序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇量子科學應用范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

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關鍵詞：量子點 發光 量子點尺寸效應

近幾年來，寬禁帶半導體發光材料引起人們極大的興趣，是因為這些材料在藍光及紫外光發光二極管、半導體激光器和紫外光探測器上有重要的應用價值。這些器件在光信息存儲、全色顯示和紫外光探測上有巨大的市場需求，人們已經制造出III族氮化物和ZnSe等藍光材料，并用這些材料制成了高效率的藍光發光二極管和激光器，這使全色顯示成為可能。量子點（QuantumDot）憑借自身獨特的光電特性越來越受到人們的重視，成為研究的熱點。

由于量子點所具有的量子尺寸、量子隧穿、庫侖阻塞、量子干涉、多體關聯和非線性光學效應非常明顯，故在低維量子結構的研究中，對載流子施以盡可能多的空間限制，制備零維量子點結構并開發其應用，受到世界各國科學家和企業家的高度重視。

1、半導體量子點的制備方法

高質量半導體量子點材料的制備是量子器件和電路應用的基礎，如何實現對無缺陷量子點的形狀、尺寸、面密度、體密度和空間分布有序性等的可控生長，一直是材料科學家追求的目標和關注的熱點。

應變自組裝量子點結構生長技術是指在半導體外延生長過程中，由于襯底和外延層的晶格失配及表面、界面能不同，導致外延層島狀生長而制得量子點的方法。這種生長模式被稱為SK生長模式。外延過程的初期為二維平面生長，平面生長厚度通常只有幾個原子層厚，稱為浸潤層。隨浸潤層厚度的增加，應變能不斷積累，當達到某一臨界層厚度時，外延生長則由二維平面生長向三維島狀生長過渡，由此形成直徑為幾十納米、高度為幾納米的小島，這種材料若用禁帶較寬的材料包圍起來，就形成量子點。用這種方法制備的量子點具有尺寸小、無損傷的優點。用這種方法已經制備出了高質量的GaN量子點激光器。

化學自組裝量子點制備方法是一種通過高分子偶聯劑將形成量子點的團簇或納米顆粒聯結起來，并沉積在基質材料上來制備量子點低維材料的方法。隨著人們對量子線、量子點制備和應用的迫切需求，以上物理制備方法顯得費時費力，特別是在批量制備時更是如此，化學自組裝為納米量子點的平面印刷和納米有機-無機超晶格的制備提供了可能。由于化學自組裝量子點的制備具有量子點均勻有序、制備速度快、重復性好等優點，且選用不同的偶聯劑可以對不同的量子點前驅顆粒進行不同對稱性的組裝，從而能制備出不同的量子點。它的出現為批量制備高功率半導體量子器件和激光器提供了一種有效的途徑，因此這種方法被認為是制備量子點最有前途的方法之一。

2、 II-VI族半導體量子點的發光原理和發光特性

2.1 發光原理

半導體量子點的發光原理（如圖1-1所示），當一束光照射到半導體材料上，半導體材料吸收光子后，其價帶上的電子躍遷到導帶，導帶上的電子還可以再躍遷回價帶而發射光子，也可以落入半導體材料的電子陷阱中。當電子落入較深的電子陷阱中的時候，絕大部分電子以非輻射的形式而猝滅了，只有極少數的電子以光子的形式躍遷回價帶或吸收一定能量后又躍遷回到導帶。因此當半導體材料的電子陷阱較深時，它的發光效率會明顯降低。

2.2 發光特性

由于受量子尺寸效應和介電限域效應的影響，半導體量子點顯示出獨特的發光特性。主要表現為：（1）半導體量子點的發光性質可以通過改變量子點的尺寸來加以調控；（2）半導體量子點具有較大的斯托克斯位移和較窄而且對稱的熒光譜峰（半高全寬只有40nm）；（3）半導體量子點具有較高的發光效率。半導體量子點的發光特性，除了量子點的三維量子限制作用之外，還有其他諸多因素需要考慮。不過人們通過大膽嘗試與努力探索，已在量子點的發光特性研究方面取得了很大的進展。

3、量子點材料的應用

鑒于量子點的獨特理化性質，科學工作者就量子點材料的應用研究開展了大量的工作，研究領域主要集中在納米電子學、光電子學、生命科學和量子計算等領域，下面介紹一下量子點在這些方面的應用。

3.1量子點激光器

用量子線或量子點設計并制作微結構激光器的新思想是由日本的兩名年輕的科學家在1982年提出了，但是由于制備工藝的難度很大而擱淺。隨著技術的進步，到90年代初，利用MBE和MOCVD技術，通過 Stranski―Krastanow（S―K）模式生長In（Ga）As/GaAs自組裝量子點等零維半導體材料有了突破性的進展，生長出品格較完整，尺寸較均勻，且密度和發射率較高的InAs量子點，并于1994年制備出近紅外波段In（Ga）As/GaAs量子點激光器。

3.2量子點紅外探測器

半導體材料紅外探測器的研究一直吸引人們非常廣泛的興趣。以量子點作為有源區的紅外探測器從理論上比量子阱紅外探測器具有更大的優勢，這些優勢包括：（1）量子點探測器可以探測垂直入射的光，無需像量子阱探測器那樣要制作復雜的光柵；（2）量子點分立態的間隔大約為50meV-70meV，由于聲子瓶頸效應，電子在量子點分立態上的弛豫時間比在量子阱能態上長，這有利于制造工作溫度高的器件；（3）三維載流子限制降低了熱發射和暗電流；（4）探測器不需冷卻，這將會大大減少陣列和成像系統的尺寸及成本。因此，量子點探測器已經成為光探測器研究的前沿，并取得了重大進展。

3.3 單電子器件

電子器件是基于庫侖阻塞效應和單電子隧道效應的基本原理，通過控制在微小隧道結體系中單個電子的隧穿過程來實現特定功能的器件，是一種新型的納米電子器件。

3.4 量子計算機

量子計算機是一類遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。當某個裝置處理和計算的是量子信息，運行的是量子算法時，它就是量子計算機。1998年，Loss和Di Vincenzo描述了利用耦合單電子量子點上的自旋態來構造量子比特，實現信息傳遞的方法。

除此之外，量子點在生物化學、分子生物學、細胞生物學、基因組學、蛋白質組學、藥物篩選、生物大分子相互作用等研究中有極大的應用前景。

結束語 我們相信量子點技術應用的未來出現很多奇跡，隨著對量子點的深入研究，其在各個領域的應用前景還將更加廣闊。

參考文獻

[1] Hong S， Hanada T， Makino H， Chen Y， Ko H， Yao T， et al. Band alignment at a ZnO/GaN （0001） heterointerface [J]. Appl. Phys. Lett. ， 2001， 78（21）： 3349-3351.

[2] Yarelha D A， Vicet A， Perona A， Glastre G， Fraisse B， Rouillard Y， et al. High efficiency GaInSbAs/GaSb type-II quantum well continuous wave lasers [J]. Semicond. Sci. Technol. ， 2000， 15（4）： 390-394.

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[關鍵詞]量子；特性；意識；應用

中圖分類號：O413.1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）25-0298-01

一、量子的基本知識

1、量子

我們在物理學中提到“量子”時，實際上指的是微觀世界的一種行為傾向，也就是可觀測的物理量都在不連續地變化。？比如，我們說一個“光量子”，是因為單個光量子的能量是光能變化的最小單位，光的能量是以單個光量子的能量為單位一份一份地變化的。對于量子的種種特性，連不少科學家都為之迷惑，對于我們普通人來說自然更加高深。今天我就試著走近它，來發現她“幽靈”般的的魅力。

2、量子的特性

量子的奇妙之處首先在于它的奇妙特性――量子疊加和量子糾纏。

量子疊加就是說量子有多個可能狀態的疊加態，只有在被觀測或測量時，才會隨機地呈現出某種確定的狀態，因此，對物質的測量意味著擾動，會改變被測量物質的狀態。好比孫悟空的分身術， 孫悟空可能同時出現在幾個地方，他的各個分身就像是他的疊加態。在日常生活中，我們不可能在不同的地方同時出現，但在量子世界里它卻可以同時出現在多個不同的地方。”

而所謂的量子糾纏，則意味著兩個糾纏在一起的量子就像有心電感應的雙胞胎，不管兩個人的距離有多遠，當哥哥的狀態發生變化時，弟弟的狀態也跟著發生一樣的變化。“如果這兩個光量子呈糾纏態的話，哪怕是千公里量級或者更遠的距離，還是會出現遙遠的點之間的詭異互動，愛因斯坦稱之為“幽靈般的超距作用”?？茖W家就可以利用這種效應將甲地某一粒子的未知量子態，在乙地的另一粒子上還原出來。量子糾纏的廣泛應用將會改變我們的生活，真正地突破時空的局限，交通、物流也就不再會有時間與空間的阻礙了。我國發射的“墨子號”量子衛星昭示著我國在量子通信領域已處于世界領先的地位。

二、意識是量子力學現象

人們的意識一直都沒有搞清楚，用經典物理學的電學、磁學及力學方法去測量意識是測量不出來的，科學家們現在已經開始認識到了意識是種量子力學的現象，意識的念頭像量子力學的測量。為什么這么說呢？比如我們面前出現了一座房子，這時有兩種可能的狀態：一個沒有任何心思的人會看房非房，他的意識處于自由的狀態，沒看到房子是石頭的還是木頭的，他根本就不動念頭。意識也是這樣，如果你看到這座房子，一下子動念頭了，動念頭實質上就是作了測量。

客觀世界是一系列復雜念頭造成的。有一本非常著名的書叫《皇帝新腦》， 就是研究意識，他認為計算機僅僅是邏輯運算，不會產生直覺，直覺只能是量子系統才能夠產生，意識是種量子力學現象，意識的念頭像量子力學的測量。而人的大腦有直覺，也就是說人的意識不僅存在于大腦之中，也存在于宇宙之中，量子糾纏告訴我們，一定有個地方存在著人的意識。

三、量子技術的應用

科學家認為，量子糾纏是一種 “神奇的力量”，可成為具有超級計算能力的量子計算機和量子保密系統的基礎。實際上，量子糾纏還有很多奇妙的應用，可以在許多領域中突破傳統技術的極限。量子技術已經成為一個新興的、快速發展中的技術領域。這其中，量子通信、量子計算、量子成像、量子生物學是目前的方向。

1、量子通信

量子通信就是通過把量子物理與信息技術相結合，利用量子調控技術，確保信息安全、提高運算速度、提升測量精度。 廣義地說，量子通信是指把量子態從一個地方傳送到另一個地方，它的內容包含量子隱形傳態，量子糾纏交換和量子密鑰分配。狹義地說，實際上只是指量子密鑰分配或者基于量子密鑰分配的密碼通信，解決了以往用微電子技術為基礎的計算機信息技術極易遭遇泄密的問題。

2、量子計算

量子計算是量子物理學向我們展示的又一種強大的能力，源自于對真實物理系統的模擬。模擬多粒子系統的行為時，當需要模擬的粒子數目很多時，一個足夠精確的模擬所需的運算時間則變得相當漫長。而如果用量子系統所構成的量子計算機來模擬量子現象則運算時間可大幅度減少，從此量子計算機的概念誕生。

3、量子成像

量子成像是從利用量子糾纏原理開始發展起來的一種新的成像技術，有一種比較奇妙的現象稱之為“鬼成像”。比如將糾纏的雙光子分別輸入兩個不同的光學系統中，在其中一個系統里放入待成像的物體，通過雙光子關聯測量，在另一個光學系統中能再現物體的空間分布信息。即與經典光學成像只能在同一光路中得到物體的像不同，鬼成像可以在另一條并未放置物體的光路上再現該物體的成像。

4、量子生物學

量子生物學是利用量子力學的概念、原理及方法來研究生命物質和生命過程的學科。薛定諤在《生命是什么》一書中對這一觀點進行了詳盡的闡述，提出遺傳物質是一種有機分子，遺傳性狀以“密碼”形式通過染色體而傳遞等設想。這些設想由脫氧核糖核酸雙螺旋結構模型而得到極大的發展，從而奠定了分子生物學的基礎。分子的相互作用必然涉及其電子的行為，而能夠精確描述電子行為的手段就是量子力學。因此量子生物學是分子生物學深入發展的必然趨勢，是量子力學與分子生物學發展到一定階段之后相互結合的產物。

愛因斯坦相對論指出：相互作用的傳播速度不會大于光速，可是對于分開很遠距離的兩個處于糾纏態中的粒子，當對一個粒子進行測量時，另一個粒子的狀態受到關聯關系已經發生了變化，這種傳輸的理論速度可以遠遠超過光速。這一現象被愛因斯坦稱為“詭異的互動性”。量子糾纏是量子物理學里最稀奇古怪的東西，即使腦洞大開我們還是很難領會它，另外從常識角度來看，量子理論描述的自然界很荒謬，許多解釋還涉及到哲學問題。但另一方面，量子物理學有很廣泛的應用，它的發展可能帶來行業面貌的改變，所涉及的范圍從量子計算機到人工智能，無所不含，這也正是我們深入學習、研究量子物理的動力所在啊！

參考文獻

[1] 薛定諤，生命是什么.

[2] 舒娜，量子糾纏技術與量子通信.

[3] 尼古拉.吉桑著，周榮庭譯，跨越時空的骰子.

[4] 中國科普博覽.

[5] 科普中國.

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【關鍵詞】量子點技術；醫學檢驗；應用

【文章編號】1004-7484（2014）07-4598-02

1 量子點技術的發展歷史

量子點是一種特殊的納米微粒，也稱納米量子點、半導體量子點或半導體納米微晶體，是由Ⅱ～Ⅵ族元素或Ⅲ～Ⅴ族元素組成的小于100nm的半導體納米微晶體組成。這些納米微晶體直徑小于其玻爾直徑（

從1970年起，人們就開始對量子點進行研究。量子點標記有許多優點：量子點被激發后可得到波長范圍寬且光譜可調的熒光；量子點具有較大的斯托克位移和狹窄的熒光譜峰，使標記生物分子熒光譜的區分、識別變得更容易；量子點的熒光強度及穩定性是普通熒光染料的100倍左右，同時，作為標記用的量子點熒光強度與持續時間和其所在的分散體系有關；經各種化學修飾后的量子點生物相容性好，對生物危害較小。雖然量子點的研究在1970年就開始了，但是在生物學領域有突破性的進展較晚。1998年，Bruchez和Chan兩個研究小組分別發表了將半導體量子點用作生物標記并適用于活體細胞體系研究成果。自此，半導體量子點用于生物醫學標記受到廣泛關注。此后經過科學家們的努力，量子點在生命科學、分析科學、檢驗檢疫等傳統及新興領域逐漸發揮出越來越大的作用。本文主要研究量子點技術在醫學檢驗領域中的作用。

2 量子點技術在醫學檢驗中的應用分析

醫學檢驗包括以追求結果準確度和靈敏度為目的的檢驗技術學和以尋找更多、更靈敏、更特異指標為目的的檢驗診斷學。量子點標記技術在檢驗技術學和檢驗診斷學兩個領域均發揮重要作用，是醫學檢驗生物標記領域的一次革命，為檢驗診斷向細胞和分子水平發展提供有力手段。

2.1量子點技術在醫學檢驗技術領域的應用

量子點在檢驗技術學領域的最大突破就是量子點作為示蹤標志物標記在生物分子上，用于檢測待測抗原、抗體、DNA或RN段。量子點標記在特異性抗體或DN段上，可制備量子點探針，用于待測蛋白質和核酸的定性和定量檢測，理論上，普通熒光物質能應用的技術領域，量子點也可以應用，量子點技術促進檢驗技術學和方法學的更新和進步。

2.2量子點技術在醫學檢驗診斷領域中的應用

2.2.1微生物診斷領域

很多微生物在體外很難培養或生長緩慢，快速特異而靈敏地診斷機體內病原微生物是臨床微生物檢驗學的研究熱點和難點。利用量子點標記技術能在20min內定量檢測大腸桿菌的數量。將不同顏色量子點標記在不同抗體上，通過抗原-抗體特異性免疫結合反應，可同時檢測多種致病菌。用量子點作熒光標志物，結合免疫磁珠分離技術，對大腸桿菌進行測定，其免疫磁珠表面量子點熒光強度與大腸桿菌含量成正比，最低檢測限比FITC標記低100倍。

病毒不是一種完整細胞形態的微生物，病毒寄生在活細胞體內，體積很小，普通顯微鏡難以觀察。量子點熒光具有高靈敏度和長壽命，將量子點標記在病毒抗體上，可將量子點吸附在病毒表面，觀察其特征和分布。

2.2.2免疫學診斷領域

各種腫瘤標志物、激素、炎性因子和促炎因子等多肽分子都是抗原，這些抗原有的是人體自身產生的，檢測這些抗原對疾病診斷和預警及判斷療效有重要意義。微生物菌體和病毒體本身也是抗原，這些抗原是人體內沒有的，機體內檢測出這類抗原，可診斷機體受到了某種微生物的感染。將針對人體血液中的炎性因子單克隆抗體點陣在玻片上，制備固態生物芯片，用量子點標記二抗作為探針，利用熒光顯微鏡對芯片進行量子點熒光成像，并通過軟件分析系統，可實現對血液中白細胞介素IL-1、1L-8、1L-6，腫瘤壞死因子-α和人巨噬細胞炎性蛋白1β等6種炎性細胞免疫因子進行同時檢測，檢測靈敏度高且無交叉反應。

將量子點取代酶分子建立量子點連接的免疫吸附分析，首先將單克隆抗體固定在ELISA板微孔底部封閉，然后加入待測抗原孵育，洗滌后加入CdSe/ZnS量子點標記的二抗，洗滌后再孵育，以熒光光度計檢測ELISA板微孔量子點熒光強度，其熒光強度與待測抗原成正比，如果有標準濃度對參照，可定量檢測待測抗原。采用量子點連接的免疫吸附試驗已經成功對血清前列腺特異性抗原（PSA）和丙肝病毒（HCV），核心抗原及弓形體抗體進行檢測。量子點標記同樣可以作為組織免疫組織化學診斷研究，用不同熒光顏色的量子點分別標記在針對不同抗原的抗體上，可實現同一個組織切片多個抗原的定位檢測，這項技術已經成功應用于腫瘤病理診斷中。

2.2.3基因診斷領域

基于分子雜交原理，用量子點標記寡核苷酸片段，可作為基因探針，結合現代光電技術，可用于DNA診斷和分析。量子點具有熒光性質，也可用于構建熒光共振能量轉移，檢測目的基因系統。首先，將電子點連接在DNA分子上作為捕獲探針，另外設計一個標記了CY5的報告探針，當標本中靶DNA和量子點標記的探針結合時，量子點和熒光受體間出現FRET，從而檢測到兩種熒光，而無靶基因的標本只出現量子點熒光，該方法檢測靈敏度比常規FRET高100倍。將量子點與FRET技術整合并取代傳統無機熒光染料，主要存在（1）具有量子點粒徑比傳統熒光染料大，量子點供體和受體距離大，FRET強度大；（2）量子點產生熒光時間長，造成背景干擾大。

3.結語

量子點作為一種新技術，使生物熒光探針標記的技術產生了重大突破。量子點己成功地用于組織、細胞、蛋白質、核酸的標記。事實表明，量子點在生物領域將發揮越來越大的作用。隨著量子點技術的發展，該技術將會在醫學疾病診斷、核酸和蛋白質學的研究、藥物篩選等方面有較好的應用。量子點技術及其在檢驗醫學中的應用前景良好但充滿挑戰，需要各領域研究者的共同合作和努力。

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8月16日1時40分，備受矚目的以“墨子號”命名的全球首顆量子科學實驗衛星在酒泉成功發射升空。“墨子號”量子衛星成為浩瀚夜空中最亮的“星”，開啟為期兩年的太空科學旅程。

星地高速量子密鑰分發、廣域量子通信網絡、星地量子糾纏分發以及地星量子隱形傳態等多項科學實驗任務是“墨子號”量子衛星的主要任務。業內人士指出，此次發射任務的圓滿成功，將使我國在世界上首次實現衛星和地面之間的量子通信，構建天地一體化的量子保密通信與科學實驗體系。有媒體稱，在這場“特殊的太空競賽”中，中國“邁出了一大步”。

科學之路任重道遠，量子世界迷霧重重，“第一顆量子衛星”的頭銜來之不易。從最初的研制到發射，量子衛星承載了太多關注的目光與期許。那么，這顆舉世矚目的“新星”到底有多牛？技術實現難度又有多高？

信息安全的“終極武器”

量子科學對絕大多數人來說十分高冷。但當它與信息技術相連，就與我們每個人息息相關。當今社會，信息的海量傳播背后也充斥著信息泄露的風險。而量子科學則為信息安全提供了“終極武器”。

在物理王國里，量子理論是一個“百歲的幽靈”，愛因斯坦也曾被它的“詭異”所困擾。在量子世界中，一個物體可以同時處在多個位置，一只貓可以處在“死”和“活”的疊加狀態上;所有物體都具有“波粒二象性”，既是粒子也是波;兩個處于“糾纏態”的粒子，即使相距遙遠也具有“心電感應”，一個發生變化，另一個會瞬時發生相應改變……

正是由于量子具有這些不同于宏觀物理世界的奇妙特性，才構成了量子通信安全的基石。在量子保密通信中，由于量子的不可分割、不可克隆和測不準的特性，所以一旦存在竊聽就必然會被發送者察覺并規避。

“傳統的信息安全都依賴于復雜的算法，只要計算能力足夠強大，再復雜的保密算法都能被破解。量子通信能做到絕對安全，是由量子自身的特性所決定的，計算能力再強也破解不了，因此它是革命性的，可從根本上、永久性解決信息安全問題?！绷孔涌茖W實驗衛星首席科學家潘建偉院士說。

潘建偉形象地比喻，量子通信的基本特征就是利用微光世界的最小單元，比如15瓦的燈泡，每秒都會發射一些能量，如果用放大鏡來看它是由小顆粒組成，大概每秒鐘可以釋放百億個小顆粒。如果在量子通信中將這種小顆粒用來做信號，就不能被分割成半個小顆粒，就像水分子一樣，不能分成1/2個水分子。

量子保密通信能從三個方面保障信息安全。第一，發送者和接收者之間的信息交互是安全的，不會被竊聽或盜取。第二，“主仆”身份能自動確認，只有“主人”才能使喚“仆人”，而其他人無法指揮“仆人”。第三，一旦發送者和接收者之間的傳遞口令被惡意篡改，使用者會立刻知曉，從而重新發送和接收指令。

“四種武器”挑戰四大實驗任務

8月17日，中科院遙感與數字地球研究所所屬中國遙感衛星地面站密云站，在第二十三圈次成功跟蹤、接收到了量子衛星“墨子號”的首軌數據?！澳犹枴笔总壢蝿諘r長約7分鐘，接收到的數據量約為202MB，經驗證，衛星數據質量良好。

據悉，“墨子號”量子衛星上搭載了自主研發的“四種武器”：量子密鑰通信機、量子糾纏發射機、量子糾纏源和量子試驗控制與處理機。同時，在地面建設了科學應用系統，包括1個中心――合肥量子科學實驗中心;4個站――南山、德令哈、興隆、麗江量子通信地面站;1個平臺――阿里量子隱形傳態實驗平臺。

這顆量子衛星的壽命為兩年，將完成四大任務：星地高速量子密鑰分發實驗、廣域量子通信網絡實驗、星地量子糾纏分發實驗和地星量子隱形傳態實驗。

潘建偉介紹，實驗大致分為三類：第一類是進行衛星和地面之間的量子密鑰分發，實現天地之間的安全通信;第二類相當于把量子實驗室搬到太空，在空間尺度檢驗量子理論;第三類是實現衛星和地面千公里量級的量子態隱形傳輸。

但要完成“作業”并不輕松。目前，國際上還沒有一個國家將量子科學實驗送入空間，量子衛星的研制沒有任何經驗可循，過程充滿了困難和挑戰。 科研人員模擬地面望遠鏡向量子衛星發射信標光（新華社 劉坤 攝） 在酒泉衛星發射中心，量子科學實驗衛星在與運載火箭適配器對接（圖/新華社）

天地一體化連通：

從太空向地面存錢罐扔硬幣

在量子通信中，最大的難點在于如何實現天地一體化的量子聯通。這就好比在太空往地面的一個存錢罐里扔硬幣，需要準確地將硬幣投擲于儲蓄罐的狹小入口。如果出現一點偏差，信息的傳遞便會功虧一簣。

“量子的編碼就像計算機編碼0101一樣，有正負、垂直、水平等不同狀態，要把量子的偏振方向檢測出來，才能變成密碼?！绷孔涌茖W實驗衛星常務副總設計師、衛星總指揮王建宇介紹，量子里面有兩組狀態，一組是正交的，一組是傾斜45度的，所以，一共有四個不同的偏正狀態。

不僅如此，地面上的“存錢罐”（接收裝置）和天空中的“投擲者”（量子衛星）也不安分，它們都在不停地旋轉運動。

“這就是瞄準和檢測偏正的最大難度所在，我們要在雙方都處于運動狀態的情況下完成信息傳遞?！蓖踅ㄓ顝娬{，稍微對不上都不行，如果這樣，地面上收到的就是誤碼。

據王建宇介紹，一旦誤碼率高于3.5%，信息傳輸就沒有意義。“3.5%是個底線，通常我們會把誤碼率控制在1%至2%之間?！?/p>

探測器靈敏度：

在地球上看到月球的火柴光

如果說從太空向地面存錢罐扔硬幣已經讓人咋舌，那接下來的技術則更讓人驚嘆。

量子衛星采用的是單光子探測器，目的是實現對每一個光子的捕捉。這是一個什么概念？

“一個60瓦的燈泡每秒發射的光子數大約是1021，而一根火柴的最大光亮大約是3瓦至5瓦?！蓖踅ㄓ钫f，量子衛星探測器靈敏度相當于在月球上點根火柴，我們在地球上用望遠鏡可以看到它的亮光。

如果考慮到火柴點燃后光的擴散效應，其觀測難度可想而知?！疤綔y器的靈敏度必須達到這種程度，才能捕獲來自太空中的一顆顆光子。否則，天上的量子衛星就沒有存在的意義了。”王建宇說。

時間同步設置：

一秒鐘給一億個光子排排隊

在太空中，量子衛星每秒鐘大約向地面發射一億個光子，需要地面接收裝置對所有光子進行接收。然而，這個接收過程并非來者不拒，而是要講究先來后到。

“我們必須知道每個光子是第幾個發出來，信息傳遞要求發送端和接收端能對得上，要有一個完整的序列?！蓖踅ㄓ钫f。

將光子們一一對接的辦法就是時間同步。“我們現在的接收頻率能做到一個納秒，也就是在一秒鐘之內，把一億個光子全都排列好?！蓖踅ㄓ罱榻B。

為何取名為 “墨子”

對于很多人來說，量子科學非常神秘，而世界首顆量子科學實驗衛星命名為“墨子號”也讓很多人迷惑不解――墨子不是先秦諸子百家中墨家的創始人嗎，他跟量子有什么關系？

“墨子號”之得名，是為了紀念墨子在早期物理光學方面的成就，他最早提出過光線沿直線傳播的觀點，進行了小孔成像實驗。“關于這顆衛星的命名，我們考慮了好久?！迸私▊フf，最終命名為“墨子號”，緣起于已故著名教育家、中國科學技術大學教授錢臨照。

錢臨照作為老一輩光學、科技史研究者，早年對墨家經典著作《墨經》有過深入研究，他對《墨經》的研究發現被英國學者李約瑟獲悉，后者對此驚嘆不已。錢臨照發現《墨經》中有不少與現代科學知識相通的記載，比如墨子在《墨經》中提出的“光學八條”。

“墨家邏輯是全球三大古老邏輯體系之一，而邏輯體系是科學的基礎?！迸私▊フf，墨子在兩千多年前就發現了光線沿直線傳播，并設計了小孔成像實驗，奠定了光通信、量子通信的基礎。

墨子的貢獻還遠不止于此，用一代宗師、中國思想史研究專家楊向奎先生的話來說：“墨子在自然學上的成就，絕不低于古希臘的科學家和哲學家，甚至高于他們。他個人的成就就等于整個希臘。”

“就像國外有伽利略衛星、開普勒望遠鏡一樣，以中國古代偉大科學先賢的名字來命名全球首顆量子衛星，將提升我國的文化自信。”潘建偉說。

“量子星群”引領量子互聯網時代

據專家介紹，量子衛星發射后，天地一體化量子科學實驗系統將投入正式運行，而“京滬干線”大尺度光纖量子通信骨干網工程預計今年下半年交付。 在酒泉衛星發射中心，星罩組合體在轉運至發射塔架（圖/中科院微小衛星創新研究院）

“大規模推廣量子通信應用后，將極大提高人們信息傳輸的私密性和安全性。”潘建偉說，建好“量子互聯網”后，人們不用再擔心任何信息泄露，從而避免惡意攻擊和欺詐行為。

信息安全從根本上需要解決的就是傳輸內容不被別人知道、保證接收者是和發送者對話，以及信息不被篡改。潘建偉說，僅僅發射一顆衛星是不夠的，只有形成星座才能建構起網絡，而且需要地面配置相應基礎設施，確保網絡聯接到千家萬戶。

篇(5)

談到武華文教授對量子信息技術的推動，他還曾在北京主持過七屆量子信息研討會；他所提出的“量子信息對應效應”、“第三種波粒二重性”等理論也是從上千次試驗中總結出來，在國內首次提出并公開報道的。如今，他所開創的量子農業技術正在全國推廣。

據了解，量子農業是利用量子力學、量子生物學、量子信息學等理論研發的產品應用于大農業生產活動，其特點是以波動形式傳遞能量和信息，其效果是高效、生態、健康、持續。例如：

1.增硒技術。2008年4月22日，由中國科技部主辦的科技日報對武華文研發的量子發射儀給油桃增硒技術進行了報道，受到廣泛關注。眾所周知，硒是礦物質中的抗癌之王，而中國是缺硒國家，食品中硒含量也很少。如果能補上充足的硒，就能消除體內自由基，減少疾病的發生。為此，武華文教授研發了量子儀器波給油桃增硒技術，為解決國內食品硒含量少提供了一個新方法。

此外，武華文教授還應用這種量子技術對遼寧省盤錦、黑龍江五常普通大米進行加硒照射，結果證明都具有良好的增硒效果。

2.肥料技術。2009年，武華文開始對農業肥料進行研究，結果發現用量子發射儀對液體肥料、固體肥料進行照射，可以做底肥、可拌種、噴施、灌根等，肥效大幅度提高。赤壁天元量子肥料有限公司生產的3十1多抗菌肥與氨基酸水溶肥組成套裝肥料，市場價是每畝60元，經過量子技術照射后，可以減少化肥50%、增加收入30%，在全國范圍已有30家公司在推廣使用，農作物普遍增產10%至30%，目前在國內已完成種植面積3千萬畝。

3.防治病蟲害功能。抑制棉鈴蟲、紅蜘蛛、稻瘟病、黃枯萎病，農作物施用具抗旱、抗寒、抗倒狀、抗逆的作用，特別對澇害、缺素癥等作物具有回復生機之功效。

湖北日報農村版2016年9月8日報道：記者來到赤壁市赤壁鎮東柳村，“多虧量子肥，才讓我今年的辣椒沒有減產?！痹摯宕迕駨埍筛吲d地說道。今年7月，赤壁市大面積受災，張丙成家的20多畝地被淹了，許多農作物都絕收，但是他家的辣椒不但沒有減產，反而增產，肉質更厚，口感更好。銷路也不愁，這讓張丙成樂開了花。

篇(6)

[關鍵詞]普朗克常數、量子物理、物理意義

中圖分類號：O431.2 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）26-0374-01

1 普朗克常數h的出現過程

在二十世紀以前，物理學的各個分支都已具備相當完善的理論體系，并且在實驗和應用中都得到了驗證，并逐步推廣起來。但是，在一些物理現象中，人們發現了用經典物理理論仍然無法去解釋，比如說黑體輻射問題，這就慢慢衍生出來了新的物理理論。為了更好地解決黑體輻射問題，普朗克從十九世紀末開始關注黑體輻射問題，經過整整六年的日日夜夜的研究，他在Rayleigh-Jeans公式和Wien定律的基礎上使用內插法得到了一個新的輻射定律，并在二十世紀的開端，對外公布了他自己對黑體輻射的最新研究結果：物質所吸收或輻射的能量，必須是一個能量單位最小值的整數倍，一份一份地往外發射，因此他引入了一個常數，也就是用h表示的普朗克常數。

2 普朗克常數h的物理意義的探討

普朗克常數的提出，尤其是以h為表征的量子概念，開創了現代物理學的新紀元，所作的貢獻無法估量。首當其沖就是推進了量子論的樹立并獲取有效進步，量子論的生存爭斗與早期的進步，都是緊緊地環繞著普朗克常數h的物理解釋進行。

2.1 h促進了量子論的建立和發展

雖然引進普朗克常數開創了量子論，但在當時社會背景下，缺乏有效的傳播途徑，也因為這樣沒有獲取人們的完全認識，甚至馬克斯?普朗克在新思想的提出之后，也感到不安想著回到舊軌道，最先意識到量子概念的嚴重性，并為量子論開展打開布局的是愛因斯坦。愛因斯坦提出，照射到金屬表面上的光，也就是光粒子流，頻率為的光，即是能量為的光量子流。金屬表面的電子只有吸收了能量為的光量子流才會逸出表面。

此后，很多科學家都做了不少的實驗去驗證。經過多年的堅持不懈，在1914年，密立根全面地證實了愛因斯坦的光電方程，而是第一次從光電效應中測量出普朗克常數h為6.626196×10^-34焦?秒。康普頓利用愛因斯坦的光量子概念進一步解釋了實驗結果，再一次驗證光量子理論的準確性。這些使人信服的事實改變了某些物理學家對于量子論的懷疑態度，并展開了量子理論。

在量子論開始時。固體比熱：繼黑體照射以及光電效應又一個重點課題。直至一九零七年愛因斯坦逐步將普朗克常數以及量子化能量應用固體比熱中，得出準確的熱容量公式，克服經典概念的又一重大難題，并且及時獲得了能斯特的證實與大力宣傳，從開發伊始，歷經多年的不斷研究與驗證，量子論開始被人類認識。

普朗克常數h為原子的穩定性提供幫助，也是推進量子論形成的又一因素。盧瑟福根據α粒子散射驗證，提出了原子有核模型，但是在經典物理學中解釋其模型引發了新的困難。就在這個時候，盧瑟福的學生玻爾在他其1913年寫的論文《原子結構和分子結構》中提出：“不管電子運動定律作何改變，看來需要引入一種與經典電動力學不同的量到這些定律中，其量就是普朗克恒量，或一般所說的根本影響量子。引入這個物理量后，原子內電子的穩固性組織問題就出現了基本性的變化”。

2.2 h促進了物理學其它領域的發展

普朗克常數引進之后量子論的建設及發展，因此誘發的一些科學發現，各各學科都向著自己氛圍進軍，并將較深層的調查與較大層次的研究相結合，在宏觀與宇觀的探索上有了更新的突破。從后，各個領域各門學科迅速發展起來。

在微觀領域中，自從波爾成功地將普朗克常數引進到原子物理后，使核物理學和粒子物理學均得到促進和迅速發展。質子、中子的發掘是物質組織學說的發展，同樣又給進一步顯現微觀范圍的奧秘供給了新的武器；重核裂變的發掘開創了歷史的新時代―原子時代的來臨?；玖Ｗ拥难芯渴谷藗儗ξ镔|結構的認識進入更深的層次。

3 普朗克常數h引發的深刻思考

對于普朗克常數的重要意思，不可不提的一點是它的呈現所引起的在看待新事物、采用新辦法、準確看待科學等方面對人們想法的影響。

最先，普朗克常數及其道理真實讓人們所接納，履歷了一個漫長與艱難的過程。這使人們見到，準確的理論最后會得到人們的認同，而它的保護者要付出多大的勇氣與毅力。

其次，以普朗克常數為代表的“量子問題”是個嶄新的觀點，請求人們采納看待新生事物的準確立場。量子概念提議后，在20世紀的最早5年內，普朗克的工作簡直無人問津，對嶄新事物，甚至有一些人呈批判立場。假如玻爾引進普朗克常數詮釋原子結構的穩固性，由于看法之特殊新穎，以導致不少物理學家難以采納。斯特恩盡管后來對玻爾想法的進步作出了較多貢獻，盡管他認為應該把自然常數作為新的物理世界體系的基石，但是他走得太遠，甚至就像信奉宗教那樣對待科學發展過程中的常數。其在黑體輻射探索時發現h，因此只支持吸收與發射所處領域h的含義；并認識到需h進行抑制能量的完全輻射，卻單單將能量子理論作為純粹模式的假想。這樣不合適的自封使其沒能及時將量子論上升至理論概述水平，也因此愛因斯坦光量子等概論提出“量子問題”轉換之后，也沒能快速跟上，他把h的實際物理實行了絕對化，因此h成為他逐步開發量子論的羈絆。和普朗克不同，愛因斯坦更著重對新概念與新事物的理性檢測，發現其內在啟發性的含義和物理世界的單一構造所處位置.也從輻射中抽取出能量子概述，且從光量子設想始發，快速將量子學說推進比熱與漲落概念范圍，為把量子作用廣泛應用到全部物理學范圍做了先行。

結語

由此可見，普朗克常數h是極具主要的一種物理常數。也是現代物理學的靈魂所在。就像普朗克晚年感悟到的：“現在的我非常了解，量子h應用的根本含義比我以前想象的要大很多?！逼绽士诉€要求在其死后什么也不要，只在墓碑上刻有神奇自然常數h。普朗克常數h是人們研究自然時最偉大的發現之一。它于20世紀物理學中發揮了極為主要的作用。堅信在21世紀中自然科學，甚至是物理學以及計量學探索中都將發揮更為重要的作用。

參考文獻

[1] 楊建平，李興鰲.普朗克常數h的意義及應用[J].中央民族大學學報（自然科學版），2003，04：361-363+370.

篇(7)

關鍵詞：量子通信技術；電力通信；應用展望

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.24.160

0 前言

量子通信技術是力學和經典通信的相合產物，可以有效的提高我國科學技術水平，促進電子行業快速發展。量子通信技術在電力通信系統中建立了通信專網，只有這樣才能保證電子通信在使用過程中的安全性。由于電力通信數據具有一定的特殊要求，只有使用量子通信技術才能滿足其需求，從而促進我國電子行業與電力行業的快速發展。

1 量子通信技術的概述

量子通信技術可以有效的將一些量子態進行傳遞，同時還能完成量子密集編碼、量子隱形傳態、量子密鑰分發工作。其中的量子密集編碼主要通過一些計算機設備進行；量子密鑰分發，量子態在傳輸過程中可以由光纖和自由空間接收，等到原有的量子態消失之后可以將其再其他地方重新，只有這樣才能從根本上將量子態的光子本身得到保障[1]。量子通信技術可以有效的將量子密鑰分發進行合理分配，并為其設置對應的保密通信。

量子密鑰分發在使用過程中可以有效的負責量子的產生與分發，并為其設置對應的量子密鑰，從而保證在一些數據傳輸時以密文的形式進行傳輸，在一些必要時還需要將數據信息通過靜電的信息道進行傳輸。在量子隱形傳態中，可以將數據信息同通過經典通信道傳遞出來，并將原有的數據信息與量子信息相結合，只有這樣才能從跟不上實現量子隱形傳態。量子通信技術在使用過程中不僅僅有在線竊聽檢測功能還有較高的保密功能[2]。但是量子通信技術并不能打破傳統的經典通信速率與干擾性能，這需要國內外專業技術人員加強對量子通訊技術的研究，才能為其添加更加多樣化的使用功能。

2 量子通信技術現狀

量子通信技術在使用過程中具有較高的工作效率與安全性，在各個領域中得到了廣泛的應用?，F階段，我國已經在量子通信技術中投入了大量的人力、物力、財力，而國外一些發展國家已經為其技術成立了對應的研究機構，還有一些大型電子企業也紛紛法投入到了量子通信技術的研究中去。國外企業通過對量子密鑰分發的研究體現出一些公司、企業等都在申請專利，只為了占據量子通信技術在社會中的主要地位，只有這樣才能在這個競爭激烈的市場中站穩腳步，促進電子行業與電力行業的發展。

3 量子通信技術在電力通信中的應用前景

3.1 構建量子加密異地備份數據傳輸鏈路

隨著社會不斷的發展，我國電網規模的不斷擴大，電力企業由傳統的發展模式轉變成全新的信息化發展模式，但是在實際發展過程中常常會面臨著一些安全風險問題，這對電力企業的發展來說造成了很大的影響。直到量子通信技術的出現才有效的改變了這一現狀，保證了電力系統在使用過程中的安全性，從而促進我國電力企業快速發展?，F階段，國網省公司已經開展了全新的調度系統和信息容災體系的建設，并相繼形成了全新的數據易災中心，只有這樣才能保證數據信息在傳輸過程中具有較高的準確性。量子保密通信技術具有較高的安全性和復雜性，這些都是保密通信方面所具有的優勢[3]。使用量子密鑰分發可以將電力通信的主、備數據信息進行加密交換，只有這樣才能建立一項高效、安全的異地數據備份傳輸通道，從而保證量子通信技術可以在電力通信方面中得到廣泛的應用。

3.2 構建核心加密通信網

電力企業在發展過程中，電腦的數據信息常常會被一些黑客、病毒攻擊，從而導致整個用電行業的癱瘓，造成社會大面積的混亂。傳統的防火墻和信息過濾技術已經跟不上社會發展的腳步，不能解決一些黑客、病毒等問題，只有通過量子通信技術建立對應的加密通信網，并在網絡上任意兩個用戶之間實現量子通信技術的加密通信網，只有這樣才能保證電力企業的營銷、市場、辦公等業務的安全。

3.3 構建對點對量子加密保護通道

對于電通信方面的保護工作，需要采用光纖、復用2M的通道方式進行，只有這樣才能保證數據信息在傳遞過程中的實效性，但是卻不能保證數據具有較高的安全性。隨著社會不斷的發展，量子通信技術也發生了巨大的改變，一些兩點之間的量子通信技術慢慢的走向成熟化，通信距離也在逐漸擴大，并為光量子進行保護，從而跟上保障了電力通信相關數據信息的安全性[4]。

3.4 應急量子通信

如果發生自然災害，電力通信電等設備受到損害時，電力通信網絡就會進入癱瘓階段，如工作人員不能及時進行維修，從而造成大面積的網絡癱瘓?，F階段，量子隱形傳態技術已經得到了快速發展，并在各個領域中得到了廣泛的應用。利用該技術還可以有效的建立一項全新的量子衛星通信系統，保證電力通信方面的使用安全[5]。

4 總結

現階段，電網的安全運營對電力通信系統的發展來說有著直觀重要的關系。只有將量子通信技術在電力通信中進行廣泛應用，才能保證電力通信相關數據的使用安全，從而促進我國電力行業與電子行業的快速發展。本文對量子通信技術在電力通信方面的應用展望進行了簡單的分析，希望我國專業技術人員加強對量子通信技術在電力通信方面的研究。

參考文獻：

[1]嚴曉玲，江冬娜.量子通信技術及其在電力系統中的應用分析[J].通訊世界，2015（21）：8-9.

[2]王軒.量子保密通信網絡的動態路由及應用接入研究[D].西安電子科技大學，2014.

[3]劉世棟，李炳林，郭經紅，卜憲德.智能管道技術及其在電力通信網中的應用展望[J].電力信息與通信技術，2013（12）：6-10.