前言：中文期刊網(wǎng)精心挑選了量子科學(xué)應(yīng)用范文供你參考和學(xué)習(xí)，希望我們的參考范文能激發(fā)你的文章創(chuàng)作靈感，歡迎閱讀。
量子科學(xué)應(yīng)用范文1
關(guān)鍵詞 教學(xué)做一體化 理實一體化教學(xué) 電子測量 應(yīng)用探索
中圖分類號：G71 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
“教學(xué)做一體化”的思想，對指導(dǎo)職業(yè)學(xué)校的電子專業(yè)課教學(xué)有重要的理論價值和實踐意義。理實一體化教學(xué)是打破理論課、實驗課和實訓(xùn)課的界限，理論和實踐同時進(jìn)行，突出學(xué)生動手能力和專業(yè)技能培養(yǎng)，充分調(diào)動和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的一種教學(xué)方法。
電子測量是一門知識面很廣，理論性、實踐性都很強(qiáng)的課程，電子測量技術(shù)又是一門綜合性技術(shù)。我們在電子測量課程教學(xué)中進(jìn)行理實一體化教學(xué)的研究表明，開展理實一體化教學(xué)有利于學(xué)生操作技能的提高，有利于加深學(xué)生對理論知識的掌握與理解。
1理實一體化教學(xué)是“教學(xué)做一體化”的實踐
它基本主張是：事怎樣做便怎樣學(xué)，怎樣學(xué)便怎樣教，在做上教、在做上學(xué)，做既是學(xué)的中心，也是教的中心。“理實一體化”教學(xué)模式要改變以往的教學(xué)模式，在課程標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置上做到理論知識的講授以“必需、夠用”為原則，強(qiáng)調(diào)“實用、適度”，技能操作則強(qiáng)調(diào)與實際接軌，同時注重學(xué)生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
2“教學(xué)做一體化”在電子測量課程中的應(yīng)用探索
2.1“教學(xué)做一體化”需要優(yōu)化課程標(biāo)準(zhǔn)
隨著技術(shù)進(jìn)步，社會需求的改變，電子測量的課程體系和內(nèi)容已跟不上社會、企業(yè)對本專業(yè)人才提出的培養(yǎng)目標(biāo)，與理實一體化教學(xué)的要求不相適應(yīng)。同時，現(xiàn)有的電子測量課程標(biāo)準(zhǔn)對理論知識的要求較多，而實踐操作的要求相對較少。因此，課程標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)整是十分必要的。如第一部分電子測量的基本知識，設(shè)置一些關(guān)于實際測量結(jié)果的數(shù)據(jù)的處理，增強(qiáng)學(xué)生對基本知識的應(yīng)用能力。第二部分常用的電子測量儀器及其測量技術(shù)，主要將掌握信號發(fā)生器、電子示波器、電壓表儀器的工作原理改為理解儀器的工作原理。第三部分其他電子測量儀器及其測量技術(shù)，只要求學(xué)生掌握電子計數(shù)器、掃頻儀、晶體管特性圖示儀等相關(guān)儀器的操作方法就可以了。
2.2“教學(xué)做一體化”應(yīng)具備合適教材
實施“教學(xué)做一體化”需要根據(jù)學(xué)校的實際情況，編寫適合本校的校本教本。在編寫過程要注意以下問題：
（1）要依據(jù)上級教學(xué)大綱、課程標(biāo)準(zhǔn)和國家技能鑒定的標(biāo)準(zhǔn)，按科學(xué)合理性和實用夠用的原則編寫一體化教材；
（2）深入企業(yè)進(jìn)行調(diào)研，了解企業(yè)崗位要求，以企業(yè)用人標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，在專業(yè)知識的安排上，堅持夠用、實用的原則，去除復(fù)雜的理論知識，同時，提高技能訓(xùn)練學(xué)時的比例；
（3）對學(xué)校實驗實習(xí)場所的情況進(jìn)行調(diào)查，掌握現(xiàn)在實驗實施的可使用情況，結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)中的實踐要求編制適合學(xué)校設(shè)備的技能操作指導(dǎo)手冊；
（4）關(guān)注行業(yè)的發(fā)展趨勢，多介紹新技術(shù)、新知識、新工藝、新方法，使教材與行業(yè)發(fā)展緊密聯(lián)系。
2.3“教學(xué)做一體化”需要理實一體化的教學(xué)場所
教學(xué)場所是保證教學(xué)實施的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的教學(xué)是理論和實踐分別在不同的教室進(jìn)行的。以往的電子測量課程教學(xué)安排，理論課程大多在多媒體教室進(jìn)行，介紹儀器的基本原理與操作方法，而到實習(xí)室進(jìn)行實踐訓(xùn)練時操步驟已經(jīng)忘記了，老師又要重新講，十分浪費(fèi)時間，影響教學(xué)效果。這種理論與實踐分割的教學(xué)場地安排，是與實踐教學(xué)嚴(yán)重脫節(jié)的，因此要改變理論課與實踐課地點(diǎn)分離的教學(xué)模式，創(chuàng)造一體化的教學(xué)場地。
2.4“教學(xué)做一體化”需要“雙師型”教師
長期的理論和實踐分開教學(xué)，導(dǎo)致部分專業(yè)課教師只在專業(yè)理論知識的教學(xué)方面下功夫，而忽略了實踐操作方面的能力的提高 ；另外，專職實訓(xùn)教師在理論教學(xué)的方面能力比較欠缺，而操作方面的比較突出。要進(jìn)行一體化教學(xué)，對專業(yè)教師提出了更高的要求，這不僅要求教師具有較扎實的專業(yè)理論功底，也要具有較熟練的實踐技能。所以專業(yè)課教師要通過各種培訓(xùn)、下廠實習(xí)等學(xué)習(xí)機(jī)會，逐漸成長為能勝任理論教學(xué)又能指導(dǎo)實習(xí)操作的“雙師型”教師。
2.5“教學(xué)做一體化”需完善課程評價體系
以往電子測量課程的考核偏向于理論考試，而對實踐操作的考核是忽略的，導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量評價很不全面。因此，需要對課程評價體系進(jìn)行改革，可以從過程評價和結(jié)果評價兩個方面著手，逐漸完善考核方法。對于理論知識的考核可以采用結(jié)果評價，可以采取理論考試的方法，根據(jù)學(xué)生的考試成績，給出相應(yīng)的評價。而操作技能需要從過程考核入手，根據(jù)學(xué)生對操作技能掌握的情況給出不同成績評價。這樣使學(xué)生對職業(yè)技能的掌握就有較高的積極性和主動性，教學(xué)效果顯著。
3結(jié)語
運(yùn)用“教學(xué)做一體化”的思想探索理實一體化教學(xué)的過程中，要緊緊把握課程改革的動態(tài)，創(chuàng)新地應(yīng)用新教學(xué)方法；要不斷地進(jìn)行反思，并在實際教學(xué)過程中加以改進(jìn)和提高。只有這樣才能更好地將理實一體化教學(xué)應(yīng)用到實踐教學(xué)中提高教學(xué)質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
[1] 李明生.電子測量儀器[M].北京：高等教育出版社，2008.
[2] 周洪宇.陶行知教育名篇精選[M].福建：福建教育出版社，2013.9.
量子科學(xué)應(yīng)用范文2
筆者在教學(xué)《電子商務(wù)基礎(chǔ)》“網(wǎng)絡(luò)營銷新理念”這一章節(jié)時，創(chuàng)造性地引入了企業(yè)的微博活動進(jìn)入課堂，讓學(xué)生利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的工具，通過模擬參與微博營銷，在學(xué)習(xí)中體會企業(yè)在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)營銷時新理念，掌握一定的實際網(wǎng)絡(luò)營銷技巧。這樣與時下最流行的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用結(jié)合起來，增強(qiáng)了電子商務(wù)教學(xué)的趣味性，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生在活動中掌握網(wǎng)絡(luò)營銷新理念的知識和技能。
本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)是希望學(xué)生通過學(xué)習(xí)，了解網(wǎng)絡(luò)營銷相對于傳統(tǒng)營銷的新理念，對“網(wǎng)絡(luò)軟營銷”的應(yīng)用技巧有一定直觀的認(rèn)識，具體做法如下：
一、傳統(tǒng)營銷理念案例分析
在引入新課的時候，我先提出問題：“何為新理念，新在何處？”讓學(xué)生帶著思考進(jìn)入本節(jié)課的學(xué)習(xí)。
要知道什么“新”，先要知道什么是“舊”，我先通過常見的電視廣告——腦白金、戶外平面廣告——電線桿上的小廣告、人員推銷——街頭攔截等等傳統(tǒng)營銷手段的案例展示，讓學(xué)生思考：傳統(tǒng)營銷有沒有效果——當(dāng)然是有效果的；傳統(tǒng)營銷有何特點(diǎn)——學(xué)生會有直觀的感受，例如重復(fù)，強(qiáng)制，直接，甚至有些粗暴，無聊。以此，為接下來引出網(wǎng)絡(luò)營銷新理念做好鋪墊。
二、微博活動過程
接下來就是通過微博活動，讓學(xué)生全員參與，對網(wǎng)絡(luò)營銷有一個直觀的認(rèn)識。教學(xué)活動的設(shè)計如下：
1、活動介紹：
什么是微博活動？
微博活動是網(wǎng)絡(luò)營銷手段的一種，在微博迅速走紅的今天，越來越多的企業(yè)開始嘗試?yán)梦⒉┻M(jìn)行網(wǎng)絡(luò)營銷活動。微博所具有的快捷性、交互性和廣泛性，為企業(yè)拉近與用戶距離，增強(qiáng)用戶忠誠度，獲取用戶需求提供了一個非常好的平臺。
企業(yè)通常采用的形式是，在新浪或騰訊微博平臺上注冊自己的官方微博，利用企業(yè)官方微博組織一場消費(fèi)者與企業(yè)之間的互動活動，在這個過程中通過一定獎品的利益驅(qū)使，激勵用戶為其轉(zhuǎn)發(fā)傳播企業(yè)信息。并在此過程中強(qiáng)化消費(fèi)者對于企業(yè)品牌的認(rèn)知度和忠誠度。
教學(xué)活動目的：
本節(jié)課，是想通過一個模擬的、縮小的微博活動，讓學(xué)生親身體驗微博活動的做法，認(rèn)識到微博營銷的特點(diǎn)、成效，以及從中體現(xiàn)出的網(wǎng)絡(luò)營銷新理念。由于該班學(xué)生為物流專業(yè)，所以在模擬活動的時候，以著名物流企業(yè)“順豐速運(yùn)”為例。
活動內(nèi)容：
假設(shè)物流企業(yè)“順豐速運(yùn)”擬在新浪微博上開展?fàn)I銷活動。本物流公司認(rèn)為物流工作不僅僅是為廣大消費(fèi)者傳遞物品，其實也在傳遞寄收雙方的愛意。冬天已至，也希望能鼓動微博網(wǎng)友為其下一階段的廣告宣傳口號出謀劃策。
活動微博內(nèi)容為：
“#微博速遞#寒冬已至，XX速運(yùn)為您傳遞暖暖的愛意，轉(zhuǎn)發(fā)此條微博，并@你特別關(guān)注的三位好友，就有機(jī)會獲得獎勵。另外，在評論中留言，為我們策劃一個“宣傳口號”，一經(jīng)采用，將有更加豐厚的獎勵。”
活動規(guī)則：
（1）使用各自的新浪微博賬號，在新浪微博上搜索并關(guān)注“教師活動微博”。
（2）轉(zhuǎn)發(fā)活動微博，并@你的三位好友，前5位轉(zhuǎn)發(fā)者可獲得平時成績+3分。
每個賬號可進(jìn)行多次轉(zhuǎn)發(fā)，總轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)第50次的轉(zhuǎn)發(fā)者，可獲得平時成績+4分。第100次轉(zhuǎn)發(fā)者，可獲得平時成績+6分。
（3）為本次主題活動策劃“宣傳口號”。這個可以是每個同學(xué)獨(dú)立思考，也可以小組內(nèi)共同討論協(xié)作制定，以小組內(nèi)某同學(xué)的賬號在活動主帖下以評論形式留言。
評選出最佳宣傳口號，該留言同學(xué)可獲得平時成績+10分，同時，該同學(xué)同組同學(xué)每人+2分。
（4）活動時間限定為5分鐘。
在課前我已經(jīng)做好了布置，讓他們每個人都注冊一個微博，并且關(guān)注了我的“教師活動微博”，熟悉微博的轉(zhuǎn)發(fā)評論功能。這個微博活動當(dāng)中，有一項策劃廣告詞的內(nèi)容，鼓勵學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)意，也是一種營銷能力的鍛煉。
在活動過程中，我利用機(jī)房教室的投影屏直播活動進(jìn)行過程，根據(jù)活動進(jìn)行情況作出適當(dāng)?shù)募詈涂刂啤Ｔ?分鐘的過程中，學(xué)生的表現(xiàn)甚至超出我的預(yù)期，轉(zhuǎn)發(fā)量超過150次，評論——即廣告詞30余條，其中有不少很優(yōu)秀的廣告詞，
2、活動分析：
活動完成，趁熱打鐵，對微博營銷的活動進(jìn)行分析。
（1）成果分析
（2）成本分析
（3）效率分析
三、新舊營銷理念對比思考
活動做完，成效也進(jìn)行了深入地分析。我又提出了一個新的問題。
“這是一個典型的網(wǎng)絡(luò)營銷案例，與傳統(tǒng)營銷相比，它的理念新在何處？好在哪里？”
這是一個比較寬泛、比較大的問題，學(xué)生在思考時可能較難找到出發(fā)點(diǎn)、落腳點(diǎn)，因此我把它分解為6個小問題。
從以下角度思考，在這個營銷活動中：
1、主要參與者是企業(yè)還是消費(fèi)者？
2、信息的傳播者是企業(yè)還是消費(fèi)者？
3、獲益的是哪一方？企業(yè)還是消費(fèi)者？
4、消費(fèi)者轉(zhuǎn)發(fā)評論的行為是主動自愿進(jìn)行的還是被脅迫進(jìn)行的？
5、企業(yè)與消費(fèi)者之間的溝通有沒有經(jīng)過中間商或者是廣告商？
6、企業(yè)與消費(fèi)者之間的信息傳遞是單向的還是雙向的互動？
由小組討論來回答。
四、由問題探討引出網(wǎng)絡(luò)營銷的三種新理念
這六個分解問題的設(shè)計是與網(wǎng)絡(luò)營銷的三種新理念相互呼應(yīng)的。
網(wǎng)絡(luò)營銷的三種新理念分別為：
1、 整合營銷
2、 網(wǎng)絡(luò)“軟營銷”
3、 網(wǎng)絡(luò)直復(fù)營銷
五、課堂總結(jié)
最后與學(xué)生一起回顧本節(jié)課的重點(diǎn)——通過微博活動引出的三種網(wǎng)絡(luò)營銷新理念。然后再引導(dǎo)學(xué)生思考，網(wǎng)絡(luò)營銷的手段僅僅只有微博營銷一種嗎？
當(dāng)然不是，網(wǎng)絡(luò)營銷的手段有很多，例如搜索引擎營銷、病毒式營銷、SNS營銷等等。所以布置的作業(yè)即是每個小組分配一項任務(wù)，尋找某種網(wǎng)絡(luò)營銷手段的案例，下次課向全班同學(xué)分享展示。這樣在作業(yè)中，讓學(xué)生去鍛煉，去了解，加深對網(wǎng)絡(luò)營銷的認(rèn)識，為后續(xù)的課程學(xué)習(xí)也做好準(zhǔn)備鋪墊。
六、教學(xué)反思
電子商務(wù)是一個對時效性與實踐性要求很高的專業(yè)。作為一個年輕的學(xué)科，電子商務(wù)的理念以及應(yīng)用模式一直在不斷地發(fā)展和進(jìn)化。因此，電子商務(wù)的教學(xué)絕不應(yīng)該僅限于故紙堆當(dāng)中的理論，或者是已漸漸過時、被淘汰的工具應(yīng)用，而是要做到：一，與時俱進(jìn)，適應(yīng)當(dāng)下，面向未來；二，重視實踐，學(xué)校的教學(xué)要與企業(yè)的實際結(jié)合，培養(yǎng)企業(yè)需要的電子商務(wù)人才；三，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，企業(yè)需要創(chuàng)新，經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要創(chuàng)新，電子商務(wù)的進(jìn)步需要創(chuàng)新。
電子商務(wù)行業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)每天都在誕生新鮮有趣的創(chuàng)意和應(yīng)用，年輕學(xué)生更喜歡接受新鮮事物，電子商務(wù)的課堂可以用時下最流行的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用點(diǎn)亮。
在教學(xué)中，教師自己應(yīng)當(dāng)不斷學(xué)習(xí)，不斷進(jìn)步，這樣才能提升教學(xué)水平，增加課堂的吸引力，才能培養(yǎng)出與時俱進(jìn)，適應(yīng)時展需要的電子商務(wù)人才。
量子科學(xué)應(yīng)用范文3
在認(rèn)識量子反常霍爾效應(yīng)之前，讓我們先來了解一下量子霍爾效應(yīng)。
量子霍爾效應(yīng)，于1980年被德國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，是整個凝聚態(tài)物理領(lǐng)域中重要、最基本的量子效應(yīng)之一。它的應(yīng)用前景非常廣泛，比如，我們使用計算機(jī)的時候，會遇到計算機(jī)發(fā)熱、能量損耗、速度變慢等問題。這是因為常態(tài)下芯片中的電子運(yùn)動沒有特定的軌道、相互碰撞從而發(fā)生能量損耗。實際上，量子霍爾效應(yīng)就是粒子在低溫條件下所發(fā)生的一種奇特現(xiàn)象。普通狀態(tài)的電子是雜亂無章的，它們無序運(yùn)動，不斷發(fā)生碰撞。而處于量子霍爾態(tài)的電子則好像置身在一條“高速公路”上，中間有隔離帶，將兩個方向的“車流”隔開。
也就是說，量子霍爾效應(yīng)能解決電子碰撞發(fā)熱的問題，因而在未來的量子計算、量子信息存儲方面具有巨大的應(yīng)用潛力，據(jù)此設(shè)計新一代大規(guī)模集成電路和元器件，將會具有極低的能耗。
量子霍爾效應(yīng)可以對電子的運(yùn)動制定一個規(guī)則，讓它們在各自的跑道上“一往無前”地前進(jìn)。這就好比一輛高級跑車，常態(tài)下是在擁擠的市區(qū)街道前進(jìn)，而在量子霍爾效應(yīng)下，則可以在“各行其道、互不干擾”的高速路上前進(jìn)。
然而，量子霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生需要非常強(qiáng)的磁場，相當(dāng)于外加10個計算機(jī)大的磁鐵，這不但體積龐大，而且價格昂貴，不適合個人電腦和便攜式計算機(jī)。而量子反常霍爾效應(yīng)的美妙之處就是不需要任何外加磁場，在零磁場中就可以實現(xiàn)量子霍爾態(tài)，更容易應(yīng)用到人們?nèi)粘Ｋ璧碾娮悠骷小?/p>
在當(dāng)今信息社會，半導(dǎo)體技術(shù)飛速發(fā)展，但電腦運(yùn)行中熱量如何散發(fā)成為困擾半導(dǎo)體和信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個瓶頸問題。而量子反常霍爾效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)將有望解決這一難題。科學(xué)家可使電子在不需要強(qiáng)磁場的情況下，按照固定軌跡運(yùn)動，減少電子無規(guī)則碰撞導(dǎo)致的發(fā)熱和能量損耗。也許不久的將來，量子反常霍爾效應(yīng)能夠得到廣泛應(yīng)用，通過密度集成，計算機(jī)的體積也將大大縮小，千億次的超級計算機(jī)有望做成現(xiàn)在的IPAD那么大，未來電腦也可能不再需要散熱器。
量子科學(xué)應(yīng)用范文4
量子通信是利用量子力學(xué)基本原理進(jìn)行信息傳遞的一種新型通信方式。理論上，量子通信可實現(xiàn)無條件安全的鏈路數(shù)據(jù)傳輸，被認(rèn)為是保障未來通信安全最重要的技術(shù)手段。
量子是微觀物理世界中的基本單位，一個最最小的單元。量子理論主要包括量子測不準(zhǔn)原理和量子糾纏。
早在 1927 年，德國科學(xué)家海森堡就提出了量子測不準(zhǔn)原理。在現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)知中，幾乎任何已知事物都是可測的，但量子是個例外。以制造硬幣為例，制造硬幣的基本前提是測定模板、再行復(fù)制。但在量子世界，這枚“硬幣”是不確定的，你根本沒法測量它，量子一旦被測量，還來不及被復(fù)制，它就不是原來那個量子了。
如果將這一原理應(yīng)用在通信技術(shù)上，就是天然的保密通信手段。
在通信中，對方的話通過座機(jī)、手機(jī)等有線、無線終端，遠(yuǎn)距離傳送到你的耳朵里。如果他人要竊聽你們的對話，必須完成這個對話的復(fù)制過程。如果這段通話被加密，那么必須先復(fù)制到密碼，再解密為正常通話。
可以說，一旦通信中的信息和密碼用量子來承載，就是不可復(fù)制的。
我們把想要保密傳輸?shù)男畔⒓虞d到一個個不可能被準(zhǔn)確觀測和復(fù)制的量子上，只要有人在途中打算竊聽信息，一“碰”，它的狀態(tài)就改變了，竊聽者拿到的只會是一堆毫無用處的信息。
量子通信另一個核心內(nèi)容是隱形傳輸，是利用光子等基本粒子的量子糾纏原理來實現(xiàn)保密通信的。在量子力學(xué)里，兩個粒子在經(jīng)過短暫時間彼此耦合之后，單獨(dú)攪擾其中任意一個粒子，會不可避免地影響到另外一個粒子的性質(zhì)，盡管兩個粒子之間可能相隔很長一段距離，這種關(guān)聯(lián)現(xiàn)象被稱為量子糾纏。
在量子通信系統(tǒng)中，信息的發(fā)送方和接收方共享兩個存在糾纏關(guān)聯(lián)的光子。當(dāng)發(fā)送方將信息賦予一個光子時，接收方的糾纏光子就會幾乎同時發(fā)生一致的變化，瞬間完成信息的傳輸，從根本上杜絕了被竊聽、被截獲的可能。
量子通信在軍事、國防、金融等信息安全領(lǐng)域有著重大的潛在應(yīng)用價值和發(fā)展前景，還可用于涉及秘密數(shù)據(jù)、票據(jù)的電信、證券、保險、銀行、工商等領(lǐng)域和部門。
量子科學(xué)應(yīng)用范文5
[關(guān)鍵詞]網(wǎng)絡(luò)支付信息安全量子計算量子密碼
目前電子商務(wù)日益普及,電子貨幣、電子支票、信用卡等綜合網(wǎng)絡(luò)支付手段已經(jīng)得到普遍使用。在網(wǎng)絡(luò)支付中,隱私信息需要防止被竊取或盜用。同時,訂貨和付款等信息被競爭對手獲悉或篡改還可能喪失商機(jī)等。因此在網(wǎng)絡(luò)支付中信息均有加密要求。
一、量子計算
隨著計算機(jī)的飛速發(fā)展，破譯數(shù)學(xué)密碼的難度也在降低。若能對任意極大整數(shù)快速做質(zhì)數(shù)分解，就可破解目前普遍采用的RSA密碼系統(tǒng)。但是以傳統(tǒng)已知最快的方法對整數(shù)做質(zhì)數(shù)分解，其復(fù)雜度是此整數(shù)位數(shù)的指數(shù)函數(shù)。正是如此巨額的計算復(fù)雜度保障了密碼系統(tǒng)的安全。
不過隨著量子計算機(jī)的出現(xiàn),計算達(dá)到超高速水平。其潛在計算速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的電子計算機(jī)，如一臺具有5000個左右量子位(qubit)的量子計算機(jī)可以在30秒內(nèi)解決傳統(tǒng)超級計算機(jī)需要100億年才能解決的問題。量子位可代表了一個0或1,也可代表二者的結(jié)合,或是0和1之間的一種狀態(tài)。根據(jù)量子力學(xué)的基本原理,一個量子可同時有兩種狀態(tài),即一個量子可同時表示0和1。因此采用L個量子可一次同時對2L個數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,從而一步完成海量計算。
這種對計算問題的描述方法大大降低了計算復(fù)雜性，因此建立在這種能力上的量子計算機(jī)的運(yùn)算能力是傳統(tǒng)計算機(jī)所無法相比的。例如一臺只有幾千量子比特的相對較小量子計算機(jī)就能破譯現(xiàn)存用來保證網(wǎng)上銀行和信用卡交易信息安全的所有公用密鑰密碼系統(tǒng)。因此，量子計算機(jī)會對現(xiàn)在的密碼系統(tǒng)造成極大威脅。不過，量子力學(xué)同時也提供了一個檢測信息交換是否安全的辦法，即量子密碼技術(shù)。
二、量子密碼技術(shù)的原理
從數(shù)學(xué)上講只要掌握了恰當(dāng)?shù)姆椒ㄈ魏蚊艽a都可破譯。此外，由于密碼在被竊聽、破解時不會留下任何痕跡，用戶無法察覺，就會繼續(xù)使用同地址、密碼來存儲傳輸重要信息，從而造成更大損失。然而量子理論將會完全改變這一切。
自上世紀(jì)90年代以來科學(xué)家開始了量子密碼的研究。因為采用量子密碼技術(shù)加密的數(shù)據(jù)不可破譯，一旦有人非法獲取這些信息,使用者就會立即知道并采取措施。無論多么聰明的竊聽者在破譯密碼時都會留下痕跡。更驚嘆的是量子密碼甚至能在被竊聽的同時自動改變。毫無疑問這是一種真正安全、不可竊聽破譯的密碼。
以往密碼學(xué)的理論基礎(chǔ)是數(shù)學(xué)，而量子密碼學(xué)的理論基礎(chǔ)是量子力學(xué)，利用物理學(xué)原理來保護(hù)信息。其原理是“海森堡測不準(zhǔn)原理”中所包含的一個特性，即當(dāng)有人對量子系統(tǒng)進(jìn)行偷窺時，同時也會破壞這個系統(tǒng)。在量子物理學(xué)中有一個“海森堡測不準(zhǔn)原理”,如果人們開始準(zhǔn)確了解到基本粒子動量的變化，那么也就開始喪失對該粒子位置變化的認(rèn)識。所以如果使用光去觀察基本粒子,照亮粒子的光(即便僅一個光子)的行為都會使之改變路線,從而無法發(fā)現(xiàn)該粒子的實際位置。從這個原理也可知，對光子來講只有對光子實施干擾才能“看見”光子。因此對輸運(yùn)光子線路的竊聽會破壞原通訊線路之間的相互關(guān)系,通訊會被中斷,這實際上就是一種不同于傳統(tǒng)需要加密解密的加密技術(shù)。在傳統(tǒng)加密交換中兩個通訊對象必須事先擁有共同信息——密鑰，包含需要加密、解密的算法數(shù)據(jù)信息。而先于信息傳輸?shù)拿荑€交換正是傳統(tǒng)加密協(xié)議的弱點(diǎn)。另外,還有“單量子不可復(fù)制定理”。它是上述原理的推論,指在不知道量子狀態(tài)的情況下復(fù)制單個量子是不可能的,因為要復(fù)制單個量子就必須先做測量,而測量必然會改變量子狀態(tài)。根據(jù)這兩個原理,即使量子密碼不幸被電腦黑客獲取,也會因測量過程中對量子狀態(tài)的改變使得黑客只能得到一些毫無意義的數(shù)據(jù)。
量子密碼就是利用量子狀態(tài)作為信息加密、解密的密鑰，其原理就是被愛因斯坦稱為“神秘遠(yuǎn)距離活動”的量子糾纏。它是一種量子力學(xué)現(xiàn)象，指不論兩個粒子間距離有多遠(yuǎn)，一個粒子的變化都會影響另一個粒子。因此當(dāng)使用一個特殊晶體將一個光子割裂成一對糾纏的光子后，即使相距遙遠(yuǎn)它們也是相互聯(lián)結(jié)的。只要測量出其中一個被糾纏光子的屬性，就容易推斷出其他光子的屬性。而且由這些光子產(chǎn)生的密碼只有通過特定發(fā)送器、吸收器才能閱讀。同時由于這些光子間的“神秘遠(yuǎn)距離活動”獨(dú)一無二，只要有人要非法破譯這些密碼，就會不可避免地擾亂光子的性質(zhì)。而且異動的光子會像警鈴一樣顯示出入侵者的蹤跡，再高明的黑客對這種加密技術(shù)也將一籌莫展。
三、量子密碼技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)支付中的發(fā)展與應(yīng)用
由于量子密碼技術(shù)具有極好的市場前景和科學(xué)價值，故成為近年來國際學(xué)術(shù)界的一個前沿研究熱點(diǎn)，歐洲、北美和日本都進(jìn)行了大量的研究。在一些前沿領(lǐng)域量子密碼技術(shù)非常被看好，許多針對性的應(yīng)用實驗正在進(jìn)行。例如美國的BBN多種技術(shù)公司正在試驗將量子密碼引進(jìn)因特網(wǎng)，并抓緊研究名為“開關(guān)”的設(shè)施，使用戶可在因特網(wǎng)的大量加密量子流中接收屬于自己的密碼信息。應(yīng)用在電子商務(wù)中，這種設(shè)施就可以確保在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)支付時用戶密碼等各重要信息的安全。
2007年3月國際上首個量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)由我國科學(xué)家郭光燦在北京測試運(yùn)行成功。這是迄今為止國際公開報道的惟一無中轉(zhuǎn)、可同時任意互通的量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)，標(biāo)志著量子保密通信技術(shù)從點(diǎn)對點(diǎn)方式向網(wǎng)絡(luò)化邁出了關(guān)鍵一步。2007年4月日本的研究小組利用商業(yè)光纖線路成功完成了量子密碼傳輸?shù)尿炞C實驗，據(jù)悉此研究小組還計劃在2010年將這種量子密碼傳輸技術(shù)投入使用，為金融機(jī)構(gòu)和政府機(jī)關(guān)提供服務(wù)。
隨著量子密碼技術(shù)的發(fā)展，在不久的將來它將在網(wǎng)絡(luò)支付的信息保護(hù)方面得到廣泛應(yīng)用，例如獲取安全密鑰、對數(shù)據(jù)加密、信息隱藏、信息身份認(rèn)證等。相信未來量子密碼技術(shù)將在確保電子支付安全中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。
參考文獻(xiàn):
[1]王阿川宋辭等:一種更加安全的密碼技術(shù)——量子密碼[J].中國安全科學(xué)學(xué)報,2007,17(1):107～110
量子科學(xué)應(yīng)用范文6
【關(guān)鍵詞】量子點(diǎn)；性質(zhì)；合成；表面修飾
量子點(diǎn)主要是由Ⅱ-Ⅵ族和Ⅲ-Ⅴ族元素組成的均一或核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒，又稱半導(dǎo)體納米晶體。由于發(fā)生結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生宏觀到微觀的轉(zhuǎn)變，其擁有獨(dú)特的光、電、聲、磁、催化效應(yīng)，因此成為一類比較特殊的納米材料。自1990年7月美國召開第一屆納米會議[1]，各國都在納米技術(shù)方面給予巨大的投入，使得包括量子點(diǎn)技術(shù)在內(nèi)的納米技術(shù)飛速發(fā)展，其應(yīng)用已突破原來的微電子和光電材料領(lǐng)域[2-3]。
1 量子點(diǎn)的基本特性
量子點(diǎn)的基本特性有：量子尺寸效應(yīng)，表面效應(yīng)，量子限域效應(yīng)，宏觀量子隧道效應(yīng)，除此之外，量子點(diǎn)具有一些獨(dú)特的光學(xué)效應(yīng)[4]，這使得量子點(diǎn)較傳統(tǒng)的熒光染料用來標(biāo)記生物探針具有以下優(yōu)勢：
（1）量子點(diǎn)具有寬的激發(fā)光譜范圍，可以用波長短于發(fā)射光的光激發(fā)，并產(chǎn)生窄而對稱的發(fā)射光譜，避免了相鄰探測通道之間的干擾。而有機(jī)染料熒光分子激光光譜較窄，每一種熒光分子必須用固定波長的光來激發(fā)，而且產(chǎn)生的熒光峰較寬，且不對稱，有些拖尾，這給區(qū)分不同的探針分子帶來了困難，故很難用有機(jī)染料分子同時檢測多種組分。
（2）量子點(diǎn)還可以“調(diào)色”，即通過調(diào)節(jié)同一組分粒徑的大小或改變量子點(diǎn)的組成，使其熒光發(fā)射波長覆蓋整個可見光區(qū)。尺寸越小，發(fā)射光的波長越小。因此可用一個激發(fā)光源同時激發(fā)多個不同尺寸的量子點(diǎn)，使它們發(fā)出不同顏色的光進(jìn)行多通道檢測。這樣可以同時使用不同光譜特征的量子點(diǎn)，而發(fā)射光譜不出現(xiàn)交疊或者只有很小程度的重疊，使標(biāo)記生物分子的熒光光譜的區(qū)分、識別都會變得更加容易。
（3）量子點(diǎn)的穩(wěn)定性好，抗漂白能力強(qiáng)，熒光強(qiáng)度強(qiáng)，具有較高的發(fā)光效率。半導(dǎo)體量子點(diǎn)的表面上包覆一層其他的無機(jī)材料，可以對核心進(jìn)行保護(hù)和提高發(fā)光效率，從而進(jìn)一步提高光穩(wěn)定性。Chan和Nie通過實驗證明ZnS包覆的CdSe比羅丹明6G分子要亮20倍和穩(wěn)定100～200倍，可以經(jīng)受多次激發(fā)而其光學(xué)特性沒有顯著變化，且標(biāo)記后對生物大分子的生理活性影響很小，因此為研究生物大分子之間的長期作用提供了可能。
正是由于量子點(diǎn)具有以上特性使其在生物識別及檢測中具有潛在的應(yīng)用前景，可望成為一類新型的生化探針和傳感器，因此備受關(guān)注。
2 量子點(diǎn)的合成
根據(jù)原料的不同分為無機(jī)合成路線和金屬-有機(jī)物合成路線。兩種合成方法各有利弊，但目前水相體系的合成為主[5]。
2.1 金屬-有機(jī)相合成
主要采用有機(jī)金屬法，是在高沸點(diǎn)的有機(jī)溶劑中利用前驅(qū)體熱解制備量子點(diǎn)，前驅(qū)體在高溫環(huán)境下迅速熱解并結(jié)成核晶體緩慢成長為納米晶粒。通過配體的吸附作用阻礙晶核成長，并穩(wěn)定存在于溶劑中。其制備的量子點(diǎn)具有尺度范圍分布窄，熒光量子產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)。但其成本較高且是油溶性的，與生物相溶性差，不能直接應(yīng)用到生物體系，經(jīng)過水溶性基團(tuán)修飾轉(zhuǎn)移到水相中，量子產(chǎn)率降低，甚至發(fā)生完全熒光淬滅現(xiàn)象。因此針對上述特點(diǎn)，量子點(diǎn)有機(jī)制備的兩個發(fā)展趨勢：一是合成方法的改革，使用一些低成本，低污染的綠色環(huán)保型試劑代替昂貴的試劑。例如，油酸，液體石蠟的使用代替TOPO，TOP等；二是合成量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的變化，從最初的單核量子點(diǎn)到核殼式結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)再到近來比較熱門的混合多晶量子點(diǎn)，使其具有更加優(yōu)異的光學(xué)性能，通過改變組成比例而不改變量子點(diǎn)尺寸來實現(xiàn)發(fā)射光譜的調(diào)節(jié)獲得覆蓋近紅外以及整個可見區(qū)光譜，這是二元量子點(diǎn)無法做到的。在操作過程中，改變組成的比例往往比調(diào)節(jié)尺寸更容易控制而且精確度較高。
2.2 無機(jī)合成路線
目前常用水溶性硫基化合物，檸檬酸等做為保護(hù)劑在水相中制備量子點(diǎn)。硫基化合物，檸檬酸等與量子點(diǎn)的穩(wěn)定性、功能化有關(guān)，因此選擇帶有適當(dāng)官能團(tuán)的保護(hù)劑對于控制量子點(diǎn)的表面電荷及其他表面特征極為重要。水相合成量子點(diǎn)操作簡便，重復(fù)性高，成本低，表面電荷和表面性質(zhì)可控，很容易引入官能團(tuán)分子。量子點(diǎn)質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到其應(yīng)用研究的開展和研究成果的優(yōu)劣。
3 量子點(diǎn)的表面修飾
通常制備的量子點(diǎn)水溶性較差，不能直接與生物物質(zhì)相互相互作用，從而得到探針，因此，首先對制得的量子點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫘揎梉6]。通過特定的表面修飾和表面處理以獲得其對某個分析物品的識別功能，目前使用的量子點(diǎn)表面改性技術(shù)可歸納為表面無機(jī)修飾和表面有機(jī)修飾兩大類。
量子點(diǎn)表面的無機(jī)修飾，單獨(dú)的量子點(diǎn)顆粒容易收到雜質(zhì)和晶格缺陷的影響，熒光量子產(chǎn)率很低。但當(dāng)以其為核心，用另一種半導(dǎo)體材料包覆，形成核殼結(jié)構(gòu)后，就可以將量子產(chǎn)率提高。并在消光系數(shù)上有很強(qiáng)的增加，因而有很強(qiáng)的熒光發(fā)射。
量子點(diǎn)表面的有機(jī)修飾，量子點(diǎn)表面配位不足容易產(chǎn)生帶隙表面態(tài)，通過加入有機(jī)表面活性等有機(jī)配位體與量子點(diǎn)表面離子鍵合，可以提高表面原子配位的飽和程度。但是，有機(jī)配位體不能同時將表面陰陽粒子完全鈍化，表面依然殘留有較多的懸鍵，鈍化效果不理想，量子產(chǎn)率同樣不能大幅度提高。
如果選擇量子效率最高的樣品，經(jīng)過表面修飾作用，可將量子效率提高到40%。
4 結(jié)論
量子點(diǎn)具有尺寸效應(yīng)，表面效應(yīng)，量子限域效應(yīng)，宏觀量子隧道效應(yīng)、特殊的光學(xué)效應(yīng)，使得量子點(diǎn)在光、電、磁、生物等領(lǐng)域得到廣泛的研究與應(yīng)用。無機(jī)相和有機(jī)相均能制備不同性質(zhì)的量子點(diǎn)，進(jìn)而通過特殊的表面修飾，提高量子點(diǎn)的親水性；引入特殊的官能團(tuán)擴(kuò)大量子點(diǎn)的應(yīng)用范圍，其生物應(yīng)用得到進(jìn)一步深入，總而言之，量子點(diǎn)隨著研究的進(jìn)一步深入，在多學(xué)科領(lǐng)域的應(yīng)用將進(jìn)一步拓展。
【參考文獻(xiàn)】
[1]白春禮.納米科技及其發(fā)展前景[J].科學(xué)通報，2001，2.
[2]周瑞發(fā)，韓雅芳，陳祥寶.納米材料技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2003.
[3]何曉曉，王柯敏，譚蔚泓，等.基于生物熒光納米顆粒的新型熒光標(biāo)記方法及其在細(xì)胞識別中的應(yīng)用[J].科學(xué)通報，2001，46（16）：1353-1356.
[4]彭英才.半導(dǎo)體量子點(diǎn)的電子結(jié)構(gòu)[J].固體電子學(xué)研究與進(jìn)展，1997，17（2）：165-172.
