量子计算的基本原理模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇量子计算的基本原理，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

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

中图分类号：F562.5文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

随着现在企业制度的建立，我国建立起新的会计制度，合理的界定人力资源成本范围，规范企业人力资源成本列支制度，企业人力资源成本的管理进入新的阶段。

一、人力资源成本分析

1.1人力资源成本的基本理论

人力资源是指在一定区域内的人口总体所具有的劳动能力的总和，是存在于人的自然生命机体中的一种国民经济资源。企业为获得人力资源和优秀的人才，就需要很多的投资，这种投资在企业中就体现为人力资源成本。

1.2人力资源成本会计的特点

单独计量人力资源的取得成本、开发成本、使用成本和替代成本，企业取得的人力资源的使用权，其运用期限在一年或者超过一年的一个营业周期以上的，所发生的人力资源的取得成本和开发成本应该视作资本性支出，在资本化处理后在确定的分摊期限内摊销。企业聘用使用期限不超过一年的季节工等发生的取得成本和开发成本（这里的开发成本主要是组织进行必要的上岗前的操作培训、学习所发生的支出）,其受益期为这些聘用的季节工、临时工的使用期限，因此这部分取得成本和开发成本可在季节工、临时工的使用期限内分期摊销， 如果金额小，也可以在发生时直接计入当期费用，企业运用人力资源的使用权时，所发生的工资、奖金等支出，则属于收益性支出，应计入当期费用。

1.3 人力资源成本会计的构成

1.3.1取得成本

1）招募成本

招募成本主要是为确定企业所需要的人力资源的内外来源，企业对人力资源需求的信息，吸收所需要的内外人力资源所发生的费用。

2）选拔成本

选拔成本是企业对应聘人员进行挑选、评价、考核等活动所发生的成本。他通过初步面试或处理应聘人的申请材料进行初选费用。

3）录用成本

录用成本是企业从应聘人员中选拔出合格者后，将其正式录用为企业的成员的过程中所发生的费用。

4）安置成本

安置成本是企业将所录用人员安排到确定的岗位上是所发生的各种费用。

1.3.2开发成本

1）定向成本

定向成本也称为岗前培训成本，是企业对上岗前的职工进行的有关企业历史文化、规章制度、业务知识、业务技能等方面的教育是时所发生的支出。

2）在职培训费

在职培训成本是在不脱离工作岗位的情况下对在职员工进行培训所发生的费用。

3）脱产培训成本

脱产培训成本是企业根据生产和工作的需要对在职职工进行脱产培训时所发生的支出。

1.3.3使用成本

1） 维持成本

维持成本是为保证人力资源维持其劳动力生产和在生产所需的费用， 包括职工的计时工资或计件工资、各种劳动津贴和各种福利费用。

2）奖励成本

奖励成本是企业为激励职工使其更好的发挥主动性、积极性和创造性，而对职工做出的特别贡献所支付的奖金，它是对人力资源主体所拥有的能力的超长发挥做出的补偿。

3）调剂成本

调剂成本是全企业为了调剂职工的生活和工作，满足职工精神生活上的需求，稳定职工队伍并进而影响和吸引外部人员进入所发生的费用支出。

4）替代成本

替代成本是指目前重置人力资源应该做出的牺牲，他包括为取得或开发替代者而发生的成本。

二、人力资源成本会计核算与计量的必要性

首先,人资管理可以调节社会资源。如同调节一个组织的资源一样人资管理除了可以调配社会成员的位置和流动方向以外,对于资源和支出也地有着很直接的调节作用,实际上,人资管理最根本的目的就是要实现人力资源的最大使用价值, 而这一点从很大意义上节约了社会资源,也使得社会资源能够得到合理地分配。

其次，人资管理可以提高整体国民素质。国民素质是综合国力中一个很重要的指标。人资管理正好可以针对国民进行培养和分流, 很大程度上避免了良莠不齐的状况出现可以让国民整体素质有稳步地提高。也能够在抓住整体实力的基础上选拔出高端人才,很好地分配他们的位置,为国家的尖端科技工作提供稳定保障。

人力资源管理的影响：

2.1 我国建立人力资源会计的必要性

世界高新技术革命的浪潮，已经把世界经济的竞争从物质资源竞争推向人力资源的竞争，对人力资源的开发、利用和管理将是人类社会经济发展的关键因素。此过程中所需的大量人力资源信息，必然离不开人力资源会计。我国人口众多，而人口素质相对较差，推行人力资源会计更具有必要性。

1）获取企业信息的需要

科学技术的迅速发展，推动着生产力的快速发展。经济发展水平越高，人力资源在经济发展中的作用也越大，人才成为经济资源中最重要的因素，是企业财富的真正象征和源泉。 因此，将人力资源作为企业的资产，运用会计的方法对其加以确认、计量和报告，以满足企业管理者和企业外部有关人士对企业信息的需求成为时代的必然要求。

2）优化人力资源配置的需要

市场经济体制的不断完善，使人力资源有更多的经济特征，要求确认人力资源的成本和价值，促进人力资源的供求平衡，确定人力资源开发方向，引导人力资源合理流动，在宏观上优化人力资源的配制。

2.2 人力资源会计核算与计量对于个人的必要性

1)首先,人资管理可以帮助培养个人的最大实力。人资管理的宗旨里有一条,就是要让组织中的每个成员都可以尽可能发挥出自己最大的实力,为组织奉献出自己所有的力量。人资管理还可以通过环境影响和针对性培训来对成员进行培训,从而培养每个人最适合自己的能力。

2)人资管理还可以帮助发挥每个成员的最大潜力，让每个人都在组织有条理的帮助和自身不断地学习下发挥出所有自身潜藏的实力。

3)人资管理还可以帮助每个人都找到自己的适合位置。有个别成员,他自身的能力也许很强,潜能也不可估量,但不适合他的地方,必然会使他没有办法发挥出自己所有实力,影响了他为组织做事和奉献自己力量的积极性。

2.3 成本会计核算与计量对于组织的必要性

在企业文化建设和制度管理办法中，能够有效地开发其他的人才资源,才能够使组织达到价值的实现。 所以说,人资管理的理念对于一个无论是什么性质的组织来说,都有举足轻重的作用。

1）通过人资管理,可以提高组织成员积极性和企业凝聚力。人资管理可以用一系列心理学和管理学的方法提高人员积极性和成员之间团结凝聚力。显然,这对于组织来说是必不可少的。

2）人资管理还可以提高组织行事的高效性。从人资管理影响人员调配这一点体现出来,可以达到事半功倍的效果,因此可以说,人资管理可以大大缩短工作时间,提高工作的效率。

3）人资管理还可以降低组织支出的浪费率。在一个企业中,很大一部分支出就是员工的工资和奖金支出,那么支出多少,在如何支出的情况下能够最大程度激发员工的工作积极性, 这些都是人资管理要思考的问题,这些问题的考虑在无形中就大大节约了组织的成本。

三、企业人力资源成本核算与计量的现状与存在问题

人力资源管理是指组织的一项基本管理职能，他是以提高劳动生产率、工作生活质量和取得经济效益为目的的，而对人力资源进行获取、整合、保持和激励、控制与调整、开发等一系列的管理过程。企业的重大决策权集中在政府行政部门，企业在机构设置、干部任免、 职工进出、工资标准等方面自不够，更多的人动是因为企业制度存在问题。建立在不稳固基础上的企业制度是“豆腐渣”，容易动摇人事基础，主要表现为：

第一，人事规划战略定位不明。我国的专业技术人员普遍存在知识老化，缺乏创新意识和思维；高级管理人才和高新技术人才严重短缺；对人力资源的资本投资低于世界平均水平等等，这些都使得我国人力资源的开发迫在眉睫。

第二，组织结构紊乱。企业结构不能配合企业战略的实施， 更加造成人力资源的浪费， 使企业难以整合和提升企业内部的人力资源。

第三，工作流程松散。工作流程与部门之间联系松散，职能重叠，缺乏信息共享机制， 无法为企业创造附加值，从而引发人事危机或给企业造成重大损失。

第四，激励机制缺乏。缺乏有效的绩效评估制度、薪酬体系、员工福利制度等激励机制，以致使人才的成长落后于企业的发展。新经济时代的最大特点是人的价值被认可，“人本观念”已深入到企业经营的各个方面，这使得人事制度的建立和人事的选择都成为企业经营的重要一环，慎重的选择、任用，是双方面适应的结果。

四、结语

总而言之，人力资源是最珍贵的,也是现代管理学的核心内容,因此,不断地提高和开发人资管理水平,不仅仅是各种企业能够发展壮大,各个组织能够提高自身市场竞争力的重要途径,也是每个组织成员能够发挥自身实力不可忽视的方式,同时,人资管理还是各个单位,各个地区,我们整个民族,社会乃至国家能够长期繁荣昌盛的有利保证。

参考文献

篇2

本书描绘了硅光子学器件的基本工作原理和结构，并深入讲述了硅光子学现在发展以及展望了硅光子学未来，可以作为高等院校高年级本科生和研究生的教材和参考书，也可作为半导体光子学、光电集成、光电子器件、信息网络系统、计算机光互连及相关技术领域的科研人员、工程技术人员的参考书。

篇3

量子究竟是什么？

量子是构成物质的基本单元，是能量的最基本携带者，不可再分割。比如，光子是光能量的最小单元，不存在“半个光子”，同理，也不存在“半个氢原子”“半个水分子”等等。量子世界中有两个基本原理：

量子叠加，就是指一个量子系统可以处在不同量子态的叠加态上。著名的“薛定谔的猫”理论曾经形象地表述为“一只猫可以同时既是活的又是死的”。

量子纠缠，类似孙悟空和他的分身，二者无论距离多远都“心有灵犀”。当两个微观粒子处于纠缠态，不论分离多远，对其中一个粒子的量子态做任何改变，另一个会立刻感受到，并做相应改变。

世界上真有绝对安全的通信吗？

这得先说说通信中信息是如何被窃取的。传统光通信是通过光的强弱变化传输信息。从中分出一丁点光并不影响其他光继续传输信息，测量这一丁点光原理上就能窃取信息。

量子通信则完全不同！窃听者如果想拦截量子信号，并对其进行测量，将不可避免地破坏携带密钥信息的量子态。根据量子“测不准定理”，这种破坏必然会被信息发送者和接收者所发现。

是否可以不破坏传输的量子态，只截取并复制，再继续发送？这已被“量子不可克隆定理”完全排除，于是也就保证了量子通信的绝对安全。

能实现《星际迷航》里的瞬间移动吗？

“量子态隐形传输”是基于量子叠加和量子纠缠的特性，就是甲地某一粒子的未知量子态，可以在乙地的另一粒子上还原出来。其实传输的是粒子的量子态，而不是粒子本身。这种状态传送的速度上限仍然是光速，也不是“瞬间移动”。

现在，在光子、原子等层面已经实现了量子态隐形传输。电影里“大变活人”在原理上是允许的，但目前还远远做不到。因为科幻电影里人的传送，不仅需要把人的实体部分的大量原子、分子传送，并且严格按照原来的相对位置重新排列起来，更何况重现意识和记忆就更复杂了。

不过，随着科学的发展和技术的进步，也许未来我们还是可以实现人的量子隐形传态，到那时星际旅行就不是梦啦。

未来机器会不会像《变形金刚》里一样被装上量子大脑？

所谓量子大脑，其实就是当今正在研制中的量子计算机。未来的量子计算机可能会对人工智能起到极大的帮助，在数据搜索、分析和处理方面提供远远超过目前经典计算机的运算能力。

机器人都是预先设置好程序的，而人是有意识和自由意志的。研究发现，人脑中的思维机制与量子叠加、量子纠缠或许存在相似之处。所以也有学者认为，未来可望创造出与人脑一样运行的人工智能机器人。真到这种程度，机器与生物之间的界限已经非常模糊。这目前还只是一种畅想，未来究竟怎样还得拭目以待。

量子技术什么时候才能飞入寻常百姓家？

量子通信目前已经实现在金融、政务系统等中的使用。要让每个人都用上，乐观的话需要10到15年。这需要对网络基础设施进行改造，还涉及到标准制定。到时候，个人的网上银行、手机支付、信用卡等就再也不怕被盗号，“棱镜门”那样的泄密事件也不会发生了。

而量子计算目前仍然处于基础研究的阶段，前进道路上还面临着巨大的挑战，不知道在二三十年的时间内能否实现初步应用。一旦取得进展，其意义将是极其重大的。

量子科学和技术究竟将带来一个怎样的未来？

篇4

用宏观物理学的方法研究原子的性质及其相互作用时，只能通过测量微观量的平均值，大平均过程掩盖了原子水平上的重要效应。操控单个微观粒子，研究单个粒子的行为和性质以及少数粒子的相互作用，一直是就是物理学家梦寐以求的事。随着实验技术的发展，控制单个微观粒子的愿望成为可能。特别是1960年激光的发明和在这以后激光技术的发展，可以随我们所需改变激光的频率，控制激光束的延续时间并使激光束聚焦到一个原子大小的范围。从这以后，实验技术和实验方法有了极大的发展，利用激光可以使原子或离子冷却到接近绝对零度，就是使它们的运动速度减到非常小，直至几乎停止。还实现了利用特殊的电磁场来陷俘单个原子或离子。物理实验技术的进展使研究单个或少数几个粒子的性质、深入研究光子和物质粒子的相互作用有了可能。这不仅打开了高科技应用的广阔前景，还为证实和发展量子物理学的基本原理提供了实验基础。

量子力学已有100多年历史，量子力学理论取得了辉煌的成功。现代的高科技产品，如计算机芯片、激光、医用磁共振等等无不是在量子力学理论基础上发展起来的。量子力学被认为是最精确、最成功的物理理论，可是人们对量子力学的基本原理始终存在着疑问，那些创立量子力学的物理大师们自己都不满意量子力学的基本假设。在这些大师之间以及他们的后继者中，关于量子力学的理论基础是否完善的问题争论不休，新的解释层出不穷，至今还没有得出令人满意的结论。

量子力学描写微观世界的规律，但人类的直接经验都是关于宏观世界的。我们的测量仪器以及人类感官本身都是宏观物体，仪器测量到的和我们直接感知的都是大量原子组成的宏观物体。在经典物理学中，观察不影响被观察对象的运动状态，例如，我们能够观察一个行星的运动，追随它的运动轨迹，行星的状态变化与观察者无关，不受我们观察的影响。可是，对微观世界的观察就完全不是这样，当我们研究一个量子体系时，经过测量后的量子体系原来的状态总是被破坏了。例如，光子进入光电探测器后，光子就被吸收；电子被探测器件接收后，该电子原来的状态就改变了。宏观仪器对量子系统测量的结果，都必须转换为经典物理学的语言。要直接观察并且非破坏性（non-demolition）地测量量子体系的量子性质是难以做到的事情，所以，量子力学所预言的量子世界的奇特性质一直令物理学家和公众感到神秘难解。

2012年诺贝尔物理奖获得者和他们的同事们的工作，突破了经典物理学实验和人类直接经验的限制，他们直接观察到了个别粒子的量子行为。瓦因兰德小组做的是在电场中陷俘离子，用光子对它做非破坏性的操控。阿罗什小组是在空腔中陷俘单个光子，用原子进行非破坏性的测量。他们异曲同工，都对单个量子粒子进行实验测量，研究量子力学的基本原理。这些研究不仅对量子理论的基本原理的进一步阐明有重要意义，并且有广阔的应用前景。

阿罗什：把光子囚禁起来

阿罗什毕业于法国高等师范学校。1971年他在巴黎第六大学获得博士学位，导师是柯亨-塔诺季（Claude Cohen-Tannoudji），1997年诺贝尔物理学奖得主。从20世纪60年代开始阿罗什就在法国高等师范学校物理系的卡斯特勒-布罗塞尔实验室（Kastler-Brossel Laboratory）工作。该实验室是以获诺贝尔物理学奖的阿尔夫莱德・卡斯特勒（Alfred Kastler）的名字命名的。1972～1973年，阿罗什曾到美国斯坦福大学，在诺贝尔物理学奖获得者肖洛的实验室中工作。

阿罗什说，他们的成功主要得益于卡斯特勒-布罗塞尔实验室特有的学术环境和物质条件。他们组成了极其出色的研究小组，并且将共同积累的知识和技能传授给一代又一代的学生。阿罗什还说，他给研究生和本科生的讲课也有助于研究工作，在准备新课的过程中他注意到了光和物质相互作用的不同方面。阿罗什认为，国际交流学者参加研究不仅带来专门的知识和技能，也带来不同的科学文化以补充他们自身的不足。他觉得幸运的是，在长期的微观世界探索中，他和他的同事们能够自由地选择他们的研究方向，而不必勉强地提出可能的应用前景作为依据。

阿罗什小组的主要成就是发展了非破坏性的方法检测单个光子。用通常的方法检测光子，都是吸收光子并把它转换为电流（光电探测器）或转化为化学能量（照相底片）（动物的眼睛是将光子转化为神经的电脉冲的）。总之，光子被测量到后立即消失。近半个世纪以来，虽然人类发展出了量子非破坏性测量，但这些测量只能用于大量光子的情况。而阿罗什和同事们做到了反复测量记录同一个光子。

光的速度非常快，达每秒30万公里，所以要控制、测量单个光子，必须将光子关闭在一个小的区域内，并使其在足够长的时间内不逃逸或被吸收。阿罗什小组实验成功的关键是制成反射率极高的凹面镜。反射镜是在金属底板上镀以超导材料铌，镜面抛光到不平整度只有几个纳米（1纳米=100万分之一毫米），光子因镜面不平而散射逃逸的机会非常小。空腔由两个凹面镜相对安放组成，镜间距离27毫米。整个设备安置在绝对温度1度以下的环境中。一个微波光子在腔中停留时间可达十分之一秒，即在两面镜子之间来回反射10 亿次以上，差不多相当于绕地球一周。可以说阿罗什小组创造了限制在很小的有限体积内的光子寿命的世界纪录。

阿罗什小组的另一项创造性贡献是利用利用里德伯原子作为探测器，实现非破坏性测量单个光子。所谓里德伯原子，是激发到很高的能量轨道上的原子，这种原子的体积比正常原子大许多。他们用铷（原子序数37）原子，把它的价电子激发到第50层的圆形轨道上（主量子数n=50）。这种情况下，外层电子从n=50 的轨道跃迁到相邻的轨道n=49和n=51，发射或吸收微波光子频率分别为54.3GHz（千兆赫兹）和51.1GHz。正常的原子半径在0.1纳米以下，铷原子中电子占据的最外层轨道为n=5；当它的最外面的电子跑到n=50的圆形轨道上时，原子的半径达到100多纳米，原子半径增大了1000倍以上。这样的原子好比一个很大的无线电天线，容易和电磁场相互作用。

瓦因兰德：让离子停下来

瓦因兰德和阿罗什同年，都生于1944年。1965年，瓦因兰德毕业于美国加利福尼亚大学伯克利分校；1970年在哈佛大学获博士学位，博士论文题目是“氘原子微波激射器”，导师是拉姆齐（Norman Ramsey）。以后他到华盛顿大学，在德默尔特（Hans Dehmelt）的实验室做博士后研究。德默尔特是1989年诺贝尔物理奖获得者。1975年，瓦因兰德和德默尔同发表了讨论激光冷却离子的论文，这是有关激光致冷的开创性论文，被学术界同仁广泛引用，其中包括获1977年诺贝尔物理学奖的朱棣文、菲利普斯和柯亨-塔诺季等。

1975年，瓦因兰德到隶属于美国商业部的美国国家标准与技术研究所工作。在那里，他创建了储存离子研究小组。在过去多年的工作中，他做出了多项世界第一的研究成果，终于获得了诺贝尔物理学奖。他是15年来美国国家标准与技术研究所第四位获诺贝尔物理奖的研究人员之一，研究激光致冷的菲利普斯也是其中之一。

制造量子计算机的建议方法有多种，许多科学家正在对不同的方案进行实验研究。瓦因兰德小组从事的陷俘离子的方法是最成功的方法之一。他们利用特殊排列的几个电极组合产生特定的电场，形成陷阱，将汞的一价离子限制在三个电极组成的空间中。三个电极包括两端各有一个相对的电极和一个环形电极，离子由激光束控制。

在常温下，原子运动的平均速度为每秒数百米，以这种速度运动的离子会立即逃逸出陷阱。要将离子陷俘在电场陷阱中，离子的运动速度必须非常小。只有在极低的温度下，离子或原子的运动速度才能变得很小。可以利用激光使离子冷却，使离子的速度减小到几乎停止的状态。将特定频率的激光束对着原子或离子射来的方向照射时，原子在迎面射来的光子的一次次冲击下，速度就慢了下来。当然，原子或离子吸收了光子又要再把它发射出去，发射光子时原子也要受到反冲。但原子或离子发射光子的方向是随机的，各种方向都有，结果反冲效应平均为零，只有迎面射来的光子被吸收后起到了减速的作用。但仅仅用这种方法还不能使原子速度降低到近乎停止，还要加上其他方法。速度已经很小的离子在陷阱中受电场的作用，还在以一定的频率振动，这种振动的能量和离子内部的能量状态耦合起来，形成复杂的能级。在适当频率的激光束照射下，离子吸收光子后又重新放出光子，落回原来内部能量最低的状态，同时带动离子振动能量的变化。在适当控制的条件下，重复这样的过程，就可以使离子振动能量逐步减少，直到振动能量达到最低的量子状态，离子近于完全停止。这时，离子就可以随意操控了。

瓦因兰德小组利用利用陷俘离子做成一个量子可控非门（Controlled NOT）。当然可控非门只是最简单的量子计算机的元件，一台能工作的计算机需要多得多的元件，离制成实用的量子计算机还非常遥远。然而前景是光明的，包括瓦因兰德在内的许多科学家正积极研究，攻克难关，希望在本世纪内将量子计算机研制成功。

瓦因兰德和同事们还利用陷俘的离子制造出了当今世界上最精确的原子钟。他的研究工作也可以检验量子力学基本原理，如进行“薛定谔猫”的实验。

不为盛名所惑

阿罗什和瓦因兰德有许多相同的地方。他们都在世界第一流的实验室中工作；巧的是，他们每人各有两位获诺贝尔物理学奖的老师；他们都有合作30年以上的同事组成的稳定的研究小组，还有许多优秀的学生和合作者，其中包括外国的访问学者。在他们的诺贝尔奖报告中，他们的老师、同事以及和他们的工作有密切关系的、前人的研究都一一提到。两人都还提到有100多位学生、博士后和访问学者也做出了贡献，强调成绩是大家努力的结果。

瓦因兰德和阿罗什也有一点很大的不同。阿罗什的研究目的偏重于探索自然界的奥秘，没有非常明确的应用目标，虽然他知道自己的研究成果肯定有长远的应用前景。他所属的卡斯特勒-布罗塞尔实验室也没有要求其研究一开始就必须有明确的应用目的。不过，即使在法国高等师范学校，这种待遇也只有像阿罗什这样的资深科学家才能得到。而瓦因兰德所在的美国国家标准与技术研究所本身就具有明确的实用目标：促进美国的创新和产业竞争能力，开创新的测量科学，推进美国的技术水平。该研究所的研究都是目标长远，技术含量高，能在世界上领先的项目。这些项目实际上都是结合远期应用的基础性研究。

瓦因兰德和阿罗什还有一个共同点，就是除了做研究以外，都在大学教课。阿罗什认为备课的过程促使他从多方面考虑基本原理，也有助于研究工作。而从学生的角度来看，能听到优秀的科学家讲课，和他们直接交流，不仅能学到当今前沿的科学知识，还可以学习到优秀科学家的治学精神和思想方法。

荣摘诺奖桂冠是否改变了科学家本人的生活呢？据英国广播公司（BBC）在线版消息称，阿罗什本人仅仅提前了20分钟被组委会告知自己获奖的消息。

“我很幸运，”阿罗什说，但他指的并不是自己得奖这回事，“（接到来电时）我正在一条街上，旁边就有个长椅，所以我第一时间就坐了下来。”他形容那一刻的心情，“当我看到是瑞典的来电区号，我意识到这是真实的，那种感觉，你知道，真是势不可挡。”

不过据诺奖官网的推特称，阿罗什接到获奖的确切消息后，打了个电话给自己的孩子，然后开了瓶香槟庆祝。再然后，他又回实验室工作去了。

（作者单位：复旦大学物理系）

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中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）50-0212-02

一、概论

量子力学从建立伊始就得到了迅速的发展，并很快融合其他学科，发展建立了量子化学、分子生物学等众多新兴学科。曾谨言曾说过，量子力学的进一步发展，也许会对21世纪人类的物质文明有更深远的影响[1]。

地处西部地区的贵州省，基础教育水平相对落后。表1列出了2005年到2012年来的贵州省高考二本理科录取分数线，从中可知：自2009年起二本线已经低于60%的及格线，并呈显越来越低的趋势。对于地方性新升本的普通本科学校来讲，其生源质量相对较低。同时，在物理学（师范）专业大部分学生毕业后的出路主要是中学教师、事业单位一般工作人员及公务员，对量子力学的直接需求并不急切。再加上量子力学的“曲高和寡”，学生长期以来形成学之无用的观念，学习意愿很低。在课时安排上，随着近年教育改革的推进，提倡重视实习实践课程、注重学生能力培养的观念的深入，各门课程的教学时数被压缩，量子力学课程课时从72压缩至54学时，课时被压缩25%。

总之，在学校生源质量逐年下降、学生学习意愿逐年降低，且课时量大幅减少的情况下，教师的教学难度进一步增大。以下本人结合从2005至10级《量子力学》的教学经验，谈一下教学方面的思考。

二、依据学生情况，合理安排教学内容

1.根据班级的基础区别化对待，微调课程内容。考虑到我校学生的实际情况和需要，教学难度应与重点院校学生有差别。同时，通过前一届的教学积累经验，对后续教学应有小的调整。在备课时，通过微调教学内容来适应学习基础和能力不同的学生。比如，通过课堂教学及作业的反馈，了解该班学生的学习状态，再根据班级学习状况的不同，进行后续课程内容的微调。教学中注重量子力学基本概念、规律和物理思想的展开，降低教学内容的深度，注重面上的扩展，进行全方位拓宽、覆盖，特别是降低困难题目在解题方面要求，帮助学生克服学习的畏难心理。

2.照顾班内大多数，适当降低数学推导难度。对于教学过程中将要碰到的数学问题，可采取提前布置作业的方法，让学生主动去复习，再辅以教师课堂讲解复习，以解决学生因为数学基础差而造成的理解困难。同时，可以通过补充相关数学知识，细化推导过程，降低推导难度来解决。比如：在讲解态和力学量的表象时[2]，要求学生提前复习线性代数中矩阵特征值、特征向量求解及特征向量的斯密特正交化方法。使学生掌握相关的数学知识，这对理解算符本征方程的本征值和本征函数起了很大的推动作用。

3.注重量子论思想的培养。量子论的出现，推动了哲学的发展，给传统的时空观、物质观等带来了巨大的冲击，旧的世界观在它革命性的冲击下分崩离析，新的世界观逐渐形成。量子力学给出了一套全新的思维模式和解决问题的方法，它的思维模式跟人们的直觉和常识格格不入，一切不再连续变化，而是以“量子”的模式一份一份的增加或减少。地方高校的学生数学基础较差，不愿意动手推导，学习兴趣较低，量子力学的教学，对学生量子论思维方式的培养就显得尤为重要。为了完成从经典理论到量子理论思维模式的转变，概念的思维方式是基础、是重中之重。通过教师的讲解，使学生理解量子力学的思考方式，并把经典物理中机械唯物主义的绝对的观念和量子力学中的概率的观念相联系起来，在生活中能够利用量子力学的思维方式思考问题，从而达到学以致用的目的。

4.跟踪科学前沿，随时更新科研进展。科学是不断向前发展的，而教材自从编好之后多年不再变化，致使本领域的最新研究成果，不能在教材中得到及时体现。而发生在眼下的事件，最新的东西才是学生感兴趣的。因此，我们可以利用学生的这种心理，通过跟踪科学前沿，及时补充量子力学进展到教学内容中的方式，来提高学习量子力学的兴趣。教师利用量子力学基本原理解释当下最具轰动性的科技新闻，提高量子力学在现实生活中出现的机会，同时引导学生利用基本原理解释现实问题，从而培养学生理论联系实际的能力。

三、更新教学手段，提高教学效率

1.拓展手段，量子力学可视化。早在上世纪90年代初，两位德国人就编制完成了名为IQ的量子力学辅助教学软件，并在此基础上出版了《图解量子力学》。该书采用二维网格图形和动画技术，形象地表述量子力学的基本内容，推动了量子力学可视化的前进。近几年计算机运算速度的迅速提高，将计算物理学方法和动画技术相结合，再辅以数学工具模拟，应用到量子力学教学的辅助表述上，使量子力学可视化。通过基本概念和原理形象逼真的表述，学生理解起来必将更加轻松，其理解能力也会得到提高。

2.适当引入英语词汇。在一些汉语解释不是特别清楚的概念上，可以引入英文的原文，使学生更清晰的理解原理所表述的含义。例如，在讲解测不准关系时，初学者往往觉得它很难理解。由于这个原理和已经深入人心经典物理概念格格不入，因此初学者往往缺乏全面、正确的认识。有学生根据汉语的字面意思认为，测量了才有不确定度，不测量就不存在不确定。这时教师引入英文“Uncertainty principle”可使学生通过英文原意“不确定原理”知道，这个原理与“测量”这个动作的实施与否并没有绝对关系，也就是说并不是测量了力学量之间才有不确定度，不测量就不存在，而是源于量子力学中物质的波粒二象性的基本原理。

3.提出问题，引导学生探究。对于学习能力较强的学生，适当引入思考题，并指导他们解决问题，从而使学生得到基本的科研训练。比如，在讲解氢原子一级斯塔克效应时，提到“通常的外电场强度比起原子内部的电场强度来说是很小的”[2]。这时引入思考题：当氢原子能级主量子数n增大时，微扰论是否还适用？在哪种情况下可以使用，精确度为多少？当确定精度要求后，微扰论在讨论较高激发态时，这个n能达到多少？学生通过对问题的主动探索解决，将进一步熟悉微扰论这个近似方法的基本过程，理解这种近似方法的精神。这样不仅可以加深学生对知识点的理解，还可以得到基本的科研训练，从而引导学生走上科研的道路。

4.师生全面沟通，及时教学反馈。教学反馈是教学系统有效运行的关键环节，它对教和学双方都具有激发新动机的作用。比如：通过课堂提问及观察学生表情变化的方式老师能够及时掌握学生是否理解教师所讲的内容，若不清楚可以当堂纠正。由此建立起良好的师生互动，改变单纯的灌输式教学，在动态交流中建立良好的教学模式，及时调整自己的教学行为。利用好课程结束前5分钟，进行本次课程主要内容的回顾，及时反馈总结。通过及时批改课后作业，了解整个班级相关知识及解题方法的掌握情况。依据反馈信息，对后续课程进行修订。

通过双方的反馈信息，教师可以根据学生学习中的反馈信息分析、判定学生学习的效果，学生也可以根据教师的反馈，分析自己的学习效率，检测自己的学习态度、水平和效果。同时，学生学习行为活动和结果的反馈是教师自我调控和对整个教学过程进行有效调控的依据[6]。

四、结论

量子力学作为传统的“难课”，一直是学生感到学起来很困难的课程。特别是高校大扩招的背景下，很多二本高校都面临着招生生源质量下降、学生学习意愿不高的现状，造成了教师教学难度进一步增大。要增强学生的学习兴趣，提高教学质量，教师不仅要遵循高等教育的教学规律，不断加强自身的学术水平，讲课技能，适时调整教学内容，采取与之相对应的教学手段，还需要做好教学反馈，加强与学生的沟通交流，了解学生的真实想法，并有针对性的引入与生活、现实相关的事例，提高学生学习量子力学的兴趣。

参考文献：

[1]曾谨言.量子力学教学与创新人才培养[J].物理，2000，（29）：436.

[2]周世勋，陈灏.量子力学教程[M].高等教育出版社，2009：101.

[3]杨林.氢原子电子概率分布可视化及其性质研究[J].绥化学院学报，2009，（29）：186.

[4]常少梅.利用Mathematica研究量子力学中氢原子问题[J].科技信息，2011，（26）：012.

篇6

中图分类号：TN918 文献标识码：A 文章编号：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

卫星导航定位技术以天基人造卫星为基本平台，能够为全球海、陆、空、天各类军民用载体提供全天候、二十四小时连续不间断的高精度三维位置、速度和时间信息。目前技术成熟的卫星导航定位系统，包括美国的全球定位系统（Global Position System，GPS），欧洲导航定位卫星系统，我国的北斗导航系统，广泛应用于交通导航、卫星授时应用、应急指挥、民用水情测报服务等，发挥了非常重要的作用。

虽然GPS在导航定位领域获得了前所未有的成功，但仍然存在以下几个方面的问题。

（1）定位精度仍然不够高，系统体制仍存在着物理极限。因为GPS定位的原理是通过重复地向空间发射电磁波信号，检测电磁波到达待测点的时间延迟来实现的，这种以经典物理学为基础的方法受到所能实现的可利用功率及带宽的限制，其测量精度很难获得进一步的提高。此外，电磁波信号受到电离层和对流层的干扰，特别在城市、山区等复杂自然环境下，由于高层建筑、树木等对信号的影响，会导致信号的非直线传播，从而使得不同环境下的导航效果具有比较大的差异。

（2）保密性较差，美国斯坦福大学设立有一个专业实验室，主要截获并分析全球所有的卫星信号，华裔学者Grace Xingxin Gao在2008年的博士论文《Towards navigation based on 120 satellites： analyzing the new signals》，较为详细地阐述了卫星信号的跟踪与破译方法，虽然不能确信是否能够破译所有的伪随机码，但至少是可以部分破译的。

（3）抗干扰能力差，与其他传感器系统相比，GPS信号强度很弱，因此更加容易受到电磁干扰，使基于GPS的导航系统存在稳定性漏洞。

由于存在着这些缺陷，美国投入巨资完善并发展GPS系统。基于量子技术的量子定位系统（Quantum Positioning System， QPS）作为一种定位精度高、保密性能强的导航定位技术，就是其发展重点之一。量子定位的概念最先是由美国麻省理工学院研究人员于2001年提出，其与传统定位系统的本质区别在于所采用信号的不同。传统定位如GPS系统采用的是基于重复发送电磁波脉冲测量信号达到时间，通过计算得到距离信息，而量子定位系统采用的是具有量子特性的光子脉冲。利用光子的微观量子特性，如量子纠缠和量子压缩态，量子定位系统就能够超越经典测量中能量、带宽和精度的限制，精度可接近海森堡测不准原理所限定的物理极限。

1 量子定位技术的关键技术

1.1 量子定位系统的原理

量子定位技术利用具有量子特性的激光脉冲，取代传统GPS的微波信号来实现精确定位。区别于微波信号的长波长波束覆盖宽，激光的波长很短指向性很高，卫星与用户间的传统同步方法不再适用。因此量子定位系统的定位不应是取代现有GPS，而是与GPS相结合，实现安全高精度的定位目的。通过对量子定位技术原理的研究与优选，提出具有实用性的量子定位系统体系架构以及面向用户的应用模式，才能将量子定位系统推广应用。

量子定位系统由量子纠缠态光源、HOM干涉测量部分以及系统控制部分组成，其基本原理与关键特性如下。

（1）高性能量子纠缠态光源。在光与非线性晶体相互作用的过程中，能够产生一种非线性光学效应，这种效应一对低频率光子具有很强的量子纠缠、关联和非定域特性，可实现时间和空间上的高精度测量。作为光源，光子纠缠态的纠缠纯度、退相干时间对系统性能将产生巨大的影响。

（2）高稳定HOM干涉测量与处理。在量子力学的Hong-Ou-Mandel（HOM）干涉中，由于双光子的纠缠特性，干涉是不可区分的双光子整体态。当两个光子在时域上同时到达分束片上时，双光子态不可区分，此时干涉出现，两个探测器的计数出现强的反关联。反之，当我们改变一条链路中的延时，致使复合计数出现强的反关联时，即可知道此时两个光子在时域上不可区分。这正是利用HOM干涉实现量子定位系统的基本原理。

（3）高精度ATP与时间同步技术：在单组基线的系统中，需通过改变可控反射模块来实现基线与待测点r0之间建立稳定的光链路。二者的精确指向将影响到最终定位的精度，因此对反射模块的反射角度需要进行反馈控制。在利用参考光实现对于待测点ATP（获取、跟踪、瞄准）之后，定位过程将通过精密调整延时并观测探测器的复合计数来实现。

1.2 量子定位系统与量子保密通信的结合技术

原理上，量子定位系统与量子保密通信都是基于量子纠缠态的分发与后处理。因此，在同一套系统中实现两种功能具有可行性。研究在量子定位过程中引入量子保密通信的技术，实现对交互信息的保密处理，提高量子定位系统的安全性。两者相结合，能够充分发挥量子定位系统技术优势的方法，能有效提升量子定位的使用程度，是未来量子定位系统的一个应用方向。

1.3 大气、重力场环境的干扰校正技术

与GPS类似，为了实现宽覆盖、全天候工作，星载平台将是未来量子定位系统走向实用化的最佳平台。对于LEO低轨卫星等自由空间传输的星地链路而言，大气的损耗、湍流、散射，重力场对于授时的影响都是系统中必须考虑的因素，必须通过对环境的建模与仿真，分析对信息传输链路的影响，以实现量子定位系统的校正。

2 量子定位技术的发展前景

量子定位技术作为一种不同于传统GPS的新型精确定位技术，是量子光学和通信导航技术相融合的典范。这项技术的深入研究，能为下一代高精度导航系统提供量子水平的定位精度。特别是在以下两个方面。

（1）量子定位系统技术理论和工程实现将促进电子信息系统进入量子时代。

随着信息化社会的发展，未来将逐步进入量子的时代。在量子领域的实用化进程中，高性能、大规模的量子设备（如星地量子保密通信、量子计算处理芯片、高性能纠缠源）已逐步面世。这也为量子定位技术逐步实用化提供了良好的基础。

（2）量子定位系统与量子密码技术的结合是未来实用化的最佳途径。

篇7

本文首先概要介绍了当前因特网流量工程体系结构及其主要技术，同时介绍了MPLS的基本原理以及与流量工程相结合的主要思想，进而深入地研究了在MPLS区域内如何在平行的流量主干间进行负载分配。

在两个节点之间多条平行的流量主干上进行负载分配是一个十分重要的问题。在许多情况下，可能两个节点之间的某一业务量无法只有任何一条单独的链路或路径来承担。然而，该业务流量所需的资源可能低于网络中所有可用路径能够提供的总量。此时，唯一的方法是将业务流量分解为一些流量子集，在将这些流量子集通过多条路径来加以传输。在一个MPLS区域内，上述问题可以通过在两个节点之间发起多条流量主干来解决，这样，总的业务量将可以分担到各条流量主干上。要实现这一过程，就必须要设计一种能够对多条平行的流量主干灵活地进行负载分配的技术。本文给出了一个多路径自适应算法，该算法在LSP之间分配流量，得到负载均衡化和拥塞最小化。

文章最后部分设计并实现了一个模拟MPLS主干网的流量控制功能的实验系统。实验系统基本实现了入口节点的主要功能和流量平衡的作用，也为进一步的研究工作提供了一定的基础。

关键词：

流量工程，MPLS，NS仿真，多路径负载均衡，MATE

目 录

引言 1

第1章 基于传统网络的流量工程概述 2

1.1 早期IP核心网络的流量工程问题 2

1.1.1 基于量度的流量工程 2

1.2 传统路由核心网流量工程的局限性 3

1.3 IP覆盖型网络 3

1.3.1 IP覆盖型网络的运行 4

1.3.2 IP over ATM模型的优势 5

1.3.3 IP over ATM模型的局限性 5

1.4 未来的网络流量工程结构 6

第2章 MPLS概述 7

2.1 MPLS产生的技术背景 7

2.2 MPLS基本原理 8

2.3 MPLS体式结构 9

2.3.1 基本概念 9

2.3.2 节点结构 10

2.3.3 标签 11

2.3.4 标签分发协议 13

2.3.5 标签堆栈 14

2.3.6 路由选择机制 16

2.4 MPLS的工作过程 17

2.5 MPLS流量工程技术基础 18

2.5.1 包转发单元 19

2.5.2 信息单元 20

2.5.3 路径选择单元 20

2.5.4 信令单元 22

…………共6章

：26000多字的计算机科学与应用的硕士论文

有中、英文摘要、图、参考文献

400元

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【分类号】：TM743

1.概述

量子计算是计算机科学与量子力学相结合的产物，根据Moore定律可知：当计算机的存储单元达到原子层次时，显著地量子效应将会严重影响计算机性能，计算机科学的进一步发展需要借助新的原理和方法【1】，量子计算为这一问题的解决提供了一个可能的途径。

根据量子计算原理设计的量子计算机是实现量子计算的最好体现。量子计算机是利用微观粒子状态来进行存储和处理信息的计算工具【2】。其基本原理是通过物理手段制备可操作的量子态，并利用量子态的叠加性、纠缠性和相干性等量子力学的特性进行信息的运算、保存和处理操作，从本质上改变了传统的计算理念。

量子通信是量子理论与信息理论的交叉学科，是指利用量子的纠缠态实现信息传递的通讯方式。量子的纠缠态是指：相互纠缠的两个粒子无论被分离多远，一个粒子状态的变化都会立即使得另一个粒子状态发生相应变化的现象。量子通信主要包括两类：用于量子密钥的传输，和用于量子隐形传态和量子纠缠的分发。与传统的通信技术相比，量子通信具有容量大，传输距离远和保密性强的特点。

2.量子计算基础

2.1 量子位

计算机要处理数据，必须把数据表示成计算机能够识别的形式。与经典计算机不同，量子计算机用量子位来存储信息，量子位的状态既可以是0态或1态，也可以是0态和1态的任意线性叠加状态。一个n位的量子寄存器可以处于 个基态的相干叠加态 中，即可以同时存储 种状态。因此，对量子寄存器的一次操作就相当于对经典计算机的 次操作，也就是量子的并行性。

2.2.量子逻辑门

对量子位的态进行变换，可以实现某些逻辑功能。变化所起到的作用相当于逻辑门的作用。因此，提出了“量子逻辑门”【3】的概念，为：在一定时间间隔内，实现逻辑变换的量子装置。

量子逻辑门在量子计算中是一系列的酉变换，将酉矩阵作为算符的变换被成为酉变换。量子位的态 是希尔伯特空间（Hilbert空间）的单位向量，实现酉变换后希尔伯特空间，在希尔伯特空间内仍为单位向量。【4】

3.量子算法

量子算法的核心就是利用量子计算机的特性加速求解的速度，可以达到经典计算机不可比拟的运算速度和信息处理功能。目前大致五类优于已知传统算法的量子算法：基于傅里叶变换的量子算法，以Grover为代表的量子搜素算法，模拟量子力学体系性质的量子仿真算法，“相对黑盒”指数加速的量子算法和相位估计量子算法。

3.1基于傅里叶变换的量子算法

Shor于1994年提出大数质因子分解量子算法，而大数质因子分解问题广泛应用在RSA公开密钥加密算法之中，该问题至今仍属于NP难度问题。但是Shor算法可以在量子计算的条件下，在多项式时间内很有效地解决该问题。这对RSA的安全性有着巨大的挑战。

Shor算法的基本思想是：利用数论相关知识，通过量子并行特点，获得所有的函数值；再随机选择比自变量小且互质的自然数，得到相关函数的叠加态；最后进行量子傅里叶变换得最后结果。构造如下函数：

就目前而言，该算法已经相对成熟，对其进行优化的空间不大。目前研究者的改进工作主要是：通过对同余式函数中与N互质的自然数选择的限制，提高算法成功的概率。Shor算法及其实现，对量子密码学和量子通信的发展有着极重要的价值。[7]

3.2以Grover为代表的量子搜素算法

3.2.1 Grover算法

Grover算法属于基于黑箱的搜索算法，其基本思想为：在考虑含有 个数据库的搜索问题，其中搜索的解恰好有 个，将数据库中的每个元素进行量化后，存储在 个量子位中， 与 满足关系式 。【8】将搜索问题表示成从0到 的整数 ，其中函数 定义为：如果 是需要搜索的解， ；若不是需要搜索的解，那么 。【12】

具体算法如下：

（1）初始化。应用Oracle算子 ，检验搜索元素是否是求解的实际问题中需要搜索的解。

（2）进行Grover迭代。将结果进行阿达马门（Hadamard门）变换。

（3）结果进行 运算。

（4）结果进行阿达马门变换。【12】

4. 量子智能计算

自Shor算法和Grover算法提出后，越来越多的研究员投身于量子计算方法的计算处理方面，同时智能计算向来是算法研究的热门领域，研究表明，二者的结合可以取得很大的突破，即利用量子并行计算可以很好的弥补智能算法中的某些不足。

目前已有的量子智能计算研究主要包括：量子人工神经网络，量子进化算法，量子退火算法和量子免疫算法等。其中，量子神经网络算法和量子进化算法已经成为目前学术研究领域的热点，并且取得了相当不错的成绩，下面将以量子进化算法为例。

量子进化算法是进化算法与量子计算的理论结合的产物，该算法利用量子比特的叠加性和相干性，用量子比特标记染色体，使得一个染色体可以携带大数量的信息。同时通过量子门的旋转角度表示染色体的更新操作，提高计算的全局搜索能力。

目前量子进化算法已经应用于许多领域，例如：工程问题、信息系统、神经网络优化等。同时，伴随着量子算法的理论和应用的进一步发展，量子进化算法等量子智能算法有着更大的发展前景和空间。

参考文献

1.王书浩，龙桂鲁.大数据与量子计算

2.张毅，卢凯，高颖慧.量子算法与量子衍生算法

3.Deutsch D，Jozsa R.Rapid solution of problems by quanturm computation[C]//Proc Roy Soc London A，1992，439：553-558

4.吴楠，宋方敏。量子计算与量子计算机

5.苏晓琴，郭光灿。量子通信与量子计算。量子电子学报，2004，21（6）：706-718

6. White T.Hadoop： The Defintive Guide，California：O’Reilly Media，Inc.2009：12-14

7.王蕴，黄德才，俞攸红.量子计算及量子算法研究进展.

8.孙吉贵，何雨果.量子搜索算法.软件学报，2003，14（3）：334-344

9.龙桂鲁.量子计算算法介绍

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中图分类号：TP313 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）35-0291-02

量子信息和经典信息的基本原理是不相同的。以量子非克隆原理为例[1]，该原理表明，能够对不明确的纯态进行精确的拷贝的装置，该装置是不存在的。这个原理的初始文献[1]显示该量子非克隆原理是量子态叠加原理的结论。这个原理有重大影响的文献[2]显示存在一个通用型量子克隆机，该量子克隆机具有多进程的量子克隆特征。自从文献[2]首先提出这种通用型的量子克隆机，Milmanetal[3]也提出这么一个原理，它是在QED空腔系统中的通用型量子克隆机的克隆原理。在这个原理中实现通用型量子克隆机的重要障碍的是消相干。为了克服消相干这个难题，Zouetal[4]已提出通过一个空腔辅助碰撞的方案，用于实现通用型QED中的量子克隆机。最近几年，在研究量子克隆方面，已提出许多不同的方案，如：概率量子克隆[4]，从属态克隆[5]，协变相位量子克隆[5]，通过空腔辅助相互作用通用型量子克隆[6]，等。在本文中，我们利用一个新的复合固态量子系统证明了单向量子计算的基本操作。此系统包含个氮气-空穴（N-V）中心与个超导传输共振子（TLR）相耦合，它们共同连接于一个约瑟夫森结（CBJJ）超导量子比特。通过交换虚光子，在N-V中心和CBJJ之间产生了有效的相互作用哈密顿量。

1.物理模型

图1：个NV-TLR对与一个CBJJ耦合的复合量子系统示意图，其中为耦合电容，为结电容，为偏置电流，为临界电流。每个TLR中的黑点代表一个N-V中心，个N-V中心显示了一维的线性结构。

2.CBJJ-TLR大失谐哈密顿量相互作用

装置原理图如图1所示，该系统有四个N-V中心耦合而成的四个TLRs，并且它们的电容耦合成一个共同的CBJJ。其中任何一个TLR的哈密顿量可以写成（）[9]

（1）

其中，是湮灭算符，频率，和是TLR的电感和电容。

图2 倾斜的洗衣板势能级结构图。

此CBJJ能够被模拟成在此洗衣板势中移动的粒子。通过调节偏置电流，此CBJJ能够被构建成一个三能级量子系统。

如图2所示，如果我们假设的能级为零点，那么，频率分别其中是等离子体振荡频率，同时，量子流为，连接电容为，偏流电流为，临界电流为。我们假设每一个TLR的模是跃迁耦合，但其他跃迁耦合都不存在。使用旋转波近似，可以使得频率和频率相匹配，这时，第个TLR和CBJJ之间的哈密顿量可以写成：

（2）

其中，是耦合系数，分别是CBJJ和第个TLR的频率，是跃迁失谐。使用标准量子光学技术，在大失谐条件下，即，第个TLR和CBJJ之间的哈密顿量可以写成[11，12]

（3）

3.N-V中心-TLR谐振相互作用

图3：第个N-V中心能级结构图，其中为此N-V中心和TLR之间的耦合强度。

由图3所示，N-V中心基态和第一激发态都是电子旋转三态（）。在该系统中，我们将设定三个基本态中的量子比特分别为：和，这时第个N-V中心的哈密顿量可以写成：

（4）

其中我们使用旋转波近似，使得和相匹配。这时，第个N-V-TLR对相互作用的哈密顿量可以写成：

（5）

其中，和.我们使用为第个N-V-TLR强耦合，第个N-V中心跃迁频率和第个TLR频率之间的失谐为。当第个TLR的频率是第个N-V中心的谐振时，即，.

那么第个N-V-TLR对相互作用的哈密顿量就可以写成如下形式：

（6）

4.量子克隆机的实现

根据文献[2]，我们首先简单回顾一下通用型量子克隆机其转换过程。如果定义量子比特基矢为，通用型量子克隆机执行幺正变换：

（7）

其中，箭矢左边的第一个态矢表示输入量子比特，表示空白拷贝的初始态和任何可能的辅助量子比特。在箭头右手边，前两个态矢是量子克隆的过程，，第三个态矢表示辅助的两个可能的正交态。

现在，我们给出系统中作用在通用型量子克隆机。为了实现我们的方案，首先介绍该系统中两量子比特控制相位门，并且该控制相位门将用于实现通用型量子克隆机。假设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标量子比特。实现需要如下三个步骤：

第一步：让第个N-V中心和第个TLR在哈密顿量（5）作用下，经过相互作用时间。不失一般性，我们认为所以的N-V中心-TLR强谐振耦合都是相同，即，。以致于经过交换，那么，表示为第个TLR的单光子态。

第二步：调整TLRs（1，2，3，4）的参数，使得每一个N-V中心和其一一对应的TLR不耦合，只需运用方程（3）就可以满足调整CBJJ和TLRs（1，2，3，4）的参数的条件。经过相互作用时间之后，可以实现的相互交换。

第三步：调整CBJJ的参数，使得它与每一个TLR都不耦合。这样就可以在相互作用时间内调整TLRs（1，2，3，4）的参数，使得每一个N-V中心与其一一对应的TLR产生谐振，可以实现的相互交换。

这些态经过三次转换，在最终演化中，辅助量子比特让第个TLR与其它量子比特不产生耦合。因此，我们在系统里得到了通用型量子克隆机。

5.实验的可行性分析

文献[2]对通用型量子克隆机的性质进了讨论。因为理想通用型量子克隆机，其保真度为。由文献[3]知道，在真实的系统中，其保真度应该比0：92更为精确的值。在这些方案中，所有的CBJJ-N-V相互作用和经典脉冲将导致错误。如果考虑删除和制备操作，那么整个操作步骤就是10。因此，如果脉冲的保真度比更好，这个才是合适的必需的精确度。这个值比文献[3]（）要小很多，这样就可以大大降低脉冲对实验设备上的难度。

因此，我们首先要讨论方案在实验上的可行性，在方案中的方法可以在不同条件下实现通用型量子克隆机。

结论

总而言之，这是一个作用于优化通用型量子克隆机的新颖方案。固态量子比特较好单独从环境中抑制消相干的操作是较容易的。另外，操作步骤很少，而且辅助的量子比特不但可以使量子克隆较容易而且可以降低系统对实验设备的难度。最后，由于操作时间短，N-V中心、TLRs和CBJJ的消相干时间很长，我们的方案可以在目前现有的实验条件下得到实现。

参考文献

[1] W.K. Wootters and W.H. Zurek， A single quantum cannot be cloned， Nature（London） 299， 802 （1982）.

[2] V. Buzek and M. Hillery， Quantum copying： Beyond the no-cloning theorem，Phys. Rev. A 54， 1844 （1996）.

[3] P. Milman， H. Ollivier， and J.M. Raimond，Universal quantum cloning in cavity QED， Phys. Rev. A 67， 012314 （2003）.

[4] X.B. Zou， K. Pahlke， and W. Mathis， Scheme for the implementation of a universal quantum cloning machine via cavity-assisted atomic collisions incavity QED， Phys. Rev. A 67， 024304 （2003）.

[5] L.M. Duan and G.C. Guo， A probabilistic cloning machine for replicating two non-orthogonal states， Phys. Lett. A 243， 261 （1998）.

[6] D. Bruss et al.， Optimal universal and state-dependent quantum cloning， Phys. Rev. A 57， 2368 （1998）.

[7] X.Y. Pan， G.Q. Liu， L.L. Yang， and H. Fan， Solid-state optimal phasecovariant quantum cloning machine， Appl. Phys. Lett. 99， 051113 （2011）.

[8] B.L. Fang， T. Wu， and L. Ye， Realization of a general quantum cloning machine via cavity-assisted interaction， Europhys. Lett. 97， 60002 （2012）.

[9] Y. Hu， Y.F. Xiao， Z.W. Zhou， and G.C. Guo，Controllable coupling of superconducting transmission-line resonators， Phys. Rev. A 75， 012314 （2007）.

[10] J. Clarke et al.， Quantum Mechanics of a Macroscopic Variable： The Phase Difference of a Josephson Junction， Science 239， 992 （1988）.

[11] S.B. Zheng and G.C. Guo， Generation of Schr？dinger cat states via the JaynesCummings model with large detuning， Phys. Lett. A 223， 332 （1996）.

[12] M.J. Holland， D.F. Walls， and P. Zoller，Quantum nondemolition measurements of photon number by atomic beam deflection， Phys. Rev. Lett. 67， 1716（1991）.

基金项目

本文系湖南省研究生创新项目（No.CX2013B221）和国家自然科学基金项目（No.11174100）、（No.1127506）的研究成果之一。

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一、引言

超弦理论从上世纪60年代末被发现到今天，已经有了36年的历史。经过了几个转折，发展到今天，成了最流行的量子引力理论。经过许多人的努力，弦论被发展成为一个自洽的、统一的量子引力理论。说弦论是一个自洽的理论，是因为弦论不仅是一个传统上通过微扰定义的理论，在非微扰的层次上也存在。弦论的统一归功于过去10年的发展，特别是1994年至1998年之间的所谓弦论第的许多概念上的飞跃，使得人们发现过去看起来很不相同的弦论其实是同一个理论在不同极限下的不同表现。然而弦论的首要目的是研究现实世界，在这一点上离成功还有很大的距离。在弦理论的框架下有没有可能计算粒子标准模型中的许多参数，有没有可能计算最近几年宇宙学观测所发现的宇宙学常数？这些问题还是目前学界争论的焦点。弦论在近几年的发展，完全遵循了过去几十年来的模式：在一段快速发展之后，由于一些传统难题和新提出的问题相当困难，进入了缓慢但稳定的发展时期。很难预言这个时期会持续多长。但从以往的经验来看，不会过很长时间，就会有新概念的形成从而引发新一轮的高速发展。没有一个人能预言这些新概念和新突破是什么，因为新的进展总是大多数人意想不到的。我们回顾一下近几年来新的发展，就是要总结一下已经存在的发展方向，理顺思路，为接受甚至发现新的突破点作准备。

二、快子和不稳定膜

快子就是那种表面上看起来以超过光速运动的粒子。在场论中，快子的存在并不破坏狭义相对论，因为这样的粒子不稳定。同样，快子所对应的场也不稳定。例如，一个快子标量场的势能有一个局域的极大点，场在这一点附近不稳定，会向势能更小的方向滚动。在物理理论中，经常会遇到不稳定的模式，这些模式其实就是快子。弦论在1994年至1998年之间的巨大进展主要归功于对一些绝对稳定模式的研究。由于这些模式的存在，人们可以对比表面上不同其实是等价的理论，因为在等价的理论中只有绝对稳定的模式是可以对比的，不稳定模式的衰变需要计算，这样的计算在一个理论中可能比较简单，而在另一个理论中也许是不可能的。但是，绝对稳定模式的存在需要超对称的存在。在我们的世界中，超对称并不存在，或者在很大程度上是破缺的，所以，研究不稳定模式是非常重要的一件事。

不稳定膜的研究不仅涉及弦论本身的一些重要问题，如对偶性以及最一般物理态的动力学，在宇宙学中也可能有重要的应用。很多人用D膜反D膜系统构造暴涨宇宙学模型。在这个模型中，宇宙中除了通常的三维空间和一维时间之外，可能存在更多的空间维度。D膜和反D膜充满了我们的三维空间，但可能和其余空间垂直。开始的时候，D膜和反D膜之间的位形不一定完全重合，D膜反D膜之间存在的吸引力将它们渐渐地拉近。由于D膜反D膜之间的吸引力所对应的势能不为零，使得宇宙学加速膨胀从而导致暴涨。最后，D膜和反D膜的碰撞使得这些膜湮灭衰变成相对论性粒子，这就是暴涨宇宙学模型中要求的重新加热，我们的宇宙中的能量和物质起源于这个加热时期。另外一种可能是，开始的时候D膜和反D膜完全重合，但因为某种原因快子处于其势能的高处，这样快子的不等于零的势能使得宇宙加速膨胀。当快子完全衰变成其它粒子的时候，暴涨结束。在这个模型中，我们并不很清楚宇宙的再加热是如何发生的。

三、全息原理和可积系统

全息原理是基于黑洞的量子性质提出的一个新的基本原理，凡是包含量子引力的理论都必须遵从这个原理。