時間：2023-12-29 14:33:50
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇量子計(jì)算的意義，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
量子計(jì)算和量子信息處理是人們利用物質(zhì)的量子行為而設(shè)計(jì)的量子信息處理技術(shù)。量子算法顯示現(xiàn)今金融系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)所普遍采用的公鑰保密算法并不是安全的，它可以被量子計(jì)算機(jī)容易的破解。同時量子信息技術(shù)也提供了建立在量子力學(xué)基本原理基礎(chǔ)上的量子密碼協(xié)約。在量子計(jì)算和量子信息處理中，量子糾纏起到一個核心的作用，例如在隱形傳態(tài)（teleportation）和超密編碼（superdense coding）中的明顯作用，及在糾錯碼和簇態(tài)（cluster）中的特殊形式。特別如果沒有量子糾纏，量子算法一般可以用經(jīng)典算法有效模擬。所以量子糾纏態(tài)的性質(zhì)研究和各種量子糾纏態(tài)的制備是實(shí)驗(yàn)和理論的研究焦點(diǎn)。
量子糾纏態(tài)的性質(zhì)刻畫特別是它的大小測量是一個有意義的課題。研究表明量子糾纏態(tài)的大小一般可以由純態(tài)的馮諾伊曼熵來衡量，對于一個兩量子比特系統(tǒng)，馮諾伊曼熵大的態(tài)可以通過局域量子操作及經(jīng)典通訊變換為另一個馮諾伊曼熵小的態(tài)。但是對高維系統(tǒng)，卻經(jīng)常存在兩個量子糾纏態(tài)并不能互相轉(zhuǎn)化的情況，甚至存在更復(fù)雜比如所謂糾纏催化的情況：即在糾纏態(tài)轉(zhuǎn)換過程中有輔助的糾纏態(tài)起到類似化學(xué)催化劑的現(xiàn)象。在刻畫這些糾纏態(tài)性質(zhì)方面，大家最近發(fā)現(xiàn)馮諾伊曼熵的推廣即任伊熵是一個好的量子糾纏大小的測度，可以準(zhǔn)確的刻畫糾纏轉(zhuǎn)化行為。同時隨著量子信息科學(xué)的發(fā)展，人們也希望能利用量子信息科學(xué)里的一些技術(shù)和方法來研究比如凝聚態(tài)系統(tǒng)的一些量子行為，例如對量子相變的刻畫。反過來也希望凝聚態(tài)物理對物質(zhì)量子相的性質(zhì)研究能對量子信息處理和量子計(jì)算是否可以在這些系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)給出提示。
最近，中科院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實(shí)驗(yàn)室（籌）理論室范桁研究員、博士生崔健與新加坡國立大學(xué)等合作在不同量子相的不同量子計(jì)算能力方面的研究取得重要進(jìn)展（Nature Commun.3，812（2012））。他們通過對模型基態(tài)任伊熵的偏導(dǎo)正負(fù)性的判斷，發(fā)現(xiàn)其行為可以準(zhǔn)確區(qū)分凝聚態(tài)模型的不同量子相，而且不同的量子相確實(shí)在量子計(jì)算的能力方面是不同的。
量子計(jì)算的實(shí)現(xiàn)在方法上大致可以被分為兩種，量子邏輯門方法和絕熱量子計(jì)算方法。研究表明這兩種方法在計(jì)算能力和計(jì)算復(fù)雜度方面是等價的。他們選取了一種可以用絕熱量子計(jì)算實(shí)現(xiàn)的量子算法，通過對一維橫場伊辛模型和XY模型基態(tài)糾纏任伊熵的分析發(fā)現(xiàn)，在絕熱量子計(jì)算的實(shí)現(xiàn)過程中，在一些量子相里，絕熱量子計(jì)算需要整體相干操作，而在另一些量子相里，絕熱量子計(jì)算可以通過較簡單的局域操作輔助以經(jīng)典通訊。而對比如量子搜索的研究表明，局域操作在所謂的量子加速方面并不起作用。從而表明不同的量子相具有不同的量子計(jì)算能力。
凝聚態(tài)模型基態(tài)的任伊熵研究對量子相變的刻畫及在量子計(jì)算中的作用是一個新的方法，不同量子相有不同的量子計(jì)算能力這個結(jié)論對具體物理系統(tǒng)的選取有指導(dǎo)意義。相關(guān)工作發(fā)表在近期Nature Commun.上（Nature Commun.3.812（2012））。
此項(xiàng)工作得到國家自然科學(xué)基金委員會，科技部973計(jì)劃和中國科學(xué)院的支持。
中國科學(xué)院物理研究所
【論文關(guān)鍵詞】電子技術(shù)；理論與應(yīng)用；近似計(jì)算；靜態(tài)分析
【論文摘要】本文首先探討了近似計(jì)算在靜態(tài)分析中的應(yīng)用問題，其次分析了納米電子技術(shù)急需解決的若干關(guān)鍵問題和交互式電子技術(shù)應(yīng)用手冊，最后電子技術(shù)在時間與頻率標(biāo)準(zhǔn)中的應(yīng)用進(jìn)行了相關(guān)的研究。因此，本文具有深刻的理論意義和廣泛的實(shí)際應(yīng)用價值。
一、近似計(jì)算在靜態(tài)分析中的應(yīng)用
在電子技術(shù)中應(yīng)運(yùn)中，近似計(jì)算貫穿其始終。然而，沒有近似計(jì)算是不可想象的。而精確計(jì)算在電子技術(shù)中往往行不通，也沒有其必要。盡管近似計(jì)算會引入一定的誤差，但這個誤差控制得好，不會對分析其它電路產(chǎn)生大的影響。所以關(guān)鍵在于我們?nèi)绾握莆眨貏e是如何應(yīng)用近似計(jì)算。
在工作點(diǎn)穩(wěn)定電路中的應(yīng)用要進(jìn)行靜態(tài)分析，就必須求出三極管的基電壓，必須忽略三極管靜態(tài)基極電流。這樣，我們得到三極管的基射電子的相關(guān)過程及結(jié)論。
二、納米電子技術(shù)急需解決的若干關(guān)鍵問題
由于納米器件的特征尺寸處于納米量級，因此，其機(jī)理和現(xiàn)有的電子元件截然不同，理論方面有許多量子現(xiàn)象和相關(guān)問題需要解決，如電子在勢阱中的隧穿過程、非彈性散射效應(yīng)機(jī)理等。盡管如此，納米電子學(xué)中急需解決的關(guān)鍵問題主要還在于納米電子器件與納米電子電路相關(guān)的納米電子技術(shù)方面，其主要表現(xiàn)在以下幾個方面。
（1）納米Si基量子異質(zhì)結(jié)加工
要繼續(xù)把現(xiàn)有的硅基電子器件縮小到納米尺度，最直截了當(dāng)?shù)姆椒ㄊ遣捎猛庋印⒐饪痰燃夹g(shù)制造新一代的類似層狀蛋糕的納米半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。其中，不同層通常是由不同勢能的半導(dǎo)體材料制成的，構(gòu)建成納米尺度的量子勢阱，這種結(jié)構(gòu)稱作“半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)”。
（2）分子晶體管和導(dǎo)線組裝納米器件即使知道如何制造分子晶體管和分子導(dǎo)線，但把這些元件組裝成一個可以運(yùn)轉(zhuǎn)的邏輯結(jié)構(gòu)仍是一個非常棘手的難題。一種可能的途徑是利用掃描隧道顯微鏡把分子元件排列在一個平面上；另一種組裝較大電子器件的可能途徑是通過陣列的自組裝。盡管，PurdueUniversity等研究機(jī)構(gòu)在這個方向上取得了可喜的進(jìn)展，但該技術(shù)何時能夠走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用，仍無法斷言。
（3）超高密度量子效應(yīng)存儲器
超高密度存儲量子效應(yīng)的電子“芯片”是未來納米計(jì)算機(jī)的主要部件，它可以為具備快速存取能力但沒有可動機(jī)械部件的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)提供海量存儲手段。但是，有了制造納米電子邏輯器件的能力后，如何用這種器件組裝成超高密度存儲的量子效應(yīng)存儲器陣列或芯片同樣給納米電子學(xué)研究者提出了新的挑戰(zhàn)。
（4）納米計(jì)算機(jī)的“互連問題”
一臺由數(shù)萬億的納米電子元件以前所未有的密集度組裝成納米計(jì)算機(jī)注定需要巧妙的結(jié)構(gòu)及合理整體布局，而整體結(jié)構(gòu)問題中首當(dāng)其沖需要解決的就是所謂的“互連問題”。換句話說，就是計(jì)算結(jié)構(gòu)中信息的輸入、輸出問題。納米計(jì)算機(jī)要把海量信息存儲在一個很小的空間內(nèi)，并極快地使用和產(chǎn)生信息，需要有特殊的結(jié)構(gòu)來控制和協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)的諸多元件，而納米計(jì)算元件之間、計(jì)算元件與外部環(huán)境之間需要有大量的連接。就現(xiàn)有傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的微型化而言，由于電線之間要相互隔開以避免過熱或“串線”，這樣就有一些幾何學(xué)上的考慮和限制，連接的數(shù)量不可能無限制地增加。因此，納米計(jì)算機(jī)導(dǎo)線間的量子隧穿效應(yīng)和導(dǎo)線與納米電子器件之間的“連接”問題急需解決。
（5）納米/分子電子器件制備、操縱、設(shè)計(jì)、性能分析模擬環(huán)境
當(dāng)前，分子力學(xué)、量子力學(xué)、多尺度計(jì)算、計(jì)算機(jī)并行技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)已取得快速發(fā)展，利用這些技術(shù)建立一個能夠完成納米電子器件制備、操縱、設(shè)計(jì)與性能分析的模擬虛擬環(huán)境，并使納米技術(shù)研究人員獲得虛擬的體驗(yàn)已成為可能。但由于現(xiàn)有計(jì)算機(jī)的速度、分子力學(xué)與量子力學(xué)算法的效率等問題，目前建立這種迅速、敏感、精細(xì)的量子模擬虛擬環(huán)境還存在巨大困難。
三、交互式電子技術(shù)手冊
交互式電子技術(shù)手冊經(jīng)歷了5個發(fā)展階段，根據(jù)美國國防部的定義：加注索引的掃描頁圖、滾動文檔式電子技術(shù)手冊、線性結(jié)構(gòu)電子技術(shù)手冊、基于數(shù)據(jù)庫的電子技術(shù)手冊和集成電子技術(shù)手冊。目前真正意義上的集成了人工智能、故障診斷的第5類集成電子技術(shù)手冊并不存在，大多數(shù)電子技術(shù)手冊基本上位于第4類及其以下的水平。需要聲明的是，各類電子技術(shù)手冊雖然代表不同的發(fā)展階段，但是各有優(yōu)點(diǎn)，較低級別的電子技術(shù)手冊目前仍然有著各自的應(yīng)用價值。由于類以上的電子技術(shù)手冊在信息的組織、管理、傳遞、獲取方面具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。簡單的說，電子技術(shù)手冊就是技術(shù)手冊的數(shù)字化。為了獲取信息的方便，數(shù)字化后的數(shù)據(jù)需要一個良好的組織管理和提供給用戶的形式，電子技術(shù)手冊的發(fā)展就是圍繞這一過程來進(jìn)行的。
四、電子技術(shù)在時間與頻率標(biāo)準(zhǔn)中的應(yīng)用
時間和頻率是描述同一周期現(xiàn)象的兩個參數(shù)，可由時間標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)出頻率標(biāo)準(zhǔn)，兩者可共用的一個基準(zhǔn)。
在量子世界里，這或許不是幻想。日前，我國發(fā)射了全球首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星。記者采訪了量子衛(wèi)星首席科學(xué)家潘建偉院士、中科院物理所研究員呂力、北京大學(xué)物理系教授劉雄軍，帶你一起走進(jìn)神奇的量子世界。
量子究竟是什么？
量子是構(gòu)成物質(zhì)的基本單元，是能量的最基本攜帶者，不可再分割。比如，光子是光能量的最小單元，不存在“半個光子”，同理，也不存在“半個氫原子”“半個水分子”等等。量子世界中有兩個基本原理：
量子疊加，就是指一個量子系統(tǒng)可以處在不同量子態(tài)的疊加態(tài)上。著名的“薛定諤的貓”理論曾經(jīng)形象地表述為“一只貓可以同時既是活的又是死的”。
量子糾纏，類似孫悟空和他的分身，二者無論距離多遠(yuǎn)都“心有靈犀”。當(dāng)兩個微觀粒子處于糾纏態(tài)，不論分離多遠(yuǎn)，對其中一個粒子的量子態(tài)做任何改變，另一個會立刻感受到，并做相應(yīng)改變。
世界上真有絕對安全的通信嗎？
這得先說說通信中信息是如何被竊取的。傳統(tǒng)光通信是通過光的強(qiáng)弱變化傳輸信息。從中分出一丁點(diǎn)光并不影響其他光繼續(xù)傳輸信息，測量這一丁點(diǎn)光原理上就能竊取信息。
量子通信則完全不同！竊聽者如果想攔截量子信號，并對其進(jìn)行測量，將不可避免地破壞攜帶密鑰信息的量子態(tài)。根據(jù)量子“測不準(zhǔn)定理”，這種破壞必然會被信息發(fā)送者和接收者所發(fā)現(xiàn)。
是否可以不破壞傳輸?shù)牧孔討B(tài)，只截取并復(fù)制，再繼續(xù)發(fā)送？這已被“量子不可克隆定理”完全排除，于是也就保證了量子通信的絕對安全。
能實(shí)現(xiàn)《星際迷航》里的瞬間移動嗎？
“量子態(tài)隱形傳輸”是基于量子疊加和量子糾纏的特性，就是甲地某一粒子的未知量子態(tài)，可以在乙地的另一粒子上還原出來。其實(shí)傳輸?shù)氖橇Ｗ拥牧孔討B(tài)，而不是粒子本身。這種狀態(tài)傳送的速度上限仍然是光速，也不是“瞬間移動”。
現(xiàn)在，在光子、原子等層面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了量子態(tài)隱形傳輸。電影里“大變活人”在原理上是允許的，但目前還遠(yuǎn)遠(yuǎn)做不到。因?yàn)榭苹秒娪袄锶说膫魉停粌H需要把人的實(shí)體部分的大量原子、分子傳送，并且嚴(yán)格按照原來的相對位置重新排列起來，更何況重現(xiàn)意識和記憶就更復(fù)雜了。
不過，隨著科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，也許未來我們還是可以實(shí)現(xiàn)人的量子隱形傳態(tài)，到那時星際旅行就不是夢啦。
未來機(jī)器會不會像《變形金剛》里一樣被裝上量子大腦？
所謂量子大腦，其實(shí)就是當(dāng)今正在研制中的量子計(jì)算機(jī)。未來的量子計(jì)算機(jī)可能會對人工智能起到極大的幫助，在數(shù)據(jù)搜索、分析和處理方面提供遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前經(jīng)典計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力。
機(jī)器人都是預(yù)先設(shè)置好程序的，而人是有意識和自由意志的。研究發(fā)現(xiàn)，人腦中的思維機(jī)制與量子疊加、量子糾纏或許存在相似之處。所以也有學(xué)者認(rèn)為，未來可望創(chuàng)造出與人腦一樣運(yùn)行的人工智能機(jī)器人。真到這種程度，機(jī)器與生物之間的界限已經(jīng)非常模糊。這目前還只是一種暢想，未來究竟怎樣還得拭目以待。
量子技術(shù)什么時候才能飛入尋常百姓家？
量子通信目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)在金融、政務(wù)系統(tǒng)等中的使用。要讓每個人都用上，樂觀的話需要10到15年。這需要對網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行改造，還涉及到標(biāo)準(zhǔn)制定。到時候，個人的網(wǎng)上銀行、手機(jī)支付、信用卡等就再也不怕被盜號，“棱鏡門”那樣的泄密事件也不會發(fā)生了。
而量子計(jì)算目前仍然處于基礎(chǔ)研究的階段，前進(jìn)道路上還面臨著巨大的挑戰(zhàn)，不知道在二三十年的時間內(nèi)能否實(shí)現(xiàn)初步應(yīng)用。一旦取得進(jìn)展，其意義將是極其重大的。
量子科學(xué)和技術(shù)究竟將帶來一個怎樣的未來？
量子科學(xué)和技術(shù)其實(shí)已經(jīng)在方方面面影響著我們的日常生活。我們目前正在廣為使用的計(jì)算機(jī)、手機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、時間標(biāo)準(zhǔn)和導(dǎo)航，包括醫(yī)院里的磁共振成像等等，無一不得益于量子科學(xué)和技術(shù)。
乍看,題目好象哲學(xué)的。不屑哲學(xué),只談物理。
大量研究表明,目前為止的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)給出物質(zhì)世界準(zhǔn)確信息,物理學(xué)重要任務(wù)之一就在于找出這信息并揭示其內(nèi)在規(guī)律。遺憾的是,目前為止的理論(無例外)均未能如此。然而國內(nèi)外學(xué)界卻一致認(rèn)為理論物理大廈框架——《量子力學(xué)》已經(jīng)建成,剩下只是裝修和美化了。
但經(jīng)本文研究表明,《量子力學(xué)》對一些基本物理學(xué)問題的實(shí)質(zhì)并不清楚,往往似是而非。然而《量子力學(xué)》卻娓娓動聽、夸夸其談,實(shí)則以其昏昏使人昭昭!請看事實(shí):
1.1 關(guān)于“量子化”根源問題。
微觀世界“量子化”已被證實(shí),人們已經(jīng)公認(rèn)。但接踵而來的就是“量子化”根源問題,又機(jī)制怎樣?這本是物理學(xué)根本任務(wù)之一。已有的理論包括愛因斯坦、玻爾、量子力學(xué)都未能回答。然而量子力學(xué)家們卻置這本職任務(wù)于不顧,翩翩起舞與數(shù)學(xué)喧賓奪主、相互玩弄!
就是說,《量子力學(xué)》是在未有弄清量子化根源前提下侈談“量子”的“科學(xué)”。其結(jié)果只能使原子結(jié)構(gòu)憑空量子化,量子化則成為無源之水,無本之木。這就是目前物理科學(xué)之現(xiàn)狀!
可有人,例如一位量子力學(xué)教授辯論時說:“量子化是電子自身固有屬性,陰極射線中的電子能量也是量子化的”。
雖然,這量子力學(xué)家利用了“微小量子”數(shù)學(xué)“極限”概念進(jìn)行詭辯,顯得很聰明,但卻誤了人類物理學(xué)前程!
不可否認(rèn)的事實(shí)是:陰極射線中的電子、X射線韌致輻射電子、高能加速器中電子或其它自由電子能量都連續(xù)可變,決不表現(xiàn)量子化!這無疑表明量子化不是電子自身固有屬性。那末,原子結(jié)構(gòu)中能量量子化必有其它原因。顯然這是基本物理學(xué)問題,作為理論物理又是非弄清不可的問題。其它科學(xué)例如數(shù)學(xué),由于任務(wù)不同尚可不必關(guān)心量子化根源問題。然,作為理論物理決不可以!本文如下將準(zhǔn)確具體討論量子化根源問題以及物質(zhì)世界又怎樣量子化的,并給出8位數(shù)字有效精度與實(shí)驗(yàn)完全相符的計(jì)算結(jié)果。 1.2 理論與實(shí)踐關(guān)系問題
既然憑空將電子能量量子化,就難免臆造之嫌,所以《量子力學(xué)》就下意識往實(shí)驗(yàn)上靠――“符合”試驗(yàn)。然而,既下意識就難免拙劣,請看事實(shí):
世界著名理論物理第六冊——《量子力學(xué)》(文獻(xiàn) [1]) 中著:“量子力學(xué),可建立于數(shù)個基本假定上,大體上這些基本假定分屬兩大項(xiàng)……,兩項(xiàng)的假定便構(gòu)成一量子力學(xué)完整系統(tǒng)”。
這明確表明,量子力學(xué)就是建立在基本假定上的(種種猜測)。“科學(xué)學(xué)”研究還表明:任何建立在基本假定上的東西都不可能是科學(xué)!然而量子力學(xué)家們卻娓娓動聽說:“量子力學(xué)是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的科學(xué)”。這不是彌天大謊么?!
文獻(xiàn) [1] 在建立對易關(guān)系:
pq -qp = (?/i)E ――――――――― (1)
時說:“這是一基本假定”。并告誡人們:“不可懂”!就是說(1)式不能用任何數(shù)學(xué)——物理方法導(dǎo)出,即:不否認(rèn)這是一種猜測。然而,(1)式就是昭著世界的“波動方程”的基礎(chǔ),也就是量子力學(xué)的理論基礎(chǔ)。
所以確切地說,量子力學(xué)就是建立在基本假定上的種種猜測。這分明表現(xiàn)的是量子力學(xué)家們主觀意識!
研究表明,量子力學(xué)所謂實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),首先在于德布羅意“物質(zhì)波”理論。認(rèn)真研究表明,物質(zhì)波究竟是什么?德布羅意本人未有弄清,后人至今仍未弄清,又怎能說“建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上”呢?!
研究表明,量子力學(xué)的實(shí)際過程是:德布羅意對自然現(xiàn)象進(jìn)行一次連他自己也弄不清的抽象(猜測)(以下證明),提出“物質(zhì)波”概念。量子力學(xué)對這不清的概念又進(jìn)行一次抽象(猜測)(以下證明),提出“波函數(shù)”(Ψ)概念,并且通過一種算符將其作用到一個基本假定即(1)式上,便鑄成了著名的“波動方程” ——量子力學(xué)的理論基礎(chǔ):
(h2/2m)2Ψ + (E-V)Ψ = 0 ――――― (2)
由于量子力學(xué)憑空引進(jìn)“波函數(shù)Ψ”,實(shí)際上就賦予了電子神奇性質(zhì)。正是這種神奇性質(zhì)使得量子力學(xué)具備了非凡詭辯能力。
1.3 量子力學(xué)詭辯倫理
1.3.1 關(guān)于理論基礎(chǔ)詭辯
以上及以下討論都證明,量子力學(xué)是,由于缺乏了解,錯誤地估計(jì)了試驗(yàn)(以下嚴(yán)格證明),用了錯誤的基本假定(不能由任何合理方法導(dǎo)出)而形成的,錯誤理論。然而量子力學(xué)家們卻口口聲聲:“量子力學(xué)是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上地科學(xué)”。這分明是在詭辯,再加上社會意識,量子力學(xué)又具備了狡辯能力。 1.3.2 關(guān)于物質(zhì)波的狡辯
對于“物質(zhì)波”概念,量子力學(xué) [1] 應(yīng)用了三個基本假定:其一假定“對易關(guān)系”即(1)式,由此構(gòu)成量子力學(xué)骨架;其二假定“測不準(zhǔn)原理”,由此編造了電子“幾率云”圖像;其三假定“波粒互補(bǔ)原理”,這種原理本身就是一種詭辯,因?yàn)椤安６笮浴眴栴}目前仍屬困難不解的世界性難題。于是量子力學(xué)精心泡制出“波函數(shù)Ψ”并強(qiáng)加給電子。經(jīng)如此之假定,電子便具備了神奇性質(zhì)——量子力學(xué)家們的主觀意識。
然而“波函數(shù)”的物理意義究竟是什么?量子力學(xué)家們著實(shí)應(yīng)向人們交代清楚,遺憾的是任何學(xué)家都未能如愿。實(shí)際上對波函數(shù)Ψ的真實(shí)物理意義,量子力學(xué)家們也只是:你知、我知、天知、地知,凡人不可知。這分明是狡辯理論!
如果需要,量子力學(xué)(文獻(xiàn) [1])首先拿出:
2πa=n ―――――――――――――― (3)
很明顯式中 2πa是粒子中心軌跡。于是說,物質(zhì)波是粒子軌跡波動。此說極易征服初學(xué)者,但此說問題也易敗露。量子力學(xué)立即改變說法,言(3) 式系近代物理概念,對此不能用經(jīng)典概念理解。于是又出現(xiàn):
1.3.3 關(guān)于“經(jīng)典”與“近代”狡辯
量子力學(xué)經(jīng)常炫耀是近代科學(xué)理論,已經(jīng)超脫經(jīng)典,又不時貶低經(jīng)典理論。
然而,以下討論完全證明:量子力學(xué)除了主觀臆造因素外,完全沒有離開經(jīng)典物理一步,也未超出經(jīng)典物理一點(diǎn),就連波函數(shù) Ψ 的表達(dá)式(無例外)也完全是經(jīng)典數(shù)學(xué)和經(jīng)典力學(xué)關(guān)系式,并且以下用不可否認(rèn)的事實(shí)——量子力學(xué)所犯經(jīng)典錯誤,表明量子力學(xué)連經(jīng)典理論也不通。所以,量子力學(xué)所謂超脫經(jīng)典,正在于一些基本假定連同主觀臆造。在此種意義上說,量子力學(xué)不僅超脫經(jīng)典,而且也超脫科學(xué)! 1.3.4 量子力學(xué)方法論狡辯
確切說,量子力學(xué)不能給波函數(shù) Ψ 做出完整的真實(shí)物理學(xué)定義,但在理論中卻輪番使用: ①波函數(shù) Ψ 表示粒子中心軌跡波動;②波函數(shù) Ψ 表示粒子出現(xiàn)幾率;③波函數(shù) Ψ 表示彌撒物質(zhì)波包三種概念。有了三種概念,又可各取所需,自然一切物理問題都“迎刃而解”了。
然而,量子力學(xué)同時又“有權(quán)”輪番否定這三種概念。但卻不是自我否定,而是另一種需要——否定其它理論,其中包括真理。要指出的是,量子力學(xué)輪番使用三種概念,又輪番否定這三種概念,并不是在同一時間同一地點(diǎn)進(jìn)行的。因?yàn)閼?yīng)用一種概念的同時又否定這種概念,這是賣矛又賣盾的故事,連兒童都知道是蠢事。顯然量子力學(xué)家比兒童高明得多,這叫認(rèn)識方法狡辯。
似這樣,在哲學(xué)面前,用“建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上”量子力學(xué)可以蒙混過關(guān);其它科學(xué)由于研究任務(wù)不同,不會關(guān)心“量子化”根源,又由“領(lǐng)地”限制也無權(quán)過問波函數(shù)的真實(shí)意義;量子力學(xué)又可各取所需輪番應(yīng)用和輪番否定①、②、③三種概念。于是,量子力學(xué)便以狡辯贏得了世界理論權(quán)威!
1.4 關(guān)于“符合”試驗(yàn)問題
以下將證明,量子力學(xué)所謂符合實(shí)驗(yàn),實(shí)際上系對實(shí)驗(yàn)的猜測。量子力學(xué)很善于做貌似合理實(shí)則謬誤的猜測(以下揭示),并美其名曰“符合”試驗(yàn)。其實(shí),對實(shí)驗(yàn)的真實(shí)物理過程并不清楚,又何談相符呢?請看事實(shí):
基于玻爾理論的成功,量子力學(xué)作兩項(xiàng)重要推廣。 心理學(xué)原因,人們對這種推廣又愿意接受。然而卻出現(xiàn)本質(zhì)性原則錯誤,請看:
1.4.1 量子力學(xué)推廣(一)
由于氫原子的試驗(yàn)電離能與玻爾理論真實(shí)能級相近,于是量子力學(xué)推廣為:
試驗(yàn)電離能 = 原子真實(shí)能級 ―――――――――― (4)
將該式推廣到多電子原子中顯然很省力氣,但這是嚴(yán)重錯誤。請看氦原子事實(shí):
試驗(yàn)(文獻(xiàn)[1])測得氦原子兩個電離能,這里分別用 E1,E2 表示為:
E1= 1.80(Rhc) = 24.58(ev) ―――――――― (5)
E2= 5.80(Rhc) = 79.01(ev) ―――――――― (6)
量子力學(xué)[1]認(rèn)為這就是氦原子的兩個真實(shí)能級。
若用 E玻 表示類氫氦離子基態(tài)能玻爾理論值,則
E玻 = 54.42(ev) ――――――――――――― (7)
顯然下式成立:
E2 = E1+ E玻 ―――――――――――――― (8)
該式明確表明 E2 不是氦原子的真實(shí)能級,因?yàn)槠渲邪?E1 ,即第一電離能。
那么,實(shí)驗(yàn)值 E2 即(8)式表示什么物理內(nèi)容呢?
研究表明:要使氦原子第二電子電離,儀器必先付出能量 E1=24.58(ev) 先使第一電子電離,這好比代價,氦原子于是變成類氫氦離子,其基態(tài)能為 E玻=54.42(ev)。要使它電離,儀器必須再付出與 E玻 相等的能量,才能使第2電子電離。那么儀器付出總能量必為 E2=E1+E玻,這就是氦原子電離實(shí)驗(yàn)真實(shí)過程,由此不難結(jié)論:
1.4.2 據(jù)電離實(shí)驗(yàn)本文結(jié)論
電離實(shí)驗(yàn)結(jié)論一:氫原子及類氫氦離子玻爾理論值正確。
電離實(shí)驗(yàn)結(jié)論二:目前電離能實(shí)驗(yàn)值 ≠ 原子真實(shí)能級。
電離實(shí)驗(yàn)結(jié)論三:所有元素最低能級皆為其類氫離子能級,不存在比這更低的能級。 然而量子力學(xué)(文獻(xiàn)[1]、[3])卻競相用“微擾法”、“變分法”乃至用修正核電荷方法逼近計(jì)算這氦原子的“能級”E2 :
E2= 5.80(Rhc) = 79.01(ev) ―――――― (9)
量子通信是量子力學(xué)和經(jīng)典通信相結(jié)合的產(chǎn)物，其安全性由海森堡測不準(zhǔn)定理和不可克隆原理所保障，具有經(jīng)典通信無法比擬的無條件安全性及對竊聽的可檢測性。電力系統(tǒng)通信專網(wǎng)，建立了“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證”的網(wǎng)絡(luò)與信息安全防御體系，但安全措施主要側(cè)重于業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)安全層面，在底層安全策略和適應(yīng)未來發(fā)展方面存在局限性。由于電力數(shù)據(jù)對通信安全要求的特殊性，量子通信極有可能是確保電力通信安全的極佳選擇。綜上，開展量子保密通信技術(shù)研究非常有意義。本文首先對量子通信技術(shù)進(jìn)行概述，接著闡述了國內(nèi)外技術(shù)研究現(xiàn)狀；最后，根據(jù)電力通信業(yè)務(wù)需求，分析量子通信在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用前景。
2量子通信技術(shù)概述
量子通信，廣義上是指把量子態(tài)的傳遞，包括：量子密集編碼、量子密鑰分發(fā)和量子隱形傳態(tài)。其中，量子密集編碼用于量子計(jì)算機(jī)。量子密鑰分發(fā)，在傳送量子態(tài)的過程中，光子會經(jīng)由光纖或自由空間被實(shí)際傳送到接收方；量子隱形傳態(tài)，糾纏光子對分處兩地，量子態(tài)在一處消失后，在另一處被巧妙地重現(xiàn)，而光子本身卻不被傳送。量子通信，狹義上理解，是量子密鑰分配或基于量子密鑰分配的安全保密通信。量子密鑰分發(fā)只是負(fù)責(zé)產(chǎn)生和分發(fā)通信需要的密鑰，最終的的數(shù)據(jù)信息經(jīng)由加密生成的密文，還是必須經(jīng)過經(jīng)典信道進(jìn)行傳輸。在量子隱形傳態(tài)中，同樣也要用經(jīng)典信道將測量的信息傳送出去，經(jīng)典信息與量子信息聯(lián)合起來才能實(shí)現(xiàn)量子隱形傳態(tài)。因此，量子通信技術(shù)除了在竊聽檢測和通信保密方面具有優(yōu)勢以外，并不能突破經(jīng)典通信系統(tǒng)在通信速率、距離、抗干擾性能等方面的極限。
3量子通信技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
量子通信具有高效率和絕對安全等特點(diǎn)，廣泛的應(yīng)用前景吸引眾多國家投入人力物力。美國、日本、歐洲多國都成立了專門開展量子技術(shù)研究的機(jī)構(gòu)，此外，IBM、HP、NEC、NTT等企業(yè)也紛紛加入到量子通信的研究之中。國外量子密鑰分配技術(shù)專利統(tǒng)計(jì)顯示，公司、企業(yè)申請的專利數(shù)占主導(dǎo)地位，科研院所其次，可以看出量子密鑰分配技術(shù)具有潛在的商業(yè)化價值和應(yīng)用空間。1984年，BennetC.H.和BrassardG.提出第一個量子密鑰分發(fā)協(xié)議（BB84協(xié)議），揭開了量子密鑰分發(fā)研究的序幕。1993年，英國國防部研究局在傳輸長度為10km的光纖中實(shí)現(xiàn)了基于BB84方案的相位編碼量子密鑰分發(fā)。1997年，奧地利的A.Zeilinger小組在室內(nèi)首次完成量子態(tài)隱形傳送的原理性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。2001年，瑞士IDQuantique公司推出商用量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)。2004年，瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)的Gisin小組推出的“Plug&Play”光纖量子密鑰協(xié)商系統(tǒng)光纖長度提高到67km，成為世界上首個商用的QKD系統(tǒng)。
國內(nèi)，量子通信研究同樣受到相關(guān)部門的大力支持。郭光燦小組：2004年，實(shí)現(xiàn)北京-天津125km光纖點(diǎn)對點(diǎn)的量子密鑰分發(fā)；2007年，實(shí)現(xiàn)了基于波分復(fù)用的四用戶量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，通信距離達(dá)到42.6km；2009年，在安徽蕪湖建成世界首個“量子政務(wù)網(wǎng)”。2005年，潘建偉小組在世界上首次實(shí)現(xiàn)13km自由空間的糾纏分發(fā)和量子密鑰產(chǎn)生；2008年，實(shí)現(xiàn)了三用戶的誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)；2009年9月，世界上首個全通型量子通信網(wǎng)絡(luò)建成，首次實(shí)現(xiàn)了實(shí)時語音量子保密通信。最近幾十年，量子通信從理論到實(shí)驗(yàn)，再到實(shí)用化突破，發(fā)展迅速。
4量子通信技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用前景
電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)企業(yè)信息化程度日益提高，電網(wǎng)面臨的安全風(fēng)險更多、更大，迫切需要研究新的通信技術(shù)，將其應(yīng)用到電力系統(tǒng)來。量子通信技術(shù)具備高效率和絕對安全的優(yōu)勢，將可能成為保護(hù)電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全的極佳選擇。而且，在我國相關(guān)的研究和實(shí)用化工作也走在世界前列，具有自主知識產(chǎn)權(quán)，探索量子通信技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用是非常有意義和前瞻性的工作。結(jié)合目前電力通信系統(tǒng)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)現(xiàn)狀，量子通信技術(shù)可以在以下方面開展應(yīng)用研究：
4.1構(gòu)建量子加密異地備份數(shù)據(jù)傳輸鏈路目前，各網(wǎng)省公司已大力開展備用調(diào)度系統(tǒng)和信息容災(zāi)體系的建設(shè)，并相繼成立了異地?cái)?shù)據(jù)容災(zāi)中心。為確保數(shù)據(jù)中心之間的數(shù)據(jù)保密傳輸，一個安全的加密系統(tǒng)是必需的。量子保密通信的安全性不是基于計(jì)算的復(fù)雜性，在信息保護(hù)和保密通信方面具有天然的優(yōu)勢。使用量子密鑰分發(fā)鏈路，在主、備數(shù)據(jù)中心間進(jìn)行密鑰分發(fā)和交換，能夠構(gòu)建高效、安全的異地?cái)?shù)據(jù)備份傳輸通道。
4.2構(gòu)建核心加密通信網(wǎng)電力企業(yè)的電腦被攻擊，可能引發(fā)用電行業(yè)的癱瘓，造成社會大面積混亂。傳統(tǒng)的防火墻和信息過濾技術(shù)無法從根本上解決“黑客”攻擊的問題，隨著量子通信距離和多用戶量子通信技術(shù)的突破，利用量子通信技術(shù)構(gòu)建網(wǎng)省地重要調(diào)度機(jī)構(gòu)加密通信網(wǎng)，在網(wǎng)絡(luò)上任意兩用戶間實(shí)現(xiàn)量子密鑰的加密通信，將能保證營銷、市場、辦公等重要業(yè)務(wù)的安全性。
4.3構(gòu)建點(diǎn)對點(diǎn)量子加密保護(hù)通道線路保護(hù)、安穩(wěn)屬于電力生產(chǎn)一區(qū)的重要業(yè)務(wù)，對數(shù)據(jù)的實(shí)時性和安全性要求非常高。現(xiàn)采用的專用光纖、復(fù)用2M通道方式能保證數(shù)據(jù)的實(shí)時性，卻無法保證絕對安全性。隨著量子通信的快速發(fā)展，兩點(diǎn)間的量子通信技術(shù)趨于成熟，兩方量子密鑰分發(fā)通信距離已經(jīng)能夠達(dá)到幾十公里~百公里級。量子密鑰分發(fā)技術(shù)，使用光量子作為保護(hù)、安穩(wěn)信息的載體，將能極大地保障業(yè)務(wù)的安全性。
4.4構(gòu)建加密量子交換網(wǎng)絡(luò)電話業(yè)務(wù)是生產(chǎn)指令上傳下達(dá)的關(guān)鍵工具，是電網(wǎng)安全正常運(yùn)行的重要通信保障，目前主要采用PCM或交換機(jī)放號的方式，在承載網(wǎng)層面未進(jìn)行安全保證。使用量子交換機(jī)實(shí)現(xiàn)經(jīng)典通信網(wǎng)絡(luò)的交換控制與量子交換網(wǎng)絡(luò)的控制，可以構(gòu)建高安全的量子交換網(wǎng)絡(luò)，防止電話遭竊聽和惡意攻擊。
4.5應(yīng)急量子通信當(dāng)出現(xiàn)冰災(zāi)、地震、洪水等自然災(zāi)害，光纜、傳輸設(shè)備等電力通信基礎(chǔ)設(shè)施受到大面積破壞時，現(xiàn)有電力通信網(wǎng)絡(luò)陷入癱瘓，無法進(jìn)行有效的應(yīng)急搶修通信。目前，量子隱形傳態(tài)技術(shù)已經(jīng)獲得16km的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展，隨著關(guān)鍵量子器件技術(shù)的成熟，隱形傳態(tài)將進(jìn)入應(yīng)用階段。利用隱形傳態(tài)技術(shù)，構(gòu)建應(yīng)急環(huán)境下的量子衛(wèi)星通信系統(tǒng)，將對未來的應(yīng)急搶修提供重要幫助。
5總結(jié)
在電子技術(shù)中應(yīng)運(yùn)中，近似計(jì)算貫穿其始終。然而，沒有近似計(jì)算是不可想象的。而精確計(jì)算在電子技術(shù)中往往行不通，也沒有其必要。盡管近似計(jì)算會引入一定的誤差，但這個誤差控制得好，不會對分析其它電路產(chǎn)生大的影響。所以關(guān)鍵在于我們?nèi)绾握莆眨貏e是如何應(yīng)用近似計(jì)算。
在工作點(diǎn)穩(wěn)定電路中的應(yīng)用要進(jìn)行靜態(tài)分析，就必須求出三極管的基電壓，必須忽略三極管靜態(tài)基極電流。這樣，我們得到三極管的基射電子的相關(guān)過程及結(jié)論。
二、納米電子技術(shù)急需解決的若干關(guān)鍵問題
由于納米器件的特征尺寸處于納米量級，因此，其機(jī)理和現(xiàn)有的電子元件截然不同，理論方面有許多量子現(xiàn)象和相關(guān)問題需要解決，如電子在勢阱中的隧穿過程、非彈性散射效應(yīng)機(jī)理等。盡管如此，納米電子學(xué)中急需解決的關(guān)鍵問題主要還在于納米電子器件與納米電子電路相關(guān)的納米電子技術(shù)方面，其主要表現(xiàn)在以下幾個方面。
（1）納米Si基量子異質(zhì)結(jié)加工
要繼續(xù)把現(xiàn)有的硅基電子器件縮小到納米尺度，最直截了當(dāng)?shù)姆椒ㄊ遣捎猛庋印⒐饪痰燃夹g(shù)制造新一代的類似層狀蛋糕的納米半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。其中，不同層通常是由不同勢能的半導(dǎo)體材料制成的，構(gòu)建成納米尺度的量子勢阱，這種結(jié)構(gòu)稱作“半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)”。
（2）分子晶體管和導(dǎo)線組裝納米器件即使知道如何制造分子晶體管和分子導(dǎo)線，但把這些元件組裝成一個可以運(yùn)轉(zhuǎn)的邏輯結(jié)構(gòu)仍是一個非常棘手的難題。一種可能的途徑是利用掃描隧道顯微鏡把分子元件排列在一個平面上；另一種組裝較大電子器件的可能途徑是通過陣列的自組裝。盡管，PurdueUniversity等研究機(jī)構(gòu)在這個方向上取得了可喜的進(jìn)展，但該技術(shù)何時能夠走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用，仍無法斷言。
（3）超高密度量子效應(yīng)存儲器
超高密度存儲量子效應(yīng)的電子“芯片”是未來納米計(jì)算機(jī)的主要部件，它可以為具備快速存取能力但沒有可動機(jī)械部件的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)提供海量存儲手段。但是，有了制造納米電子邏輯器件的能力后，如何用這種器件組裝成超高密度存儲的量子效應(yīng)存儲器陣列或芯片同樣給納米電子學(xué)研究者提出了新的挑戰(zhàn)。
（4）納米計(jì)算機(jī)的“互連問題”
一臺由數(shù)萬億的納米電子元件以前所未有的密集度組裝成納米計(jì)算機(jī)注定需要巧妙的結(jié)構(gòu)及合理整體布局，而整體結(jié)構(gòu)問題中首當(dāng)其沖需要解決的就是所謂的“互連問題”。換句話說，就是計(jì)算結(jié)構(gòu)中信息的輸入、輸出問題。納米計(jì)算機(jī)要把海量信息存儲在一個很小的空間內(nèi)，并極快地使用和產(chǎn)生信息，需要有特殊的結(jié)構(gòu)來控制和協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)的諸多元件，而納米計(jì)算元件之間、計(jì)算元件與外部環(huán)境之間需要有大量的連接。就現(xiàn)有傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的微型化而言，由于電線之間要相互隔開以避免過熱或“串線”，這樣就有一些幾何學(xué)上的考慮和限制，連接的數(shù)量不可能無限制地增加。因此，納米計(jì)算機(jī)導(dǎo)線間的量子隧穿效應(yīng)和導(dǎo)線與納米電子器件之間的“連接”問題急需解決。
（5）納米/分子電子器件制備、操縱、設(shè)計(jì)、性能分析模擬環(huán)境
當(dāng)前，分子力學(xué)、量子力學(xué)、多尺度計(jì)算、計(jì)算機(jī)并行技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)已取得快速發(fā)展，利用這些技術(shù)建立一個能夠完成納米電子器件制備、操縱、設(shè)計(jì)與性能分析的模擬虛擬環(huán)境，并使納米技術(shù)研究人員獲得虛擬的體驗(yàn)已成為可能。但由于現(xiàn)有計(jì)算機(jī)的速度、分子力學(xué)與量子力學(xué)算法的效率等問題，目前建立這種迅速、敏感、精細(xì)的量子模擬虛擬環(huán)境還存在巨大困難。
三、交互式電子技術(shù)手冊
交互式電子技術(shù)手冊經(jīng)歷了5個發(fā)展階段，根據(jù)美國國防部的定義：加注索引的掃描頁圖、滾動文檔式電子技術(shù)手冊、線性結(jié)構(gòu)電子技術(shù)手冊、基于數(shù)據(jù)庫的電子技術(shù)手冊和集成電子技術(shù)手冊。目前真正意義上的集成了人工智能、故障診斷的第5類集成電子技術(shù)手冊并不存在，大多數(shù)電子技術(shù)手冊基本上位于第4類及其以下的水平。需要聲明的是，各類電子技術(shù)手冊雖然代表不同的發(fā)展階段，但是各有優(yōu)點(diǎn)，較低級別的電子技術(shù)手冊目前仍然有著各自的應(yīng)用價值。由于類以上的電子技術(shù)手冊在信息的組織、管理、傳遞、獲取方面具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。
簡單的說，電子技術(shù)手冊就是技術(shù)手冊的數(shù)字化。為了獲取信息的方便，數(shù)字化后的數(shù)據(jù)需要一個良好的組織管理和提供給用戶的形式，電子技術(shù)手冊的發(fā)展就是圍繞這一過程來進(jìn)行的。
四、電子技術(shù)在時間與頻率標(biāo)準(zhǔn)中的應(yīng)用
時間和頻率是描述同一周期現(xiàn)象的兩個參數(shù)，可由時間標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)出頻率標(biāo)準(zhǔn)，兩者可共用的一個基準(zhǔn)。
1952年國際天文協(xié)會定義的時間標(biāo)準(zhǔn)是基于地球自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期而建立的，分別稱為世界時（UT）和歷書時（ET）。這種基于天文方面的宏觀計(jì)時標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備龐大，操作麻煩，精度僅達(dá)10-9。隨著電子技術(shù)與微波光譜學(xué)的發(fā)展，產(chǎn)生了量子電子學(xué)、激光等新技術(shù)，由此出現(xiàn)了一種新穎的頻率標(biāo)準(zhǔn)——量子頻率標(biāo)準(zhǔn)。這種頻率標(biāo)準(zhǔn)是利用原子能級躍遷時所輻射的電磁波頻率作為頻率標(biāo)準(zhǔn)。目前世界各國相繼作成各種量子頻率標(biāo)準(zhǔn)，如（133Cs）頻標(biāo)、銣原子頻標(biāo)、氫原子作成的氫脈澤頻標(biāo)、甲烷飽和以及吸收氦氖激光頻標(biāo)等等。這樣做后，將過去基于宏觀的天體運(yùn)動的計(jì)時標(biāo)準(zhǔn)，改變成微觀的原子本身結(jié)構(gòu)運(yùn)動的時間基準(zhǔn)。這一方面使設(shè)備大為簡化，體積、重量大減小；另一方面使頻率標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定度大為提高（可達(dá)10-12—10-14量級，即30萬年——300萬年差1秒）。1967年第13屆國際計(jì)量大會正式通過決議，規(guī)定：“一秒等于133Cs原子基態(tài)兩超精細(xì)能級躍遷的9192631770個周期所持續(xù)的時間”。該時間基準(zhǔn)，發(fā)展了高精度的測頻技術(shù)，大大有助于宇宙航行和空間探索，加速了現(xiàn)代微波技術(shù)和雷達(dá)、激光技術(shù)等的發(fā)展。而激光技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展又為長度計(jì)量提供了新的測試手段。
總之，在探討了近似計(jì)算在靜態(tài)分析中的應(yīng)用問題、納米電子技術(shù)急需解決的若干關(guān)鍵問題和交互式電子技術(shù)應(yīng)用手冊后，廣大科技工作者對電子技術(shù)在時間與頻率標(biāo)準(zhǔn)中的應(yīng)用知識的初步了解和認(rèn)識。在當(dāng)代高科技產(chǎn)業(yè)日漸繁榮，尖端信息普遍進(jìn)入我們生活之中的同時，國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和和諧社會的構(gòu)建離不開我們科技工作者對新理論的學(xué)習(xí)和新技術(shù)的應(yīng)用，因此說，本文具有深刻的理論意義和廣泛的實(shí)際應(yīng)用價值是不足為虛的。
【參考文獻(xiàn)】
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【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)技術(shù)；計(jì)算機(jī)；發(fā)展；微型計(jì)算機(jī)
計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及已成為社會發(fā)展的必然趨勢，在未來的社會發(fā)展中，計(jì)算機(jī)技術(shù)必然將朝著超高速、超小型、平行面處理和智能化方向發(fā)展。盡管在目前的社會發(fā)展中受到物理極限的約束與影響，以硅芯片為主的計(jì)算機(jī)核心部件和中央處理器性能持續(xù)增長。作為Moore定律驅(qū)動下不斷影響，驅(qū)動器不斷的發(fā)展和優(yōu)化，并在工作中逐步形成了以晶體管為主的微型處理器，其性能更是高達(dá)10萬MIPS（1000億條指令/秒）。這種計(jì)算機(jī)核心元件的出現(xiàn)對于計(jì)算機(jī)技術(shù)的更進(jìn)與優(yōu)化有著十分重要的意義，同時對于全面開展計(jì)算機(jī)技術(shù)工作流程和模式顯得更為有效和可靠。在未來計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展中，超高速、微型化和智能化的計(jì)算機(jī)將成為人們工作研究的主要重點(diǎn)，也是在工作中將計(jì)算機(jī)技術(shù)形成多個數(shù)據(jù)處理的核心理念。基于目前計(jì)算機(jī)技術(shù)的穩(wěn)定、明顯和快速發(fā)展，超高速計(jì)算機(jī)將成為未來計(jì)算機(jī)得以改變和發(fā)展的主要基礎(chǔ)，也是在生活中將各種相關(guān)因素融入和運(yùn)用到計(jì)算機(jī)中的主要方法和手段。
一、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展史
計(jì)算機(jī)誕生之初，其主要的作用是用于計(jì)算導(dǎo)彈的運(yùn)行彈道。但是由于在過去的工作中計(jì)算機(jī)成本較為昂貴，在上個世紀(jì)五十年代以前，計(jì)算機(jī)主要應(yīng)用在軍事領(lǐng)域。直到上個世紀(jì)六七十年代，計(jì)算機(jī)成本逐步降低，使得部分單位和企業(yè)有能力在工作中采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行工作，也使得計(jì)算機(jī)技術(shù)得到飛速發(fā)展。隨著Intel4位中央處理器的誕生以及普及，在1982年，世界上第一臺個人計(jì)算機(jī)誕生，并被成功的應(yīng)用在家庭。到了上個世紀(jì)九十年代末期，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)成功的應(yīng)用在諸多家庭和企業(yè)，同時設(shè)計(jì)領(lǐng)域也逐步廣泛企業(yè)。在這種社會現(xiàn)狀下，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用逐步形成了兩個不同的方向和趨勢，其一主要指的是被應(yīng)用在科研機(jī)構(gòu)、軍事機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)，由于這些領(lǐng)域往往都是計(jì)算困難、計(jì)算精度較高的工作環(huán)節(jié)，因此在計(jì)算就發(fā)展中對于計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力和計(jì)算精確度提出了新的要求。其二主要指的是在工作中應(yīng)用在家庭和中小企業(yè)的計(jì)算機(jī)，這些計(jì)算機(jī)可以說主要是往實(shí)惠、小體積和輕重量的方向發(fā)展。縱觀計(jì)算機(jī)發(fā)展史我們可以得知，計(jì)算機(jī)創(chuàng)新能力的推動與普及與人們生活和社會發(fā)展緊密相連，其在工作中也推動了整個社會領(lǐng)域的正常進(jìn)行。
二、計(jì)算機(jī)現(xiàn)狀
計(jì)算機(jī)技術(shù)在當(dāng)今社會中發(fā)揮著不可替代的作用，對于促進(jìn)社會信息化的實(shí)現(xiàn)有著主導(dǎo)作用。伴隨著科學(xué)技術(shù)的深入發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)也逐步實(shí)現(xiàn)了硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)同步發(fā)展的核心技術(shù)觀念，也在工作中實(shí)現(xiàn)了信息化、現(xiàn)代化的核心技術(shù)處理要求。
（一）現(xiàn)代微型處理器的情況
在當(dāng)前社會中，計(jì)算機(jī)技術(shù)的性能提升和處理主要在于發(fā)展微型處理器，這也是目前計(jì)算機(jī)發(fā)展的整體趨勢，在計(jì)算機(jī)發(fā)展工作中，其主要的實(shí)質(zhì)在于提高處理器芯片中的晶體線寬與尺寸的大小。一般在研究的過程中，多采用較短的波長來曝光光源，從而做打破掩膜曝光要求。如今的微型處理器發(fā)展與計(jì)算中，主要是通過紫外線進(jìn)行運(yùn)用和曝光光源的管理與申花，并且在工作中對于深層芯片進(jìn)行全面總結(jié)和處理，這種工作流程和工作方式多是采用量子效應(yīng)與電子行為來進(jìn)行分析，這種社會分析現(xiàn)狀也是微處理器發(fā)展的首要基礎(chǔ)。所以也就引起專家的注視，紫外線光源對微處理器性能的提升已經(jīng)沒有多大作用了。
（二）以納米為主的電子科學(xué)技術(shù)
伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提高，各種先進(jìn)材料不斷的引進(jìn)，進(jìn)而對微處理器進(jìn)行優(yōu)化和總結(jié)。就目前的計(jì)算機(jī)應(yīng)用與發(fā)展分析而言，在計(jì)算機(jī)工作中，準(zhǔn)確高效的計(jì)算機(jī)技術(shù)和微型化電子元件的需求已成為人們對計(jì)算機(jī)發(fā)展提出的新觀念，但就目前的社會現(xiàn)狀而言這種目標(biāo)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到。因此在未來的計(jì)算機(jī)發(fā)展中，我們不僅要深入研究計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，同時更是要引進(jìn)各種新材料、新技術(shù)。在這種現(xiàn)狀之下，以納米為主的計(jì)算機(jī)技術(shù)已成為目前我們工作和認(rèn)識的重點(diǎn)形式，也是當(dāng)前社會發(fā)展中存在的核心問題。
三、計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢預(yù)測
伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和國民經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)在人們生活和工作中發(fā)揮著越來越重要的作用。二十一世紀(jì)作為一個信息時代，人類在生活、工作中都進(jìn)入了智能化、信息化時代，對各種先進(jìn)技術(shù)和信息要求都越來越高，以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的新技術(shù)已成為目前社會發(fā)展的關(guān)鍵。
（一）改善計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)
計(jì)算機(jī)是一個組合體。是一個具有不同功能的體系結(jié)構(gòu)。其中，當(dāng)前計(jì)算機(jī)主流的體系結(jié)構(gòu)是并行計(jì)算，可以同時處理不同的問題，幾乎所有的大型工作站或微型電腦都具備此功能；此外，對于大型電腦來說，另一種發(fā)展趨勢是集群系統(tǒng)，它能夠給用戶提高可靠性以及相融性。
（二）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展
如今計(jì)算機(jī)的運(yùn)用越來越廣泛，與人們的生活息息相關(guān)。這最主要的原因就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。通過網(wǎng)絡(luò)。人們可以進(jìn)行商品的買賣、娛樂、了解更多的信息。因此，大力發(fā)展網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有利于計(jì)算機(jī)的發(fā)展。隨著科技的進(jìn)步，人們將步人物聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)的時代。這些都必須基于先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
四、未來計(jì)算機(jī)發(fā)展
1、量子計(jì)算機(jī)
量子計(jì)算機(jī)是基于量子效應(yīng)基礎(chǔ)上開發(fā)的，它利用一種鏈狀分子聚合物的特性來表示開與關(guān)的狀態(tài)，利用激光脈沖來改變分子的狀態(tài)，使信息沿著聚合物移動，從而進(jìn)行運(yùn)算。量子計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)用量子位存儲。由于量子疊加效應(yīng)，一個量子位可以是0或1，也可以既存儲0又存儲1。因此一個量子位可以存儲2個數(shù)據(jù)，同樣數(shù)量的存儲位，量子計(jì)算機(jī)的存儲量比通常計(jì)算機(jī)大許多。同時量子計(jì)算機(jī)能夠?qū)嵭辛孔硬⑿杏?jì)算，其運(yùn)算速度可能比目前個人計(jì)算機(jī)的PentiumⅢ晶片快10億倍。
光子計(jì)算機(jī)即全光數(shù)字計(jì)算機(jī)，以光子代替電子，光互連代替導(dǎo)線互連，光硬件代替計(jì)算機(jī)中的電子硬件，光運(yùn)算代替電運(yùn)算。
與電子計(jì)算機(jī)相比，光計(jì)算機(jī)的“無導(dǎo)線計(jì)算機(jī)”信息傳遞平行通道密度極大。一枚直徑5分硬幣大小的棱鏡，它的通過能力超過全世界現(xiàn)有電話電纜的許多倍。光的并行、高速，天然地決定了光計(jì)算機(jī)的并行處理能力很強(qiáng)，具有超高速運(yùn)算速度。超高速電子計(jì)算機(jī)只能在低溫下工作，而光計(jì)算機(jī)在室溫下即可開展工作。光計(jì)算機(jī)還具有與人腦相似的容錯性。系統(tǒng)中某一元件損壞或出錯時，并不影響最終的計(jì)算結(jié)果。
“中國高校十大科技進(jìn)展”評選活動是由教育部科學(xué)技術(shù)委員會組織開展的，目的在于及時宣傳中國高等學(xué)校的重大科技成果，充分展示高等學(xué)校在我國科技創(chuàng)新方面的實(shí)力，鼓勵高等學(xué)校提高科技創(chuàng)新能力。自1998年首次評選以來，活動對提升高校科學(xué)技術(shù)整體水平，推動高校的科技進(jìn)步發(fā)揮了積極的作用，并在社會上產(chǎn)生了較大的影響。
聚焦 禽流感病毒可以母傳胎兒且造成多器官感染
主持單位：北京大學(xué)
所屬領(lǐng)域：醫(yī)學(xué)領(lǐng)域
北京大學(xué)顧江教授等首次證明禽流感病毒有人傳人的潛質(zhì)，同時發(fā)現(xiàn)該病毒能感染包括大腦神經(jīng)元在內(nèi)的多種器官和細(xì)胞。這些發(fā)現(xiàn)對禽流感――這一新發(fā)傳染病的預(yù)防、診斷和治療有指導(dǎo)意義
高致病性禽流感是一種致死率極高的新發(fā)傳染病。一旦爆發(fā)將可能導(dǎo)致數(shù)百萬人的死亡。禽流感能否在人際間傳播是它能否爆發(fā)的關(guān)鍵，這一直是醫(yī)學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn)。最近，北京大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院院長顧江教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組在對禽流感尸體解剖的分子病理學(xué)研究方面取得重要突破。成果于2007年9月29日刊登于著名的《柳葉刀》雜志上，引起世界高度關(guān)注。
顧江等率先發(fā)現(xiàn)禽流感病毒能穿過胎盤感染胎兒，由于胎兒在基因、表現(xiàn)型、血型等方面都是與母親不同的人。所以這項(xiàng)成果首次證明H5N1病毒具有人傳人的潛力。此外，他們還發(fā)現(xiàn)H5N1不僅感染肺臟，還感染氣管、大腦、血細(xì)胞和腸道等肺部以外器官，從而證明禽流感是全身性疾病。
上述發(fā)現(xiàn)被該領(lǐng)域?qū)＜艺J(rèn)為是近年來禽流感研究方面最具實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，對疾病的預(yù)防、診斷、治療等都有重要指導(dǎo)意義。該成果一經(jīng)發(fā)表，立刻被全球主流媒體廣泛報導(dǎo)，路透社、法新社、美聯(lián)社、新華社、以及《自然》等雜志和鳳凰衛(wèi)視等其他許多專業(yè)和大眾傳媒紛紛以不同語言對這一發(fā)現(xiàn)給予報導(dǎo)和評論，互連網(wǎng)上更是轉(zhuǎn)載無數(shù)。這一重要發(fā)現(xiàn)使我國在新發(fā)傳染病的分子病理學(xué)領(lǐng)域的研究處于世界領(lǐng)先地位，成為近年來源自中國的最具有世界影響的醫(yī)學(xué)科技進(jìn)展。
聚焦 高端彩色打印控制關(guān)鍵技術(shù)
主持單位：北京大學(xué)
所屬領(lǐng)域：信息領(lǐng)域
本項(xiàng)目是一項(xiàng)集計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)、高速數(shù)據(jù)處理技術(shù)、數(shù)碼打印控制技術(shù)于一體的系統(tǒng)性原創(chuàng)成果，獲得多項(xiàng)發(fā)明，打破了該領(lǐng)域一直被國外技術(shù)壟斷的局面
高端彩色打印控制關(guān)鍵技術(shù)是數(shù)碼印刷技術(shù)中保證印刷效率和質(zhì)量的核心技術(shù)，相當(dāng)于數(shù)碼印刷的“CPU”。技術(shù)難度大。長期被國外公司所壟斷。
由北京大學(xué)楊斌副研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究、開發(fā)隊(duì)伍。在國家科技支撐計(jì)劃、電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金等方面的支持下，與方正集團(tuán)開展產(chǎn)學(xué)研合作，憑借北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)研究所在相關(guān)方面三十多年的技術(shù)積累，針對國外技術(shù)的不足，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高端彩色打印控制技術(shù)并獲得成功，一舉打破國外公司的技術(shù)壟斷，已有12項(xiàng)專利獲授權(quán)，申請并獲受理的發(fā)明專利有25項(xiàng)(其中9項(xiàng)國際專利)，初步形成完整的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)體系。
在2007年5月信息產(chǎn)業(yè)部主持的技術(shù)鑒定中認(rèn)為該技術(shù)“填補(bǔ)了我國的空白，其整體技術(shù)水平達(dá)到了國際先進(jìn)水平，在圖像半色調(diào)網(wǎng)點(diǎn)調(diào)制技術(shù)、圖形文字邊緣增強(qiáng)技術(shù)、并行處理效率等方面居領(lǐng)先水平”。高端彩色打印控制關(guān)鍵技術(shù)研制成功后，不僅在國內(nèi)獲得廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了我國數(shù)碼印刷技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；而且成功進(jìn)入國際市場，被世界上著名的數(shù)碼印刷設(shè)備制造商采用，并正與多家跨國公司進(jìn)行洽談合作。三年來合計(jì)軟件銷售收入近億元，其中64％來自國際市場。
聚焦 首次發(fā)現(xiàn)共價鍵晶體及非晶結(jié)構(gòu)一維納米材料的大應(yīng)變塑性形變
主持單位：北京工業(yè)大學(xué)
所屬領(lǐng)域：材料領(lǐng)域
本項(xiàng)目是一項(xiàng)集現(xiàn)代電子顯微學(xué)原位表征與納米材料新異物理性能研究于一體的原創(chuàng)性成果，為現(xiàn)代納米材料性能表征提供了新途徑
一維納米材料作為具有新異物理性能的納米器件的基本結(jié)構(gòu)單元，引起世界各國的廣泛重視。北京工業(yè)大學(xué)張澤院士和韓曉東教授領(lǐng)導(dǎo)的研究組，緊密圍繞國家中長期科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃研究方向，在原位外場作用下納米材料物理性能與顯微結(jié)構(gòu)間關(guān)系研究上，取得了突破性進(jìn)展。發(fā)明了一種集現(xiàn)代電子顯微學(xué)原位表征與納米材料新異物理性能研究于一體的新方法。
在原子尺度對單體一維納米材料力學(xué)等性能進(jìn)行外場作用下原位表征測量，是當(dāng)今國際納米科學(xué)研究的瓶頸性難題之一。該研究小組發(fā)明了幾項(xiàng)頗具特色的納米操作技術(shù)，并成功用于Si和SiC等重要半導(dǎo)體納米線在外場作用下力學(xué)性能與原子尺度顯微結(jié)構(gòu)間關(guān)系研究，取得了突出創(chuàng)新性成果。他們驚奇地發(fā)現(xiàn)，作為現(xiàn)代信息基礎(chǔ)材料的硅這種脆性材料，達(dá)一維納米尺度時，在拉應(yīng)力外場作用下，也可發(fā)生室溫脆－韌轉(zhuǎn)變，甚至呈現(xiàn)超常塑。同樣，碳化硅在一維納米尺度也呈現(xiàn)這種室溫超塑性。這類共價鍵結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體納米線的超常塑，是伴隨缺陷和非晶態(tài)轉(zhuǎn)變等一系列結(jié)構(gòu)演變而產(chǎn)生的。
這些新方法，不僅對在原子尺度認(rèn)知新異物理現(xiàn)象與顯微結(jié)構(gòu)間關(guān)系，而且對它們在先進(jìn)半導(dǎo)體領(lǐng)域的新應(yīng)用，將提供重要的試驗(yàn)和理論依據(jù)。
聚焦 鐵路綜合數(shù)字移動通信系統(tǒng)(GSM―R)理論、關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用
主持單位：北京交通大學(xué)
所屬領(lǐng)域：交通領(lǐng)域
本項(xiàng)目在GSM-R技術(shù)引進(jìn)消化基礎(chǔ)上，從理論創(chuàng)新，到技術(shù)創(chuàng)新與工程應(yīng)用，取得一系列原創(chuàng)成果，開辟了中國鐵路交通數(shù)字移動通信發(fā)展新局面
由北京交通大學(xué)鐘章隊(duì)教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，在國家自然科學(xué)基金、鐵道部重大研究計(jì)劃等方面的支持下，在“鐵路綜合數(shù)字移動通信系統(tǒng)(GSM-R)理論、關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用”上取得了突破性進(jìn)展。該成果是一項(xiàng)集理論創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新與工程應(yīng)用于一體的系統(tǒng)性原創(chuàng)成果。
隨著中國鐵路快速發(fā)展，高速鐵路、客運(yùn)專線、青藏鐵路、重載運(yùn)輸對于鐵路無線通信技術(shù)發(fā)展提出新的要求，傳統(tǒng)模擬無線通信存在同頻干擾、可靠性差及功能單一問題，已無法滿足需要，中國鐵路無線通信技術(shù)的發(fā)展面臨一系列新的難題和挑戰(zhàn)，需要更新?lián)Q代。
鐘章隊(duì)教授率領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，理論上提出分布式智能呼叫接納控制理論、無線場強(qiáng)覆蓋測量可靠評估方法、中國鐵路信息化數(shù)據(jù)傳輸體系架構(gòu)等，開創(chuàng)了GSM-R理論研究新方向；在國際鐵路重載運(yùn)輸領(lǐng)域，首次采用安全電路數(shù)據(jù)會議技術(shù)，開發(fā)出基于GSM-R平臺的網(wǎng)絡(luò)化無線機(jī)車同步操作控制地面應(yīng)用節(jié)點(diǎn)和車載通信單元等設(shè)備，徹底解決了大秦線重載運(yùn)輸鐵路沿線隧道、山區(qū)、丘陵等特殊地段的可靠通信問題，創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益根據(jù)國家青藏鐵路建設(shè)需要，運(yùn)用理論研究成果開發(fā)出新的測量及監(jiān)測設(shè)備，獲取了大量
珍貴的測量數(shù)據(jù)，為青藏鐵路數(shù)字移動通信系統(tǒng)工程提供了可靠依據(jù)和運(yùn)營維護(hù)工具；主編了中國鐵路GSM-R系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，為鐵路GSM-R網(wǎng)絡(luò)工程建設(shè)和發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
本項(xiàng)目研究開辟了GSM-R在中國鐵路交通研究應(yīng)用新領(lǐng)域，使我國鐵路移動通信研究與應(yīng)用躋身國際前列，為中國鐵路獨(dú)特運(yùn)輸方式下鐵路交通數(shù)字移動通信發(fā)展建設(shè)提供了先進(jìn)理論方法和現(xiàn)代技術(shù)手段，并為我國鐵路信息化及列車運(yùn)行控制技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展奠定了關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。
聚焦 一株重要采油微生物的全基因組破譯和重油降解分子機(jī)制的研究
主持單位：南開大學(xué)
所屬領(lǐng)域：生物技術(shù)領(lǐng)域
本項(xiàng)目破譯了嗜熱采油細(xì)菌的全基因組序列，在世界上首次揭示了微生物降解重油主要組分――長鏈烷烴的代謝途徑和關(guān)鍵生物酶的功能，對于石油污染的生物治理和微生物采油技術(shù)的革新具有重要科學(xué)意義和廣泛的應(yīng)用前景，為緩解我國能源緊張和促進(jìn)環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來新的希望
由南開大學(xué)長江學(xué)者王磊教授領(lǐng)導(dǎo)的研究組在天津市科技創(chuàng)新專項(xiàng)資金(市長基金)和國家“863”計(jì)劃的支持下，在“采油微生物基因組和關(guān)鍵的重油降解分子機(jī)制研究”的課題上取得了重大進(jìn)展。該課題破譯了嗜熱采油細(xì)菌的全基因組序列，并在世界上首次揭示了重油主要組分――長鏈烷烴的微生物降解途徑，獲得了具有重要應(yīng)用價值的生物酶。該成果是石油微生物研究領(lǐng)域的重大突破。
石油是人類社會的能源支柱，同時也是環(huán)境污染物。石油微生物的研究是發(fā)展微生物采油和石油污染生物修復(fù)技術(shù)的重要基礎(chǔ)。美國能源部的數(shù)據(jù)顯示，微生物采油能提高采油率10％～15％。目前全球探明儲量的石油中，超過60％的部分是黏度高、流動性差的重油。采用現(xiàn)有的技術(shù)無法開采。國際上對以長鏈烷烴為主的重油微生物降解分子機(jī)制研究相對匱乏，成為微生物采油技術(shù)遇到的最大難題之一。
王磊教授綜合運(yùn)用前沿的基因組學(xué)和蛋白組學(xué)研究方法和技術(shù)，以一株分離自我國大港油田的采油細(xì)菌――嗜熱脫氮土壤芽孢桿菌為突破點(diǎn)，進(jìn)行“撒網(wǎng)一搜尋式”研究，全面系統(tǒng)地揭示微生物降解重油的分子機(jī)制。2002年中旬，王磊教授開始組建科研小組，集中力量進(jìn)行攻關(guān)，不斷縮小目標(biāo)基因的范圍。歷經(jīng)基因組學(xué)研究一生物信息學(xué)預(yù)測一蛋白質(zhì)組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)驗(yàn)證一功能基因鑒定的逐級篩選，科研人員最終成功地完成了這一重要課題，在世界上首次完整地描述了長鏈烷烴被微生物酶降解的途徑。
該項(xiàng)目研究成果于2007年3月27日在國際權(quán)威雜志《美國國家科學(xué)院院刊》(PNAS)上發(fā)表，得到國內(nèi)外同行的高度評價。課題組對這項(xiàng)重要成果申請了國際專利保護(hù)，為我國進(jìn)一步發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代微生物采油和石油污染修復(fù)技術(shù)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
聚焦 二維協(xié)調(diào)的新一代電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)、關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用
主持單位：清華大學(xué)
所屬領(lǐng)域：工程技術(shù)領(lǐng)域
本項(xiàng)目首次實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)控制中心自動預(yù)警和優(yōu)化閉環(huán)控制系統(tǒng)，屬標(biāo)志性成果，對大電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)和優(yōu)質(zhì)運(yùn)行意義重大。
清華大學(xué)張伯明教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)在國家“973”計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目等方面的支持下。歷時15年研究開發(fā)完成具有國際領(lǐng)先水平的三維協(xié)調(diào)的新一代電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。
2003年震驚世界的“814”美加大停電，其主要原因之一是作為電網(wǎng)控制中心神經(jīng)中樞和調(diào)度指揮司令部的能量管理系統(tǒng)(EMS)失效。電網(wǎng)發(fā)展迅速，傳統(tǒng)EMS已不適應(yīng)，急需變革。本成果在國際上首次提出(空間、時間、目標(biāo))三維協(xié)調(diào)的新一代電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的人工分析型變革為自動預(yù)警型；將靜態(tài)分析變革為動態(tài)分析；將基于斷面的分析變革為連續(xù)跟蹤遞歸分析。首創(chuàng)事故前預(yù)警和預(yù)防控制技術(shù)，將電網(wǎng)事故抑止在發(fā)生之前，萌芽之中，避免大停電。首創(chuàng)全局優(yōu)化閉環(huán)控制方法，優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行，降低網(wǎng)損，節(jié)能降耗效益明顯。申請和授權(quán)發(fā)明專利13項(xiàng)，具有自主知識產(chǎn)權(quán)。在15個省級以上電網(wǎng)應(yīng)用，創(chuàng)直接經(jīng)濟(jì)效益2.8億元。
教育部組織的鑒定會意見稱：該成果“在整體上處于國際領(lǐng)先水平”，“是電網(wǎng)調(diào)度自動化技術(shù)領(lǐng)域的重大標(biāo)志性成果”，“對大電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)和優(yōu)質(zhì)運(yùn)行意義重大”。
該系統(tǒng)為世界首例。國際電力調(diào)度自動化之父Dv-Liacco評價：“新一代EMS無疑是當(dāng)今最新的技術(shù)進(jìn)展，它在中國的實(shí)現(xiàn)引領(lǐng)了國際潮流。”美國工程院院士Bose評價：“新一代EMS確實(shí)使電力控制中心技術(shù)向前邁進(jìn)了一大步。就我所知，在美國和歐洲，沒有一個電力控制中心將所有上述組成要素包含到一個EMS中。”
聚焦 二十四面體鉑納米晶體催化劑
主持單位：廈門大學(xué)
所屬領(lǐng)域：化學(xué)化工領(lǐng)域
本項(xiàng)目是集晶體表面結(jié)構(gòu)控制原理創(chuàng)新和高性能金屬納米催化劑制備技術(shù)創(chuàng)新為一體的原創(chuàng)性成果，開辟了一條通過控制納米粒子表面微觀結(jié)構(gòu)提高催化劑性能的嶄新途徑，是納米尺度催化劑合成的重大突破。
廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院孫世剛教授領(lǐng)導(dǎo)的研究組在國家“973”計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃等科學(xué)基金的支持下，在長期研究金屬單晶電催化的基礎(chǔ)上，發(fā)展了金屬納米晶體表面結(jié)構(gòu)控制和生長的電化學(xué)方法，突破化學(xué)法只能合成低表面能的低指數(shù)晶面結(jié)構(gòu)金屬納米晶體的局限，首次高產(chǎn)率制備出具有高表面能的二十四面體鉑納米晶體催化劑。他們與美國佐治亞理工學(xué)院王中林教授合作，通過高分辨電鏡分析證實(shí)所研制的二十四面體鉑納米晶體的表面為{730}、{520}等高指數(shù)晶面結(jié)構(gòu)。二十四面體鉑納米晶體不但具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。而且顯著增強(qiáng)了鉑納米催化劑的活性。這一研究成果開辟了一條通過控制納米粒子表面微觀結(jié)構(gòu)提高催化劑性能的嶄新途徑，是將模型催化劑的基礎(chǔ)研究推向?qū)嶋H催化劑設(shè)計(jì)和研制的一個重大進(jìn)展。該成果以研究報告的形式發(fā)表在2007年5月4日出版的美國《科學(xué)》雜志上。同期的《科學(xué)》雜志還配發(fā)了題為“催化劑新面孔”的評述文章，指出這是納米尺度催化劑合成的一個重大突破。
鉑族金屬納米材料是燃料電池、石油化工、汽車尾氣凈化和化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域廣泛使用的催化劑。因世界鉑族金屬儲量稀少，價格昂貴，如何進(jìn)一步提高鉑族金屬催化劑的性能一直是科學(xué)和技術(shù)的重大關(guān)鍵問題。孫世剛教授及其研究組提出并實(shí)現(xiàn)通過高指數(shù)晶面結(jié)構(gòu)鉑族金屬納米晶體的控制合成來提高催化劑活性和穩(wěn)定性，具有重大的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。該項(xiàng)研究成果除在《科學(xué)》上發(fā)表外，有關(guān)技術(shù)還申請了中國和美國發(fā)明專利各一項(xiàng)。
該項(xiàng)成果在國際學(xué)術(shù)界引起了重大反響：美國《化學(xué)工程新聞》周刊和《每日科學(xué)》，英國《新科學(xué)家》和英國皇家化學(xué)會的《化學(xué)世界》等國際主流科技媒體都在第一時間報道和正面評述了這項(xiàng)重大研究進(jìn)展；德國《應(yīng)用化學(xué)》，英國
《自然納米技術(shù)》和《自然中國》，愛思唯爾《今日材料》等重要學(xué)術(shù)期刊都發(fā)表了評述文章，高度評價這一研究工作。這一成果還引起相關(guān)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的高度關(guān)注(如國際著名的韓國三星公司綜合技術(shù)研究院。加拿大巴拉德燃料電池公司，等等)，并被美國《化學(xué)工程新聞》周刊評選為2007年度24項(xiàng)最重要的研究成果之一。
聚焦 中國南方早寒武世帶附肢的冠群甲殼動物
主持單位：云南大學(xué)
所屬領(lǐng)域：生物學(xué)領(lǐng)域
本項(xiàng)目是一項(xiàng)利用特異保存化石，論證先驅(qū)甲殼動物的地史分布及其基本特征的原創(chuàng)成果，為探討早期生命起源和演化提供了新信息
一些微小的胚胎和具外皮的后生動物(多為節(jié)肢動物幼體)，經(jīng)億萬年埋藏被磷酸鹽化。其軟軀體部分可顯示體表微米級的剛毛、腺孔，甚至細(xì)胞構(gòu)造，組成一類珍稀的“特異保存”化石。云南大學(xué)張喜光教授長期致力于此類化石研究。并于最近在云南省永善縣首次發(fā)現(xiàn)如此保存的先驅(qū)甲殼動物化石。
借助這些精美化石所獨(dú)具的形態(tài)學(xué)和發(fā)育生物學(xué)的證據(jù)，張喜光教授及其合作者論證了與現(xiàn)生甲殼動物(如蝦、蟹等)有著共同祖先的化石類群存在于5.2億年前的早寒武世，并非此前權(quán)威認(rèn)定的晚寒武世；再次肯定以往認(rèn)為在生物進(jìn)化后期方才出現(xiàn)的一些高等或進(jìn)步的生命形式，在寒武紀(jì)初期已具雛形。昆蟲的翼與水生甲殼動物附肢基部著生的上肢可能同出一源，上肢原先僅見于約4億年前泥盆紀(jì)的甲殼動物，研究證明上肢為寒武紀(jì)甲殼動物的基本特征，為昆蟲由水生到陸生的進(jìn)化拓展了思維的空間。此前，張喜光教授曾率先報道了中寒武世的胚胎化石，如今我國南方以多處發(fā)現(xiàn)胚胎化石聞名于世，卻幾乎不見相對應(yīng)的幼蟲。上述先驅(qū)甲殼類的發(fā)現(xiàn)。表明這里化石的豐富多樣，可望為深入認(rèn)識原始節(jié)肢動物的生長發(fā)育和早期演化開拓新的研究途徑。
該項(xiàng)目在國家自然基金委、“973”項(xiàng)目等的支持下得以完成。
聚焦 光量子計(jì)算機(jī)的物理實(shí)現(xiàn)和算法應(yīng)用
主持單位：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
所屬領(lǐng)域：物理學(xué)領(lǐng)域
該項(xiàng)目在光學(xué)量子計(jì)算機(jī)的研制和算法實(shí)現(xiàn)的核心領(lǐng)域取得一系列獨(dú)創(chuàng)性的成果，獲得了國際學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注和認(rèn)可，標(biāo)志著我國在光學(xué)量子計(jì)算領(lǐng)域達(dá)到國際領(lǐng)先水平
量子計(jì)算機(jī)利用量子力學(xué)的規(guī)律實(shí)現(xiàn)信息的高效存儲和超快并行計(jì)算，不僅具有重大的理論意義，而且對社會、經(jīng)濟(jì)和國家信息安全有著極其重要的影響。2007年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在光學(xué)量子計(jì)算核心領(lǐng)域取得了一系列獨(dú)創(chuàng)性的成果。該小組實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了國際上糾纏光子數(shù)最多的“薛定諤貓”態(tài)和單向量子計(jì)算機(jī)，刷新了光子糾纏和量子計(jì)算領(lǐng)域的兩項(xiàng)世界記錄。該成果被歐洲物理學(xué)會和《自然》雜志等廣泛報道，被稱贊為“光學(xué)量子計(jì)算領(lǐng)域至今最先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)工作”和“為量子計(jì)算機(jī)的物理實(shí)現(xiàn)邁進(jìn)了重要一步”。該小組還在國際上首次利用光量子計(jì)算機(jī)演示了關(guān)鍵性的Shor算法，實(shí)現(xiàn)了15=3×5這一質(zhì)因子分解，被美國物理學(xué)會譽(yù)為“量子計(jì)算的重大突破”。這個算法的最終目的是利用量子計(jì)算機(jī)極快地分解出大數(shù)的質(zhì)因子，這將對目前使用的保密系統(tǒng)(如RSA公開碼)造成嚴(yán)重威脅。英國科技雜志《新科學(xué)家》對該工作做了長篇報道，稱：“出現(xiàn)能運(yùn)行Shor算法的量子計(jì)算機(jī)具有極為深遠(yuǎn)的意義：這意味著由量子計(jì)算將能夠輕松的破解我們銀行帳號、商業(yè)和電子商務(wù)數(shù)據(jù)使用的密碼。”
這一系列成果獲得了國際學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注和高度認(rèn)可，標(biāo)志著我國在光學(xué)量子計(jì)算領(lǐng)域取得了國際領(lǐng)先水平。
聚焦 深層油氣成藏機(jī)理與分布預(yù)測
主持單位：中國石油大學(xué)(北京)
所屬領(lǐng)域：資源與環(huán)境領(lǐng)域
本項(xiàng)目是一項(xiàng)石油地質(zhì)理論創(chuàng)新與勘探實(shí)踐緊密結(jié)合的原創(chuàng)性成果
關(guān)鍵詞:計(jì)算科學(xué)計(jì)算工具圖靈模型量子計(jì)算
1計(jì)算的本質(zhì)
抽象地說,所謂計(jì)算,就是從一個符號串f變換成另一個符號串g。比如說,從符號串12+3變換成15就是一個加法計(jì)算。如果符號串f是x2,而符號串g是2x,從f到g的計(jì)算就是微分。定理證明也是如此,令f表示一組公理和推導(dǎo)規(guī)則,令g是一個定理,那么從f到g的一系列變換就是定理g的證明。從這個角度看,文字翻譯也是計(jì)算,如f代表一個英文句子,而g為含意相同的中文句子,那么從f到g就是把英文翻譯成中文。這些變換間有什么共同點(diǎn)？為什么把它們都叫做計(jì)算？因?yàn)樗鼈兌际菑募褐?串)開始,一步一步地改變符號(串),經(jīng)過有限步驟,最后得到一個滿足預(yù)先規(guī)定的符號(串)的變換過程。
從類型上講,計(jì)算主要有兩大類:數(shù)值計(jì)算和符號推導(dǎo)。數(shù)值計(jì)算包括實(shí)數(shù)和函數(shù)的加減乘除、冪運(yùn)算、開方運(yùn)算、方程的求解等。符號推導(dǎo)包括代數(shù)與各種函數(shù)的恒等式、不等式的證明,幾何命題的證明等。但無論是數(shù)值計(jì)算還是符號推導(dǎo),它們在本質(zhì)上是等價的、一致的,即二者是密切關(guān)聯(lián)的,可以相互轉(zhuǎn)化,具有共同的計(jì)算本質(zhì)。隨著數(shù)學(xué)的不斷發(fā)展,還可能出現(xiàn)新的計(jì)算類型。
2遠(yuǎn)古的計(jì)算工具
人們從開始產(chǎn)生計(jì)算之日,便不斷尋求能方便進(jìn)行和加速計(jì)算的工具。因此,計(jì)算和計(jì)算工具是息息相關(guān)的。
早在公元前5世紀(jì),中國人已開始用算籌作為計(jì)算工具,并在公元前3世紀(jì)得到普遍的采用,一直沿用了二千年。后來,人們發(fā)明了算盤,并在15世紀(jì)得到普遍采用,取代了算籌。它是在算籌基礎(chǔ)上發(fā)明的,比算籌更加方便實(shí)用,同時還把算法口訣化,從而加快了計(jì)算速度。
3近代計(jì)算系統(tǒng)
近代的科學(xué)發(fā)展促進(jìn)了計(jì)算工具的發(fā)展:在1614年,對數(shù)被發(fā)明以后,乘除運(yùn)算可以化為加減運(yùn)算,對數(shù)計(jì)算尺便是依據(jù)這一特點(diǎn)來設(shè)計(jì)。1620年,岡特最先利用對數(shù)計(jì)算尺來計(jì)算乘除。1850年,曼南在計(jì)算尺上裝上光標(biāo),因此而受到當(dāng)時科學(xué)工作者,特別是工程技術(shù)人員廣泛采用。機(jī)械式計(jì)算器是與計(jì)算尺同時出現(xiàn)的,是計(jì)算工具上的一大發(fā)明。帕斯卡于1642年發(fā)明了帕斯卡加法器。在1671年,萊布尼茨發(fā)明了一種能作四則運(yùn)算的手搖計(jì)算器,是長1米的大盒子。自此以后,經(jīng)過人們在這方面多年的研究,特別是經(jīng)過托馬斯、奧德內(nèi)爾等人的改良后,出現(xiàn)了多種多樣的手搖計(jì)算器,并風(fēng)行全世界。
4電動計(jì)算機(jī)
英國的巴貝奇于1834年,設(shè)計(jì)了一部完全程序控制的分析機(jī),可惜礙于當(dāng)時的機(jī)械技術(shù)限制而沒有制成,但已包含了現(xiàn)代計(jì)算的基本思想和主要的組成部分了。此后,由于電力技術(shù)有了很大的發(fā)展,電動式計(jì)算器便慢慢取代以人工為動力的計(jì)算器。1941年,德國的楚澤采用了繼電器,制成了第一部過程控制計(jì)算器,實(shí)現(xiàn)了100多年前巴貝奇的理想。
5電子計(jì)算機(jī)
20世紀(jì)初,電子管的出現(xiàn),使計(jì)算器的改革有了新的發(fā)展,美國賓夕法尼亞大學(xué)和有關(guān)單位在1946年制成了第一臺電子計(jì)算機(jī)。電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展,使人類進(jìn)入了一個全新的時代。它是20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一,也當(dāng)之無愧地被認(rèn)為是迄今為止由科學(xué)和技術(shù)所創(chuàng)造的最具影響力的現(xiàn)代工具。
在電子計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)高速發(fā)展過程中,因特爾公司的創(chuàng)始人之一戈登·摩爾(GodonMoore)對電子計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)所依賴的半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展作出預(yù)言:半導(dǎo)體芯片的集成度將每兩年翻一番。事實(shí)證明,自20世紀(jì)60年代以后的數(shù)十年內(nèi),芯片的集成度和電子計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度實(shí)際是每十八個月就翻一番,而價格卻隨之降低一倍。這種奇跡般的發(fā)展速度被公認(rèn)為“摩爾定律”。
6“摩爾定律”與“計(jì)算的極限”
人類是否可以將電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度永無止境地提升?傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的提高有沒有極限?對此問題,學(xué)者們在進(jìn)行嚴(yán)密論證后給出了否定的答案。如果電子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力無限提高,最終地球上所有的能量將轉(zhuǎn)換為計(jì)算的結(jié)果——造成熵的降低,這種向低熵方向無限發(fā)展的運(yùn)動被哲學(xué)界認(rèn)為是禁止的,因此,傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力必有上限。
而以IBM研究中心朗道(R.Landauer)為代表的理論科學(xué)家認(rèn)為到21世紀(jì)30年代,芯片內(nèi)導(dǎo)線的寬度將窄到納米尺度(1納米=10-9米),此時,導(dǎo)線內(nèi)運(yùn)動的電子將不再遵循經(jīng)典物理規(guī)律——牛頓力學(xué)沿導(dǎo)線運(yùn)行,而是按照量子力學(xué)的規(guī)律表現(xiàn)出奇特的“電子亂竄”的現(xiàn)象,從而導(dǎo)致芯片無法正常工作;同樣,芯片中晶體管的體積小到一定臨界尺寸(約5納米)后,晶體管也將受到量子效應(yīng)干擾而呈現(xiàn)出奇特的反常效應(yīng)。
哲學(xué)家和科學(xué)家對此問題的看法十分一致:摩爾定律不久將不再適用。也就是說,電子計(jì)算機(jī)計(jì)算能力飛速發(fā)展的可喜景象很可能在21世紀(jì)前30年內(nèi)終止。著名科學(xué)家,哈佛大學(xué)終身教授威爾遜(EdwardO.Wilson)指出:“科學(xué)代表著一個時代最為大膽的猜想(形而上學(xué))。它純粹是人為的。但我們相信,通過追尋“夢想—發(fā)現(xiàn)—解釋—夢想”的不斷循環(huán),我們可以開拓一個個新領(lǐng)域,世界最終會變得越來越清晰,我們最終會了解宇宙的奧妙。所有的美妙都是彼此聯(lián)系和有意義的。”[論/文/網(wǎng)LunWenNet/Com]
7量子計(jì)算系統(tǒng)
量子計(jì)算最初思想的提出可以追溯到20世紀(jì)80年代。物理學(xué)家費(fèi)曼RichardP.Feynman曾試圖用傳統(tǒng)的電子計(jì)算機(jī)模擬量子力學(xué)對象的行為。他遇到一個問題:量子力學(xué)系統(tǒng)的行為通常是難以理解同時也是難以求解的。以光的干涉現(xiàn)象為例,在干涉過程中,相互作用的光子每增加一個,有可能發(fā)生的情況就會多出一倍,也就是問題的規(guī)模呈指數(shù)級增加。模擬這樣的實(shí)驗(yàn)所需的計(jì)算量實(shí)在太大了,不過,在費(fèi)曼眼里,這卻恰恰提供一個契機(jī)。因?yàn)榱硪环矫?量子力學(xué)系統(tǒng)的行為也具有良好的可預(yù)測性:在干涉實(shí)驗(yàn)中,只要給定初始條件,就可以推測出屏幕上影子的形狀。費(fèi)曼推斷認(rèn)為如果算出干涉實(shí)驗(yàn)中發(fā)生的現(xiàn)象需要大量的計(jì)算,那么搭建這樣一個實(shí)驗(yàn),測量其結(jié)果,就恰好相當(dāng)于完成了一個復(fù)雜的計(jì)算。因此,只要在計(jì)算機(jī)運(yùn)行的過程中,允許它在真實(shí)的量子力學(xué)對象上完成實(shí)驗(yàn),并把實(shí)驗(yàn)結(jié)果整合到計(jì)算中去,就可以獲得遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度。
在費(fèi)曼設(shè)想的啟發(fā)下,1985年英國牛津大學(xué)教授多伊奇DavidDeutsch提出是否可以用物理學(xué)定律推導(dǎo)出一種超越傳統(tǒng)的計(jì)算概念的方法即推導(dǎo)出更強(qiáng)的丘奇——圖靈論題。費(fèi)曼指出使用量子計(jì)算機(jī)時,不需要考慮計(jì)算是如何實(shí)現(xiàn)的,即把計(jì)算看作由“神諭”來實(shí)現(xiàn)的:這類計(jì)算在量子計(jì)算中被稱為“神諭”(Oracle)。種種跡象表明:量子計(jì)算在一些特定的計(jì)算領(lǐng)域內(nèi)確實(shí)比傳統(tǒng)計(jì)算更強(qiáng),例如,現(xiàn)代信息安全技術(shù)的安全性在很大程度上依賴于把一個大整數(shù)(如1024位的十進(jìn)制數(shù))分解為兩個質(zhì)數(shù)的乘積的難度。這個問題是一個典型的“困難問題”,困難的原因是目前在傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)上還沒有找到一種有效的辦法將這種計(jì)算快速地進(jìn)行。目前,就是將全世界的所有大大小小的電子計(jì)算機(jī)全部利用起來來計(jì)算上面的這個1024位整數(shù)的質(zhì)因子分解問題,大約需要28萬年,這已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了人類所能夠等待的時間。而且,分解的難度隨著整數(shù)位數(shù)的增多指數(shù)級增大,也就是說如果要分解2046位的整數(shù),所需要的時間已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過宇宙現(xiàn)有的年齡。而利用一臺量子計(jì)算機(jī),我們只需要大約40分鐘的時間就可以分解1024位的整數(shù)了。
8量子計(jì)算中的神諭
人類的計(jì)算工具,從木棍、石頭到算盤,經(jīng)過電子管計(jì)算機(jī),晶體管計(jì)算機(jī),到現(xiàn)在的電子計(jì)算機(jī),再到量子計(jì)算。筆者發(fā)現(xiàn)這其中的過程讓人思考:首先是人們發(fā)現(xiàn)用石頭或者棍棒可以幫助人們進(jìn)行計(jì)算,隨后,人們發(fā)明了算盤,來幫助人們進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)不僅人手可以搬動“算珠”,機(jī)器也可以用來搬動“算珠”,而且效率更高,速度更快。隨后,人們用繼電器替代了純機(jī)械,最后人們用電子代替了繼電器。就在人們改進(jìn)計(jì)算工具的同時,數(shù)學(xué)家們開始對計(jì)算的本質(zhì)展開了研究,圖靈機(jī)模型告訴了人們答案。
量子計(jì)算的出現(xiàn),則徹底打破了這種認(rèn)識與創(chuàng)新規(guī)律。它建立在對量子力學(xué)實(shí)驗(yàn)的在現(xiàn)實(shí)世界的不可計(jì)算性。試圖利用一個實(shí)驗(yàn)來代替一系列復(fù)雜的大量運(yùn)算。可以說。這是一種革命性的思考與解決問題的方式。
因?yàn)樵诖酥?所有計(jì)算均是模擬一個快速的“算盤”,即使是最先進(jìn)的電子計(jì)算機(jī)的CPU內(nèi)部,64位的寄存器(register),也是等價于一個有著64根軸的二進(jìn)制算盤。量子計(jì)算則完全不同,對于量子計(jì)算的核心部件,類似于古代希臘中的“神諭”,沒有人弄清楚神諭內(nèi)部的機(jī)理,卻對“神諭”內(nèi)部產(chǎn)生的結(jié)果深信不疑。人們可以把它當(dāng)作一個黑盒子,人們通過輸入,可以得到輸出,但是對于黑盒子內(nèi)部發(fā)生了什么和為什么這樣發(fā)生確并不知道。
9“神諭”的挑戰(zhàn)與人類自身的回應(yīng)
人類的思考能力,隨著計(jì)算工具的不斷進(jìn)化而不斷加強(qiáng)。電子計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn),大大加強(qiáng)了人類整體的科研能力,那么,量子計(jì)算系統(tǒng)的產(chǎn)生,會給人類整體帶來更加強(qiáng)大的科研能力和思考能力,并最終解決困擾當(dāng)今時代的量子“神諭”。不僅如此,量子計(jì)算系統(tǒng)會更加深刻的揭示計(jì)算的本質(zhì),把人類對計(jì)算本質(zhì)的認(rèn)識從牛頓世界中擴(kuò)充到量子世界中。
如果觀察歷史,會發(fā)現(xiàn)人類文明不斷增多的“發(fā)現(xiàn)”已經(jīng)構(gòu)成了我們理解世界的“公理”,人們的公理系統(tǒng)在不斷的增大,隨著該系統(tǒng)的不斷增大,人們認(rèn)清并解決了許多問題。人類的認(rèn)識模式似乎符合下面的規(guī)律:
“計(jì)算工具不斷發(fā)展—整體思維能力的不斷增強(qiáng)—公理系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大—舊的神諭被解決—新的神諭不斷產(chǎn)生”不斷循環(huán)。
無論量子計(jì)算的本質(zhì)是否被發(fā)現(xiàn),也不會妨礙量子計(jì)算時代的到來。量子計(jì)算是計(jì)算科學(xué)本身的一次新的革命,也許許多困擾人類的問題,將會隨著量子計(jì)算機(jī)工具的發(fā)展而得到解決,它將“計(jì)算科學(xué)”從牛頓時代引向量子時代,并會給人類文明帶來更加深刻的影響。
參考文獻(xiàn)
[1]M.A.NielsenandI.L.Chuang,QuantumComputationandQuantumInformation[M].CambridgeUniversityPress,2000.
作者：譚惠昭 潘平 單位：貴州省物資學(xué)校 貴州大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息學(xué)院
從物理學(xué)的角度界定是指:對兩個類空間隔的物理實(shí)在之一的測量，其結(jié)果不影響另一個物理實(shí)在的行為事件，即任何物理事件不存在“超距作用”。從認(rèn)識論意義上界定是說，對物理世界的觀測，受限于時空變數(shù)，受限于觀察與思辨的局域性。可見，定域性問題是人類對穩(wěn)定的宏觀物質(zhì)世界最普遍的認(rèn)識原則。量子非定域性問題就其本質(zhì)而言，是微觀實(shí)在的內(nèi)稟性———波粒二象性、實(shí)在之間的相互作用、空間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和獨(dú)有的糾纏結(jié)構(gòu)的根本表現(xiàn)，具有時空的非均勻性。定域性問題長期指引著物理學(xué)家、哲學(xué)家和社會學(xué)家的思辨與發(fā)展。因?yàn)椋ㄓ蛐詥栴}至少隱含了實(shí)在的因果律、H率性和μ率性等基本哲學(xué)觀點(diǎn)。
量子糾纏的哲學(xué)思考
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，離不開近代物理學(xué)的基礎(chǔ)研究，物理學(xué)的操作技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)。物理學(xué)對自身的邏輯結(jié)構(gòu)、發(fā)展規(guī)律、物理概念的變化，物理學(xué)理論與客觀物質(zhì)世界的關(guān)系，物理學(xué)理論與物理學(xué)家的信仰、知識背景之間的關(guān)系，以及物理學(xué)理論所描繪的自然圖景之間的關(guān)系等等方面進(jìn)行反思而形成的物理哲學(xué)屬哲學(xué)分支學(xué)科［5］。量子信息作為一種全新的、非傳統(tǒng)的、隨機(jī)性的理論與技術(shù)學(xué)科，就哲學(xué)問題而言，不僅是對客觀存在及運(yùn)動形式的思辯，它具有更為廣泛的哲學(xué)內(nèi)涵，進(jìn)一步的研究量子信息的哲學(xué)問題，對于指導(dǎo)量子信息理論與技術(shù)的構(gòu)建以及理論自身的完備性具有十分重要的意義。量子糾纏是量子信息最神奇的實(shí)在資源，它構(gòu)成了量子信息的最為本質(zhì)的特征，它所涉及的實(shí)在性、定域性、隱變量以及測量理論等是量子力學(xué)的基本問題，同時也是哲學(xué)的基本問題。從量子糾纏的提出開始，就為廣大的物理學(xué)家及哲學(xué)家所關(guān)注，關(guān)于量子糾纏的爭論，貫穿著量子物理學(xué)的整個發(fā)展歷程，它不僅在物理學(xué)同時也在哲學(xué)上帶給我們眾多的思考。從哲學(xué)意義上講，量子糾纏是指:存在著這樣的實(shí)在，當(dāng)不給予任何適當(dāng)?shù)牟僮鲿r，它處于一個確定的時空中;當(dāng)主體對客體實(shí)施某種操作時，便分裂出一些實(shí)在，它們在相同的時間上，各自處于不同的空間;對這些實(shí)在作關(guān)聯(lián)操作時，實(shí)在之間的關(guān)聯(lián)度就構(gòu)成了實(shí)在的糾纏。從技術(shù)的角度上說，至少需要對兩個或兩個以上的實(shí)在進(jìn)行量子的相互作用。量子糾纏的理論和實(shí)驗(yàn)說明，當(dāng)實(shí)在之間不存在糾纏關(guān)聯(lián)時，對實(shí)在的操作只能表現(xiàn)為局域的，不可能獲得多世界的圖景;一旦實(shí)在之間建立起關(guān)聯(lián)，即使在相同的時間上，各自處于自己的世界，仍可相互描述實(shí)在之間的存在信息。因此，糾纏的度量表現(xiàn)了局域空間的邊界，它說明了現(xiàn)實(shí)世界———局域著的操作過程，其空間是有限的，實(shí)在是客觀存在著的，是不以人的意識而獨(dú)立存在;而在不同的空間中，實(shí)在之間通過糾纏關(guān)聯(lián)，構(gòu)建我們的世界觀，通過對實(shí)在的操作，將相互糾纏的實(shí)在表現(xiàn)為局域中的實(shí)在行為。量子糾纏賦予了我們對存在的認(rèn)識論和方法論一種新的詮釋。強(qiáng)調(diào)存在的客觀性和主觀性，雖然主觀意識所參與的操作，不能改變客觀實(shí)在的普適規(guī)律，但它確能使我們獲得更多的關(guān)于客觀實(shí)在的信息。通過量子糾纏，可以將客觀實(shí)在與主觀存在相互聯(lián)系，從而獲得客觀實(shí)在與主觀存在的相對統(tǒng)一。因此，可以認(rèn)為，量子糾纏度是度量存在之間交換信息的量;意識是另一個存在，它們是理論構(gòu)建中本質(zhì)上不可分割的形式。量子糾纏是實(shí)在的不可分割的整體，實(shí)在的本體存在之間存在著內(nèi)稟性;表明了局域的世界，空間是有限的;糾纏是客觀實(shí)在之間，具有主體介入的間接存在的實(shí)在，是非局域的;在不同的空間中，實(shí)在之間通過糾纏關(guān)聯(lián)，構(gòu)建我們對實(shí)在的本體之間關(guān)系實(shí)在的認(rèn)識觀，是復(fù)合系統(tǒng)整體存在的不可分離性、非局域操作性、非因果性和統(tǒng)一性的整體表象，每個實(shí)在的本體特征，承載著信息，通過糾纏操作，實(shí)現(xiàn)信息的轉(zhuǎn)移與顯現(xiàn)。因此，糾纏具有存儲與識別的實(shí)在本體的能力，是整體關(guān)聯(lián)存在認(rèn)識的顯現(xiàn)，是表征主義認(rèn)識論走向主客體內(nèi)在關(guān)聯(lián)的認(rèn)識過程。這種科學(xué)的認(rèn)識論所形成的統(tǒng)一認(rèn)識論的觀點(diǎn)，是科技哲學(xué)體系在量子信息科學(xué)研究中的具體表現(xiàn)。
量子非定域性問題的哲學(xué)反思
對量子非定域性問題進(jìn)行哲學(xué)反思，目的就是通過量子理論與實(shí)驗(yàn)所顯示的實(shí)在屬性，揭示微觀世界神秘的面紗，幫助我們進(jìn)一步認(rèn)識客觀世界。因?yàn)椋匀皇澜绫举|(zhì)上是量子的。吳國林教授從基于空間的非定域性問題論述了量子非定域性的哲學(xué)意義，他認(rèn)為，量子力學(xué)并不違背事件之間的因果性［6］。成素梅教授從語境的角度分析了量子非定域性概念的內(nèi)含與意義［7］。從認(rèn)識論意義上看，因果律是實(shí)在的屬性在時間次序積累上的結(jié)果，具有時空的非均勻性。客觀實(shí)在和客觀實(shí)在之間的行為事件，本質(zhì)上是邏輯結(jié)構(gòu)主義的因果關(guān)系，是事件演化行為的顯現(xiàn)，任何理論結(jié)構(gòu)都不能違反因果關(guān)系，包括微觀世界的實(shí)在行為也亦遵守，因果關(guān)系的非對稱性的本源來自于我們自身的定域性的思辨結(jié)構(gòu)。在微觀世界中，用波函數(shù)刻畫客觀實(shí)在，其演化行為在相對論定域性原則下，遵循薛定諤方程（方程略）但我們必須注意到，這個描述是對客觀實(shí)在獨(dú)立演化行為的描述，且其行為演化的結(jié)果并非唯一確定的，而是概率性的，也就是說，微觀實(shí)在的“過去———原因”，對“將來———結(jié)果”的影響可以有許多的結(jié)果，既是概率性的，又受時空中運(yùn)動的因果律制約。對兩個類空間隔的波函數(shù)（函數(shù)略）在其演化過程中，其中一個的演化行為必然影響另一個的演化行為，遵循因果關(guān)系，只不過這種因果關(guān)系在時間上表現(xiàn)為時間上的瞬時性，即文獻(xiàn)［6］在其論證中強(qiáng)調(diào)的“延時選擇”之因果。無論是基于相對論定域性原則的宏觀因果關(guān)系，還是基于非定域性的微觀因果關(guān)系，就因果關(guān)系而言，一方面是，根據(jù)思辨模式刻畫思辨過程的結(jié)構(gòu)因果關(guān)系;另一方面是，根據(jù)事件的行為現(xiàn)象構(gòu)造事件內(nèi)在的關(guān)聯(lián)，顯現(xiàn)行為事件的因果關(guān)系。它們都有一個共同的本質(zhì)特征———共同過去獨(dú)立的約定觀，強(qiáng)調(diào)相互作用前的行為事件的獨(dú)立性，否認(rèn)存在客觀上的因果倒置，忽視了客觀事件內(nèi)在的關(guān)聯(lián)。事實(shí)上，量子理論和量子信息的表述，只是行為事件之間內(nèi)在的關(guān)聯(lián)描述，表明因果之間可以相互轉(zhuǎn)換，而不是事件的因果關(guān)系。因此，我們認(rèn)為，量子非定域性存在因果關(guān)系，這種因果既不同于馬爾可夫的因果關(guān)系，亦不同于牛頓———拉普拉斯的因果關(guān)系。因?yàn)椋@兩個因果關(guān)系均是共同過去假說的推論，推論的結(jié)果不允許存在因果倒置。而量子非定域性的因果關(guān)系描述，從因果律意義上可分為兩種，不違背定域因果律的定域彌散性描述和違背定域因果律的定域彌散性描述［8］。張永德教授在量子理論空間非定域性評述中［9］，論述了量子理論的因果律與相對論定域因果律不兼容，并非證明它們的非因果關(guān)系。在量子理論中論證其非因果關(guān)系，通常是用光錐加以輔證，詳細(xì)分析可知，第一，具有典型的約定主義，這種約定主義束縛了思辨的邏輯結(jié)構(gòu);第二，是典型的現(xiàn)象宿命論描述，這種現(xiàn)象宿命論束縛了我們認(rèn)識客觀實(shí)在的視覺;第三，是實(shí)在本體的描述，忽視了整體關(guān)聯(lián)的認(rèn)識。因此，在相對論定域因果關(guān)系的外衣下，對量子非定域的因果關(guān)系不可能有完備的描述。然而，我們可以通過對量子非定域的時空關(guān)聯(lián)分析，關(guān)聯(lián)的客觀實(shí)在事件表現(xiàn)為瞬時的因果關(guān)系，亦即對微觀行為事件的操作，既是原因也是結(jié)果。既不是共同過去假說，亦不是共同將來假說，它強(qiáng)調(diào)對相互關(guān)聯(lián)的整體的作用的同時性。
結(jié)語
世界是量子的，有許多神奇的特性和資源需要我們?nèi)フJ(rèn)識，其中最神奇的資源就是糾纏。因此，我們說量子信息的本質(zhì)之一是糾纏的有效制備與度量;糾纏是一種存在，它描述了存在之間在不同時空中的關(guān)聯(lián)，度量了空間邊界的模糊度以及客觀存在與主觀存在之間的關(guān)聯(lián)度，同時也是復(fù)雜程度的量度。糾纏的存在形式，說明了存在之間天然的內(nèi)在聯(lián)系是不可分離的，存在之間不存在客觀實(shí)在上的因果關(guān)系，以至任何存在的某種行為都可自動地通過不相互接觸的方式，就能獲得其它存在的信息，從最深層次上揭示了量子信息的本質(zhì)特征。非定域性問題是量子世界的另一特征，本質(zhì)上是客觀實(shí)在的某些固有屬性在時空上的非均勻性關(guān)聯(lián)，在某些屬性上具有時空上的同時性，這種同時性的邏輯演化，表現(xiàn)為實(shí)在之間相對論定域因果關(guān)系和μ率性的破缺，是相互關(guān)聯(lián)的整體的內(nèi)稟性的顯現(xiàn)。因此，對量子信息本質(zhì)特征的深入理解與認(rèn)識，不僅有助于我們構(gòu)建信息理論與技術(shù)的完備性，同時也有助于我們從更深層次上去揭示世界的本質(zhì)，讓神秘世界的真實(shí)圖景更加清晰地展現(xiàn)在我們的面前。
本次會議的宗旨是探討信息哲學(xué)的基礎(chǔ)理論及其時代意義和價值。會議主題報告的內(nèi)容主要集中在以下幾個方面。
一、關(guān)于信息本質(zhì)和信息本體論
北京郵電大學(xué)的鐘義信教授以《再探“信息”》為題做了本次研討會的首場主題報告，他認(rèn)為信息概念是一類與物質(zhì)和能量都很不相同的復(fù)雜對象，只能采取主客互動的研究視角加以研究。在信息的本體論定義和認(rèn)識論定義中，前者是后者的源頭，后者是前者被認(rèn)識主體所感知的結(jié)果，人類能夠獲得、處理和利用的只能是認(rèn)識論信息。 基于此，他探討了信息運(yùn)動的基本規(guī)律，即“信息轉(zhuǎn)換定律”，并強(qiáng)調(diào)了其超過能量轉(zhuǎn)換定律的重要性。
中國人民大學(xué)的苗東升教授首先對當(dāng)前學(xué)術(shù)界關(guān)于“信息”概念的多維理解進(jìn)行了評述，贊賞了由此而產(chǎn)生的世界信息科學(xué)和哲學(xué)的多元協(xié)同發(fā)展現(xiàn)狀。其中，他尤其強(qiáng)調(diào)了當(dāng)前中國信息科學(xué)和哲學(xué)研究仍然存在著唯西學(xué)馬首是瞻的諸多弊端，而事實(shí)上，中國學(xué)術(shù)界已經(jīng)取得了一些優(yōu)秀的、很有價值的研究成果，例如鄔教授在信息哲學(xué)研究中，歷經(jīng)30多年的辛苦而創(chuàng)立的思想體系，已然形成了能與西方分庭抗禮的“中國學(xué)派”。苗教授還意味深長地呼吁廣大學(xué)者立足自身，心無旁騖搞研究，力爭信息科學(xué)與哲學(xué)的“中國學(xué)派”的長足發(fā)展，相信在不久的將來，中國的信息科學(xué)和哲學(xué)研究必然有所成就，為西方所不可及。
北京大學(xué)的羅先漢教授以《物信論及其應(yīng)用》為題做了主題報告。他首先指出廣義信息可由物質(zhì)的實(shí)在狀態(tài)及其相關(guān)規(guī)律來表示，由此，他所提出的物信論認(rèn)為在存在上，信息要依賴于物質(zhì)；而在運(yùn)動變化上，物質(zhì)則要依賴于信息，物質(zhì)與信息既彼此不同又相輔相成的對立統(tǒng)一規(guī)律，才是宇宙的根本規(guī)律。
萊頓大學(xué)的詹姆斯?W?麥卡利斯特對經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的信息內(nèi)容：方法論和形而上學(xué)意義進(jìn)行了詳述，他認(rèn)為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)是科學(xué)觀察和測量的結(jié)果，包含著關(guān)于世界的信息，表達(dá)著世界的結(jié)構(gòu)。科學(xué)定律的功能并不在于精簡經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)集，而是表征其中的意義模式，且正是這些模式對應(yīng)著現(xiàn)象。那么，多少模式能夠真正地表征現(xiàn)象呢？這里并沒有一個確定的標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)實(shí)踐表明具有所有可信屬性的模式都對應(yīng)著現(xiàn)象，所以世界也就具有所有可能的結(jié)構(gòu)。
俄羅斯科學(xué)院的康斯坦丁?科林（由約瑟夫? E?布倫納代講）提交了題為《信息的現(xiàn)實(shí)結(jié)構(gòu)、科學(xué)世界觀和哲學(xué)根本問題》的論文。他提出了一種關(guān)于科學(xué)化世界和哲學(xué)基本問題內(nèi)容的新理解，基于對現(xiàn)實(shí)結(jié)構(gòu)的多元組分中的具體信息現(xiàn)象的分析，他認(rèn)為除了物質(zhì)客體、過程和事件之外，在現(xiàn)實(shí)世界中，還存在著不可見客體、過程和條件等信息內(nèi)容。所以，哲學(xué)的基本問題研究應(yīng)將關(guān)系看作一種關(guān)于現(xiàn)實(shí)的可見與不可見的構(gòu)成要素。
武漢大學(xué)的李宗榮等人認(rèn)為，在計(jì)算機(jī)芯片植入人體體內(nèi)以后，能夠與人的神經(jīng)系統(tǒng)聯(lián)合工作，這個事實(shí)告訴我們，處于信息進(jìn)化論過程的這兩個極端被連通起來了。這樣，宇宙間的“信息統(tǒng)一性”被無可懷疑地以理論與實(shí)踐相結(jié)合的方式證明了。宇宙萬物都具有“物質(zhì)―信息二重性”，對它們既可以進(jìn)行物質(zhì)與信息的一分為二，又可以進(jìn)行物質(zhì)與信息的合二為一。信息具有非物質(zhì)的特征，但它又必須具有物質(zhì)的載體，因而信息也是物質(zhì)的。
二、 關(guān)于哲學(xué)發(fā)展和信息哲學(xué)研究方法論
西安交通大學(xué)的鄔教授做了題為《哲學(xué)的發(fā)展與哲學(xué)的根本轉(zhuǎn)向》的主題報告，他首先指出現(xiàn)代主流哲學(xué)數(shù)次轉(zhuǎn)向的傾向性實(shí)質(zhì)，乃是沿著向認(rèn)識主體內(nèi)部日益狹隘的因素的追求來限定哲學(xué)研究的主題內(nèi)容，如此，哲學(xué)必將喪失其應(yīng)有的功能。人類哲學(xué)的發(fā)展還有另外一條路徑，這就是在一般科學(xué)發(fā)展的過程中所孕育和展現(xiàn)出來的哲學(xué)自身的發(fā)展。按照信息本體論的理論，世界（存在）是由物質(zhì)和信息兩大領(lǐng)域構(gòu)成的，物質(zhì)和意識之間通過自在信息的中介相互過渡和轉(zhuǎn)化。由此，信息本體論學(xué)說的建立為變革哲學(xué)的所有其他領(lǐng)域提供了一個統(tǒng)一的基礎(chǔ)。由于信息哲學(xué)首先在存在領(lǐng)域的分割方式這一哲學(xué)最高范式的層面上把傳統(tǒng)哲學(xué)的“存在=物質(zhì)+精神”的一般信條改變成了“存在=物質(zhì)+信息”，并在信息活動高級形態(tài)的意義上重新解讀了精神活動的本質(zhì)，所以，當(dāng)代信息哲學(xué)的誕生導(dǎo)致了人類哲學(xué)的第一次根本性轉(zhuǎn)向。
華中科技大學(xué)的歐陽康教授以《前提性反思與合理性評價――信息哲學(xué)研究的方法論問題》為題做了主題報告。他首先提出哲學(xué)思考的最大特點(diǎn)是致極性與超越性，尋找信息問題的極限與邊界，進(jìn)而從發(fā)生學(xué)、社群學(xué)、存在論、認(rèn)識論、價值論等角度，闡釋了事物與信息的同時同步關(guān)系、信息作為環(huán)境或存在領(lǐng)域的本質(zhì)構(gòu)成、信息作為認(rèn)識過程的介質(zhì)及其與價值世界的相關(guān)性等論題。最后，他還指出信息的哲學(xué)思考具有非常廣闊的領(lǐng)域，包含非常豐富的內(nèi)容，面臨非常復(fù)雜的挑戰(zhàn)，需要非常多維的視角，尤其是綜合化和整體性的研究。
西班牙薩拉格薩大學(xué)的佩德羅?C?馬里胡安作為外方主席，做了本次研討會的第二場主題報告。他認(rèn)為，隨著越來越多的研究實(shí)踐轉(zhuǎn)向信息科學(xué)中的諸多論題，一門嚴(yán)格的信息科學(xué)能否最終產(chǎn)生，不僅僅依賴于信息哲學(xué)的積極討論，最重要的是要在信息科學(xué)自身中構(gòu)造一種新的思維方法。它建基于主體/客體、元觀察者、自創(chuàng)生、傳播和信息流等方面進(jìn)行思考，其要點(diǎn)在于關(guān)注通向信息實(shí)體的經(jīng)驗(yàn)性進(jìn)路；將信息的“不可見的手”作為包括不同信息領(lǐng)域中所有復(fù)雜性的巨大成形器；考察信息在其所激發(fā)的轉(zhuǎn)換和不同主體或行動者領(lǐng)域之中的符號化流動，以及在適應(yīng)性地調(diào)整物質(zhì)結(jié)構(gòu)與自創(chuàng)生過程中的自身呈現(xiàn)。
三、關(guān)于信息哲學(xué)與其他哲學(xué)的關(guān)系
漢密爾頓學(xué)院的肯?赫羅爾德針對時間和計(jì)算的哲學(xué)問題，追溯至笛卡爾，強(qiáng)調(diào)其時間概念建基于一種行動的同步觀念，因而減少了對于記憶的依賴。而圖靈，還有維納，都探討了經(jīng)驗(yàn)的縱向維度。由此出發(fā)，他采用格魯普的時間替論，解釋了數(shù)據(jù)和信息之間的一種經(jīng)由直覺和計(jì)算的不同步的邏輯界面。這種時間的界域哲學(xué)導(dǎo)向了一種對在吉爾伯特的共同知識的信息結(jié)構(gòu)中的狀態(tài)和共同回憶的闡釋。
哥本哈根商學(xué)院的索倫?布赫爾考量的問題在于能否通過將基于現(xiàn)象學(xué)的符號學(xué)與基于系統(tǒng)和控制論的信息概念結(jié)合起來獲得一個關(guān)于認(rèn)知和通訊的跨學(xué)科理論。生物符號學(xué)就是這么一種試圖整合生物學(xué)和符號學(xué)的發(fā)現(xiàn)，以構(gòu)造一個關(guān)于生命和意義作為自然世界的內(nèi)在特征的新觀點(diǎn)。生物符號學(xué)家強(qiáng)調(diào)編碼是三元符號化過程的一部分，在這個過程中，解釋項(xiàng)在對象和符號（表征項(xiàng)）之間建立動機(jī)化的連接。
山西大學(xué)的魏屹東教授從信息哲學(xué)的視角出發(fā)，揭示了信息與認(rèn)知或者心靈、表征與語言和知識的相關(guān)性，認(rèn)為信息是認(rèn)知與表征的內(nèi)容，認(rèn)知是一種信息處理過程，而表征則是信息的再描述。在本體論上，信息是構(gòu)成物理世界的一種存在形式（form），“inform”就是“在形式中”，因此，“形式”就是信息的根隱喻，柏拉圖的形式理論是信息哲學(xué)的基礎(chǔ)。由此，信息是心靈對自然現(xiàn)象的認(rèn)知與表征，它似乎是無處不在的、半透明的、非絕對的、離散的、無維的和難以言明的，但可以肯定，信息哲學(xué)將與認(rèn)知哲學(xué)聯(lián)手探討信息問題。
法國跨學(xué)科研究中心的約瑟夫?布倫納就“人格同一性的信息過程”進(jìn)行了詳細(xì)的報告。他認(rèn)為，人格同一性作為一種復(fù)雜現(xiàn)象，對它的思考不能離開對同一性和多元性，以及作為動態(tài)過程的二者關(guān)系的理解。而他所倡導(dǎo)的現(xiàn)實(shí)邏輯恰恰提供了一種對同一性和多元性之間的本體論關(guān)系的新理解。同時，鄔先生所創(chuàng)立的信息哲學(xué)和元哲學(xué)則首先從本體論上對此給予了支持。基于二者的綜合，他指出人格同一性現(xiàn)象的穩(wěn)定與變化的復(fù)雜性乃是一種本體論過程。鄔所提供的人類信息活動的等級結(jié)構(gòu)圖景，有助于人格同一性的建構(gòu)，而這正是他所建議的一種人格同一性的本體―認(rèn)識論之路。
四、關(guān)于信息社會、互聯(lián)網(wǎng)及其倫理問題
維也納技術(shù)大學(xué)的沃爾夫?qū)?霍夫基希納（由羅伯特?雅恩代講）提交了題為《“全球性可持續(xù)信息社會”――對未來的展望》的論文。他認(rèn)為社會系統(tǒng)是一種另類的多元進(jìn)化系統(tǒng)，其所具有的綜合效果便是所謂的共同性。社會系統(tǒng)表現(xiàn)著個體化和社會化的辯證關(guān)系，如果個體因素處于中心舞臺，那么共同性則是其附屬。今天，在全球化挑戰(zhàn)的時代，共同性附屬變得不再穩(wěn)定，因此需要建構(gòu)一種超系統(tǒng)，以關(guān)照所有演員之間的多元化的整體關(guān)系，而這正是一種全球穩(wěn)定的信息社會視野的理論依據(jù)所在。
重慶郵電大學(xué)的徐仲偉教授在對大數(shù)據(jù)時代互聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)的思考中認(rèn)為，“大數(shù)據(jù)”的本質(zhì)就是對社會事物從量的角度，通過今天的互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)所產(chǎn)生的，讓我們認(rèn)識到的，體量浩大、類型復(fù)雜、迅速生成、價值巨大的社會事物量的表現(xiàn)（或者說記載、信息）。大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，是人們對社會事物從量的角度對許許多多的社會事物認(rèn)識和反映的結(jié)果，有自身內(nèi)在的規(guī)律和外在的形式。互聯(lián)網(wǎng)在人們的當(dāng)代生活和工作中從多個維度展現(xiàn)著其巨大魅力，如果從互聯(lián)網(wǎng)所表現(xiàn)內(nèi)容的角度看，其本質(zhì)實(shí)際上就是它的社會性，它所反映的完全就是我們的現(xiàn)實(shí)社會。從技術(shù)手段的角度看，互聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)仍然是它的工具性。
重慶郵電大學(xué)的代金平教授從價值哲學(xué)層面對網(wǎng)絡(luò)化傳播境域下的信息文化進(jìn)行了深入分析，他指出網(wǎng)絡(luò)時代滋生出諸多問題或矛盾，其中最為突出的當(dāng)屬人類在網(wǎng)絡(luò)化傳播境域下信息化生存所面臨的全新的價值判斷、選擇和重構(gòu)等問題。網(wǎng)絡(luò)文化作為信息文化在網(wǎng)絡(luò)化傳播境域下的具體表現(xiàn)形式，以自由為根本旨向，然而這種網(wǎng)絡(luò)自由必須是在一定的網(wǎng)絡(luò)規(guī)范約束下的自由，由此便構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)化傳播境域下信息文化的基本價值沖突，進(jìn)而影響著網(wǎng)絡(luò)時代信息文化的其他二元價值沖突。基于信息文化視角的深入分析，他總結(jié)認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)行為主體的自律才是解決網(wǎng)絡(luò)自由與網(wǎng)絡(luò)規(guī)范沖突的重要途徑，構(gòu)建和諧的信息文化環(huán)境才是解決網(wǎng)絡(luò)自由與網(wǎng)絡(luò)規(guī)范沖突的必由之路。
印第安納大學(xué)的科林?艾倫認(rèn)為，在互聯(lián)網(wǎng)時代，能夠獲得極大數(shù)量學(xué)術(shù)文本的數(shù)字途徑為人文學(xué)科研究者提供了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。而應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，需要擁有適合機(jī)器和人們使用的高質(zhì)量的數(shù)字資源的內(nèi)容說明。對這些內(nèi)容的不同歸類方式必然建基于不同目的，因此會導(dǎo)致不同歸類圖式之間更進(jìn)一步的問題出現(xiàn)。他討論了哲學(xué)概念的歸類根據(jù)，并分析了一些主要的歸類途徑是如何處理不斷變化的資料的，進(jìn)而描述了印第安納哲學(xué)本體論計(jì)劃的目標(biāo)和方法，并提供了這類利用模型方法的分析案例。
維也納技術(shù)大學(xué)的羅伯特?雅恩就內(nèi)在價值本體論進(jìn)行了探討，他認(rèn)為技術(shù)和社會經(jīng)濟(jì)的快速變化引起了困惑，使得哲學(xué)尤其是倫理的復(fù)興成為必要。假定道德價值不是物質(zhì) （根據(jù)物質(zhì)一元論），而是道德評價者的一種內(nèi)在的偶發(fā)屬性，那么信息倫理必須建基于這些價值，因?yàn)閷τ谌祟悂碇v，這些價值仍然與信息時代之前的道德普遍原則相契合。信息有其不同的定義，作為一個價值事物的潛在組成，它影響價值的具體性，也就是說信息和通信技術(shù)作為評價主題必須展現(xiàn)自己的價值，而道德行為者也必須證明他所認(rèn)知的屬性是充分的。
五、關(guān)于量子信息、信息量子和計(jì)算問題
華南理工大學(xué)的吳國林教授以《量子信息與不確定性的哲學(xué)思考》為題做了主題報告。他首先將量子信息與經(jīng)典信息區(qū)別開來，指出本體論量子信息是微觀事物的狀態(tài)與關(guān)聯(lián)方式的自我顯現(xiàn)，認(rèn)識論量子信息是微觀事物的狀態(tài)與關(guān)聯(lián)方式對認(rèn)識主體的顯現(xiàn)。進(jìn)而，他從量子糾纏的關(guān)聯(lián)程度和量子信息的度量入手，闡述了量子信息和不確定性之間的關(guān)系，即前者是后者的消除。量子信息表達(dá)了量子系統(tǒng)的確定性，不確定性在量子信息（量子技術(shù)）作用下可以發(fā)生改變，而量子世界又是確定性與不確定性的統(tǒng)一，因此量子世界的不確定性可以受到量子信息的控制。由此，普遍而言，物質(zhì)與信息是統(tǒng)一的。
四川社會科學(xué)院的有梁教授對“質(zhì)量―信息關(guān)系式與信息量子”進(jìn)行了深入的哲學(xué)思考。他首先從香農(nóng)―維納公式推導(dǎo)出一般不確定原理，以及作為一般不確定原理的特殊情況的海森伯不確定原理。基于此，他又結(jié)合愛因斯坦的質(zhì)能關(guān)系式得到質(zhì)量與信息、能量與信息的關(guān)系式，闡明了質(zhì)量、能量、信息三者之間的關(guān)系。此外，他還提出了“信息量子”、“信息壽命”、“信息長度”的新概念和新公式，進(jìn)而分析了引力波的“信息量子”及探測引力波困難的原因。
希伯來大學(xué)的以色列?貝爾夫?qū)Α靶畔ⅷD計(jì)算的轉(zhuǎn)向：哈金式革命”進(jìn)行了探討。他所提倡的哈金式革命的標(biāo)準(zhǔn)是跨學(xué)科的，能夠集中體現(xiàn)新的研究機(jī)構(gòu)的建立和新的研究方向，而且與重大的社會實(shí)質(zhì)性變革息息相關(guān)，所以也應(yīng)是無邊界的。概括而言，此革命實(shí)質(zhì)在于計(jì)算模型和模擬的革命，涉及混沌、復(fù)雜性和系統(tǒng)理論中的涌現(xiàn)和還原論中的諸多論題。基于此，他揭示了一個比特的新語義場，其中，信息化手段和計(jì)算復(fù)雜程度是新的語言，量子比特、黑洞熵和全息原理是新的對象，信息時代（空間/時間/虛擬）則是社會變遷的標(biāo)志。
亞眠大學(xué)的柳渝基于對“信息”與“問題”的西文字源與漢字基因的分析，認(rèn)為P versus NP問題認(rèn)知的困惑來自概念認(rèn)知的困惑：“基于驗(yàn)證的定義”取代“基于求解的定義”，造成了NP欲捕捉的“不確定性”消失了。結(jié)合中國古代哲學(xué)家公孫龍?zhí)岢龅闹倪壿媶栴}“白馬非馬”，她指出P versus NP的關(guān)系只能從相對比較的角度來認(rèn)知，在中國思想里，此認(rèn)知表達(dá)為“陰陽互補(bǔ)原理”，這樣不僅從整體觀出發(fā)，能夠解讀P versus NP問題，而且能探討科學(xué)與人文相結(jié)合的意義以及中西文化的互補(bǔ)性。
六、關(guān)于信息、智能與邏輯的關(guān)系
西安交通大學(xué)的王小紅教授就人工智能問題，提出機(jī)器發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)檢驗(yàn)了以及正在檢驗(yàn)著實(shí)在論者與反實(shí)在論者在觀察與理論陳述的爭辯中的立場。當(dāng)數(shù)據(jù)和假設(shè)之間的嚴(yán)格邊界崩潰之后，機(jī)器發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)重新發(fā)現(xiàn)了更多的經(jīng)驗(yàn)定律。她對舊的爭辯和機(jī)器發(fā)現(xiàn)應(yīng)用語義信息理論的生產(chǎn)，與應(yīng)用于厘清人工智能系統(tǒng)和自然智能系統(tǒng)之間差別的成果進(jìn)行了解釋。
中國社會科學(xué)院的劉鋼教授主要探討了《易經(jīng)》的成卦法中的大衍求一數(shù)問題，舉例說，即在萊布尼茨的普遍字符和通用圖靈機(jī)的理論基礎(chǔ)上來討論，使得一節(jié)較短的算法片段能夠描述某一卦產(chǎn)生的進(jìn)路。他認(rèn)為大衍求一數(shù)、普遍字符和通用圖靈機(jī)可以看作是等價的，而且因此便開啟了一個從對《易經(jīng)》的數(shù)學(xué)研究到現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和信息科學(xué)的新路徑。
在量子的世界中，對于一個微觀的粒子，測量過程本身將不可避免的給我們要測量的物體造成一個顯著的擾動，而且即使在原則上，我們也完全沒辦法把這一擾動減小到零；另一方面，觀測行為本身又會破壞粒子原來的狀態(tài)，讓你永遠(yuǎn)不可能知道粒子本來的狀態(tài)是什么。這就是量子不可克隆原理：你不能夠復(fù)制一個未知的量子態(tài)，而不改變量子態(tài)本身。量子不可克隆原理是量子加密的基礎(chǔ)。如果我們把想要保密傳輸?shù)男畔ⅲ虞d到一個個不可能被準(zhǔn)確觀測和復(fù)制的量子態(tài)上，而任何的竊聽行為都會改變原本傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。那么最后我們?nèi)∫徊糠謹(jǐn)?shù)據(jù)出來，檢查原本傳輸?shù)男畔⑹欠癖黄茐模湍軌驒z測到竊聽者是否存在。
整個量子通信中，具有短期內(nèi)真實(shí)的應(yīng)用潛能的就是量子保密通信，其中最有用的部分就是量子密鑰分發(fā)。經(jīng)典通信使用最廣泛的公鑰密碼，是假定一些數(shù)學(xué)難題，最典型的是假定大型數(shù)據(jù)分解的數(shù)學(xué)難題。但是，隨著計(jì)算能力的不斷提高，特別是未來量子計(jì)算機(jī)如果實(shí)現(xiàn)的話，這種數(shù)學(xué)難題的復(fù)雜性就迎刃而解了，換句話說，經(jīng)典保密通信基于的數(shù)學(xué)方法不能獲得嚴(yán)格的數(shù)學(xué)證明。在這個背景下，量子保密通信最大的賣點(diǎn)就是它的安全性獲得了嚴(yán)格的數(shù)學(xué)證明，這也可以從其量子力學(xué)的基本原理來解釋。
量子通信另一個核心內(nèi)容是隱形傳輸，是利用了光子等基本粒子的量子糾纏原理來實(shí)現(xiàn)保密通信過程。糾纏是一種詭異的超距離相互關(guān)聯(lián)的現(xiàn)象：兩個糾纏在一起的粒子，即使被完全隔離，當(dāng)觀測一個粒子的狀態(tài)時，另一個粒子的狀態(tài)也會發(fā)生瞬時的改變。換言之，兩個粒子的量子狀態(tài)是完全關(guān)聯(lián)的。量子物理讓人最不可思議的地方在于，事物的狀態(tài)并不是唯一確定的。對于宏觀的硬幣而言，只可能存在兩種狀態(tài)：正面朝上或是反面朝上。但對于一枚量子硬幣，它可以既是正面朝上又是反面朝上。對于兩枚糾纏在一起的量子硬幣，如果發(fā)現(xiàn)其中一枚是正面朝上，另一枚也一定是正面朝上；當(dāng)發(fā)現(xiàn)一枚是反面朝上，另一枚也一定是反面朝上；如果發(fā)現(xiàn)一枚既是正面朝上又是反面朝上，另外一枚也一定既是正面朝上又是反面朝上。因此，糾纏所包含的關(guān)聯(lián)性，要比我們通常理解的宏觀上的關(guān)聯(lián)性強(qiáng)得多。
事實(shí)上，糾纏的兩個粒子盡管可以在很遠(yuǎn)的距離上一個影響另一個，但它們無法傳遞任何信息。以密鑰為例，當(dāng)雙方共享同一套密鑰時，并沒有發(fā)生信息的傳遞，直到加密的文本傳來，密鑰才有意義。量子通信和傳統(tǒng)通信的唯一區(qū)別在于，量子通信采用了一種新的密鑰生成方式，而且密鑰不可能被第三方獲取。
向全球的量子通信網(wǎng)邁進(jìn)
發(fā)展量子通信技術(shù)的終極目標(biāo)是構(gòu)建廣域乃至全球范圍的絕對安全的量子通信網(wǎng)絡(luò)體系。通過光纖實(shí)現(xiàn)城域量子通信網(wǎng)絡(luò)連接一個中等城市內(nèi)部的通信節(jié)點(diǎn)、通過量子中繼實(shí)現(xiàn)鄰近兩個城市之間的連接、通過衛(wèi)星與地面站之間的自由空間光子傳輸和衛(wèi)星平臺的中轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)遙遠(yuǎn)兩個區(qū)域之間的連接，是實(shí)現(xiàn)全球廣域量子通信最理想的路線圖。
在這一路線圖的指引下，歐洲、美國和中國等在過去幾年中均進(jìn)行了戰(zhàn)略性部署，投入了大量的科研資源和開發(fā)力量，進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和實(shí)用化、工程化探索，力爭在激烈的國際競爭中占據(jù)先機(jī)。光纖量子密碼技術(shù)目前正從點(diǎn)對點(diǎn)量子密鑰分發(fā)的初級階段向?qū)崿F(xiàn)多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的量子安全性方向深入發(fā)展階段，全球各地正在加緊進(jìn)行量子通信系統(tǒng)的實(shí)用化和工程化建設(shè)。
由美國國防部高級研究署（DARPA）支持， BBN公司（具有很強(qiáng)的軍方特色）技術(shù)部聯(lián)合波斯頓大學(xué)與哈佛大學(xué)共同開展了量子保密通信與IP 互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的五年試驗(yàn)計(jì)劃。該計(jì)劃主要內(nèi)容是以BBN技術(shù)部、波斯頓大學(xué)和哈佛大學(xué)作為三個節(jié)點(diǎn)以構(gòu)建融合現(xiàn)行光纖通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和量子光通信的量子互聯(lián)網(wǎng)，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)保密通信。
在歐盟的《量子信息處理和通信：歐洲研究現(xiàn)狀、愿景與目標(biāo)戰(zhàn)略報告》中給出了歐洲未來五年和十年量子信息的發(fā)展目標(biāo)，例如將重點(diǎn)發(fā)展量子中繼和衛(wèi)星量子通信，實(shí)現(xiàn)1000公里量級的量子密鑰分配。歐洲空間局計(jì)劃到2018年將國際空間站上的量子通信終端與一個或多個地面站之間建立自由空間量子通信鏈路，首次演示絕對安全的空間量子密鑰全球分發(fā)的可行性。歐盟在2008年9月了關(guān)于量子密碼的商業(yè)白皮書，啟動量子通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究，并聯(lián)合了來自12個歐盟國家的41個伙伴小組成立了SECOQC工程。
實(shí)用化進(jìn)程：與經(jīng)典通信的融合
從目前的實(shí)際應(yīng)用來看，將量子通信網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合是最優(yōu)的發(fā)展戰(zhàn)略。互聯(lián)網(wǎng)在設(shè)計(jì)時并沒有深入地考慮安全性，這造成當(dāng)今的網(wǎng)絡(luò)安全問題十分突出。量子通信是人類能掌握的最保密的通信技術(shù)，量子通信和經(jīng)典通信網(wǎng)絡(luò)的融合研究對于提升未來網(wǎng)絡(luò)的安全性具有重要的意義。
量子通信和經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)的融合需要解決物理層和組網(wǎng)技術(shù)、中繼技術(shù)和通信應(yīng)用技術(shù)等幾個方面的融合問題。對于未來網(wǎng)，應(yīng)當(dāng)從基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和利用上就考慮和量子通信的融合。由于傳統(tǒng)的光通信可能在很長一段時間內(nèi)仍然是主要通信技術(shù)手段，在光通信網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)量子通信網(wǎng)絡(luò)，將是融合的基礎(chǔ)。
實(shí)際的量子通信中，量子通信與現(xiàn)有通信的融合是一個相互取長補(bǔ)短的過程，量子通信不會完全替代現(xiàn)有的通信技術(shù)，而是在現(xiàn)有的技術(shù)上在物理層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層將兩者進(jìn)行了融合。
從物理層來說，可以從光源、探測器和信道方面考慮。在光源方面，利用單光子源或者單離子源，或者將激光光源衰減到單光子量級應(yīng)用到實(shí)際工程中；在探測方面，因?yàn)槭菃喂庾有盘栐矗枰販y器有單光子量級特征，對量子密鑰分發(fā)中的連續(xù)變量進(jìn)行測量；在信道方面，對于不同的光源用不同波長的商用光纖即可滿足條件。
從網(wǎng)絡(luò)層來說，一方面我們可以采取獨(dú)立的信道和統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，也可以用一根光纖既傳遞量子信號又傳遞經(jīng)典信號；除了光纖技術(shù)，還需要采取例如基于糾纏交換的量子中繼技術(shù)來解決量子通信的遠(yuǎn)距離傳輸這一核心問題；此外，在組網(wǎng)的往來上，可以采取電路交換或者波長復(fù)用技術(shù)，并且增加量子路由器來進(jìn)行控制。
從應(yīng)用層來看，我們可以跟現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)安全協(xié)議結(jié)合，用量子密碼來替換現(xiàn)有協(xié)議中的初始密碼，這樣既可以得到更高的安全性也可以保持實(shí)際的通信速率。現(xiàn)在實(shí)際用到的量子保密分發(fā)的方法都是用誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)的方法。而一旦用量子的方法產(chǎn)生密鑰，則必須與后繼的經(jīng)典通信結(jié)合才能實(shí)際應(yīng)用。比如，我們用量子密碼生成種子密鑰，然后用經(jīng)典的方法進(jìn)行擴(kuò)張，這樣既保證了種子密鑰的安全，同時也有很高的通信效率。
量子通信在中國
量子信息因其傳輸高效和絕對安全等特點(diǎn)，被認(rèn)為可能是下一代IT技術(shù)的支撐性研究，并成為全球物理學(xué)研究的前沿與焦點(diǎn)領(lǐng)域。基于我國近10年來在量子糾纏態(tài)、糾錯、存儲等核心領(lǐng)域的系列前沿性突破，中科院于2011年啟動了空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)，力爭在2015年左右發(fā)射全球首顆“量子通訊衛(wèi)星”。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉、彭承志、陳宇翱等人，與中科院上海技術(shù)物理研究所王建宇、光電技術(shù)研究所黃永梅等組成聯(lián)合團(tuán)隊(duì)，于2011年10月在青海湖首次成功實(shí)現(xiàn)了百公里量級的自由空間量子隱形傳態(tài)和糾纏分發(fā)。實(shí)驗(yàn)證明，無論是從地面指向衛(wèi)星的上行量子隱形傳態(tài)，還是衛(wèi)星指向兩個地面站的下行雙通道量子糾纏分發(fā)均可行，為基于衛(wèi)星的廣域量子通信和大尺度量子力學(xué)原理檢驗(yàn)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
如果應(yīng)用量子通信這項(xiàng)高科技，中國軍方能瞬間傳送軍事信息而又確保萬無一失。通過這項(xiàng)保密力度極強(qiáng)的科技的應(yīng)用，能大幅度提升軍隊(duì)的指揮和控制能力，使得中國在信息戰(zhàn)能力方面超越美國。
發(fā)射量子通訊衛(wèi)星早就被中國科學(xué)界列為一項(xiàng)核心任務(wù)。早在2011年9月，中國科學(xué)院院長、黨組書記白春禮在談到中國能否抓住第六次科技機(jī)遇時透露，中科院計(jì)劃在未來十年發(fā)射五顆科學(xué)衛(wèi)星，其中，量子通訊衛(wèi)星的衛(wèi)星發(fā)射將列為重中之重。
由于量子信號的攜帶者光子在外層空間傳播時幾乎沒有損耗，如果能夠在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)糾纏光子再穿透整個大氣層后仍然存活并保持其糾纏特性，人們就可以在衛(wèi)星的幫助下實(shí)現(xiàn)全球化的量子通信。這樣一來，這種世界上最為保密的通信手段將會覆蓋世界任何角落。
