量子计算的原理精选(九篇)

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第1篇：量子计算的原理范文

关键词：人力资源；成本核算

Abstract: with the constant development of economy, the modern economic structure from production-oriented to science and technology service-oriented transformation has become a trend. This transformation makes human resource in enterprise production and management and the development of national economy has become more critical. In this paper, the author analyzes the human resources cost generation, form, valuation and how to effectively control and other aspects, has carried on the preliminary discussion.

Key words: human resource; cost accounting

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

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

一、人力资源成本分析

1.1人力资源成本的基本理论

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

1.2人力资源成本会计的特点

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

1.3 人力资源成本会计的构成

1.3.1取得成本

1）招募成本

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

2）选拔成本

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

3）录用成本

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

4）安置成本

安置成本是企业将所录用人员安排到确定的岗位上是所发生的各种费用。

1.3.2开发成本

1）定向成本

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

2）在职培训费

在职培训成本是在不脱离工作岗位的情况下对在职员工进行培训所发生的费用。

3）脱产培训成本

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

1.3.3使用成本

1） 维持成本

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

2）奖励成本

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

3）调剂成本

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

4）替代成本

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

二、人力资源成本会计核算与计量的必要性

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

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

人力资源管理的影响：

2.1 我国建立人力资源会计的必要性

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

1）获取企业信息的需要

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

2）优化人力资源配置的需要

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

2.2 人力资源会计核算与计量对于个人的必要性

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

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

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

2.3 成本会计核算与计量对于组织的必要性

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

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

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

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

三、企业人力资源成本核算与计量的现状与存在问题

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

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

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

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

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

四、结语

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

参考文献

［1］马武鑫，“人力资源的价值和报告理论讨论”，《上海会计》，2003年第 2 期

第2篇：量子计算的原理范文

【关键词】量子计算；量子计算机；量子算法；量子信息处理

1、引言

在人类刚刚跨入21山_纪的时刻，！日_界科技的重大突破之一就是量子计算机的诞生。德国科学家已在实验室研制成功5个量子位的量子计算机，而美国LosAlamos国家实验室正在进行7个量子位的量子计算机的试验。它预示着人类的信息处理技术将会再一次发生巨大的飞跃，而研究面向量子计算机以量子计算为基础的量子信息处理技术已成为一项十分紧迫的任务。

2、子计算的物理背景

任何计算装置都是一个物理系统。量子计算机足根据物理系统的量子力学性质和规律执行计算任务的装置。量子计算足以量子计算目L为背景的计算。是在量了力。4个公设（postulate）下做出的代数抽象。Feylllilitn认为，量子足一种既不具有经典耗子性，亦不具有经典渡动性的物理客体（例如光子）。亦有人将量子解释为一种量，它反映了一些物理量（如轨道能级）的取值的离散性。其离散值之问的差值（未必为定值）定义为量子。按照量子力学原理，某些粒子存在若干离散的能量分布。称为能级。而某个物理客体（如电子）在另一个客体（姻原子棱）的离散能级之间跃迁（transition。粒子在不同能量级分布中的能级转移过程）时将会吸收或发出另一种物理客体（如光子），该物理客体所携带的能量的值恰好是发生跃迁的两个能级的差值。这使得物理“客体”和物理“量”之问产生了一个相互沟通和转化的桥梁；爱因斯坦的质能转换关系也提示了物质和能量在一定条件下是可以相互转化的因此。量子的这两种定义方式是对市统并可以相互转化的。量子的某些独特的性质为量了计算的优越性提供了基础。

3、量子计算机的特征

量子计算机，首先是能实现量子计算的机器，是以原子量子态为记忆单元、开关电路和信息储存形式，以量子动力学演化为信息传递与加工基础的量子通讯与量子计算，是指组成计算机硬件的各种元件达到原子级尺寸，其体积不到现在同类元件的1%。量子计算机是一物理系统，它能存储和处理关于量子力学变量的信息。量子计算机遵从的基本原理是量子力学原理：量子力学变量的分立特性、态迭加原理和量子相干性。信息的量子就是量子位，一位信息不是0就是1，量子力学变量的分立特性使它们可以记录信息：即能存储、写入、读出信息，信息的一个量子位是一个二能级（或二态）系统，所以一个量子位可用一自旋为1/2的粒子来表示，即粒子的自旋向上表示1，自旋向下表示0；或者用一光子的两个极化方向来表示0和1；或用一原子的基态代表0第一激发态代表1。就是说在量子计算机中，量子信息是存储在单个的自旋’、光子或原子上的。对光子来说，可以利用Kerr非线性作用来转动一光束使之线性极化，以获取写入、读出；对自旋来说，则是把电子（或核）置于磁场中，通过磁共振技术来获取量子信息的读出、写入；而写入和读出一个原子存储的信息位则是用一激光脉冲照射此原子来完成的。量子计算机使用两个量子寄存器，第一个为输入寄存器，第二个为输出寄存器。函数的演化由幺正演化算符通过量子逻辑门的操作来实现。单量子位算符实现一个量子位的翻转。两量子位算符，其中一个是控制位，它确定在什么情况下目标位才发生改变；另一个是目标位，它确定目标位如何改变；翻转或相位移动。还有多位量子逻辑门，种类很多。要说清楚量子计算，首先看经典计算。经典计算机从物理上可以被描述为对输入信号序列按一定算法进行交换的机器，其算法由计算机的内部逻辑电路来实现。经典计算机具有如下特点：

a）其输入态和输出态都是经典信号，用量子力学的语言来描述，也即是：其输入态和输出态都是某一力学量的本征态。如输入二进制序列0110110，用量子记号，即10110110>。所有的输入态均相互正交。对经典计算机不可能输入如下叠加Cl10110110>+C2I1001001>。

b）经典计算机内部的每一步变换都将正交态演化为正交态，而一般的量子变换没有这个性质，因此，经典计算机中的变换（或计算）只对应一类特殊集。

相应于经典计算机的以上两个限制，量子计算机分别作了推广。量子计算机的输入用一个具有有限能级的量子系统来描述，如二能级系统（称为量子比特），量子计算机的变换（即量子计算）包括所有可能的幺正变换。因此量子计算机的特点为：

a）量子计算机的输入态和输出态为一般的叠加态，其相互之间通常不正交；

b）量子计算机中的变换为所有可能的幺正变换。得出输出态之后，量子计算机对输出态进行一定的测量，给出计算结果。由此可见，量子计算对经典计算作了极大的扩充，经典计算是一类特殊的量子计算。量子计算最本质的特征为量子叠加性和相干性。量子计算机对每一个叠加分量实现的变换相当于一种经典计算，所有这些经典计算同时完成，并按一定的概率振幅叠加起来，给出量子计算的输出结果。这种计算称为量子并行计算，量子并行处理大大提高了量子计算机的效率，使得其可以完成经典计算机无法完成的工作，这是量子计算机的优越性之一。

4、量子计算机的应用

量子计算机惊人的运算能使其能够应用于电子、航空、航人、人文、地质、生物、材料等几乎各个学科领域，尤其是信息领域更是迫切需要量子计算机来完成大量数据处理的工作。信息技术与量子计算必然走向结合，形成新兴的量子信息处理技术。目前，在信息技术领域有许多理论上非常有效的信息处理方法和技术，由于运算量庞大，导致实时性差，不能满足实际需要，因此制约了信息技术的发展。量子计算机自然成为继续推动计算速度提高，进而引导各个学科全面进步的有效途径之一。在目前量子计算机还未进入实际应用的情况下，深入地研究量子算法是量子信息处理领域中的主要发展方向，其研究重点有以下三个方面；

（1）深刻领悟现有量子算法的木质，从中提取能够完成特定功能的量子算法模块，用其代替经典算法中的相应部分，以便尽可能地减少现有算法的运算量；

（2）以现有的量子算法为基础，着手研究新型的应用面更广的信息处理量子算法；

（3）利用现有的计算条件，尽量模拟量子计算机的真实运算环境，用来验证和开发新的算法。

5、量子计算机的应用前景

目前经典的计算机可以进行复杂计算，解决很多难题。但依然存在一些难解问题，它们的计算需要耗费大量的时间和资源，以致在宇宙时间内无法完成。量子计算研究的一个重要方向就是致力于这类问题的量子算法研究。量子计算机首先可用于因子分解。因子分解对于经典计算机而言是难解问题，以至于它成为共钥加密算法的理论基础。按照Shor的量子算法，量子计算机能够以多项式时间完成大数质因子的分解。量子计算机还可用于数据库的搜索。1996年，Grover发现了未加整理数据库搜索的Grover迭代量子算法。使用这种算法，在量子计算机上可以实现对未加整理数据库Ⅳ的平方根量级加速搜索，而且用这种加速搜索有可能解决经典上所谓的NP问题。量子计算机另一个重要的应用是计算机视觉，计算机视觉是一种通过二维图像理解三维世界的结构和特性的人工智能。计算机视觉的一个重要领域是图像处理和模式识别。由于图像包含的数据量很大，以致不得不对图像数据进行压缩。这种压缩必然会损失一部分原始信息。

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第3篇：量子计算的原理范文

量子密码应运而生

量子计算的原理与传统计算机采用的原理有很大不同，传统计算机采用单路串行操作，而量子计算机采用多路并行操作，它们运算速度的差异就如同万只飞鸟同时升上天空与万只蜗牛排队过独木桥的区别。

20世纪70年代，英国和美国最早开始对量子计算的研究。近年来，量子计算的理论和实践都相继取得重大进展，产生了多种新的量子算法，研制了多种量子计算机原型。

科学家预测，未来10～20年将研制成功103～104量子比特的大型量子计算机，其运算能力可以在几分钟内破译现有任何采用非对称密钥系统生成的密码。

面对量子计算未来可能随时“秒杀”传统密码的危险，科学家致力于寻找不基于数学问题，能有效抵抗量子计算攻击的新型密码体制。解铃还须系铃人，同样基于量子信息技术的量子密码应运而生，成为对抗量子计算的“神器”。

又一个可能的“技术差”

二战中，英国破译德军ENGMA密码，获知其即将轰炸考文垂市，但为保守德军密码已被破译的秘密，英国断然牺牲考文垂这个重要工业城市，不发出防空警报任由德军轰炸；美军在中途岛海战的胜利，以及击落山本五十六座机等影响战争进程的重大事件，与其成功破译日军“紫密”有直接关系。一些专家们甚至估计，盟军在密码破译上的成功至少使二战缩短了8年。

当前，战场网络已成为连接人与武器、武器与武器的技术纽带，构成了信息化军队的神经中枢。侦察预警、指挥协同、武器控制、后勤保障等作战活动均离不开网络的支持。安全可靠的战场网络是保证自身作战体系稳定，在体系对抗中谋取胜势的重要前提，而战场网络的安全又十分依赖于网络通信密码提供的“安全屏障”。

一个国家的军队一旦率先实现量子密码和量子计算的武器化，并在战争中投入使用，将与对手形成巨大的“技术差”，在保持自身网络通信绝对安全的同时，可随时破译对方网络通信密码，洞悉对手的一举一动，从而占据绝对信息优势，甚至可以直接瘫痪和控制对方网络，由此将置作战对手于极为被动的不利地位，战局可能出现“一边倒”的情况。

以超常措施推进军事应用

意大利军事家杜黑指出：“胜利只向那些能预见战争特性变化的人微笑，而不是向那些等待变化发生才去适应的人微笑。”面对量子信息技术的机遇与挑战，只有未雨绸缪，尽早规划，提前部署，才能在未来战争中占据先机和主动，避免对手利用技术突然性陷我于被动。

目前，量子密码已经从实验室演示性研究迈向实际应用。发达国家军队已把量子信息技术作为引领未来军事革命的颠覆性、战略性技术。例如，美国防高级研究计划局专门制定“量子信息科学和技术发展规划”、研发量子芯片的“微型曼哈顿”计划等。美国正加速推进量子信息技术的实际应用，美国白宫和五角大楼已安装量子通信系统并已投入使用。英、法、德、日等国军队也相继制定实施一系列发展量子信息技术的计划。

第4篇：量子计算的原理范文

关键词 量子力学 量子教育学 主观性

中图分类号：O413.1 文献标识码：A

量子力学所涵盖的一些思想，在哲学的研究中体现比较广泛，也对教学理论方面起了重要的作用，可以说量子力学对哲学思想的发展有着重要的促进作用。量子力学着重利用图景等表象来认识周围的世界，强调因果关系的认识，对后期形成的教育学理论具有参考性。但是，借助量子力学所形成的“量子教育学”则有很大的不同，这一教育学对原来的量子理论认识存在较大的偏差，充分强调自然科学。

1量子力学的缘起

1900年，量子假说出现在众人的认知里，现在的量子力学仍在不断完善，为后期的科学发展提供了重要的理论基础，可以说量子力学是量子理论的中心，它促进了原子能等一些先进技术的发展，为社会的重大发明打下基础，使人们更加清晰地认识到微观世界，并利用微观运动来更好地服务社会，是人类的重要发现，也是社会的伟大进步。

2量子力学的宇宙观

在宇宙世界中，对量子理论有较多的探讨，从已经存在的氢原子中，找到了量子级别的状态。对于电子而言，比原子更为复杂，这就要求必须要满足求解该原子的特定的方程来解出，并且要求其 场刚好环绕原子核产生驻波而求得。此外，量子态与别的驻波不一样，都有自己特定的频率，并与所蕴含的能量有关，每种量子状态都有所表征的能量。这就是说，预期任何一个态的能量都是一个具体量子所确定的，并不是模棱两可的，只要是有理论依据，就可以科学地估测态的能量多少。由于质子与电子之间存在着相互吸引的力，要想移动一个电子就必须要克服引力做功。

3量子的思维方式

人类思想总是处于不断发展中，当两种思想发生交集时，就会形成一个比较完整的、令人惊叹的思想成果，正如牛顿的世界观与量子理论产生彼此弥合的交集，才会让思想发展得如此迅速，才会让社会发展如此的快。量子思维方式给人类一个重要的启示，要求以人为中心，以人为主体。随着时代的进步和经济发展，信息技术逐渐融入了人的智慧和思想，他们彼此都是看不见的，没有确定的形状，但彼此交汇起来以后，就成了一种可以量化的物质，这是由于物质性比较弱。其实，量子物理学所产生相关的科学智慧，是人类社会发展的重要因素，也是文明进步的重要保障，可以说，量子物理学是计算机重要的组成部分，所形成的计算机芯片是重要的思维体现，量子物理学不仅是科学进步的前提，更是信息发展的重要保障，量子思维更是现代社会发展的必要方式。

4“量子教育学”的唯心主义

从产生量子力学后，“量子教育学”也随之不断发展，虽然也涉及到一些教育学方面的观点，但这些观点都是被众人早就接受了。如：学习是一个整体的过程，在这个过程中各知识点是相互联系、彼此交错的，以及还谈到了关键词：服务、个性化、互补等，但是，这些所谓的观点及结论不是原汁原味的，也不是从量子力学中演变而来，而是与它的原理相悖，从本质上讲，“量子教育学”就是一种唯心主义的表现。

贝克莱比较重视经验，认为所学的知识来源于经验，但是他却犯了一个致命的错误，认为感觉是世界真正存在的东西，其他的都是看不见的。他认为，知识是一切力量之源，但感觉是我们去探索未知世界，追求至高真理的唯一手段，只有能感觉到，才能被发现。也就是说：我们的主观性决定了我们所看见的世界，这也是量子教育学诠释的观点。他认为，只要消除了事物与观念的差异，认同事物等同于所谓的观念，并且观念可以感知任何世界上存在的事物，这样才会让我们的知识更加具有生命力。

5“量子教育学”的曲解

正所周知，量子力学不可能槲ㄐ闹饕搴筒豢芍论创造理论基础，而“量子教育学”却是唯心主义的重要思想来源，这是“量子教育学”对量子力学核心思维的歪曲，或者说对量子力学没有正确的认识，造成思想上出现截然不同的主张，另外，“量子教育学”过分强调感觉和经验，导致偏向于不可知论，与量子力学的思想相悖而驰。

“量子教育学”对量子力学概念和方法认识的偏差表现有。为了进一步认识光的本质特性，提出了波粒二象性的观念。此后，玻尔提出了“气补原理”，再一次诠释了波粒二象性的本质。“测不准”原理而是在某一个方面有较大的缺陷，不是粒子在宏观世界的不适用，只是说明不能单一地应用某一个方面，只有同时应用时才能为物理现象提高全面的解释。玻尔认为，波粒二象性在整个量子力学中的地位较高，它是一种可以很好地描述一种物理现象的原理，也可以说是解释因果关系的一种原理，它可以相互促进、相互排斥，这种互斥的关系不可或缺，这种互补关系后来被广大学者所接受。

6结语

近年来，量子力学逐渐被广大研究者重视起来，探讨量子力学的基本原理以及与量子教育学的重要关系，在量子理论的发展过程中，这已经留下了较多的论争。可以肯定的是量子力学对于科学的进步贡献了一份力量，把微观世界与宏观世界联系起来，而量子教育学并不是量子力学的正确认识，就本身的发展情况来看，量子教育学认同了后现代主义，成为了唯心主义的重要依据。

参考文献

[1] 贺天平.量子力学多世界解释的哲学审视[J].中国社会科学，2012（01）：48-61，207.

[2] 乌云高娃.量子力学发展综述[J].信息技术，2006（06）：154-157.

[3] 母小勇.量子力学与“量子教育学”[J].教育理论与实践，2006（07）：1-5.

第5篇：量子计算的原理范文

【关键词】 量子通信 金融信息 接口标准 安全性设计 检测规范

一、概述

金融信息系统的安全稳定依赖于通信网络，而随着技术的不断发展，其所面临的安全风险种类也将更多、范围更大、层次更深入；随着人类计算能力的不断提高，依赖算法复杂性来增加安全等级的传统加密手段，已经逐渐不能抵御日益强大的计算机。因此，迫切需要研究新的安全通信技术，通过技术创新，为构筑高安全等级的新一代金融信息系统通信基础设施提供新思路、新方法。

对于金融系统的客户而言，其交易过程是否安全、其交易结果的数据是否得到高可信度的存储，一直是倍加关注的焦点。对金融系统本身，不管是网络交易、手机交易各种新式交易手段，还是传统的交易所柜台交易，以及对数据存储的要求（冗灾备份），始终表现出对信息安全的高度关注。国际金融行业普遍使用的基于复杂计算问题的加密算法都无法回避算法被破解的隐患。更严重的后果是，己方不知情密码体系遭到破解而仍在使用，所有金融秘密即一览无遗地暴露在对方眼下。

而在目前可实用化保密通信体系中唯有量子保密通信具有严格的安全性证明。量子通信是量子密码术与现代通信技术结合的产物，可实现无条件安全的通信数据传输。1984年，Benett和Brassard 提出了首个量子密钥分发协议（Quantum Key Distribution，QKD），即BB84协议【1】。后来诱骗态方法的提出【2】成功地解决了非理想单光子源存在的问题，很大程度地拓展了量子通信距离。目前实用化QKD系统中，大多采用基于诱骗态方案的BB84协议。

应用量子保密通信原理性技术手段，在物理层上实现金融数据量子加密传输与存储解决方案，作为未来金融与资讯领域的先进通信安全技术手段储备，满足未来金融与资讯领域的通信安全重大需求，具有重要的战略意义。在这个过程中，迫切需要制定量子通信设备在金融信息领域中的相关标准和规范，尤其是接口协议标准、安全性设计标准、产品测试规范等，这是量子通信技术在各个领域中产业化推广的必经之路，是大规模推广量子通信产品的有效途径。本文就将对以上几个研究课题和方向进行初步探讨，旨在启动金融量子设备的相关标准和规范的研究和探讨。

二、量子通信设备管控与密钥接口标准的研究

2.1研究目的

通过量子网络，量子通信设备能够为通信双方安全地分配量子密钥，而目前大部分经典设备依然使用经典密码学算法对通信数据进行加解密处理，因此有被破解和篡改的风险。为了便于量子通信设备与传统设备融合，更好实现管控指令和密钥数据的安全可靠传输，以及在行业内大规模推广，需要制定一个标准的管控与密钥接口。

2.2研究内容

该接口主要实现量子设备与应用设备之间的管控指令和密钥数据交互，主要研究内容包括：

1.研究应用设备向量子设备申请量子密钥的流程，同时充分考虑量子设备与传统密码设备之间的差异，如时延、成码率等；

2.应用设备与量子设备之间接口的密钥传输可靠性研究，充分考虑量子密钥产生的非连续、突发等特性；

3.研究应用设备与量子设备之间的管控方式，结合量子设备的固有特点，比如需要结合量子信道切换等等；

4.研究应用设备对量子设备的异常处理方式，确保接口或设备异常时能够及时上报管控系统并得到相应的处理。

三、量子通信设备安全性设计研究

3.1研究目的

从原理上来说，量子密钥分发不依赖于计算的复杂性来保证通信安全，而是基于量子力学基本原理，从原理上保证了一旦存在窃听就必然被发现。换言之，一旦成功在通信双方建立了密钥，这组密钥就是安全的，而这种密钥从原理上是无法被破解的。量子密码系统的安全性不会受到计算能力和数学水平的不断提高的威胁，从而保证了利用量子密码系统加密的信息不仅在现在是安全的，而且在未来都是安全的。因此，量子保密通信是人类已知唯一的具有长期安全性保障的安全通信解决方案。

然而，对于实际设备，即使严格遵循理论依据进行密钥提取，也需要考虑很多其它因素导致的安全患，比如电磁泄漏、远程侵入、器件不完美等，另外还有很多管理制度方面的安全隐患。

因此，有必要从设计角度对量子通信设备提一些安全性要求，用于指导后续量子设备的设计和开发。

3.2研究内容

这里的安全性设计，重点关注量子通信设备实现的合规性、抗量子攻击、设备软硬件的安全性等，主要研究内容如下：

1.研究对QKD密码协议过程的评测方法，对产品是否遵循量子密钥分发协议进行评估；

2.研究评估量子设备抗量子攻击的方法，提出相关抗量子攻击的评判标准和方式；

3.针对量子设备算法相关的主要过程，如身份认证、隐私放大等，研究评估核心算法安全性的评判标准；

4.分析量子设备在金融信息系统实际应用环境下的可能安全隐患，给出量子设备在软硬件方面的安全性设计要求。

四、量子通信设备环境检测规范的研究

4.1研究目的

作为一款新产品，有必要制定出一套金融领域应用环境下量子设备的入围检测规范和标准，一方面可以提高设备在实际系统运行的可靠性，另一方面，也可以为后续量子通信设备应用于金融系统提供必要的测评依据。

4.2研究内容

这里拟研究的环境检测规范，重点是关注量子设备在实际环境下运行效果。主要研究内容包括：

1.研究如何进行不同长度光缆及其在各种环境下的模型建立；

2.通过分析量子设备在实际电磁环境下的运行情况，给出光量子编码技术在该环境下的可行性或是否可行的检测方法；

3.分析量子设备在不同环境下的关键运行参数，尤其是错误率、成码率等，给出评估设备是否能在实际环境中使用的评测标准；

五、结语

金融信息系统的安全稳定依赖于通信网络，而随着技术的不断发展，其所面临的安全风险种类也将更多、范围更大、层次更深入；因此，迫切需要研究新的安全通信技术，通过技术创新，为构筑高安全等级的新一代金融信息系统通信基础设施提供新思路、新方法。而量子通信技术目前已经由实验室走向应用，从国家安全的角度来看，使用量子通信手段，提高金融信息数据通信网的可靠性、安全性和稳定性，是一个值得研究和发展的方向，两者结合能够有利于金融信息的保密传输。从国内外大趋势来看，光纤量子通信技术已经逐步实用化和产业化，这为量子通信技术融入金融信息系统提供了得天独厚的条件，金融量子通信网络的产业化前景值得期待。

在这一大的背景需求下，本文提出了上述研究和应用方向，旨在启动量子设备的相关标准和规范的研究和探讨。短期内，可以为量子设备在金融信息领域的应用示范提供设计依据；中长期来看，可以此为契机逐步制定和推广行业标准甚至国家标准，让更多的企业和科研院所参与到量子通信产业化中来，为最终实现金融信息系统量子安全通信网络奠定基础。

参 考 文 献

第6篇：量子计算的原理范文

关键词：量子保密；通信技术；应用；未来发展

引言

随着信息化时代的到来，人们无时无刻都在接发文字信息、视频信息、电子信息等，给人们的生活、工作、学习和社会各个领域带来了新的改变。为了保障信息通信的安全，防止信息传递过程中存在的泄露风险，采取量子保密通信技术，有效避免信息被攻击破译，保障了信息传递的绝对安全[1]。量子保密通信改变了传统加密通信的局限性和不安全性，解决了存在的安全隐患问题，根据量子力学原理与科学信息技术的有效结合，采用高精度量子测量技术和高精准量子计算技术进行计算、编码和信息传输，发挥了高效安全的通信性能。量子计算利用量子力学规律来调控量子信息单元进行计算，能够进行大规模、多线程地数据处理，具有超强的计算能力和精密的逻辑性[2]。在依靠量子比特工作中，由于量子位存在的并行性、纠缠性和叠加性，量子算法在进行问题处理时就能够做出传统计算无法比拟的超强处理能力，实现超高精度、超高速度的工作效率[3]。随着国内外量子信息技术科技的发展，针对现有公钥体系在单向计算时存在的易被攻击威胁，造成信息发生泄漏的严重后果，开展量子密钥分发技术的保密通信的创新研发，满足了当前信息化社会和数字化经济时代的需求。通过量子保密通信技术的研究与应用，推动了量子保密通信标准化工作的进行和未来的无限发展。

1量子保密通信技术应用

1.1量子密钥分发技术应用

量子密钥分发是根据量子测不准原理、量子不可分割和量子态不可复制的特性来实现，量子生成的通信密码校验绝对的安全性，不会被任何方式破解。通信双方建立量子密码分享协议，发送方和接受方以单光子的状态作为信息载体来建立密钥，保证密钥分发的安全性，密钥分发采取一次一密的加密体制建立安全通信密码。密钥分发完成后需要进行信息协同和隐私保密增强，纠正密钥中存在的错误，使密钥保持一致性，进一步增强信息隐私的保密安全。根据协议随机选择调制每一个光子的基矢，随机的基矢可以对接收端进行监测，在偏振编码过程中采用单光子的水平偏振态（0°）、垂直偏振态（90°）、偏振态（+45°）和偏振态（-45°）的4个量子态，来进行不同自由度的编码，可以选择垂直方向，也可以沿水平方向或其它角度作为量子信息的载体。发送方随机使用2组基矢，按照事先约定的单光子水平偏振态通过量子信道发送给协议用户，当用户接收到光子后也随机地使用2组基矢进行偏振态的测量，如果制备基矢和检测基矢兼容，则表示收发随机数完全一致，如果存在不同，发送方和用户在从新进行比对制备基和测量基基矢，直到收发双方拥有完全一致的随机数序列密钥。密钥分发、生成后不会被破译或计算破解，即使在密钥生成过程中被窃听也会被通信方发现，仍然不会泄密，保证了绝对的安全性[4]。

1.2量子保密通信与后量子安全加密应用

近年来，我国在量子信息技术领域发展迅速，在量子保密通信的研发中获得突破性进展，利用量子保密通信技术克服了传统通信技术存在的安全隐患问题，保证了通信的安全性和可靠性[5]。量子保密通信具备巨大的信息存储与携带性能，量子计算机可以面对各种复杂难度的计算，并能进行高时速、高精准的并行计算处理能力。量子保密通信是在原有的公钥体系进行创新改进，采取量子密钥分发和加密的量子保密通信方案，以应对原有量子计算体系内存在的安全威胁，并对现有加密体制进行升级，应用计算破解能力的后量子加密技术提高了被破解能力，避免信息泄露。量子保密通信与后量子加密的应用，为未来量子安全信息加密技术的创新发展具有重要的意义[6]。

1.2.1量子保密通信方案量子保密通信利用量子态的叠加性和量子不可克隆原理，采取密钥分发的密码技术，对传输的信息进行一次一密的加密方法，完善了加密体制，实现了信息传输的安全性。

1.2.2后量子加密后量子加密技术是一种新的加密方法，通过运用许多先进的技术对现有的加密体制算法进行升级改进，例如网格编码算法和椭圆曲线算法等，增加了防御能力，可以完全抵抗黑客的计算破解，后量子新型信息加密技术能够与现有的信息安全系统实现兼容和平滑升级演进。

1.3量子保密通信应用

量子保密通信为未来信息安全提供了保障，是信息领域的重要技术手段，在量子保密通信中量子密钥分发作为关键技术，与典型网络组织和现有通信系统结构相融合，建立了网络管控、安全服务、密钥生成层、密钥分发层、密钥应用层等组织结构，实现了通信网络的可用性和安全可靠性，并应具备灵活高效、可扩展的未来发展的建设需求。系统分为发送装置和接受装置，利用公共信道对密钥分发协议合法的通信双方发送共享的随机密钥。其中，密钥生成层将生成制备的量子密钥提供給上层，在密钥中继、密钥转发、密钥存储、密钥输出过程中，密钥应用层为量子密钥的保密通信服务提供服务，网络管控平台负责网络运营管理，安全服务平台则负责密码服务和安全管理。量子密钥分发是以量子物理与信息学为基础，利用量子态纠缠重叠的力学特性，在通讯双方之间产生并分享一个随机的安全的密钥，运用一次一密的加密方法，通过量子信道完成信息的安全传送。由于传统量子信道在传送数据进行量子密钥服务的加密业务时，量子信道存在传输损耗，量子密钥分发距离会被限制距离，需设置中继节点来完成长距离的接力传送，导致安全防护存在困难，存在安全隐患。因此在现有较大规模的量子保密通信网络中，都采用可信中继技术是异或后的中继技术，量子密钥只会在节点处暂存经过异或后，不会对中继节点造成影响，具有信息传输的安全性和高效率。

2量子保密通信目前发展状况

随着量子保密通信的发展，世界各国试用点呈现逐步成熟趋势，但在应用推广方面暴露出一些问题。主要包括三个方面：（1）应用场景受到限制当前，量子保密通信主要面向金融、政府等长期安全性较高的特定场景之中，市场规模较为分散，传统通信业界对于量子保密通信应用目前仍然处于热情度较低的状态。此外，由于量子态信号与传统信号混合传输时，将引入劣化性能，导致量子保密通信组网需要借助额外独立光纤链路才能获取所需资源。（2）技术瓶颈待解决在百公里长距离传输情况下，量子保密通信可用安全码率大约为15kbit/s量级，相比于当前光传达网技术实现的量级信息传输差距较大，无法实现对信号的一一加密。此外，在量子保密通信组网方面，由于量子态存储技术尚不成熟，因此，有关量子存储方面难以实现，其中涉及的关键技术仍需进一步验证分析。（3）安全性存在一定风险在实际通信过程中，信道节点不理想特性使其难以满足安全性标准，成为不法分子利用的安全漏洞，所以针对通信安全性升级将是运营维护所面临的一个难题，现阶段，由于通信密钥生成码率也相对较低，很难满足一次一密要求。现阶段，我国量子保密通信技术在业务、市场、商用的应用都处于推广初期阶段，在量子密钥分发技术组网理念和技术研究中，仍然面临一些问题有待研究和探讨。

3量子保密通信标准化工作策略与未来发展

3.1量子保密通信标准化工作策略

在未来量子保密通信技术研发中，应保证量子保密通信设备系统的功能与性能的一致性和可靠性，增加设备系统和网络层面的兼容性、灵活性和安全性，在设备和系统技术、安全性能、组网以及加密等各个方面，逐步完善应用体制，在未来发展中形成完整的标准规范体系。首先，在国家政策支持的基础上，应加强量子密钥分发技术前沿技术领域的研究工作，创新开发新型协议技术、系统器件和架构方案，加快提升量子密钥分发技术和系统设备成熟度、实用化水平和性价比，不断提高量子密钥分发和后量子加密的技术水平，完善加密体制。然后，应加强量子保密通信的商业化应用和市场开拓规划的工作策略和未来发展方向，积极推进产业合作，开展多样化的商业部署模式，制定标准化工作策略，为应用发展做好引导和培育市场需求。最后，应加快我国量子保密通信网络项目工程的建设，升级设备完善标准，提高量子密钥分发系统的网管和运维能力，使量子保密通信系统和网络在完善的密钥管理设备与加密通信设备进行安全可靠的通信，以商业化应用推广和市场化发展为未来建设目标，增加网络建设的实际可用性和安全性等标准的建设规模。目前，我国量子保密通信技术已经实现了实用化、产业化的发展水平，在国家政策的大力支持下在社会各领域得到了广泛的应用。随着国家实施创新驱动发展战略规划，量子信息技术作为我国科技创新的重要发展技术，应加快发展量子信息产业，推动量子技术与社会经济领域的深度融合，增加产业经济的发展，为国家安全、国防军事提供强大的技术支持，新兴的量子信息产业推动了我国战略性发展方向。

3.2未来发展前景

量子保密通信技术在未来发展进程中，量子保密通信网络建设和产业发展是未来量子技术发展的关键，需要加强技术成熟度、设备可靠性和投入产出性价比等各方面的研究，开展标准化工作策略以促进技术和产业的快速发展。近年来，随着量子保密通信技术的不断创新，世界各国在量子保密通信技术与产业的市场竞争日趋激烈，我国虽然处于世界领先地位，应需加强对量子技术研究机构、系统设备厂商和建设运营单位进行大力扶持，在政策支持优势下强化关键技术创新和可持续发展能力，以增强科技实力，提高市场竞争能力。积极推广大规模产业链发展，标准规范产业发展方向，促进量子保密通信商业化推广、产业链壮大和产业化得到健康发展。

3.2.1分发系统性能指标和实用化水平有提升空间量子密钥分发系统在现有光纤网络之中单跨传输距离在百公里以内，密钥成码率有待进一步提高。同时，量子密钥系统工程化也具有一定提升空间。此外，量子保密通信系统仍需要密钥管理，将其与信息通信行业紧密融合，加密通信设备。

3.2.2抗量子计算破解的安全加密面向未来量子计算对于现有加密体系存在的破解威胁，需设计抗量子计算破解安全加密方案，快速提升量子密钥分发技术和实用化水平，这是赢得加密技术体制的关键。

3.2.3量子保密通信商业化开拓仍需进一步探索量子保密通信是对现有通信技术的一种有效安全性提升技术，能够解决密钥分发安全性问题，提升通信安全性等级，具有长期性和高安全性。尤其在金融专网方面，其产业规模相对有限，因此，在后续研究进程中，逐渐完善量子通信保密技术，将其推广到投入产出性行业之中，从设备升级、标准完善、市场探索等方面进行逐一推广与应用。因此，在今后发展过程中，应凝聚各方形成合力，提升工程化实用水平，引导应用产业健康发展，重视标准化测试，引导产业健康发展。

第7篇：量子计算的原理范文

 

引言：

 

量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。这一新型通信技术是伴随着通信技术的不断发展和物理学领域的不断研究而发展起来的，是近二十年发展起来的新型交叉学科，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。近年来这门学科已逐步从理论走向实验，以其特有的高效性和安全性等特点而被军事等领域广泛研究应用，并向实用化发展。同时，随着社会科技和经济的不断发展，普通民众对信息传输的要求也日益提高，对信息传输的稳定性、安全性要求也不断提高，因此也急需这一技术来作为对现有通信手段的补充和优化，以不断提高信息传输的质量。这种无论是来自军事等特殊领域还是来自普通民众等普通领域对信息传输的高要求都促使着量子通信技术不断研究与发展，以满足人们不断严苛的通信需求。

 

一、量子通信的发展概述

 

量子通信技术是在量子力学的基础上发展起来的。量子力学诞生于1926年，是人类对微观世界加以认识的理论基础之一。量子力学和相对论之间的不相容性在1935年被爱因斯坦、波多尔基斯和罗森论证后，约翰?贝尔于1964年提出贝尔理论，阿斯派克等人于1982年证明了超光速响应的存在。在这一基础上，美国科学家贝内特于1993年首次提出了量子通信的概念。这一概念的提出，使爱因斯坦的量子纠缠效益开始真正发挥其威力。

 

自量子通信概念提出以后，6位来自不同国家的科学家，基于量子纠缠理论，提出了利用经典与量子相结合的方法实现量子隐形传送的方案，这是量子通信最初的基本方案。量子隐形传态不仅在物理学领域对人们认识与揭示自然界的神秘规律具有重要意义，而且可以用量子态作为信息载体，通过量子态的传送完成大容量信息的传输，实现原则上不可破译的量子保密通信。

 

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。这是国际上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。实验中传输的只是表达量子信息的“状态”，作为信息载体的光子本身并不被传输。此后经过二十多年的发展，量子通信这门学科已逐步从理论走向实验，并向实用化发展，主要涉及的领域包括：量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等。

 

二、量子通信技术简介

 

量子通信即指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。量子是不可分的最小能量单位，“光量子”即为光的最小能量单位。量子通信的理论基础是量子纠缠。在量子世界中，存在着一种“纠缠”效应，所谓量子纠缠指的是两个或多个量子系统之间存在非定域、非经典的强关联。这种“纠缠”效应能够在两个完全相同的某量子态粒子之间建立某种联系，当其中一个的状态发生变化时，另一个也会发生相同的变化，而且这种变化与时间和空间无关。另外由于对粒子的任何测量都会导致其量子态的变化，所以同时这种变化时不可能被第三者所知获的。利用量子的纠缠效应，我们可以进行绝密和瞬时的通信。因此具有极大的研究价值。

 

量子密码通信原理是基于“海森堡测不准”原理的发展的。在量子物理学中“海森堡测不准”原理表明，如果人们开始准确了解到基本粒子动量的变化，那么也就开始丧失对该粒子位置变化的认识。所以如果使用光去观察基本粒子，照亮粒子的光的行为都会使之改变路线，从而无法发现该粒子的实际位置。因此对传输光子线路的窃听会破坏原通讯路线之间的相互联系，通讯会被终端。另外还有“单量子不可复制”定理，这是上述原理的推论，是指在不知道量子状态的情况下复制单个量子是不可能的，因为要复制单个量子必须先做测量，而测量必然会改变量子状态。根据这两个原理，即使量子密码不幸被获取，也会因测量过程中对量子状态的改变而得到一些几乎无意义的信息。

 

量子远程传态是经由经典通道和量子通道传送未知量子态。通俗来讲就是将甲地的某一粒子的未知量子态在乙地的另一粒子上还原出来。因量子力学的不确定原理和量子态不可克隆原理，限制人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。但这一过程并不传输任何的能量或物质，只是传输一种量子态。

 

量子密集编码是用量子通道传送经典比特，即使用量子纠缠现象可以实现只传送一个量子比特，而传送两个比特的经典信息。具体方法是信息的传送者(Alice)和接受者(Bob)各拥有处于最大纠缠态中的一个粒子，Alice可以对她手中的粒子施加四种可能的幺正变换以编码两个比特的经典信息，由于两个粒子处于纠缠态，对一个粒子的任何操作都会对另一个粒子产生影响，引起另一个粒子的态发生相应的变化。Alice对它的纠缠粒子施加幺正变换后，两系统处于四个Bell基态之一，为了使Bob能读出Alice编码的信息，Alice必须再把她的粒子传送给Bob，Bob再对两个粒子实施联合Bell 基测量，测量结果可使Bob提出2比特的经典信息，在这过程中，Alice仅传送给Bob一个粒子，但却能成功的传送2比特的经典信息，这就是所谓的“密集编码”。

 

三、量子通信技术的发展前景

 

量子通信技术依托于发达的现代信息技术和先进的量子技术而发展起来的，以其独特的优势而被广泛关注。与传统通信技术相比较，量子通信具有抗干扰力强、保密性高、传输速度快等优点。因此，它的发展应用前景很广阔。一方面，在国家政府和军事领域，由于其保密性极高，几乎不可能被敌方破译，且这种量子通信技术能够抵御未来量子计算机技术带来的威胁，因此会被不断研究和应用。另一方面，在民用通信技术领域，早在2009年9月，中国科技大学组建了世界上首个5节点的全通型量子通信网络，首次实现了实时语音量子保密通信。“城域量子通信网络”使得城市范围的安全量子通信网络成为现实。因此，量子通信在未来的民用领域也将被广泛研究应用。

 

结语

 

量子通信是通信技术的又一次划时代革命，与目前采用的传统通信技术相比，量子通信在保密性、通信容量、通信时效等方面都具有十分明显的优势，是未来通信发展的主要方向。虽然量子通信有着广阔的应用前景，但在单元技术和理论方面还有许多需要解决的问题。在信息产业作为国民经济重要组成部分的今天，需要在量子通信这一领域继续加大投入和研究力度，为进入量子通信时代打下坚实的基础，不断服务于现代人类的发展需求。

第8篇：量子计算的原理范文

密码钥匙

大家都喜欢看谍战片吧？科技含量高的谍战片通常有破解通信密码的情节。破解通信密码需要获得密码钥匙。

这里说的密码钥匙就是信息的加密方式，因为它和咱们开门用的钥匙有相似功能，所以被称为密码钥匙，简称密钥。打个比方，甲想向乙传输“123”这段信息，先按照将每个数字都加3的方式向乙传输“456”，“123”就叫明文，“456”就叫密文，而每个数字都加3就是密码钥匙。发送者可用密码钥匙加密信息，接收者可用它来解密。

如果第三方没有密码钥匙，又想获得明文信息，就需要间谍活动了。间谍获得密码钥匙的方法很多，有时靠骗，可以从甲或乙那儿骗来密码钥匙；有时靠买，间谍向甲或乙许以报酬，收买密码钥匙有时也能成功；有时还靠偷。

无论骗还是偷，都属于人工方法，获得密码钥匙的效率比较低。现在间谍都愿意用计算机通过计算来获取密码钥匙，就是利用计算机的超强功能，寻找密文信息的变化规律，其中的规律就是加密方式。有了计算机这种机器助手来帮助间谍破解密码，间谍们很嚣张地宣称：没有破解不了的密码钥匙，破解密码钥匙只是个时间问题！

利用计算机破解密码终究会成功，所以说信息安全只是某一段时间内的相对安全，而不是永久的安全。那么，有没有永远不会被解密的通信方式呢？有呀，它就是量子通信。

科学探索

公元前405年，雅典和斯巴达发生了战争。斯巴达军队捕获了一名雅典送信人，从他身上除了搜出一条布满杂乱无章的字母的腰带之外，别无所获。情报究竟藏在什么地方呢？斯巴达军队统帅莱桑德无意中把腰带呈螺旋形缠绕在手中的剑鞘上时，奇迹出现了，原来腰带上那些杂乱无章的字母，竟组成了一段表意清楚的文字，密码得以破解！腰带情报，就是世界上最早的密码情报，具体运用方法是，通信双方首先约定密码解读规则，然后通信一方将腰带缠绕在约定长度和粗细的木棍上书写？收信一方接到后，如不把腰带缠绕在同样长度和粗细的木棍上，就只能看到一些毫无规则的字母。

趣味链接

有人通过破解密码显示才能，有人通过设计密码显示才能。1977年，数学家李维斯特给出了一个129位数，要求把这个数分解成两个质数的乘积，得到这个结果，就会发现隐藏的信息。其实这个129位数就是密文，分解质因数就是密码钥匙。李维斯特信心满满地宣称，算出他的密码钥匙，需要好多亿年。谁知17年之后，600名密码破解爱好者动用了1600台计算机，只用了6个月的时间就把李维斯特的密码给破解了，获得的信息是“挑食的秃鹰”。密码虽然被破解了，但人们还是很佩服李维斯特：他太厉害了，得600人联手，用1600台计算机，花了6个月才打败他！

量子通信是什么

传统的通信方式都需要介质，比如写信你得用信纸，打电话的信号得靠电磁波来传输。窃密者通常会侵入介质获得通信信息，在掌握了密文信息后，再通过计算获取密码钥匙，将密文破解成明文。凡是通过介质传送信息，必定无密可言，这种破解密码的方式通常被称为“截获”。

量子通信是不需要传输介质的，这是为什么呢？

科学家在1900年发现了量子这种微粒，进一步发现了量子纠缠现象。量子纠缠是这样的：一对量子甲和乙，甲携带的信息，可以瞬间在乙身上体现出来！不架天线，不铺电缆，信息可以在量子之间无形无影地传输，这事跟神话中的心灵感应似乎是一个套路呀！

是的，量子通信可以看作是神奇的心理感应术，信息的传输端和接收端之间不用连接实线，也不需要电磁波，信息来去很神奇。量子纠缠现象曾经被爱因斯坦浅显地描述为：两个物体之间，无论距离多远，都存在相互感应信息的天然魔力。

量子通信非常神奇，且非常安全，这又是为什么呢？

量子通信的一个特点就是加密速度极快，它可以给数之不尽的每一个信息片段加一个独立的密码钥匙。举个例子来说，如果把一次通话分割成100亿个信息片段来传输，则量子通信可以瞬间给这100亿个信息片段各加各的密码钥匙，这种加密方式被形象地称为“一次一密”。你可以想象，在通信过程中，信息源源不断，加密码钥匙源源不断，千变万化，间谍要破解这么多的密码钥匙，简直是比登天还难。一次一密带来了天量密码钥匙，让密码间谍从此失去饭碗！

有人或许会说，让计算机出场帮着计算嘛！

这主意不错，不过告诉你吧，现在的计算机虽然有超强的计算能力，但是它们面对无穷无尽的量子通信密码也是束手无策，算不尽呀！如果硬要一台计算机来破解量子通信密码，从理论上说也是可以的，但时间却需要数亿年，甚至是无限久。呵呵，计算机破解量子通信密码，时间是无限久，其实就是破解不了的意思呀！谁等密码能等上数亿年呢？

还有，量子通信不是不需要传输介质嘛，所以，间谍想在半路上截获信息的想法也破灭。

有人或许又要问了：你在半路上截不到信息，不会直接从传送端和接收端的量子上获取信息吗？

嗯，这想法似乎不错，但做法也行不通呀，因为量子还有一个特点：只要有人干扰它，想从它身上获得信息，它立马就改变原来的信息状态，把真实信息提前毁掉，让间谍一无所获。量子这种干扰即毁信息的特点，封死了间谍想从信息发送端和接收端获取信息的想法。如果有的间谍“不知趣”，非得要到量子那儿获取信息，那么信息接收方和信息发送方就可以从量子自毁信息的频率，判断是不是有人正在搞窃密，让间谍行为立马现形。这么说来，身负通信使命的量子，还是通信警察呀，只要间谍一来，它立即报警，让间谍无处遁形。

哎，在量子通信时代，间谍要么选择远离量子通信网络，要么掩耳盗铃却被人捉，间谍成了超高危无成果的职业，没有人能做得来了。

量子通信先靠一次一密的加密方式，把间谍淹没在密码钥匙的大海里，还会用自毁信息的方式报警，让仍旧执迷于截获信息的间谍无处藏身，基于这两点，量子通信就成了绝对安全的通讯方式。

科学探索

世界是运动的，但是宏观世界的运动规律和微观世界的运动规律并不相同。牛顿提出的物理学说解答了宏观世界的运动规律，但牛顿的学说一拿到微观世界来解答微观世界的运动规律就会“失效”。这种失效促使科学家努力寻找微观世界的运动规律，于是量子力学就产生了，量子力学是一门年轻的科学，它总共才有一百来年的历史。

英国有所谓的物理学家提出，人的灵魂是由大脑中的量子物质形成的，当人死亡之后，大脑微管中的量子信息会离开身体进入到宇宙，如果能阻止这些量子向宇宙中散失，就可以阻止人的死亡，如果能把散失在宇宙中的大脑量子收回来，人就能死而复生。量子科学有这么玄乎吗？人可以不死，可以死而复生，这类“量子理论”谁敢信呀！

为什么发射量子卫星

既然量子之间可以传输无限加密的第三者不可破解的信息，那就在地球上建设量子通信网络就行了，为什么还要发射量子卫星呢？

这得从目前量子信息传输的距离来解释这个问题。

甲量子向乙量子传送信息，理论上它们之间心灵感应的距离可以无限远，无论间隔多远，信息都能由甲传输给乙的。但事实上，量子在自由环境里（即地球表面环境），能量会衰减，衰减虽然不影响信息传递，但影响我们人类对信息的辨别，你想想，甲虽然最终把信息传递给了乙，但信号太弱，弱到目前我们无法辨识，不也是无用嘛。

量子之间信息传输距离是无限的，多远都能传到。但量子之间保持信息可辨认的传输距离却是有限的，太远了，它们之间有“对话”，但咱们却“听”不清楚了。

1977年，科学家利用量子传送信息，结果只让信息传送了数米远的距离。这个距离虽然很近，但是验证了量子传输信息的可能性。

随后，量子通信在“能”的基础上，不断进步，传输距离从最初的数米，发展到了可以传输16千米了：2010年6月6日，中国量子通信实验小组将信息传输了16千米的距离，创造了当时量子通信的新记录。

量子通信可传输16千米，但仍旧不能满足实用要求。于是在16千米的基础上，科学家们继续努力，要让量子通信的距离越来越远，可这个期望后来“破灭”了，因为科学家发现在自由环境中，量子通信距离存在一个极限，大约是100千米。100千米的传输距离虽然具有实用价值，但是要建设量子通信网络，需要在地面上每隔100千米建设一个传输基站。众多基站，会降低量子通讯的效率和安全性，因为信号需要不断在明文和密文之间多次转换接力，每个基站容易成为信息安全漏洞，所以大量建设基站支持量子通信的方案被认为不可行。

基站方案被否决之后，科学家就把建设量子通信网络的厚望寄托于量子通信卫星身上。量子卫星可以把量子信息传输的距离扩大到数千千米，三颗量子卫星就能满足在全球建立信号优良、安全无忧的量子信息通信网络，让信息高速安全地直达任意地方，所以说发射量子卫星是量子通信网络建设的关键节点，谁拥有了量子卫星传输技术，谁就掌握了全球量子通信网络建设的主动权。

中国发射的“墨子号”，是全世界发射的第一颗量子通信卫星，标志着中国将成为量子通信界的老大，在以后量子通信网络建设进程中，中国的话语权和支配权都将是至高无上的。别的国家见咱们有了量子卫星，都急红眼了！

全球首颗量子科学实验卫星为什么命名为“墨子号”。墨子是我国古代伟大的科学家，被称为“科圣”。他最早提出光线沿直线传播的理论，设计了小孔成像实验，奠定了光通信、量子通信的基础。用中国古代伟大科学家的名字命名量子卫星，为的是提升我们的文化自信。

主持建造“墨子号”的潘建伟教授是我国量子科学的领头人，1996年他到奥地利求学量子科学，导师问他的梦想是什么，他说要在中国建世界一流的量子物理实验室。仅过了一年，他就与同事合作，宣布在实验中实现了量子态隐形传输，这被公认为量子信息实验领域的开山之作，《科学》杂志将其列为年度全球十大科技进展。这一年，潘建伟仅27岁。后来，潘建伟回国开展量子科学研究，结果理解这门科学的人太少，什么隐形传输，什么大变活人的，他的研究项目被称为伪科学，本人则被误解为骗子。今天这个“骗子”终于可以向所有人说：看，一切都是真的！

量子传输的不仅仅是信息

目前这个阶段，中国发射的量子卫星，主要担负安全传输信息的实验任务。将来，量子卫星的任务不仅仅是传输信息，很有可能还会传输人。

什么？传输人！

是的，就是传输人。

前面我们说过，量子是微粒。可以把物体理解成是由量子组成的，也就是说物体可以分解成一个一个的量子，量子不但可以瞬间传输信息，而且可以瞬间传输量子。如果用量子传输信息，就叫量子通信。如果用量子传输量子，那么传输人就成为一种可能，这在魔术里叫大变活人吧。

我们用量子传输量子，就可以将魔术变成真实的科技项目。科学家在用量子传输信息的基础上，还开始研究如何把量子传输信息变成量子传输实物，这项研究被称为隐形传输。

隐形传输技术在科幻电影《星际旅行》中有体现：宇航员在特殊装置中平静地说一句：“发送我吧，苏格兰人！”他瞬间就被转移到外星球了。将来，量子机器很可能把科幻电影中的神奇情景变成现实，依靠量子传输实物的功能将我们发射到想去的星球上去。

尽管想要达到“发送我吧”这样的结果，我们还得等上一些年头，但量子隐形传输技术，终将带我们走进不可思议的量子传输情景中，很可能让我们瞬间到达我们想到达的任意地方。量子传输或许将是星际旅行的终极大法――因为，身体是由量子组成的，量子能够被瞬间传输，所以我们的身体，我们的生命也就可能被瞬间传输。

天呀，原来大变活人不只是魔术！

科学探索

第9篇：量子计算的原理范文

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。