時間：2022-09-30 06:21:24
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，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篇量子計算論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
（一）在建筑材料方面的應用
水泥是重要的建筑材料之一。1993年，計算量子化學開始廣泛地應用于許多水泥熟料礦物和水化產物體系的研究中，解決了很多實際問題。
鈣礬石相是許多水泥品種的主要水化產物相之一，它對水泥石的強度起著關鍵作用。程新等[1,2]在假設材料的力學強度決定于化學鍵強度的前提下，研究了幾種鈣礬石相力學強度的大小差異。計算發現，含Ca鈣礬石、含Ba鈣礬石和含Sr鈣礬石的Al-O鍵級基本一致，而含Sr鈣礬石、含Ba鈣礬石中的Sr，Ba原子鍵級與Sr-O，Ba-O共價鍵級都分別大于含Ca鈣礬石中的Ca原子鍵級和Ca-O共價鍵級，由此認為，含Sr、Ba硫鋁酸鹽的膠凝強度高于硫鋁酸鈣的膠凝強度[3]。
將量子化學理論與方法引入水泥化學領域，是一門前景廣闊的研究課題，它將有助于人們直接將分子的微觀結構與宏觀性能聯系起來，也為水泥材料的設計提供了一條新的途徑[3]。
（二）在金屬及合金材料方面的應用
過渡金屬(Fe、Co、Ni)中氫雜質的超精細場和電子結構，通過量子化學計算表明，含有雜質石原子的磁矩要降低，這與實驗結果非常一致。閔新民等[4]通過量子化學方法研究了鑭系三氟化物。結果表明，在LnF3中Ln原子軌道參與成鍵的次序是：d＞f＞p＞s，其結合能計算值與實驗值定性趨勢一致。此方法還廣泛用于金屬氧化物固體的電子結構及光譜的計算[5]。再比如說，NbO2是一個在810℃具有相變的物質(由金紅石型變成四方體心)，其高溫相的NbO2的電子結構和光譜也是通過量子化學方法進行的計算和討論，并通過計算指出它和低溫NbO2及其等電子化合物VO2在性質方面存在的差異[6]。
量子化學方法因其精確度高，計算機時少而廣泛應用于材料科學中，并取得了許多有意義的結果。隨著量子化學方法的不斷完善，同時由于電子計算機的飛速發展和普及，量子化學在材料科學中的應用范圍將不斷得到拓展，將為材料科學的發展提供一條非常有意義的途徑[5]。
二、在能源研究中的應用
（一）在煤裂解的反應機理和動力學性質方面的應用
煤是重要的能源之一。近年來隨著量子化學理論的發展和量子化學計算方法以及計算技術的進步，量子化學方法對于深入探索煤的結構和反應性之間的關系成為可能。
量子化學計算在研究煤的模型分子裂解反應機理和預測反應方向方面有許多成功的例子,如低級芳香烴作為碳/碳復合材料碳前驅體熱解機理方面的研究已經取得了比較明確的研究結果。由化學知識對所研究的低級芳香烴設想可能的自由基裂解路徑，由Guassian98程序中的半經驗方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的從頭計算方法和考慮了電子相關效應的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法對設計路徑的熱力學和動力學進行了計算。由理論計算方法所得到的主反應路徑、熱力學變量和表觀活化能等結果與實驗數據對比有較好的一致性，對煤熱解的量子化學基礎的研究有重要意義[7]。
（二）在鋰離子電池研究中的應用
鋰離子二次電池因為具有電容量大、工作電壓高、循環壽命長、安全可靠、無記憶效應、重量輕等優點，被人們稱之為“最有前途的化學電源”，被廣泛應用于便攜式電器等小型設備，并已開始向電動汽車、軍用潛水艇、飛機、航空等領域發展。
鋰離子電池又稱搖椅型電池，電池的工作過程實際上是Li+離子在正負兩電極之間來回嵌入和脫嵌的過程。因此，深入鋰的嵌入-脫嵌機理對進一步改善鋰離子電池的性能至關重要。Ago等[8]用半經驗分子軌道法以C32H14作為模型碳結構研究了鋰原子在碳層間的插入反應。認為鋰最有可能摻雜在碳環中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子軌道法對摻鋰的芳香族碳化合物的研究表明，隨著鋰含量的增加，鋰的離子性減少，預示在較高的摻鋰狀態下有可能存在一種Li-C和具有共價性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子軌道計算法，對低結晶度的炭素材料的摻鋰反應進行了研究，研究表明，鋰優先插入到石墨層間反應，然后摻雜在石墨層中不同部位里[11]。
隨著人們對材料晶體結構的進一步認識和計算機水平的更高發展，相信量子化學原理在鋰離子電池中的應用領域會更廣泛、更深入、更具指導性。
三、在生物大分子體系研究中的應用
生物大分子體系的量子化學計算一直是一個具有挑戰性的研究領域，尤其是生物大分子體系的理論研究具有重要意義。由于量子化學可以在分子、電子水平上對體系進行精細的理論研究，是其它理論研究方法所難以替代的。因此要深入理解有關酶的催化作用、基因的復制與突變、藥物與受體之間的識別與結合過程及作用方式等，都很有必要運用量子化學的方法對這些生物大分子體系進行研究。毫無疑問，這種研究可以幫助人們有目的地調控酶的催化作用,甚至可以有目的地修飾酶的結構、設計并合成人工酶；可以揭示遺傳與變異的奧秘,進而調控基因的復制與突變，使之造福于人類；可以根據藥物與受體的結合過程和作用特點設計高效低毒的新藥等等，可見運用量子化學的手段來研究生命現象是十分有意義的。
綜上所述，我們可以看出在材料、能源以及生物大分子體系研究中，量子化學發揮了重要的作用。在近十幾年來，由于電子計算機的飛速發展和普及，量子化學計算變得更加迅速和方便。可以預言，在不久的將來，量子化學將在更廣泛的領域發揮更加重要的作用。
參考文獻：
[1]程新.[學位論文].武漢:武漢工業大學材料科學與工程學院,1994
[2]程新,馮修吉.武漢工業大學學報,1995,17(4):12
[3]李北星,程新.建筑材料學報,1999,2(2):147
[4]閔新民,沈爾忠,江元生等.化學學報,1990,48(10):973
[5]程新,陳亞明.山東建材學院學報,1994,8(2):1
[6]閔新民.化學學報,1992,50(5):449
[7]王寶俊,張玉貴,秦育紅等.煤炭轉化,2003,26(1):1
[8]AgoH,NagataK,YoshizawAK,etal.Bull.Chem.Soc.Jpn.,1997,70:1717
[9]AgoH,KatoM,YaharaAK.etal.JournaloftheElectrochemicalSociety,1999,146(4):1262
[10]SatoruK,MikioW,ShinighiK.ElectrochimicaActa1998,43(21-22):3127
[11]麻明友,何則強,熊利芝等.量子化學原理在鋰離子電池研究中的應用.吉首大學學報,2006,27(3):97.
論文摘要：將量子化學原理及方法引入材料科學、能源以及生物大分子體系研究領域中無疑將從更高的理論起點來認識微觀尺度上的各種參數、性能和規律，這將對材料科學、能源以及生物大分子體系的發展有著重要的意義。
量子化學是將量子力學的原理應用到化學中而產生的一門學科，經過化學家們的努力，量子化學理論和計算方法在近幾十年來取得了很大的發展，在定性和定量地闡明許多分子、原子和電子尺度級問題上已經受到足夠的重視。目前，量子化學已被廣泛應用于化學的各個分支以及生物、醫藥、材料、環境、能源、軍事等領域，取得了豐富的理論成果，并對實際工作起到了很好的指導作用。本文僅對量子化學原理及方法在材料、能源和生物大分子體系研究領域做一簡要介紹。
一、在材料科學中的應用
（一）在建筑材料方面的應用
水泥是重要的建筑材料之一。1993年，計算量子化學開始廣泛地應用于許多水泥熟料礦物和水化產物體系的研究中，解決了很多實際問題。
鈣礬石相是許多水泥品種的主要水化產物相之一，它對水泥石的強度起著關鍵作用。程新等[1,2]在假設材料的力學強度決定于化學鍵強度的前提下，研究了幾種鈣礬石相力學強度的大小差異。計算發現，含Ca鈣礬石、含Ba鈣礬石和含Sr鈣礬石的Al-O鍵級基本一致，而含Sr鈣礬石、含Ba鈣礬石中的Sr，Ba原子鍵級與Sr-O，Ba-O共價鍵級都分別大于含Ca鈣礬石中的Ca原子鍵級和Ca-O共價鍵級，由此認為，含Sr、Ba硫鋁酸鹽的膠凝強度高于硫鋁酸鈣的膠凝強度[3]。
將量子化學理論與方法引入水泥化學領域，是一門前景廣闊的研究課題，它將有助于人們直接將分子的微觀結構與宏觀性能聯系起來，也為水泥材料的設計提供了一條新的途徑[3]。
（二）在金屬及合金材料方面的應用
過渡金屬(Fe、Co、Ni)中氫雜質的超精細場和電子結構，通過量子化學計算表明，含有雜質石原子的磁矩要降低，這與實驗結果非常一致。閔新民等[4]通過量子化學方法研究了鑭系三氟化物。結果表明，在LnF3中Ln原子軌道參與成鍵的次序是：d＞f＞p＞s，其結合能計算值與實驗值定性趨勢一致。此方法還廣泛用于金屬氧化物固體的電子結構及光譜的計算[5]。再比如說，NbO2是一個在810℃具有相變的物質(由金紅石型變成四方體心)，其高溫相的NbO2的電子結構和光譜也是通過量子化學方法進行的計算和討論，并通過計算指出它和低溫NbO2及其等電子化合物VO2在性質方面存在的差異[6]。
量子化學方法因其精確度高，計算機時少而廣泛應用于材料科學中，并取得了許多有意義的結果。隨著量子化學方法的不斷完善，同時由于電子計算機的飛速發展和普及，量子化學在材料科學中的應用范圍將不斷得到拓展，將為材料科學的發展提供一條非常有意義的途徑[5]。
二、在能源研究中的應用
（一）在煤裂解的反應機理和動力學性質方面的應用
煤是重要的能源之一。近年來隨著量子化學理論的發展和量子化學計算方法以及計算技術的進步，量子化學方法對于深入探索煤的結構和反應性之間的關系成為可能。
量子化學計算在研究煤的模型分子裂解反應機理和預測反應方向方面有許多成功的例子,如低級芳香烴作為碳/碳復合材料碳前驅體熱解機理方面的研究已經取得了比較明確的研究結果。由化學知識對所研究的低級芳香烴設想可能的自由基裂解路徑，由Guassian98程序中的半經驗方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的從頭計算方法和考慮了電子相關效應的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法對設計路徑的熱力學和動力學進行了計算。由理論計算方法所得到的主反應路徑、熱力學變量和表觀活化能等結果與實驗數據對比有較好的一致性，對煤熱解的量子化學基礎的研究有重要意義[7]。
（二）在鋰離子電池研究中的應用
鋰離子二次電池因為具有電容量大、工作電壓高、循環壽命長、安全可靠、無記憶效應、重量輕等優點，被人們稱之為“最有前途的化學電源”，被廣泛應用于便攜式電器等小型設備，并已開始向電動汽車、軍用潛水艇、飛機、航空等領域發展。
鋰離子電池又稱搖椅型電池，電池的工作過程實際上是Li+離子在正負兩電極之間來回嵌入和脫嵌的過程。因此，深入鋰的嵌入-脫嵌機理對進一步改善鋰離子電池的性能至關重要。Ago等[8]用半經驗分子軌道法以C32H14作為模型碳結構研究了鋰原子在碳層間的插入反應。認為鋰最有可能摻雜在碳環中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子軌道法對摻鋰的芳香族碳化合物的研究表明，隨著鋰含量的增加，鋰的離子性減少，預示在較高的摻鋰狀態下有可能存在一種Li-C和具有共價性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子軌道計算法，對低結晶度的炭素材料的摻鋰反應進行了研究，研究表明，鋰優先插入到石墨層間反應，然后摻雜在石墨層中不同部位里[11]。
隨著人們對材料晶體結構的進一步認識和計算機水平的更高發展，相信量子化學原理在鋰離子電池中的應用領域會更廣泛、更深入、更具指導性。
三、在生物大分子體系研究中的應用
生物大分子體系的量子化學計算一直是一個具有挑戰性的研究領域，尤其是生物大分子體系的理論研究具有重要意義。由于量子化學可以在分子、電子水平上對體系進行精細的理論研究，是其它理論研究方法所難以替代的。因此要深入理解有關酶的催化作用、基因的復制與突變、藥物與受體之間的識別與結合過程及作用方式等，都很有必要運用量子化學的方法對這些生物大分子體系進行研究。毫無疑問，這種研究可以幫助人們有目的地調控酶的催化作用,甚至可以有目的地修飾酶的結構、設計并合成人工酶；可以揭示遺傳與變異的奧秘,進而調控基因的復制與突變，使之造福于人類；可以根據藥物與受體的結合過程和作用特點設計高效低毒的新藥等等，可見運用量子化學的手段來研究生命現象是十分有意義的。
綜上所述，我們可以看出在材料、能源以及生物大分子體系研究中，量子化學發揮了重要的作用。在近十幾年來，由于電子計算機的飛速發展和普及，量子化學計算變得更加迅速和方便。可以預言，在不久的將來，量子化學將在更廣泛的領域發揮更加重要的作用。
參考文獻：
[1]程新.[學位論文].武漢:武漢工業大學材料科學與工程學院,1994
[2]程新,馮修吉.武漢工業大學學報,1995,17(4):12
[3]李北星,程新.建筑材料學報,1999,2(2):147
[4]閔新民,沈爾忠,江元生等.化學學報,1990,48(10):973
[5]程新,陳亞明.山東建材學院學報,1994,8(2):1
[6]閔新民.化學學報,1992,50(5):449
[7]王寶俊,張玉貴,秦育紅等.煤炭轉化,2003,26(1):1
[8]AgoH,NagataK,YoshizawAK,etal.Bull.Chem.Soc.Jpn.,1997,70:1717
[9]AgoH,KatoM,YaharaAK.etal.JournaloftheElectrochemicalSociety,1999,146(4):1262
【關鍵詞】量子力學；實驗教學；改革
中圖分類號：041 文獻標識碼：A 文章編號：1006-0278（2013）04-193-01
一、引言
作為現代物理學和現代科學技術的理論基礎，量子力學將物質的波動性與粒子性統一起來，是研究微觀粒子運動規律的物理學分支學科。很多教師在上課時只著重于講授理論體系本身的知識，往往忽略了理論和實驗的緊密聯系，從而導致它的實驗建設一直是本課程建設的薄弱環節。充分考慮到該門課程的性質和特點，我們在教學中借鑒了工科教學的模式重點圍繞“培養學生物理應用的慣性意識與掌握量子力學基本概念和規律”的目標開展了三類不依賴于儀器設備和環境條件的實驗，以切實貫徹“德育為先、能力為重”和“育人為本”的原則。
二、量子力學的實驗教學
為了讓學生從思想上接受并理解量子觀念，在學習中透過復雜的數學計算深入理解量子力學的概念和規律，并能主動積極地思考、解決相關問題，我們構建了由思想、演示與創新性實驗組成的課內課外教學平臺，以輔助量子力學的理論教學過程。
思想實驗，又稱“假想實驗”，是人類按照科學研究的實驗過程在頭腦中進行的發現和獲取科學事實與自然規律的邏輯思維活動，是自然科學家和哲學家經常使用的一種十分有效的研究方法。由于不會受到主客觀條件及儀器設備的操作限制，思想實驗可以為學生的思維互動啟發提供有利的平臺。事實上，在量子力學建立與發展的過程中，很多思想實驗都起到了重要的推動作用。例如作為量子力學的創始人之一，奧地利物理學家埃爾溫?薛定諤提出了著名的“薛定諤之貓”的思想實驗，它將量子理論微觀領域中原子核衰變的量子不確定性與宏觀領域中貓的生死聯系在了一起，充分體現了量子力學的奇異性。通過在課堂教學中講授諸如此類的思想實驗可以給學生提供一個動腦“做”理論的機會，這樣不僅可以使學生從理性的角度接受量子力學的基本思想并深入理解量子力學的基本概念和基本理論，還可以激發他們對課程的學習興趣，在無形中培養他們的理性思維、邏輯思維、創新意識和推理能力。
演示實驗，即教師在課堂上借助視頻、計算機模擬等手段演示實驗過程，展示物理現象，引導學生觀察、思考、分析并得出結論的過程。量子力學的建立離不開很多重要實驗的支撐，如黑體輻射、光電效應等。其中一些實驗由于條件及經費的限制目前無法在實驗室開展，所以我們可以充分利用豐富的網絡資源及Matlab等數學軟件構建演示實驗的平臺，給學生提供一個動眼“做”理論的機會。一方面，通過播放演示實驗的視頻重現實驗過程，加強引導學生對實驗的條件、思路和方法等進行思考和分析，培養學生的實驗素養和強化他們的實驗技能，幫助他們增加感性認識，使他們體會科學的發展過程，克服抽象的物理圖景給他們帶來的困擾。另一方面，通過利用數學軟件實現對量子力學課程中一些問題的靜、動態數值模擬，將抽象的量子力學結果形象直觀化，幫助學生透過復雜的數學公式推導深入、形象地認識微觀粒子的特征，使他們深入理解量子力學的基本原理和基本概念，提高他們運用物理思想進行綜合分析的能力。
知識的獲得是為了更好地服務于實踐，因此為了讓學生能將量子力學中所學到的基本理論運用于實踐，我們在該門課程的教學中還開設了創新性實驗，為學生提供動手“做”理論的機會。首先教師在課堂的教學中始終貫徹科研促教學的思想，有意識地結合具體的教學內容進行近代物理前沿知識的滲透。然后鼓勵學生根據自己的實際情況與興趣并結合畢業論文自由組合選擇相應的小課題在教師的指導下進行專題研究，同時對于一些學生在平時教學過程中反映出來的理解上比較模糊或難以理解的部分定期組織專題討論。該類實驗的開設為學生提供了實踐的自由發揮空間，可以初步培養學生的數理分析能力與結合自己的興趣自我發現問題并解決與專業相關領域實際問題的能力及撰寫科研論文的能力，同時還增強了學生對量子力學課程學習的興趣和團結協作精神。
摘 要：本文研究了真實互聯網結構中糾纏滲流協議的適用性。假設目前的互聯網可以直接用于量子領域且鏈接是純態非最大糾纏態，糾纏滲流協議可以提供一種遠距離糾纏制備的新方法。糾纏滲流協議的實用性主要依賴于無標度的度分布和高聚集性，在許多天然的和人造的網絡中，無標度和高聚集性經常可以被觀察到，譬如Internet網絡。本文研究的結果表明真實互聯網的拓撲結構在糾纏制備中可以發揮重要作用。
關鍵詞：糾纏滲流 復雜網絡 聚集性
中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）11（b）-0001-01
未來量子網絡會提供很多富有吸引力的應用，從量子密鑰、量子傳輸再到分布式的量子計算[1]。這些應用得以實現有一個前提條件，即節點之間的糾纏形成一個網絡。為了克服糾纏量隨空間距離呈指數衰減這個現實問題，就需要引入一些額外的設備，例如量子中繼器和量子存儲器等。
作為另外一種解決的方法，糾纏滲透協議被提出來從而實現遠距離糾纏態的制備。這種方法把糾纏建立的問題轉換為統計物理中的相變問題。使用局域操作和經典通訊，將部分糾纏態轉換為最大糾纏態。轉換存在一個所謂的“轉換成功率”。當轉換成功率超出某一個閾值時，涵蓋了大部分網絡的最大糾纏連接子網出現了。通常，該閾值依賴于量子網絡的拓撲結構性質。一些局域化的量子操作可以降低閾值和增加最大連接子網的尺寸。
從基礎和技術層面對糾纏態的制備的濃厚興趣已經導致了對普通和復雜網絡的糾纏滲流的廣泛研究。但是，許多這方面的研究結果都是關于網絡節點的。由于任何單個的網絡模型都不能包含真是網絡中的所有拓撲特征，研究真實量子網絡中的糾纏滲流協議的應用性就變得非常必要了。假定將來的量子網絡很可能與現在的互聯網有類似的復雜的拓撲結構。
本篇論文研究現存復雜互聯網的糾纏滲透協議。本文研究了量子復雜網絡的長距離糾纏建立的協議的有效性，網絡具有無標度的度分布和高集群性。
假定CEP和GEP運用到了現在的經典互聯網中，我們可以對這些糾纏協議應用到真實復雜量子網絡的可行性進行評估。在分析中我們用到了skitter網絡和BGP網絡，他們反映了真實的互聯網AS-lever拓撲的不同方面，即一個反映的是skitter數據平臺上的互聯網流量拓撲結構；另一個反映的是BGP控制平臺的路由系統拓撲結構。
本文研究了現存復雜互聯網的糾纏滲透協議。本文研究的結果表明真實互聯網的高聚集性拓撲結構對網絡化的遠程糾纏制備具有積極的現實意義。
參考文獻
[1] Kimble，H.J.，The quantum internet.Nature，2008，453（7198）：1023-1030.
關鍵詞：布朗運動 量子力學 物質場 波動函數
引子：這篇論文是洗衣服時出現的一些現象，讓我很好奇，所以我開始了對布朗運動的研究。
布朗運動：懸浮微粒永不停息地做無規則運動的現象（說明一下：永不停息是不存在的，長時間或較長時間，人們是可以接受的），很對不起大家，剛開始就要括號說明，只是現在的定義，真是永不停息。布朗運動的例子特別多，大家很容易見到，如把一把泥土扔到水里攪合攪合，或在無風的情況下對著陽光觀察空氣中的塵粒等等，現在這些類似運動都稱為布朗運動。
1827年，植物學家R·布朗首先提出發現這種運動。在他之后的很長時間，人們對布朗運動進行了大量的實驗、觀察。最后古伊在1888-1895期間對布朗運動提出自己的認識：
布朗運動并不是分子運動，而是從分子運動導出的一些結果能向我們提供直接和可見的證據，說明對熱本質假設的正確性。按照這樣的觀點，這一現象的研究承擔了對分子物理學的重要作用。
古伊的文獻產生過重要的影響，后來貝蘭（我們第一個實驗測量原子大小的人）把布朗運動正確解釋的來源歸于古伊。實話實說，古伊的文獻太重要了，在我看來：一語中的。太對了，古伊是歸納總結的天才，也是真正從實驗的角度來解釋布朗運動的第一人。
古伊的話有三個重點：
一、布朗運動不是分子運動。
二、說明熱本質假設的正確性(下面會專門論述熱的本質問題）。
三、利用分子布朗運動的結果來承擔對分子物理學的研究。
1905年愛因斯坦根據分子運動論的原理提出布朗運動理論，同時期的斯莫羅霍夫斯基作出同樣的成果。
愛因斯坦在論文中指出：按照熱的分子運動論，由于熱的分子運動大小可以用顯微鏡看見的物體懸浮在液體中，必定會發生大小可以用顯微鏡觀測到的運動，可能這里所討論的運動就是布朗運動，觀測這種運動和預期的規律性，就可能精確測量原子的大小，反之證明熱分子運動的預言就不正確。這些是愛因斯坦的研究成果。
現在人們認為這是對布朗運動的根源及其規律性的最終解釋，我認為不是。這是愛因斯坦成功的利用布朗運動的原則創造性提出熱分子運動論，利用這一理論可以測量分子原子的大小，把布朗運動近似為熱分子運動論。或許是天意，愛因斯坦的論文我怎么看都有絕對論的意思。“有大小可以用顯微鏡看見的物體懸浮在液體，必定會發生大小可以用顯微鏡觀測到的運動”。運動的絕對性，不過這里他說的是發生相對于物質本身的運動，可能這是相對論的名稱來源吧。我的評價：初級的絕對論。在絕對論中只要有物質存在就有物質運動，運動是絕對的。愛因斯坦的熱分子運動論：舍本取末，換句話說他把布朗運動等同于分子運動了，認為熱分子運動引起了的不規則運動，就是觀察到的布朗運動。既然相對論是初級的絕對論，我今天提出絕對論，那么所有愛因斯坦做過的事情，我可能都要去做一遍。布朗運動不是熱分子運動，但是可以引起熱分子運動，愛因斯坦的成果只是利用了布朗運動引起的熱分子運動，他沒有分析布朗運動的根源：物質為什么會存在布朗運動。當顯微鏡越來越清晰的時候，愛因斯坦的擴散統計方程就不能適用了。
現在隨著科學的不斷進步，量子理論對真空漲落的認識不斷加深，量子理論也對布朗運動的根源給出自己的看法，同樣今天絕對論也給出自己對布朗運動的認識：
一、布朗運動不是分子運動，或者說不是單個粒子間的運動。
二、布朗運動是一個由點到面，再由面到點的運動形式。
三、布朗運動是與波動函數有關的物質運動的一個特性。
布朗運動不是分子的運動或者說不是單個粒子之間的運動，為什么這么說呢：一滴水融入大海永不干涸（永字應為長時間，不過人們習慣認識，所以沒有改為長時間）大海洶涌澎湃，一盤水很容易平靜。相比之下，為什么有如此巨大反差：物質場運動的疊加效應，滴水穿石的道理也是如此。
簡單的一滴水為什么能夠融入大海呢？正像洗衣服為什么能把衣服洗干凈，洗不干凈會在衣服干后留下許多漬跡一樣。液體的形態對物質運動產生了如何的影響呢？這是我們應該思考的問題，這里我引入二個概念：物質場與波動函數。
說一下自己的看法：一滴水的運動比如一個粒子的運動，大海是一個物質場，一盆水也是一個物質場，同樣一滴水也可是一個物質場，那么一個電子也可是一個物質場，也就是說一個量子可以看作是一個物質場，量子的運動可以當成物質場在運動。
其實為了研究布朗運動，引入物質場這個概念，把物質現實中的存在狀態看成是一個物質場的存在，相信大家能夠理解。把物質形態存在的狀態不去看它把當成一個獨立的物質場存在，比如一塊鐵、一塊鋼、一塊磚，我們都把它當成一個獨立的物質場存在，那么這個物質場中的電子、原子、質子等粒子都是這物質場的一部分，那么這物質場中的一切物質都應是這物質場的一部分。
一個統一的物質場。對于運動而言，物質場有整體的運動，也有物質場的內部運動：質子、電子、中子等微粒之間的運動，比如我用力去拿一件東西，我的全部身體都在運動，手的運動和身體內部的運動時截然不同的，但作為一個整體，我把東西拿了起來，而東西作為一個完整的物質場表現是被我拿了起來，整個的分子、原子、電子構成的物質場共同被我拿了起來。
諸如這些運動是整體的完整的物質場，對另一個完整的物質場的作用，牛頓力學已經很好的應用到多個方面，宏觀物理研究的物體很明確，運動也很明顯，都可以準確測量計算。為什么這里一定要強調完整的物質場呢？一滴水進入了大海之后，這一滴水的完整物質場依然存在，而變成大海的物質場一部分，這一滴水所有的運動，所有的信息都變成了大海物質場的一部分，大海的每一滴水都是一個完整的物質場，但都是大海物質場的一部分，大海有每一滴水的信息 ，但當空氣蒸發水蒸氣時，大海不會單獨讓哪一個完整的小水滴去蒸發，而是大海整個的一個物質場在做蒸發這件事，與個體的物質場的狀態關系不大。
可能從小水滴到大海大家覺得不直觀，在量子力學把電子看成小水滴，把一個物質粒子看成大海，或者幾公斤的金屬板看成大海，相信這樣我們的科學人士都能夠理解。
光電效應的原理：把光子看成一個物質場，把金屬板看成一個物質場，光照到金屬板上，放出電子（當然需要一個極限頻率）是一個物質場對另一個物質場的反應，那么釋放的電子是物質場的整體行為，不是單個電子吸收能量而釋放出來。極限頻率，用水吸收80卡的熱量才能變成水蒸氣來說明吧，80米的水位永遠流不出100米的大壩。每個物質場都有自己的固有頻率，超過這個頻率的東西來破壞它，這個物質場就發生變化用大錘去打東西，物質會反應不同的。
另一個問題：固體微粒之間結合很好，但是一個個的原子又是相互隔開，可是這一個個原子又構成統一的物體。為什么？：波動函數，物質的特性是一個個小的原子共同表現出的特性，兩塊鐵融化后能夠形成一塊鐵，人類有無數的合金材料以及其它合成物質，為什么這些材料表現出了原來不同的特性呢，物質場的特性為什么變化呢？
物質的特性變化了，那么每一個小的物質場的特性也會變化。一般情況下原子不可能變，合金狀態的原子也未變，那么什么變化了呢？量子的運動方式變化了，也就是電子和質子以及其它的微粒運動形式變化了，整個的物質場的量子波動函數變化了。
波動函數是為了形象說明布郎運動的本質引入的一個物質特征，一個物質場的波動函數體現物質作布郎運動的能力，也體現了物質場內部物質運動能力。波動函數是物質場與物質場之間結合（疊加）能力的一種體現。一個物質場中會有很多不同的波動函數如：分子之間，原子之間，電子之間，質子之間，原子于分子之間，電子與原子核之間，質子與中子之間等等許許多多的量子之間。波動函數是物質運動的一種能力的體現。
當然這個概念也很符合量子力學的波動方程的需要，那就是所有的物質場都有自己的波動函數，而且不止一個。當波動函數達到一定數值，物質場之間既可融合。這樣雖然原子之間的距離是分開的，但是電子之間的物質場卻可以是融合在一起的（當然還有比電子更小物質，那它們的物質場更會融在一起）
波動函數越高，物質融合的越快，反之越慢，諸如擴散現象，滲透等等，固體之間的波動函數低，所以最好融化或鍛打成液態式的結合，需要外部的力量加大它的波動函數。波動函數是物質作布郎運動的一種能力，我更愿意認為波動函數是物質運動的一種能力（在絕對論中運動是物質的生命）。與物質本身的溫度有關，與外界的干涉有關。例如：加熱氣體，溶液或用力攪拌溶液等等會增波動函數值。（下面我們還要專門研究熱的本質問題）
用一個方程式來表達吧。
H值=H℃溫度+Hoi外部干涉，H：波動函數。其實我的波動函數和量子力學中的的物質波不是完全相同。
波動函數是物質場的特性，是物質生命能力的一種體現。表現在粒子上，粒子就具有波動性，同時物質運動一定需要能量的，也一定出現物質的波動。所以不是粒子具有波粒二象性，而是物質場具有波動函數。就象一整鐵的內部具有輕微的布郎運動，也就是說這塊鐵的所有原子、分子、電子等等一切粒子都在做一定的布郎運動。所有的粒子都具有這塊鐵的物質特性。也就是所有的粒子都有自己相應的波動函數。這與這塊鐵的運動和外界條件都有關系。就比如大海是所有的水滴和水中的懸浮物體構成一個統一的物質場，是所有的物質場的疊加效應，如果你取出一滴水，那么這一滴水就不屬于大海了，它和大海就毫不相干了，完全是不同的物質場了。
說到這些，大家可能會樂了，我也很樂的：這就是我們量子力學上著名的不確定原理和測不準原理，因為你要對這一個量子測量，那你就要破壞這個粒子在物質場的狀態，你永遠不能無法精確測量一個量子系統。因為你測量一滴水的結果就會脫離大海這個物質場。這一滴水在大海里就和大海一樣大，除非有測大海一樣大的儀器，否則無法測量這一滴水在大海中運行狀態。但是我們可以運用統計學對整個的物質場的運動進行統計。我們可以計算大海每天蒸發了多少噸的水，但不可以說是那一噸水。
其實量子力學碰到的最大問題，不是實驗不能證明。而是無法說明粒子為什么不可測，而且無法確定位置，因為任何一個物質場都是一個面，一個量子只是一個點，而運動和變化是物質場與物質場之間發生的，與單個的粒子運動關系不大。當然也不能說一點沒有，就象人與人打架一樣，是兩個物質場在運動，打在手上，而全身都難受，手痛得最厲害。是整個物質場在對外界的物質場共同的感受。可不是只是手不舒服，所以我們能夠精確地確認各個量子運動疊加之后統計結果（宏觀物理），但我們不能很精確一個物質場內部的那一小點起作用。物質是整體運行的，當外部的物質變化時內部的物質也會有相應變化的，量子運行方式會發生一些改變。
量子力學從來沒有從一個面去研究物體，只注重了一個點，而經典物理只注意宏觀物理現象的規律性，也就是注意面了。
量子力學注重研究了物質場的內部運動：單個粒子的運動（點）。經典物理學：牛頓力學，相對論只注重了物質場與物質場的外部運動（面）。
而布郎運動是把物質場的內部和外部運動結合一起的表現運動，是點到面，再面到點全過程，所以對布郎運動的研究也是一個科學研究物質運動史的一個縮影。
人對事物的認識總是漸近的，按照絕對論的原則，弧立的事情是不存在的，所有的系統都是宇宙整體的一部分，所有的運動都是宇宙生命的一種體現。
現在用量子理論中的概念說明熱的本質問題：熱量只是能量的一種表現形式。熱的來源一般是：化學反應，物理作用（包括核反應），能量轉化。等等的這一切源于：量子運行方式的改變。量子運行只會一個場，一個場的變化，也就是說量子運動只可123456 不會連續不斷 沒有0.1，0.2，0.3，0.4等等。量子的運行方式改變只可這個場直接到那個場，要么吸收一定能量，要么釋放一定能量。水分子或者是固態，或是氣態，液態，沒有中間的狀態。能量有許多表現形式，而熱量是能量的一種表現形式，所以我們可以測定溫度等等現象。量子運行方式改變了，物質的特性也就改變了。燒火做飯，木柴變成灰燼，原子一個不少，電子一個不少，可是它們之間的運行方式改變了，能量或釋放了或吸收了，物質也就變化了。
在全球的量子通信競賽中，中國雖然并不是起步最早的，但是在中國科學院院士潘建偉等眾多人的不懈努力下，中國在量子通信領域已經實現“彎道超車”，并成為首個將量子科學實驗衛星送入太空的國家。
早在數年前，星地量子通信的中國夢已引發了世界的關注。
2012年8月9日，國際權威學術期刊《自然》雜志以封面標題形式發表了中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室潘建偉團隊的研究成果：他們在國際上首次成功實現了百公里量級的自由空間量子隱形傳態和糾纏分發。
這一成果不僅刷新世界紀錄，有望成為遠距離量子通信的“里程碑”，而且為發射全球首顆“量子科學實驗衛星”奠定了技術基礎。該成果入選《自然》雜志公布的“2012年度全球十大新聞亮點”。
同年12月6日，《自然》雜志為該成果專門撰寫了長篇新聞特稿《數據隱形傳輸：量子太空競賽》，詳細報道了這場激烈的量子太空競賽。
建立“量子互聯網”
2009年，潘建偉和他的中國科大物理學家團隊從位于北京北部丘陵的長城附近的實驗點，將激光瞄準了16公里之外的屋頂上的探測器，然后利用激光光子的量子特性將信息“瞬移”過去。
這個距離刷新了當時量子隱形傳態的世界紀錄，他們朝著團隊的終極目標――將光子信息隱形傳送到衛星上――邁進了重要的一步。
如果這一目標實現，將會建立起“量子互聯網”的第一個鏈接，這個網絡將是運用亞原子尺度物理規律創建的一個超級安全的全球通信網絡。這也證實了中國在量子領域的不斷崛起，從十幾年前并不起眼的角色發展為現在的世界勁旅。
2016年，中國領先歐洲和北美，發射了一顆致力于量子科學實驗的衛星。
這為物理學家提供了一個測試量子理論基礎，以及探索如何融合量子理論與廣義相對論（是愛因斯坦關于空間、時間和引力所提出的截然不同的理論）的全新平臺。
這也標志著潘建偉與維也納大學物理學家Anton Zeilinger之間的友誼（雖然存在激烈競爭）達到高峰。
Zeilinger曾是潘建偉的博士生導師；之后的七年，二人在遠距離量子隱形傳態研究的賽跑中棋逢對手；此后他們又建立了合作關系。衛星發射成功之后，兩位物理學家將創建第一個洲際量子加密網絡，通過衛星連接亞洲和歐洲。
“我們有句老話，一日為師終身為父，”潘建偉說，“科研上，Zeilinger和我平等合作，但在情感上，我一直把他當作我尊敬的長輩。”
迅速崛起
2001年，潘建偉建立了中國第一個光量子操縱實驗室；2003年，他提出了量子衛星計劃。那時的他才30歲出頭。2011年，41歲的潘建偉成為當時最年輕的中科院院士。
潘建偉小組的成員陳宇翱說：“他幾乎單槍匹馬地把這個項目推進下去，并使中國在量子領域有了立足之地。”
潘建偉為何有如此動力？這要追溯到上世紀80年代后期他在中國科大的本科讀書經歷。
那時，他第一次接觸到了原子領域一些“奇怪”的概念。微觀客體可以處于多個狀態的迭加態：例如，一個粒子可以同時處在順時針自旋狀態和逆時針自旋狀態，或者可以同時存在于兩個地方。這種多重的個性在數學上用波函數來描述，波函數給出了粒子處于每個狀態的概率。只有在粒子的某一特性被測量時，波函數才會坍塌，相應的粒子才會處于一個確定地點的確定狀態。至關重要的是，即使在原則上都無法預言單次實驗的結果，粒子處于每個狀態的概率僅表現為一個統計分布，并且只有通過多次重復實驗才能得到。
由于量子糾纏的特性，當考慮兩個或更多個粒子時，情況變得更加“古怪”了。多粒子系統可以被制備到某種狀態：即使粒子間距離遙遠，即使粒子的物理性質僅當其被測量時才會存在確定的值，對于每個粒子某個物理性質的測量結果之間總是會存在某種關聯性。
這種怪異性就好比分別位于維也納和北京的兩位物理學家同時擲硬幣，他們會發現每次結果都是正面朝上，或者都是反面朝上。
“我對這些奇怪的量子特性感到著迷。”潘建偉說，“它們幾乎使我無法分心去學習其它東西。”他想驗證這些不可思議的理論，但是在當時的中國，他找不到合適的量子物理實驗室。
20世紀90年代中期，Zeilinger在奧地利因斯布魯克大學建立了自己的量子實驗室，并且需要一名學生來檢驗他的一些實驗猜想。潘建偉認為這是一個理想的選擇。于是，與大多數中國學生的選擇不同，潘建偉來到奧地利師從Zeilinger，與Zeilinger開始了一段決定二人此后二十年間事業上并駕齊驅的關系。
當潘建偉在Zeilinger實驗室施展他的專業才華時，世界各地的物理學家開始慢慢認識到，曾令潘建偉著迷的、深奧難懂的量子特性可以被用來創造比如量子計算機。
由于一個量子比特可以同時存在于0和1的疊加，它可能會建立起更快、更強大、能夠將多個量子比特糾纏起來的量子計算機，并能以驚人的速度并行執行某些運算。
另一個新興的概念是極度安全的量子加密，可應用在比如銀行交易等方面。其中的關鍵是測量一個量子系統會不可避免地破壞這個系統。因此，發報方（通常稱為“Alice”）和信息的接收方（通常稱為“Bob”）兩個人能夠產生并共享一套量子密鑰，其安全性在于來自竊聽者的任何干擾都會留下痕跡。
2001年，潘建偉回到中國的時候，量子技術的潛力已經得到公認，并吸引了中國科學院和中國國家自然科學基金委員會的財政支持。
“幸運的是，2000年中國的經濟開始增長，因此當時立即迎來了從事科研工作的好時機。”潘建偉說。他全身心投入到了夢想中的實驗室的建設當中。與此同時，在奧地利，Zeilinger轉到維也納大學。在那里，因為他的遠見卓識，Zeilinger繼續創造著量子紀錄。他最著名的實驗之一表明，巴基球（含有60個碳原子的富勒烯分子）可以表現出波粒二象性，這是一個奇特的量子效應，很多人曾認為在如此大的分子中不可能存在這種效應。
“每個人都在談論可以用小的雙原子分子來嘗試一下這個實驗。”Zeilinger回憶說，“我說，‘不，伙伴們，不要只是思考前面的一兩步，請思考一下我們如何能實現一個超出所有人想象的大跳躍。’”
這使潘建偉深受教益。世界各地的物理學家們開始構思，如何利用尚未實現的量子計算機來連接未來的量子互聯網。當大多數人仍滿足于在實驗臺上安全地得到量子信息時，潘建偉已經開始思考如何能夠在太空中實現信息的隱形傳送。
紐約IBM的計算機科學家Charles Bennett和他的同事在1993年首次提出“量子隱形傳態”的概念，之所以有此名稱，陳宇翱說：它就像來自于《星際旅行》一樣，它使得關于一個量子客體的全部信息在某個地點被掃描輸入，并在一個新的地點重構出來。這其中的關鍵就是糾纏：因為對處于糾纏態的其中一個粒子的操作會影響到另一個粒子。不管兩個粒子距離多遠，它們可以像一條量子電話線兩端的電話機那樣控，在兩個相距甚遠的地點之間傳送量子信息。
當同時產生的糾纏粒子被發送到電話線連接的兩端時，問題就出現了。傳遞過程中充滿著噪音、散射相互作用和各種形式的其它干擾，任何一種干擾都會破壞隱形傳態所必需的精巧的量子關聯。例如，目前糾纏光子是通過光纖傳輸，但是光纖會吸收光，這使得光子的傳輸距離僅限于幾百公里。標準的放大器起不到作用，因為放大過程會破壞量子信息。陳宇翱說：“要在城域距離之外實現隱形傳態，我們需要衛星的幫助。”
但是當光子通過地球湍流的大氣層一直向上，到達幾百公里的衛星時，糾纏會不會繼續保持？為了回答這個問題，潘建偉的研究團隊于2005年開展了晴空下傳輸距離不斷擴大的地基可行性實驗，探究光子與空氣分子發生碰撞后能否繼續維持糾纏性質。但他們還需要建立一個靶標探測器，這個探測器必須小到能夠裝配到衛星上，并且靈敏度必須足以從背景光中篩選出被傳送的光子，而且還得保證，他們可以將光子束足夠聚焦，讓其能夠打到探測器。
這個工作激起了Zeilinger的競爭意識。“中國人在做了，因此我們想，為什么我們不試試呢？一些友好的競爭總是好的。”
競爭促使光子傳輸距離的世界紀錄不斷被刷新。在接下來的七年中，中國的研究團隊通過在合肥、北京長城以及在青海開展的一系列實驗，將隱形傳態的距離越推越遠，直到它超過97公里。
2012年5月，他們將成果張貼在物理預印本服務器ArXiv上。這讓奧地利團隊十分懊惱，因為他們正在撰寫在加那利群島之間隱形傳態光子的實驗論文。
8天后，他們在ArXiv上貼出了論文，報道他們的隱形傳態取得了143公里的新紀錄。兩篇文章最終先后發表在《自然》雜志上。
“我認為這可以表明一個事實，即每個實驗都有不同以及互補的價值。”維也納大學物理學家、奧地利團隊成員馬曉松說。
在自由空間量子通信領域，中國團隊和奧地利團隊之間不斷競爭，從糾纏光子的分發到量子隱形傳態，創造了一個又一個的里程碑。
兩支團隊都認為，向衛星進行隱形傳態在科學原理上已不存在問題。他們亟需的是一顆衛星來裝載功能齊備的有效載荷設備，開展相關的量子實驗檢驗。Zeilinger的研究組一直在與歐洲空間局（ESA）商討建立量子衛星計劃，但這些努力因拖延而漸漸告吹。
Zeilinger說：“它的運行機制太慢了，以至于沒有做出任何決策。”一方面是歐空局的猶豫，另一方面中國國家航天局緊抓機會，得以擴大領先優勢。在此當中，潘建偉起到了決定性的推進作用。“量子衛星”的發射使得潘建偉在量子空間競賽中處于領先地位，他的研究團隊將著手開展大量的科學實驗。
成功的關鍵
如果沒有通信對象，開發全球首個量子通信網絡就失去了意義。因此，潘建偉邀請他從前的競爭對手加入這個項目。他們的第一個共同目標是在北京和維也納之間生成和共享一個安全的量子密鑰。
“總之，任何一個小組都無法獨立完成向衛星隱形傳態這一極其艱巨的任務。”馬曉松說。盡管政府的主要興趣在于它可以推進技術前沿，但許多物理學家對這個衛星項目如此著迷卻是因為其它原因。“作為一名科學家，驅使我不斷前行的動力在于進一步探尋物理學的基礎。”陳宇翱表示。
迄今為止，量子理論的奇妙之處在實驗室里被不斷重復檢驗，但這些檢驗卻從未在太空尺度中進行過。而且有理論認為，如果量子理論可能會在某處遭遇挑戰，那必然是太空。大尺度是由另一個基本物理理論所掌控：廣義相對論。相對論將時間作為另一種維度與三維空間交織，從而創造一個四維時空結構，包括宇宙。在巨大的物體如太陽周圍，這種可塑結構將發生彎曲，表現為引力，引力將較小質量的物體如行星拉向巨大物體。
目前的挑戰是，量子理論和廣義相對論對時空概念有著完全不同的理解，物理學家們一直致力于將它們融入一個統一的量子引力理論框架。在愛因斯坦的繪景里，即使在無窮小尺度上，時空都是完全光滑的。然而，量子不確定性卻意味著不可能在如此小的距離上測量空間性質。目前尚不清楚是量子理論還是廣義相對論需要進行修正，抑或二者都要進行修正。
而衛星實驗可以幫助測試量子理論的規則在引力牽引不能被忽略的尺度上是否仍然適用。
一個明顯的問題是，量子糾纏是否可以延伸到地球和衛星之間。為了回答這個問題，研究組計劃在衛星上制備一系列糾纏粒子對，將每對中的兩個粒子分別發送到兩個地面站，然后測量兩個粒子的性質以驗證它們是否仍然存在關聯――而且設備運轉良好。
“如果糾纏不再存在，我們就不得不尋找另一種理論來代替量子理論。”研究向衛星進行隱形傳態方案的瑞士日內瓦大學理論物理學家Nicolas Brunner說。
該衛星還可更進一步，檢驗一些候選的量子引力理論對時空結構的預言。比如，所有這些理論都預測，如果科學家能以某種方式在10～35米（即普朗克長度）這一尺度觀測，空間、時間將呈現為顆粒狀。如果事實確實如此，那么光子從衛星沿著這條顆粒感的道路的穿梭將會輕微減速，而且偏振方向將有一個微小、隨機的偏轉――這些效應應該足以被地面站記錄下來。
“衛星將開啟一個真正全新的窗口，通往一個實驗物理學家此前從未涉足過的領域，這非常神奇。”來自意大利羅馬薩皮恩扎大學的物理學家Giovanni Amelino-Camelia說。
關鍵詞：入侵檢測器；量子遺傳算法；協同進化
中圖分類號：TP274文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012)13-3199-03
Research on Generating Method of Detector in IDS
LI Lu-lu
(College of Computer Science and Engineering Institute, Yulin Normal College, Yulin 537000, China)
Abstract: The generation of intrusion detection device is the core o f the intrusion detection system, In place of com plex problem of optimizaion, quantum genetic algorithm has strong searching capabilities and the most optimal performance. In this paper a quantum genetic algorithm coevolution detector generation method is proposed. The population needing to evolve is divided to some child population by simulating nature cooperative coevolution mechanism, and each population using quantum genetic algorithm to optimize, making whole intrusion detection system has good adaptability and diversity.
Key words: intrusion detection device; quantum genetic algorithm; cooperative coevolution
1概述
隨著網絡和計算機技術的不斷發展，網絡安全性問題日益突出起來，入侵檢測系統是一種重要的安全防范技術，已成為網絡安全的重要保障之一[1-2]。目前各種不同的攻擊方式不斷出現，因此入侵檢測中的有關智能性研究逐漸成為入侵檢測系統研究領域中的一個重要方向。而入侵檢測系統的主要部件是檢測器，檢測器生成算法是生成有效檢測器的關鍵，是檢測異常變化的核心所在[3-4]。檢測器的設計對入侵檢測系統的性能有著重要的影響，其從產生到成熟再到被丟棄，有自身固有的過程和生命周期，可以利用遺傳算法來生成一個成熟檢測器集，采用交叉、變異等遺傳操作對其進行進化，使成熟檢測器群體向“非我”進化。但隨著問題規模的不斷擴大和搜索空間的更加復雜，遺傳算法在實際應用中有一定的局限性，不能表現出算法的優越性，出現迭代次數多、收斂速度慢、易陷入局部最優值和過早收斂等問題。
量子遺傳算法結合了量子計算和遺傳算法的優點，它將量子所具有的獨特計算能力和遺傳算法的全局尋優能力結合起來，提升了算法的優化性能，比傳統遺傳算法具有更高的搜索效率[5]。該文在現在有研究的基礎上提出一種檢測器生成方法，該算法通過對自然界中的協同進化機制進行模擬，首先將要進化的種群劃分為多個子種群，然后各個種群再分別利用量子遺傳算法進行優化，使整個入侵檢測系統具有良好的自適應性和多樣性。
2相關知識
量子遺傳算法本質上是種概率優化方法，其基本思想是基于量子計算原理，用量子比特編碼來表示染色體，充分利用量子態的疊加性和相干性，以當前最優個體的信息為指導，通過量子門來完成種群的更新操作，以此來促進算法的收斂，從而來實現目標的最后優化求解。
2.1量子比特
通常在計算機中用二進制0和1來表示信息單元，而在量子計算機中是用一個雙態量子系統即量子比特來表示信息單元。量子比特作為信息單位，形式上表示為兩種基態|0>和|1>，一般用|0>表示0，用|1>表示1。與經典比特不同，量子比特不僅可以處于兩種基態|0>和|1>，而且還可以處在中間態，也就是|0>和|1>的不同疊加態。因此，量子比特的狀態可用下式表示：
2.2量子染色體[6]
量子遺傳算法是采用量子比特的編碼方式，用一個復數對(α,β)表示一個量子比特。若一個量子染色體包含m個量子比特，則由m個復數對組成。這個染色體編碼形式如下：
2.3量子旋轉門
在量子遺傳算法中量子染色體一般是糾纏或疊加的，所以可以用量子門來表示染色體的各個糾纏態或疊加態；父代群體不能決定子代個體的產生，個體的產生是通過父代的最優個體以及它們狀態的概率幅決定的。用構造的量子門表示量子疊加態或糾纏態的基態，它們彼此干涉使相位發生改變，以此達到改變各個基態的概率幅的目的。因此，如何構造合適的量子門是量子遺傳操作和量子遺傳算法亟待解決的關鍵問題，量子門構造的是否合適會影響到遺傳算法的性能。目前在量子遺傳算法中通常采用量子旋轉門U，U可表示為
，θ為旋轉角。
2.4量子變異[7]
通常情況下在遺傳算法中，算法的局部搜索能力以及阻止未成熟染色體收斂這些操作都是通過變異作用實現的，量子變異必須達到量子遺傳算法對變異操作的要求，這里我們這樣定義量子比特的變異操作：
（1）從種群中以給定的概率pi隨機地選擇若干個體；
（2）確定變異位，以確定的概率對從（1）中選擇的個體隨機地確定變異位；（3）對換操作，對換選中位量子比特的概率幅。
2.5協同進化算法[8]
進化算法的本質是優化，是為了使物種在激烈的競爭中能夠具備生存的本領以致在競爭中能夠生存下來。在一般的遺傳算法中要么只涉及到個別群或個體的進化，要么只是涉及種群之間的競爭，幾乎沒有顧及到個體與個體，種群與種群之間互惠寄生的協同關系。基于以上原因，提出了協同進化算法。協同進化是生態系統中眾多進化方式中的一種，進化中種群要生存下來不僅要受自身因素的影響，同時也受周圍同類或異類的相互影響，在這些因素的影響下能夠生存下來。在進化的過程中種群的個體之間及其與其它種群之間都要進行相互作用相互影響。
3基于量子遺傳算法的協同進化檢測器生成算法設計思路
算法的基本思想：首先對隨機生成的種群進行種群分割，將種群分成若干個子種群。利用空間形態學的原理，根據種群中各個自體間的距離來判斷它們是否屬于一個分割，各個子群之間互相協作，以確保整個系統的適應度不斷提高；用量子遺傳算法對單個子群進行進化。量子遺傳算法優化檢測器的入侵檢測模型如圖1所示。圖1量子遺傳算法優化檢測器的入侵檢測模型
（1）種群的初始化策略
在量子遺傳算法中種群初使化操作通常是這樣進行的，各個體的量子位概率幅() 2，也就是說各個體的全部狀態出現的概率相同。協同進化需要多個種群，因此必須增加種群的多樣性，所以在初始化時我們將量子位概率空間平均分為N個，即體表N個子群，0、1極限概率為δ，用公式（1）來初始化第k個子種群，也就是將同子種群內的每個個體初始化為量子染色體，每個量子染色體的概率相同，不同子種群個體的狀態以不同概率出現，以此來達到增加初始化個體多樣性的目的。（2）量子門更新策略
采用進化方程的方式來調整量子門的旋轉角大小和方向。這樣做有兩個好處：一是減少了參數的個數，同時算法的結構也得到了簡化；另一個是利用進化方程的記憶的，可以利用個體自身的局部最優信息，鄰域種群的最優信息，以及整個種群最優狀態的信息，從而使旋轉角θ能夠得到更加合理的調整，還能夠更好地跳出局部極值。進化方程可定義為：U=?
p -xi，其中k1，k2，k3，k4為影響因子，pi，pj是左右鄰域種群極值，pm為個體所在種群極值，p為全局極值。
（3）具體實現步驟
Step1：將量子位概率空間平均分為N個，即體表N個子群，0、1極限概率為δ，用公式子種群，也就是將同子種群內的每個個體初始化為量子染色體，每個量子染色體的概率相同，不同子種群個體的狀態以不同概率出現，以此增加初始化個體的多樣性。
Step2：初始化步驟1中的每一個子群Qi( )
Step4：依次對Pi( ) t進行適應度評估；
Step6：保留步驟5中得到的N個最佳個體，如果此時得到了滿意解，則算法終止，否則轉入Step7；
Step7：采用（2）中定義的量子門U( )
Step8：以確定的概率進行量子變異；
Step9：對于每個新的子代Qi() t+1，算法轉至Step4繼續進行。
4結論
檢測器集的好壞決定了入侵檢測系統的性能,因而檢測器集的生成算法是入侵檢測系統開發中最核心的部分。該文引入量子遺傳算法來實現檢測器的優化過程,設計了基于遺傳算法的檢測器生成算法。該算法通過模擬自然界協同進化機制，把需要進化的種群劃分為多個子種群，各個種群采用量子遺傳算法進行優化，使整個入侵檢測系統具有良好的自適應性和多樣性。在接下來的研究中，將重點研究侵檢測器中各參數的影響程度的問題,以提高入侵檢測系統的自適應性和有效性，進一步提高入侵檢測的準確率。
參考文獻
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過去的這個冬天，我一直伏案于書桌旁，專心于完成我的物理學哲學博士論文。在終于為論文畫上句號的這個初春，一夜的南風吹白了書房外如雪的梨花，正當我欣喜于小城春天的又一次鶯飛草長之時，我收到了中國駐美使館教育處張靜安老師的電子郵件，通知我獲得了2007年度“國家優秀自費留學生獎學金”，并熱情地邀請我們談一談感想。
談一談什么好呢?多年來都是用英文寫實話實說的科技論文，很少文以明志，筆下抒情，我不免躊躇起來。思想之余，我首先要感謝使館教育處的老師們和國內的專家、評委們的辛勤工作，把這份榮譽授予我，讓我深深地感受到來自祖國的一份關懷。這份關懷讓我們留學海外的學子感到十分溫暖，同時也更深切地了解到祖國對我們的關注。我想借著這個機會，談一談10多年來我在物理學的學習和科研中的一些經歷，也許更能夠表達我對這種關懷的謝意。
一
我中學和大學時代是在廣州度過的。在執信中學讀書時，我對物理產生了濃厚的興趣。由于父親在中山大學物理系任教的關系，我有機會認識許多中山大學物理系的老師。還記得當我要參加全國中學生物理競賽時，物理學教學的專家羅蔚英老師專門找來習題集和大學課本送給我，告訴我學學普通物理對物理競賽有很大的幫助。之后，我在全國物理和數學競賽中都獲了獎，得到了免試保送的資格。當時，許多保送生都選擇熱門專業，愿意學習基礎學科的人很少。當得知我打算選擇物理專業時，時任廣東省物理協會理事長的莫黨老師非常高興，專門為我給幾所國內最好的物理系寫了推薦信。回想起來，當時的我只是一個什么也不懂的中學生，物理學前輩們對年輕人的熱情是促使我研究物理、熱愛物理的一個重要原因。
1995年，我進入中山大學物理系理科人才培養基地班學習。基地班的學生一入學就可以選擇本科導師，進行科研工作。選擇什么樣的科研方向呢，像許多熱愛物理學的中國年輕人一樣，我一開始屬意于理論物理，因為楊振寧、李政道的影響，可我很快發現我更著迷于實驗物理學。
中山大學有一個早年由我國著名的光譜物理學家高兆蘭教授成立的超快速激光光譜學實驗室，每當我進入實驗室，在黑暗中看到那些紅紅綠綠的激光光束和跳躍在示波器上的脈沖信號時，我就感到莫名的興奮和緊張。那時一臺飛秒量級超快激光還是一臺非常稀罕的儀器，中大的老師們曾經自己研制過一臺。當我看到許多人在黑屋子里忙活大半天，為在示波器上終于獲得一個脈沖波形而得意萬分時，我被深深地吸引了。我找到當時的超快激光實驗室主任周建英老師，提出請他作為我的本科導師。10多年后我仍然記得他津津樂道地告訴我，下一個世紀物理學的一個主題將會是對量子世界的操控，激光與物質的相互作用是一個重要的前沿，這影響了我后來科學研究的興趣所在。
1999年，我來到北京大學物理學院現代光學研究所龔旗煌老師的實驗室，攻讀碩士學位。在龔老師的悉心指導之下，我開始了利用飛秒激光進行光子材料微制備的研究。在這里我接受了光學實驗的完整訓練，也學會了如何一步步地開展一個全新的課題。這里寬松融洽的氣氛，使我有機會接觸到現代光學研究所里不同的研究方向，由此擴展了學術視野。2002年，因為我在超快激光微制備課題上的工作，被授予中國光學學會王大珩光學獎的青年學生獎。同年，我收到了美國五六所最頂尖光學與原子光物
二
負笈美國，我的目光投向了冷原子物理學。冷原子物理學是世紀之交物理學一個異常活躍的領域，它利用當今最精密的實驗技術把氣態的原子冷卻到自然界的幾乎絕對零度。在這一溫度下，原子表現出奇妙的量子力學性質，他們不再是單個的孤立粒子，而是像振動的琴弦一樣表現出優美的波動性。冷原子物理學的實驗研究不僅可以回答量子物理學中一些懸而未決的最基本科學問題，而且為實現和操控量子世界提供了非凡的技術手段。1997年，兩名美國物理學家因為激光冷卻原子的實驗技術而獲得諾貝爾物理學獎。4年之后，另外3名美國物理學家又因為成功地冷卻玻色原子到玻色愛因斯坦凝聚態，獲得2001年諾貝爾物理學獎。4年之中同一領域兩度獲得諾貝爾獎，這在科學史上極為罕見。
在自然界中，任何微觀的粒子都可以分為玻色子和費米子兩大類。在冷卻玻色子后，冷卻費米子成為冷原子物理的核心問題，也是整個物理學界關注的焦點之一。但是費米原子的冷卻非常困難。較冷的費米原子處于簡并態，泡利不相容原理使同類原子間的碰撞受到抑制。要進一步冷卻費米氣體，需要冷卻和捕獲多重自旋態的費米原子。這需要激光冷卻捕獲原子技術上的重大革新。在美國杜克大學博士期間，我有幸遇到了我的導師約翰?湯姆斯(John Thomas)教授。約翰上個世紀70年代畢業于麻省理工學院，他是當今美國原子與光物理學界的大師之一，是全光學冷卻原子方法的主要開拓者。
我在約翰指導下的研究正是致力用全光學冷卻的方法冷卻6Li費米原子，并研究強相互作用下費米氣體的物理性質。我們利用高功率的超穩定遠紅外CO2激光，形成光學陷阱，直接把冷原子從磁光阱中捕獲并進行蒸發冷卻。形象地說，這個工作好比是為原子和光子編舞，讓冷原子隨著激光起舞，把物理學家們帶入充滿未知的量子世界。迄今為止，全光學冷卻的關鍵技術只有美歐的少數研究小組掌握。鑒于搭建一個原子冷卻系統的復雜性，大多數在這個領域工作的學者有操作系統的經驗，而沒有從零搭建的經驗與能力。約翰作為一名出色的實驗物理學家，特別注重培養研究生制造儀器的能力。他常常用風趣的語言說明極為深刻的做科學的道理。他講到麻省理工學院歷史上的成功經驗之一，就是一個一流的實驗物理學家總是一個優秀的工程師。他又開玩笑說，如果你喜歡整天在實驗室里干管道工，而不是急著收集數據的話，你就可以完成任何人都完成不了的實驗。
在約翰的指導下，我在博士期間完全從零開始，搭建了新一代的全光學費米原子冷卻系統，在技術上進行了多項革新，發展了高真空紅外窗口，超穩定光學等多項原創性技術。在自己搭建的系統上，我系統研究了強相互作用下6Li原子的冷卻特性，把費米原子冷卻到了的超流態凝聚溫度之下。經過2年的工作，從一個空房間到建成全新的超冷原子實驗室，我的工作受到了約翰的高度評價。這種訓練也使我成為在這一領域掌握核心技術和創新
能力的博士研究生。
強相互作用費米氣體的實現為從實驗上探索強相互作用的多體量子力學和量子場論打開了大門。強相互作用費米子涉及到高溫超導體、中子星、夸克膠子等離子體等物理學上的奇異體系。這些體系和強相互作用費米原子氣體一樣處于量子熱力學的普適狀態，即所有物理量僅僅是溫度的函數，而不依賴微觀的相互作用。這一問題的實驗和理論研究受到了原子物理、凝聚態物理、核物理和高能物理各個領域的廣泛關注。2006年，我通過費米原子在強相互作用區間和弱相互作用區間的等熵絕熱變化，提供了第一個不依賴理論模型的強相互作用費米氣體的熱力學測量，測定了這一體系中能量與熵的基本關系，明確了溫標和超流相變的臨界溫度，從而為證實量子多體系統中普適熱力學問題奠定了實驗基礎。著名的理論物理學家奧盧，布卡克(AurelBulgac)、彼特，莊曼(PeterDrummond)等對于我們的實驗給予很高的評價，認為這是冷原子領域的一項重大進展，是檢驗強關聯量子理論的實驗坐標。
三
我的另一重要工作是研究強相互作用的費米氣體中的量子粘滯力。眾所周知，超流體展現了完美的流體性質。但正常流體是否也可以具有完美流動性是一個物理學領域極具爭議的問題。近來高能物理學在夸克膠子等離子體上的實驗進展和弦理論對強相互作用量子場的計算顯示，正常流體也可以逼近粘滯力的量子力學極限。我們利用旋轉超冷費米原子的實驗，展示了在強相互條件下，正常態和超流態的費米原子都可以有完美的流體性質。一旦測定了量子粘滯力的下限，不僅對了解夸克膠子等離子體有重大意義，還會為弦理論的計算提供第一個實驗檢驗。
超冷費米原子的研究在過去幾年是一個激烈競爭的領域。競爭主要在包括我們小組在內的美國4個研究組和歐洲的2個研究組中展開。諾貝爾獎獲得者沃爾夫岡，克特勒(Wolfoang Ketterle)和美國科學院院士蘭迪，惠里特(Randy Hulet)是其中的另外兩個小組。我的研究工作得到了這些同行的肯定和贊賞。2007年我被授予弗里茨，倫敦獎學金(Fritz London Fellowship)，該獎是以量子化學和低溫物理學的奠基人，著名物理學家和化學家弗里茨，倫敦命名的一項獎勵。
為推動美國在量子科學領域保持領先地位，美國國家標準技術研究院和馬里蘭大學集合了這一領域的國際頂尖科學家，于2007年成立了聯合量子研究所(Joint QuantumInstitute)。為了發掘優秀的年輕人加入這一團隊，聯合量子研究所專門設立了博士后獎(JQ0 Postdoctoral Fellow)。該獎每年在全世界范圍內通過競爭，評選出兩位獲得者，一位側重于理論方向，一位側重于實驗方向。博士畢業之際，我有幸被選為其中之一。諾貝爾獎獲得者威廉，菲利普(William Phillips)高興地對我說，你是我們研究所第一個實驗方向上的博士后獎獲得者，我們希望你成功。
四
【關鍵詞】通信與電子信息 專業英語 綜合作業 綜合訓練
【中圖分類號】G642.0 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）06-0091-02
筆者已從事本科生“通信與電子信息專業英語”課程教學多年。近五年來，筆者對該課程的教學內容和教學方法進行了多次改革，在相關文獻中進行了詳細的介紹[1-2]。其核心是以培養學生的綜合能力為目標，改變以科技文獻閱讀、翻譯為主的教學模式到綜合性更強的教學模式。文獻3中最后一部分內容即從文獻檢索、科技文獻撰寫和制作講稿和匯報角度介紹了相關教學內容[3]。閆麗萍等在文獻4中詳細介紹了電子類專業英文摘要的寫作培養實踐過程[4]。
在2013-2014年度的課程教學中，筆者嘗試通過為每位學生布置不同的作業，包括翻譯文獻、檢索文獻、撰寫文獻綜述、為相關領域的視頻撰寫摘要等各類項目，訓練學生的綜合能力，并收到了較好的效果，避免同類作業抄襲的弊端。但筆者發現仍存在問題，主要集中在兩點：1）由于選課人數多，作業內容和主題與往年的重復率較高。每年該課程的選課人數大致在80～110人之間，因此要做到每年更新所有題目有較大難度；2）學生的課堂參與度較低、互動性小。由于大多數作業無需在課堂上進行匯報，因此學生的參與度不高，師生之間、學生之間的互動很少。
針對上述存在的問題，筆者在2014-2015年度的“通信與電子信息專業英語”課程教學中改進了已有的作業模式，設計和實施了綜合型更強的作業，達到全面培養并考核學生能力的教學目標。下面，筆者將從該課程綜合型作業的設計與實施、教學效果等方面詳細介紹。
1.通信與電子信息專業英語綜合型作業的設計
1.1綜合型作業的內容
“通信與電子信息專業英語”的教學目標包括培養學生下述能力：科技文獻檢索、文獻閱讀、文獻翻譯、初步的科技英語寫作和口頭報告等。課程往屆作業主題涉及面很廣，但不夠精，因此本年度，筆者選擇了少量的精選主題，并根據最新技術，更新了部分舊主題。
筆者圍繞教學目標，設計的綜合型作業內容如下：
作業主題共36個，包括電子與電路、通信理論、信號處理、模式識別、人工智能、機器學習、圖像處理與計算機視覺、數據挖掘、傳感器技術、工程編程語言軟件等領域的最新技術熱點，包括深度學習及應用、智能穿戴、大數據及應用、無線充電、3D打印、無人機、量子計算機、車聯網等。需完成的任務包括：
1）文獻檢索：根據主題，搜集相關文獻資料（中英文均應包括，以英文為主，數量不少于10），需給出詳細的檢索式、關鍵詞、使用的數據庫/網絡數據庫等重要信息，并將整個檢索過程記入說明文檔，并保存所有文獻資料的原文文檔。
2）文獻閱讀：閱讀收集的文獻資料。
3）文獻綜述：根據對文獻的理解，撰寫關于給定主題的綜述報告。
4）制作講稿：以文獻綜述為基礎，制作主題相關的講稿。
此外，按照本科生畢業設計論文的格式規范，筆者給出詳細的作業文檔格式要求，同時要求檢索到的科技文獻需下載并全部提交。
1.2 完成作業的形式
本次教學實踐中，筆者變以個人為單位完成作業形式為小組形式，即將選課學生按照隨機組合的方法分為2人一組（共72人，兩個自然班，本次共36組），共同完成上述綜合型作業任務，并增加學生匯報的人次，讓盡可能多的學生參與到課堂教學過程中。
由于是兩人一組共同完成一項綜合型作業，為體現各自的工作量，在匯報環節中要求一人負責匯報文獻檢索的過程，給出詳細的檢索式以及檢索的結果，另一人負責進行主題匯報。
2.通信與電子信息專業英語綜合作業的實施過程與教學效果
2.1 綜合作業的實施過程
筆者在該課程教學初布置好綜合型作業任務，并選擇部分小組進行課堂匯報，收到了較好效果。其中部分小組結合視頻、圖像、動畫、實際應用等手段介紹相關主題。例如，選擇“量子計算機”的小組，結合“優酷”上的一段視頻詳細介紹量子計算機的基本原理、存在的問題等，達到了為其他同學科普相關知識的目標，在整個主題介紹過程中，將量子計算機領域涉及的重要詞匯一一介紹；報告“深度學習及應用”的小組以視覺信息處理為切入口，介紹了相關理論和研究進展；“選擇超大規模集成電路”的小組結合自身參與上海市大學生科技創新活動中接觸到的各類集成電路介紹主題內容；而選擇“智能手機中的傳感器”主題的小組，結合自己使用的智能手機介紹其中的各類傳感器及其基本原理、發展現狀等。多數報告小組的匯報過程生動、有趣，參與課堂教學的積極性較高，師生、學生之間的互動性加強了。通過本次綜合作業的訓練，學生的綜合能力得以提升。
但該過程中，筆者也發現存在的問題，主要集中在：
1）文獻檢索過程嚴重依賴于網絡，特別是百度，對專業電子數據庫的使用仍不熟練；這是筆者教學多年中一直存在的問題。在2014-2015學年的教學實踐中，仍有接近半數的報告小組在文獻檢索過程中首選百度檢索相關資料，而不是把專業數據庫作為首選。當然，對某些特定主題而言，各位搜索引擎相比專業電子數據庫更有效，這一點，筆者在教學過程中也做了詳細的介紹和說明，指導學生分層次的解決文獻檢索中的問題。
2）英文文獻閱讀能力有待加強；在小組報告中筆者發現，由于專業文獻專業性強且較長，學生普遍怕看英文文獻，在滿足綜合作業的基本要求基礎上，多以閱讀中文文獻閱讀為主，沒有達到課程綜合訓練的目標之一，即英文專業文獻的閱讀訓練。這一點與學生的閱讀習慣、英文水平有較大關系，需要在今后教學中加強引導。
3）小組成員的合作精神有待提高。由于本次教學實踐第一次嘗試將學生隨機組合為小組來協作完成綜合作業，因此面對綜合作業復雜的任務時，如何分配任務、如何合作是學生面臨的首要問題。考慮到今后就業后學生需具備合作精神，因此，筆者設計了隨機組合的形式。總體上，各小組的表現良好，但也出現了部分團隊合作完成作業過程中相互推脫責任，作業完成效果不佳。結合本次教學效果和學生的建議，今后筆者仍將繼續對此進行改進。
4）綜合作業的文檔格式不規范。本次教學實踐中，筆者給出了詳細的文檔提交格式要求，這是按照本科生畢業論文的格式規范制定的，以此訓練學生文檔撰寫的規范性，為今后畢業設計論文及大學生科技創新項目報告的撰寫等做準備。由于之前對文檔格式不作要求，學生對格式一向不重視，造成畢業論文或創新項目中格式問題頻出，需要不斷的糾正。因此筆者在布置綜合作業時給出了詳細的格式要求，以加強訓練，培養學生養成良好習慣，為今后的論文、項目報告或各類競賽論文的撰寫打下基礎。
2.2 綜合作業教學效果及評價
為今后改進綜合作業的質量和教學效果，筆者在課程結束時，設計了綜合作業問卷，讓學生對本次綜合作業的教學效果進行評價，統計情況見表1（參與本次教學的72名本科生參與了問卷）。
表1：綜合作業教學效果評價統計表
從上述表格中可見，學生對本次綜合作業的整體評價較好，普遍認為收獲較大。因此，今后筆者仍將繼續探索相關教學模式。同時，我們也注意到，學生平時閱讀專業文獻的比例很低，今后需給予積極的引導。此外，筆者還對學生會選擇哪些環節作為綜合作業的內容進行了問卷調查，排序由高到低依次為：制作講稿并進行匯報、文獻檢索、文獻綜述、文獻翻譯，由此可見，學生參與教學過程的積極性很高。綜合型作業的實施對教學效果的提升是顯著的。
3.今后的工作
隨著通信與電子信息技術的發展，需對專業英語課程綜合型作業的內容進行不斷的更新。同時，綜合型作業的實施形式仍待進一步探索。
參考文獻：
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[2]任蕾，古海云，周薇娜.通信與電子信息專業英語教學探討[J] .南京：電氣電子教學學報，2009年第31卷第4期，110-111
[3]李霞，王娟主編.電子與通信專業英語（第3版）[M].北京：電子工業出版社，2014年7月
[4]閆麗萍，余艷梅，劉長軍，黃卡瑪. 電子類專業英文摘要寫作能力的培養[J].南京：電氣電子教學學報，2014年第36卷第2期，48-50
作者簡介：
任蕾（1979-），女，講師，博士，主要從事通信與信息類課程教學與研究工作。
信息安全論文3900字(一)：探究計算機網絡信息安全中的數據加密技術論文
【摘要】隨著近幾年網絡信息技術的發展，社會生產和生活對網絡數據的依賴程度越來越越高，人們對網絡信息安全重視程度也隨之提升。對于網絡信息而言，信息數據安全非常重要，一旦發生數據泄露或丟失，不僅會影響人們正常生活和財產安全，甚至還會影響社會穩定和安全。在此基礎上，本文將分析計算機網絡信息安全管理現狀，探索有效的數據加密技術，為網絡環境安全和質量提供保障。
【關鍵詞】計算機；網絡信息安全；數據加密技術
引言：信息技術的普及為人們生活帶來了許多便利和幫助，但是由于信息安全風險問題，人們的隱私數據安全也受到了威脅。但是，目前計算機網絡環境下，數據泄露、信息被竊取問題非常常見，所以計算機網絡信息安全保護必須重視這些問題，利用數據加密技術解決此難題，才能維護網絡用戶的信息安全。因此，如何優化數據加密技術，如何提升網絡信息保護質量，成為計算機網絡發展的關鍵。
1.計算機網絡安全的基本概述
所謂計算機網絡安全就是網絡信息儲存和傳遞的安全性。技術問題和管理問題是影響計算機網絡安全的主要因素，所以想要提升網絡信息安全性能，必須優化信息加密技術和加強信息管理控制，才能為計算機網絡安全提供保障。將數據加密技術應用于計算機網絡安全管理中，不僅可以提升數據保護權限，限制數據信息的可讀性，確保數據儲存和運輸過程不會被惡意篡改和盜取，還會提高網絡數據的保密性，營造良好的網絡運行環境。因此，在計算機網絡快速發展的環境下，重視網絡信息安全管理工作，不斷優化數據加密技術，對維護用戶信息安全、保護社會穩定非常有利。
2.計算機網絡信息安全現狀問題
2.1網絡信息安全問題的緣由
根據網絡信息發展現狀，信息安全面臨的風險多種多樣，大體可分為人文因素和客觀因素。首先：網絡信息安全的客觀因素。在計算機網絡運行中，病毒危害更新換代很快，其攻擊能力也在不斷提升，如果計算機防御系統沒有及時更新優化，很容易遭受新病毒的攻擊。例如，部分計算機由于系統長時間沒有升級，無法識別新木馬病毒，這樣便已遺留下一些安全漏洞，增加了信息安全風險。同時，部分計算機防火墻技術局限，必須安裝外部防護軟件，才能提升計算機網絡防護能力。其次：網絡信息安全的人文因素。所謂人為因素，就是工作人員在操作計算機時，缺乏安全防護意識，計算機操作行為不當，如：隨意更改權限、私自讀取外部設備、隨意下載上傳文件等等，嚴重影響了計算機網絡數據的安全性，涉密數據安全也得不到保障。例如，在連接外部設備時，忽視設備安全檢查工作，隨意插入電腦外部接口，容易導致計算機感染設備病毒，導致計算機網絡信息安全受到威脅。
2.2計算機網絡信息安全技術有待提升
信息安全是計算機網絡通信的重要內容，也是計算機網絡通信發展必須攻擊的難題。隨著信息技術的發展，我國計算機信息安全防御技術也在不斷創新升級，能夠有效應對病毒沖擊危害，但是相比先進國家而言，我國計算機信息技術起步較晚，網絡信息安全技術也有待提升。例如，根據我國計算機網絡信息安全現狀，對新病毒的辨識能力和清除能力較弱，無法有效控制病毒侵害，這對信息安全保護和系統運行都非常不利。因此，技術人員可以借鑒他國安全技術經驗，構建出針對性的信息安全防護技術，優化計算機系統安全性能，才能為網絡信息安全傳輸提供保障，避免造成嚴重的安全事故。
3.數據加密技術分析
3.1對稱加密技術
所謂對稱機密技術，就是指網絡信息傳輸中所采用的密鑰功能，利用加密和解密的方式，提升傳輸數據的安全性，常常被應用于電子郵件傳輸中。同時，對稱加密技術具有加密和解密密鑰相同的特征，所以密鑰內容可以通過其中一方進行推算，具備較強的可應用性。例如，在利用電子郵件傳輸信息時，傳輸者可以采用加密算法將郵件內容轉化為不可直接閱讀的密文，待郵件接收者收到數據信息文件后，再采用解密算法將密文還原可讀文字，既可以實現數據傳輸加密的目的，又能確保交流溝通的安全性。從應用角度來講，對稱加密技術操作簡捷方便，并且具備較高的安全度，可以廣泛應用于信息傳輸中。但是，對稱加密技術欠缺郵件傳輸者和接收者的身份驗證，郵件傳輸雙方密鑰有效的獲取途徑，所以也存在一定的安全風險。
3.2公私鑰加密技術
相對于對稱加密技術而言，公私鑰加密技術在進行信息加密時，加密密鑰和解密密鑰不具備一致性，密鑰安全性更佳。在公私鑰加密技術中，信息數據被設置了雙層密碼，即私有密碼和公開密碼，其中公開密碼實現了信息數據加密工作，并采用某種非公開途徑告知他人密鑰信息，而私有密碼是由專業人員保管，信息保密程度高。因此，在采用公私鑰加密技術時，需要先對文件進行公開密鑰加密，然后才能發送給接收者，而文件接收者需要采用私有密鑰進行解密，才能獲取文件信息。在這樣的加密模式下，網絡數據信息安全度提升，密碼破解難度也進一步加大，但是這種加密方式程序較為復雜，加密速度慢，無法實現高效率傳播，加密效率相對較低，不適用于日常信息交流傳輸。
3.3傳輸加密和儲存加密技術
在計算機網絡信息安全保護中，數據傳輸加密、儲存加密是重點保護內容，也是信息數據保護的重要手段，其主要目的是避免在數據傳輸過程中被竊取和篡改風險問題。線路加密和端對端加密是兩種主要的傳輸加密方式，實現了傳輸端和傳輸過程的信息安全保護工作。例如，傳輸加密是對網絡信息傳輸過程中的安全保護，通過加密傳輸數據線路，實現信息傳輸過程保護，如果想要停止加密保護，必須輸入正確的密鑰，才能更改數據加密保護的狀態。端對端加密技術是在信息發送階段，對數據信息實施自動加密操作，讓數據信息在傳遞過程中呈現出不可讀的狀態，直到數據信息到達接收端，加密密碼會自動解除，將數據信息轉變為可讀性的明文。此外，存取控制和密文儲存是儲存加密的兩種形式。在存取控制模式中，信息數據讀取需要審核用戶的身份和權限，這樣既可以避免非法用戶訪問數據的問題，又能限制合法用戶的訪問權限，實現了數據信息安全等級分層保護。
4.計算機網絡信息安全中數據加密技術的合理應用
4.1數據隱藏技術
在網絡信息數據加密保護中，將數據信息屬性轉變為隱藏性，可以提升數據信息的可讀權限，提升信息安全度。因此，將信息隱藏技術應用于網絡信息加密工程中，利用隱蔽算法結構，將數據信息傳輸隱蔽載體中，可以將明文數據轉變為密文數據，在確保信息安全到達傳輸目的地時，再采用密鑰和隱蔽技術對數據信息進行還原，將密文數據還原成明文數據。例如，在企業內部區域網絡信息傳輸時，便可以采用數據隱蔽技術控制讀取權限，提升網絡信息傳遞的安全性。因為在企業運行模式下，一些企業信息只限于部分員工可讀取，尤其是一些涉及企業內部機密、財務經濟等數據，所以需要采用隱蔽載體技術，通過密鑰將隱藏的提取數據信息。在這樣的加密模式下，企業數據信息安全性得到保障，不僅可以實現信息數據高效率傳播，還降低了二次加密造成的安全隱患，控制了員工讀取權限，對企業穩定發展非常有利。
4.2數字簽名技術
相比公私鑰加密技術而言，數字簽名技術更加快捷便利，是公私鑰加密技術的發展和衍生。將數字簽名技術應用于網絡信息安全中，在數據傳輸之前，傳輸者需要先將數據文件進行私有密鑰加密，加密方式則是數字簽名信息，而數據文件接收者在收到文件信息后，要使用公共密鑰解密文件。由此可見，數字簽名技術在公私鑰加密技術的基礎上，增加了權限身份的審核程序，即利用數字簽名的方式，檢查數據文件傳輸者的權限和身份，進一步提升了網絡信息傳輸的安全性。同時，在計算機網絡信息安全管理中，根據信息數據管理要求，靈活運用對稱加密技術、公私鑰加密技術和數字簽名技術，充分發揮各項加密技術的優勢作用，落實數據傳輸和存儲加密工作。例如，針對保密程度較低的數據信息而言，可采用靈活便利的對稱加密技術，而對于保密級別較高的數據而言，即可采用數字簽名技術進行加密。通過這樣的方式，不僅可以保障網絡信息傳輸效率，優化信息傳輸的安全性能，還可以提升數據加密技術水平，為網絡信息安全提供保障。
4.3量子加密技術
隨著計算機信息技術的發展，數據加密技術也在不斷創新和優化，信息安全保護質量也隨之提升。相比以往的數據加密技術而言，量子加密技術的安全性更好，對數據安全控制效果更佳。將量子力學與加密技術進行有效融合，既可以實現數據傳輸時的加密操作，又能同時傳遞解密信息，節省了單獨的密鑰傳輸操作，加密方式也更加智能化。例如，在網絡信息傳輸中，一旦發現數據傳輸存在被竊取和被篡改的風險，量子加密技術會及時作出反應，轉變數據傳輸狀態，而數據傳輸者和接收者也能及時了解數據傳輸狀況。這種數據加密方式一旦發生狀態轉變是不可復原的，雖然有效避免的數據泄漏風險，但可能會造成數據自毀和破壞問題。同時，由于量子加密技術專業性強，并且仍處于開發試用狀態，應用范圍和領域比較局限，無法實現大范圍應用。
5.結束語
總而言之，為了提升計算機網絡信息的安全性，落實各項數據加密技術應用工作非常必要。根據網絡信息安全現狀問題，分析了對稱加密、公私鑰加密、數據隱蔽等技術的應用優勢和弊端，指出其合理的應用領域。通過合理運用這些數據加密技術，不僅強化了數據傳輸、存儲的安全性，營造了良好的網絡信息環境，還有利于提升用戶的數據加密意識，促進數據加密技術優化發展。
信息安全畢業論文范文模板(二)：大數據時代計算機網絡信息安全與防護研究論文
摘要：大數據技術的快速發展和廣泛應用為計算機網絡提供了重要的技術支持，有效提高了社會經濟建設的發展水平。計算機網絡的開放性和虛擬性特征決定了技術的應用必須考慮信息安全與防護的相關問題。本文介紹了大數據時代計算機網絡安全的特征和問題，研究了如何保證網絡信息安全，提出了3點防護策略。
關鍵詞：大數據時代；計算機網絡；信息安全與防護
進入信息時代，計算機網絡技術已經逐步成為人們的日常工作、學習和生活必備的工具，如電子商務、網絡辦公、社交媒體等。計算機網絡相關技術的發展也在不斷改變人類社會的生產模式和工作效率，實現全球各地區人們的無障礙溝通。但在網絡世界中，信息的傳播和交流是開放和虛擬的，并沒有防止信息泄露和被非法利用的有效途徑，這就需要從技術層面上考慮如何提高計算機網絡信息安全。特別是近年來大數據技術的高速發展，海量數據在網絡中傳播，如何保證這些數據的可靠性和安全性，是目前網絡信息安全研究的一個重要方向。
1大數據時代計算機網絡信息安全的特征
大數據是指信息時代產生的海量數據，對這些數據的描述和定義并加以利用和創新是目前大數據技術發展的主要方向。大數據的產生是伴隨著全球信息化網絡的發展而出現的，在這個背景下誕生了大量的商業企業和技術組織，也為各行各業提高生產力水平和改變生產模式提供了有效幫助。大數據時代的網絡特征首先是非結構化的海量數據，傳統意義上的海量數據是相關業務信息，而大數據時代由于社交網絡、移動互聯和傳感器等新技術與工具快速發展產生了大量非結構化的數據，這些數據本身是沒有關聯性的，必須通過大數據的挖掘和分析才能產生社會價值；其次，大數據時代的網絡信息種類和格式繁多，包括文字、圖片、視頻、聲音、日志等等，數據格式的復雜性使得數據處理的難度加大；再次，有用信息的比例較低，由于是非結構化的海量數據，數據價值的提煉要經過挖掘、分析、統計和提煉才能產生，這個周期還不宜過長否則會失去時效性，數據的技術和密度都會加大數據挖掘的難度；最后，大數據時代的信息安全問題更加突出，被非法利用、泄露和盜取的數據信息往往會給國家和人民群眾造成較大的經濟社會損失。傳統計算機網絡的信息安全防護主要是利用網絡管理制度和監控技術手段來提高信息存儲、傳輸、解析和加密的保密性來實現的。在大數據時代背景下，網絡信息的規模、密度、傳播渠道都是非常多樣化的和海量的，網絡信息安全防護的措施也需要不斷補充和發展。目前網絡信息安全的主要問題可以概括為：一是網絡的自由特征會對全球網絡信息安全提出較大的挑戰；二是海量數據的防護需要更高的軟硬件設備和更有效的網絡管理制度才能實現；三是網絡中的各類軟件工具自身的缺陷和病毒感染都會影響信息的可靠性；第四是各國各地區的法律、社會制度、宗教信仰不同，部分法律和管理漏洞會被非法之徒利用來獲取非法利益。
2大數據時代背景下計算機網絡安全防護措施
2.1防范非法用戶獲取網絡信息
利用黑客技術和相關軟件入侵他人計算機或網絡賬戶謀取不法利益的行為稱為黑客攻擊，黑客攻擊是目前網絡信息安全防護體系中比較常見的一類防護對象。目前針對這部分網絡信息安全隱患問題一般是從如下幾個方面進行設計的：首先是完善當地的法律法規，從法律層面對非法用戶進行約束，讓他們明白必須在各國法律的范疇內進行網絡活動，否則會受到法律的制裁；其次是構建功能完善的網絡信息安全防護管理系統，從技術層面提高數據的可靠性；再次是利用物理隔離和防火墻，將關鍵數據進行隔離使用，如銀行、證券機構、政府部門都要與外部網絡隔離；最后是對數據進行不可逆的加密處理，使得非法用戶即使獲取了信息也無法解析進而謀利。
2.2提高信息安全防護技術研究的效率
大數據技術的發展是非常迅速的，這對信息安全防護技術的研究和發展提出了更高的要求。要針對網絡中的病毒、木馬和其他非法軟件進行有效識別和防護，這都需要國家和相關企業投入更多的人力物力成本才能實現。目前信息安全防護技術可以概括為物理安全和邏輯安全兩個方面，其中物理安全是保證網路系統中的通信、計算、存儲、防護和傳輸設備不受到外部干擾；邏輯安全則是要保障數據完整性、保密性和可靠性。目前主要的研究方向是信息的邏輯安全技術，包括安全監測、數據評估、撥號控制、身份識別等。這些技術研究的效率直接影響著網絡信息安全，必須組織科研人員深入研究，各級監管部門也要積極參與到網絡管理制度的建立和完善工作中來，從技術和制度兩個方面來提高信息防護技術的研究效率。
2.3提高社會大眾的信息安全防護意識
目前各國都對利用網絡進行詐騙、信息盜取等行為進行法律約束，也利用報紙、電視、廣播和網絡等途徑進行信息安全防護的宣傳教育。社會大眾要認識到信息安全的重要性，在使用網絡時才能有效杜絕信息的泄露和盜用，如提高個人電腦防護措施、提高密碼強度等。各級教育部門也要在日常的教學活動中對網絡信息安全的相關事宜進行宣傳和教育，提高未成年人的安全意識，這都是有效提高信息安全防護能力的有效途徑。
英文名稱：Journal of Frontiers of Computer Science and Technology
主管單位：中華人民共和國工業和信息化部
主辦單位：華北計算技術研究所
出版周期：月刊
出版地址：北京市
語
種：中文
開
本：16開
國際刊號：1673-9418
國內刊號：11-5602/TP
郵發代號：82-560
發行范圍：國內外統一發行
創刊時間：2007
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關鍵詞：量子力學；材料類專業；教學探索
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）08-0122-02
對于普通高校的材料類本科教學來說，要求學生具有數學、物理、化學等方面的基本理論和基本知識，掌握材料設計、性能優選、工藝優化的原則，以及材料的組成、結構和性能關系。這就需要學生具有材料學科的完整的知識體系，量子力學是半導體、固體物理以及計算材料學、材料測試表征技術等學科的基礎，在材料科學體系中有著非常重要的地位。然而其由于本課程的學習是基于高等數學、大學物理、數學物理方法等前期課程學習的基礎之上的，學生對這些基礎課程的掌握情況參差不齊，而大部分學生對前期課程多有遺忘，課程內容的學習過程中需要理解的知識點很多，所以要學好這門課程需要充分發揮學生的主觀能動性，及時復習前期基礎課程和預習相關知識。由于知識間銜接緊密，需要邏輯推理內容非常多，學生稍有走神或缺課就會跟不上教師的教學進度，從而對后續知識的學習也喪失信心。此外，對于工科大環境下的學生群體來說，學生普遍對實用的專業課程較感興趣，而對基礎理論課程不夠重視，認為學習非常枯燥也沒有大多的用處。種種原因造成了在工科大環境下的理論物理教學特別是量子力學課程的教學困難重重，因此將理論教學與專業特色相結合，探索具有專業特色的量子力學的教學方法具有重要的意義。如何消除學生對本課程的畏懼心理，如何調動學生的學習積極性，讓學生在課堂上有收獲的同時也要自覺利用好課余時間學習是解決本課程教學的關鍵。本文結合材料類專業的綜合情況，經過實踐探索，總結幾點較為實用的教學方法。
一、與專業課程體系相結合，突出課程的重要性
備課之前先熟悉所授課專業的培養方案，了解學生的已修課程、同學期開設的專業課程以及后續的專業課程。材料類專業的量子力學課程一般在第四學期開課，在此之前學生已經修完了高等數學、大學物理、線性代數、數學物理方法等前期課程。同時學生開始接觸一些材料類的專業課程，例如材料科學基礎、高分子物理、物理化學等，在之后的第五以及第六學期將有大量的學科專業課，如材料分析測試技術、計算材料學等。教師在對本專業的課程設置以及知識框架有了整體的了解以后，有針對性地翻閱一下一些核心專業課程的教材，將專業課程當中涉及量子力學基礎的內容篩選出來以備用。在給學生講授第一堂課時既將本課程的重要地位告知學生，哪些課程在后續課程種會涉及到相關知識，哪些領域會用到本課程的知識，以及量子力學對本專業以及相關專業的研究生入學考試以及繼續深造時的必要性。讓學生一開始對本課程的學習有心理上的重視。在具體教學的過程中，注意將量子理論與專業內容相結合，包括已修課程和后續課程。通過多學科的滲透將整個材料學專業的課程內容進行貫穿，凸顯出量子理論的重要性和實用性，讓學生意識到量子力學并不是高高在上毫無用處的理論公式，同時也使得量子力學的教學更加豐富和生動。
二、與前沿科學相結合、活躍課堂氣氛
當下的高校教師除了教學很大一部分時間精力都用于科學研究。平時實驗或看文獻時可以將所涉及的一些前沿科技成果加以搜集，課堂上通過多媒體以圖片、音響等直觀的方式將其進行簡要的介紹。活躍課堂氣氛的同時有可以加深對該理論的理解，激發學生的學習積極性。在給學生講解理論知識的同時注重結合理論的應用領域，結合材料學科的特點以及學校的特色。作者所在的本校是有著交通特色專業背景，本校材料類專業也有水泥混凝土、瀝青混合料等工程材料方面的課程，學生就業也有很大比例在交通相關領域。結合本科的這一特征，教師講課時可以作一些前沿材料在交通領域的最新進展。在講解知識基礎的同時穿插該部分知識的應用方面的展望，展示過程中采用借助多媒體以圖片、音響和板書講解相結合的方式。通過多種途徑讓量子力學這種看似“高大上”的學科也有“接地氣”的一面，不至于全是枯燥的理論和生硬的公式，有利于對學生學習動力的激發。對于自己的科研課題也可以作一些介紹，還可以挑選部分基礎較好的感興趣的本科生參與到課題的研究或者參觀學習，零距離的接觸前沿科學，對調動學生的學習積極性也有一定的幫助。
三、多種教學手段相結合，調動學生的學習積極性
在教學的過程中采用多種教學手段相結合。鑒于量子力學的理論抽象、知識量大、數學推理公式繁多，在教學過程中教師的講授以基本概念的理解、基本物理思想的和基本的物理模型的建立為主，對于需要推理演算的部分可以引導學生利用課余時間自學。首先可以拓展多樣化的考核方式。課程考核的成績以期末考試為主但是學期內平時的表現也是必要的。可以考慮適當增大平時考核的分數比例，便于調動學生充分利用課余的時間。其中平時表現又可以分為多個方面來考核，充分調動學生的自主學習激情。課堂教師講授為主，適時設問作為課外思考作業，作業以書面形式或者學生在下一次課作簡短的展示的方式。才外還可以給學生布置小論文，鼓勵學生多進圖書館，查閱相關文獻書籍寫一兩篇小綜述。在第一堂課即向學生說明考核的方式和比例，在考分的壓力下學生自然會積極準備相關內容。在應對這些平時作業的過程實際上就是學生自主學習的過程中，既鞏固了量課程知識，又鍛煉了學生自主學習的能力和思維。在教學當中采用多媒體和傳統的板書相結合的方式，多媒體信息涵蓋量較大，對一些復雜又必須的推導過程可以采用PPT作快速的展示，而對于一些重要的公式及定理則需要采用板書加以強化，通過教師邊書寫邊口訴講解，學生有足夠的時間消化理解。同時可以采用多媒體多展示一些圖片、動畫等內容，盡量在枯燥的理論講授過程中增添一些有趣的小插曲，例如該理論提出的科學家的肖像及簡介、名言名句，小故事等。在W習原子的波爾理論以及氫原子模型的時候，使用PPT展示基本公式和理論，再輔以教師在黑板上作圖的方式講解。可以將原子內電子的運動類比于在操場跑步以及天體的運動，在做計算近似時甚至可以將近似級類比于上課教室內的座次對個人學習效果的影響、人際關系的親疏對個人情感生活的影響程度等。此外還可以鼓勵學生多接觸一些科普書籍以及最新出版的一些學術專著，例如上帝擲骰子就是很通俗的前沿物理科普書籍。通過多種渠道將量子力學枯燥難懂的教學過程生動化、有趣化。
作為材料類專業核心課程的量子力學一直都是教和學雙方都感到很困難的課程。由于量子力學的理論性較強，學習過程相對枯燥，學科的實用性不是很明顯，學生容易厭學。教師在教學過程中需要不斷的探索適合本專業學生的教學方法。通過與專業課程相結合，與學校特色想結合，采取多種教學手段，結合最新的前沿科學研究，多方面入手使理論知識深入淺出，使教學過程生動有趣、調動學生學習熱情，對提高教學質量有非常有益的幫助。
參考文獻：
