量子科学应用精品(七篇)

序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇量子科学应用范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。

篇(1)

关键词：量子点 发光 量子点尺寸效应

近几年来，宽禁带半导体发光材料引起人们极大的兴趣，是因为这些材料在蓝光及紫外光发光二极管、半导体激光器和紫外光探测器上有重要的应用价值。这些器件在光信息存储、全色显示和紫外光探测上有巨大的市场需求，人们已经制造出III族氮化物和ZnSe等蓝光材料，并用这些材料制成了高效率的蓝光发光二极管和激光器，这使全色显示成为可能。量子点（QuantumDot）凭借自身独特的光电特性越来越受到人们的重视，成为研究的热点。

由于量子点所具有的量子尺寸、量子隧穿、库仑阻塞、量子干涉、多体关联和非线性光学效应非常明显，故在低维量子结构的研究中，对载流子施以尽可能多的空间限制，制备零维量子点结构并开发其应用，受到世界各国科学家和企业家的高度重视。

1、半导体量子点的制备方法

高质量半导体量子点材料的制备是量子器件和电路应用的基础，如何实现对无缺陷量子点的形状、尺寸、面密度、体密度和空间分布有序性等的可控生长，一直是材料科学家追求的目标和关注的热点。

应变自组装量子点结构生长技术是指在半导体外延生长过程中，由于衬底和外延层的晶格失配及表面、界面能不同，导致外延层岛状生长而制得量子点的方法。这种生长模式被称为SK生长模式。外延过程的初期为二维平面生长，平面生长厚度通常只有几个原子层厚，称为浸润层。随浸润层厚度的增加，应变能不断积累，当达到某一临界层厚度时，外延生长则由二维平面生长向三维岛状生长过渡，由此形成直径为几十纳米、高度为几纳米的小岛，这种材料若用禁带较宽的材料包围起来，就形成量子点。用这种方法制备的量子点具有尺寸小、无损伤的优点。用这种方法已经制备出了高质量的GaN量子点激光器。

化学自组装量子点制备方法是一种通过高分子偶联剂将形成量子点的团簇或纳米颗粒联结起来，并沉积在基质材料上来制备量子点低维材料的方法。随着人们对量子线、量子点制备和应用的迫切需求，以上物理制备方法显得费时费力，特别是在批量制备时更是如此，化学自组装为纳米量子点的平面印刷和纳米有机-无机超晶格的制备提供了可能。由于化学自组装量子点的制备具有量子点均匀有序、制备速度快、重复性好等优点，且选用不同的偶联剂可以对不同的量子点前驱颗粒进行不同对称性的组装，从而能制备出不同的量子点。它的出现为批量制备高功率半导体量子器件和激光器提供了一种有效的途径，因此这种方法被认为是制备量子点最有前途的方法之一。

2、 II-VI族半导体量子点的发光原理和发光特性

2.1 发光原理

半导体量子点的发光原理（如图1-1所示），当一束光照射到半导体材料上，半导体材料吸收光子后，其价带上的电子跃迁到导带，导带上的电子还可以再跃迁回价带而发射光子，也可以落入半导体材料的电子陷阱中。当电子落入较深的电子陷阱中的时候，绝大部分电子以非辐射的形式而猝灭了，只有极少数的电子以光子的形式跃迁回价带或吸收一定能量后又跃迁回到导带。因此当半导体材料的电子陷阱较深时，它的发光效率会明显降低。

2.2 发光特性

由于受量子尺寸效应和介电限域效应的影响，半导体量子点显示出独特的发光特性。主要表现为：（1）半导体量子点的发光性质可以通过改变量子点的尺寸来加以调控；（2）半导体量子点具有较大的斯托克斯位移和较窄而且对称的荧光谱峰（半高全宽只有40nm）；（3）半导体量子点具有较高的发光效率。半导体量子点的发光特性，除了量子点的三维量子限制作用之外，还有其他诸多因素需要考虑。不过人们通过大胆尝试与努力探索，已在量子点的发光特性研究方面取得了很大的进展。

3、量子点材料的应用

鉴于量子点的独特理化性质，科学工作者就量子点材料的应用研究开展了大量的工作，研究领域主要集中在纳米电子学、光电子学、生命科学和量子计算等领域，下面介绍一下量子点在这些方面的应用。

3.1量子点激光器

用量子线或量子点设计并制作微结构激光器的新思想是由日本的两名年轻的科学家在1982年提出了，但是由于制备工艺的难度很大而搁浅。随着技术的进步，到90年代初，利用MBE和MOCVD技术，通过 Stranski―Krastanow（S―K）模式生长In（Ga）As/GaAs自组装量子点等零维半导体材料有了突破性的进展，生长出品格较完整，尺寸较均匀，且密度和发射率较高的InAs量子点，并于1994年制备出近红外波段In（Ga）As/GaAs量子点激光器。

3.2量子点红外探测器

半导体材料红外探测器的研究一直吸引人们非常广泛的兴趣。以量子点作为有源区的红外探测器从理论上比量子阱红外探测器具有更大的优势，这些优势包括：（1）量子点探测器可以探测垂直入射的光，无需像量子阱探测器那样要制作复杂的光栅；（2）量子点分立态的间隔大约为50meV-70meV，由于声子瓶颈效应，电子在量子点分立态上的弛豫时间比在量子阱能态上长，这有利于制造工作温度高的器件；（3）三维载流子限制降低了热发射和暗电流；（4）探测器不需冷却，这将会大大减少阵列和成像系统的尺寸及成本。因此，量子点探测器已经成为光探测器研究的前沿，并取得了重大进展。

3.3 单电子器件

电子器件是基于库仑阻塞效应和单电子隧道效应的基本原理，通过控制在微小隧道结体系中单个电子的隧穿过程来实现特定功能的器件，是一种新型的纳米电子器件。

3.4 量子计算机

量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。1998年，Loss和Di Vincenzo描述了利用耦合单电子量子点上的自旋态来构造量子比特，实现信息传递的方法。

除此之外，量子点在生物化学、分子生物学、细胞生物学、基因组学、蛋白质组学、药物筛选、生物大分子相互作用等研究中有极大的应用前景。

结束语 我们相信量子点技术应用的未来出现很多奇迹，随着对量子点的深入研究，其在各个领域的应用前景还将更加广阔。

参考文献

[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.

篇(2)

[关键词]量子；特性；意识；应用

中图分类号：O413.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）25-0298-01

一、量子的基本知识

1、量子

我们在物理学中提到“量子”时，实际上指的是微观世界的一种行为倾向，也就是可观测的物理量都在不连续地变化。？比如，我们说一个“光量子”，是因为单个光量子的能量是光能变化的最小单位，光的能量是以单个光量子的能量为单位一份一份地变化的。对于量子的种种特性，连不少科学家都为之迷惑，对于我们普通人来说自然更加高深。今天我就试着走近它，来发现她“幽灵”般的的魅力。

2、量子的特性

量子的奇妙之处首先在于它的奇妙特性――量子叠加和量子纠缠。

量子叠加就是说量子有多个可能状态的叠加态，只有在被观测或测量时，才会随机地呈现出某种确定的状态，因此，对物质的测量意味着扰动，会改变被测量物质的状态。好比孙悟空的分身术， 孙悟空可能同时出现在几个地方，他的各个分身就像是他的叠加态。在日常生活中，我们不可能在不同的地方同时出现，但在量子世界里它却可以同时出现在多个不同的地方。”

而所谓的量子纠缠，则意味着两个纠缠在一起的量子就像有心电感应的双胞胎，不管两个人的距离有多远，当哥哥的状态发生变化时，弟弟的状态也跟着发生一样的变化。“如果这两个光量子呈纠缠态的话，哪怕是千公里量级或者更远的距离，还是会出现遥远的点之间的诡异互动，爱因斯坦称之为“幽灵般的超距作用”。科学家就可以利用这种效应将甲地某一粒子的未知量子态，在乙地的另一粒子上还原出来。量子纠缠的广泛应用将会改变我们的生活，真正地突破时空的局限，交通、物流也就不再会有时间与空间的阻碍了。我国发射的“墨子号”量子卫星昭示着我国在量子通信领域已处于世界领先的地位。

二、意识是量子力学现象

人们的意识一直都没有搞清楚，用经典物理学的电学、磁学及力学方法去测量意识是测量不出来的，科学家们现在已经开始认识到了意识是种量子力学的现象，意识的念头像量子力学的测量。为什么这么说呢？比如我们面前出现了一座房子，这时有两种可能的状态：一个没有任何心思的人会看房非房，他的意识处于自由的状态，没看到房子是石头的还是木头的，他根本就不动念头。意识也是这样，如果你看到这座房子，一下子动念头了，动念头实质上就是作了测量。

客观世界是一系列复杂念头造成的。有一本非常著名的书叫《皇帝新脑》， 就是研究意识，他认为计算机仅仅是逻辑运算，不会产生直觉，直觉只能是量子系统才能够产生，意识是种量子力学现象，意识的念头像量子力学的测量。而人的大脑有直觉，也就是说人的意识不仅存在于大脑之中，也存在于宇宙之中，量子纠缠告诉我们，一定有个地方存在着人的意识。

三、量子技术的应用

科学家认为，量子纠缠是一种 “神奇的力量”，可成为具有超级计算能力的量子计算机和量子保密系统的基础。实际上，量子纠缠还有很多奇妙的应用，可以在许多领域中突破传统技术的极限。量子技术已经成为一个新兴的、快速发展中的技术领域。这其中，量子通信、量子计算、量子成像、量子生物学是目前的方向。

1、量子通信

量子通信就是通过把量子物理与信息技术相结合，利用量子调控技术，确保信息安全、提高运算速度、提升测量精度。 广义地说，量子通信是指把量子态从一个地方传送到另一个地方，它的内容包含量子隐形传态，量子纠缠交换和量子密钥分配。狭义地说，实际上只是指量子密钥分配或者基于量子密钥分配的密码通信，解决了以往用微电子技术为基础的计算机信息技术极易遭遇泄密的问题。

2、量子计算

量子计算是量子物理学向我们展示的又一种强大的能力，源自于对真实物理系统的模拟。模拟多粒子系统的行为时，当需要模拟的粒子数目很多时，一个足够精确的模拟所需的运算时间则变得相当漫长。而如果用量子系统所构成的量子计算机来模拟量子现象则运算时间可大幅度减少，从此量子计算机的概念诞生。

3、量子成像

量子成像是从利用量子纠缠原理开始发展起来的一种新的成像技术，有一种比较奇妙的现象称之为“鬼成像”。比如将纠缠的双光子分别输入两个不同的光学系统中，在其中一个系统里放入待成像的物体，通过双光子关联测量，在另一个光学系统中能再现物体的空间分布信息。即与经典光学成像只能在同一光路中得到物体的像不同，鬼成像可以在另一条并未放置物体的光路上再现该物体的成像。

4、量子生物学

量子生物学是利用量子力学的概念、原理及方法来研究生命物质和生命过程的学科。薛定谔在《生命是什么》一书中对这一观点进行了详尽的阐述，提出遗传物质是一种有机分子，遗传性状以“密码”形式通过染色体而传递等设想。这些设想由脱氧核糖核酸双螺旋结构模型而得到极大的发展，从而奠定了分子生物学的基础。分子的相互作用必然涉及其电子的行为，而能够精确描述电子行为的手段就是量子力学。因此量子生物学是分子生物学深入发展的必然趋势，是量子力学与分子生物学发展到一定阶段之后相互结合的产物。

爱因斯坦相对论指出：相互作用的传播速度不会大于光速，可是对于分开很远距离的两个处于纠缠态中的粒子，当对一个粒子进行测量时，另一个粒子的状态受到关联关系已经发生了变化，这种传输的理论速度可以远远超过光速。这一现象被爱因斯坦称为“诡异的互动性”。量子纠缠是量子物理学里最稀奇古怪的东西，即使脑洞大开我们还是很难领会它，另外从常识角度来看，量子理论描述的自然界很荒谬，许多解释还涉及到哲学问题。但另一方面，量子物理学有很广泛的应用，它的发展可能带来行业面貌的改变，所涉及的范围从量子计算机到人工智能，无所不含，这也正是我们深入学习、研究量子物理的动力所在啊！

参考文献

[1] 薛定谔，生命是什么.

[2] 舒娜，量子纠缠技术与量子通信.

[3] 尼古拉.吉桑著，周荣庭译，跨越时空的骰子.

[4] 中国科普博览.

[5] 科普中国.

篇(3)

【关键词】量子点技术；医学检验；应用

【文章编号】1004-7484（2014）07-4598-02

1 量子点技术的发展历史

量子点是一种特殊的纳米微粒，也称纳米量子点、半导体量子点或半导体纳米微晶体，是由Ⅱ～Ⅵ族元素或Ⅲ～Ⅴ族元素组成的小于100nm的半导体纳米微晶体组成。这些纳米微晶体直径小于其玻尔直径（

从1970年起，人们就开始对量子点进行研究。量子点标记有许多优点：量子点被激发后可得到波长范围宽且光谱可调的荧光；量子点具有较大的斯托克位移和狭窄的荧光谱峰，使标记生物分子荧光谱的区分、识别变得更容易；量子点的荧光强度及稳定性是普通荧光染料的100倍左右，同时，作为标记用的量子点荧光强度与持续时间和其所在的分散体系有关；经各种化学修饰后的量子点生物相容性好，对生物危害较小。虽然量子点的研究在1970年就开始了，但是在生物学领域有突破性的进展较晚。1998年，Bruchez和Chan两个研究小组分别发表了将半导体量子点用作生物标记并适用于活体细胞体系研究成果。自此，半导体量子点用于生物医学标记受到广泛关注。此后经过科学家们的努力，量子点在生命科学、分析科学、检验检疫等传统及新兴领域逐渐发挥出越来越大的作用。本文主要研究量子点技术在医学检验领域中的作用。

2 量子点技术在医学检验中的应用分析

医学检验包括以追求结果准确度和灵敏度为目的的检验技术学和以寻找更多、更灵敏、更特异指标为目的的检验诊断学。量子点标记技术在检验技术学和检验诊断学两个领域均发挥重要作用，是医学检验生物标记领域的一次革命，为检验诊断向细胞和分子水平发展提供有力手段。

2.1量子点技术在医学检验技术领域的应用

量子点在检验技术学领域的最大突破就是量子点作为示踪标志物标记在生物分子上，用于检测待测抗原、抗体、DNA或RN段。量子点标记在特异性抗体或DN段上，可制备量子点探针，用于待测蛋白质和核酸的定性和定量检测，理论上，普通荧光物质能应用的技术领域，量子点也可以应用，量子点技术促进检验技术学和方法学的更新和进步。

2.2量子点技术在医学检验诊断领域中的应用

2.2.1微生物诊断领域

很多微生物在体外很难培养或生长缓慢，快速特异而灵敏地诊断机体内病原微生物是临床微生物检验学的研究热点和难点。利用量子点标记技术能在20min内定量检测大肠杆菌的数量。将不同颜色量子点标记在不同抗体上，通过抗原-抗体特异性免疫结合反应，可同时检测多种致病菌。用量子点作荧光标志物，结合免疫磁珠分离技术，对大肠杆菌进行测定，其免疫磁珠表面量子点荧光强度与大肠杆菌含量成正比，最低检测限比FITC标记低100倍。

病毒不是一种完整细胞形态的微生物，病毒寄生在活细胞体内，体积很小，普通显微镜难以观察。量子点荧光具有高灵敏度和长寿命，将量子点标记在病毒抗体上，可将量子点吸附在病毒表面，观察其特征和分布。

2.2.2免疫学诊断领域

各种肿瘤标志物、激素、炎性因子和促炎因子等多肽分子都是抗原，这些抗原有的是人体自身产生的，检测这些抗原对疾病诊断和预警及判断疗效有重要意义。微生物菌体和病毒体本身也是抗原，这些抗原是人体内没有的，机体内检测出这类抗原，可诊断机体受到了某种微生物的感染。将针对人体血液中的炎性因子单克隆抗体点阵在玻片上，制备固态生物芯片，用量子点标记二抗作为探针，利用荧光显微镜对芯片进行量子点荧光成像，并通过软件分析系统，可实现对血液中白细胞介素IL-1、1L-8、1L-6，肿瘤坏死因子-α和人巨噬细胞炎性蛋白1β等6种炎性细胞免疫因子进行同时检测，检测灵敏度高且无交叉反应。

将量子点取代酶分子建立量子点连接的免疫吸附分析，首先将单克隆抗体固定在ELISA板微孔底部封闭，然后加入待测抗原孵育，洗涤后加入CdSe/ZnS量子点标记的二抗，洗涤后再孵育，以荧光光度计检测ELISA板微孔量子点荧光强度，其荧光强度与待测抗原成正比，如果有标准浓度对参照，可定量检测待测抗原。采用量子点连接的免疫吸附试验已经成功对血清前列腺特异性抗原（PSA）和丙肝病毒（HCV），核心抗原及弓形体抗体进行检测。量子点标记同样可以作为组织免疫组织化学诊断研究，用不同荧光颜色的量子点分别标记在针对不同抗原的抗体上，可实现同一个组织切片多个抗原的定位检测，这项技术已经成功应用于肿瘤病理诊断中。

2.2.3基因诊断领域

基于分子杂交原理，用量子点标记寡核苷酸片段，可作为基因探针，结合现代光电技术，可用于DNA诊断和分析。量子点具有荧光性质，也可用于构建荧光共振能量转移，检测目的基因系统。首先，将电子点连接在DNA分子上作为捕获探针，另外设计一个标记了CY5的报告探针，当标本中靶DNA和量子点标记的探针结合时，量子点和荧光受体间出现FRET，从而检测到两种荧光，而无靶基因的标本只出现量子点荧光，该方法检测灵敏度比常规FRET高100倍。将量子点与FRET技术整合并取代传统无机荧光染料，主要存在（1）具有量子点粒径比传统荧光染料大，量子点供体和受体距离大，FRET强度大；（2）量子点产生荧光时间长，造成背景干扰大。

3.结语

量子点作为一种新技术，使生物荧光探针标记的技术产生了重大突破。量子点己成功地用于组织、细胞、蛋白质、核酸的标记。事实表明，量子点在生物领域将发挥越来越大的作用。随着量子点技术的发展，该技术将会在医学疾病诊断、核酸和蛋白质学的研究、药物筛选等方面有较好的应用。量子点技术及其在检验医学中的应用前景良好但充满挑战，需要各领域研究者的共同合作和努力。

篇(4)

8月16日1时40分，备受瞩目的以“墨子号”命名的全球首颗量子科学实验卫星在酒泉成功发射升空。“墨子号”量子卫星成为浩瀚夜空中最亮的“星”，开启为期两年的太空科学旅程。

星地高速量子密钥分发、广域量子通信网络、星地量子纠缠分发以及地星量子隐形传态等多项科学实验任务是“墨子号”量子卫星的主要任务。业内人士指出，此次发射任务的圆满成功，将使我国在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信，构建天地一体化的量子保密通信与科学实验体系。有媒体称，在这场“特殊的太空竞赛”中，中国“迈出了一大步”。

科学之路任重道远，量子世界迷雾重重，“第一颗量子卫星”的头衔来之不易。从最初的研制到发射，量子卫星承载了太多关注的目光与期许。那么，这颗举世瞩目的“新星”到底有多牛？技术实现难度又有多高？

信息安全的“终极武器”

量子科学对绝大多数人来说十分高冷。但当它与信息技术相连，就与我们每个人息息相关。当今社会，信息的海量传播背后也充斥着信息泄露的风险。而量子科学则为信息安全提供了“终极武器”。

在物理王国里，量子理论是一个“百岁的幽灵”，爱因斯坦也曾被它的“诡异”所困扰。在量子世界中，一个物体可以同时处在多个位置，一只猫可以处在“死”和“活”的叠加状态上;所有物体都具有“波粒二象性”，既是粒子也是波;两个处于“纠缠态”的粒子，即使相距遥远也具有“心电感应”，一个发生变化，另一个会瞬时发生相应改变……

正是由于量子具有这些不同于宏观物理世界的奇妙特性，才构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、不可克隆和测不准的特性，所以一旦存在窃听就必然会被发送者察觉并规避。

“传统的信息安全都依赖于复杂的算法，只要计算能力足够强大，再复杂的保密算法都能被破解。量子通信能做到绝对安全，是由量子自身的特性所决定的，计算能力再强也破解不了，因此它是革命性的，可从根本上、永久性解决信息安全问题。”量子科学实验卫星首席科学家潘建伟院士说。

潘建伟形象地比喻，量子通信的基本特征就是利用微光世界的最小单元，比如15瓦的灯泡，每秒都会发射一些能量，如果用放大镜来看它是由小颗粒组成，大概每秒钟可以释放百亿个小颗粒。如果在量子通信中将这种小颗粒用来做信号，就不能被分割成半个小颗粒，就像水分子一样，不能分成1/2个水分子。

量子保密通信能从三个方面保障信息安全。第一，发送者和接收者之间的信息交互是安全的，不会被窃听或盗取。第二，“主仆”身份能自动确认，只有“主人”才能使唤“仆人”，而其他人无法指挥“仆人”。第三，一旦发送者和接收者之间的传递口令被恶意篡改，使用者会立刻知晓，从而重新发送和接收指令。

“四种武器”挑战四大实验任务

8月17日，中科院遥感与数字地球研究所所属中国遥感卫星地面站密云站，在第二十三圈次成功跟踪、接收到了量子卫星“墨子号”的首轨数据。“墨子号”首轨任务时长约7分钟，接收到的数据量约为202MB，经验证，卫星数据质量良好。

据悉，“墨子号”量子卫星上搭载了自主研发的“四种武器”：量子密钥通信机、量子纠缠发射机、量子纠缠源和量子试验控制与处理机。同时，在地面建设了科学应用系统，包括1个中心――合肥量子科学实验中心;4个站――南山、德令哈、兴隆、丽江量子通信地面站;1个平台――阿里量子隐形传态实验平台。

这颗量子卫星的寿命为两年，将完成四大任务：星地高速量子密钥分发实验、广域量子通信网络实验、星地量子纠缠分发实验和地星量子隐形传态实验。

潘建伟介绍，实验大致分为三类：第一类是进行卫星和地面之间的量子密钥分发，实现天地之间的安全通信;第二类相当于把量子实验室搬到太空，在空间尺度检验量子理论;第三类是实现卫星和地面千公里量级的量子态隐形传输。

但要完成“作业”并不轻松。目前，国际上还没有一个国家将量子科学实验送入空间，量子卫星的研制没有任何经验可循，过程充满了困难和挑战。 科研人员模拟地面望远镜向量子卫星发射信标光（新华社 刘坤 摄） 在酒泉卫星发射中心，量子科学实验卫星在与运载火箭适配器对接（图/新华社）

天地一体化连通：

从太空向地面存钱罐扔硬币

在量子通信中，最大的难点在于如何实现天地一体化的量子联通。这就好比在太空往地面的一个存钱罐里扔硬币，需要准确地将硬币投掷于储蓄罐的狭小入口。如果出现一点偏差，信息的传递便会功亏一篑。

“量子的编码就像计算机编码0101一样，有正负、垂直、水平等不同状态，要把量子的偏振方向检测出来，才能变成密码。”量子科学实验卫星常务副总设计师、卫星总指挥王建宇介绍，量子里面有两组状态，一组是正交的，一组是倾斜45度的，所以，一共有四个不同的偏正状态。

不仅如此，地面上的“存钱罐”（接收装置）和天空中的“投掷者”（量子卫星）也不安分，它们都在不停地旋转运动。

“这就是瞄准和检测偏正的最大难度所在，我们要在双方都处于运动状态的情况下完成信息传递。”王建宇强调，稍微对不上都不行，如果这样，地面上收到的就是误码。

据王建宇介绍，一旦误码率高于3.5%，信息传输就没有意义。“3.5%是个底线，通常我们会把误码率控制在1%至2%之间。”

探测器灵敏度：

在地球上看到月球的火柴光

如果说从太空向地面存钱罐扔硬币已经让人咋舌，那接下来的技术则更让人惊叹。

量子卫星采用的是单光子探测器，目的是实现对每一个光子的捕捉。这是一个什么概念？

“一个60瓦的灯泡每秒发射的光子数大约是1021，而一根火柴的最大光亮大约是3瓦至5瓦。”王建宇说，量子卫星探测器灵敏度相当于在月球上点根火柴，我们在地球上用望远镜可以看到它的亮光。

如果考虑到火柴点燃后光的扩散效应，其观测难度可想而知。“探测器的灵敏度必须达到这种程度，才能捕获来自太空中的一颗颗光子。否则，天上的量子卫星就没有存在的意义了。”王建宇说。

时间同步设置：

一秒钟给一亿个光子排排队

在太空中，量子卫星每秒钟大约向地面发射一亿个光子，需要地面接收装置对所有光子进行接收。然而，这个接收过程并非来者不拒，而是要讲究先来后到。

“我们必须知道每个光子是第几个发出来，信息传递要求发送端和接收端能对得上，要有一个完整的序列。”王建宇说。

将光子们一一对接的办法就是时间同步。“我们现在的接收频率能做到一个纳秒，也就是在一秒钟之内，把一亿个光子全都排列好。”王建宇介绍。

为何取名为 “墨子”

对于很多人来说，量子科学非常神秘，而世界首颗量子科学实验卫星命名为“墨子号”也让很多人迷惑不解――墨子不是先秦诸子百家中墨家的创始人吗，他跟量子有什么关系？

“墨子号”之得名，是为了纪念墨子在早期物理光学方面的成就，他最早提出过光线沿直线传播的观点，进行了小孔成像实验。“关于这颗卫星的命名，我们考虑了好久。”潘建伟说，最终命名为“墨子号”，缘起于已故著名教育家、中国科学技术大学教授钱临照。

钱临照作为老一辈光学、科技史研究者，早年对墨家经典著作《墨经》有过深入研究，他对《墨经》的研究发现被英国学者李约瑟获悉，后者对此惊叹不已。钱临照发现《墨经》中有不少与现代科学知识相通的记载，比如墨子在《墨经》中提出的“光学八条”。

“墨家逻辑是全球三大古老逻辑体系之一，而逻辑体系是科学的基础。”潘建伟说，墨子在两千多年前就发现了光线沿直线传播，并设计了小孔成像实验，奠定了光通信、量子通信的基础。

墨子的贡献还远不止于此，用一代宗师、中国思想史研究专家杨向奎先生的话来说：“墨子在自然学上的成就，绝不低于古希腊的科学家和哲学家，甚至高于他们。他个人的成就就等于整个希腊。”

“就像国外有伽利略卫星、开普勒望远镜一样，以中国古代伟大科学先贤的名字来命名全球首颗量子卫星，将提升我国的文化自信。”潘建伟说。

“量子星群”引领量子互联网时代

据专家介绍，量子卫星发射后，天地一体化量子科学实验系统将投入正式运行，而“京沪干线”大尺度光纤量子通信骨干网工程预计今年下半年交付。 在酒泉卫星发射中心，星罩组合体在转运至发射塔架（图/中科院微小卫星创新研究院）

“大规模推广量子通信应用后，将极大提高人们信息传输的私密性和安全性。”潘建伟说，建好“量子互联网”后，人们不用再担心任何信息泄露，从而避免恶意攻击和欺诈行为。

信息安全从根本上需要解决的就是传输内容不被别人知道、保证接收者是和发送者对话，以及信息不被篡改。潘建伟说，仅仅发射一颗卫星是不够的，只有形成星座才能建构起网络，而且需要地面配置相应基础设施，确保网络联接到千家万户。

篇(5)

谈到武华文教授对量子信息技术的推动，他还曾在北京主持过七届量子信息研讨会；他所提出的“量子信息对应效应”、“第三种波粒二重性”等理论也是从上千次试验中总结出来，在国内首次提出并公开报道的。如今，他所开创的量子农业技术正在全国推广。

据了解，量子农业是利用量子力学、量子生物学、量子信息学等理论研发的产品应用于大农业生产活动，其特点是以波动形式传递能量和信息，其效果是高效、生态、健康、持续。例如：

1.增硒技术。2008年4月22日，由中国科技部主办的科技日报对武华文研发的量子发射仪给油桃增硒技术进行了报道，受到广泛关注。众所周知，硒是矿物质中的抗癌之王，而中国是缺硒国家，食品中硒含量也很少。如果能补上充足的硒，就能消除体内自由基，减少疾病的发生。为此，武华文教授研发了量子仪器波给油桃增硒技术，为解决国内食品硒含量少提供了一个新方法。

此外，武华文教授还应用这种量子技术对辽宁省盘锦、黑龙江五常普通大米进行加硒照射，结果证明都具有良好的增硒效果。

2.肥料技术。2009年，武华文开始对农业肥料进行研究，结果发现用量子发射仪对液体肥料、固体肥料进行照射，可以做底肥、可拌种、喷施、灌根等，肥效大幅度提高。赤壁天元量子肥料有限公司生产的3十1多抗菌肥与氨基酸水溶肥组成套装肥料，市场价是每亩60元，经过量子技术照射后，可以减少化肥50%、增加收入30%，在全国范围已有30家公司在推广使用，农作物普遍增产10%至30%，目前在国内已完成种植面积3千万亩。

3.防治病虫害功能。抑制棉铃虫、红蜘蛛、稻瘟病、黄枯萎病，农作物施用具抗旱、抗寒、抗倒状、抗逆的作用，特别对涝害、缺素症等作物具有回复生机之功效。

湖北日报农村版2016年9月8日报道：记者来到赤壁市赤壁镇东柳村，“多亏量子肥，才让我今年的辣椒没有减产。”该村村民张丙成高兴地说道。今年7月，赤壁市大面积受灾，张丙成家的20多亩地被淹了，许多农作物都绝收，但是他家的辣椒不但没有减产，反而增产，肉质更厚，口感更好。销路也不愁，这让张丙成乐开了花。

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[关键词]普朗克常数、量子物理、物理意义

中图分类号：O431.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）26-0374-01

1 普朗克常数h的出现过程

在二十世纪以前，物理学的各个分支都已具备相当完善的理论体系，并且在实验和应用中都得到了验证，并逐步推广起来。但是，在一些物理现象中，人们发现了用经典物理理论仍然无法去解释，比如说黑体辐射问题，这就慢慢衍生出来了新的物理理论。为了更好地解决黑体辐射问题，普朗克从十九世纪末开始关注黑体辐射问题，经过整整六年的日日夜夜的研究，他在Rayleigh-Jeans公式和Wien定律的基础上使用内插法得到了一个新的辐射定律，并在二十世纪的开端，对外公布了他自己对黑体辐射的最新研究结果：物质所吸收或辐射的能量，必须是一个能量单位最小值的整数倍，一份一份地往外发射，因此他引入了一个常数，也就是用h表示的普朗克常数。

2 普朗克常数h的物理意义的探讨

普朗克常数的提出，尤其是以h为表征的量子概念，开创了现代物理学的新纪元，所作的贡献无法估量。首当其冲就是推进了量子论的树立并获取有效进步，量子论的生存争斗与早期的进步，都是紧紧地环绕着普朗克常数h的物理解释进行。

2.1 h促进了量子论的建立和发展

虽然引进普朗克常数开创了量子论，但在当时社会背景下，缺乏有效的传播途径，也因为这样没有获取人们的完全认识，甚至马克斯・普朗克在新思想的提出之后，也感到不安想着回到旧轨道，最先意识到量子概念的严重性，并为量子论开展打开布局的是爱因斯坦。爱因斯坦提出，照射到金属表面上的光，也就是光粒子流，频率为的光，即是能量为的光量子流。金属表面的电子只有吸收了能量为的光量子流才会逸出表面。

此后，很多科学家都做了不少的实验去验证。经过多年的坚持不懈，在1914年，密立根全面地证实了爱因斯坦的光电方程，而是第一次从光电效应中测量出普朗克常数h为6.626196×10^-34焦・秒。康普顿利用爱因斯坦的光量子概念进一步解释了实验结果，再一次验证光量子理论的准确性。这些使人信服的事实改变了某些物理学家对于量子论的怀疑态度，并展开了量子理论。

在量子论开始时。固体比热：继黑体照射以及光电效应又一个重点课题。直至一九零七年爱因斯坦逐步将普朗克常数以及量子化能量应用固体比热中，得出准确的热容量公式，克服经典概念的又一重大难题，并且及时获得了能斯特的证实与大力宣传，从开发伊始，历经多年的不断研究与验证，量子论开始被人类认识。

普朗克常数h为原子的稳定性提供帮助，也是推进量子论形成的又一因素。卢瑟福根据α粒子散射验证，提出了原子有核模型，但是在经典物理学中解释其模型引发了新的困难。就在这个时候，卢瑟福的学生玻尔在他其1913年写的论文《原子结构和分子结构》中提出：“不管电子运动定律作何改变，看来需要引入一种与经典电动力学不同的量到这些定律中，其量就是普朗克恒量，或一般所说的根本影响量子。引入这个物理量后，原子内电子的稳固性组织问题就出现了基本性的变化”。

2.2 h促进了物理学其它领域的发展

普朗克常数引进之后量子论的建设及发展，因此诱发的一些科学发现，各各学科都向着自己氛围进军，并将较深层的调查与较大层次的研究相结合，在宏观与宇观的探索上有了更新的突破。从后，各个领域各门学科迅速发展起来。

在微观领域中，自从波尔成功地将普朗克常数引进到原子物理后，使核物理学和粒子物理学均得到促进和迅速发展。质子、中子的发掘是物质组织学说的发展，同样又给进一步显现微观范围的奥秘供给了新的武器；重核裂变的发掘开创了历史的新时代―原子时代的来临。基本粒子的研究使人们对物质结构的认识进入更深的层次。

3 普朗克常数h引发的深刻思考

对于普朗克常数的重要意思，不可不提的一点是它的呈现所引起的在看待新事物、采用新办法、准确看待科学等方面对人们想法的影响。

最先，普朗克常数及其道理真实让人们所接纳，履历了一个漫长与艰难的过程。这使人们见到，准确的理论最后会得到人们的认同，而它的保护者要付出多大的勇气与毅力。

其次，以普朗克常数为代表的“量子问题”是个崭新的观点，请求人们采纳看待新生事物的准确立场。量子概念提议后，在20世纪的最早5年内，普朗克的工作简直无人问津，对崭新事物，甚至有一些人呈批判立场。假如玻尔引进普朗克常数诠释原子结构的稳固性，由于看法之特殊新颖，以导致不少物理学家难以采纳。斯特恩尽管后来对玻尔想法的进步作出了较多贡献，尽管他认为应该把自然常数作为新的物理世界体系的基石，但是他走得太远，甚至就像信奉宗教那样对待科学发展过程中的常数。其在黑体辐射探索时发现h，因此只支持吸收与发射所处领域h的含义；并认识到需h进行抑制能量的完全辐射，却单单将能量子理论作为纯粹模式的假想。这样不合适的自封使其没能及时将量子论上升至理论概述水平，也因此爱因斯坦光量子等概论提出“量子问题”转换之后，也没能快速跟上，他把h的实际物理实行了绝对化，因此h成为他逐步开发量子论的羁绊。和普朗克不同，爱因斯坦更着重对新概念与新事物的理性检测，发现其内在启发性的含义和物理世界的单一构造所处位置.也从辐射中抽取出能量子概述，且从光量子设想始发，快速将量子学说推进比热与涨落概念范围，为把量子作用广泛应用到全部物理学范围做了先行。

结语

由此可见，普朗克常数h是极具主要的一种物理常数。也是现代物理学的灵魂所在。就像普朗克晚年感悟到的：“现在的我非常了解，量子h应用的根本含义比我以前想象的要大很多。”普朗克还要求在其死后什么也不要，只在墓碑上刻有神奇自然常数h。普朗克常数h是人们研究自然时最伟大的发现之一。它于20世纪物理学中发挥了极为主要的作用。坚信在21世纪中自然科学，甚至是物理学以及计量学探索中都将发挥更为重要的作用。

参考文献

[1] 杨建平，李兴鳌.普朗克常数h的意义及应用[J].中央民族大学学报（自然科学版），2003，04：361-363+370.

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关键词：量子通信技术；电力通信；应用展望

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.24.160

0 前言

量子通信技术是力学和经典通信的相合产物，可以有效的提高我国科学技术水平，促进电子行业快速发展。量子通信技术在电力通信系统中建立了通信专网，只有这样才能保证电子通信在使用过程中的安全性。由于电力通信数据具有一定的特殊要求，只有使用量子通信技术才能满足其需求，从而促进我国电子行业与电力行业的快速发展。

1 量子通信技术的概述

量子通信技术可以有效的将一些量子态进行传递，同时还能完成量子密集编码、量子隐形传态、量子密钥分发工作。其中的量子密集编码主要通过一些计算机设备进行；量子密钥分发，量子态在传输过程中可以由光纤和自由空间接收，等到原有的量子态消失之后可以将其再其他地方重新，只有这样才能从根本上将量子态的光子本身得到保障[1]。量子通信技术可以有效的将量子密钥分发进行合理分配，并为其设置对应的保密通信。

量子密钥分发在使用过程中可以有效的负责量子的产生与分发，并为其设置对应的量子密钥，从而保证在一些数据传输时以密文的形式进行传输，在一些必要时还需要将数据信息通过静电的信息道进行传输。在量子隐形传态中，可以将数据信息同通过经典通信道传递出来，并将原有的数据信息与量子信息相结合，只有这样才能从跟不上实现量子隐形传态。量子通信技术在使用过程中不仅仅有在线窃听检测功能还有较高的保密功能[2]。但是量子通信技术并不能打破传统的经典通信速率与干扰性能，这需要国内外专业技术人员加强对量子通讯技术的研究，才能为其添加更加多样化的使用功能。

2 量子通信技术现状

量子通信技术在使用过程中具有较高的工作效率与安全性，在各个领域中得到了广泛的应用。现阶段，我国已经在量子通信技术中投入了大量的人力、物力、财力，而国外一些发展国家已经为其技术成立了对应的研究机构，还有一些大型电子企业也纷纷法投入到了量子通信技术的研究中去。国外企业通过对量子密钥分发的研究体现出一些公司、企业等都在申请专利，只为了占据量子通信技术在社会中的主要地位，只有这样才能在这个竞争激烈的市场中站稳脚步，促进电子行业与电力行业的发展。

3 量子通信技术在电力通信中的应用前景

3.1 构建量子加密异地备份数据传输链路

随着社会不断的发展，我国电网规模的不断扩大，电力企业由传统的发展模式转变成全新的信息化发展模式，但是在实际发展过程中常常会面临着一些安全风险问题，这对电力企业的发展来说造成了很大的影响。直到量子通信技术的出现才有效的改变了这一现状，保证了电力系统在使用过程中的安全性，从而促进我国电力企业快速发展。现阶段，国网省公司已经开展了全新的调度系统和信息容灾体系的建设，并相继形成了全新的数据易灾中心，只有这样才能保证数据信息在传输过程中具有较高的准确性。量子保密通信技术具有较高的安全性和复杂性，这些都是保密通信方面所具有的优势[3]。使用量子密钥分发可以将电力通信的主、备数据信息进行加密交换，只有这样才能建立一项高效、安全的异地数据备份传输通道，从而保证量子通信技术可以在电力通信方面中得到广泛的应用。

3.2 构建核心加密通信网

电力企业在发展过程中，电脑的数据信息常常会被一些黑客、病毒攻击，从而导致整个用电行业的瘫痪，造成社会大面积的混乱。传统的防火墙和信息过滤技术已经跟不上社会发展的脚步，不能解决一些黑客、病毒等问题，只有通过量子通信技术建立对应的加密通信网，并在网络上任意两个用户之间实现量子通信技术的加密通信网，只有这样才能保证电力企业的营销、市场、办公等业务的安全。

3.3 构建对点对量子加密保护通道

对于电通信方面的保护工作，需要采用光纤、复用2M的通道方式进行，只有这样才能保证数据信息在传递过程中的实效性，但是却不能保证数据具有较高的安全性。随着社会不断的发展，量子通信技术也发生了巨大的改变，一些两点之间的量子通信技术慢慢的走向成熟化，通信距离也在逐渐扩大，并为光量子进行保护，从而跟上保障了电力通信相关数据信息的安全性[4]。

3.4 应急量子通信

如果发生自然灾害，电力通信电等设备受到损害时，电力通信网络就会进入瘫痪阶段，如工作人员不能及时进行维修，从而造成大面积的网络瘫痪。现阶段，量子隐形传态技术已经得到了快速发展，并在各个领域中得到了广泛的应用。利用该技术还可以有效的建立一项全新的量子卫星通信系统，保证电力通信方面的使用安全[5]。

4 总结

现阶段，电网的安全运营对电力通信系统的发展来说有着直观重要的关系。只有将量子通信技术在电力通信中进行广泛应用，才能保证电力通信相关数据的使用安全，从而促进我国电力行业与电子行业的快速发展。本文对量子通信技术在电力通信方面的应用展望进行了简单的分析，希望我国专业技术人员加强对量子通信技术在电力通信方面的研究。

参考文献：

[1]严晓玲，江冬娜.量子通信技术及其在电力系统中的应用分析[J].通讯世界，2015（21）：8-9.

[2]王轩.量子保密通信网络的动态路由及应用接入研究[D].西安电子科技大学，2014.

[3]刘世栋，李炳林，郭经红，卜宪德.智能管道技术及其在电力通信网中的应用展望[J].电力信息与通信技术，2013（12）：6-10.