發(fā)布時間：2023-03-13 11:14:31
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的量子通信論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
關鍵詞：量子密碼；量子加密；安全
中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012)08-1752-02
如今，應用廣泛的密碼基本都是依靠數學計算方法來實現的――用復雜的數字串對信息進行加密。無論多么復雜的數學密鑰也可以找到規(guī)律，破解復雜的數學密碼成為計算網絡安全的重要隱患。由美國專門制定密碼算法的標準機構――美國國家標準技術研究院與美國國家安全局設計的SHA-1密碼算法，早在1994年就被推薦給美國政府和金融系統(tǒng)采用，是美國政府目前應用最廣泛的密碼算法。然而2005年初，山東大學王小云教授和她的研究小組宣布成功破解SHA-1，因為王小云的出現，美國國家標準與技術研究院宣布，美國政府5年內將不再使用SHA-1密碼算法。
隨著信息安全技術的發(fā)展,量子通信網絡的安全問題逐漸得到了人們的關注。1984年，Charles Bennett與Gilles Brassard利用量子力學線性疊加原理及不可克隆定理，首次提出了一個量子密鑰協(xié)議，稱為BB84協(xié)議（BB84 protocol），可以實現安全的秘密通信。1989年IBM公司的Thomas J. Walson研究中心實現了第一次量子密鑰傳輸演示實驗。這些研究成果最終從根本上解決了密鑰分配這一世界性難題。經研究發(fā)現以微觀粒子作為信息的載體，利用量子技術，可以解決許多傳統(tǒng)信息理論無法處理或是難以處理的問題。“量子密碼”的概念就是在這種背景下提出的。當前，量子密碼研究的核心內容就是，如何利用量子技術在量子信道上安全可靠地分配密鑰。從數學角度上講如果把握了恰當的方法任何密碼都可破譯，但與傳統(tǒng)密碼學不同，量子密碼學利用物理學原理保護信息。通常把“以量子為信息載體，經由量子信道傳送，在合法用戶之間建立共享密鑰的方法”，稱為量子密鑰分配（quantum key distribution, QKD），其安全性由“海森堡測不準原理”及“單量子不可復制定理”保證。2000年美國Los Alamos實驗室自由空間中使用QKD系統(tǒng)成功實現傳輸距離為80km。目前，量子通信已進入大規(guī)模實驗研究階段，預計不久量子通信將成為現實。
“海森堡測不準原理”是量子力學的基本原理，它表明，在同一時刻以相同的精度測定量子的位置與動量是不可能的，只能精確測定兩者之一。“單量子不可復制定理”是“海森堡測不準原理”的推論，它表明，在不知道量子狀態(tài)的情況下復制單個量子是不可能的，因為要復制單個量子就只能先作測量，而測量必然改變量子的狀態(tài)，所以說不可能?？衫昧孔拥倪@些特性來解決秘密密鑰分發(fā)的難題。
1量子密碼理論
量子密碼技術應用量子力學的基本理論,包括海森伯格的測不準原理和單光子的不可分割性,從而解決了典型密碼一直無法完善處理的安全性問題。假設竊聽者可觀察到傳統(tǒng)信道上發(fā)送的信息，也可觀察及重發(fā)量子信道上的光子。
假設Alice要將一個比特序列m發(fā)送給Bob。她先對m中的每個比特bi隨機地選擇極化基B1或B2對其進行編碼：如果Alice對比特bi選擇極化基B1則當bi＝0時就編碼成|〉，當bi＝1時就編碼成|〉（也可以將0編碼成|〉，而將1編碼成|〉）如果Alice對比特bi選擇極化基B2，則當bi＝0時就編碼成|〉，當bi＝1時就編碼成|〉。
Alice每發(fā)送出一個光子，Bob就隨機選擇一個相應的極化基B1或B2對收到的光子進行測量。因此，對Alice發(fā)出每一個光子，Bob就根據選擇的極化基對光子的測量得到一個元（即集合｛|〉，|〉，|〉，|〉｝中的一個元）。Bob記下他的測量并保密。當Alice發(fā)送完相應于m的所有比特的光子后，Bob告訴Alice他測量每個光子的極化基。Alice則反饋Bob她發(fā)送的光子極性的正確基。他們保存使用了相同基的比特，而拋棄其他使用不同基的比特。由于使用了兩個不同的基，因此Bob所獲得的比特大約會有一半與Alice所發(fā)送的比特相同。這樣Alice與Bob就可將Bob所得到的與Alice所發(fā)送的相同的比特用作傳統(tǒng)密碼系統(tǒng)的密鑰
2量子密碼安全協(xié)議
Charles H. Bennett與Gilles Brassard 1984年發(fā)表的論文中提到的量子密碼分發(fā)協(xié)議，后來被稱為BB84協(xié)議。BB84協(xié)議是最早描述如何利用光子的偏振態(tài)來傳輸信息的。發(fā)送者Alice和接收者Bob用量子信道來傳輸量子態(tài)。如果用光子作為量子態(tài)載體，對應的量子信道可以是光纖。另外他們還需要一條公共經典信道，比如無線電或因特網。公共信道的安全性不需考慮，BB84協(xié)議在 設計時已考慮到了兩種信道都被第三方Eve竊聽的可能。
這個協(xié)議的安全性還基于量子力學的一個性質：非正交的狀態(tài)間無法通過測量被徹底的分辨。BB84協(xié)議利用兩對狀態(tài)，分別是光子偏振的兩個直線基"+"：水平偏振（0°）記作|〉，垂直偏振（90°）記作|〉；和光子偏振的兩個對角基"×"：45°偏振記作|〉，和135°偏振記作|〉。這兩對狀態(tài)互相不正交，無法被徹底的分辨。比如選擇基"+"來測量|〉，會以100%的概率得到|〉。但選擇基"+"來測量|〉，結果是隨機的，會以50%的概率得到|〉，或以50%的概率得到|〉，而原始狀態(tài)的信息丟失了。也就是說，當測量后得到狀態(tài)|〉，我們不能確定原本的狀態(tài)是|〉還是|〉，這兩個不正交的狀態(tài)無法被徹底分辨。
3量子共享密鑰舉例
假設Alice與Bob想借助量子信息建立他們的共享密鑰進行秘密通信。首先他們需要兩個信道：一個是量子信道，另一個是傳統(tǒng)信道。他們利用量子信道來交換從糾纏光子源泉分享出來的極化光子，利用傳統(tǒng)信道將通常的信息發(fā)送給對方。假設竊聽者可觀察到傳統(tǒng)信道上發(fā)送的信息，也可觀察及重發(fā)量子信道上的光子。
假設Alice先選定一個比特串m=0111001010發(fā)送給Bob。Alice隨機選擇極化基：
B1，B2，B1，B1，B2，B2，B1，B2，B2，B2
則她發(fā)送量子比特（即光子）給Bob：
|〉，|〉，|〉，|〉，|〉，|〉，|〉，|〉，|〉，|〉
Bob隨機選擇極化基：
B2，B2，B2，B1，B2，B1，B1，B2，B2，B1
然后對Alice發(fā)送的量子比特進行測量，并記下每次測量的結果。且Bob告訴Alice他選擇的極化基。Alice則反饋Bob他選擇的第2、4、5、7、8、9個極化基與她選擇的相同。于是：
|〉，|〉，|〉，|〉，|〉，|〉
就是Bob測量到的正確結果，它們對應的比特是：1，1，0，1，0，1。因此Alice與Bob就得到了相同的比特串110101，他們就可用此比特串作為秘密通信的密鑰。如果Alice發(fā)送一個大約112長的量子比特串給Bob，則他們就可得到一個可用于DES加密體制的56比特的密鑰。
4量子密鑰分發(fā)
一般來說，利用量子（態(tài)）進行秘密密鑰分發(fā)的過程可由下面幾個步驟組成。
1）量子傳輸：設Alice與Bob要利用量子信道建立一個共享的密鑰，則Alice隨機選取單光子脈沖的光子極化態(tài)和極化基將其發(fā)送給Bob。Bob再隨機選擇極化基進行測量，將測量到的量子比特串秘密保存。
2）數據篩選：由于傳輸過程中噪聲以及竊聽者的干擾等原因將使量子信道中的光子極化態(tài)發(fā)生改變，還有Bob的接受儀器測量的失誤等各種因素，會影響B(tài)ob測量到的量子比特串，所以必須在一定的誤差范圍內對量子數據進行篩選，以得到確定的密碼串。
3）數據糾錯：如果經數據篩選后通信雙方仍不能保證各自保存的全部數據無偏差，可對數據進行糾錯。目前比較好的方法是采用奇但凡校驗，具體做法：Alice與Bob將數據分為若干個數據區(qū)，然后逐區(qū)比較各數據區(qū)的奇偶校驗子。例如計算一個數據區(qū)的1的個數并進行比較，如果不相同，則將該數據區(qū)再強加于人發(fā)，然后再繼續(xù)上面的過程。在對某一數據區(qū)進行比較時，雙方約定放棄該數據區(qū)的最后一個比特。并且操作過程重復多次，可在很大程度上減少竊聽者所獲得的密鑰信息量。量子信息論的研究表明這樣做可使竊聽者所獲得的信息量按指數級減少。雖然數據糾錯減少了密鑰的信息量，但保證了密鑰的安全性。
綜上所述，隨著科技的進步，信息交換手段越來越先進，速度也越來越快，信息的內容和形式越來越豐富，信息的規(guī)模也越來越大。由于信息量的集聚增加，保密需求也從軍事、政治和外交領域擴展到民用和商用。量子密碼學正在逐步滲透到通信、電子政務、金融系統(tǒng)乃至航天科技。我國是國際上最早從事量子密碼技術研究的國家之一，20多年來，我國密碼科技工作者在蕪湖“量子政務網”等多個項目中取得優(yōu)異成績，我們正在逐步邁進量子信息時代。
參考文獻：
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［4］曾貴華.量子密碼學[M].北京:北京科學出版社,2006.
［5］曹軼樂,楊伯君.量子密碼術[J].光通信技術,2004,4.
［6］屈平.量子密碼術開辟通信安全新時代[J].世界電信,2004(8).
本書共6章：1.量子點技術；2.超短脈沖量子點邊界輻射激光器；3.量子點半導體盤形激光器；4.半導體量子點可飽和吸收鏡在鎖模固態(tài)激光器中的應用；5.量子點和連續(xù)波長激光二極管在生物學和醫(yī)學中的應用；6.結論和前景。目錄及序言的后面有各章作者的簡介，書的末尾有各章的彩圖和主題索引。
本書編者Edik U.Rafailov教授1987年以來一直從事連續(xù)譜和超短脈沖激光器、非線性光學和集成光學的研究和開發(fā)。他2005年到敦提大學（Dundee University）工作，組建了一個光子學和納米科學研究組。他曾發(fā)表250多篇論文，編著了一本著作，在美國和英國有8項專利。他當前的研究興趣包括：新穎的高功率連續(xù)波長、短脈沖或超短脈沖激光器，紫外/可見/紅外和THz輻射，納米結構，非線性光學和生物光子學。
本書的閱讀對象是在光子學、光學、激光物理、光電子學和生物光子學領域工作或學習的物理學家、工程師、研究生或講師。
征文范圍
(1)現代通信技術，包括量子通信、太赫茲通信、移動通信、衛(wèi)星通信、光通信、空間通信、水下通信、抗干擾通信等。(2)通信網絡技術，包括軟件定義網絡、認知網絡、下一代互聯網、移動互聯網、物聯網、移動自組織網、空間信息網絡、軍事通信網絡等。(3)網絡安全技術、包括信息加密、安全協(xié)議、安全認證、檢測預警、可信網絡、網絡攻擊與防范、云計算與大數據安全、數據隱私與保護等。
征稿要求
(1)技術新穎，內容翔實，文字精煉。(2)引用的數據要有充分依據。正確使用標點符號、名詞、術語。量符號和量單位請按照法定的量和單位的名稱、符號和書寫規(guī)則書寫。(3)文章需附題目的英文翻譯和工作單位的英文名稱，4~5個中、英文關鍵詞，200字左右中、英文摘要。(4)請給出所有作者的作者簡介。簡介內容如下：姓名、出生年、性別、學位、職稱及現在主要從事的研究方向。(5)雜志是黑白印刷，不能區(qū)分顏色，請勿用彩色圖，灰度請按25%、50%、75%等比例增減；圖稿繪制請用“Word圖片工具”；圖中中文用宋體六號，除中文外的字符全部用TimesNewRoman體，字號為六號。(6)參考文獻擇主要的列出（除綜述性文章外最多不超過6條），按照出現的次序列在文末，并在文中對應位置以右上角方括弧中的數字表示。中文參考文獻采用中英文格式。由于雜志要自引，請在文獻中添加1條通信技術的文獻。(7)來稿自投送之日起兩個月內請不要另投其他刊物。稿件經審閱通過后，請按照修改意見修改論文。但請放心，編者將充分尊重作者的原意和風格。未被錄用的稿件恕不退還，作者請自留底稿。(8)來稿請注明作者的真實姓名、工作單位、通信地址、電話以及作者的個人簡介。(9)如有國家基金，請給出基金名稱和基金編號，基金名稱采用中英文格式，并將基金批準函復印件（國家級的）寄到我部。(10)稿件一經錄用，即寄贈當期刊物。
“我們在發(fā)展過程中致力于緊密結合知識創(chuàng)新、技術創(chuàng)新與區(qū)域創(chuàng)新,與國家創(chuàng)新體系各單元聯合合作,推進科技成果轉移轉化,融入經濟社會創(chuàng)新價值鏈。”納米所黨委書記劉佩華說。
蘇州納米所的實踐是一個縮影。近年來,我國科技發(fā)展面向世界高技術前沿,面向國家戰(zhàn)略需求,自主創(chuàng)新步履鏗鏘,科技創(chuàng)新作為經濟社會發(fā)展“新引擎”、“發(fā)動機”的作用進一步凸顯。
過去,我國科技與經濟“兩張皮”問題嚴重,科技對經濟社會發(fā)展貢獻率較低。黨的十明確提出實施創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略,指出科技創(chuàng)新是提高社會生產力和綜合國力的戰(zhàn)略支撐,必須擺在國家發(fā)展全局的核心位置。
積極推動科技與經濟緊密結合,建立企業(yè)為主體的技術創(chuàng)新體系,大力培養(yǎng)引進高層次創(chuàng)新人才,優(yōu)化有利于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的大環(huán)境……在創(chuàng)新驅動發(fā)展號角的引領下,我國科技創(chuàng)新不斷向前邁進。當前,我國科技發(fā)展進入重要躍升期。全社會研發(fā)資金投入2012年首次超過1萬億元,其中74%來自于企業(yè);截至2012年,我國研發(fā)人員總量達到320萬人年,穩(wěn)居世界第一;SCI收錄的我國科技論文數快速增長,連續(xù)四年居世界第二;發(fā)明專利授權量達21.7萬件,穩(wěn)居世界第三;全國技術合同交易額年均增長超過20%,達到6400億元。
大亞灣中微子實驗發(fā)現新的中微子振蕩;發(fā)現量子反?；魻栃?“神威藍光”千萬億次計算機成功應用;量子通信與量子計算研究取得突破;北斗導航系統(tǒng)建成并提供服務……我國取得了一批國際領先、振奮人心的重大成果。
“經過多年積累,我國逐步從跟隨者變?yōu)椴⑿姓?一些領域已有領跑能力,成為具有重要影響的科技大國和創(chuàng)新大國?！笨萍疾坎块L萬鋼說。
科技支撐發(fā)展,創(chuàng)新引領未來。隨著科技創(chuàng)新能力的不斷增強,科技進步的貢獻率越來越高,從2001年的39%提高到目前的51.7%,對國家經濟社會發(fā)展的支撐作用不斷凸顯——
高檔數控機床與基礎制造裝備、新一代寬帶無線移動通信網、大型飛機……為了搶占未來國際科技競爭的制高點,我國實施了16個重大科技專項,加速推進了一些重大創(chuàng)新成果的成功應用和產業(yè)化,其中民口重大專項累計申請專利4萬多項,制定標準幾千項。
【關鍵詞】量子力學；教學方法；物理思想
“量子力學”是20世紀物理學對人類科學研究兩大標志性貢獻之一，已經成為理工科專業(yè)最重要的基礎課程之一，學生熟練掌握量子力學的基本概念和基本理論，具備利用量子力學理論分析問題和解決問題的能力。對提高學生科學素，養(yǎng)培養(yǎng)學生的探索精神和創(chuàng)新意識及亦具有十分重要的意義。但是，量子力學理論與學生長期以來接觸到的經典物理體系相去甚遠，尤其是處理問題的思路和手段與經典物理截然不同，但它們之間又不無關聯，許多量子力學中的基本概念和基本理論是類比經典物理中的相關內容得出的。思維上的沖突導致學生在學習這門課程時困惑不堪。此外，這門課程理論性較強，眾多學生陷于煩瑣的數學推導之中，導致學習興趣缺失。針對這些教學中的問題，如何激發(fā)學生學習本課程的熱情，充分調動學生的積極性和主動性，已經成為擺在教師面前的重要課題。對“量子力學”課程的教學內容應作一些合理的調整。
1 合理安排教學內容
1.1 理清脈絡，強化知識背景
從經典物理所面臨的困難出發(fā)，到半經典半量子理論的形成，最終到量子理論的建立，對量子力學的發(fā)展脈絡進行細致的、實事求是的分析，特別是對量子理論早期的概念發(fā)展有一個準確清晰的理解，弄清楚到底哪些概念和原理是已經證明為正確并得到公認的，還存在哪些不完善的地方。這樣一方面可使學生對量子力學中基本概念和基本理論的形成和建立的科學歷史背景有一深刻了解，有助于學生理清經典物理與量子理論之間的界限和區(qū)別，加深他們對這些基本概念和基本理論的理解；另一方面，可使學生對蘊藏在這一歷程中的智慧火花和科學思維方法有一全面的了解，有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識及科學素養(yǎng)。比如：對于玻爾理論，由于對量子化假設很難用已經成形的經典理論來解釋，學生往往會覺得不可思議，難以理解。為此，在講解這部分內容時，很有必要介紹一下玻爾理論產生的歷史背景，告訴學生在玻爾的量子化假設之前就已經出現了普朗克的量子論和愛因斯坦的光量子概念，且大量關于原子光譜的實驗數據也已經被掌握，之前盧瑟福提出的簡單行星模型卻與經典物理理論及實驗事實存在嚴重背離。為了解決這些問題，玻爾理論才應運而生。在用量子力學求解氫原子定態(tài)波函數時，還可以通過定態(tài)波函數的概率分布圖，向學生介紹所謂的玻爾軌道并不是真實存在的，只是電子出現幾率比較大的區(qū)域。通過這樣講述，學生可以清晰地體會到玻爾理論的承上啟下的作用，而又不至于將其與量子力學中的概念混為一談。
1.2 重在物理思想，壓縮數學推導
在物理學研究中，數學只是用來表述物理思想并在此基礎上進行邏輯演算的工具，教師不能將深刻的物理思想淹沒在復雜的數學形式之中。因此，在教學過程中，教師要著重于加強基本概念和基本理論的講授，把握這些概念和理論中所蘊含的物理實質。對一些涉及繁難數學推導的內容，在教學中刻意忽略具體數學推導過程，著重于使學生掌握其中的思想方法。例如：在一維線性諧振子問題的教學中，對于數學方面的問題，只要求學生能正確寫出薛定諤方程、記住其結論即可，重點放在該類問題所蘊含的物理意義及對現成結論的應用上。這樣，學生就不會感到枯燥無味，而能始終保持較高的學習熱情。
2 改進教學方法
“量子力學”這門課程本身實驗基礎薄弱、理論性較強，物理圖像不夠直觀，一味采取傳統(tǒng)的灌輸式教學，學生勢必感到枯燥，甚至厭煩。學習效果自然大打折扣。為了提高學生學習興趣，激發(fā)其學習的積極性，培養(yǎng)其科學探索精神及創(chuàng)新能力，在教學方法上應進行積極的探索。
2.1 發(fā)揮學生主體作用
在必要的教學內容講解外，每節(jié)課都留出一定的師生互動時間。教師通過創(chuàng)設問題情景，引導學生進行研究討論，或者針對已講授內容，使學生對已學內容進行復習、總結、辨析，以加深理解；或者針對未講授內容，激發(fā)學生學習新知識的興趣（比如，在講授完一維無限深方勢阱和一維線性諧振子這
兩個典型的束縛態(tài)問題后就可引導學生思考“非束縛態(tài)下微觀粒子又將表現出什么樣的行為”），這樣學生就會積極地預習下節(jié)內容；或者選擇一些有代表性的習題，讓學生提出不同的解決辦法，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。對于在課堂上不能解決的問題，積極鼓勵學生利用圖書館及網絡資源等尋求解決，培養(yǎng)學生的科學探索精神。此外，還可使學生自由組合，挑選他們感興趣的與課程有關的題目進行討論、調研并完成小組論文，這一方面激發(fā)學生的自主學習積極性，另一方面使其接受初步的科研訓練，一舉兩得。
2.2 注重構建物理圖像
在實際教學中著重注意物理圖像的構建，使學生對一些難以理解的概念和理論形成較為直觀的印象，從而形成深刻的記憶和理解。例如：借助電子束衍射實驗，通過三個不同的實驗過程（強電子束、弱電子束及弱電子束長時間曝光），即可為實物粒子的波粒二象性構建出一幅清晰的物理圖像；借助電子束衍射實驗圖像，再以光波類比電子波，即可凝練出波函數的統(tǒng)計解釋；借助電子雙縫衍射實驗圖像，可使學生更易接受和理解態(tài)疊加原理；借助解析幾何中的坐標系，可很好地為學生建立起表象的物理圖像。盡管這其中光波和電子波、坐標系和表象這些概念之間有本質上的區(qū)別，但借助這些學生已經熟知和深刻理解的概念，可使學生非常容易地接受和理解量子力學中難以言明的概念和理論，同時，也可使學生掌握這種物理圖像的構建能力，對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維具有非常積極地作用。
3 教學手段和考核方式改革
3.1 課程教學采用多種先進的教學方式
如安排小組討論課，對難于理解的概念和規(guī)律進行討論。先是各小組內討論，再是小組間辯論，最后老師對各小組討論和辯論的觀點進行評述和指正。例如，在講到微觀粒子的波函數時，有的學生會認為是全部粒子組成波函數，有的學生會認為是經典物理學的波。這些問題的討論激發(fā)了學生的求知欲望，從而進一步激發(fā)了學生對一些不易理解的概念和量子原理進行深入理解，直至最后充分理解這些內容。另外課程作業(yè)布置小論文，邀請國內外專家開展系列量子力學講座等都是不錯的方式。
3.2 堅持研究型教學方式
把課程教學和科研相結合，在教學過程中針對教學內容，吸取科研中的研究成果，通過結合最新的科研動態(tài)，向學生講授在相關領域的應用以培養(yǎng)學生學習興趣。在量子力學誕生后，作為現代物理學的兩大支柱之一的現代物理學的每一個分支及相關的邊緣學科都離不開量子力學這個基礎，量子理論與其他學科的交叉越來越多。例如：基本粒子、原子核、原子、分子、凝聚態(tài)物理到中子星、黑洞各個層次的研究以量子力學為基礎；量子力學在通信和納米技術中的應用；量子理論在生物學中的應用；量子力學與正在研究的量子計算機的關系等，在教學中適當地穿插這些知識，擴大學生的知識面，消除學生對量子力學的片面認識，提高學生學習興趣和主動性。
量子力學從誕生到發(fā)展的物理學史所包含的創(chuàng)新思維是迄今為止哪一門學科都難以比擬的。在20世紀初，經典物理學晴空萬里，然而黑體輻射、光電效應、原子光譜等物理現象的實驗結果嚴重沖擊經典物理學理論，讓經典物理學陷入危機四伏的境地。量子力學的誕生，開啟了人類科學發(fā)展的新思維。開展好量子力學的教學活動，在教學過程中展現量子力學數學形式之美，使學生在科學海洋中得到美的享受，有利于極大的提高學生的科學素養(yǎng)，從精神上熏陶他們的創(chuàng)新精神。
【參考文獻】
[1]周世勛.量子力學教程[m].高教出版社，1979.
[關鍵詞]計算機技術 發(fā)展與創(chuàng)新
中圖分類號：F224-39 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）21-0101-01
自第三次產業(yè)革命中計算機技術被發(fā)明應用之后，計算機技術得到了快速的推廣應用，短短幾十年來，計算機技術成為了當今社會發(fā)展中最重要的科技技術，在各個行業(yè)領域有著廣泛的應用，更是帶動了整個工業(yè)時代走向了信息時代。而計算機技術之所以能夠在短時間內得到如此大的發(fā)展，離不開計算機技術不斷的創(chuàng)新。本文就對計算機技術發(fā)展期間的技術創(chuàng)新進行探究分析。
1、計算機技術的發(fā)展現狀
計算機技術作為當前社會發(fā)展中最重要的科技技術，其給社會所帶來的貢獻是非常巨大的，可以說計算機技術是一種劃時代的科技技術，極大了促進了社會生產力的變革。目前，從計算機的發(fā)展現狀來看，其先進的技術主要有以下幾種：
1.1 現代微型處理器。
總所周知，處理器是計算機硬件系統(tǒng)中的重要組成部分，是整個系統(tǒng)的核心，為此對處理器的技術改進是計算機技術中的重中之重。從處理器的發(fā)展趨勢來看，其正向著越來越小的體形發(fā)展，目前我國的計算機處理器已經相當小，但還需要做出進一步的微型化處理，受一些量子效應的影響與限制，目前處理器中所采用的紫外光源由于波長過短，已經不是適宜再應用在計算機處理器技術中，為此，我們就需要不斷創(chuàng)新發(fā)展，提高計算機處理器的研發(fā)技術。
1.2 納米技術在電子元件中的應用。
由于計算機信息技術的應用不斷擴大，使得計算機需要處理的信息量更大，提高計算機的運行效率與處理信息速度就顯得非常重要。而當前大多數計算機仍然是采用電子元件作為數據信息處理的基礎元件，而電子元件的信息處理能力還較為欠缺，不能很好的滿足現代計算機技術的快速發(fā)展需求。而納米技術的應用，形成了新的納米元件，極大的提高了計算機元件的集成度，使得計算機的信息處理能力大大提高。
1.3 分組交換技術。
通過分組交換技術將要進行傳輸的數據進行分割，使其成為長度相等的數據段，然后再每段數據的前面加上相應的信息，來對數據發(fā)送的位置進行標識，然后根據這個標識進行數據的傳輸。這種數據傳輸方式采用逐段的方式對通信鏈路進行使用，使得通信的效率大大的提升。
2、計算機技術創(chuàng)新發(fā)展的趨勢預測
按照當前計算機技術的應用現狀來看，計算機技術還會在未來得到更為廣闊的應用與發(fā)展，為了適應社會發(fā)展需求，計算機技術仍然需要不斷創(chuàng)新。在此，筆者對未來計算機技術的創(chuàng)新發(fā)展趨勢進行了大膽預測，認為計算機技術會向著以下幾個發(fā)展方向不斷創(chuàng)新改革，進一步的提高計算機的技術水平。
2.1 大力發(fā)展納米技術。
納米技術用于計算機元件中，能夠有效的打破當前所使用的電子元件的性能限制，從而發(fā)展出生物計算機甚至是量子計算機，從而使計算機的性能得到質的飛躍，而這種計算機是當前計算機發(fā)展的重要趨勢。由于納米技術不受計算機集成以及處理速度這兩方面的限制，因此需要大力發(fā)展該項技術。隨著納米技術的發(fā)展，可以產生量子計算機和生物計算機，無論它們的運算速度，還是它們的存儲能力都遠遠超過目前的計算機。
2.2 改善計算機的體系結構。
當前計算機在結構設計方面主要是進行多任務的并行計算，這樣可以利用同一臺機器進行多個任務的處理。為了提升當前計算機和用戶之間的交互性，應該重點發(fā)展集群性的計算機系統(tǒng)，強化系統(tǒng)的可靠性以及兼容性。
2.3 網絡技術的應用與軟件技術的發(fā)展。
在計算機技術不斷發(fā)展的同時，網絡技術的研發(fā)應用也在快速發(fā)展，計算機網絡技術的結合使用實現了相互促進的良好發(fā)展局面，提高了計算機的應用水平，擴大了計算機的應用范圍。再加上各種軟件新技術的不斷研發(fā)，更是促進了計算機技術的進一步應用與發(fā)展。目前軟件技術已經有了很大的發(fā)展，相信在未來通過網絡技術的應用，軟件技術會更加完善成熟，從而為計算機信息技術發(fā)展更好的提供服務。
2.4多媒體性能。
多媒體性能的開拓與進展把服務器、路由器以及轉換器諸多互聯網需要的設施的技術明顯提高，其中包含有用戶端、內存、圖形片諸多硬件性能。互聯網使用人不再像原來一樣被動地接受解決信息的形態(tài)，而是更加以踴躍主動的形式來進入現在的互聯網空間。除此以外還有藍牙技能的發(fā)明運用，令多媒體通信技能無線電、數字信息、個人區(qū)域網絡、無線寬帶局域網等快速更新?；谛乱淮幕ヂ摼W絡的多媒體軟件開發(fā)，結合以前的各類多媒體工作，便可以令PC無線網絡發(fā)揮得淋漓盡致，興起互聯網新時期的潮流。多媒體性能數字化是促使將來技能擴展的主要方面，數字多媒體芯片性能就會變成將來多媒體性能生命里的核心。
3、創(chuàng)新是促進計算機技術發(fā)展的主要動力
計算機技術之所以能夠得到快速的發(fā)展，主要是因為其擁有永不衰竭的源泉，那就是創(chuàng)新能力。正是在不斷的創(chuàng)新下，才促使了計算機信息技術以及其相關的產業(yè)技術不斷發(fā)展，才為人們的生活帶來了這巨大的轉變。而在計算機技術的創(chuàng)新發(fā)展中，要注意結合實際需要，并注重與傳統(tǒng)產業(yè)相互配合，只有這樣，才能更好的促進計算機技術的創(chuàng)新發(fā)展。
創(chuàng)新發(fā)明許多有關計算機科技用品的假設都是因為受到社會需要而產生，但是與此同時，又受很多外在條件的影響，比如經濟條件、文化差異、組織的規(guī)模等也會對計算機科技的創(chuàng)新產生阻礙。另外，傳統(tǒng)、專有、封閉的科技體制的文化、構造、機構產生了與計算機科技體制相似的由專有發(fā)展到開放的變化。由此可見，計算機科技的創(chuàng)新基于社會的發(fā)展，而社會的發(fā)展及需求也帶動了計算機科技的創(chuàng)新，是協(xié)調一致的。計算機科技的迅速發(fā)展，由此也產生了許多比起人們需求還要多的有效科技。
4、結語
綜上所述，計算機技術作為一種新興技術，其對社會發(fā)展以及人們生活方式有著巨大的影響，并促進了信息時代的快速到來，成為了一種不可缺少的生活必需品。而這些，都依賴于不斷的技術創(chuàng)新。在軟件、互聯網、納米等技術的不斷發(fā)展下，必將會實現高速化、智能化、多元化和微型化的計算機技術，因此還需要進一步加強技術創(chuàng)新。
參考文獻
一、信息科技與現代通信
信息技術涵蓋信息的采集、變換、存儲、處理、傳送、接收和再現。電子學研究電子的運動、電磁波的傳播和它們之間的相互作用。建立在麥克斯韋電磁理論基礎上的電子學,是當代信息技術最主要的手段。1887年德國物理學家赫茲發(fā)現電磁波及1897年英國物理學家湯姆孫發(fā)現電子,標志著電子學的開端。在赫茲實驗的基礎上,1895年意大利科學家馬可尼進行了2.5公里的無線電報傳送實驗。1901年跨越大西洋3200公里的無線電報實驗獲得成功,這是遠程通信的一件劃時代的大事。此后,人類陸續(xù)發(fā)明了無線電廣播、電視等。
第一代電子器件電子管,建立在熱電子發(fā)射的基礎上。1904年,英國物理學家弗萊明發(fā)明二極管;1906年,美國的德福雷斯特發(fā)明三極管。20世紀上半葉的電子設備,如廣播電視的發(fā)射接收裝置、雷達、計算機等,全部使用電子管。
1947年肖克利、巴丁、布拉坦發(fā)明了晶體管。晶體管使電子設備具有省電、小型化、可靠性高的優(yōu)點,開辟了電子學的新時代。
物理學最新成果的大量采用,使光通信、移動通信產業(yè)以空前的速度和規(guī)模發(fā)展。僅我國,手機用戶即已近4億。物理學的發(fā)展必將使21世紀信息技術發(fā)生飛躍。
二、材料科學與新材料
物理學是材料科學的重要基礎。量子力學、凝聚態(tài)物理學,特別是固體物理學和能帶理論極大地推動了材料科學的發(fā)展?，F代物理學的發(fā)展,導致了諸如半導體材料、光電材料、超導材料、復合功能材料、納米材料、軟物質材料等大量具有獨特性能的新材料出現,并將不斷地為研制新型材料、改善材料性能提供新的理論和實驗手段。
人工晶體用人工方法生長的單晶體在激光產生、非線性光學、光探測、輻射探測、換能器等方面都有重要應用。我國在這一領域具有一定優(yōu)勢。
三、物理學手段與現代醫(yī)學
物理學手段在現代醫(yī)學中得到廣泛應用,它們既用于診斷——x射線透視、B超、計算機斷層成像即CT、磁共振成像即HRI,又用于治療——超聲波粉碎結石、激光手術、伽瑪刀。
四、計量與全球定位系統(tǒng)GPS
計時標準:從觀測天體到使用各種物理方法,人類計時精度不斷提高。
全球定位系統(tǒng)GPS,由24顆均勻分布在6個軌道平面內的衛(wèi)星組成,衛(wèi)星上安裝了高精度的原子鐘。衛(wèi)星高度2萬公里。它是一個全天候的自動定位和導航系統(tǒng),通過接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的時間—頻率信號,判斷和計算接收者的位置。經過廣義相對論修正(時鐘快慢隨引力場強度而變)的GPS精度可在1米以內。現在的GPS系統(tǒng)已可裝備到家用汽車上。
五、物理學與激光技術
1917年愛因斯坦提出“受激輻射”的概念,奠定了激光的理論基礎。1958年美國科學家肖洛和湯斯發(fā)現了一種奇怪的現象:當他們將閃光燈泡所發(fā)射的光照在一種稀土晶體上時,晶體的分子會發(fā)出鮮艷的、始終會聚在一起的強光。由此他們提出了“激光原理”,受激輻射可以得到一種單色性、亮度又很高的新型光源。1958年,貝爾實驗室的湯斯和肖洛發(fā)表了關于激光器的經典論文,奠定了激光發(fā)展的基礎。1960年,美國人梅曼(T.H.Maiman)發(fā)明了世界上第一臺紅寶石激光器。梅曼利用紅寶石晶體做發(fā)光材料,用發(fā)光度很高的脈沖氙燈做激發(fā)光源,獲得了人類有史以來的第一束激光。1965年,第一臺可產生大功率激光的器件——二氧化碳激光器誕生。1967年,第一臺X射線激光器研制成功。1997年,美國麻省理工學院的研究人員研制出第一臺原子激光器。
六、物理學與國家安全
現代戰(zhàn)爭是高科技的戰(zhàn)爭,物理學在國防現代化中起著核心的作用。核武器是釋放核能的大規(guī)模殺傷性武器。1945年美國首先制成原子彈,并投放到日本的廣島和長崎。為了對抗核訛詐,1964年我國成功試爆了第一顆原子彈,1967年成功試爆了第一顆氫彈。研制“兩彈一星”的23位功勛科學家中有13位物理學家。
在創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略中，科技居于龍頭地位，可以說是撬動中國夢實現的“杠桿”。在今年兩會期間，提醒廣大科技工作者，“要增強創(chuàng)新自信”。我認為，在當前態(tài)勢下，按照總書記的要求，廣大科技工作者自覺樹立特有的“科技自信”，就顯得尤為關鍵和必要。
敢于自信
建國以來，經過老一輩科學家艱苦卓越的努力，我們已經有了不少可以載入史冊的“招牌”性故事，比如“兩彈一星”、“人工合成牛胰島素”、“破解哥德巴赫猜想”、“雜交水稻”等一大批高水平科技成果。這是我們樹立科技自信的堅固“地盤”。
改革開放以來，我國依靠自己的資源稟賦和比較優(yōu)勢，在經濟上取得了連續(xù)多年的高速增長，進入了中等收入國家行列，綜合國力顯著提高。得益于此，我國財政科技支出連年穩(wěn)步增加。2006年以來，我國R&D經費投入增速一直保持在20%以上，2011年我國的R&D經費投入總量達到8687億元，反映了政府、企業(yè)、研究機構和高等學校在重視科技方面所做出的不懈努力。這是我們樹立科技自信的物質基礎。
近幾年來，我國的基礎研究、應用研究和高技術研發(fā)都取得了歷史性的長足進步，整體科研水平已經從過去“跟蹤”國際一流同行的工作，到現在逐步實現與國際一流工作的“同行”，乃至在個別領域成功實現了“引領”。僅以2012年為例，我國科學家在高溫超導、中微子震蕩、量子通信、誘導多功能干細胞等方向取得了一大批世界領先的研究成果；在關系到國計民生和國家安全等重點領域，取得了像載人航天、探月工程、載人深潛等方面的重大突破。另外，在基礎研究領域，我國科研人員發(fā)表的國際論文總數已經連續(xù)多年穩(wěn)居世界第2位，論文影響力也逐步提高；我國科技工作者的數量和質量也得到大幅提升，一大批優(yōu)秀科研人才學成回國，本土人才培養(yǎng)體系也在逐步完善。這是我們樹立科技自信的豐沃土壤。
實現自信
當然，我們必須客觀理性地看待科技自信，正視與發(fā)達國家的科技差距，切不可夜郎自大，自娛自樂。畢竟，我們還不是一個科技強國。中華民族的復興之路在于創(chuàng)新，關鍵要靠科技。面對這樣的共識和期盼，科技界應該練好內功，解決好自己的問題，關鍵時刻給力，確保不掉鏈子，最終挺起腰板“實現科技自信”。
要真正實現科技自信，科技工作者必須要恪守科學價值觀。當官和發(fā)財是兩條道，同樣科技工作者也應該把實現科學創(chuàng)新作為自己最大的人生夢想和價值追求。袁隆平院士將一生的汗水灑在了心愛的田地里，直到今天，80多歲的他仍有“禾下乘涼夢”：水稻長得有高粱那么高、顆粒有花生米那么大。相比袁隆平，遺憾的是，科技界還存在不少的“投機取巧”的現象：淺嘗輒止，因循守舊，小富即安，甚至沉溺于名利追逐的游戲?？萍脊ぷ髡咭偷米〖拍?，板凳寧坐十年冷。
要真正實現科技自信，科技工作者必須要樹立“干大事”的信心和勇氣，敢碰重大科學命題，要把致力于重大科技突破作為奮斗目標。近日，中科院物理所和清華大學組成的聯合團隊，成功實現了“量子反?；魻栃薄＿@是中國科學家長期積累、獨立完成的重大科學突破，完美地貫穿了從理論研究到實驗觀測的全過程。我相信，這支研究團隊在數年的攻關過程中，心中一定有著干大事的豪情作為支撐。
要真正實現科技自信，科技工作者還要敢于“標新立異”?？茖W研究的過程，本身就是一個不斷去偽存真、逐步逼近真理的漸進式過程。不盲從、不迷信、不跟風理應是科技工作者的職業(yè)特質，提出新理論、開辟新領域、探尋新路徑理應是科技工作者的價值追求。只有形成“標新立異型”的特色文化，中國的科技界才有希望涌現出一批喬布斯式的人物，擔當起為中國發(fā)展、中華民族振興、中國人民幸福做出創(chuàng)新貢獻的責任。
助力自信
要真正實現科技自信，各類機構要充分尊重科技工作者在科研活動中的主體地位，要把高層次人才真心實意地當作第一資源看待。幾十年前，小平同志就提出自己要做“科學家的后勤部長”。在今天，我們要致力于打造人才“宜居”型創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)和科研“軟環(huán)境”，在科技資源投入、效率配置等方面力爭有所作為。例如，中國科學院近兩年就啟動實施了解決科研人員后顧之憂的3H工程（Housing，Home，Health），保證科學家有五分之四的時間安心用于科研工作。
要真正實現科技自信，還需要在國家層面切實做好制度的頂層設計，深化科技體制改革，統(tǒng)籌協(xié)同創(chuàng)新。黨和國家對此給予了高度重視，在黨的十、兩院院士大會、全國科技創(chuàng)新大會上都有詳細的闡釋。去年，中國科學院聯合教育部啟動實施了“科教結合協(xié)同育人行動計劃”，聯合所有省級地方科學院組建了“全國科學院聯盟”，試圖通過這些外部舉措，在國家層面上探索更為優(yōu)化的創(chuàng)新路徑。同時，中國科學院近期在內部確立了兩個“三位一體”的改革舉措：科研院所、學部、教育機構“三位一體”的組織架構，出重大成果、出優(yōu)秀人才、出前瞻思想“三位一體”的機構使命。
