導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫(xiě)好一篇量子通信，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

然而，新聞報(bào)道透露的少量信息，還不足以使人們了解量子通信，并且質(zhì)疑的慣性也使人們對(duì)這一技術(shù)的實(shí)際狀態(tài)產(chǎn)生了懷疑。

量子是物理世界里最小的、不可分割的基本個(gè)體，因此可以說(shuō)所有物質(zhì)都是由量子組成的。量子具有非常奇妙的特性：量子疊加和量子糾纏。量子疊加原理使得量子的測(cè)量會(huì)被感知，是量子保密通信的基本邏輯。光量子通信主要基于量子糾纏理論，使用量子隱形傳態(tài)的方式實(shí)現(xiàn)信息傳遞，這是實(shí)現(xiàn)量子高速通信的基本邏輯。

一個(gè)量子可以有多個(gè)可能狀態(tài)的疊加態(tài)，只有在被觀測(cè)或測(cè)量時(shí)，才會(huì)隨機(jī)地呈現(xiàn)出某種確定的狀態(tài)，但是對(duì)量子的測(cè)量又會(huì)改變被測(cè)量量子的狀態(tài)。利用量子疊加原理，就可以實(shí)現(xiàn)量子密鑰分發(fā)，一旦有人試圖截獲或測(cè)試量子密鑰，就會(huì)改變量子狀態(tài)，發(fā)送方可以銷毀密鑰重新分發(fā)。量子不可克隆和不可分割的特性也保證了量子密鑰無(wú)法復(fù)制，實(shí)現(xiàn)了量子保密通信。

這種通信真的是無(wú)條件的絕對(duì)安全嗎？目前還沒(méi)有絕對(duì)安全的通信，不管多么保密的技術(shù)，最后都可能在人的身上功虧一簣，這是永遠(yuǎn)的安全悖論。

兩個(gè)量子的相互作用，還可以產(chǎn)生一種糾纏態(tài)，處于糾纏態(tài)的一對(duì)量子，不管距離多么遙遠(yuǎn)，只要其中一個(gè)量子的狀態(tài)發(fā)生變化，另一個(gè)量子也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的狀態(tài)變化，這就是量子糾纏。根據(jù)這個(gè)原理，只要觀測(cè)到一個(gè)量子的狀態(tài)，那么就能得到另一個(gè)遠(yuǎn)距離量子的狀態(tài)。也就是說(shuō)，由這種狀態(tài)變化就能實(shí)現(xiàn)瞬間通信，這就是量子的隱形傳態(tài)。

量子隱形傳態(tài)將粒子的未知量子態(tài)精確傳送到遙遠(yuǎn)地點(diǎn)而不用傳送粒子本身，因此在量子通信的宣傳中，得到這樣一個(gè)結(jié)論：量子通信的速度可以超越光速。

量子理論中，光的速度是極限速度，無(wú)法突破。但是量子糾纏理論在實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)下是經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的，難道真的可以突破光速嗎？這只有在更遠(yuǎn)的距離下才能驗(yàn)證。當(dāng)距離和速度接近于光速的量級(jí)時(shí)，能夠確保沒(méi)有各種抑制作用的產(chǎn)生嗎？別忘了經(jīng)典力學(xué)中的速度疊加在高速時(shí)就已經(jīng)不再成立，量子級(jí)別的狀態(tài)我們還遠(yuǎn)沒(méi)有探索完成。如果我們制作一個(gè)遠(yuǎn)距離的理想剛性框架，在其中一端轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，另一端也會(huì)瞬間改變狀態(tài)，理論上，這種信息傳輸速度也將超過(guò)光速。然而實(shí)際上，當(dāng)扭矩過(guò)大時(shí)，狀態(tài)的變化一定會(huì)滯后，這也可以類比到量子糾纏上。要將處于糾纏態(tài)的一對(duì)量子分置于非常遙遠(yuǎn)的距離并保持量子糾纏狀態(tài)并非易事，隱形傳態(tài)的實(shí)際速度會(huì)不會(huì)超越光速，也許會(huì)在墨子號(hào)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星上得到一些數(shù)據(jù)。

篇2

1、量子通信是指利用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型的通訊方式。量子通訊是近二十年發(fā)展起來(lái)的新型交叉學(xué)科，是量子論和信息論相結(jié)合的新的研究領(lǐng)域。

2、量子通信主要涉及：量子密碼通信、量子遠(yuǎn)程傳態(tài)和量子密集編碼等，近來(lái)這門(mén)學(xué)科已逐步從理論走向?qū)嶒?yàn)，并向?qū)嵱没l(fā)展。高效安全的信息傳輸日益受到人們的關(guān)注。基于量子力學(xué)的基本原理，并因此成為國(guó)際上量子物理和信息科學(xué)的研究熱點(diǎn)。

（來(lái)源：文章屋網(wǎng) ）

篇3

斯諾登說(shuō)，有人在監(jiān)聽(tīng)。

潘建偉說(shuō)，他們聽(tīng)不懂。

首顆“量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星”的發(fā)射成功，有望讓量子通信真正進(jìn)入廣域傳輸時(shí)代；其“測(cè)不準(zhǔn)”“不可克隆”等特性，使得其傳輸?shù)男畔⒃诶碚撋嫌啦粫?huì)被解密。

不過(guò)，發(fā)射衛(wèi)星只是一個(gè)起點(diǎn)，在“宏偉量子大廈”中，量子京滬干線正在飛速搭建，天地一體的廣域量子網(wǎng)絡(luò)倚馬可待，市場(chǎng)應(yīng)用不斷突破。在第二次“量子革命”中，中國(guó)正在領(lǐng)跑。

從三點(diǎn)一線到洲際傳播

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、杏林苑和濱湖新區(qū)……2008年10月，這三個(gè)合肥市內(nèi)本不相干的點(diǎn)，因?yàn)橐淮螌?shí)驗(yàn)連接在了一起。它們仨因?yàn)榻M成了三節(jié)點(diǎn)可擴(kuò)展的量子通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了全球首個(gè)量子保密電話系統(tǒng)建設(shè)，而被永久載入史冊(cè)。

隨后，五節(jié)點(diǎn)，四十六節(jié)點(diǎn)，合肥、濟(jì)南城域網(wǎng)，“京滬”城際網(wǎng)……量子通信網(wǎng)在不斷擴(kuò)展。將近十年后，隨著量子衛(wèi)星的發(fā)射成功，量子通信網(wǎng)絡(luò)真正可能升至 “廣域”“洲際”傳播，為信息保密傳輸畫(huà)上了“天地一體”的注腳。

提起量子通信這一“永不被解密”的安全傳輸方式，很多人覺(jué)得晦澀，而記者采訪了解到，這一技術(shù)已經(jīng)在市場(chǎng)上得以產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。以中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團(tuán)隊(duì)為技術(shù)依托的科大國(guó)盾量子技術(shù)股份有限公司，把量子通信帶到了日常生活中，形成了以量子密碼通信終端設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)交換/路由設(shè)備為核心的量子信息安全系統(tǒng)整體解決方案。

目前，工商銀行、北京農(nóng)商行等多家銀行率先試用了量子通信加密技術(shù)。作為首批用戶之一，工商銀行數(shù)據(jù)中心（北京）網(wǎng)絡(luò)部總經(jīng)理任長(zhǎng)清曾在接受采訪時(shí)介紹，現(xiàn)在工行試點(diǎn)的部門(mén)，就是通過(guò)國(guó)盾的量子加密技術(shù)，將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)中心傳輸?shù)酵堑牧硪粋€(gè)機(jī)房?jī)?nèi)?！皬睦碚撋现v，通過(guò)設(shè)備產(chǎn)生量子密鑰，再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密傳輸，是不會(huì)被竊取的，這對(duì)金融數(shù)據(jù)傳輸是非常有必要的?！?/p>

而將在2016年年底貫通的量子京滬干線，總長(zhǎng)2000多公里，建成后，目標(biāo)應(yīng)用于軍事、金融、政務(wù)等領(lǐng)域信息的安全傳輸。金融機(jī)構(gòu)、媒體、大型企業(yè)，都可以成為量子通信的用戶。

第二次量子革命我們?nèi)绾晤I(lǐng)跑？

量子信息技術(shù)方興未艾，這一領(lǐng)域的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)也在不斷加劇。2016年以來(lái)，歐美紛紛提出“第二次量子革命”計(jì)劃，加大基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面的投入。

2016年3月，歐盟委員會(huì)《量子宣言（草案）》，計(jì)劃于2018年啟動(dòng)10億歐元的量子技術(shù)項(xiàng)目。其中在量子通信方面，規(guī)劃5年內(nèi)突破量子中繼器核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)安全量子通信。10年內(nèi)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子網(wǎng)絡(luò)、量子信用卡應(yīng)用等，目標(biāo)融合量子通信與經(jīng)典通信，“保衛(wèi)歐洲互聯(lián)網(wǎng)安全”。美國(guó)更是將“量子躍遷”作為“6大科研前沿”之一，認(rèn)為人類正站在下一代量子革命的門(mén)檻上，量子力學(xué)正在導(dǎo)致變革性技術(shù)，必須加大投入促進(jìn)交叉性基礎(chǔ)研究。

在中科大上海研究院，張強(qiáng)教授告訴記者，他受邀參加了2016年5月在荷蘭阿姆斯特丹舉行的歐洲量子會(huì)議，這次會(huì)議上有參會(huì)者明確提出，歐洲要成為世界量子技術(shù)發(fā)展競(jìng)爭(zhēng)中的領(lǐng)導(dǎo)者，并提議建設(shè)類似于中國(guó)“量子通信京滬干線”的項(xiàng)目。

發(fā)射全球第一顆量子通信衛(wèi)星，無(wú)疑確立了我國(guó)在國(guó)際量子通信研究中的領(lǐng)跑地位。根據(jù)我國(guó)量子通信發(fā)展規(guī)劃，量子衛(wèi)星發(fā)射以后，2016年年底建成“量子通信京滬干線”，國(guó)內(nèi)初步形成廣域量子通信體系。到2030年左右，中國(guó)率先建成全球化的量子通信網(wǎng)絡(luò)。

2016年6月，國(guó)家發(fā)展改革委印發(fā)的《長(zhǎng)江三角洲城市群發(fā)展規(guī)劃》也為量子通信的實(shí)用化勾勒了藍(lán)圖。其中提出，加快城市群主要城市域量子通信網(wǎng)構(gòu)建，建成長(zhǎng)三角城市群廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)。積極建設(shè)“量子通信京滬干線”工程，推動(dòng)量子通信技術(shù)在上海、合肥、蕪湖等城市使用，促進(jìn)量子通信技術(shù)在政府部門(mén)、軍隊(duì)和金融機(jī)構(gòu)等應(yīng)用。

“我們的打算是在未來(lái)10年內(nèi)，形成天地一體的全球化量子通信基礎(chǔ)設(shè)施；形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈和下一代國(guó)家信息安全生態(tài)系統(tǒng)；構(gòu)建基于量子通信安全保障的未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)，也就是‘量子互聯(lián)網(wǎng)’?！迸私▊フf(shuō)。

讓產(chǎn)業(yè)應(yīng)用走得更快更健康

據(jù)了解，我國(guó)目前在全球量子通信競(jìng)爭(zhēng)中能處于領(lǐng)先地位，一方面得益于國(guó)家對(duì)量子信息領(lǐng)域發(fā)展的高度重視，同時(shí)也依靠科研工作者取得的一系列重大突破。

然而作為一項(xiàng)新興技術(shù)，即使技術(shù)積累和產(chǎn)業(yè)化方案都更成熟的我國(guó)，也同樣面臨著市場(chǎng)培育的困難。目前我國(guó)量子通信產(chǎn)業(yè)的主要應(yīng)用在軍事方面和政府部門(mén)，商業(yè)市場(chǎng)的接受度還有待提高。

“保密傳輸是減少損失，而不是帶來(lái)價(jià)值，或者說(shuō)它帶來(lái)的價(jià)值是隱性的，用戶很難顯性察覺(jué)得到。”科大國(guó)盾量子信息技術(shù)有限公司副總裁何煒說(shuō)，目前絕大多數(shù)合作伙伴都是在政府部門(mén)指導(dǎo)下，示范使用產(chǎn)品，真正花錢(qián)購(gòu)買、進(jìn)入商業(yè)化還需要一定的市場(chǎng)培育時(shí)間。

記者調(diào)研也發(fā)現(xiàn)，雖然量子通信產(chǎn)業(yè)化還在初期，一些“山寨”企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始借量子的名頭，為了提升股價(jià)或盡快上市，甚至只是買了兩套設(shè)備，就拿著正牌企業(yè)的資料和PPT到處宣講，炒作自己的量子概念。這些企業(yè)的不良行為，將會(huì)影響量子通信產(chǎn)業(yè)化的正常推進(jìn)。

篇4

奇妙的量子糾纏

量子力學(xué)和相對(duì)論是現(xiàn)論物理學(xué)的兩個(gè)根基。眾所周知，愛(ài)因斯坦是相對(duì)論的創(chuàng)始人，但鮮為人知的是，他也是量子力學(xué)的先驅(qū)。隨著量子力學(xué)的發(fā)展，愛(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn)，在量子世界中，處于糾纏態(tài)的兩個(gè)粒子，無(wú)論其相距多遠(yuǎn)，都存在某種神秘的“心電感應(yīng)”，一個(gè)粒子的狀態(tài)發(fā)生改變之后，另一個(gè)粒子的狀態(tài)瞬間也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，這就是奇妙的量子糾纏效應(yīng)。但相對(duì)論的相關(guān)理論同時(shí)也表明，物體運(yùn)動(dòng)或是信息傳遞是無(wú)法超越光速的，那么這兩個(gè)量子又是如何建立通信的呢？

量子糾纏的奇異性不僅在于它超越了空間，同時(shí)讓人疑惑的還有它的不確定性。這好比兩個(gè)黑箱中存放著一對(duì)既黑又白的“黑白球”，同常見(jiàn)的非黑即白的情況不同，打開(kāi)黑箱的瞬間會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)黑球或白球。這種不確定性加上奇異的超距作用，讓愛(ài)因斯坦這樣的大科學(xué)家也開(kāi)始懷疑起量子力學(xué)的科學(xué)性。

不過(guò)，經(jīng)過(guò)科學(xué)家多年的驗(yàn)證，這種幽靈般的糾纏效應(yīng)確實(shí)是存在的。密碼學(xué)家認(rèn)為，奇妙的量子糾纏效應(yīng)能夠?yàn)橥ㄐ盘峁┑锰飒?dú)厚的隨機(jī)密鑰，建立起牢不可破的保密通信系統(tǒng)――量子通信。

“墨子號(hào)”翱翔天際

墨子最早提出光線沿直線傳播，并設(shè)計(jì)了小孔成像實(shí)驗(yàn)，他是我國(guó)科學(xué)研究的先驅(qū)。作為全球首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，“墨子號(hào)”正是由此得名。

量子通信應(yīng)用了量子糾纏效應(yīng)，由于糾纏態(tài)量子的不確定性，因此將其用于量子通信產(chǎn)生的密鑰也是完全隨機(jī)的，且能保證一次一密。一旦密鑰被截獲，量子的狀態(tài)就會(huì)發(fā)生改變，而接收者則能根據(jù)密鑰出錯(cuò)的概率察覺(jué)到被竊聽(tīng)，這就保證了量子通信加密的信息無(wú)法被破譯。

盡管量子通信的保密性毋庸置疑，但在地面上，由于量子在地面光纖網(wǎng)絡(luò)等介質(zhì)中傳輸?shù)膿p耗，有限的傳輸距離逐漸成為困擾量子通信的攔路虎。通過(guò)發(fā)射量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，數(shù)十千米的大氣層對(duì)量子的損耗要比光纖等介質(zhì)小很多，因此保障了量子糾纏源能在更大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的遠(yuǎn)距離量子通信。

量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”高約1.7米，重約640千克，在約500千米高度的近地軌道上運(yùn)行。它上面搭載了量子糾纏源、量子糾纏發(fā)射機(jī)、量子密鑰通信機(jī)和量子實(shí)驗(yàn)控制和處理機(jī)，整個(gè)系統(tǒng)正是通過(guò)制備和分發(fā)糾纏態(tài)的光量子成功實(shí)現(xiàn)量子通信。“墨子號(hào)”在發(fā)射后，還將與建在北京興隆、新疆南山、青海德令哈、云南麗江的4個(gè)量子通信地面站和建在阿里的量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行通信對(duì)接，進(jìn)行一系列的量子科學(xué)和通信安全實(shí)驗(yàn)。在高速運(yùn)動(dòng)的“墨子號(hào)”上，它產(chǎn)生的兩個(gè)糾纏光量子將分別奔向相距上千千米的地面站，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了“針尖對(duì)麥芒”所需的高精度。整個(gè)過(guò)程必須保證精確的對(duì)準(zhǔn)，這也在一定程度上反映了“墨子號(hào)”在設(shè)計(jì)上的精細(xì)度。

廣域量子網(wǎng)絡(luò)指日可待

篇5

在當(dāng)今社會(huì)，人們的各項(xiàng)社會(huì)活動(dòng)都與通信有著密切關(guān)系，通信信息的安全也變得愈加重要。傳統(tǒng)通信信息的保護(hù)主要依靠密碼加密技術(shù)，其安全性主要是基于某些數(shù)學(xué)假設(shè)或者計(jì)算復(fù)雜度。但是隨著計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力的大幅度提高，傳統(tǒng)加密技術(shù)已無(wú)法滿足人們對(duì)通信的安全需求。而采用量子比特對(duì)信息進(jìn)行編碼，從而實(shí)現(xiàn)絕對(duì)安全傳輸?shù)牧孔油ㄐ拍軌蚪鉀Q這一難題。到目前為止，星地量子密鑰分發(fā)［1］已經(jīng)不存在任何理論上的瓶頸。相對(duì)于光纖，自由空間基本上可以忽略雙折射，在真空環(huán)境中光幾乎可以無(wú)損傳輸。所以，通過(guò)建立以城域量子通信網(wǎng)為基礎(chǔ)，利用衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)各個(gè)城域網(wǎng)的相互連接，能夠建立全球量子通信網(wǎng)絡(luò)。因此自由空間［23］已經(jīng)成為各國(guó)研究的熱點(diǎn)，美國(guó)、日本和歐盟都在積極進(jìn)行自由空間密鑰分配實(shí)驗(yàn)。

星地量子通信試驗(yàn)系統(tǒng)是我國(guó)首次進(jìn)行的星地量子通信試驗(yàn)，通過(guò)衛(wèi)星平臺(tái)的中轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)相距遙遠(yuǎn)的兩個(gè)區(qū)域之間的量子通信，真正體現(xiàn)了量子通信向廣域范圍發(fā)展的可能性。本文主要介紹了自由空間量子通信試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，文章分為3部分，第1部分介紹系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)和工作過(guò)程，第2部分介紹系統(tǒng)的整體框架和具體功能模塊設(shè)計(jì)，第3部分介紹系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果。

1系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

系統(tǒng)的總體目標(biāo)是通過(guò)空間平臺(tái)的量子通信載荷和地面工作站形成天地一體化的試驗(yàn)平臺(tái)，驗(yàn)證星地間量子密鑰分發(fā)的可行性，從而為利用衛(wèi)星建立廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)奠定基礎(chǔ)。量子通信的收發(fā)方通過(guò)發(fā)送量子信號(hào)，實(shí)現(xiàn)星地時(shí)間同步，完成量子密鑰分配試驗(yàn)，密鑰產(chǎn)生率可達(dá)到1~10kbps。

1.2系統(tǒng)工作過(guò)程

系統(tǒng)采用偏振態(tài)編碼的BB84［4］協(xié)議實(shí)現(xiàn)量子通信，同時(shí)采用誘騙態(tài)協(xié)議［5］抵抗PNS攻擊，以保證系統(tǒng)安全。

圖1是量子通信試驗(yàn)系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，左邊為發(fā)送方，右邊為接收方，他們通過(guò)自由空間（量子信道）和經(jīng)典信道相聯(lián)。

圖1量子通信試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

 下面從電子學(xué)的角度，介紹量子通信試驗(yàn)系統(tǒng)的基本工作過(guò)程。

在量子通信開(kāi)始后，發(fā)送端的電子學(xué)系統(tǒng)通過(guò)調(diào)制信號(hào)光脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)激光二極管產(chǎn)生4路量子光信號(hào)，同時(shí)輸出同步脈沖驅(qū)動(dòng)激光二極管產(chǎn)生同步光信號(hào)，4路信號(hào)光在光耦合模塊被調(diào)制為4種偏振光，并和同步光經(jīng)過(guò)WDM（Wavelength Division Multiplexing，波分復(fù)用）耦合為1路光信號(hào)，傳輸給接收方。同時(shí)，發(fā)射方還要完成對(duì)同步脈沖的高精度時(shí)間測(cè)量。

光信號(hào)到達(dá)接收端之后，經(jīng)WDM將同步光信號(hào)和量子光信號(hào)分離。同步光源經(jīng)APD（Avalanche Photo Diode，雪崩光電二極管，也稱單光子探測(cè)器）測(cè)量，產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)入接收端電子學(xué)系統(tǒng)作高精度時(shí)間測(cè)量；量子光信號(hào)經(jīng)過(guò)偏振控制器作4種偏振態(tài)測(cè)量，產(chǎn)生的脈沖信號(hào)同樣進(jìn)入接收端電子學(xué)系統(tǒng)做高精度時(shí)間測(cè)量。這樣經(jīng)過(guò)一次完整的量子密鑰分發(fā)之后，收發(fā)雙方通過(guò)經(jīng)典信道進(jìn)行交互，對(duì)量子通信產(chǎn)生的原始密鑰進(jìn)行基矢對(duì)比、經(jīng)典糾錯(cuò)和隱私放大，得到最終可用的密鑰，完成整個(gè)密鑰分發(fā)過(guò)程。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

量子通信試驗(yàn)系統(tǒng)是在高精度捕獲和跟瞄系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)地面與衛(wèi)星之間建立超遠(yuǎn)距離量子信道的基礎(chǔ)上，通過(guò)量子通信載荷和地面控制單元實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星與地面之間以量子密鑰為核心的絕對(duì)安全的保密通信試驗(yàn)，量子通信載荷在地面控制單元注入指令的控制下完成量子密鑰的分發(fā)以及數(shù)據(jù)后處理過(guò)程，通過(guò)對(duì)量子通信試驗(yàn)系統(tǒng)的需求分析，系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框架圖如圖2所示。

圖2量子通信試驗(yàn)系統(tǒng)總體框架

系統(tǒng)主要由系統(tǒng)初始化模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、量子通信控制模塊、試驗(yàn)數(shù)據(jù)后處理模塊等組成，其中量子通信控制模塊包括隨機(jī)數(shù)制備模塊、量子通信收發(fā)控制模塊和溫度控制模塊3部分。系統(tǒng)的初始化模塊主要負(fù)責(zé)維護(hù)量子通信試驗(yàn)的正確性，避免設(shè)備因未初始化而導(dǎo)致試驗(yàn)失敗；數(shù)據(jù)管理模塊主要負(fù)責(zé)與外部數(shù)據(jù)進(jìn)行交互，由指令解析與數(shù)傳處理兩部分組成，完成對(duì)量子通信試驗(yàn)控制指令的解析以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、信息交互功能；量子通信控制模塊由隨機(jī)數(shù)制備模塊、量子通信收發(fā)控制模塊、溫度控制模塊3部分組成，負(fù)責(zé)對(duì)量子通信試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行控制，制備隨機(jī)數(shù)，控制激光器發(fā)光以及開(kāi)關(guān)單光子探測(cè)器進(jìn)行測(cè)量等；試驗(yàn)數(shù)據(jù)后處理模塊包括科學(xué)數(shù)據(jù)存取模塊、基矢校驗(yàn)?zāi)K、密鑰糾錯(cuò)模塊、隱私放大模塊和密鑰應(yīng)用模塊等部分，主要完成量子通信試驗(yàn)所獲數(shù)據(jù)的后處理工作。

系統(tǒng)初始化后通過(guò)數(shù)據(jù)管理模塊完成數(shù)據(jù)的采集和解析，根據(jù)指令解析的結(jié)果通過(guò)量子通信控制模塊完成對(duì)量子通信試驗(yàn)流程的控制，存儲(chǔ)科學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行試驗(yàn)后處理，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)后處理模塊進(jìn)行基矢校驗(yàn)、密鑰糾錯(cuò)和隱私放大，最終得到共有密鑰。軟件工作流程如圖3所示。

圖3軟件系統(tǒng)工作流程

2.1系統(tǒng)初始化模塊

系統(tǒng)初始化模塊用來(lái)確保系統(tǒng)的初始狀態(tài)正確，避免因未初始化而導(dǎo)致試驗(yàn)失敗，是試驗(yàn)正常進(jìn)行的保障。系統(tǒng)初始化模塊由硬件邏輯初始化和定時(shí)器中斷初始化兩部分組成。系統(tǒng)上電后，首先運(yùn)行系統(tǒng)初始化單元，在初始化成功后才進(jìn)入其它單元，從而保證了系統(tǒng)的安全性。

2.2數(shù)據(jù)管理模塊

數(shù)據(jù)管理模塊是量子通信試驗(yàn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要模塊，它負(fù)責(zé)與外部進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，采集量子通信試驗(yàn)系統(tǒng)所需的控制指令數(shù)據(jù)并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)管理模塊主要由指令處理和數(shù)傳處理模塊兩部分組成。指令處理模塊主要對(duì)系統(tǒng)采集的指令數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，并根據(jù)解析結(jié)果進(jìn)行下一步操作；數(shù)傳處理模塊則主要完成系統(tǒng)和外部的數(shù)據(jù)交互，交互的數(shù)據(jù)包括時(shí)間測(cè)量數(shù)據(jù)、隨機(jī)數(shù)數(shù)據(jù)以及指令執(zhí)行狀態(tài)數(shù)據(jù)。

 系統(tǒng)采用指令驅(qū)動(dòng)的方式進(jìn)行工作。上電后，系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行工作，然后通過(guò)數(shù)據(jù)管理模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。數(shù)據(jù)管理模塊的工作流程為：首先利用指令處理模塊讀取采集到的數(shù)據(jù)并組包，對(duì)于組包后的指令數(shù)據(jù)按照RS422數(shù)據(jù)協(xié)議進(jìn)行解析，并根據(jù)解析結(jié)果對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行下一步操作，同時(shí)，對(duì)于產(chǎn)生的科學(xué)數(shù)據(jù)按照LVDS數(shù)據(jù)協(xié)議在系統(tǒng)和外部之間進(jìn)行傳輸。該模塊的實(shí)現(xiàn)流程如圖4所示。

2.3量子通信控制模塊

量子通信控制模塊主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)量子通信試驗(yàn)流程的控制，它主要包括隨機(jī)數(shù)制備模塊、量子收發(fā)控制模塊和溫度控制模塊3部分。隨機(jī)數(shù)模塊主要是產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，量子收發(fā)控制模塊主要 實(shí)現(xiàn)對(duì)量子收發(fā)硬件電路的控制功能，溫度控制模塊則主要完成激光器和單光子探測(cè)器的自動(dòng)溫度控制功能。

圖4指令處理模塊工作流程

2.3.1隨機(jī)數(shù)制備模塊

隨機(jī)數(shù)制備模塊的主要功能是產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)數(shù)據(jù)，生成的隨機(jī)數(shù)數(shù)據(jù)用來(lái)調(diào)制發(fā)射光脈沖。隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生有兩種方案，一種是偽隨機(jī)數(shù)方法，另外一種是真隨機(jī)數(shù)方法。偽隨機(jī)數(shù)算法是基于LFSR（LinearFeedback shiftRegister，線性反饋移位寄存器）的算法，但根據(jù)試驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)其隨機(jī)性并不是特別好，所以這里我們采取真隨機(jī)數(shù)的實(shí)現(xiàn)方法。真隨機(jī)數(shù)的實(shí)現(xiàn)采用數(shù)字電路內(nèi)部時(shí)鐘抖動(dòng)來(lái)完成，首先產(chǎn)生一個(gè)一定頻率的時(shí)鐘，然后用同樣方法產(chǎn)生一個(gè)與前一個(gè)時(shí)鐘頻率相近的時(shí)鐘來(lái)采集前一個(gè)時(shí)鐘。由于Jitter的存在，使得采樣結(jié)果可能是1也可能是0，采樣結(jié)果經(jīng)過(guò)一定處理即得到隨機(jī)數(shù)。

2.3.2量子收發(fā)控制模塊

量子收發(fā)控制模塊的主要功能是通過(guò)對(duì)量子收發(fā)硬件電路的控制，完成對(duì)量子通信試驗(yàn)流程的控制。量子收發(fā)控制模塊負(fù)責(zé)的試驗(yàn)流程有：能夠結(jié)合GPS脈沖控制量子通信的開(kāi)始和結(jié)束；在量子通信過(guò)程中，能夠通過(guò)生成的隨機(jī)數(shù)數(shù)據(jù)控制激光器發(fā)光和其發(fā)光強(qiáng)度；能夠通過(guò)控制同步光電路，開(kāi)關(guān)同步光激光器，控制同步光源狀態(tài)，為量子密鑰分配做準(zhǔn)備；能夠通過(guò)控制APD（單光子探測(cè)器），進(jìn)行單光子探測(cè)；能夠結(jié)合時(shí)間測(cè)量芯片，采集并存儲(chǔ)時(shí)間測(cè)量數(shù)據(jù)。量子收發(fā)控制模塊的控制主要通過(guò)讀寫(xiě)寄存器控制相關(guān)硬件電路進(jìn)行，具體的通信控制模塊流程如圖5所示。

圖5量子收發(fā)控制模塊的工作流程

2.3.3溫度控制模塊

溫度控制模塊是量子通信試驗(yàn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要模塊，它能夠通過(guò)采集得到的溫度信息的值和激光器/單光子探測(cè)器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)溫度控制，從而為激光器和單光子探測(cè)器提供保護(hù)。溫控算法采用增量式的數(shù)字PID算法［6，7］，能夠通過(guò)一種串行校正方法通過(guò)對(duì)輸入量進(jìn)行比例積分微分運(yùn)算得到相應(yīng)控制量，這種溫控算法的溫控精度能夠達(dá)到0.5°C 。

2.4試驗(yàn)數(shù)據(jù)后處理模塊

試驗(yàn)數(shù)據(jù)后處理模塊完成量子通信試驗(yàn)的數(shù)據(jù)后處理過(guò)程，經(jīng)過(guò)基矢校驗(yàn)、密鑰糾錯(cuò)、隱私放大處理過(guò)程，得到最終密鑰。它可以分為科學(xué)數(shù)據(jù)存取、基矢校驗(yàn)、密鑰糾錯(cuò)、隱私放大、密鑰應(yīng)用等5部分。

 科學(xué)數(shù)據(jù)存取模塊主要完成的是試驗(yàn)數(shù)據(jù)后處理模塊的預(yù)處理工作，將制備的隨機(jī)數(shù)數(shù)據(jù)和量子通信產(chǎn)生的科學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到Flash中。

 基矢校驗(yàn)?zāi)K完成的是與地面交互，提取通信原始密鑰的過(guò)程。通信雙方首先通過(guò)在經(jīng)典通道傳輸GPS時(shí)間數(shù)據(jù)以及同步光時(shí)間數(shù)據(jù)，同步雙方時(shí)間，然后選擇保留其基矢相同的部分?jǐn)?shù)據(jù)，將基矢不同的數(shù)據(jù)丟掉，最終得到原始密鑰。具體過(guò)程如圖6所示。

圖6基矢校驗(yàn)流程

在量子密鑰分發(fā)過(guò)程中，由于信道干擾、光學(xué)調(diào)整存在誤差、接收方存在暗記數(shù)等原因，難免會(huì)引入一些錯(cuò)誤，這最終可能導(dǎo)致通信雙方所擁有的密鑰存在差異性。而密鑰糾錯(cuò)就是對(duì)原始密鑰中的誤碼進(jìn)行糾錯(cuò)處理。經(jīng)典的糾錯(cuò)算法如Cascade算法，通過(guò)將原始密鑰進(jìn)行分段，對(duì)于每一段密鑰分別使用奇偶校驗(yàn)，尋找并糾正每段錯(cuò)誤，并通過(guò)迭代完成對(duì)所有數(shù)據(jù)的糾正。但該方法需要非常多的交互，影響了其在工程上的使用。本系統(tǒng)中的密鑰糾錯(cuò)則使用基于漢明碼的類Cascade糾錯(cuò)法［8］，在保證系統(tǒng)性能的情況下，減少了交互次數(shù)，在工程中取得了不錯(cuò)的效果。密鑰糾錯(cuò)過(guò)程如圖7所示。

圖7密鑰糾錯(cuò)流程

 糾錯(cuò)后的數(shù)據(jù)并不能保證絕對(duì)安全，隱私放大模塊就是通過(guò)對(duì)糾錯(cuò)后的密鑰數(shù)據(jù)進(jìn)行隱私放大，以保證數(shù)據(jù)的絕對(duì)安全性。隱私放大過(guò)程如下:首先，根據(jù)指令給出的安全系數(shù)M生成1 024*M的隨機(jī)矩陣R；其次，將糾錯(cuò)后的密鑰按照1 024比特切分成段；最后，將每一段切分得到的密鑰數(shù)據(jù)與隨機(jī)矩陣R相乘得到安全密鑰數(shù)據(jù)。 

3系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果

目前，此系統(tǒng)已成功應(yīng)用于自由空間1.4km量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)，我們?cè)O(shè)定每組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行15分鐘的量子密鑰分發(fā)，通過(guò)多組試驗(yàn)測(cè)試，從表中結(jié)果可以看到最終密鑰成碼率大于1.5Kbps，信號(hào)態(tài)誤碼率小于2%，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)，很好地滿足了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求。

表1試驗(yàn)成碼率和誤碼率

實(shí)驗(yàn)組數(shù) 1 2 3 4 5成碼率 (bps） 1 520 1 642 1 806 2 143 1 586誤碼率（%） 1.31 1.55 1.22 1.488 1.684結(jié)語(yǔ)

本文給出了量子通信試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案。該方案很好地滿足了星載量子通信試驗(yàn)系統(tǒng)的試驗(yàn)流程控制需求，同時(shí)采用漢明碼的密鑰糾錯(cuò)方案，有效地解決了數(shù)據(jù)處理中糾錯(cuò)效率和通信次數(shù)的矛盾。目前，該系統(tǒng)已被應(yīng)用于自由空間量子密鑰分發(fā)試驗(yàn)中，系統(tǒng)運(yùn)行正常，能夠較好地完成量子密鑰分發(fā)試驗(yàn)。

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【關(guān)鍵詞】光存儲(chǔ)電磁感生透明暗態(tài)極化聲子絕熱相干操控

一、全光型光纖通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

二十一世紀(jì)是信息高度發(fā)展的世紀(jì)，信息技術(shù)已經(jīng)逐漸滲透到人們?nèi)粘Ｉ钪械母鱾€(gè)方面，并發(fā)揮著不可替代的作用。隨著人們對(duì)于信息技術(shù)的需求不斷增加，信息傳遞技術(shù)的創(chuàng)新迫在眉睫，如何才能滿足信息量日益增多的現(xiàn)狀成為信息傳遞首要解決的難題。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)而言，激光是滿足日益復(fù)雜信息傳遞的最佳工具，因此催生了全光通信技術(shù)的發(fā)展。

目前研究的重點(diǎn)就是利用何種技術(shù)結(jié)合先進(jìn)的光學(xué)材料來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于光信號(hào)的隨意控制。上世紀(jì)末美國(guó)率先解決了對(duì)于光脈沖群速度的隨意控制難題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于光信息的人工控制，這意味著光存儲(chǔ)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。

二、電磁感生透明及原子介質(zhì)中的光群速減慢

電磁感生透明也是由美國(guó)科學(xué)家提出的新概念，電磁感生透明是種量子干涉效效應(yīng)，電磁感生透明的意思是指在光吸收的介質(zhì)中，假設(shè)用兩個(gè)具有輕微失諧的光脈沖共同作用于該介質(zhì)，在共振的情況下，光吸收介質(zhì)就變?yōu)榱斯馔该鹘橘|(zhì)。一旦出現(xiàn)電磁感生透明現(xiàn)象，光脈沖的群速度也會(huì)相應(yīng)降低，而且降低的幅度也比較大，并且可以將光信息以原子態(tài)的形式儲(chǔ)存?，F(xiàn)階段研究人員提出要想實(shí)現(xiàn)電磁感生透明現(xiàn)象，必須要滿足兩個(gè)基本條件，其一就是必須有兩束光，而且相位和頻率必須固定，一束光作為控制光線，一般情況下都是脈寬比較寬的脈沖，另外一束則為信號(hào)光束，其光束的強(qiáng)度比控制光束的強(qiáng)度要小很多。再者兩束光線必須都能與三能級(jí)原子介質(zhì)發(fā)生相互作用，還必須滿足共振條件。上述兩種條件都能滿足的光束能夠使原子處于暗態(tài)，進(jìn)而提高光介質(zhì)的透明率。換句話說(shuō)調(diào)整光的強(qiáng)度就能夠控制原子介質(zhì)的投射率，也就是色散情況，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)于光脈沖信號(hào)群速度的控制。

電磁感生透明現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，最為重要的應(yīng)用就是控制光脈沖的速度，在此之前已經(jīng)能夠?qū)⒐饷}沖的群速度降低，但是降低的幅度較小，還不能滿足人們生活生產(chǎn)的需要，電磁感生透明技術(shù)能夠有效降低光脈沖的群速度，并且通過(guò)進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，利用相干操控技術(shù)，光脈沖群速度與慢光之間還能進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化。

光存儲(chǔ)的暗態(tài)極化聲子理論及原子介質(zhì)中的光存儲(chǔ)

隨著電磁感生透明技術(shù)的發(fā)展，人們不僅要控制光脈沖群速度，而且要讓其完全停下來(lái)。如果能夠?qū)⒐饷}沖的群速度完全的停止下來(lái)，就能實(shí)現(xiàn)全光通信中的光儲(chǔ)存。經(jīng)過(guò)人們不懈努力，現(xiàn)在終于能夠通過(guò)冷原子和熱原子實(shí)現(xiàn)將光脈沖的群速度完全的控制下來(lái)，光儲(chǔ)存技術(shù)的關(guān)鍵就是要?jiǎng)?chuàng)設(shè)合適的環(huán)境，也就是說(shuō)在對(duì)光脈沖群速度的完全停止過(guò)程中，絕熱地關(guān)掉，并打開(kāi)控制光束，對(duì)于絕熱開(kāi)關(guān)的過(guò)程其實(shí)就是光儲(chǔ)存的過(guò)程。

目前德國(guó)科學(xué)家又提出一個(gè)新的概念叫做暗態(tài)極化聲子，該概念已經(jīng)能夠定量的計(jì)算出操控光脈沖群速度并且將信息儲(chǔ)存的具體方式，主要方法就是將光脈沖函數(shù)與原子函數(shù)共同組成一個(gè)波函數(shù)，當(dāng)進(jìn)行光儲(chǔ)存過(guò)程時(shí)，在兩束光束處于暗態(tài)的前提下，光脈沖與原子脈沖組成的新粒子將會(huì)穩(wěn)定的傳遞，這其中最為關(guān)鍵的就是光脈沖攜帶的信息和原子態(tài)可以通過(guò)光強(qiáng)的改變而被人工控制，隨著暗態(tài)極化聲子技術(shù)的出現(xiàn)，大大縮短了人們研究光儲(chǔ)存的時(shí)間，很快就有研究人員表示能夠?qū)崿F(xiàn)光脈沖的儲(chǔ)存和自由釋放，時(shí)間長(zhǎng)達(dá)一毫秒甚至是兩百微秒，并且隨著研究的不斷深入，光儲(chǔ)存的時(shí)間還會(huì)更長(zhǎng)。現(xiàn)階段人們不單單是研究其他介質(zhì)的光儲(chǔ)存，而且將研究對(duì)象轉(zhuǎn)向了固體介質(zhì)中的光儲(chǔ)存，并且已經(jīng)在常溫晶體中取得了較為明顯的成就。

我國(guó)在光儲(chǔ)存及光脈沖群速度的控制研究中，一直處于世界前列。對(duì)于電磁感生透明技術(shù)為代表的量子干涉技術(shù)的研究也一直在不斷的深入中。我國(guó)率先提出了將電磁感生透明技術(shù)以量子形式儲(chǔ)存應(yīng)用在全光通信中這一概念。并且已經(jīng)開(kāi)始致力與研究多能級(jí)構(gòu)型的原子介質(zhì)中不同光束的相干控制及稀有氣體原子的電磁感生透明現(xiàn)象，而且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)達(dá)二十五微秒的光儲(chǔ)存。隨著量子技術(shù)的發(fā)展，人們的研究范圍也將突破現(xiàn)有的光脈沖儲(chǔ)存，進(jìn)一步擴(kuò)大到遠(yuǎn)距離量子通信技術(shù)的研究。

三、總結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段人類在量子光學(xué)研究尤其是量子干涉中已經(jīng)取得了巨大的成就，為全光通信的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)可能，但是還有很長(zhǎng)的研究之路要走，我們要在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，繼續(xù)深入研究量子干涉技術(shù)，爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)全光通信。

參考文獻(xiàn)

[1]羅有華.冷原子在靜電勢(shì)阱中的量子力學(xué)效應(yīng)[J].物理學(xué)報(bào). 2002

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關(guān)鍵詞：量子信息論；信道容量；光通信

中圖分類號(hào)：N031 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1005-913X（2012）08-0163-01

一、引言

信息論或者稱為通信的數(shù)學(xué)理論，是研究信息的傳輸、存儲(chǔ)和處理的科學(xué)。Shannon信息論是其主要代表。而在量子世界里，信號(hào)的物理特性與其所傳輸?shù)男畔⑼耆o密聯(lián)系，從而產(chǎn)生了量子信息論。近年來(lái)，量子密碼技術(shù)、量子通信、量子計(jì)算、量子模擬、量子度量學(xué)等方面都取得了很大進(jìn)展[1]如今，光通信中有關(guān)信息論的相關(guān)理論已成為人們關(guān)心的課題。本文將對(duì)量子信息學(xué)在光通信中的應(yīng)用進(jìn)行分析和比較。

二、Shannon信息論

（一）信息熵的概念

Shannon從研究通信系統(tǒng)傳輸?shù)膶?shí)質(zhì)出發(fā)提出了信息熵H（X）的概念 [2]

I（X；Y） = H（X）-H（X/Y） （1）

也可表示為：

■ （2）

（二）信道容量

信道容量C，它反應(yīng)了信道傳輸信息的能力，是信道特性的參量。

C=max{I（X；Y）} （bit/event） （3）

Shannon對(duì)信道研究后發(fā)現(xiàn)由高斯信道可推導(dǎo)出Shannon公式[2]

C=Bln=Bln

■ （4）

N0是每單位頻率的信噪比，B是帶寬。

高斯信道中的信息量達(dá)到極限時(shí)[6]：

C=limB ln（1+S/（N0*W））=■lne=1.44■（bit） （5）

三、量子信息論

量子信息論采用與信息論相類似的方式向前發(fā)展。 [3] 在量子信息論中常用量子位或者量子比特表示信息單位。如|Ψ>=α|0>+β|1>（|α|2+|β|2=1），|Ψ>，又稱為疊加態(tài)。

量子比特之所以與比特有如此大的差異是因?yàn)榱孔討B(tài)是相互糾纏的。

（一）馮諾依曼（Von Neumann）熵

與經(jīng)典信息論相似，量子信息論定義了馮諾依曼（Von Neumann）熵為：

S（ρ）=-Trρlogρ （6）

當(dāng)組成混合態(tài)系統(tǒng)的每個(gè)純態(tài)是相互正交時(shí)，（6）式退化為

S（ρ）=-Trρlogρ=■pilogpi （7）

馮諾依曼（Von Neumann）熵等于Shannon熵；而當(dāng)各純態(tài)相互不正交時(shí)，可證明系統(tǒng)的馮諾依曼熵將小于Shannon熵。

（二）量子信道與信道容量

在量子信息論中有三種信道容量概念：①無(wú)經(jīng)典輔助條件下傳輸完整量子信息的信道容量Q（N）②只傳輸經(jīng)典信息時(shí)的信道容量C（N）③在一般信道輔助下傳輸量子信息的信道容量Q2（N）。Q（N）與C（N）的定義形式相同；如Q（N）定義為：對(duì)于任意大的n和任意小的ε，當(dāng)n個(gè)量子比特的每個(gè)量子態(tài)|φ>經(jīng)過(guò)編碼、信道傳輸和解碼后的保真度都大于1 -ε 時(shí)的量子信道的最大傳輸速率；用數(shù)學(xué)公式可精確地表示為

Q（N）=■■sup{■：■m，E，D

■ψ∈H2n>1-ε （8）

但是，對(duì)于絕大多數(shù)的有噪聲量子信道，這種容量并不能計(jì)算出具體值，而僅是一個(gè)取值范圍。

在信息論中，Q（N）可通過(guò)干信息來(lái)描述，而C（N）完全由可獲信息來(lái)確定。

四、光纖通信中的信息量

在光量子信道中，對(duì)于頻率fi，輸出信號(hào)的平均量子數(shù)為

yi=xi+ni （9）

假設(shè)xi與ni 統(tǒng)計(jì)獨(dú)立。設(shè)xi，ni，yi的概率密度函數(shù)為p（xi），p（ni），p（yi），則p（yi/xi）=p（ni）。[5]在特定頻率fi上，光量子信道的平均互信息[4]

I（yi；xi）=H（yi）- H（ni） （10）

因?yàn)楣潭〞r(shí)間間隔t，t=■，所以單位時(shí)間內(nèi)的平均互信息

I（X；Y）=■■I（yi；xi）=H（Y）-H（n） （11）

在fi上，假設(shè)接收信號(hào)的光量子的離散能譜為

EI=hfi （h是普朗克常數(shù)） （12）

由于熱輻射，光量子的波動(dòng)服從Gibb分布

P（ni）=■ （13）

可得光量子的波動(dòng)引起的噪聲熵

H（nI）=π2Kt/3hln2 （14）

由（12）式，可得單位時(shí)間內(nèi)信號(hào)的平均能量

S=EI=■■■xi ρ（xi）hfi （15）

而輸出信號(hào)的平均功率是

■■■yi ρ（yi）hfi

=S+■■■ni ρ（ni）hfi （16）

所以，對(duì)于窄帶的光量子信道，帶寬f

就等于Shannon信道容量公式。

五、結(jié)束語(yǔ)

Shannon信息論是一套數(shù)學(xué)理論，而在物理效應(yīng)非常明顯的量子世界里討論信息問(wèn)題時(shí)，量子信息論起著支柱作用。它的實(shí)用性在量子密碼通信和量子計(jì)算機(jī)已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)。[7]現(xiàn)代信息論的理論與方法變得更加全面和深刻。必將在包括光通信在內(nèi)的廣闊通信領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周正威，等.量子信息技術(shù)縱覽[J].科學(xué)通報(bào)，2012（17）.

篇8

以下三個(gè)案例，或許對(duì)家長(zhǎng)有所啟發(fā)。

媽媽怕吃虧，女兒不合群

婉婉是幼兒園里出了名的小氣鬼，才5歲的小姑娘，對(duì)自己的東西特別有意識(shí)，而且遇到糾紛強(qiáng)硬得很，打人罵人是常有的事，所以，誰(shuí)都不愿意跟她一起玩。小朋友一起做游戲，相互交換玩具是難免的，有糾紛也是難免的，通常不會(huì)鬧出大亂子，多數(shù)情況老師不必出面，孩子們便能自己解決問(wèn)題，但偏偏婉婉不是省心的主兒，很容易把小摩擦升級(jí)為大矛盾。

“別碰我的東西！那是我的！”這是婉婉的口頭禪。只要聽(tīng)到這聲斷喝，老師就緊張，因?yàn)榻酉聛?lái)一定會(huì)有人哭——不是婉婉，而是惹婉婉的小朋友——然后是大家一起對(duì)婉婉起哄，噓她，最后是婉婉一個(gè)人坐在地上放聲大哭。

以上劇情經(jīng)常上演，倒也沒(méi)什么奇怪的，孩子會(huì)慢慢改變自己，適應(yīng)環(huán)境。奇怪的是，如果婉婉媽恰好在場(chǎng)，她不是安慰女兒、開(kāi)導(dǎo)女兒，而是抱起女兒，說(shuō)“別哭，是別人先搶你東西的，是別人不對(duì)”之類的話，然后在眾人的錯(cuò)愕目光中揚(yáng)長(zhǎng)而去。

婉婉媽不認(rèn)為自己是個(gè)吃不得虧的人，反而認(rèn)定自己是吃虧的命。她認(rèn)為女兒太單純、太聽(tīng)話，性格軟弱，總被小朋友欺負(fù)，所以她要有意識(shí)地支持女兒勇敢反抗。她何以對(duì)女兒有如此錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)？這要從她自己的成長(zhǎng)說(shuō)起。

婉婉媽和苗苗媽從中學(xué)到大學(xué)一直是同學(xué)，同年生孩子，平時(shí)也經(jīng)常來(lái)往，但相處得并不和睦。婉婉媽覺(jué)得苗苗媽太強(qiáng)勢(shì)，從小到大各方面總壓自己一頭，苗苗也挺強(qiáng)勢(shì)，一起玩游戲時(shí)總喜歡指揮婉婉，于是極不服氣，好幾次兩家聚會(huì)不歡而散。婉婉媽總是教訓(xùn)女兒：“媽媽告訴你，下次苗苗讓你干這干那，你不要聽(tīng)她的。她憑什么當(dāng)你的領(lǐng)導(dǎo)？你要是再那么沒(méi)骨氣，媽媽就不喜歡你了！”婉婉諾諾點(diǎn)頭，似懂非懂。類似的話聽(tīng)多了，婉婉也變得強(qiáng)硬起來(lái)，拼命維護(hù)自己的利益。苗苗和媽媽都覺(jué)得婉婉不好相處，慢慢兩家聯(lián)系得也少了。

但是婉婉已經(jīng)被媽媽同化了，行為模式固定下來(lái)。她不僅極其看重自己的利益，而且說(shuō)一不二，不容商量。在幼兒園，小朋友手拉手站圓圈時(shí)，她一會(huì)兒嫌棄這個(gè)，一會(huì)兒又拒絕挨著那個(gè)，弄得大家都討厭她。

在小區(qū)里，婉婉媽與鄰居的關(guān)系也不好，她覺(jué)得鄰居嘴巴都像涂了蜜，心里卻很會(huì)算計(jì)，所以經(jīng)常囑咐女兒要提防小朋友，不要被別人占了便宜。久而久之，婉婉也像媽媽那樣，對(duì)人戒備心很重，遇事往壞處想?？上攵?，這樣的心態(tài)怎么會(huì)有良好的人際關(guān)系呢？怎么能不離群呢？

稍有心理學(xué)常識(shí)便不難看出，婉婉媽是把女兒看成了年幼的自己，她的誤區(qū)是把自己在成長(zhǎng)過(guò)程中積攢下來(lái)的偏激想法移植到女兒身上，用善與惡、吃虧與占便宜等成人邏輯歪曲孩子的行為。實(shí)際上，孩子爭(zhēng)搶玩具的目的非常直接，就是要得到想得到的東西，或者是看到小朋友搶，自己也跟著模仿。此類行為是孩子適應(yīng)環(huán)境，學(xué)習(xí)交際所必須經(jīng)歷的，家長(zhǎng)不必大驚小怪。

媽媽不自信，兒子沒(méi)激情

虎子?jì)屖且晃粚?duì)家庭教育很執(zhí)著的媽媽，執(zhí)著得近乎瘋狂。她給兒子報(bào)了鋼琴班、幼兒英語(yǔ)班、小主持人班、思維訓(xùn)練班、乒乓球班……能報(bào)的班幾乎都報(bào)了。報(bào)這么多班，花費(fèi)自然不菲，虎子?jì)尩脑鹿べY4000元全用在孩子學(xué)費(fèi)上還緊張，她就業(yè)余炒股票、賣墓地，甚至織毛衣賺錢(qián)。經(jīng)濟(jì)上的不惜血本遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還要在時(shí)間上、體力上付出?；⒆?jì)専o(wú)怨無(wú)悔，已經(jīng)堅(jiān)持了三年，并表示將一直這樣付出下去。她的希望當(dāng)然是兒子出人頭地。

遺憾的是，6歲的虎子卻不爭(zhēng)氣，整天沒(méi)精打采的，經(jīng)常在興趣班上睡大覺(jué)，早上起床特別費(fèi)勁，動(dòng)不動(dòng)就大哭大鬧，還拒絕吃早餐。幼兒園老師反映，虎子經(jīng)常保持沉默，不愿與小朋友們一起玩耍。

虎子?jì)尩寞偪癫⒎峭映升埬敲春?jiǎn)單，背后有深刻的心理淵源。她小時(shí)候非常喜歡音樂(lè)、繪畫(huà)，而且表現(xiàn)出了一定的天賦，但因?yàn)榧彝ソ?jīng)濟(jì)條件不好，父母無(wú)力培養(yǎng)她，所以她對(duì)自己的成長(zhǎng)懷有深深的遺憾。同時(shí)，家境貧寒也令她格外自卑。長(zhǎng)大一點(diǎn)，眼見(jiàn)大伯和三叔家的孩子因?yàn)榧揖澈?，學(xué)了不少特長(zhǎng)，過(guò)年聚會(huì)時(shí)都要露上一手，唱歌、跳舞、拉琴、畫(huà)畫(huà)，她羨慕得不得了，也羞愧得不得了，因?yàn)樗龥](méi)一樣拿得出手。她像丑小鴨一樣默默地坐在一邊當(dāng)觀眾，內(nèi)心在哭泣。給壓歲錢(qián)的時(shí)候，奶奶偏心，總是給堂哥堂姐多一些，說(shuō)是補(bǔ)貼課外班的學(xué)費(fèi)?；⒆?jì)尭y過(guò)了。

不快樂(lè)的童年經(jīng)歷使虎子?jì)屝欧顓擦址▌t：沒(méi)有本事就該受委屈，正如羊沒(méi)資格抱怨被狼吃不公平一樣。直到現(xiàn)在，她在堂哥堂姐面前還有烏云壓頂?shù)母杏X(jué)。唯一讓她欣慰的是，兒子在家族的這一代中是最聰明、最漂亮的。聚會(huì)時(shí)，她仿佛有了揚(yáng)眉吐氣的資本。同時(shí)，她暗下決心，不管自己如何吃苦，都要好好培養(yǎng)虎子，決不能讓他重蹈覆轍?？上攵?，有這樣偏激的心態(tài)，虎子?jì)尳o兒子報(bào)班怎么能不瘋狂！

不難看出，虎子?jì)尩寞偪衽e動(dòng)，其實(shí)是她內(nèi)心強(qiáng)烈的自卑感在作祟，她渴望兒子能圓自己的學(xué)藝夢(mèng)，給自己掙面子，亦即以犧牲兒子的童年快樂(lè)來(lái)滿足自己隱秘的內(nèi)心需求，千方百計(jì)地創(chuàng)造證據(jù)來(lái)證明自己的價(jià)值。當(dāng)然，虎子?jì)尣⒎怯幸鉃橹?，而是完全不自知?/p>

培養(yǎng)孩子的興趣愛(ài)好并沒(méi)有錯(cuò)，但家長(zhǎng)一定要認(rèn)真審視自己的動(dòng)機(jī)，讓孩子背負(fù)家長(zhǎng)的夢(mèng)想、彌補(bǔ)家長(zhǎng)的遺憾是危險(xiǎn)的，也注定不會(huì)有好的結(jié)果。

媽媽太無(wú)私，女兒缺失愛(ài)

篇9

一、教師要善待每一位學(xué)生就要學(xué)會(huì)等待

低年級(jí)學(xué)生的心理素質(zhì)大都處于從幼稚無(wú)知走向成熟的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中往往會(huì)出現(xiàn)有意或無(wú)意識(shí)的“越軌”行為。陶行知說(shuō)：“先生不應(yīng)該專教書(shū)，他的責(zé)任是教人做人；學(xué)生不應(yīng)該專讀書(shū)，他的責(zé)任是學(xué)習(xí)人生之道?！敝灰覀兏冻稣嬲\(chéng)的努力，就能多給學(xué)生一分理解，少一點(diǎn)苛責(zé)；多給學(xué)生一分信心，而少一點(diǎn)失望；多給學(xué)生一分親切，就使學(xué)生少一點(diǎn)冷漠。只有這樣我們的教育才會(huì)取得顯著成效。

二、教師要善待每一位學(xué)生就要學(xué)會(huì)寬容

陶行知說(shuō)：“你的教鞭下有瓦特，你的冷眼里有牛頓，你的譏笑中有愛(ài)迪生?！蹦銊e忙著把他們趕跑。你可不要等到坐火輪、點(diǎn)電燈、學(xué)微積分，才認(rèn)識(shí)他們是你當(dāng)年的小學(xué)生。由于每一個(gè)學(xué)生的生活境況、家庭條件各不相同，每個(gè)學(xué)生的眼中所呈現(xiàn)的面貌，展示的色彩也就不同。因此，每一個(gè)學(xué)生對(duì)于同樣的事情有不同的態(tài)度、不同的看法，這時(shí)教師必須學(xué)會(huì)對(duì)學(xué)生寬容。例如，我班的張飛同學(xué)，他是一個(gè)比同班同學(xué)小一歲的孩子。他做什么都比別人慢，還很任性。要是挨了批評(píng)就耍賴，趴桌子上睡覺(jué)，隨便老師叫他干什么，他都裝沒(méi)有聽(tīng)見(jiàn)。面對(duì)這樣的學(xué)生，我只能對(duì)他“低聲下氣”，常?？渌呛煤⒆樱煤⒆邮亲盥?tīng)老師的話的。我就利用他很想做個(gè)好孩子、好學(xué)生的心理，慢慢地去引導(dǎo)他，他也會(huì)慢慢地告訴你什么地方都不懂，所以感覺(jué)累了，學(xué)不會(huì)就不學(xué)了。那么我就因勢(shì)利導(dǎo)，幫他克服學(xué)習(xí)上的一個(gè)又一個(gè)的困難。以心靈贏得心靈，用人格塑造人格，這是諸多優(yōu)秀教師以自己的親身經(jīng)歷道出的經(jīng)驗(yàn)。我們對(duì)學(xué)生的愛(ài)，不應(yīng)是居高臨下的“平易近人，而是發(fā)自肺腑的對(duì)朋友的愛(ài)”。

三、教師要善待每一位學(xué)生必須學(xué)會(huì)合作

孫敬修說(shuō)過(guò)：“教師要愛(ài)學(xué)生，應(yīng)把他看成是自己的兒女手足，對(duì)待他們的關(guān)系，熱愛(ài)和責(zé)任感還應(yīng)超過(guò)自己的兒女，有了這種感情，才能把每一個(gè)學(xué)生培育好?！睙o(wú)論是教育還是教學(xué)，都要注重師生的互為合作，因?yàn)楹献餍枰猩朴跍贤ǖ钠焚|(zhì)和能力，需要有理智的判斷和成熟的熱情，更需要我們教師設(shè)身處地為學(xué)生著想的品質(zhì)。教師只要學(xué)會(huì)合作，才意味著對(duì)于不同、對(duì)于差異、對(duì)于另類，甚至是對(duì)于異端的尊重與接納，才學(xué)會(huì)了必要的妥協(xié)、退讓、隱忍和放棄。

四、教師要善待每一位學(xué)生就要學(xué)會(huì)分享

陶行知說(shuō)：“在教師手里操著幼年人的命運(yùn)，便操著民族和人類的命運(yùn)?！蔽覀円蕾p別人就是真誠(chéng)地去分享對(duì)方的閃光點(diǎn)，激發(fā)他的自信心，而導(dǎo)致別人得到滿足、愉悅和歡樂(lè)。好的教師就應(yīng)該做到學(xué)會(huì)傾聽(tīng)學(xué)生心聲，學(xué)會(huì)走進(jìn)兒童的內(nèi)心世界，更要懂得學(xué)會(huì)從兒童的眼光看待世界。人們常說(shuō)“換位思考”，就是教師以學(xué)生的眼光去看待，用學(xué)生的情感去體驗(yàn)，用學(xué)生的興趣來(lái)愛(ài)好。只有敢于換位思考，才能對(duì)事物的前因后果、來(lái)龍去脈有更全面、更客觀的把握，從而判斷個(gè)人工作的得失。

五、教師要善待每一位學(xué)生就要學(xué)會(huì)選擇教育方法

陶行知說(shuō)：“培養(yǎng)教育人和種花木一樣，首先要認(rèn)識(shí)花木的特點(diǎn)，區(qū)別不同情況給以施肥、澆水和培養(yǎng)教育，這叫“因材施教”。教師的責(zé)任意識(shí)在于對(duì)學(xué)生的嚴(yán)格要求，履行一個(gè)教師的職責(zé)。在對(duì)每一個(gè)學(xué)生的教育過(guò)程中，不能過(guò)分溺愛(ài)優(yōu)生，對(duì)優(yōu)生的過(guò)錯(cuò)視而不見(jiàn)，聽(tīng)之任之，而對(duì)犯點(diǎn)小錯(cuò)的后進(jìn)生則嚴(yán)而又嚴(yán)，這就違背了教育之道。因此，教師在教育中必須學(xué)會(huì)選擇，學(xué)會(huì)選擇教育的內(nèi)容，選擇教育的時(shí)機(jī)、教育的途徑和方法。教師在上課時(shí)，教學(xué)手段應(yīng)采取一些較為直觀的方式，并且應(yīng)該形式多樣。如，圖片、燈片、實(shí)物、錄音等，都是孩子們喜歡的教學(xué)用具。低年級(jí)學(xué)生好動(dòng)，坐不住，針對(duì)這一特點(diǎn)，通過(guò)形式多樣的課堂活動(dòng)，學(xué)生變得愛(ài)學(xué)、樂(lè)學(xué)，從而得到成功的情感體驗(yàn)。

六、教師要不斷地提高自身素質(zhì)

陶行知說(shuō)：“要想學(xué)生好學(xué)，必須先生好學(xué)。唯有學(xué)而不厭的先生才能教出學(xué)而不厭的學(xué)生。”教師還應(yīng)愛(ài)崗敬業(yè)，盡職盡責(zé)。因?yàn)閹煇?ài)是一種巨大的教育力量，它能使學(xué)生感覺(jué)到教師的溫暖，產(chǎn)生愉快的情緒，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣，感受到別人對(duì)他的希望，集體對(duì)他的信任，從而收到良好的教育效果。另外，教師要時(shí)時(shí)處處嚴(yán)格要求自己，敢于正視自己，解剖自己。凡是要求學(xué)生做到的，自己必須先做到，給學(xué)生樹(shù)立好的榜樣，凡是要求學(xué)生不做的事，自己堅(jiān)決不做，以免給學(xué)生留下壞的印象，言傳身教比單純的說(shuō)教有效百倍；而作為一種道德導(dǎo)向，愛(ài)崗敬業(yè)、盡職盡責(zé)的基本精神就在于奉獻(xiàn)。我們要正確處理個(gè)人利益和集體利益的矛盾，一切以學(xué)校事業(yè)的發(fā)展為重。

篇10

——題記

又是一個(gè)父親節(jié)，女孩心里想著，父親節(jié)又怎樣呢，與父親的關(guān)系不冷不熱，在一起又無(wú)話可說(shuō)，即使是父親節(jié)，我又能能做些什么呢？

回到家，父親依舊是那樣毫無(wú)表情地看著她，滿桌的飯菜，飄得滿屋的香氣，然后，她和父親靜靜地坐下，靜靜地吃飯，飯桌上有的只是碗筷碰撞在一起的聲音，母親死后，天天如此，女孩鼻子一酸，掩住即將落淚的眼睛，輕聲說(shuō)道：“我做作業(yè)去了”。

月朗星稀，漆黑的夜空顯得格外的神秘，像父親的雙眸一樣，女孩想?；貞浧鹜眨c媽媽在一起的美好時(shí)光，女孩覺(jué)得心酸，父親根本就不懂我，我們之間只有沉默，沉默，沉默。只是這種生活，是父女之間的嗎？我們的心好像是兩扇門(mén)，用鎖鎖住，誰(shuí)都不能了解誰(shuí)，誰(shuí)都不能明白誰(shuí)。

女孩想了很多，只是這門(mén)，什么時(shí)候才能打開(kāi)？

天亮了，睜開(kāi)朦朧的睡眼，令女孩又驚奇又震驚，桌上放著一只憨態(tài)可掬的陶瓷小豬，小豬的手上拿著一把鑰匙。鑰匙？鑰匙？女孩似乎想到了什么，小豬下還有一張卡片，“女兒，生日快樂(lè)！”女孩忘了，父親節(jié)也是自己的生日。

她沖出家門(mén)，風(fēng)一樣的奔跑，來(lái)到花店買了一束鮮花，回到家后，父親正在準(zhǔn)備早點(diǎn)，陽(yáng)光透過(guò)窗戶照射到父親的頭發(fā)上女孩發(fā)現(xiàn)，父親競(jìng)有了白發(fā)，父親老了，真的老了。