序論：寫作是一種深度的自我表達(dá)。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相，好投稿為您帶來(lái)了七篇量子科學(xué)應(yīng)用范文，愿它們成為您寫作過(guò)程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

篇(1)

關(guān)鍵詞：量子點(diǎn) 發(fā)光 量子點(diǎn)尺寸效應(yīng)

近幾年來(lái)，寬禁帶半導(dǎo)體發(fā)光材料引起人們極大的興趣，是因?yàn)檫@些材料在藍(lán)光及紫外光發(fā)光二極管、半導(dǎo)體激光器和紫外光探測(cè)器上有重要的應(yīng)用價(jià)值。這些器件在光信息存儲(chǔ)、全色顯示和紫外光探測(cè)上有巨大的市場(chǎng)需求，人們已經(jīng)制造出III族氮化物和ZnSe等藍(lán)光材料，并用這些材料制成了高效率的藍(lán)光發(fā)光二極管和激光器，這使全色顯示成為可能。量子點(diǎn)（QuantumDot）憑借自身獨(dú)特的光電特性越來(lái)越受到人們的重視，成為研究的熱點(diǎn)。

由于量子點(diǎn)所具有的量子尺寸、量子隧穿、庫(kù)侖阻塞、量子干涉、多體關(guān)聯(lián)和非線性光學(xué)效應(yīng)非常明顯，故在低維量子結(jié)構(gòu)的研究中，對(duì)載流子施以盡可能多的空間限制，制備零維量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)并開(kāi)發(fā)其應(yīng)用，受到世界各國(guó)科學(xué)家和企業(yè)家的高度重視。

1、半導(dǎo)體量子點(diǎn)的制備方法

高質(zhì)量半導(dǎo)體量子點(diǎn)材料的制備是量子器件和電路應(yīng)用的基礎(chǔ)，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)缺陷量子點(diǎn)的形狀、尺寸、面密度、體密度和空間分布有序性等的可控生長(zhǎng)，一直是材料科學(xué)家追求的目標(biāo)和關(guān)注的熱點(diǎn)。

應(yīng)變自組裝量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)技術(shù)是指在半導(dǎo)體外延生長(zhǎng)過(guò)程中，由于襯底和外延層的晶格失配及表面、界面能不同，導(dǎo)致外延層島狀生長(zhǎng)而制得量子點(diǎn)的方法。這種生長(zhǎng)模式被稱為SK生長(zhǎng)模式。外延過(guò)程的初期為二維平面生長(zhǎng)，平面生長(zhǎng)厚度通常只有幾個(gè)原子層厚，稱為浸潤(rùn)層。隨浸潤(rùn)層厚度的增加，應(yīng)變能不斷積累，當(dāng)達(dá)到某一臨界層厚度時(shí)，外延生長(zhǎng)則由二維平面生長(zhǎng)向三維島狀生長(zhǎng)過(guò)渡，由此形成直徑為幾十納米、高度為幾納米的小島，這種材料若用禁帶較寬的材料包圍起來(lái)，就形成量子點(diǎn)。用這種方法制備的量子點(diǎn)具有尺寸小、無(wú)損傷的優(yōu)點(diǎn)。用這種方法已經(jīng)制備出了高質(zhì)量的GaN量子點(diǎn)激光器。

化學(xué)自組裝量子點(diǎn)制備方法是一種通過(guò)高分子偶聯(lián)劑將形成量子點(diǎn)的團(tuán)簇或納米顆粒聯(lián)結(jié)起來(lái)，并沉積在基質(zhì)材料上來(lái)制備量子點(diǎn)低維材料的方法。隨著人們對(duì)量子線、量子點(diǎn)制備和應(yīng)用的迫切需求，以上物理制備方法顯得費(fèi)時(shí)費(fèi)力，特別是在批量制備時(shí)更是如此，化學(xué)自組裝為納米量子點(diǎn)的平面印刷和納米有機(jī)-無(wú)機(jī)超晶格的制備提供了可能。由于化學(xué)自組裝量子點(diǎn)的制備具有量子點(diǎn)均勻有序、制備速度快、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，且選用不同的偶聯(lián)劑可以對(duì)不同的量子點(diǎn)前驅(qū)顆粒進(jìn)行不同對(duì)稱性的組裝，從而能制備出不同的量子點(diǎn)。它的出現(xiàn)為批量制備高功率半導(dǎo)體量子器件和激光器提供了一種有效的途徑，因此這種方法被認(rèn)為是制備量子點(diǎn)最有前途的方法之一。

2、 II-VI族半導(dǎo)體量子點(diǎn)的發(fā)光原理和發(fā)光特性

2.1 發(fā)光原理

半導(dǎo)體量子點(diǎn)的發(fā)光原理（如圖1-1所示），當(dāng)一束光照射到半導(dǎo)體材料上，半導(dǎo)體材料吸收光子后，其價(jià)帶上的電子躍遷到導(dǎo)帶，導(dǎo)帶上的電子還可以再躍遷回價(jià)帶而發(fā)射光子，也可以落入半導(dǎo)體材料的電子陷阱中。當(dāng)電子落入較深的電子陷阱中的時(shí)候，絕大部分電子以非輻射的形式而猝滅了，只有極少數(shù)的電子以光子的形式躍遷回價(jià)帶或吸收一定能量后又躍遷回到導(dǎo)帶。因此當(dāng)半導(dǎo)體材料的電子陷阱較深時(shí)，它的發(fā)光效率會(huì)明顯降低。

2.2 發(fā)光特性

由于受量子尺寸效應(yīng)和介電限域效應(yīng)的影響，半導(dǎo)體量子點(diǎn)顯示出獨(dú)特的發(fā)光特性。主要表現(xiàn)為：（1）半導(dǎo)體量子點(diǎn)的發(fā)光性質(zhì)可以通過(guò)改變量子點(diǎn)的尺寸來(lái)加以調(diào)控；（2）半導(dǎo)體量子點(diǎn)具有較大的斯托克斯位移和較窄而且對(duì)稱的熒光譜峰（半高全寬只有40nm）；（3）半導(dǎo)體量子點(diǎn)具有較高的發(fā)光效率。半導(dǎo)體量子點(diǎn)的發(fā)光特性，除了量子點(diǎn)的三維量子限制作用之外，還有其他諸多因素需要考慮。不過(guò)人們通過(guò)大膽嘗試與努力探索，已在量子點(diǎn)的發(fā)光特性研究方面取得了很大的進(jìn)展。

3、量子點(diǎn)材料的應(yīng)用

鑒于量子點(diǎn)的獨(dú)特理化性質(zhì)，科學(xué)工作者就量子點(diǎn)材料的應(yīng)用研究開(kāi)展了大量的工作，研究領(lǐng)域主要集中在納米電子學(xué)、光電子學(xué)、生命科學(xué)和量子計(jì)算等領(lǐng)域，下面介紹一下量子點(diǎn)在這些方面的應(yīng)用。

3.1量子點(diǎn)激光器

用量子線或量子點(diǎn)設(shè)計(jì)并制作微結(jié)構(gòu)激光器的新思想是由日本的兩名年輕的科學(xué)家在1982年提出了，但是由于制備工藝的難度很大而擱淺。隨著技術(shù)的進(jìn)步，到90年代初，利用MBE和MOCVD技術(shù)，通過(guò) Stranski―Krastanow（S―K）模式生長(zhǎng)In（Ga）As/GaAs自組裝量子點(diǎn)等零維半導(dǎo)體材料有了突破性的進(jìn)展，生長(zhǎng)出品格較完整，尺寸較均勻，且密度和發(fā)射率較高的InAs量子點(diǎn)，并于1994年制備出近紅外波段In（Ga）As/GaAs量子點(diǎn)激光器。

3.2量子點(diǎn)紅外探測(cè)器

半導(dǎo)體材料紅外探測(cè)器的研究一直吸引人們非常廣泛的興趣。以量子點(diǎn)作為有源區(qū)的紅外探測(cè)器從理論上比量子阱紅外探測(cè)器具有更大的優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)包括：（1）量子點(diǎn)探測(cè)器可以探測(cè)垂直入射的光，無(wú)需像量子阱探測(cè)器那樣要制作復(fù)雜的光柵；（2）量子點(diǎn)分立態(tài)的間隔大約為50meV-70meV，由于聲子瓶頸效應(yīng)，電子在量子點(diǎn)分立態(tài)上的弛豫時(shí)間比在量子阱能態(tài)上長(zhǎng)，這有利于制造工作溫度高的器件；（3）三維載流子限制降低了熱發(fā)射和暗電流；（4）探測(cè)器不需冷卻，這將會(huì)大大減少陣列和成像系統(tǒng)的尺寸及成本。因此，量子點(diǎn)探測(cè)器已經(jīng)成為光探測(cè)器研究的前沿，并取得了重大進(jìn)展。

3.3 單電子器件

電子器件是基于庫(kù)侖阻塞效應(yīng)和單電子隧道效應(yīng)的基本原理，通過(guò)控制在微小隧道結(jié)體系中單個(gè)電子的隧穿過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)特定功能的器件，是一種新型的納米電子器件。

3.4 量子計(jì)算機(jī)

量子計(jì)算機(jī)是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的物理裝置。當(dāng)某個(gè)裝置處理和計(jì)算的是量子信息，運(yùn)行的是量子算法時(shí)，它就是量子計(jì)算機(jī)。1998年，Loss和Di Vincenzo描述了利用耦合單電子量子點(diǎn)上的自旋態(tài)來(lái)構(gòu)造量子比特，實(shí)現(xiàn)信息傳遞的方法。

除此之外，量子點(diǎn)在生物化學(xué)、分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、藥物篩選、生物大分子相互作用等研究中有極大的應(yīng)用前景。

結(jié)束語(yǔ) 我們相信量子點(diǎn)技術(shù)應(yīng)用的未來(lái)出現(xiàn)很多奇跡，隨著對(duì)量子點(diǎn)的深入研究，其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景還將更加廣闊。

參考文獻(xiàn)

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篇(2)

[關(guān)鍵詞]量子；特性；意識(shí)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：O413.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）25-0298-01

一、量子的基本知識(shí)

1、量子

我們?cè)谖锢韺W(xué)中提到“量子”時(shí)，實(shí)際上指的是微觀世界的一種行為傾向，也就是可觀測(cè)的物理量都在不連續(xù)地變化。？比如，我們說(shuō)一個(gè)“光量子”，是因?yàn)閱蝹€(gè)光量子的能量是光能變化的最小單位，光的能量是以單個(gè)光量子的能量為單位一份一份地變化的。對(duì)于量子的種種特性，連不少科學(xué)家都為之迷惑，對(duì)于我們普通人來(lái)說(shuō)自然更加高深。今天我就試著走近它，來(lái)發(fā)現(xiàn)她“幽靈”般的的魅力。

2、量子的特性

量子的奇妙之處首先在于它的奇妙特性――量子疊加和量子糾纏。

量子疊加就是說(shuō)量子有多個(gè)可能狀態(tài)的疊加態(tài)，只有在被觀測(cè)或測(cè)量時(shí)，才會(huì)隨機(jī)地呈現(xiàn)出某種確定的狀態(tài)，因此，對(duì)物質(zhì)的測(cè)量意味著擾動(dòng)，會(huì)改變被測(cè)量物質(zhì)的狀態(tài)。好比孫悟空的分身術(shù)， 孫悟空可能同時(shí)出現(xiàn)在幾個(gè)地方，他的各個(gè)分身就像是他的疊加態(tài)。在日常生活中，我們不可能在不同的地方同時(shí)出現(xiàn)，但在量子世界里它卻可以同時(shí)出現(xiàn)在多個(gè)不同的地方。”

而所謂的量子糾纏，則意味著兩個(gè)糾纏在一起的量子就像有心電感應(yīng)的雙胞胎，不管兩個(gè)人的距離有多遠(yuǎn)，當(dāng)哥哥的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，弟弟的狀態(tài)也跟著發(fā)生一樣的變化?！叭绻@兩個(gè)光量子呈糾纏態(tài)的話，哪怕是千公里量級(jí)或者更遠(yuǎn)的距離，還是會(huì)出現(xiàn)遙遠(yuǎn)的點(diǎn)之間的詭異互動(dòng)，愛(ài)因斯坦稱之為“幽靈般的超距作用”?？茖W(xué)家就可以利用這種效應(yīng)將甲地某一粒子的未知量子態(tài)，在乙地的另一粒子上還原出來(lái)。量子糾纏的廣泛應(yīng)用將會(huì)改變我們的生活，真正地突破時(shí)空的局限，交通、物流也就不再會(huì)有時(shí)間與空間的阻礙了。我國(guó)發(fā)射的“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星昭示著我國(guó)在量子通信領(lǐng)域已處于世界領(lǐng)先的地位。

二、意識(shí)是量子力學(xué)現(xiàn)象

人們的意識(shí)一直都沒(méi)有搞清楚，用經(jīng)典物理學(xué)的電學(xué)、磁學(xué)及力學(xué)方法去測(cè)量意識(shí)是測(cè)量不出來(lái)的，科學(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始認(rèn)識(shí)到了意識(shí)是種量子力學(xué)的現(xiàn)象，意識(shí)的念頭像量子力學(xué)的測(cè)量。為什么這么說(shuō)呢？比如我們面前出現(xiàn)了一座房子，這時(shí)有兩種可能的狀態(tài)：一個(gè)沒(méi)有任何心思的人會(huì)看房非房，他的意識(shí)處于自由的狀態(tài)，沒(méi)看到房子是石頭的還是木頭的，他根本就不動(dòng)念頭。意識(shí)也是這樣，如果你看到這座房子，一下子動(dòng)念頭了，動(dòng)念頭實(shí)質(zhì)上就是作了測(cè)量。

客觀世界是一系列復(fù)雜念頭造成的。有一本非常著名的書叫《皇帝新腦》， 就是研究意識(shí)，他認(rèn)為計(jì)算機(jī)僅僅是邏輯運(yùn)算，不會(huì)產(chǎn)生直覺(jué)，直覺(jué)只能是量子系統(tǒng)才能夠產(chǎn)生，意識(shí)是種量子力學(xué)現(xiàn)象，意識(shí)的念頭像量子力學(xué)的測(cè)量。而人的大腦有直覺(jué)，也就是說(shuō)人的意識(shí)不僅存在于大腦之中，也存在于宇宙之中，量子糾纏告訴我們，一定有個(gè)地方存在著人的意識(shí)。

三、量子技術(shù)的應(yīng)用

科學(xué)家認(rèn)為，量子糾纏是一種 “神奇的力量”，可成為具有超級(jí)計(jì)算能力的量子計(jì)算機(jī)和量子保密系統(tǒng)的基礎(chǔ)。實(shí)際上，量子糾纏還有很多奇妙的應(yīng)用，可以在許多領(lǐng)域中突破傳統(tǒng)技術(shù)的極限。量子技術(shù)已經(jīng)成為一個(gè)新興的、快速發(fā)展中的技術(shù)領(lǐng)域。這其中，量子通信、量子計(jì)算、量子成像、量子生物學(xué)是目前的方向。

1、量子通信

量子通信就是通過(guò)把量子物理與信息技術(shù)相結(jié)合，利用量子調(diào)控技術(shù)，確保信息安全、提高運(yùn)算速度、提升測(cè)量精度。 廣義地說(shuō)，量子通信是指把量子態(tài)從一個(gè)地方傳送到另一個(gè)地方，它的內(nèi)容包含量子隱形傳態(tài)，量子糾纏交換和量子密鑰分配。狹義地說(shuō)，實(shí)際上只是指量子密鑰分配或者基于量子密鑰分配的密碼通信，解決了以往用微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)信息技術(shù)極易遭遇泄密的問(wèn)題。

2、量子計(jì)算

量子計(jì)算是量子物理學(xué)向我們展示的又一種強(qiáng)大的能力，源自于對(duì)真實(shí)物理系統(tǒng)的模擬。模擬多粒子系統(tǒng)的行為時(shí)，當(dāng)需要模擬的粒子數(shù)目很多時(shí)，一個(gè)足夠精確的模擬所需的運(yùn)算時(shí)間則變得相當(dāng)漫長(zhǎng)。而如果用量子系統(tǒng)所構(gòu)成的量子計(jì)算機(jī)來(lái)模擬量子現(xiàn)象則運(yùn)算時(shí)間可大幅度減少，從此量子計(jì)算機(jī)的概念誕生。

3、量子成像

量子成像是從利用量子糾纏原理開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的一種新的成像技術(shù)，有一種比較奇妙的現(xiàn)象稱之為“鬼成像”。比如將糾纏的雙光子分別輸入兩個(gè)不同的光學(xué)系統(tǒng)中，在其中一個(gè)系統(tǒng)里放入待成像的物體，通過(guò)雙光子關(guān)聯(lián)測(cè)量，在另一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)中能再現(xiàn)物體的空間分布信息。即與經(jīng)典光學(xué)成像只能在同一光路中得到物體的像不同，鬼成像可以在另一條并未放置物體的光路上再現(xiàn)該物體的成像。

4、量子生物學(xué)

量子生物學(xué)是利用量子力學(xué)的概念、原理及方法來(lái)研究生命物質(zhì)和生命過(guò)程的學(xué)科。薛定諤在《生命是什么》一書中對(duì)這一觀點(diǎn)進(jìn)行了詳盡的闡述，提出遺傳物質(zhì)是一種有機(jī)分子，遺傳性狀以“密碼”形式通過(guò)染色體而傳遞等設(shè)想。這些設(shè)想由脫氧核糖核酸雙螺旋結(jié)構(gòu)模型而得到極大的發(fā)展，從而奠定了分子生物學(xué)的基礎(chǔ)。分子的相互作用必然涉及其電子的行為，而能夠精確描述電子行為的手段就是量子力學(xué)。因此量子生物學(xué)是分子生物學(xué)深入發(fā)展的必然趨勢(shì)，是量子力學(xué)與分子生物學(xué)發(fā)展到一定階段之后相互結(jié)合的產(chǎn)物。

愛(ài)因斯坦相對(duì)論指出：相互作用的傳播速度不會(huì)大于光速，可是對(duì)于分開(kāi)很遠(yuǎn)距離的兩個(gè)處于糾纏態(tài)中的粒子，當(dāng)對(duì)一個(gè)粒子進(jìn)行測(cè)量時(shí)，另一個(gè)粒子的狀態(tài)受到關(guān)聯(lián)關(guān)系已經(jīng)發(fā)生了變化，這種傳輸?shù)睦碚撍俣瓤梢赃h(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)光速。這一現(xiàn)象被愛(ài)因斯坦稱為“詭異的互動(dòng)性”。量子糾纏是量子物理學(xué)里最稀奇古怪的東西，即使腦洞大開(kāi)我們還是很難領(lǐng)會(huì)它，另外從常識(shí)角度來(lái)看，量子理論描述的自然界很荒謬，許多解釋還涉及到哲學(xué)問(wèn)題。但另一方面，量子物理學(xué)有很廣泛的應(yīng)用，它的發(fā)展可能帶來(lái)行業(yè)面貌的改變，所涉及的范圍從量子計(jì)算機(jī)到人工智能，無(wú)所不含，這也正是我們深入學(xué)習(xí)、研究量子物理的動(dòng)力所在?。?/p>

參考文獻(xiàn)

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[2] 舒娜，量子糾纏技術(shù)與量子通信.

[3] 尼古拉.吉桑著，周榮庭譯，跨越時(shí)空的骰子.

[4] 中國(guó)科普博覽.

[5] 科普中國(guó).

篇(3)

【關(guān)鍵詞】量子點(diǎn)技術(shù)；醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)；應(yīng)用

【文章編號(hào)】1004-7484（2014）07-4598-02

1 量子點(diǎn)技術(shù)的發(fā)展歷史

量子點(diǎn)是一種特殊的納米微粒，也稱納米量子點(diǎn)、半導(dǎo)體量子點(diǎn)或半導(dǎo)體納米微晶體，是由Ⅱ～Ⅵ族元素或Ⅲ～Ⅴ族元素組成的小于100nm的半導(dǎo)體納米微晶體組成。這些納米微晶體直徑小于其玻爾直徑（

從1970年起，人們就開(kāi)始對(duì)量子點(diǎn)進(jìn)行研究。量子點(diǎn)標(biāo)記有許多優(yōu)點(diǎn)：量子點(diǎn)被激發(fā)后可得到波長(zhǎng)范圍寬且光譜可調(diào)的熒光；量子點(diǎn)具有較大的斯托克位移和狹窄的熒光譜峰，使標(biāo)記生物分子熒光譜的區(qū)分、識(shí)別變得更容易；量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度及穩(wěn)定性是普通熒光染料的100倍左右，同時(shí)，作為標(biāo)記用的量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度與持續(xù)時(shí)間和其所在的分散體系有關(guān)；經(jīng)各種化學(xué)修飾后的量子點(diǎn)生物相容性好，對(duì)生物危害較小。雖然量子點(diǎn)的研究在1970年就開(kāi)始了，但是在生物學(xué)領(lǐng)域有突破性的進(jìn)展較晚。1998年，Bruchez和Chan兩個(gè)研究小組分別發(fā)表了將半導(dǎo)體量子點(diǎn)用作生物標(biāo)記并適用于活體細(xì)胞體系研究成果。自此，半導(dǎo)體量子點(diǎn)用于生物醫(yī)學(xué)標(biāo)記受到廣泛關(guān)注。此后經(jīng)過(guò)科學(xué)家們的努力，量子點(diǎn)在生命科學(xué)、分析科學(xué)、檢驗(yàn)檢疫等傳統(tǒng)及新興領(lǐng)域逐漸發(fā)揮出越來(lái)越大的作用。本文主要研究量子點(diǎn)技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)領(lǐng)域中的作用。

2 量子點(diǎn)技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中的應(yīng)用分析

醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)包括以追求結(jié)果準(zhǔn)確度和靈敏度為目的的檢驗(yàn)技術(shù)學(xué)和以尋找更多、更靈敏、更特異指標(biāo)為目的的檢驗(yàn)診斷學(xué)。量子點(diǎn)標(biāo)記技術(shù)在檢驗(yàn)技術(shù)學(xué)和檢驗(yàn)診斷學(xué)兩個(gè)領(lǐng)域均發(fā)揮重要作用，是醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)生物標(biāo)記領(lǐng)域的一次革命，為檢驗(yàn)診斷向細(xì)胞和分子水平發(fā)展提供有力手段。

2.1量子點(diǎn)技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用

量子點(diǎn)在檢驗(yàn)技術(shù)學(xué)領(lǐng)域的最大突破就是量子點(diǎn)作為示蹤標(biāo)志物標(biāo)記在生物分子上，用于檢測(cè)待測(cè)抗原、抗體、DNA或RN段。量子點(diǎn)標(biāo)記在特異性抗體或DN段上，可制備量子點(diǎn)探針，用于待測(cè)蛋白質(zhì)和核酸的定性和定量檢測(cè)，理論上，普通熒光物質(zhì)能應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域，量子點(diǎn)也可以應(yīng)用，量子點(diǎn)技術(shù)促進(jìn)檢驗(yàn)技術(shù)學(xué)和方法學(xué)的更新和進(jìn)步。

2.2量子點(diǎn)技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)診斷領(lǐng)域中的應(yīng)用

2.2.1微生物診斷領(lǐng)域

很多微生物在體外很難培養(yǎng)或生長(zhǎng)緩慢，快速特異而靈敏地診斷機(jī)體內(nèi)病原微生物是臨床微生物檢驗(yàn)學(xué)的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。利用量子點(diǎn)標(biāo)記技術(shù)能在20min內(nèi)定量檢測(cè)大腸桿菌的數(shù)量。將不同顏色量子點(diǎn)標(biāo)記在不同抗體上，通過(guò)抗原-抗體特異性免疫結(jié)合反應(yīng)，可同時(shí)檢測(cè)多種致病菌。用量子點(diǎn)作熒光標(biāo)志物，結(jié)合免疫磁珠分離技術(shù)，對(duì)大腸桿菌進(jìn)行測(cè)定，其免疫磁珠表面量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度與大腸桿菌含量成正比，最低檢測(cè)限比FITC標(biāo)記低100倍。

病毒不是一種完整細(xì)胞形態(tài)的微生物，病毒寄生在活細(xì)胞體內(nèi)，體積很小，普通顯微鏡難以觀察。量子點(diǎn)熒光具有高靈敏度和長(zhǎng)壽命，將量子點(diǎn)標(biāo)記在病毒抗體上，可將量子點(diǎn)吸附在病毒表面，觀察其特征和分布。

2.2.2免疫學(xué)診斷領(lǐng)域

各種腫瘤標(biāo)志物、激素、炎性因子和促炎因子等多肽分子都是抗原，這些抗原有的是人體自身產(chǎn)生的，檢測(cè)這些抗原對(duì)疾病診斷和預(yù)警及判斷療效有重要意義。微生物菌體和病毒體本身也是抗原，這些抗原是人體內(nèi)沒(méi)有的，機(jī)體內(nèi)檢測(cè)出這類抗原，可診斷機(jī)體受到了某種微生物的感染。將針對(duì)人體血液中的炎性因子單克隆抗體點(diǎn)陣在玻片上，制備固態(tài)生物芯片，用量子點(diǎn)標(biāo)記二抗作為探針，利用熒光顯微鏡對(duì)芯片進(jìn)行量子點(diǎn)熒光成像，并通過(guò)軟件分析系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)血液中白細(xì)胞介素IL-1、1L-8、1L-6，腫瘤壞死因子-α和人巨噬細(xì)胞炎性蛋白1β等6種炎性細(xì)胞免疫因子進(jìn)行同時(shí)檢測(cè)，檢測(cè)靈敏度高且無(wú)交叉反應(yīng)。

將量子點(diǎn)取代酶分子建立量子點(diǎn)連接的免疫吸附分析，首先將單克隆抗體固定在ELISA板微孔底部封閉，然后加入待測(cè)抗原孵育，洗滌后加入CdSe/ZnS量子點(diǎn)標(biāo)記的二抗，洗滌后再孵育，以熒光光度計(jì)檢測(cè)ELISA板微孔量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度，其熒光強(qiáng)度與待測(cè)抗原成正比，如果有標(biāo)準(zhǔn)濃度對(duì)參照，可定量檢測(cè)待測(cè)抗原。采用量子點(diǎn)連接的免疫吸附試驗(yàn)已經(jīng)成功對(duì)血清前列腺特異性抗原（PSA）和丙肝病毒（HCV），核心抗原及弓形體抗體進(jìn)行檢測(cè)。量子點(diǎn)標(biāo)記同樣可以作為組織免疫組織化學(xué)診斷研究，用不同熒光顏色的量子點(diǎn)分別標(biāo)記在針對(duì)不同抗原的抗體上，可實(shí)現(xiàn)同一個(gè)組織切片多個(gè)抗原的定位檢測(cè)，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于腫瘤病理診斷中。

2.2.3基因診斷領(lǐng)域

基于分子雜交原理，用量子點(diǎn)標(biāo)記寡核苷酸片段，可作為基因探針，結(jié)合現(xiàn)代光電技術(shù)，可用于DNA診斷和分析。量子點(diǎn)具有熒光性質(zhì)，也可用于構(gòu)建熒光共振能量轉(zhuǎn)移，檢測(cè)目的基因系統(tǒng)。首先，將電子點(diǎn)連接在DNA分子上作為捕獲探針，另外設(shè)計(jì)一個(gè)標(biāo)記了CY5的報(bào)告探針，當(dāng)標(biāo)本中靶DNA和量子點(diǎn)標(biāo)記的探針結(jié)合時(shí)，量子點(diǎn)和熒光受體間出現(xiàn)FRET，從而檢測(cè)到兩種熒光，而無(wú)靶基因的標(biāo)本只出現(xiàn)量子點(diǎn)熒光，該方法檢測(cè)靈敏度比常規(guī)FRET高100倍。將量子點(diǎn)與FRET技術(shù)整合并取代傳統(tǒng)無(wú)機(jī)熒光染料，主要存在（1）具有量子點(diǎn)粒徑比傳統(tǒng)熒光染料大，量子點(diǎn)供體和受體距離大，F(xiàn)RET強(qiáng)度大；（2）量子點(diǎn)產(chǎn)生熒光時(shí)間長(zhǎng)，造成背景干擾大。

3.結(jié)語(yǔ)

量子點(diǎn)作為一種新技術(shù)，使生物熒光探針標(biāo)記的技術(shù)產(chǎn)生了重大突破。量子點(diǎn)己成功地用于組織、細(xì)胞、蛋白質(zhì)、核酸的標(biāo)記。事實(shí)表明，量子點(diǎn)在生物領(lǐng)域?qū)l(fā)揮越來(lái)越大的作用。隨著量子點(diǎn)技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)將會(huì)在醫(yī)學(xué)疾病診斷、核酸和蛋白質(zhì)學(xué)的研究、藥物篩選等方面有較好的應(yīng)用。量子點(diǎn)技術(shù)及其在檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用前景良好但充滿挑戰(zhàn)，需要各領(lǐng)域研究者的共同合作和努力。

篇(4)

8月16日1時(shí)40分，備受矚目的以“墨子號(hào)”命名的全球首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星在酒泉成功發(fā)射升空。“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星成為浩瀚夜空中最亮的“星”，開(kāi)啟為期兩年的太空科學(xué)旅程。

星地高速量子密鑰分發(fā)、廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)、星地量子糾纏分發(fā)以及地星量子隱形傳態(tài)等多項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)是“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星的主要任務(wù)。業(yè)內(nèi)人士指出，此次發(fā)射任務(wù)的圓滿成功，將使我國(guó)在世界上首次實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信，構(gòu)建天地一體化的量子保密通信與科學(xué)實(shí)驗(yàn)體系。有媒體稱，在這場(chǎng)“特殊的太空競(jìng)賽”中，中國(guó)“邁出了一大步”。

科學(xué)之路任重道遠(yuǎn)，量子世界迷霧重重，“第一顆量子衛(wèi)星”的頭銜來(lái)之不易。從最初的研制到發(fā)射，量子衛(wèi)星承載了太多關(guān)注的目光與期許。那么，這顆舉世矚目的“新星”到底有多牛？技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度又有多高？

信息安全的“終極武器”

量子科學(xué)對(duì)絕大多數(shù)人來(lái)說(shuō)十分高冷。但當(dāng)它與信息技術(shù)相連，就與我們每個(gè)人息息相關(guān)。當(dāng)今社會(huì)，信息的海量傳播背后也充斥著信息泄露的風(fēng)險(xiǎn)。而量子科學(xué)則為信息安全提供了“終極武器”。

在物理王國(guó)里，量子理論是一個(gè)“百歲的幽靈”，愛(ài)因斯坦也曾被它的“詭異”所困擾。在量子世界中，一個(gè)物體可以同時(shí)處在多個(gè)位置，一只貓可以處在“死”和“活”的疊加狀態(tài)上;所有物體都具有“波粒二象性”，既是粒子也是波;兩個(gè)處于“糾纏態(tài)”的粒子，即使相距遙遠(yuǎn)也具有“心電感應(yīng)”，一個(gè)發(fā)生變化，另一個(gè)會(huì)瞬時(shí)發(fā)生相應(yīng)改變……

正是由于量子具有這些不同于宏觀物理世界的奇妙特性，才構(gòu)成了量子通信安全的基石。在量子保密通信中，由于量子的不可分割、不可克隆和測(cè)不準(zhǔn)的特性，所以一旦存在竊聽(tīng)就必然會(huì)被發(fā)送者察覺(jué)并規(guī)避。

“傳統(tǒng)的信息安全都依賴于復(fù)雜的算法，只要計(jì)算能力足夠強(qiáng)大，再?gòu)?fù)雜的保密算法都能被破解。量子通信能做到絕對(duì)安全，是由量子自身的特性所決定的，計(jì)算能力再?gòu)?qiáng)也破解不了，因此它是革命性的，可從根本上、永久性解決信息安全問(wèn)題?！绷孔涌茖W(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星首席科學(xué)家潘建偉院士說(shuō)。

潘建偉形象地比喻，量子通信的基本特征就是利用微光世界的最小單元，比如15瓦的燈泡，每秒都會(huì)發(fā)射一些能量，如果用放大鏡來(lái)看它是由小顆粒組成，大概每秒鐘可以釋放百億個(gè)小顆粒。如果在量子通信中將這種小顆粒用來(lái)做信號(hào)，就不能被分割成半個(gè)小顆粒，就像水分子一樣，不能分成1/2個(gè)水分子。

量子保密通信能從三個(gè)方面保障信息安全。第一，發(fā)送者和接收者之間的信息交互是安全的，不會(huì)被竊聽(tīng)或盜取。第二，“主仆”身份能自動(dòng)確認(rèn)，只有“主人”才能使喚“仆人”，而其他人無(wú)法指揮“仆人”。第三，一旦發(fā)送者和接收者之間的傳遞口令被惡意篡改，使用者會(huì)立刻知曉，從而重新發(fā)送和接收指令。

“四種武器”挑戰(zhàn)四大實(shí)驗(yàn)任務(wù)

8月17日，中科院遙感與數(shù)字地球研究所所屬中國(guó)遙感衛(wèi)星地面站密云站，在第二十三圈次成功跟蹤、接收到了量子衛(wèi)星“墨子號(hào)”的首軌數(shù)據(jù)?！澳犹?hào)”首軌任務(wù)時(shí)長(zhǎng)約7分鐘，接收到的數(shù)據(jù)量約為202MB，經(jīng)驗(yàn)證，衛(wèi)星數(shù)據(jù)質(zhì)量良好。

據(jù)悉，“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星上搭載了自主研發(fā)的“四種武器”：量子密鑰通信機(jī)、量子糾纏發(fā)射機(jī)、量子糾纏源和量子試驗(yàn)控制與處理機(jī)。同時(shí)，在地面建設(shè)了科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)，包括1個(gè)中心――合肥量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心;4個(gè)站――南山、德令哈、興隆、麗江量子通信地面站;1個(gè)平臺(tái)――阿里量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

這顆量子衛(wèi)星的壽命為兩年，將完成四大任務(wù)：星地高速量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)、廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)、星地量子糾纏分發(fā)實(shí)驗(yàn)和地星量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)。

潘建偉介紹，實(shí)驗(yàn)大致分為三類：第一類是進(jìn)行衛(wèi)星和地面之間的量子密鑰分發(fā)，實(shí)現(xiàn)天地之間的安全通信;第二類相當(dāng)于把量子實(shí)驗(yàn)室搬到太空，在空間尺度檢驗(yàn)量子理論;第三類是實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面千公里量級(jí)的量子態(tài)隱形傳輸。

但要完成“作業(yè)”并不輕松。目前，國(guó)際上還沒(méi)有一個(gè)國(guó)家將量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)送入空間，量子衛(wèi)星的研制沒(méi)有任何經(jīng)驗(yàn)可循，過(guò)程充滿了困難和挑戰(zhàn)。 科研人員模擬地面望遠(yuǎn)鏡向量子衛(wèi)星發(fā)射信標(biāo)光（新華社 劉坤 攝） 在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星在與運(yùn)載火箭適配器對(duì)接（圖/新華社）

天地一體化連通：

從太空向地面存錢罐扔硬幣

在量子通信中，最大的難點(diǎn)在于如何實(shí)現(xiàn)天地一體化的量子聯(lián)通。這就好比在太空往地面的一個(gè)存錢罐里扔硬幣，需要準(zhǔn)確地將硬幣投擲于儲(chǔ)蓄罐的狹小入口。如果出現(xiàn)一點(diǎn)偏差，信息的傳遞便會(huì)功虧一簣。

“量子的編碼就像計(jì)算機(jī)編碼0101一樣，有正負(fù)、垂直、水平等不同狀態(tài)，要把量子的偏振方向檢測(cè)出來(lái)，才能變成密碼?！绷孔涌茖W(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星常務(wù)副總設(shè)計(jì)師、衛(wèi)星總指揮王建宇介紹，量子里面有兩組狀態(tài)，一組是正交的，一組是傾斜45度的，所以，一共有四個(gè)不同的偏正狀態(tài)。

不僅如此，地面上的“存錢罐”（接收裝置）和天空中的“投擲者”（量子衛(wèi)星）也不安分，它們都在不停地旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

“這就是瞄準(zhǔn)和檢測(cè)偏正的最大難度所在，我們要在雙方都處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的情況下完成信息傳遞?！蓖踅ㄓ顝?qiáng)調(diào)，稍微對(duì)不上都不行，如果這樣，地面上收到的就是誤碼。

據(jù)王建宇介紹，一旦誤碼率高于3.5%，信息傳輸就沒(méi)有意義?！?.5%是個(gè)底線，通常我們會(huì)把誤碼率控制在1%至2%之間?！?/p>

探測(cè)器靈敏度：

在地球上看到月球的火柴光

如果說(shuō)從太空向地面存錢罐扔硬幣已經(jīng)讓人咋舌，那接下來(lái)的技術(shù)則更讓人驚嘆。

量子衛(wèi)星采用的是單光子探測(cè)器，目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)光子的捕捉。這是一個(gè)什么概念？

“一個(gè)60瓦的燈泡每秒發(fā)射的光子數(shù)大約是1021，而一根火柴的最大光亮大約是3瓦至5瓦?！蓖踅ㄓ钫f(shuō)，量子衛(wèi)星探測(cè)器靈敏度相當(dāng)于在月球上點(diǎn)根火柴，我們?cè)诘厍蛏嫌猛h(yuǎn)鏡可以看到它的亮光。

如果考慮到火柴點(diǎn)燃后光的擴(kuò)散效應(yīng)，其觀測(cè)難度可想而知?！疤綔y(cè)器的靈敏度必須達(dá)到這種程度，才能捕獲來(lái)自太空中的一顆顆光子。否則，天上的量子衛(wèi)星就沒(méi)有存在的意義了?！蓖踅ㄓ钫f(shuō)。

時(shí)間同步設(shè)置：

一秒鐘給一億個(gè)光子排排隊(duì)

在太空中，量子衛(wèi)星每秒鐘大約向地面發(fā)射一億個(gè)光子，需要地面接收裝置對(duì)所有光子進(jìn)行接收。然而，這個(gè)接收過(guò)程并非來(lái)者不拒，而是要講究先來(lái)后到。

“我們必須知道每個(gè)光子是第幾個(gè)發(fā)出來(lái)，信息傳遞要求發(fā)送端和接收端能對(duì)得上，要有一個(gè)完整的序列?！蓖踅ㄓ钫f(shuō)。

將光子們一一對(duì)接的辦法就是時(shí)間同步。“我們現(xiàn)在的接收頻率能做到一個(gè)納秒，也就是在一秒鐘之內(nèi)，把一億個(gè)光子全都排列好?！蓖踅ㄓ罱榻B。

為何取名為 “墨子”

對(duì)于很多人來(lái)說(shuō)，量子科學(xué)非常神秘，而世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星命名為“墨子號(hào)”也讓很多人迷惑不解――墨子不是先秦諸子百家中墨家的創(chuàng)始人嗎，他跟量子有什么關(guān)系？

“墨子號(hào)”之得名，是為了紀(jì)念墨子在早期物理光學(xué)方面的成就，他最早提出過(guò)光線沿直線傳播的觀點(diǎn)，進(jìn)行了小孔成像實(shí)驗(yàn)?！瓣P(guān)于這顆衛(wèi)星的命名，我們考慮了好久?！迸私▊フf(shuō)，最終命名為“墨子號(hào)”，緣起于已故著名教育家、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授錢臨照。

錢臨照作為老一輩光學(xué)、科技史研究者，早年對(duì)墨家經(jīng)典著作《墨經(jīng)》有過(guò)深入研究，他對(duì)《墨經(jīng)》的研究發(fā)現(xiàn)被英國(guó)學(xué)者李約瑟獲悉，后者對(duì)此驚嘆不已。錢臨照發(fā)現(xiàn)《墨經(jīng)》中有不少與現(xiàn)代科學(xué)知識(shí)相通的記載，比如墨子在《墨經(jīng)》中提出的“光學(xué)八條”。

“墨家邏輯是全球三大古老邏輯體系之一，而邏輯體系是科學(xué)的基礎(chǔ)?！迸私▊フf(shuō)，墨子在兩千多年前就發(fā)現(xiàn)了光線沿直線傳播，并設(shè)計(jì)了小孔成像實(shí)驗(yàn)，奠定了光通信、量子通信的基礎(chǔ)。

墨子的貢獻(xiàn)還遠(yuǎn)不止于此，用一代宗師、中國(guó)思想史研究專家楊向奎先生的話來(lái)說(shuō)：“墨子在自然學(xué)上的成就，絕不低于古希臘的科學(xué)家和哲學(xué)家，甚至高于他們。他個(gè)人的成就就等于整個(gè)希臘?！?/p>

“就像國(guó)外有伽利略衛(wèi)星、開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡一樣，以中國(guó)古代偉大科學(xué)先賢的名字來(lái)命名全球首顆量子衛(wèi)星，將提升我國(guó)的文化自信?！迸私▊フf(shuō)。

“量子星群”引領(lǐng)量子互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代

據(jù)專家介紹，量子衛(wèi)星發(fā)射后，天地一體化量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)將投入正式運(yùn)行，而“京滬干線”大尺度光纖量子通信骨干網(wǎng)工程預(yù)計(jì)今年下半年交付。 在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，星罩組合體在轉(zhuǎn)運(yùn)至發(fā)射塔架（圖/中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院）

“大規(guī)模推廣量子通信應(yīng)用后，將極大提高人們信息傳輸?shù)乃矫苄院桶踩浴！迸私▊フf(shuō)，建好“量子互聯(lián)網(wǎng)”后，人們不用再擔(dān)心任何信息泄露，從而避免惡意攻擊和欺詐行為。

信息安全從根本上需要解決的就是傳輸內(nèi)容不被別人知道、保證接收者是和發(fā)送者對(duì)話，以及信息不被篡改。潘建偉說(shuō)，僅僅發(fā)射一顆衛(wèi)星是不夠的，只有形成星座才能建構(gòu)起網(wǎng)絡(luò)，而且需要地面配置相應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施，確保網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接到千家萬(wàn)戶。

篇(5)

談到武華文教授對(duì)量子信息技術(shù)的推動(dòng)，他還曾在北京主持過(guò)七屆量子信息研討會(huì)；他所提出的“量子信息對(duì)應(yīng)效應(yīng)”、“第三種波粒二重性”等理論也是從上千次試驗(yàn)中總結(jié)出來(lái)，在國(guó)內(nèi)首次提出并公開(kāi)報(bào)道的。如今，他所開(kāi)創(chuàng)的量子農(nóng)業(yè)技術(shù)正在全國(guó)推廣。

據(jù)了解，量子農(nóng)業(yè)是利用量子力學(xué)、量子生物學(xué)、量子信息學(xué)等理論研發(fā)的產(chǎn)品應(yīng)用于大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，其特點(diǎn)是以波動(dòng)形式傳遞能量和信息，其效果是高效、生態(tài)、健康、持續(xù)。例如：

1.增硒技術(shù)。2008年4月22日，由中國(guó)科技部主辦的科技日?qǐng)?bào)對(duì)武華文研發(fā)的量子發(fā)射儀給油桃增硒技術(shù)進(jìn)行了報(bào)道，受到廣泛關(guān)注。眾所周知，硒是礦物質(zhì)中的抗癌之王，而中國(guó)是缺硒國(guó)家，食品中硒含量也很少。如果能補(bǔ)上充足的硒，就能消除體內(nèi)自由基，減少疾病的發(fā)生。為此，武華文教授研發(fā)了量子儀器波給油桃增硒技術(shù)，為解決國(guó)內(nèi)食品硒含量少提供了一個(gè)新方法。

此外，武華文教授還應(yīng)用這種量子技術(shù)對(duì)遼寧省盤錦、黑龍江五常普通大米進(jìn)行加硒照射，結(jié)果證明都具有良好的增硒效果。

2.肥料技術(shù)。2009年，武華文開(kāi)始對(duì)農(nóng)業(yè)肥料進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)用量子發(fā)射儀對(duì)液體肥料、固體肥料進(jìn)行照射，可以做底肥、可拌種、噴施、灌根等，肥效大幅度提高。赤壁天元量子肥料有限公司生產(chǎn)的3十1多抗菌肥與氨基酸水溶肥組成套裝肥料，市場(chǎng)價(jià)是每畝60元，經(jīng)過(guò)量子技術(shù)照射后，可以減少化肥50%、增加收入30%，在全國(guó)范圍已有30家公司在推廣使用，農(nóng)作物普遍增產(chǎn)10%至30%，目前在國(guó)內(nèi)已完成種植面積3千萬(wàn)畝。

3.防治病蟲害功能。抑制棉鈴蟲、紅蜘蛛、稻瘟病、黃枯萎病，農(nóng)作物施用具抗旱、抗寒、抗倒?fàn)?、抗逆的作用，特別對(duì)澇害、缺素癥等作物具有回復(fù)生機(jī)之功效。

湖北日?qǐng)?bào)農(nóng)村版2016年9月8日?qǐng)?bào)道：記者來(lái)到赤壁市赤壁鎮(zhèn)東柳村，“多虧量子肥，才讓我今年的辣椒沒(méi)有減產(chǎn)。”該村村民張丙成高興地說(shuō)道。今年7月，赤壁市大面積受災(zāi)，張丙成家的20多畝地被淹了，許多農(nóng)作物都絕收，但是他家的辣椒不但沒(méi)有減產(chǎn)，反而增產(chǎn)，肉質(zhì)更厚，口感更好。銷路也不愁，這讓張丙成樂(lè)開(kāi)了花。

篇(6)

[關(guān)鍵詞]普朗克常數(shù)、量子物理、物理意義

中圖分類號(hào)：O431.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）26-0374-01

1 普朗克常數(shù)h的出現(xiàn)過(guò)程

在二十世紀(jì)以前，物理學(xué)的各個(gè)分支都已具備相當(dāng)完善的理論體系，并且在實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用中都得到了驗(yàn)證，并逐步推廣起來(lái)。但是，在一些物理現(xiàn)象中，人們發(fā)現(xiàn)了用經(jīng)典物理理論仍然無(wú)法去解釋，比如說(shuō)黑體輻射問(wèn)題，這就慢慢衍生出來(lái)了新的物理理論。為了更好地解決黑體輻射問(wèn)題，普朗克從十九世紀(jì)末開(kāi)始關(guān)注黑體輻射問(wèn)題，經(jīng)過(guò)整整六年的日日夜夜的研究，他在Rayleigh-Jeans公式和Wien定律的基礎(chǔ)上使用內(nèi)插法得到了一個(gè)新的輻射定律，并在二十世紀(jì)的開(kāi)端，對(duì)外公布了他自己對(duì)黑體輻射的最新研究結(jié)果：物質(zhì)所吸收或輻射的能量，必須是一個(gè)能量單位最小值的整數(shù)倍，一份一份地往外發(fā)射，因此他引入了一個(gè)常數(shù)，也就是用h表示的普朗克常數(shù)。

2 普朗克常數(shù)h的物理意義的探討

普朗克常數(shù)的提出，尤其是以h為表征的量子概念，開(kāi)創(chuàng)了現(xiàn)代物理學(xué)的新紀(jì)元，所作的貢獻(xiàn)無(wú)法估量。首當(dāng)其沖就是推進(jìn)了量子論的樹(shù)立并獲取有效進(jìn)步，量子論的生存爭(zhēng)斗與早期的進(jìn)步，都是緊緊地環(huán)繞著普朗克常數(shù)h的物理解釋進(jìn)行。

2.1 h促進(jìn)了量子論的建立和發(fā)展

雖然引進(jìn)普朗克常數(shù)開(kāi)創(chuàng)了量子論，但在當(dāng)時(shí)社會(huì)背景下，缺乏有效的傳播途徑，也因?yàn)檫@樣沒(méi)有獲取人們的完全認(rèn)識(shí)，甚至馬克斯?普朗克在新思想的提出之后，也感到不安想著回到舊軌道，最先意識(shí)到量子概念的嚴(yán)重性，并為量子論開(kāi)展打開(kāi)布局的是愛(ài)因斯坦。愛(ài)因斯坦提出，照射到金屬表面上的光，也就是光粒子流，頻率為的光，即是能量為的光量子流。金屬表面的電子只有吸收了能量為的光量子流才會(huì)逸出表面。

此后，很多科學(xué)家都做了不少的實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證。經(jīng)過(guò)多年的堅(jiān)持不懈，在1914年，密立根全面地證實(shí)了愛(ài)因斯坦的光電方程，而是第一次從光電效應(yīng)中測(cè)量出普朗克常數(shù)h為6.626196×10^-34焦?秒?？灯疹D利用愛(ài)因斯坦的光量子概念進(jìn)一步解釋了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，再一次驗(yàn)證光量子理論的準(zhǔn)確性。這些使人信服的事實(shí)改變了某些物理學(xué)家對(duì)于量子論的懷疑態(tài)度，并展開(kāi)了量子理論。

在量子論開(kāi)始時(shí)。固體比熱：繼黑體照射以及光電效應(yīng)又一個(gè)重點(diǎn)課題。直至一九零七年愛(ài)因斯坦逐步將普朗克常數(shù)以及量子化能量應(yīng)用固體比熱中，得出準(zhǔn)確的熱容量公式，克服經(jīng)典概念的又一重大難題，并且及時(shí)獲得了能斯特的證實(shí)與大力宣傳，從開(kāi)發(fā)伊始，歷經(jīng)多年的不斷研究與驗(yàn)證，量子論開(kāi)始被人類認(rèn)識(shí)。

普朗克常數(shù)h為原子的穩(wěn)定性提供幫助，也是推進(jìn)量子論形成的又一因素。盧瑟福根據(jù)α粒子散射驗(yàn)證，提出了原子有核模型，但是在經(jīng)典物理學(xué)中解釋其模型引發(fā)了新的困難。就在這個(gè)時(shí)候，盧瑟福的學(xué)生玻爾在他其1913年寫的論文《原子結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)》中提出：“不管電子運(yùn)動(dòng)定律作何改變，看來(lái)需要引入一種與經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)不同的量到這些定律中，其量就是普朗克恒量，或一般所說(shuō)的根本影響量子。引入這個(gè)物理量后，原子內(nèi)電子的穩(wěn)固性組織問(wèn)題就出現(xiàn)了基本性的變化”。

2.2 h促進(jìn)了物理學(xué)其它領(lǐng)域的發(fā)展

普朗克常數(shù)引進(jìn)之后量子論的建設(shè)及發(fā)展，因此誘發(fā)的一些科學(xué)發(fā)現(xiàn)，各各學(xué)科都向著自己氛圍進(jìn)軍，并將較深層的調(diào)查與較大層次的研究相結(jié)合，在宏觀與宇觀的探索上有了更新的突破。從后，各個(gè)領(lǐng)域各門學(xué)科迅速發(fā)展起來(lái)。

在微觀領(lǐng)域中，自從波爾成功地將普朗克常數(shù)引進(jìn)到原子物理后，使核物理學(xué)和粒子物理學(xué)均得到促進(jìn)和迅速發(fā)展。質(zhì)子、中子的發(fā)掘是物質(zhì)組織學(xué)說(shuō)的發(fā)展，同樣又給進(jìn)一步顯現(xiàn)微觀范圍的奧秘供給了新的武器；重核裂變的發(fā)掘開(kāi)創(chuàng)了歷史的新時(shí)代―原子時(shí)代的來(lái)臨。基本粒子的研究使人們對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)進(jìn)入更深的層次。

3 普朗克常數(shù)h引發(fā)的深刻思考

對(duì)于普朗克常數(shù)的重要意思，不可不提的一點(diǎn)是它的呈現(xiàn)所引起的在看待新事物、采用新辦法、準(zhǔn)確看待科學(xué)等方面對(duì)人們想法的影響。

最先，普朗克常數(shù)及其道理真實(shí)讓人們所接納，履歷了一個(gè)漫長(zhǎng)與艱難的過(guò)程。這使人們見(jiàn)到，準(zhǔn)確的理論最后會(huì)得到人們的認(rèn)同，而它的保護(hù)者要付出多大的勇氣與毅力。

其次，以普朗克常數(shù)為代表的“量子問(wèn)題”是個(gè)嶄新的觀點(diǎn)，請(qǐng)求人們采納看待新生事物的準(zhǔn)確立場(chǎng)。量子概念提議后，在20世紀(jì)的最早5年內(nèi)，普朗克的工作簡(jiǎn)直無(wú)人問(wèn)津，對(duì)嶄新事物，甚至有一些人呈批判立場(chǎng)。假如玻爾引進(jìn)普朗克常數(shù)詮釋原子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，由于看法之特殊新穎，以導(dǎo)致不少物理學(xué)家難以采納。斯特恩盡管后來(lái)對(duì)玻爾想法的進(jìn)步作出了較多貢獻(xiàn)，盡管他認(rèn)為應(yīng)該把自然常數(shù)作為新的物理世界體系的基石，但是他走得太遠(yuǎn)，甚至就像信奉宗教那樣對(duì)待科學(xué)發(fā)展過(guò)程中的常數(shù)。其在黑體輻射探索時(shí)發(fā)現(xiàn)h，因此只支持吸收與發(fā)射所處領(lǐng)域h的含義；并認(rèn)識(shí)到需h進(jìn)行抑制能量的完全輻射，卻單單將能量子理論作為純粹模式的假想。這樣不合適的自封使其沒(méi)能及時(shí)將量子論上升至理論概述水平，也因此愛(ài)因斯坦光量子等概論提出“量子問(wèn)題”轉(zhuǎn)換之后，也沒(méi)能快速跟上，他把h的實(shí)際物理實(shí)行了絕對(duì)化，因此h成為他逐步開(kāi)發(fā)量子論的羈絆。和普朗克不同，愛(ài)因斯坦更著重對(duì)新概念與新事物的理性檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)在啟發(fā)性的含義和物理世界的單一構(gòu)造所處位置.也從輻射中抽取出能量子概述，且從光量子設(shè)想始發(fā)，快速將量子學(xué)說(shuō)推進(jìn)比熱與漲落概念范圍，為把量子作用廣泛應(yīng)用到全部物理學(xué)范圍做了先行。

結(jié)語(yǔ)

由此可見(jiàn)，普朗克常數(shù)h是極具主要的一種物理常數(shù)。也是現(xiàn)代物理學(xué)的靈魂所在。就像普朗克晚年感悟到的：“現(xiàn)在的我非常了解，量子h應(yīng)用的根本含義比我以前想象的要大很多。”普朗克還要求在其死后什么也不要，只在墓碑上刻有神奇自然常數(shù)h。普朗克常數(shù)h是人們研究自然時(shí)最偉大的發(fā)現(xiàn)之一。它于20世紀(jì)物理學(xué)中發(fā)揮了極為主要的作用。堅(jiān)信在21世紀(jì)中自然科學(xué)，甚至是物理學(xué)以及計(jì)量學(xué)探索中都將發(fā)揮更為重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊建平，李興鰲.普朗克常數(shù)h的意義及應(yīng)用[J].中央民族大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003，04：361-363+370.

篇(7)

關(guān)鍵詞：量子通信技術(shù)；電力通信；應(yīng)用展望

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.24.160

0 前言

量子通信技術(shù)是力學(xué)和經(jīng)典通信的相合產(chǎn)物，可以有效的提高我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平，促進(jìn)電子行業(yè)快速發(fā)展。量子通信技術(shù)在電力通信系統(tǒng)中建立了通信專網(wǎng)，只有這樣才能保證電子通信在使用過(guò)程中的安全性。由于電力通信數(shù)據(jù)具有一定的特殊要求，只有使用量子通信技術(shù)才能滿足其需求，從而促進(jìn)我國(guó)電子行業(yè)與電力行業(yè)的快速發(fā)展。

1 量子通信技術(shù)的概述

量子通信技術(shù)可以有效的將一些量子態(tài)進(jìn)行傳遞，同時(shí)還能完成量子密集編碼、量子隱形傳態(tài)、量子密鑰分發(fā)工作。其中的量子密集編碼主要通過(guò)一些計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行；量子密鑰分發(fā)，量子態(tài)在傳輸過(guò)程中可以由光纖和自由空間接收，等到原有的量子態(tài)消失之后可以將其再其他地方重新，只有這樣才能從根本上將量子態(tài)的光子本身得到保障[1]。量子通信技術(shù)可以有效的將量子密鑰分發(fā)進(jìn)行合理分配，并為其設(shè)置對(duì)應(yīng)的保密通信。

量子密鑰分發(fā)在使用過(guò)程中可以有效的負(fù)責(zé)量子的產(chǎn)生與分發(fā)，并為其設(shè)置對(duì)應(yīng)的量子密鑰，從而保證在一些數(shù)據(jù)傳輸時(shí)以密文的形式進(jìn)行傳輸，在一些必要時(shí)還需要將數(shù)據(jù)信息通過(guò)靜電的信息道進(jìn)行傳輸。在量子隱形傳態(tài)中，可以將數(shù)據(jù)信息同通過(guò)經(jīng)典通信道傳遞出來(lái)，并將原有的數(shù)據(jù)信息與量子信息相結(jié)合，只有這樣才能從跟不上實(shí)現(xiàn)量子隱形傳態(tài)。量子通信技術(shù)在使用過(guò)程中不僅僅有在線竊聽(tīng)檢測(cè)功能還有較高的保密功能[2]。但是量子通信技術(shù)并不能打破傳統(tǒng)的經(jīng)典通信速率與干擾性能，這需要國(guó)內(nèi)外專業(yè)技術(shù)人員加強(qiáng)對(duì)量子通訊技術(shù)的研究，才能為其添加更加多樣化的使用功能。

2 量子通信技術(shù)現(xiàn)狀

量子通信技術(shù)在使用過(guò)程中具有較高的工作效率與安全性，在各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)階段，我國(guó)已經(jīng)在量子通信技術(shù)中投入了大量的人力、物力、財(cái)力，而國(guó)外一些發(fā)展國(guó)家已經(jīng)為其技術(shù)成立了對(duì)應(yīng)的研究機(jī)構(gòu)，還有一些大型電子企業(yè)也紛紛法投入到了量子通信技術(shù)的研究中去。國(guó)外企業(yè)通過(guò)對(duì)量子密鑰分發(fā)的研究體現(xiàn)出一些公司、企業(yè)等都在申請(qǐng)專利，只為了占據(jù)量子通信技術(shù)在社會(huì)中的主要地位，只有這樣才能在這個(gè)競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中站穩(wěn)腳步，促進(jìn)電子行業(yè)與電力行業(yè)的發(fā)展。

3 量子通信技術(shù)在電力通信中的應(yīng)用前景

3.1 構(gòu)建量子加密異地備份數(shù)據(jù)傳輸鏈路

隨著社會(huì)不斷的發(fā)展，我國(guó)電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電力企業(yè)由傳統(tǒng)的發(fā)展模式轉(zhuǎn)變成全新的信息化發(fā)展模式，但是在實(shí)際發(fā)展過(guò)程中常常會(huì)面臨著一些安全風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，這對(duì)電力企業(yè)的發(fā)展來(lái)說(shuō)造成了很大的影響。直到量子通信技術(shù)的出現(xiàn)才有效的改變了這一現(xiàn)狀，保證了電力系統(tǒng)在使用過(guò)程中的安全性，從而促進(jìn)我國(guó)電力企業(yè)快速發(fā)展?，F(xiàn)階段，國(guó)網(wǎng)省公司已經(jīng)開(kāi)展了全新的調(diào)度系統(tǒng)和信息容災(zāi)體系的建設(shè)，并相繼形成了全新的數(shù)據(jù)易災(zāi)中心，只有這樣才能保證數(shù)據(jù)信息在傳輸過(guò)程中具有較高的準(zhǔn)確性。量子保密通信技術(shù)具有較高的安全性和復(fù)雜性，這些都是保密通信方面所具有的優(yōu)勢(shì)[3]。使用量子密鑰分發(fā)可以將電力通信的主、備數(shù)據(jù)信息進(jìn)行加密交換，只有這樣才能建立一項(xiàng)高效、安全的異地?cái)?shù)據(jù)備份傳輸通道，從而保證量子通信技術(shù)可以在電力通信方面中得到廣泛的應(yīng)用。

3.2 構(gòu)建核心加密通信網(wǎng)

電力企業(yè)在發(fā)展過(guò)程中，電腦的數(shù)據(jù)信息常常會(huì)被一些黑客、病毒攻擊，從而導(dǎo)致整個(gè)用電行業(yè)的癱瘓，造成社會(huì)大面積的混亂。傳統(tǒng)的防火墻和信息過(guò)濾技術(shù)已經(jīng)跟不上社會(huì)發(fā)展的腳步，不能解決一些黑客、病毒等問(wèn)題，只有通過(guò)量子通信技術(shù)建立對(duì)應(yīng)的加密通信網(wǎng)，并在網(wǎng)絡(luò)上任意兩個(gè)用戶之間實(shí)現(xiàn)量子通信技術(shù)的加密通信網(wǎng)，只有這樣才能保證電力企業(yè)的營(yíng)銷、市場(chǎng)、辦公等業(yè)務(wù)的安全。

3.3 構(gòu)建對(duì)點(diǎn)對(duì)量子加密保護(hù)通道

對(duì)于電通信方面的保護(hù)工作，需要采用光纖、復(fù)用2M的通道方式進(jìn)行，只有這樣才能保證數(shù)據(jù)信息在傳遞過(guò)程中的實(shí)效性，但是卻不能保證數(shù)據(jù)具有較高的安全性。隨著社會(huì)不斷的發(fā)展，量子通信技術(shù)也發(fā)生了巨大的改變，一些兩點(diǎn)之間的量子通信技術(shù)慢慢的走向成熟化，通信距離也在逐漸擴(kuò)大，并為光量子進(jìn)行保護(hù)，從而跟上保障了電力通信相關(guān)數(shù)據(jù)信息的安全性[4]。

3.4 應(yīng)急量子通信

如果發(fā)生自然災(zāi)害，電力通信電等設(shè)備受到損害時(shí)，電力通信網(wǎng)絡(luò)就會(huì)進(jìn)入癱瘓階段，如工作人員不能及時(shí)進(jìn)行維修，從而造成大面積的網(wǎng)絡(luò)癱瘓?，F(xiàn)階段，量子隱形傳態(tài)技術(shù)已經(jīng)得到了快速發(fā)展，并在各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。利用該技術(shù)還可以有效的建立一項(xiàng)全新的量子衛(wèi)星通信系統(tǒng)，保證電力通信方面的使用安全[5]。

4 總結(jié)

現(xiàn)階段，電網(wǎng)的安全運(yùn)營(yíng)對(duì)電力通信系統(tǒng)的發(fā)展來(lái)說(shuō)有著直觀重要的關(guān)系。只有將量子通信技術(shù)在電力通信中進(jìn)行廣泛應(yīng)用，才能保證電力通信相關(guān)數(shù)據(jù)的使用安全，從而促進(jìn)我國(guó)電力行業(yè)與電子行業(yè)的快速發(fā)展。本文對(duì)量子通信技術(shù)在電力通信方面的應(yīng)用展望進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析，希望我國(guó)專業(yè)技術(shù)人員加強(qiáng)對(duì)量子通信技術(shù)在電力通信方面的研究。

參考文獻(xiàn)：

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[3]劉世棟，李炳林，郭經(jīng)紅，卜憲德.智能管道技術(shù)及其在電力通信網(wǎng)中的應(yīng)用展望[J].電力信息與通信技術(shù)，2013（12）：6-10.