量子计算论文精选(九篇)

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第1篇：量子计算论文范文

购入不良债权确认为一项资产，那么应给确认为哪一类资产？从企业购入不良债权资产的目的来看，一般情况下是为了获取经济利益，则购入行为可以理解为是企业的一种投资行为，但投资方对被投资单位没有实施控制、重大影响，所以不属于长期股权投资的核算范畴。现多数企业将购入的不良债权合同，确认为一项金融工具。购入的不良债权的会计核算执行《企业会计准则第22号—金融工具的确认与计量》规定。

购入的不良债权因在活跃市场中没有报价、公允价值不能可靠计量，不能划分为“交易性金融资产”和“可供出售金融资产”；购入的不良债权无到期日、回收金额不确定，不能划分为“持有至到期投资”；购入的不良债权只能将其划分为“贷款和应收款”，但企业会计准则定义的应收账款是指企业在正常的经营过程中因销售商品、产品、提供劳务等业务，应向购买单位收取的款项，包括应由购买单位或接受劳务单位负担的税金、代购买方垫付的各种运杂费等。应收账款是由商业竞争引起的，这是应收账款产生的主要原因。

在竞争日益激烈的市场经济条件下，企业为了提高竞争力，不得不采用赊销，此时产生的应收账款即为商业竞争引起的，它是一种商业信用。金融工具的确认与计量准则规定：因债务人信用恶化以外的原因，使持有方可能难以收回几乎所有初始投资的非衍生金融资产不能划分为“贷款和应收款”。所以列入“应收账款”科目核算不妥。

根据《企业会计准则》的规定，企业可以根据本单位的具体情况、行业特征和业务特点，对统一规定的会计科目作必要的增设、删减或合并，有针对性地设置会计科目。依据收购不良债权资产的特点，应设立“应收债权“科目，并进行进行明细核算，建立备查账，继续保留对债务人的全额追索权，期末填报会计报表时，列入其他流动资产项。会计报表其他流动资产，是指除货币资金、短期投资、应收票据、应收账款、其他应收款、存货等流动资产以外的流动资产及“待处理流动资产净损益”科目期末未结转的损益。购入不良债权确认为一项资产，如何进行初始计量？现多数企业收购不良债权时计入“应收账款”科目核算，按原账面价值进行初始计量，账务处理：借：应收账款（原账面价值）贷：银行存款等贷：坏账准备或营业外收入或资本公积（差额）。

收购不良债权一般为折价，应收账款（原账面价值）与支付对价的差额处理，一是将支付对价与原账面价值的差额确认为资产减值，计入“坏账准备”科目；二是将差额确认为营业外收入，计入“营业外收入”科目；三是将差额确认为计入所有者权益的利得，待资产处置时转为当期损益，计入“其他资本公积”科目，上面的三种账务处理均违背了《企业会计准则—基本准则》会计要素计量的原则，资产按照购置时支付的现金或者现金等价物的金额，或者按照购置资产时所付出的对价的公允价值计算，即按历史成本法计量。金融资产管理公司按照公开、竞争、择优的原则管理和处置资产，在转让资产时，主要采取招标、拍卖、竞价等方式，所以付出对价的公允价值不难取得。购入不良债权时的账务处理：借：应收债权贷：银行存款等同时建立辅助账户记录、核算不良债权资产。

二、收购不良债权资产的后续计量

收购不良债权资产，主要是通过产权交易所及拍卖行受让的原商业银行的不良贷款，《合同法》第八十一条规定：资产人转让权力的，受让人取得与资产相关的从权力，但该权力专属于资产人自身的除外。企业收购金融资产公司不良债权，享有该债权在基准日以后产生的利息、罚息的请求权。《关于审理涉及金融不良转产转让案件工作座谈会纪要》规定，受让人向国有企业债务人主张利息的计算基数应以原借款合同本金为准；受让人向国有企业债务人主张不良债权受让日之后发生的利息的，人民法院不予支持。期末对受让的不良债权的原借款利息计算，要根据债务人的性质决定是否计算利息，要按《关于审理涉及金融不良转产转让案件工作座谈会纪要》规定执行，因收购的债权包为不良资产，债权本金的回收具有不确定性，法定孳息也具有不确定性，按照《企业会计准则第14号--收入》，也不符合收入的确认条件，对于受让日后的利息不能确认收入，只能表外计息。期末应当对不良债权进行减值测试，重新测算这些不良债权资产的可收回性，确定可收回金额，该不良债权资产如果出现减值或转回迹象，符合减值或转回确认条件的，确认资产减值或转回损益，调整“坏账准备”科目，账务处理：借：资产减值损失贷：坏账准备。

三、收购不良债权资产的收回、处置的核算

第2篇：量子计算论文范文

立足大背景　寻求新发展

量子信息物理，顾名思义，这是一个由信息科学与量子力学学科交叉产生的、全新的研究方向。

“这门学科的出现有其重要的意义。”崔海涛介绍，“根据摩尔(Moore)定律，每18个月，计算机微处理器的速度就会增长一倍，其中单位面积(或体积)上集成的元件数目也会相应地增加。可以预见，在不久的将来，芯片元件就会达到它能以经典方式工作的极限尺度。因此，如何突破这种尺度极限是当代信息科学所面临的一个重大科学问题。量子信息的研究就是充分利用量子物理基本原理的研究成果，发挥量子相干特性的强大作用，探索以全新的方式进行计算、编码和信息传输的可能性，为突破芯片极限提供新概念、新思路和新途径。”“量子力学与信息科学结合，不仅充分显示了学科交叉的重要性，而且量子信息的最终物理实现，会导致信息科学观念和模式的重大变革。”崔海涛说。

时至今日，量子信息技术的发展不仅引起了学术界的关注，各发达国家也针对其制定了本国的研究发展规划，以期抢占未来信息科技的制高点，并投入大量人力、物力用于支撑该领域的基础性、前瞻性的研究。我国也于2006年9月了国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)，将以量子调控技术为代表的量子信息技术的研究纳入到基础研究重大科学研究计划当中。正如《纲要》中所描述的那样：“以微电子为基础的信息技术将达到物理极限，对信息科技发展提出了严峻的挑战，人类必须寻求新出路，而以量子效应为基础的新的信息手段初露端倪，并正在成为发达国家激烈竞争的焦点。量子调控就是探索新的量子现象，发展量子信息学、关联电子学、量子通信、受限小量子体系及人工带隙系统，构建未来信息技术理论基础，具有明显的前瞻性，有可能在20～30年后对人类社会经济发展产生难以估量的影响。”崔海涛团队的研究项目就是在这一大背景下展开，致力于解决量子信息技术中关键的、基础性的问题，并对相关实验技术的发展产生重要的理论指导作用。

紧扣量子纠缠　顺通量子信息

细看崔海涛的研究履历，其关键词便是“量子纠缠”。

“如果说量子信息主要是基于量子力学的相干特征、重构密码、计算和通讯的基本原理，那么，量子纠缠在其中发挥的是非常重要而且非常基本的作用。”在多年的学习和研究过程中，崔海涛认识到，一方面，许多重要的量子信息技术都需要量子纠缠的参与才能实现，例如，量子远程传态、量子保密通讯、量子密钥分发等；另一方面，由于量子体系与其他自由度的相互作用，这种作用最终导致体系的自由度与其他自由度的量子纠缠，由于环境选择的结果，量子体系的相干性质会逐渐消失，此即所谓退相干过程。退相干是实现量子信息过程所面临的最大障碍，如何有效克服退相干，延长量子体系的相干时间是当前量子信息技术研究的前沿课题。“就是这样奇特的物理性质，物理学家们对它的理解至今也非常有限，这严重制约了量子信息技术的发展，因此，建立对量子纠缠普遍的物理理解已经成为当今量子信息领域最为急迫需要解决的问题之一。”

如何建立对多体量子态纠缠的普遍理解?如何在具体的物理系统中制备纠缠的量子多体态?看上去，只要解决了这两个问题，量子纠缠就不再是瓶颈，然而，真的如此简单么?“最直观的做法是将两体纠缠的理解推广到多体。但经事实证明，这种推广具有很大的局限，因为量子多体态的纠缠具有远比两体纠缠更为丰富的内容。”接着，崔海涛进行了举例说明，“在3量子比特中，存在两个随机定域操作与经典通讯操作下不等价的三体纠缠态；GHZ态和W态。它们都是真正的三体纠缠态，却表现出完全不同的纠缠性质。对于GHZ态，任意一个或两个量子比特的约化密度矩阵都是单位阵；而W态，通过对任一量子比特的测量，可以得到其他两个量子比特的最大纠缠态。4个量子比特情况就更为复杂，迄今为止也没有一个完整的分类。”

直观推广不成，崔海涛又开始考虑换角度钻研。他认为，多体纠缠的度量应该包括两方面的内容：纠缠模式(pattern)和纠缠强度(intensity)。纠缠强度即纠缠的大小，现已有一些比较好的度量方式，如几何纠缠；纠缠模式则是指对应多体纠缠的分类。而伴随着纠缠模式，又出现了一个新的问题――多体态不同纠缠模式表示什么样的物理意义?“因为这涉及到如何在实验室中制备不同的多体纠缠。不同的纠缠模式必然对应完全不同的物理性质，SLOCC不等价关系的存在也限制了从‘最大纠缠态’得到其他任意纠缠态的可能。对于不同的纠缠模式，我们需要不同的物理系统(Hamilton量)来制备。这些系统之间又是怎样的关系呢?”

为了解惑，在国家自然科学基金项目“几何相与量子纠缠的理论研究”和“多体系统中的量子纠缠及其几何分类的理论研究”的支持下，崔海涛带领研究团队在此研究方向上刻苦钻研多年，并取得了一些深刻的认识。通过附加对称性的要求，例如，量子态的平移不变性质，他们发现完全可以普遍地建立这些多体纠缠态间的等价关系。而且，经进一步研究发现，这些等价关系可以通过态的几何性质很好地区分。也就是说，不等价的多体纠缠对应体系的不同几何结构。更为重要的是，这些几何结构可以通过几何相物理地加以描述。多体纠缠中的非平庸几何结构的发现并不是孤立的，联系最近凝聚态体系中相关几何效应的发现，有理由相信他们之间存在某种形式的联系。相关的研究工作正在进行中。

事实上，围绕多体系统中的几何相与量子纠缠的理论问题，崔海涛自攻读博士期间就产生了浓厚的兴趣。特别是近5年来，陆续发表了一些高水平的学术成果，并主持承担了一些科研项目。迄今为止共发表学术论文22篇，均为SCI收录，论文总引用次数137次，他引超过80次。其中，有7篇文章发表在国际权威物理学期刊“Physical Review A”上。2007年发表在“Physics Letter A”上的论文“A Study on the suddendeath of entanglement”已被引用60次(他引57次)，其他论文亦有不同程度的引用。

对于热爱这项研究的崔海涛来说，这种对未知科学世界的探索是他甘之如饴的兴趣和追求，也是他情愿脚踏实地“做一辈子的职业”。

第3篇：量子计算论文范文

关键词: 信息安全;密码学;量子计算;抗量子计算密码

中图分类号:TP 183 文献标志码:A 文章编号:1672-8513(2011)05-0388-08

The Challenge of Quantum Computing to Information Security and Our Countermeasures

ZHANG Huanguo, GUAN Haiming, WANG Houzheng

（Key Lab of Aerospace Information Security and Trusted Computing of Ministry of Education, Computer School, Whan University, Wuhan 430072, China）

Abstract: What cryptosystem to use is a severe challenge that we face in the quantum computing era. It is the only correct choice to research and establish an independent resistant quantum computing cryptosystem. This paper introduces to the research and development of resistant quantum computing cryptography, especially the signature scheme based on HASH function，lattice-based public key cryptosystem，MQ public key cryptosystem and public key cryptosystem based on error correcting codes. Also the paper gives some suggestions for further research on the quantum information theory，the complexity theory of quantum computing，design and analysis of resistant quantum computing cryptosystems .

Key words: information security; cryptography; quantum computing; resistant quantum computing cryptography

1 量子信息时代

量子信息技术的研究对象是实现量子态的相干叠加并对其进行有效处理、传输和存储，以创建新一代高性能的、安全的计算机和通信系统.量子通信和量子计算的理论基础是量子物理学.量子信息科学技术是在20世纪末期发展起来的新学科，预计在21世纪将有大的发展［1］.

量子有许多经典物理所没有的奇妙特性.量子的纠缠态就是其中突出的一个.原来存在相互作用、以后不再有相互作用的2个量子系统之间存在瞬时的超距量子关联，这种状态被称为量子纠缠态［1］.

量子的另一个奇妙特性是量子通信具有保密特性.这是因为量子态具有测不准和不可克隆的属性，根据这种属性除了合法的收发信人之外的任何人窃取信息，都将破坏量子的状态.这样，窃取者不仅得不到信息，而且窃取行为还会被发现，从而使量子通信具有保密的特性.目前，量子保密通信比较成熟的技术是，利用量子器件产生随机数作为密钥，再利用量子通信分配密钥，最后按传统的“一次一密”方式加密.量子纠缠态的超距作用预示，如果能够利用量子纠缠态进行通信，将获得超距和超高速通信.

量子计算机是一种以量子物理实现信息处理的新型计算机.奇妙的是量子计算具有天然的并行性.n量子位的量子计算机的一个操作能够处理2n个状态，具有指数级的处理能力，所以可以用多项式时间解决一些指数复杂度的问题.这就使得一些原来在电子计算机上无法解决的困难问题，在量子计算机上却是可以解决的.

2 量子计算机对现有密码提出严重挑战

针对密码破译的量子计算机算法主要有以下2种.

第1种量子破译算法叫做Grover算法［3］.这是贝尔实验室的Grover在1996年提出的一种通用的搜索破译算法，其计算复杂度为O(N).对于密码破译来说，这一算法的作用相当于把密码的密钥长度减少到原来的一半.这已经对现有密码构成很大的威胁，但是并未构成本质的威胁，因为只要把密钥加长1倍就可以了.

第2种量子破译算法叫做Shor算法［4］.这是贝尔实验室的Shor在1997年提出的在量子计算机上求解离散对数和因子分解问题的多项式时间算法.利用这种算法能够对目前广泛使用的RSA、ECC公钥密码和DH密钥协商体制进行有效攻击.对于椭圆曲线离散对数问题，Proos和Zalka指出：在N量子位(qbit)的量子计算机上可以容易地求解k比特的椭圆曲线离散对数问题［7］，其中N≈5k+8(k)1/2+5log 2k.对于整数的因子分解问题，Beauregard指出：在N量子位的量子计算机上可以容易地分解k比特的整数［5］，其中N≈2k.根据这种分析，利用1448qbit的计算机可以求解256位的椭圆曲线离散对数，因此也就可以破译256位的椭圆曲线密码，这可能威胁到我国第2代身份证的安全.利用2048qbit的计算机可以分解1024位的整数，因此也就可以破译1024位的RSA密码，这就可能威胁到我们电子商务的安全

Shor算法的攻击能力还在进一步扩展，已从求广义解离散傅里叶变换问题扩展到求解隐藏子群问题(HSP)，凡是能归结为HSP的公钥密码将不再安全.所以，一旦量子计算机能够走向实用，现在广泛应用的许多公钥密码将不再安全，量子计算机对我们的密码提出了严重的挑战.

3 抗量子计算密码的发展现状

抗量子计算密码（Resistant Quantum Computing Cryptography）主要包括以下3类：

第1类，量子密码；第2类，DNA密码；第3类是基于量子计算不擅长计算的那些数学问题所构建的密码.

量子保密的安全性建立在量子态的测不准与不可克隆属性之上，而不是基于计算的［1,6］.类似地，DNA密码的安全性建立在一些生物困难问题之上，也不是基于计算的［7-8］.因此，它们都是抗量子计算的.由于技术的复杂性，目前量子密码和DNA密码尚不成熟.

第3类抗量子计算密码是基于量子计算机不擅长的数学问题构建的密码.基于量子计算机不擅长计算的那些数学问题构建密码，就可以抵御量子计算机的攻击.本文主要讨论这一类抗量子计算密码［9］.

所有量子计算机不能攻破的密码都是抗量子计算的密码.国际上关于抗量子计算密码的研究主要集中在以下4个方面.

3.1 基于HASH函数的数字签名

1989年Merkle提出了认证树签名方案(MSS)［10］. Merkle 签名树方案的安全性仅仅依赖于Hash函数的安全性.目前量子计算机还没有对一般Hash函数的有效攻击方法, 因此Merkle签名方案具有抗量子计算性质.与基于数学困难性问题的公钥密码相比,Merkle签名方案不需要构造单向陷门函数,给定1个单向函数(通常采用Hash函数)便能造1个Merkle签名方案.在密码学上构造1个单向函数要比构造1个单向陷门函数要容易的多,因为设计单向函数不必考虑隐藏求逆的思路, 从而可以不受限制地运用置换、迭代、移位、反馈等简单编码技巧的巧妙组合,以简单的计算机指令或廉价的逻辑电路达到高度复杂的数学效果.新的Hash标准SHA-3［11］的征集过程中,涌现出了许多新的安全的Hash函数,利用这些新的Hash算法可以构造出一批新的实用Merkle签名算法.

Merkle 签名树方案的优点是签名和验证签名效率较高，缺点是签名和密钥较长,签名次数受限.在最初的Merkle签名方案中, 签名的次数与需要构造的二叉树紧密相关.签名的次数越多,所需要构造的二叉树越大,同时消耗的时间和空间代价也就越大.因此该方案的签名次数是受限制的.近年来,许多学者对此作了广泛的研究,提出了一些修改方案，大大地增加了签名的次数, 如CMSS方案［12］、GMSS方案［13］、DMSS方案等［14］.Buchmann, Dahmen 等提出了XOR树算法［12,15］,只需要采用抗原像攻击和抗第2原像攻击的Hash函数,便能构造出安全的签名方案.而在以往的Merkle签名树方案中,则要求Hash函数必须是抗强碰撞的.这是对原始Merkle签名方案的有益改进.上述这些成果,在理论上已基本成熟,在技术上已基本满足工程应用要求, 一些成果已经应用到了Microsoft Outlook 以及移动路由协议中［16］.

虽然基于Hash函数的数字签名方案已经开始应用，但是还有许多问题需要深入研究.如增加签名的次数、减小签名和密钥的尺寸、优化认证树的遍历方案以及如何实现加密和基于身份的认证等功能，均值得进一步研究.

3.2 基于纠错码的公钥密码

基于纠错码的公钥密码的基本思想是: 把纠错的方法作为私钥, 加密时对明文进行纠错编码，并主动加入一定数量的错误, 解密时运用私钥纠正错误, 恢复出明文.

McEliece利用Goppa码有快速译码算法的特点, 提出了第1个基于纠错编码的McEliece公钥密码体制［17］.该体制描述如下, 设G是二元Goppa码［n;k;d］的生成矩阵,其中n=2h;d=2t+1;k=n-ht,明密文集合分别为GF(2)k和GF(2)n.随机选取有限域GF(2)上的k阶可逆矩阵S和n阶置换矩阵P,并设G′=SGP,则私钥为,公钥为G′.如果要加密一个明文m∈GF(2)k,则计算c=mG′+z,这里z∈GF(2)n是重量为t的随机向量.要解密密文c, 首先计算cP-1=mSGPP-1+zP-1=mSG+zP-1,由于P是置换矩阵, 显然z与zP-1的重量相等且为t,于是可利用Goppa的快速译码算法将cP-1译码成m′= mS,则相应明文m= m′S-1.

1978年Berlekamp等证明了一般线性码的译码问题是NPC问题［18］，McEliece密码的安全性就建立在这一基础上.McEliece密码已经经受了30多年来的广泛密码分析,被认为是目前安全性最高的公钥密码体制之一.虽然McEliece 公钥密码的安全性高且加解密运算比较快, 但该方案也有它的弱点, 一是它的公钥尺寸太大，二是只能加密不能签名.

1986年Niederreiter提出了另一个基于纠错码的公钥密码体制［19］. 与McEliece密码不同的是它隐藏的是Goppa码的校验矩阵.该系统的私钥包括二元Goppa码［n;k;d］的校验矩阵H以及GF(2)上的可逆矩阵M和置换矩阵P.公钥为错误图样的重量t和矩阵H′=MHP.假如明文为重量为t 的n 维向量m, 则密文为c=mH′T .解密时,首先根据加密表达式可推导出z(MT )-1=mPTHT,然后通过Goppa码的快速译码算法得到mPT,从而可求出明文m .1994年我国学者李元兴、王新梅等［20］证明了Niederreiter密码与McEliece密码在安全性上是等价的.

McEliece密码和Niederreiter密码方案不能用于签名的主要原由是,用Hash算法所提取的待签消息摘要向量能正确解码的概率极低.2001年Courtois等提出了基于纠错码的CFS签名方案［21］.CFS 签名方案能做到可证明安全, 短签名性质是它的最大优点. 其缺点是密钥量大、签名效率低，影响了其实用性.

因此, 如何用纠错码构造一个既能加密又签名的密码, 是一个相当困难但却非常有价值的开放课题.

3.3 基于格的公钥密码

近年来,基于格理论的公钥密码体制引起了国内外学者的广泛关注.格上的一些难解问题已被证明是NP难的，如最短向量问题(SVP)、最近向量问题(CVP)等.基于格问题建立公钥密码方案具有如下优势:①由于格上的一些困难性问题还未发现量子多项式破译算法，因此我们认为基于格上困难问题的密码具有抗量子计算的性质.②格上的运算大多为线性运算,较RSA等数论密码实现效率高,特别适合智能卡等计算能力有限的设备.③根据计算复杂性理论,问题类的复杂性是指该问题类在最坏情况下的复杂度.为了确保基于该类困难问题的密码是安全的，我们希望该问题类的平均复杂性是困难的，而不仅仅在最坏情况下是困难的.Ajtai在文献［22］中开创性地证明了:格中一些问题类的平均复杂度等于其最坏情况下的复杂度.Ajtai和Dwork利用这一结论设计了AD公钥密码方案［23］.这是公钥密码中第1个能被证明其任一随机实例与最坏情况相当.尽管AD公钥方案具有良好的安全性, 但它的密钥量过大以及实现效率太低、而缺乏实用性.

1996年Hoffstein、Pipher和Silverman提出NTRU(Number Theory Research Unit)公钥密码［24］. 这是目前基于格的公钥密码中最具影响的密码方案.NTRU的安全性建立在在一个大维数的格中寻找最短向量的困难性之上.NTRU 密码的优点是运算速度快，存储空间小.然而, 基于NTRU的数字签名方案却并不成功.

2000年Hoffstein等利用NTRU格提出了NSS签名体制［25］, 这个体制在签名时泄露了私钥信息,导致了一类统计攻击,后来被证明是不安全的.2001年设计者改进了NSS 体制,提出了R-NSS 签名体制［26］,不幸的是它的签名仍然泄露部分私钥信息.Gentry 和Szydlo 结合最大公因子方法和统计方法,对R-NSS 作了有效的攻击.2003年Hoffstein等提出了NTRUSign数字签名体制［27］.NTRUSign 签名算法较NSS与R-NSS两个签名方案做了很大的改进,在签名过程中增加了对消息的扰动, 大大减少签名中对私钥信息的泄露, 但却极大地降低了签名的效率, 且密钥生成过于复杂.但这些签名方案都不是零知识的,也就是说,签名值会泄露私钥的部分相关信息.以NTRUSign 方案为例,其推荐参数为(N;q;df;dg;B;t;N)= (251;128;73;71;1;"transpose";310),设计值保守推荐该方案每个密钥对最多只能签署107 次,实际中一般认为最多可签署230次.因此，如何避免这种信息泄露缺陷值得我们深入研究.2008 年我国学者胡予濮提出了一种新的NTRU 签名方案［28］，其特点是无限制泄露的最终形式只是关于私钥的一组复杂的非线性方程组，从而提高了安全性.总体上这些签名方案出现的时间都还较短，还需要经历一段时间的安全分析和完善.

由上可知，进一步研究格上的困难问题，基于格的困难问题设计构造既能安全加密又能安全签名的密码，都是值得研究的重要问题.

3.4 MQ公钥密码

MQ公钥密码体制, 即多变量二次多项式公钥密码体制(Multivariate Quadratic Polynomials Public Key Cryptosystems).以下简称为MQ密码.它最早出现于上世纪80年代,由于早期的一些MQ密码均被破译,加之经典公钥密码如RSA算法的广泛应用,使得MQ公钥算法一度遭受冷落.但近10年来MQ密码的研究重新受到重视,成为密码学界的研究热点之一.其主要有3个原因:一是量子计算对经典公钥密码的挑战;二是MQ密码孕育了代数攻击的出现［29-31］,许多密码(如AES)的安全性均可转化为MQ问题,人们试图借鉴MQ密码的攻击方法来分析这些密码,反过来代数攻击的兴起又带动了MQ密码的蓬勃发展;三是MQ密码的实现效率比经典公钥密码快得多.在目前已经构造出的MQ密码中, 有一些非常适用于智能卡、RFID、移动电话、无线传感器网络等计算能力有限的设备, 这是RSA等经典公钥密码所不具备的优势.

MQ密码的安全性基于有限域上的多变量二次方程组的难解性.这是目前抗量子密码学领域中论文数量最多、最活跃的研究分支.

设U、T 是GF(q)上可逆线性变换(也叫做仿射双射变换),而F 是GF(q)上多元二次非线性可逆变换函数,称为MQ密码的中心映射.MQ密码的公钥P为T 、F 和U 的复合所构成的单向陷门函数,即P = T•F•U,而私钥D 由U、T 及F 的逆映射组成,即D = {U -1; F -1; T -1}.如何构造具有良好密码性质的非线性可逆变换F是MQ密码设计的核心.根据中心映射的类型划分,目前MQ密码体制主要有:Matsumoto-Imai体制、隐藏域方程(HFE) 体制、油醋(OV)体制及三角形(STS)体制［32］.

1988年日本的Matsumoto和Imai运用"大域-小域"的原理设计出第1个MQ方案,即著名的MI算法［33］.该方案受到了日本政府的高度重视,被确定为日本密码标准的候选方案.1995年Patarin利用线性化方程方法成功攻破了原始的MI算法［34］.然而,MI密码是多变量公钥密码发展的一个里程碑,为该领域带来了一种全新的设计思想,并且得到了广泛地研究和推广.改进MI算法最著名的是SFLASH签名体制［35］,它在2003年被欧洲NESSIE 项目收录,用于智能卡的签名标准算法.该标准签名算法在2007年美密会上被Dubois、Fouque、Shamir等彻底攻破［36］.2008年丁津泰等结合内部扰动和加模式方法给出了MI的改进方案［37-38］.2010年本文作者王后珍、张焕国也给出了一种SFLASH的改进方案［39-40］，改进后的方案可以抵抗文献［36］的攻击.但这些改进方案的安全性还需进一步研究.

1996年Patarin针对MI算法的弱点提出了隐藏域方程HFE(Hidden Field Equations)方案［41］.HFE可看作为是对MI的实质性改进.2003 年Faugere利用F5算法成功破解了HFE体制的Challenge-1［42］.HFE主要有2种改进算法.一是HFEv-体制,它是结合了醋变量方法和减方法改进而成,特殊参数化HFEv-体制的Quartz签名算法［43］.二是IPHFE体制［44］,这是丁津泰等结合内部扰动方法对HFE的改进.这2种MQ密码至今还未发现有效的攻击方法.

油醋(OilVinegar)体制［45］是Patarin在1997年利用线性化方程的原理,构造的一种MQ公钥密码体制.签名时只需随机选择一组醋变量代入油醋多项式,然后结合要签名的文件,解一个关于油变量的线性方程组.油醋签名体制主要分为3类:1997年Patarin提出的平衡油醋(OilVinegar)体制, 1999年欧密会上Kipnis、Patarin 和Goubin 提出的不平衡油醋(Unbalanced Oil and Vinegar)体制［46］以及丁津泰在ACNS2005会议上提出的彩虹(Rainbow)体制［47］.平衡的油醋体制中,油变量和醋变量的个数相等，但平衡的油醋体制并不安全.彩虹体制是一种多层的油醋体制,即每一层都是油醋多项式,而且该层的所有变量都是下一层的醋变量,它也是目前被认为是相对安全的MQ密码之一.

三角形体制是现有MQ密码中较为特殊的一类,它的签名效率比MI和HFE还快,而且均是在较小的有限域上进行.1999年Moh基于Tame变换提出了TTM 密码体制［48］,并在美国申请了专利.丁津泰等指出当时所有的TTM实例均满足线性化方程.Moh等随后又提出了一个新的TTM 实例,这个新的实例被我国学者胡磊、聂旭云等利用高阶线性化方程成功攻破［49］.目前三角形体制的设计主要是围绕锁多项式的构造、结合其它增强多变量密码安全性的方法如加减(plus-minus) 模式以及其它的代数结构如有理映射等.

我国学者也对MQ密码做了大量研究，取得了一些有影响的研究成果.2007年管海明引入单向函数链对MQ密码进行扩展,提出了有理分式公钥密码系统［50］.胡磊、聂旭云等利用高阶线性化方程成功攻破了Moh提出的一个TTM新实例［51］.2010年本文作者王后珍、张焕国给出了一种SFLASH的改进方案［39-40］.2010年王后珍、张焕国基于扩展MQ，设计了一种Hash函数［52-53］，该Hash函数具有一些明显的特点.同年，王后珍、张焕国借鉴有理分式密码单向函数链的思想［52］，对MQ密码进行了扩展，设计了一种新的抗量子计算扩展MQ密码［54］.这些研究对于扩展MQ密码结构，做了有益的探索.但是这些方案提出的时间较短，其安全性有待进一步分析.

根据上面的介绍,目前还没有一种公认安全的MQ公钥密码体制.目前MQ公钥密码的主要缺点是:只能签名,不能安全加密(加密时安全性降低)，公钥大小较长，很难设计出既安全又高效的MQ公钥密码体制.

3.5 小结

无论是量子密码、DNA密码，还是基于量子计算不擅长计算的那些数学问题所构建的密码，都还存在许多不完善之处，都还需要深入研究.

量子保密通信比较成熟的是，利用量子器件产生随机数作为密钥，再利用量子通信分配密钥，最后按“一次一密”方式加密.在这里，量子的作用主要是密钥产生和密钥分配，而加密还是采用的传统密码.因此，严格说这只能叫量子保密，尚不能叫量子密码.另外，目前的量子数字签名和认证方面还存在一些困难.

对于DNA密码，目前虽然已经提出了DNA传统密码和DNA公钥密码的概念和方案，但是理论和技术都还不成熟［9-10］.

对于基于量子计算不擅长计算的那些数学问题所构建的密码，现有的密码方案也有许多不足.如，Merkle树签名可以签名，不能加密；基于纠错码的密码可以加密，签名不理想；NTRU密码可以加密，签名不理想；MQ密码可以签名，加密不理想.这说明目前尚没有形成的理想的密码体制.而且这些密码的安全性还缺少严格的理论分析.

总之，目前尚未形成理想的抗量子密码.

4 我们的研究工作

我们的研究小组从2007年开始研究抗量子计算密码.目前获得了国家自然科学基金等项目的支持，并取得了以下2个阶段性研究成果.

4.1 利用多变量问题，设计了一种新的Hash函数

Hash 函数在数字签名、完整性校验等信息安全技术中被广泛应用.目前 Hash 函数的设计主要有3类方法:①直接构造法.它采用大量的逻辑运算来确保Hash函数的安全性. MD系列和SHA系列的Hash函数均是采用这种方法设计的.②基于分组密码的Hash 函数，其安全性依赖于分组密码的安全性.③基于难解性问题的构造法.利用一些难解性问题诸如离散对数、因子分解等来构造Hash 函数.在合理的假设下，这种Hash函数是可证明安全的，但一般来讲其效率较低.

我们基于多变量非线性多项式方程组的难解性问题，构造了一种新的Hash 函数［54-55］.它的安全性建立在多变量非线性多项式方程组的求解困难性之上.方程组的次数越高就越安全，但是效率就越低.它的效率主要取决多变量方程组的稀疏程度，方程组越稀疏效率就越高，但安全性就越低.我们可以权衡安全性和效率来控制多变量多项式方程组的次数和稠密度，以构造出满足用户需求的多变量Hash 函数.

4.2 对MQ密码进行了扩展，把Hash认证技术引入MQ密码，得到一种新的扩展MQ密码

扩展MQ密码的基本思想是对传统MQ密码的算法空间进行拓展. 如图1所示, 我们通过秘密变换L将传统MQ密码的公钥映G:GF(q)nGF(q)n, 拓展隐藏到更大算法空间中得到新的公钥映射G′:GF(q)n+δGF(q)n+μ, 且G′的输入输出空间是不对称的, 原像空间大于像空间(δ＞|μ|), 即具有压缩性, 但却并未改变映射G的可逆性质. 同时, 算法空间的拓展破坏了传统MQ密码的一些特殊代数结构性质, 从攻击者的角度, 由于无法从G′中成功分解出原公钥映射G, 因此必须在拓展空间中求解更大规模的非线性方程组G′, 另外, 新方案中引入Hash认证技术, 攻击者伪造签名时, 伪造的签名不仅要满足公钥方程G′、 还要通过Hash函数认证, 双重安全性保护极大地提升了传统MQ公钥密码系统的安全性. 底层MQ体制及Hash函数可灵活选取, 由此可构造出一类新的抗量子计算公钥密码体制.这种扩展MQ密码的特点是，既可安全签名，又可安全加密［56］.

我们提出的基于多变量问题的Hash函数和扩展MQ密码，具有自己的优点，也有自己的缺点.其安全性还需要经过广泛的分析与实践检验才能被实际证明.

5 今后的研究工作

5.1 量子信息论

量子信息建立在量子的物理属性之上，由于量子的物理属性较之电子的物理属性有许多特殊的性质，据此我们估计量子的信息特征也会有一些特殊的性质.这些特殊性质将会使量子信息论对经典信息论有一些新的扩展.但是，具体有哪些扩展，以及这些新扩展的理论体系和应用价值体现在哪里？我们尚不清楚.这是值得我们研究的重要问题.

5.2 量子计算理论

这里主要讨论量子可计算性理论和量子计算复杂性理论.

可计算性理论是研究计算的一般性质的数学理论.它通过建立计算的数学模型，精确区分哪些是可计算的，哪些是不可计算的.如果我们研究清楚量子可计算性理论，将有可能构造出量子计算环境下的绝对安全密码.但是我们目前对量子可计算性理论尚不清楚，迫切需要开展研究.

计算复杂性理论使用数学方法对计算中所需的各种资源的耗费作定量的分析，并研究各类问题之间在计算复杂程度上的相互关系和基本性质.它是密码学的理论基础之一，公钥密码的安全性建立在计算复杂性理论之上.因此，抗量子计算密码应当建立在量子计算复杂性理论之上.为此，应当研究以下问题.

1） 量子计算的问题求解方法和特点.量子计算复杂性建立在量子图灵机模型之上，问题的计算是并行的.但是目前我们对量子图灵机的计算特点及其问题求解方法还不十分清楚，因此必须首先研究量子计算问题求解的方法和特点.

2） 量子计算复杂性与传统计算复杂性之间的关系.与电子计算机环境的P问题、NP问题相对应, 我们记量子计算环境的可解问题为QP问题, 难解问题为QNP问题.目前人们对量子计算复杂性与传统计算复杂性的关系还不够清楚，还有许多问题需要研究.如NP与QNP之间的关系是怎样的？ NPC与QP的关系是怎样的？NPC与QNP的关系是怎样的？能否定义QNPC问题？这些问题关系到我们应基于哪些问题构造密码以及所构造的密码是否具有抗量子计算攻击的能力.

3） 典型难计算问题的量子计算复杂度分析.我们需要研究传统计算环境下的一些NP难问题和NPC问题，是属于QP还是属于QNP问题？

5.3 量子计算环境下的密码安全性理论

在分析一个密码的安全性时，应首先分析它在电子计算环境下的安全性，如果它是安全的，再进一步分析它在量子计算环境下的安全性.如果它在电子计算环境下是不安全的，则可肯定它在量子计算环境下是不安全的.

1） 现有量子计算攻击算法的攻击能力分析.我们现在需要研究的是Shor算法除了攻击广义离散傅里叶变换以及HSP问题外，还能攻击哪些其它问题？如果能攻击，攻击复杂度是多大？

2) 寻找新的量子计算攻击算法.因为密码的安全性依赖于新攻击算法的发现.为了确保我们所构造的密码在相对长时间内是安全的，必须寻找新的量子计算攻击算法.

3) 密码在量子计算环境下的安全性分析.目前普遍认为, 基于格问题、MQ问题、纠错码的译码问题设计的公钥密码是抗量子计算的.但是，这种认识尚未经过量子计算复杂性理论的严格的论证.这些密码所依赖的困难问题是否真正属于QNP问题？这些密码在量子计算环境下的实际安全性如何？只有经过了严格的安全性分析，我们才能相信这些密码.

5.4 抗量子计算密码的构造理论与关键技术

通过量子计算复杂性理论和密码在量子计算环境下的安全性分析的研究，为设计抗量子计算密码奠定了理论基础，并得到了一些可构造抗量子计算的实际困难问题.但要实际设计出安全的密码，还要研究抗量子计算密码的构造理论与关键技术.

1) 量子计算环境下的单向陷门设计理论与方法.理论上，公钥密码的理论模型是单向陷门函数.要构造一个抗量子计算公钥密码首先就要设计一个量子计算环境下的单向陷门函数.单向陷门函数的概念是简单的，但是单向陷门函数的设计是困难的.在传统计算复杂性下单向陷门函数的设计已经十分困难，我们估计在量子计算复杂性下单向陷门函数的设计将更加困难.

2） 抗量子计算密码的算法设计与实现技术.有了单向陷门函数，还要进一步设计出密码算法.有了密码算法，还要有高效的实现技术.这些都是十分重要的问题.都需要认真研究才能做好.

6 结语

量子计算时代我们使用什么密码，是摆在我们面前的重大战略问题.研究并建立我国独立自主的抗量子计算密码是我们的唯一正确的选择.本文主要讨论了基于量子计算机不擅长计算的数学问题所构建的一类抗量子计算的密码，介绍了其发展现状，并给出了进一步研究的建议.

参考文献:

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［50］管海明.有理分式公钥密码体制［C］//第五届中国信息与通信安全学术会议（CCICS’2007）论文集.科学出版社,2007:135-141.

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［52］王后珍,张焕国.多变量Hash函数的构造理论与方法［J］.中国科学:信息科学版,2010,40(10):1299-1311.

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［54］王后珍, 张焕国.一种新的轻量数字签名方法［J］.通信学报,2010(11):25-29.

收稿日期:2011-04-20.

第4篇：量子计算论文范文

但是，自从1978年克劳瑟和1982年阿斯佩验证了贝尔不等式不成立之后，相对论的基础——光速不变，或者说，光速是自然运动的极限这一“金科玉律”被否认。

特别是以后的关于多光子的量子纠缠的实验研究，更是证明了在量子世界中，相互作用可以超越空间、超越光速，是非定域的。以至于有的物理学家开玩笑说，在量子世界中存在“精灵古怪”，当然这只是万般无奈的物理学家自我嘲讽的一种方式。

在量子世界中，相对论的基本假设完全失效，已成为21世纪物理学一个最具挑战性的难题。

EPR关联之谜

量子理论被建立之后，关于量子理论的哲学基础，存在着以爱因斯坦这些古典式物理学家为首的柏林学派和以玻尔那群新生代物理学家为代表的哥本哈根学派的争论。

在历次索尔维会议上，爱因斯坦和玻尔两大阵营就量子理论的哲学基础进行过数场针锋相对的辩论。最后，爱因斯坦和玻尔之间的辩论因希特勒上台之后迫害犹太人，爱因斯坦被迫离开德国而结束。

来到美国普林斯顿定居的爱因斯坦和他的两位年轻同事波多尔斯基与罗森，在20世纪30年代又向远在欧洲大陆的玻尔发难，这次的发难是针对“测不准原理”。挑战的论文按三位作者名字的第一个英文字母缩写，被简称为EPR佯谬。

EPR佯谬是这样的。

设想处于所谓单态的一对粒子（比如电子），它们的自旋互相抵消，这样总自旋就为零。假设粒子A和粒子B被分开，沿某一个方向测定粒子A的自旋，结果为“向上”；由于这个粒子对的自旋为零，这就意味着，沿同一方向测定粒子B的自旋总是“向下”的。

但是，按照以玻尔为代表的哥本哈根学派的解释，粒子A的自旋在被测定之前是没有确定值的。在测定粒子A自旋的时候，必然会对粒子B产生瞬间的作用，使B的自旋波函数坍缩至相反的状态，即“向下”的状态。而这种异乎寻常的作用机制要求有超距相互作用，或者超光速的传递。但这在相对论看来，是不允许的。

爱因斯坦和他的合作者确信，这一现象预示了量子理论和相对论的冲突，因而量子理论是不完备的。这个重要的观点，就是爱因斯坦学派的“可分离原则”，也就是后来所谓的“局域性原理”。当爱因斯坦有关局域性原理的论文被玻尔看到后，玻尔的反应很平淡。他还是哥本哈根学派的老观点，认为“主客体不可分”，坚持粒子行为的概率解释，认为微观世界有不同于宏观世界的“特殊规律”，EPR关联并不说明量子理论的不完备性。

显然，玻尔的回答过于苍白无力，没有涉及EPR关联之谜的核心：一旦EPR关联存在，经典的量子理论和相对论将会严重冲突。

在20世纪30年代后的很长一段时间里，对于如何验证EPR关联，许多一流物理学家都试图尝试，但无一例成功。1960年，天才的北爱尔兰物理学家贝尔利用欧洲粒子研究中心的1年学术休假潜心研究，最终提出了一种大胆的不等式来检验EPR关联之谜。

贝尔不等式的提出与验证

为了推导出不等式，贝尔引用了前人一些公认的经典理论，此外他假定爱因斯坦的局域性原理是正确的。如果将来有实验验证了这个不等式不成立，那么不是量子理论的前提错误，就是自然界存在的“非局域性”导致了不等式的不成立。

1978年，美国加利福尼亚大学伯克利分校的克劳瑟，以及1982年法国巴黎的阿斯佩，都相继在实验上发现了贝尔不等式不成立的实验证据。实验证实，尽管从表面上看局域性有道理，但是，量子世界实际上是由一种看不见的未知原理所支配的，它不需要中介，以超光速作用或者瞬时作用相联系。这对相对论中“运动不能超光速”的观点无疑是最沉重的打击。

近年，物理学家已经将光子作用的数量从早先的2个光子提高到8个光子，同样违反贝尔不等式。同时，物理学家在20世纪90年代初又为这一现象取了一个名字，也就是“量子纠缠”。

目前，物理学家正在将光子作用的数量推广到16个光子的体系。

量子纠缠对当代物理学的冲击

量子纠缠已被发现40年了。目前，物理学家正在将其推广至多光子体系，并试图用量子纠缠实现远距离通讯，以及开发量子计算机等等。

量子纠缠的非局域性特征是对经典相对论的巨大冲击。相对论的第一个经验假设——光速不变原理，在量子纠缠的存在下失效了。在量子纠缠的世界中，粒子之间的相互作用可以是超越时空的瞬时作用，它甚至不需要任何中介媒质。但是，直到今天，为什么在量子体系中会存在“超越时空的‘瞬时作用”’这种显然和相对论冲突的现象，物理学家仍然一无所知，只是在黑暗之中猜测。

近年，有学者提出了一个“相位空间理论”的观点，并试图以此来解释量子纠缠。但是，由于这个理论依然建立在经典的量子理论基础上，没有什么新的物理学原理被加入，所以，只是作为一种尝试，并没有得到物理学界的认同。

同样，也有人试图修改相对论以使其和量子理论兼容，但是，却绕不开以光速不变为前提的基本假设。

可以这样说，在这个已被发现了40年之久的新的量子纠缠的世界中，当代物理学家仍然一筹莫展。承认量子纠缠的存在，就等于承认在量子世界中相对论的基本假设之一——光速不变原理——是错误的，这样，整个相对论物理学的大厦将被颠覆。但是，为了一个未来的、新的物理学大厦，超越相对论是必须的。

科学的进步总是在新发现的基础上提出新的理论取代旧的理论。源于20世纪30年代的EPR关联之谜，到了20世纪80年代得到实验验证，从而引出量子纠缠这一新现象。这一奇特的现象挑战了已经历经一个多世纪风雨的相对论中的基本假设（光速不变，即光速是自然界运动的极限），也为相对论的终结打开了希望之门。

第5篇：量子计算论文范文

在电子技术中应运中，近似计算贯穿其始终。然而，没有近似计算是不可想象的。而精确计算在电子技术中往往行不通，也没有其必要。尽管近似计算会引入一定的误差，但这个误差控制得好，不会对分析其它电路产生大的影响。所以关键在于我们如何掌握，特别是如何应用近似计算。

在工作点稳定电路中的应用要进行静态分析，就必须求出三极管的基电压，必须忽略三极管静态基极电流。这样，我们得到三极管的基射电子的相关过程及结论。

二、纳米电子技术急需解决的若干关键问题

由于纳米器件的特征尺寸处于纳米量级，因此，其机理和现有的电子元件截然不同，理论方面有许多量子现象和相关问题需要解决，如电子在势阱中的隧穿过程、非弹性散射效应机理等。尽管如此，纳米电子学中急需解决的关键问题主要还在于纳米电子器件与纳米电子电路相关的纳米电子技术方面，其主要表现在以下几个方面。

（1）纳米Si基量子异质结加工

要继续把现有的硅基电子器件缩小到纳米尺度，最直截了当的方法是采用外延、光刻等技术制造新一代的类似层状蛋糕的纳米半导体结构。其中，不同层通常是由不同势能的半导体材料制成的，构建成纳米尺度的量子势阱，这种结构称作“半导体异质结”。

（2）分子晶体管和导线组装纳米器件即使知道如何制造分子晶体管和分子导线，但把这些元件组装成一个可以运转的逻辑结构仍是一个非常棘手的难题。一种可能的途径是利用扫描隧道显微镜把分子元件排列在一个平面上；另一种组装较大电子器件的可能途径是通过阵列的自组装。尽管，PurdueUniversity等研究机构在这个方向上取得了可喜的进展，但该技术何时能够走出实验室进入实用，仍无法断言。

（3）超高密度量子效应存储器

超高密度存储量子效应的电子“芯片”是未来纳米计算机的主要部件，它可以为具备快速存取能力但没有可动机械部件的计算机信息系统提供海量存储手段。但是，有了制造纳米电子逻辑器件的能力后，如何用这种器件组装成超高密度存储的量子效应存储器阵列或芯片同样给纳米电子学研究者提出了新的挑战。

（4）纳米计算机的“互连问题”

一台由数万亿的纳米电子元件以前所未有的密集度组装成纳米计算机注定需要巧妙的结构及合理整体布局，而整体结构问题中首当其冲需要解决的就是所谓的“互连问题”。换句话说，就是计算结构中信息的输入、输出问题。纳米计算机要把海量信息存储在一个很小的空间内，并极快地使用和产生信息，需要有特殊的结构来控制和协调计算机的诸多元件，而纳米计算元件之间、计算元件与外部环境之间需要有大量的连接。就现有传统计算机设计的微型化而言，由于电线之间要相互隔开以避免过热或“串线”，这样就有一些几何学上的考虑和限制，连接的数量不可能无限制地增加。因此，纳米计算机导线间的量子隧穿效应和导线与纳米电子器件之间的“连接”问题急需解决。

（5）纳米/分子电子器件制备、操纵、设计、性能分析模拟环境

当前，分子力学、量子力学、多尺度计算、计算机并行技术、计算机图形学已取得快速发展，利用这些技术建立一个能够完成纳米电子器件制备、操纵、设计与性能分析的模拟虚拟环境，并使纳米技术研究人员获得虚拟的体验已成为可能。但由于现有计算机的速度、分子力学与量子力学算法的效率等问题，目前建立这种迅速、敏感、精细的量子模拟虚拟环境还存在巨大困难。

三、交互式电子技术手册

交互式电子技术手册经历了5个发展阶段，根据美国国防部的定义：加注索引的扫描页图、滚动文档式电子技术手册、线性结构电子技术手册、基于数据库的电子技术手册和集成电子技术手册。目前真正意义上的集成了人工智能、故障诊断的第5类集成电子技术手册并不存在，大多数电子技术手册基本上位于第4类及其以下的水平。需要声明的是，各类电子技术手册虽然代表不同的发展阶段，但是各有优点，较低级别的电子技术手册目前仍然有着各自的应用价值。由于类以上的电子技术手册在信息的组织、管理、传递、获取方面具有明显的优点。

简单的说，电子技术手册就是技术手册的数字化。为了获取信息的方便，数字化后的数据需要一个良好的组织管理和提供给用户的形式，电子技术手册的发展就是围绕这一过程来进行的。

四、电子技术在时间与频率标准中的应用

时间和频率是描述同一周期现象的两个参数，可由时间标准导出频率标准，两者可共用的一个基准。

1952年国际天文协会定义的时间标准是基于地球自转周期和公转周期而建立的，分别称为世界时（UT）和历书时（ET）。这种基于天文方面的宏观计时标准，设备庞大，操作麻烦，精度仅达10-9。随着电子技术与微波光谱学的发展，产生了量子电子学、激光等新技术，由此出现了一种新颖的频率标准——量子频率标准。这种频率标准是利用原子能级跃迁时所辐射的电磁波频率作为频率标准。目前世界各国相继作成各种量子频率标准，如（133Cs）频标、铷原子频标、氢原子作成的氢脉泽频标、甲烷饱和以及吸收氦氖激光频标等等。这样做后，将过去基于宏观的天体运动的计时标准，改变成微观的原子本身结构运动的时间基准。这一方面使设备大为简化，体积、重量大减小；另一方面使频率标准的稳定度大为提高（可达10-12—10-14量级，即30万年——300万年差1秒）。1967年第13届国际计量大会正式通过决议，规定：“一秒等于133Cs原子基态两超精细能级跃迁的9192631770个周期所持续的时间”。该时间基准，发展了高精度的测频技术，大大有助于宇宙航行和空间探索，加速了现代微波技术和雷达、激光技术等的发展。而激光技术和电子技术的发展又为长度计量提供了新的测试手段。

总之，在探讨了近似计算在静态分析中的应用问题、纳米电子技术急需解决的若干关键问题和交互式电子技术应用手册后，广大科技工作者对电子技术在时间与频率标准中的应用知识的初步了解和认识。在当代高科技产业日渐繁荣，尖端信息普遍进入我们生活之中的同时，国家经济建设和和谐社会的构建离不开我们科技工作者对新理论的学习和新技术的应用，因此说，本文具有深刻的理论意义和广泛的实际应用价值是不足为虚的。

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第6篇：量子计算论文范文

论文摘要：针对郑州轻工业学院量子力学教学现状，结合“量子力学”的课程特点，立足于提高学生学习积极性和培养学生科学探索精神及创新能力，简要介绍了近年来在教学内容、教学方法、教学手段和考核方法等方面进行的一些改革尝试。

论文关键词：量子力学；教学改革；物理思想

“量子力学”是20世纪物理学对科学研究和人类文明进步的两大标志性贡献之一，已经成为物理学专业及部分工科专业最重要的基础课程之一，是学习“固体物理”、“材料科学”、“材料物理与化学”和“激光原理”等课程的重要基础。通过这门课程的学习，学生能熟练掌握量子力学的基本概念和基本理论，具备利用量子力学理论分析问题和解决问题的能力。同时，这门课程对培养学生的探索精神和创新意识及科学素养亦具有十分重要的意义。然而，“量子力学”本身是一门非常抽象的课程，众多学生谈“量子”色变，教学效果可想而知。如何激发学生学习本课程的热情，充分调动学生的积极性和主动性，提高量子力学的教学水平和教学质量，已经成为摆在教师面前的重要课题。近年来，笔者在借鉴前人经验的基础上，结合郑州轻工业学院（以下简称“我校”）教学实际，在“量子力学”的教学内容和教学方法方面做了一些有益的改革尝试，取得了较好的效果。

一、“量子力学”教学内容的改革

量子力学理论与学生长期以来接触到的经典物理体系相去甚远，尤其是处理问题的思路和手段与经典物理截然不同，但它们之间又不无关联，许多量子力学中的基本概念和基本理论是类比经典物理中的相关内容得出的。因此，在“量子力学”教学中，一方面需要学生摒弃在经典物理学习中形成的固有观念和认识，另一方面在学习某些基本概念和基本理论时又要求学生建立起与经典物理之间的联系以形成较为直观的物理图像，这种思维上的冲突导致学生在学习这门课程时困惑不堪。此外，这门课程理论性较强，众多学生陷于烦琐的数学推导之中，导致学习兴趣缺失。针对以上教学中发现的问题，笔者对“量子力学”课程的教学内容作了一些有益的调整。

1.理清脉络，强化知识背景

从经典物理所面临的困难出发，到半经典半量子理论的形成，最终到量子理论的建立，对量子力学的发展脉络进行细致的、实事求是的分析，特别是对量子理论早期的概念发展有一个准确清晰的理解，弄清楚到底哪些概念和原理是已经证明为正确并得到公认的，还存在哪些不完善的地方。这样一方面可使学生对量子力学中基本概念和基本理论的形成和建立的科学历史背景有一深刻了解，有助于学生理清经典物理与量子理论之间的界限和区别，加深他们对这些基本概念和基本理论的理解；另一方面，可使学生对蕴藏在这一历程中的智慧火花和科学思维方法有一全面的了解，有助于培养学生的创新意识及科学素养。比如：对于玻尔理论，由于对量子化假设很难用已经成形的经典理论来解释，学生往往会觉得不可思议，难以理解。为此，在讲解这部分内容时，很有必要介绍一下玻尔理论产生的历史背景，告诉学生在玻尔的量子化假设之前就已经出现了普朗克的量子论和爱因斯坦的光量子概念，且大量关于原子光谱的实验数据也已经被掌握，之前卢瑟福提出的简单行星模型却与经典物理理论及实验事实存在严重背离。为了解决这些问题，玻尔理论才应运而生。在用量子力学求解氢原子定态波函数时，还可以通过定态波函数的概率分布图，向学生介绍所谓的玻尔轨道并不是真实存在的，只是电子出现几率比较大的区域。通过这样讲述，学生可以清晰地体会到玻尔理论的承上启下的作用，而又不至于将其与量子力学中的概念混为一谈。

2.重在物理思想，压缩数学推导

在物理学研究中，数学只是用来表述物理思想并在此基础上进行逻辑演算的工具，教师不能将深刻的物理思想淹没在复杂的数学形式之中。因此，在教学过程中，教师要着重于加强基本概念和基本理论的讲授，把握这些概念和理论中所蕴含的物理实质。对一些涉及繁难数学推导的内容，在教学中刻意忽略具体数学推导过程，着重于使学生掌握其中的思想方法。例如：在一维线性谐振子问题的教学中，对于数学方面的问题，只要求学生能正确写出薛定谔方程、记住其结论即可，重点放在该类问题所蕴含的物理意义及对现成结论的应用上。这样，学生就不会感到枯燥无味，而能始终保持较高的学习热情。

二、教学方法改革

传统的“填鸭式”教学法把课堂变成了教师的“一言堂”，使得学生在教学活动中始终处于被动接受地位，极大地压制了学生学习的主观能动性，十分不利于知识的获取以及对学生创新能力及科学思维的培养。而且，“量子力学”这门课程本身实验基础薄弱、理论性较强，物理图像不够直观，一味采取灌输式教学，学生势必感到枯燥，甚至厌烦。长期以往，学习积极性必然受挫，学习效果自然大打折扣。为了提高学生学习兴趣，激发其学习的积极性，培养其科学探索精神及创新能力，笔者在教学方法上进行了一些有益的探索。

1.发挥学生主体作用

除却必要的教学内容讲解外，每节课都留出一定的师生互动时间。教师通过创设问题情景，引导学生进行研究讨论，或者针对已讲授内容，使学生对已学内容进行复习、总结、辨析，以加深理解；或者针对未讲授内容，激发学生学习新知识的兴趣（比如，在讲授完一维无限深方势阱和一维线性谐振子这两个典型的束缚态问题后就可引导学生思考“非束缚态下微观粒子又将表现出什么样的行为”），这样学生就会积极地预习下节内容；或者选择一些有代表性的习题，让学生提出不同的解决办法，培养学生的创新能力。对于在课堂上不能解决的问题，积极鼓励学生利用图书馆及网络资源等寻求解决，培养学生的科学探索精神。此外，还可使学生自由组合，挑选他们感兴趣的与课程有关的题目进行讨论、调研并完成小组论文，这一方面激发学生的自主学习积极性，另一方面使其接受初步的科研训练，一举两得。 转贴于

2.注重构建物理图像

在实际教学中着重注意物理图像的构建，使学生对一些难以理解的概念和理论形成较为直观的印象，从而形成深刻的记忆和理解。例如：借助电子束衍射实验，通过三个不同的实验过程（强电子束、弱电子束及弱电子束长时间曝光），即可为实物粒子的波粒二象性构建出一幅清晰的物理图像；借助电子束衍射实验图像，再以光波类比电子波，即可凝练出波函数的统计解释；借助电子双缝衍射实验图像，可使学生更易接受和理解态叠加原理；借助解析几何中的坐标系，可很好地为学生建立起表象的物理图像。尽管这其中光波和电子波、坐标系和表象这些概念之间有本质上的区别，但借助这些学生已经熟知和深刻理解的概念，可使学生非常容易地接受和理解量子力学中难以言明的概念和理论，同时，也可使学生掌握这种物理图像的构建能力，对培养学生的创新思维具有非常积极地作用。

三、教学手段和考核方式改革

1.课程教学采用多种先进的教学方式

如安排小组讨论课，对难于理解的概念和规律进行讨论。先是各小组内讨论，再是小组间辩论，最后老师对各小组讨论和辩论的观点进行评述和指正。例如，在讲到微观粒子的波函数时，有的学生认为是全部粒子组成波函数，有的学生认为是经典物理学的波。这些问题的讨论激发了学生的求知欲望，从而进一步激发了学生对一些不易理解的概念和量子原理进行深入理解，直至最后充分理解这些内容。另外课程作业布置小论文，邀请国内外专家开展系列量子力学讲座等都是不错的方式。

2.坚持研究型教学方式

把课程教学和科研相结合，在教学过程中针对教学内容，吸取科研中的研究成果，通过结合最新的科研动态，向学生讲授在相关领域的应用以培养学生学习兴趣。在量子力学诞生后，作为现代物理学的两大支柱之一的现代物理学的每一个分支及相关的边缘学科都离不开量子力学这个基础，量子理论与其他学科的交叉越来越多。例如：基本粒子、原子核、原子、分子、凝聚态物理到中子星、黑洞各个层次的研究以量子力学为基础；量子力学在通信和纳米技术中的应用；量子理论在生物学中的应用；量子力学与正在研究的量子计算机的关系等，在教学中适当地穿插这些知识，扩大学生的知识面，消除学生对量子力学的片面认识，提高学生学习兴趣和主动性。

3.利用量子力学课程将人文教育与专业教学相结合

量子力学从诞生到发展的物理学史所包含的创新思维是迄今为止哪一门学科都难以比拟的。在19世纪末至20世纪初，经典物理学晴空万里，然而黑体辐射、光电效应、原子光谱等物理现象的实验结果严重冲击经典物理学理论，让经典物理学陷入危机四伏的境地。1900年，德国物理学家普朗克创造性地引入了能量子的概念，成功地解释了黑体辐射现象，量子概念诞生。1905年，爱因斯坦进一步完善了量子化观念，指出能量不仅在吸收和辐射时是不连续的（普朗克假设），而且在物质相互作用中也是不连续的。1913年，玻尔将量子化概念引入到原子中，成功解释了有近30年历史的巴尔末经验光谱公式。泡利突破玻尔半经典、半量子论的局限，给予了令玻尔理论不安的反常塞曼效应以合理解释。1924年，德布罗意突破普朗克能量子观念提出微观粒子具有波粒二象性，开始与经典理论分庭抗礼。和学生一起重温量子力学史的发展之路，在教学过程中展现量子力学数学形式之美，使学生在科学海洋中得到美的享受，从精神上熏陶他们的创新精神。

4.考试方式改革

在本课程的教学中采用了教考分离，通过小考题的形式复习章节内容，根据学生的实际水平适当辅导答疑，注重学生对量子力学基础知识理解的考核。对于评价系统的建立，其中平时成绩（包括作业、讨论、综合表现等）占30％，期末考试占70％。从实施的效果来看，督促了学生的学习，收到了较好的效果，受到学生的欢迎。

第7篇：量子计算论文范文

如果有人说，在物理世界中有一个百岁的“幽灵”，你会相信吗？

一百多年前，爱因斯坦也曾一直为这个“幽灵”――量子理论产生的种种现象所困惑。

如今，爱因斯坦逝世已逾六十载，可谜团仍未完全破解。因此，可以毫不夸张地说，量子理论就是这么一个“幽灵”。

在量子理论对世界的描述中，一个物体可以同时处于多个位置，粒子也可以无阻碍似地穿过障碍物，所有的物体都有“波粒二象性”，它既是粒子又是波，两个分得很开的物体也可以进行某种类似“精神性”的合作……

这些描述听上去令人毛骨悚然，不可捉摸。难怪量子理论创立者之一的玻尔说过：“如果一个人没有被量子力学所震惊，那么他就没有真正懂得量子力学。”

什么是“量子”

“量子”不是一种粒子，它是一个能量的最小单位。所有的微观粒子（包括分子、原子、电子、光子）都是量子的一种表现形态。

众所周知，世界是由微观粒子组成的。因此从某种意义上来说，世界本身就是由量子组成的。在物理学中提到“量子”时，实际上指的是微观世界的一种行为倾向：物质或者说粒子的能量和其他一些性质（统称为可观测物理量）都倾向于不连续的变化。

以光为例，我们说一个“光量子”，是因为一个光量子的能量是光能量变化的最小单位，光的能量是以光量子的能量为单位一份一份地变化的。其他的粒子情况也是类似的，例如，在没有被电离的原子中，绕核运动的电子的能量是“量子化”的，也就是说电子的能量只能取特定的离散的值。只有这样，原子才能稳定存在，我们才能解释原子辐射的光谱。不仅能量，对于原子中的电子，角动量也不再是连续变化的。

量子物理学告诉我们，电子绕原子核运动时也只能处在一些特定的运动模式上。在这些模式上，电子的角动量分别具有特定的数值，介于这些模式之间的运动方式是极不稳定的。即使电子暂时以其他的方式绕核运动，很快就必须回到特定运动模式上来。

实际上在量子物理学中，所有的物理量的值都可能必须不连续地、离散地变化。在上世纪初，物理学家马克斯・普朗克最早猜测到微观粒子的能量可能是不连续的。

出生于德国传统保守家庭的普朗克从小受到良好的教育，虽然具有音乐天赋，十分迷恋音乐，但仍旧立志献身于科学，研究物理。当他去慕尼黑大学时，一位物理学教授曾劝说他不要学习物理，因为“这门科学中的一切都已经被研究过了，只有一些不重要的空白需要填补”。教授的一席话正代表了当时大多数物理学家的心态。

然而执着的普朗克却表示：“我并不期望发现新大陆，只希望能理解已经存在的美丽的物理理论，或许能将其加深和发展那么一点点。”命运总是喜欢开玩笑。本来并未期望在物理研究中“发现新大陆”的普朗克，却在不经意间成为了量子力学的创始人。

当时，解释热力学中的辐射问题，主要有瑞利-金斯定律和维恩位移定律，前者适用于低频辐射，却无法解释高频率下的测量结果；而维恩位移定律可以正确反映高频率下的结果，但无法符合低频率下的结果。

如何才能导出一个新的公式，使得高频、低频下都能符合实验结果呢？普朗克使用了一种巧妙新颖的方法：运用玻尔兹曼的统计物理，把光当成一个一个的谐振子。在他的假设中，既然辐射的是一个一个的谐振子，也就是说在黑体辐射时，能量就不是连续地，而是一份一份地发射出来的。

据此，普朗克导出了一个新公式，这个公式在频率较小时自动回到瑞利-金斯公式，在频率较大时又自动回到维恩公式。因此，新公式能在所有的频率范围与实验结果符合。

1900年12月14日，在柏林亥姆霍兹研究所的德国物理学会上，普朗克宣读了关于这一结果的论文。而这一天也被物理学家们定为量子力学的诞生之日。

然而，这一发现并不是普朗克的初衷。作为一名传统而保守的物理学家，他只是按照科学方法办事，并未想要掀起一场革命，连他自己都不知道，自己已经把量子这个“妖精”引进了物理学。

普朗克有些后悔，认为自己制造的这个量子“妖精”破坏了物理学的完美。他曾历经15年的时间，试图寻求一种经典物理方法来导出同样的公式，解决黑体辐射问题，以便挽回“局面”。

然而，他没有成功。直到1905年，26岁的爱因斯坦利用光量子的假说圆满解释了光电效应；1913年，28岁的玻尔提出了量子化的原子结构理论；1923年，31岁的德布罗意提出了德布罗意波；1925年，24岁的海森堡创立了矩阵力学；1926年，37岁的薛定谔建立了薛定谔方程……量子力学才逐渐羽翼丰满，真正使人们看到了量子概念所闪现的耀眼光芒。

说一说“量子叠加”

量子有一个非常奇怪的特性――量子叠加。

什么是量子叠加？经典事件里可以用某个物体的两个状态代表0或1，比如一只猫，或者是死，或者是活，但不能同时处于死和活的状态中间。

但在量子世界，不仅有0和1的状态，某些时候像原子、分子、光子可以同时处于0和1状态相干的叠加。比如光子的偏振状态，在真空中传递的时候，可以沿水平方向振动，可以沿竖直方向振动，也可以处于45°斜振动，这个现象正是水平和竖直偏振两个状态的相干叠加。

这种所谓的量子相干叠加是量子世界与经典世界的根本区别。

著名的“薛定谔猫”形象地描述了这个佯谬。在经典世界里，猫要不然是活的，要不然是死的，然而一只量子的猫却可以处在“死”和“活”的叠加状态上。那么这只量子“薛定谔猫”到底是死的还是活的呢？

量子测量原理给出的答案是，如果你不去看这只猫，它既不是死的也不是活的！如果你去看这只猫，那么它也许是死的，也许是活的！

正因为有量子叠加状态，才导致量子力学不确定原理，即如果事先不知道单个量子状态，就不可能通过测量把状态的信息完全读取；不能读取就不能复制。这是量子的两个基本特性。

在量子叠加原理基础之上，衍生出了量子的另一个奇妙特性，叫做“量子纠缠”。比方说，甲、乙两人分处异地，两人同时玩一个游戏――掷骰子，甲在一地扔骰子，每次扔一下，1/6的概率随机得到1到6结果中的某一个；同时，乙在另一地掷骰子，尽管两人每一次单边结果都是随机的，但每一次的结果却是一模一样的，就好像是双胞胎心灵感应一样。这就是“量子纠缠”。

若两个量子粒子处在特殊的状态（俗称“纠缠态”）中，不管其空间分离得多远，当对其中一个粒子施行操作或测量，远处的另一个粒子状态会瞬时地发生相应的改变，爱因斯坦称这个现象为“幽灵般的超距作用”。当时，爱因斯坦认为，怎么会允许两个客体在遥远的两地之间有这种诡异的互动呢？据此，他质疑量子理论的完备性。

1982年，法国物理学家Alain Aspect和他的小组证实了“量子纠缠”的超距作用确实存在。

但直到2015年，荷兰代尔夫特理工大学物理学家Ronald Hanson领导的团队进行了一项被他们称之为“无漏洞贝尔测试”的实验，“幽灵般的超距作用”才得到比较严格的验证。

有了量子纠缠，量子隐形传输的概念便呼之欲出。

通俗来讲，量子隐形传输是将甲地某一粒子的未知量子态，在乙地的另一粒子上还原出来。由于量子力学的不确定原理和量子态不可克隆原理，限制我们将原量子态的所有信息精确地全部提取出来。因此必须将原量子态的所有信息分为经典信息和量子信息两部分，它们分别由经典通道和量子通道送到乙地。根据这些信息，在乙地构造出原量子态的全貌。

1997年，在奥地利留学的中国青年学者潘建伟与荷兰学者波密斯特等人合作，首次实现了未知量子态的远程传输。这是国际首次在实验上成功地将一个量子态从甲地的光子传送到乙地的光子上。

量子也可以“接地气”

多年来，科学家们努力运用量子世界种种奇异的性质开拓出适用于经典世界的新技术，将向来被公众认为高深莫测“诡异”的量子物理从云端落地到人世间，服务社会大众。

其实，量子理论是一门非常实用的学科。

早在第二次世界大战之前，它的原理就已经被运用于分析金属和半导体的电学和热学性质。战后，晶体管和激光器这两个运用量子理论原理且广为人知的装置，更是极大地推动了信息革命的发展。

到本世纪初，在我们的周围随处可见直接或间接运用量子理论的技术和装置。从常见的CD唱片机到庞大的现代光纤通信系统、从无水涂料到激光制动车闸、从医院的核磁共振成像仪到隧道扫描显微镜……量子技术已经渗透到我们的生活中。

另外，计算能力的飞跃也是量子理论的重要应用之一。在经典计算机中，每个比特都只有0和1这两种状态。但在量子计算中，每个比特可以处在0和1的叠加状态，一旦操纵的量子数目增多，它就会以指数增长的形式来提升运算速度，有并行运算的能力。

比如，利用万亿次经典计算机分解300位的大数需要15万年，利用万亿次量子计算机，只需要1秒。同样，在大数据和人工智能里，求解一个亿亿亿变量的方程组，利用目前最快的亿亿次“天河二号”计算机大概需要100年左右，但是如果利用万亿次的量子计算机，只需要0.01秒。

量子计算的应用非常广泛，不仅可以解决大规模的计算机难题，破解经典密码，进行气象预报、药物设计、金融分析、石油勘探，而且还能揭示新能源新材料、高温超导、量子霍尔效应等复杂的物理机制。不过，量子纠缠“分身术”的特性有一个更为直接的应用，便是量子保密通信。

现在被认为最安全的信息传递方式是光纤通讯。光缆能把所有的光能限制在光纤里，外面得不到能量，所以这个传输被认为是安全的。但随着科技发展，只需让光缆泄露哪怕很少一部分能量，我们就能够窃听光缆传递的信号。

这是因为经典通信的信号只有0和1，发生窃听时，这两种信号不会被扰动。比方说，两人打电话时，他人可通过窃听器从通信线路中的上千万个电子中分出一些电子，使其进入另一根线路，从而实现窃听，而通话者无法察觉。“棱镜门”等事件的曝光便是最好的例证。

而量子通信则完全不会出现这个问题，这是因为其密钥具有不可复制性和绝对安全性。一旦有人窃取密钥，整个通信信息就会“自毁”并告知使用者。比如，甲、乙二人要进行安全通信，甲发出的光子信息状态有水平、竖直、45°等，假设有人窃听，由于光子不可分割，首先窃听者根本无法分割出“半个光子”；其次，因为单次测量测不准、不可克隆的量子态特性，窃听者无法复制信息；倘若窃听者截获光子，乙就收不到信息，也就不存在窃听。

第8篇：量子计算论文范文

科学技术发展的总体目标（到2020年）：

・ 自主创新能力显著增强，科技促进经济社会发展和保障国家安全的能力显著增强，为全面建设小康社会提供强有力的支撑。

・ 基础科学和前沿技术研究综合实力显著增强，取得一批在世界具有重大影响的科学技术成果，进入创新型国家行列，为在本世纪中叶成为世界科技强国奠定基础。

科技工作的指导方针：

・ 自主创新，重点跨越，支撑发展，引领未来。

关键数字（到2020年）：

・ 全社会研究开发投入占GDP比重提高到 2.5%以上

・ 科技进步贡献率达到 60%以上

・ 对外技术依存度降低到 30%以下

・ 本国人发明专利年度授权量 进入世界前5位

・ 国际科学论文被引用数 进入世界前5位

关键数字：15

纲要涉及的时间段，从2006年到2020年

解读：科技部研究中心创业投资研究所所长 房汉廷

这个时间段是从“十一五”规划的开始到“十三五”规划的结束。其一，未来15年，人均GDP处于1000~3000美元区间，是社会各种矛盾的多发期、凸显期，同时也是机遇期。如果顺利通过这个时期，我国就能顺利成为中等发达国家；如果不顺利，就可能呈现出拉丁美洲国家的形态。其二，十六大报告中提到，到2020年实现人均GDP翻两番，实现小康社会。科学技术的发展，能为全面建设小康社会提供强有力的支撑。其三，中国有望在2020年实现和平崛起。我国传统的经济增长方式已经走到尽头，环境、资源等方面的压力，人民对幸福生活的追求，这些都要求我们转变经济增长方式。要解决未来的可持续性发展问题，中国的经济增长方式必须实现从要素驱动到技术/创新驱动的转变。

关键数字：2.5％

纲要提到，“到2020年，全社会研究开发投入占国内生产总值的比重提高到2．5％以上。”

解读：科技部研究中心创业投资研究所所长 房汉廷

研究开发投入是一个国家的战略投资，具有超前性。从国际上来看，按照统计规律，一个创新型国家的研究开发投入增长速度高于国民生产总值的增长速度。另外，当一个国家的全社会研究开发投入占国民生产总值的比重达到2%时，这个国家才具备基本的创新能力。2%是个临界点。芬兰的这个比重是3.5%，韩国是3%。低于2%，则这个国家基本处于老系统的维持状态，基本不具备创新能力。

在我国，这个比重目前是1.23%，有望在2006年实现一个跳跃式增长，然后进入稳定增长的状态。2020年时，中国的资源将更紧张，对创新的要求也会更高。如果预期目标实现，中国将在2020年年基本成为创新型国家。2.5%是一个并不难实现的目标。我们看到，南方的很多民营企业已经在主动地加大企业的研发投入。

关键数字：60％

纲要提到，到2020年，“力争科技进步贡献率达到60％以上”。

解读：科学技术部部长 徐冠华

我们现在要建设创新型国家，要自主创新，是由我们全面建设小康社会的目标所决定的。我们现在提出来到2020年要全面建设成小康社会，意味着从改革开放开始到2020年的40年里，中国的GDP平均增长率都要超过7%。经济增长率有两个很重要的决定性因素，一个是科技进步的贡献率，还有一个是投资率。我们现在如果要达到全面建设小康社会的目标，就意味着从现在起，如果保持目前的科技进步贡献率，也就是39%左右的水平，我们的投资率必须有大幅度的增加，至少要达到52%的高水平，而这几乎是完全不可能做到的。即使我们的投资率保持在目前40%的水平，都已经算是很高的了。那么，我们只有把科技进步贡献率从目前的40%左右提高到60%，才能够达到2020年的发展目标。

关键数字：30％

纲要提到，到2020年，“对外技术依存度降低到30％以下”。

解读：科学技术部高新技术和产业化司司长 廖小罕

科技竞争力排在我国前面的国家，他们的一个特点就是科技上的对外依存度都在30%以下，而我们国家目前的对外依存度是60%左右。

60%数字背后显现出的是我国科技自主创新的不足，这样的后果便是我国在经济上、国家安全上、国际贸易上都要受制于那些科技实力高于我们的国家。所以，我国首先要自主创新战略，力争在国际竞争中掌握自动权。自主创新也分为原始性创新、集成创新和引进消化吸收后创新三种不同的方式，而不是一定要完全从头开始研究。我们应该在全球范围内主动利用科技资源，形成国际化研发体系，提升国际科技合作的层次和规模。只有对外依存度数值降低，我们才可以掌握核心技术和产业链上重要环节的制控权，并最终落实到推动我国的经济发展和提高我国的国际竞争力上。

关键数字： 5

纲要指出，到2020年，本国人发明专利年度授权量进入世界前5位。

解读：

创新产出高是创新型国家的基本特征之一。世界公认的20个创新型国家拥有的发明专利总数占到全世界的99%。和一些具有较强创新能力的国家相比，中国虽然已具备一些基本条件，但离创新型国家还有一定距离。据了解，2005年国家知识产权局一共受理了17.3万项专利申请，其中本国人的申请达到53%左右。单就信息产业而言，本国人的专利授权量占总量的22%～30%。过去的三、四年是信息产业专利申请数猛增的一个阶段。

国务委员陈至立曾经在中国科协2005年学术年会上指出，我们要抓住信息技术更新换代和新材料技术迅猛发展的难得机遇，掌握装备制造业和信息产业核心技术的自主知识产权。充分表达了对自主知识产权的关注。

据业内人士分析，随着时间发展，达到本国人专利授权量世界第五的目标是很有希望的，情况理想的话还可能达到第三或第四。到2020年，我国将成为创新型国家，成为世界最重要的知识和技术产出国之一。

关键数字：5

纲要指出，到2020年，国际科学论文被引用数进入世界前5位

解读：中国科学技术信息研究所副所长 赵新力

目前，我国国际科技论文数量连续3年保持世界第5位，但论文的被引用数在世界排名刚刚从第18位上升到第14位。论文是展示科研成果的最快捷方式，也是国际上了解同行进展的主要渠道。“被引用数”则是最直接、最简洁地体现国际学术界认可程度的指标。

十五期间，我国在国际上能够被检索收录的论文总篇数（包括EI、SCI、STP、ISTP等）在整体上不断向前推移。目前在科技论文发展的道路上，主要的问题是受语言的限制。学术界应该共同创造更好的英文发展环境，培养国际上认可的精品期刊，在国内更多地举办国际性学术会议，提高科研人员用英文发表文章的能力和驱动力。

说这个目标没有挑战是不对的，但是按照目前我国科技人员的努力程度、国家对科学技术的支持程度和目前工作的加速度，我们对实现这个目标还是充满信心的。

信息产业作为国民经济的基础产业、先导产业和支柱产业，其在中国未来15年的科技发展中将扮演怎样的重要角色？透过纲要的总体部署中的关键数字，我们看到信息产业的重要作用和位置凸显出来：

重要性1：

11个重点领域中，信息产业及现代服务业为其中之一

重点领域的含义：是指在国民经济、社会发展和国防安全中重点发展、亟待科技提供支撑的产业和行业。

重要性2：

68项优先主题中有7项属于信息产业及现代服务业

优先主题含义：是指在重点领域中急需发展、任务明确、技术基础较好、近期能够突破的技术群。

确定优先主题的原则：一是有利于突破瓶颈制约，提高经济持续发展能力；二是有利于掌握关键技术和共性技术，提高产业的核心竞争力；三是有利于解决重大公益性科技问题，提高公共服务能力；四是有利于发展军民两用技术，提高国家安全保障能力。

信息产业及现代服务业领域的7个优先主题：

1. 现代服务业信息支撑技术及大型应用软件；

2. 下一代网络关键技术与服务；

3. 高效能可信计算机；

4. 传感器网络及智能信息处理；

5. 数字媒体内容平台；

6. 高清晰度大屏幕平板显示；

7. 面向核心应用的信息安全。

图1 信息产业在优先主题中的比重

重要性3：

16个重大专项中，4个与信息产业直接相关

重大专项含义：是为了实现国家目标，通过核心技术突破和资源集成，在一定时限内完成的重大战略产品、关键共性技术和重大工程，是我国科技发展的重中之重。

与信息产业直接相关的4个重大专项：

1. 核心电子器件；

2. 高端通用芯片及基础软件；

3. 极大规模集成电路制造技术及成套工艺；

4. 新一代宽带无线移动通信。

图2 信息产业在重大专项中的比重

重要性4：

27项前沿技术中，有3项属于信息技术

前沿技术的含义：是指高技术领域中具有前瞻性、先导性和探索性的重大技术，是未来高技术更新换代和新兴产业发展的重要基础，是国家高技术创新能力的综合体现。

信息技术领域的前沿技术：

1． 智能感知技术

重点研究基于生物特征、以自然语言和动态图像的理解为基础的“以人为中心”的智能信息处理和控制技术，中文信息处理；研究生物特征识别、智能交通等相关领域的系统技术。

2． 自组织网络技术

重点研究自组织移动网、自组织计算网、自组织存储网、自组织传感器网等技术，低成本的实时信息处理系统、多传感信息融合技术、个性化人机交互界面技术，以及高柔性免受攻击的数据网络和先进的信息安全系统；研究自组织智能系统和个人智能系统。

3． 虚拟现实技术

重点研究电子学、心理学、控制学、计算机图形学、数据库设计、实时分布系统和多媒体技术等多学科融合的技术，研究医学、娱乐、艺术与教育、军事及工业制造管理等多个相关领域的虚拟现实技术和系统。

图3 信息技术在前沿技术中的比重

重要性5：

4个重大科学研究计划中，其中之一与信息产业密切相关

重大科学研究计划的含义：根据世界科学发展趋势和我国重大战略需求，选择能引领未来发展，对科学和技术发展有很强带动作用，可促进我国持续创新能力迅速提高，同时具有优秀创新团队的研究方向，这些方向的突破，可显著提升我国的国际竞争力，大力促进可持续发展，实现重点跨越。

4个重大科学研究计划：其中的量子调控研究与信息产业密切相关

1． 蛋白质研究

2． 量子调控研究：以微电子为基础的信息技术将达到物理极限，对信息科技发展提出了严峻的挑战，人类必须寻求新出路，而以量子效应为基础的新的信息手段初露端倪，并正在成为发达国家激烈竞争的焦点。量子调控就是探索新的量子现象，发展量子信息学、关联电子学、量子通信、受限小量子体系及人工带隙系统，构建未来信息技术理论基础，具有明显的前瞻性，有可能在20～30年后对人类社会经济发展产生难以估量的影响。

3． 纳米研究

4． 发育与生殖研究

图4 信息产业在重大科学研究机会中的比重

网友评论

网友一：首先我要说，我本人也是干机械的，看了这个帖我快要流泪了，看着工厂中一个个外国名牌我心痛啊。每当我看到外国车时，我的心里是愧疚，对不起大家的感觉，因为我是搞制造的，可我知道咱们祖国连汽车外壳的曲面精加工都困难，更甭提发动机了。快点懂事吧，醒醒吧，别再沉迷于GDP又增长了，你看看咱们制造的产品的质量，心痛啊！

网友二：愿望是好的，实现目标靠的是人才和管理技术，的方式已经不现实了。

网友三：请创造一个以创新为荣、抄袭盗版为耻的文化，一个奖励创新、保护创新者权益的制度，一个公平透明的核查机制。

网友四：这是提高全民素质和综合国力的最佳手段！扩大基础设施投资拉动经济的时代已过去，要为15年后劳动力资源下降提前做准备。

网友五：好！不过要有税收政策的支持，要让创新的企业有钱赚。

网友六：切不可花拳秀腿哦，要以实际为主，现在的大学生工程师数量那么多，可真正能派上用场的却寥寥无几，先思考一下这个问题再说吧，中国人什么时候能打破靠关系成功，就有希望了。

网友七：观念很好，但应当出台好的政策避免高级人才的外流，科技创新需要更多的人才。

网友八：方向是不错，但怎么执行是问题，而且如何加强保密，保证成果不被他人窃取更成问题，国人的保密意识和措施一直都不怎么样。

网友九：良好的制度比大力倡导更起作用，现在内外资不公平的待遇是一个方面，我想肯定还有其它对国民创造力的限制，我们当前要做的是去掉那些不公平的制度，否则无论如何倡导也白搭！

网友十：目标诚可贵，实干价更高；若要得实现，两者须配合！

第9篇：量子计算论文范文

广州医科大学和中科院广州生物医药与健康研究院联合共建了呼吸疾病国家重点实验室，研制出携带荧光素酶的重组流感病毒IAV—luc。利用此“荧光流感病毒”病毒感染小鼠后，通过一个特殊的成像仪就可以观测到病毒感染的区域发出荧光。研究人员可以在活的动物，例如小鼠通过检测肺部发光而实时得知病毒感染的情况，从而可以对同一动物体内的病毒感染进行连续、实时的动态监测，具有操作简单、结果直观、灵敏度高等特点。（吴月辉）

宇宙最冷之地：回力棒星云的绝度零度

宇宙中最冷的地方-回力棒星云，仅比绝对零度高1度。宇宙中最冷的“回力棒星云”的温度只有1开氏度（约零下272摄氏度），是“宇宙中已知的最冷天体”。“回力棒星云”位于半人马星座，距离地球约5000光年。

智利天文学家表示，宇宙中最冷的地方是“回力棒星云”，那里的温度仅比绝对零度高1度。在绝对零度条件下，所有的原子都会冻结。“回力棒星云”位于半人马星座，距离地球约5000光年。他们说，“回力棒星云”的温度只有1开氏度（约零下272摄氏度），是“宇宙中已知的最冷天体”。“回力棒星云”是一个相对年轻的行星状星云，它正迅速膨胀，并在这个过程中耗尽能量，产生冷却效果，从而使自身温度保持在比周围温度还低的水平。捕捉到“回力棒星云”芳容的“阿尔马”设在阿塔卡马沙漠中海拔5000米的高原上，那里几乎没有任何湿气或植被，能对天空一览无余。

微型黑洞：如果“膜宇宙”的理论是正确的，那么我们的太阳系可能遍布着上千个迷你黑洞，每一个大小都在原子核大小，它们和那些大黑洞不一样，是宇宙大爆炸的遗留物，对时空的影响也不同，可能和第五维有着密切的关系。（申安）

部分坍塌的量子比特

可通过“自旋回声”恢复状态

在同一时间处于两种不同状态是量子比特的一个显著特点，测量量子比特会导致这种叠加态崩溃，使其塌缩成一个单一态。这个测量过程以及由此造成的量子比特坍塌似乎是不可逆转的。但据物理学家组织网11月12日（北京时间）报道，牛津大学的一个团队在《物理评论快报》上称，他们的实验证明，有一种方法可以原则上完美地恢复部分坍塌的单个量子比特的状态。该成果可用于量子系统中的质量控制。

开展这项研究的牛津大学物理学家J.A.谢尔曼等人解释说，对一个量子比特进行测量，如果导致其完全崩溃，该量子比特就可以塌缩至一个确定的状态；而如果只是局部崩溃，可以理解为只是“窥看”了量子比特一眼，因为这不过是在验证量子比特没有衰变。但问题在于，这种单纯的窥看行为往往也会改变量子比特的状态。因此，找到恢复的方法能够从根本上扭转窥看对量子比特的影响，从而使窥看变成一种非破坏性的量子质量控制技术。

可以用“薛定谔的猫”来想像一下这个局部坍塌的概念。“假设猫可以处于三种状态：快乐、悲伤或者死了，”谢尔曼说，“那么，这种方法只是检测猫究竟是死了还是没有，而无需了解猫是快乐还是悲伤。而快乐和悲伤混杂的量子状态在核实了猫还活着之后是可以得到积极地恢复的。”

物理学家们说，这种恢复量子比特的方法可以归纳为一个概念——自旋回声。自旋回声可以理解为一种让自旋“解开”的技术，该方法于2002年提出，2008年首次通过实验实现。他们对这种方法的准确性加以改进，使其失真度降低了一个量级，从而能够大幅恢复已经严重坍塌的量子比特的状态。比如，即使衰变的可能性高达80%，量子比特的信息内容也能被保存下来，且准确性超过98%。

但这种恢复方法并非完美无缺。量子比特的状态能否恢复，取决于它坍塌的程度，正如死猫无力回生一样，完全崩溃的量子比特恢复的可能性为零。尽管如此，该方法对于克服量子退相干仍非常有用，而退相干是发展量子系统面临的最大挑战之一。

“量子相干性是量子系统最大的弱点，因为所有的量子系统都会受到嘈杂环境和自发衰变的极大影响。”谢尔曼说，“要更完善地利用量子信息，就需要方法来检测和纠正这些随机误差。我们所描述的‘可逆窥看’方法是普遍适用的，并且在一个量子比特比其他的衰变更快（或对噪音更敏感）的情况下最有用。对于光子量子比特，‘可逆窥看’可以通过双折射光学系统和偏光器来实现。对于超导体量子比特，‘可逆窥看’可以利用微波脉冲来操作。而对于像我们实验中的原子量子比特，我们采用的是光脉冲和射频脉冲。‘可逆窥看’可能是促使这些量子计算架构从实验室走向真正广泛部署的有用设备的几种技术之一。”（陈丹）

最新研究称银河系中类地宜居行星普遍存在

据美国国家地理网站报道，一项最新研究指出，可能每5颗类太阳恒星的周围就隐藏着一颗在宜居带范围内运行的地球大小的系外行星。有关这项发现的于本周出版的《美国国家科学院学报》上，这一研究工作是在美国宇航局已经失效的开普勒望远镜遗留数据的统计学分析基础上得到的。

天文学家认为在所有和太阳相似的恒星中大约有22%可能拥有围绕其运行的小质量岩石行星，并且恰好位于宜居带范围内。在这一范围内运行的行星将会接收到与地球相似水平的光照。这项研究的第一作者，美国加州大学伯克利分校的天文学家杰夫·马西（Geoffrey Marcy）表示：“我们的研究结果显示大小与地球相仿的小型行星是普遍存在的。”

这一结果意味着，距离地球最近的与地球大小相似的系外行星可能就在大约12光年之外，这是一个非常近的距离。

马西在一份电子邮件中写道：“天文学家知道在我们太阳系周围距离最近的数千颗恒星的精确位置。而现在我们又了解到，大约每5颗类太阳恒星中就有一颗，其周围的宜居带范围内拥有至少一颗与地球大小相仿的岩石行星。”

他介绍说：“你可以想象从太阳系出发向外飞行，并在距离我们最近的一颗类太阳恒星附近停留，然后飞往下一颗，然后再下一颗，这样不断继续。当我们抵达第五站时，你已经越过了5颗与太阳相似的恒星了。平均来说，1/5的类太阳恒星在其周围宜居带中就会存在一颗与地球大小相仿的岩石行星，并且这颗行星上的温度适中。”