cè)器的計(jì)數(shù)出現(xiàn)強(qiáng)的反關(guān)聯(lián)。反之，當(dāng)我們改變一條鏈路中的延時(shí)，致使復(fù)合計(jì)數(shù)出現(xiàn)強(qiáng)的反關(guān)聯(lián)時(shí)，即可知道此時(shí)兩個(gè)光子在時(shí)域上不可區(qū)分。這正是利用HOM干涉實(shí)現(xiàn)量子定位系統(tǒng)的基本原理。

（3）高精度ATP與時(shí)間同步技術(shù)：在單組基線的系統(tǒng)中，需通過(guò)改變可控反射模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)基線與待測(cè)點(diǎn)r0之間建立穩(wěn)定的光鏈路。二者的精確指向?qū)⒂绊懙阶罱K定位的精度，因此對(duì)反射模塊的反射角度需要進(jìn)行反饋控制。在利用參考光實(shí)現(xiàn)對(duì)于待測(cè)點(diǎn)ATP（獲取、跟蹤、瞄準(zhǔn)）之后，定位過(guò)程將通過(guò)精密調(diào)整延時(shí)并觀測(cè)探測(cè)器的復(fù)合計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1.2 量子定位系統(tǒng)與量子保密通信的結(jié)合技術(shù)

原理上，量子定位系統(tǒng)與量子保密通信都是基于量子糾纏態(tài)的分發(fā)與后處理。因此，在同一套系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)兩種功能具有可行性。研究在量子定位過(guò)程中引入量子保密通信的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)交互信息的保密處理，提高量子定位系統(tǒng)的安全性。兩者相結(jié)合，能夠充分發(fā)揮量子定位系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)的方法，能有效提升量子定位的使用程度，是未來(lái)量子定位系統(tǒng)的一個(gè)應(yīng)用方向。

1.3 大氣、重力場(chǎng)環(huán)境的干擾校正技術(shù)

與GPS類(lèi)似，為了實(shí)現(xiàn)寬覆蓋、全天候工作，星載平臺(tái)將是未來(lái)量子定位系統(tǒng)走向?qū)嵱没淖罴哑脚_(tái)。對(duì)于LEO低軌衛(wèi)星等自由空間傳輸?shù)男堑劓溌范裕髿獾膿p耗、湍流、散射，重力場(chǎng)對(duì)于授時(shí)的影響都是系統(tǒng)中必須考慮的因素，必須通過(guò)對(duì)環(huán)境的建模與仿真，分析對(duì)信息傳輸鏈路的影響，以實(shí)現(xiàn)量子定位系統(tǒng)的校正。

2 量子定位技術(shù)的發(fā)展前景

量子定位技術(shù)作為一種不同于傳統(tǒng)GPS的新型精確定位技術(shù)，是量子光學(xué)和通信導(dǎo)航技術(shù)相融合的典范。這項(xiàng)技術(shù)的深入研究，能為下一代高精度導(dǎo)航系統(tǒng)提供量子水平的定位精度。特別是在以下兩個(gè)方面。

（1）量子定位系統(tǒng)技術(shù)理論和工程實(shí)現(xiàn)將促進(jìn)電子信息系統(tǒng)進(jìn)入量子時(shí)代。

隨著信息化社會(huì)的發(fā)展，未來(lái)將逐步進(jìn)入量子的時(shí)代。在量子領(lǐng)域的實(shí)用化進(jìn)程中，高性能、大規(guī)模的量子設(shè)備（如星地量子保密通信、量子計(jì)算處理芯片、高性能糾纏源）已逐步面世。這也為量子定位技術(shù)逐步實(shí)用化提供了良好的基礎(chǔ)。

（2）量子定位系統(tǒng)與量子密碼技術(shù)的結(jié)合是未來(lái)實(shí)用化的最佳途徑。

篇7

本文首先概要介紹了當(dāng)前因特網(wǎng)流量工程體系結(jié)構(gòu)及其主要技術(shù)，同時(shí)介紹了MPLS的基本原理以及與流量工程相結(jié)合的主要思想，進(jìn)而深入地研究了在MPLS區(qū)域內(nèi)如何在平行的流量主干間進(jìn)行負(fù)載分配。

在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間多條平行的流量主干上進(jìn)行負(fù)載分配是一個(gè)十分重要的問(wèn)題。在許多情況下，可能兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的某一業(yè)務(wù)量無(wú)法只有任何一條單獨(dú)的鏈路或路徑來(lái)承擔(dān)。然而，該業(yè)務(wù)流量所需的資源可能低于網(wǎng)絡(luò)中所有可用路徑能夠提供的總量。此時(shí)，唯一的方法是將業(yè)務(wù)流量分解為一些流量子集，在將這些流量子集通過(guò)多條路徑來(lái)加以傳輸。在一個(gè)MPLS區(qū)域內(nèi)，上述問(wèn)題可以通過(guò)在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間發(fā)起多條流量主干來(lái)解決，這樣，總的業(yè)務(wù)量將可以分擔(dān)到各條流量主干上。要實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程，就必須要設(shè)計(jì)一種能夠?qū)Χ鄺l平行的流量主干靈活地進(jìn)行負(fù)載分配的技術(shù)。本文給出了一個(gè)多路徑自適應(yīng)算法，該算法在LSP之間分配流量，得到負(fù)載均衡化和擁塞最小化。

文章最后部分設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)模擬MPLS主干網(wǎng)的流量控制功能的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了入口節(jié)點(diǎn)的主要功能和流量平衡的作用，也為進(jìn)一步的研究工作提供了一定的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：

流量工程，MPLS，NS仿真，多路徑負(fù)載均衡，MATE

目 錄

引言 1

第1章 基于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的流量工程概述 2

1.1 早期IP核心網(wǎng)絡(luò)的流量工程問(wèn)題 2

1.1.1 基于量度的流量工程 2

1.2 傳統(tǒng)路由核心網(wǎng)流量工程的局限性 3

1.3 IP覆蓋型網(wǎng)絡(luò) 3

1.3.1 IP覆蓋型網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行 4

1.3.2 IP over ATM模型的優(yōu)勢(shì) 5

1.3.3 IP over ATM模型的局限性 5

1.4 未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)流量工程結(jié)構(gòu) 6

第2章 MPLS概述 7

2.1 MPLS產(chǎn)生的技術(shù)背景 7

2.2 MPLS基本原理 8

2.3 MPLS體式結(jié)構(gòu) 9

2.3.1 基本概念 9

2.3.2 節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu) 10

2.3.3 標(biāo)簽 11

2.3.4 標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議 13

2.3.5 標(biāo)簽堆棧 14

2.3.6 路由選擇機(jī)制 16

2.4 MPLS的工作過(guò)程 17

2.5 MPLS流量工程技術(shù)基礎(chǔ) 18

2.5.1 包轉(zhuǎn)發(fā)單元 19

2.5.2 信息單元 20

2.5.3 路徑選擇單元 20

2.5.4 信令單元 22

…………共6章

：26000多字的計(jì)算機(jī)科學(xué)與應(yīng)用的碩士論文

有中、英文摘要、圖、參考文獻(xiàn)

400元

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【分類(lèi)號(hào)】：TM743

1.概述

量子計(jì)算是計(jì)算機(jī)科學(xué)與量子力學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，根據(jù)Moore定律可知：當(dāng)計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)單元達(dá)到原子層次時(shí)，顯著地量子效應(yīng)將會(huì)嚴(yán)重影響計(jì)算機(jī)性能，計(jì)算機(jī)科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展需要借助新的原理和方法【1】，量子計(jì)算為這一問(wèn)題的解決提供了一個(gè)可能的途徑。

根據(jù)量子計(jì)算原理設(shè)計(jì)的量子計(jì)算機(jī)是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的最好體現(xiàn)。量子計(jì)算機(jī)是利用微觀粒子狀態(tài)來(lái)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理信息的計(jì)算工具【2】。其基本原理是通過(guò)物理手段制備可操作的量子態(tài)，并利用量子態(tài)的疊加性、糾纏性和相干性等量子力學(xué)的特性進(jìn)行信息的運(yùn)算、保存和處理操作，從本質(zhì)上改變了傳統(tǒng)的計(jì)算理念。

量子通信是量子理論與信息理論的交叉學(xué)科，是指利用量子的糾纏態(tài)實(shí)現(xiàn)信息傳遞的通訊方式。量子的糾纏態(tài)是指：相互糾纏的兩個(gè)粒子無(wú)論被分離多遠(yuǎn)，一個(gè)粒子狀態(tài)的變化都會(huì)立即使得另一個(gè)粒子狀態(tài)發(fā)生相應(yīng)變化的現(xiàn)象。量子通信主要包括兩類(lèi)：用于量子密鑰的傳輸，和用于量子隱形傳態(tài)和量子糾纏的分發(fā)。與傳統(tǒng)的通信技術(shù)相比，量子通信具有容量大，傳輸距離遠(yuǎn)和保密性強(qiáng)的特點(diǎn)。

2.量子計(jì)算基礎(chǔ)

2.1 量子位

計(jì)算機(jī)要處理數(shù)據(jù)，必須把數(shù)據(jù)表示成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的形式。與經(jīng)典計(jì)算機(jī)不同，量子計(jì)算機(jī)用量子位來(lái)存儲(chǔ)信息，量子位的狀態(tài)既可以是0態(tài)或1態(tài)，也可以是0態(tài)和1態(tài)的任意線性疊加狀態(tài)。一個(gè)n位的量子寄存器可以處于 個(gè)基態(tài)的相干疊加態(tài) 中，即可以同時(shí)存儲(chǔ) 種狀態(tài)。因此，對(duì)量子寄存器的一次操作就相當(dāng)于對(duì)經(jīng)典計(jì)算機(jī)的 次操作，也就是量子的并行性。

2.2.量子邏輯門(mén)

對(duì)量子位的態(tài)進(jìn)行變換，可以實(shí)現(xiàn)某些邏輯功能。變化所起到的作用相當(dāng)于邏輯門(mén)的作用。因此，提出了“量子邏輯門(mén)”【3】的概念，為：在一定時(shí)間間隔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)邏輯變換的量子裝置。

量子邏輯門(mén)在量子計(jì)算中是一系列的酉變換，將酉矩陣作為算符的變換被成為酉變換。量子位的態(tài) 是希爾伯特空間（Hilbert空間）的單位向量，實(shí)現(xiàn)酉變換后希爾伯特空間，在希爾伯特空間內(nèi)仍為單位向量?！?】

3.量子算法

量子算法的核心就是利用量子計(jì)算機(jī)的特性加速求解的速度，可以達(dá)到經(jīng)典計(jì)算機(jī)不可比擬的運(yùn)算速度和信息處理功能。目前大致五類(lèi)優(yōu)于已知傳統(tǒng)算法的量子算法：基于傅里葉變換的量子算法，以Grover為代表的量子搜素算法，模擬量子力學(xué)體系性質(zhì)的量子仿真算法，“相對(duì)黑盒”指數(shù)加速的量子算法和相位估計(jì)量子算法。

3.1基于傅里葉變換的量子算法

Shor于1994年提出大數(shù)質(zhì)因子分解量子算法，而大數(shù)質(zhì)因子分解問(wèn)題廣泛應(yīng)用在RSA公開(kāi)密鑰加密算法之中，該問(wèn)題至今仍屬于NP難度問(wèn)題。但是Shor算法可以在量子計(jì)算的條件下，在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)很有效地解決該問(wèn)題。這對(duì)RSA的安全性有著巨大的挑戰(zhàn)。

Shor算法的基本思想是：利用數(shù)論相關(guān)知識(shí)，通過(guò)量子并行特點(diǎn)，獲得所有的函數(shù)值；再隨機(jī)選擇比自變量小且互質(zhì)的自然數(shù)，得到相關(guān)函數(shù)的疊加態(tài)；最后進(jìn)行量子傅里葉變換得最后結(jié)果。構(gòu)造如下函數(shù)：

就目前而言，該算法已經(jīng)相對(duì)成熟，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化的空間不大。目前研究者的改進(jìn)工作主要是：通過(guò)對(duì)同余式函數(shù)中與N互質(zhì)的自然數(shù)選擇的限制，提高算法成功的概率。Shor算法及其實(shí)現(xiàn)，對(duì)量子密碼學(xué)和量子通信的發(fā)展有著極重要的價(jià)值。[7]

3.2以Grover為代表的量子搜素算法

3.2.1 Grover算法

Grover算法屬于基于黑箱的搜索算法，其基本思想為：在考慮含有 個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的搜索問(wèn)題，其中搜索的解恰好有 個(gè)，將數(shù)據(jù)庫(kù)中的每個(gè)元素進(jìn)行量化后，存儲(chǔ)在 個(gè)量子位中， 與 滿足關(guān)系式 ?！?】將搜索問(wèn)題表示成從0到 的整數(shù) ，其中函數(shù) 定義為：如果 是需要搜索的解， ；若不是需要搜索的解，那么 。【12】

具體算法如下：

（1）初始化。應(yīng)用Oracle算子 ，檢驗(yàn)搜索元素是否是求解的實(shí)際問(wèn)題中需要搜索的解。

（2）進(jìn)行Grover迭代。將結(jié)果進(jìn)行阿達(dá)馬門(mén)（Hadamard門(mén)）變換。

（3）結(jié)果進(jìn)行 運(yùn)算。

（4）結(jié)果進(jìn)行阿達(dá)馬門(mén)變換?！?2】

4. 量子智能計(jì)算

自Shor算法和Grover算法提出后，越來(lái)越多的研究員投身于量子計(jì)算方法的計(jì)算處理方面，同時(shí)智能計(jì)算向來(lái)是算法研究的熱門(mén)領(lǐng)域，研究表明，二者的結(jié)合可以取得很大的突破，即利用量子并行計(jì)算可以很好的彌補(bǔ)智能算法中的某些不足。

目前已有的量子智能計(jì)算研究主要包括：量子人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，量子進(jìn)化算法，量子退火算法和量子免疫算法等。其中，量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和量子進(jìn)化算法已經(jīng)成為目前學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，并且取得了相當(dāng)不錯(cuò)的成績(jī)，下面將以量子進(jìn)化算法為例。

量子進(jìn)化算法是進(jìn)化算法與量子計(jì)算的理論結(jié)合的產(chǎn)物，該算法利用量子比特的疊加性和相干性，用量子比特標(biāo)記染色體，使得一個(gè)染色體可以攜帶大數(shù)量的信息。同時(shí)通過(guò)量子門(mén)的旋轉(zhuǎn)角度表示染色體的更新操作，提高計(jì)算的全局搜索能力。

目前量子進(jìn)化算法已經(jīng)應(yīng)用于許多領(lǐng)域，例如：工程問(wèn)題、信息系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等。同時(shí)，伴隨著量子算法的理論和應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展，量子進(jìn)化算法等量子智能算法有著更大的發(fā)展前景和空間。

參考文獻(xiàn)

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9.龍桂魯.量子計(jì)算算法介紹

篇9

中圖分類(lèi)號(hào)：TP313 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）35-0291-02

量子信息和經(jīng)典信息的基本原理是不相同的。以量子非克隆原理為例[1]，該原理表明，能夠?qū)Σ幻鞔_的純態(tài)進(jìn)行精確的拷貝的裝置，該裝置是不存在的。這個(gè)原理的初始文獻(xiàn)[1]顯示該量子非克隆原理是量子態(tài)疊加原理的結(jié)論。這個(gè)原理有重大影響的文獻(xiàn)[2]顯示存在一個(gè)通用型量子克隆機(jī)，該量子克隆機(jī)具有多進(jìn)程的量子克隆特征。自從文獻(xiàn)[2]首先提出這種通用型的量子克隆機(jī)，Milmanetal[3]也提出這么一個(gè)原理，它是在QED空腔系統(tǒng)中的通用型量子克隆機(jī)的克隆原理。在這個(gè)原理中實(shí)現(xiàn)通用型量子克隆機(jī)的重要障礙的是消相干。為了克服消相干這個(gè)難題，Zouetal[4]已提出通過(guò)一個(gè)空腔輔助碰撞的方案，用于實(shí)現(xiàn)通用型QED中的量子克隆機(jī)。最近幾年，在研究量子克隆方面，已提出許多不同的方案，如：概率量子克隆[4]，從屬態(tài)克隆[5]，協(xié)變相位量子克隆[5]，通過(guò)空腔輔助相互作用通用型量子克隆[6]，等。在本文中，我們利用一個(gè)新的復(fù)合固態(tài)量子系統(tǒng)證明了單向量子計(jì)算的基本操作。此系統(tǒng)包含個(gè)氮?dú)?空穴（N-V）中心與個(gè)超導(dǎo)傳輸共振子（TLR）相耦合，它們共同連接于一個(gè)約瑟夫森結(jié)（CBJJ）超導(dǎo)量子比特。通過(guò)交換虛光子，在N-V中心和CBJJ之間產(chǎn)生了有效的相互作用哈密頓量。

1.物理模型

圖1：個(gè)NV-TLR對(duì)與一個(gè)CBJJ耦合的復(fù)合量子系統(tǒng)示意圖，其中為耦合電容，為結(jié)電容，為偏置電流，為臨界電流。每個(gè)TLR中的黑點(diǎn)代表一個(gè)N-V中心，個(gè)N-V中心顯示了一維的線性結(jié)構(gòu)。

2.CBJJ-TLR大失諧哈密頓量相互作用

裝置原理圖如圖1所示，該系統(tǒng)有四個(gè)N-V中心耦合而成的四個(gè)TLRs，并且它們的電容耦合成一個(gè)共同的CBJJ。其中任何一個(gè)TLR的哈密頓量可以寫(xiě)成（）[9]

（1）

其中，是湮滅算符，頻率，和是TLR的電感和電容。

圖2 傾斜的洗衣板勢(shì)能級(jí)結(jié)構(gòu)圖。

此CBJJ能夠被模擬成在此洗衣板勢(shì)中移動(dòng)的粒子。通過(guò)調(diào)節(jié)偏置電流，此CBJJ能夠被構(gòu)建成一個(gè)三能級(jí)量子系統(tǒng)。

如圖2所示，如果我們假設(shè)的能級(jí)為零點(diǎn)，那么，頻率分別其中是等離子體振蕩頻率，同時(shí)，量子流為，連接電容為，偏流電流為，臨界電流為。我們假設(shè)每一個(gè)TLR的模是躍遷耦合，但其他躍遷耦合都不存在。使用旋轉(zhuǎn)波近似，可以使得頻率和頻率相匹配，這時(shí)，第個(gè)TLR和CBJJ之間的哈密頓量可以寫(xiě)成：

（2）

其中，是耦合系數(shù)，分別是CBJJ和第個(gè)TLR的頻率，是躍遷失諧。使用標(biāo)準(zhǔn)量子光學(xué)技術(shù)，在大失諧條件下，即，第個(gè)TLR和CBJJ之間的哈密頓量可以寫(xiě)成[11，12]

（3）

3.N-V中心-TLR諧振相互作用

圖3：第個(gè)N-V中心能級(jí)結(jié)構(gòu)圖，其中為此N-V中心和TLR之間的耦合強(qiáng)度。

由圖3所示，N-V中心基態(tài)和第一激發(fā)態(tài)都是電子旋轉(zhuǎn)三態(tài)（）。在該系統(tǒng)中，我們將設(shè)定三個(gè)基本態(tài)中的量子比特分別為：和，這時(shí)第個(gè)N-V中心的哈密頓量可以寫(xiě)成：

（4）

其中我們使用旋轉(zhuǎn)波近似，使得和相匹配。這時(shí)，第個(gè)N-V-TLR對(duì)相互作用的哈密頓量可以寫(xiě)成：

（5）

其中，和.我們使用為第個(gè)N-V-TLR強(qiáng)耦合，第個(gè)N-V中心躍遷頻率和第個(gè)TLR頻率之間的失諧為。當(dāng)?shù)趥€(gè)TLR的頻率是第個(gè)N-V中心的諧振時(shí)，即，.

那么第個(gè)N-V-TLR對(duì)相互作用的哈密頓量就可以寫(xiě)成如下形式：

（6）

4.量子克隆機(jī)的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)文獻(xiàn)[2]，我們首先簡(jiǎn)單回顧一下通用型量子克隆機(jī)其轉(zhuǎn)換過(guò)程。如果定義量子比特基矢為，通用型量子克隆機(jī)執(zhí)行幺正變換：

（7）

其中，箭矢左邊的第一個(gè)態(tài)矢表示輸入量子比特，表示空白拷貝的初始態(tài)和任何可能的輔助量子比特。在箭頭右手邊，前兩個(gè)態(tài)矢是量子克隆的過(guò)程，，第三個(gè)態(tài)矢表示輔助的兩個(gè)可能的正交態(tài)。

現(xiàn)在，我們給出系統(tǒng)中作用在通用型量子克隆機(jī)。為了實(shí)現(xiàn)我們的方案，首先介紹該系統(tǒng)中兩量子比特控制相位門(mén)，并且該控制相位門(mén)將用于實(shí)現(xiàn)通用型量子克隆機(jī)。假設(shè)CBJJ量子比特是控制量子比特，那么，N-V中心量子比特就是目標(biāo)量子比特。實(shí)現(xiàn)需要如下三個(gè)步驟：

第一步：讓第個(gè)N-V中心和第個(gè)TLR在哈密頓量（5）作用下，經(jīng)過(guò)相互作用時(shí)間。不失一般性，我們認(rèn)為所以的N-V中心-TLR強(qiáng)諧振耦合都是相同，即，。以致于經(jīng)過(guò)交換，那么，表示為第個(gè)TLR的單光子態(tài)。

第二步：調(diào)整TLRs（1，2，3，4）的參數(shù)，使得每一個(gè)N-V中心和其一一對(duì)應(yīng)的TLR不耦合，只需運(yùn)用方程（3）就可以滿足調(diào)整CBJJ和TLRs（1，2，3，4）的參數(shù)的條件。經(jīng)過(guò)相互作用時(shí)間之后，可以實(shí)現(xiàn)的相互交換。

第三步：調(diào)整CBJJ的參數(shù)，使得它與每一個(gè)TLR都不耦合。這樣就可以在相互作用時(shí)間內(nèi)調(diào)整TLRs（1，2，3，4）的參數(shù)，使得每一個(gè)N-V中心與其一一對(duì)應(yīng)的TLR產(chǎn)生諧振，可以實(shí)現(xiàn)的相互交換。

這些態(tài)經(jīng)過(guò)三次轉(zhuǎn)換，在最終演化中，輔助量子比特讓第個(gè)TLR與其它量子比特不產(chǎn)生耦合。因此，我們?cè)谙到y(tǒng)里得到了通用型量子克隆機(jī)。

5.實(shí)驗(yàn)的可行性分析

文獻(xiàn)[2]對(duì)通用型量子克隆機(jī)的性質(zhì)進(jìn)了討論。因?yàn)槔硐胪ㄓ眯土孔涌寺C(jī)，其保真度為。由文獻(xiàn)[3]知道，在真實(shí)的系統(tǒng)中，其保真度應(yīng)該比0：92更為精確的值。在這些方案中，所有的CBJJ-N-V相互作用和經(jīng)典脈沖將導(dǎo)致錯(cuò)誤。如果考慮刪除和制備操作，那么整個(gè)操作步驟就是10。因此，如果脈沖的保真度比更好，這個(gè)才是合適的必需的精確度。這個(gè)值比文獻(xiàn)[3]（）要小很多，這樣就可以大大降低脈沖對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備上的難度。

因此，我們首先要討論方案在實(shí)驗(yàn)上的可行性，在方案中的方法可以在不同條件下實(shí)現(xiàn)通用型量子克隆機(jī)。

結(jié)論

總而言之，這是一個(gè)作用于優(yōu)化通用型量子克隆機(jī)的新穎方案。固態(tài)量子比特較好單獨(dú)從環(huán)境中抑制消相干的操作是較容易的。另外，操作步驟很少，而且輔助的量子比特不但可以使量子克隆較容易而且可以降低系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的難度。最后，由于操作時(shí)間短，N-V中心、TLRs和CBJJ的消相干時(shí)間很長(zhǎng)，我們的方案可以在目前現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件下得到實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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基金項(xiàng)目

本文系湖南省研究生創(chuàng)新項(xiàng)目（No.CX2013B221）和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（No.11174100）、（No.1127506）的研究成果之一。

篇10

一、引言

超弦理論從上世紀(jì)60年代末被發(fā)現(xiàn)到今天，已經(jīng)有了36年的歷史。經(jīng)過(guò)了幾個(gè)轉(zhuǎn)折，發(fā)展到今天，成了最流行的量子引力理論。經(jīng)過(guò)許多人的努力，弦論被發(fā)展成為一個(gè)自洽的、統(tǒng)一的量子引力理論。說(shuō)弦論是一個(gè)自洽的理論，是因?yàn)橄艺摬粌H是一個(gè)傳統(tǒng)上通過(guò)微擾定義的理論，在非微擾的層次上也存在。弦論的統(tǒng)一歸功于過(guò)去10年的發(fā)展，特別是1994年至1998年之間的所謂弦論第的許多概念上的飛躍，使得人們發(fā)現(xiàn)過(guò)去看起來(lái)很不相同的弦論其實(shí)是同一個(gè)理論在不同極限下的不同表現(xiàn)。然而弦論的首要目的是研究現(xiàn)實(shí)世界，在這一點(diǎn)上離成功還有很大的距離。在弦理論的框架下有沒(méi)有可能計(jì)算粒子標(biāo)準(zhǔn)模型中的許多參數(shù)，有沒(méi)有可能計(jì)算最近幾年宇宙學(xué)觀測(cè)所發(fā)現(xiàn)的宇宙學(xué)常數(shù)？這些問(wèn)題還是目前學(xué)界爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。弦論在近幾年的發(fā)展，完全遵循了過(guò)去幾十年來(lái)的模式：在一段快速發(fā)展之后，由于一些傳統(tǒng)難題和新提出的問(wèn)題相當(dāng)困難，進(jìn)入了緩慢但穩(wěn)定的發(fā)展時(shí)期。很難預(yù)言這個(gè)時(shí)期會(huì)持續(xù)多長(zhǎng)。但從以往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，不會(huì)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間，就會(huì)有新概念的形成從而引發(fā)新一輪的高速發(fā)展。沒(méi)有一個(gè)人能預(yù)言這些新概念和新突破是什么，因?yàn)樾碌倪M(jìn)展總是大多數(shù)人意想不到的。我們回顧一下近幾年來(lái)新的發(fā)展，就是要總結(jié)一下已經(jīng)存在的發(fā)展方向，理順?biāo)悸罚瑸榻邮苌踔涟l(fā)現(xiàn)新的突破點(diǎn)作準(zhǔn)備。

二、快子和不穩(wěn)定膜

快子就是那種表面上看起來(lái)以超過(guò)光速運(yùn)動(dòng)的粒子。在場(chǎng)論中，快子的存在并不破壞狹義相對(duì)論，因?yàn)檫@樣的粒子不穩(wěn)定。同樣，快子所對(duì)應(yīng)的場(chǎng)也不穩(wěn)定。例如，一個(gè)快子標(biāo)量場(chǎng)的勢(shì)能有一個(gè)局域的極大點(diǎn)，場(chǎng)在這一點(diǎn)附近不穩(wěn)定，會(huì)向勢(shì)能更小的方向滾動(dòng)。在物理理論中，經(jīng)常會(huì)遇到不穩(wěn)定的模式，這些模式其實(shí)就是快子。弦論在1994年至1998年之間的巨大進(jìn)展主要?dú)w功于對(duì)一些絕對(duì)穩(wěn)定模式的研究。由于這些模式的存在，人們可以對(duì)比表面上不同其實(shí)是等價(jià)的理論，因?yàn)樵诘葍r(jià)的理論中只有絕對(duì)穩(wěn)定的模式是可以對(duì)比的，不穩(wěn)定模式的衰變需要計(jì)算，這樣的計(jì)算在一個(gè)理論中可能比較簡(jiǎn)單，而在另一個(gè)理論中也許是不可能的。但是，絕對(duì)穩(wěn)定模式的存在需要超對(duì)稱的存在。在我們的世界中，超對(duì)稱并不存在，或者在很大程度上是破缺的，所以，研究不穩(wěn)定模式是非常重要的一件事。

不穩(wěn)定膜的研究不僅涉及弦論本身的一些重要問(wèn)題，如對(duì)偶性以及最一般物理態(tài)的動(dòng)力學(xué)，在宇宙學(xué)中也可能有重要的應(yīng)用。很多人用D膜反D膜系統(tǒng)構(gòu)造暴漲宇宙學(xué)模型。在這個(gè)模型中，宇宙中除了通常的三維空間和一維時(shí)間之外，可能存在更多的空間維度。D膜和反D膜充滿了我們的三維空間，但可能和其余空間垂直。開(kāi)始的時(shí)候，D膜和反D膜之間的位形不一定完全重合，D膜反D膜之間存在的吸引力將它們漸漸地拉近。由于D膜反D膜之間的吸引力所對(duì)應(yīng)的勢(shì)能不為零，使得宇宙學(xué)加速膨脹從而導(dǎo)致暴漲。最后，D膜和反D膜的碰撞使得這些膜湮滅衰變成相對(duì)論性粒子，這就是暴漲宇宙學(xué)模型中要求的重新加熱，我們的宇宙中的能量和物質(zhì)起源于這個(gè)加熱時(shí)期。另外一種可能是，開(kāi)始的時(shí)候D膜和反D膜完全重合，但因?yàn)槟撤N原因快子處于其勢(shì)能的高處，這樣快子的不等于零的勢(shì)能使得宇宙加速膨脹。當(dāng)快子完全衰變成其它粒子的時(shí)候，暴漲結(jié)束。在這個(gè)模型中，我們并不很清楚宇宙的再加熱是如何發(fā)生的。

三、全息原理和可積系統(tǒng)

全息原理是基于黑洞的量子性質(zhì)提出的一個(gè)新的基本原理，凡是包含量子引力的理論都必須遵從這個(gè)原理。