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第1篇：量子力學基本原理范文

關鍵詞量子力學量子教育學主觀性

中圖分類號：O413.1 文獻標識碼：A

量子力學所涵蓋的一些思想，在哲學的研究中體現比較廣泛，也對教學理論方面起了重要的作用，可以說量子力學對哲學思想的發(fā)展有著重要的促進作用。量子力學著重利用圖景等表象來認識周圍的世界，強調因果關系的認識，對后期形成的教育學理論具有參考性。但是，借助量子力學所形成的“量子教育學”則有很大的不同，這一教育學對原來的量子理論認識存在較大的偏差，充分強調自然科學。

1量子力學的緣起

1900年，量子假說出現在眾人的認知里，現在的量子力學仍在不斷完善，為后期的科學發(fā)展提供了重要的理論基礎，可以說量子力學是量子理論的中心，它促進了原子能等一些先進技術的發(fā)展，為社會的重大發(fā)明打下基礎，使人們更加清晰地認識到微觀世界，并利用微觀運動來更好地服務社會，是人類的重要發(fā)現，也是社會的偉大進步。

2量子力學的宇宙觀

在宇宙世界中，對量子理論有較多的探討，從已經存在的氫原子中，找到了量子級別的狀態(tài)。對于電子而言，比原子更為復雜，這就要求必須要滿足求解該原子的特定的方程來解出，并且要求其場剛好環(huán)繞原子核產生駐波而求得。此外，量子態(tài)與別的駐波不一樣，都有自己特定的頻率，并與所蘊含的能量有關，每種量子狀態(tài)都有所表征的能量。這就是說，預期任何一個態(tài)的能量都是一個具體量子所確定的，并不是模棱兩可的，只要是有理論依據，就可以科學地估測態(tài)的能量多少。由于質子與電子之間存在著相互吸引的力，要想移動一個電子就必須要克服引力做功。

3量子的思維方式

人類思想總是處于不斷發(fā)展中，當兩種思想發(fā)生交集時，就會形成一個比較完整的、令人驚嘆的思想成果，正如牛頓的世界觀與量子理論產生彼此彌合的交集，才會讓思想發(fā)展得如此迅速，才會讓社會發(fā)展如此的快。量子思維方式給人類一個重要的啟示，要求以人為中心，以人為主體。隨著時代的進步和經濟發(fā)展，信息技術逐漸融入了人的智慧和思想，他們彼此都是看不見的，沒有確定的形狀，但彼此交匯起來以后，就成了一種可以量化的物質，這是由于物質性比較弱。其實，量子物理學所產生相關的科學智慧，是人類社會發(fā)展的重要因素，也是文明進步的重要保障，可以說，量子物理學是計算機重要的組成部分，所形成的計算機芯片是重要的思維體現，量子物理學不僅是科學進步的前提，更是信息發(fā)展的重要保障，量子思維更是現代社會發(fā)展的必要方式。

4“量子教育學”的唯心主義

從產生量子力學后，“量子教育學”也隨之不斷發(fā)展，雖然也涉及到一些教育學方面的觀點，但這些觀點都是被眾人早就接受了。如：學習是一個整體的過程，在這個過程中各知識點是相互聯系、彼此交錯的，以及還談到了關鍵詞：服務、個性化、互補等，但是，這些所謂的觀點及結論不是原汁原味的，也不是從量子力學中演變而來，而是與它的原理相悖，從本質上講，“量子教育學”就是一種唯心主義的表現。

貝克萊比較重視經驗，認為所學的知識來源于經驗，但是他卻犯了一個致命的錯誤，認為感覺是世界真正存在的東西，其他的都是看不見的。他認為，知識是一切力量之源，但感覺是我們去探索未知世界，追求至高真理的唯一手段，只有能感覺到，才能被發(fā)現。也就是說：我們的主觀性決定了我們所看見的世界，這也是量子教育學詮釋的觀點。他認為，只要消除了事物與觀念的差異，認同事物等同于所謂的觀念，并且觀念可以感知任何世界上存在的事物，這樣才會讓我們的知識更加具有生命力。

5“量子教育學”的曲解

正所周知，量子力學不可能槲ㄐ鬧饕搴筒豢芍論創(chuàng)造理論基礎，而“量子教育學”卻是唯心主義的重要思想來源，這是“量子教育學”對量子力學核心思維的歪曲，或者說對量子力學沒有正確的認識，造成思想上出現截然不同的主張，另外，“量子教育學”過分強調感覺和經驗，導致偏向于不可知論，與量子力學的思想相悖而馳。

“量子教育學”對量子力學概念和方法認識的偏差表現有。為了進一步認識光的本質特性，提出了波粒二象性的觀念。此后，玻爾提出了“氣補原理”，再一次詮釋了波粒二象性的本質。“測不準”原理而是在某一個方面有較大的缺陷，不是粒子在宏觀世界的不適用，只是說明不能單一地應用某一個方面，只有同時應用時才能為物理現象提高全面的解釋。玻爾認為，波粒二象性在整個量子力學中的地位較高，它是一種可以很好地描述一種物理現象的原理，也可以說是解釋因果關系的一種原理，它可以相互促進、相互排斥，這種互斥的關系不可或缺，這種互補關系后來被廣大學者所接受。

6結語

近年來，量子力學逐漸被廣大研究者重視起來，探討量子力學的基本原理以及與量子教育學的重要關系，在量子理論的發(fā)展過程中，這已經留下了較多的論爭。可以肯定的是量子力學對于科學的進步貢獻了一份力量，把微觀世界與宏觀世界聯系起來，而量子教育學并不是量子力學的正確認識，就本身的發(fā)展情況來看，量子教育學認同了后現代主義，成為了唯心主義的重要依據。

參考文獻

[1] 賀天平.量子力學多世界解釋的哲學審視[J].中國社會科學，2012（01）：48-61，207.

[2] 烏云高娃.量子力學發(fā)展綜述[J].信息技術，2006（06）：154-157.

[3] 母小勇.量子力學與“量子教育學”[J].教育理論與實踐，2006（07）：1-5.

第2篇：量子力學基本原理范文

【關鍵詞】量子力學；實驗教學；改革

中圖分類號：041 文獻標識碼：A 文章編號：1006-0278（2013）04-193-01

一、引言

作為現代物理學和現代科學技術的理論基礎，量子力學將物質的波動性與粒子性統一起來，是研究微觀粒子運動規(guī)律的物理學分支學科。很多教師在上課時只著重于講授理論體系本身的知識，往往忽略了理論和實驗的緊密聯系，從而導致它的實驗建設一直是本課程建設的薄弱環(huán)節(jié)。充分考慮到該門課程的性質和特點，我們在教學中借鑒了工科教學的模式重點圍繞“培養(yǎng)學生物理應用的慣性意識與掌握量子力學基本概念和規(guī)律”的目標開展了三類不依賴于儀器設備和環(huán)境條件的實驗，以切實貫徹“德育為先、能力為重”和“育人為本”的原則。

二、量子力學的實驗教學

為了讓學生從思想上接受并理解量子觀念，在學習中透過復雜的數學計算深入理解量子力學的概念和規(guī)律，并能主動積極地思考、解決相關問題，我們構建了由思想、演示與創(chuàng)新性實驗組成的課內課外教學平臺，以輔助量子力學的理論教學過程。

思想實驗，又稱“假想實驗”，是人類按照科學研究的實驗過程在頭腦中進行的發(fā)現和獲取科學事實與自然規(guī)律的邏輯思維活動，是自然科學家和哲學家經常使用的一種十分有效的研究方法。由于不會受到主客觀條件及儀器設備的操作限制，思想實驗可以為學生的思維互動啟發(fā)提供有利的平臺。事實上，在量子力學建立與發(fā)展的過程中，很多思想實驗都起到了重要的推動作用。例如作為量子力學的創(chuàng)始人之一，奧地利物理學家埃爾溫?薛定諤提出了著名的“薛定諤之貓”的思想實驗，它將量子理論微觀領域中原子核衰變的量子不確定性與宏觀領域中貓的生死聯系在了一起，充分體現了量子力學的奇異性。通過在課堂教學中講授諸如此類的思想實驗可以給學生提供一個動腦“做”理論的機會，這樣不僅可以使學生從理性的角度接受量子力學的基本思想并深入理解量子力學的基本概念和基本理論，還可以激發(fā)他們對課程的學習興趣，在無形中培養(yǎng)他們的理性思維、邏輯思維、創(chuàng)新意識和推理能力。

演示實驗，即教師在課堂上借助視頻、計算機模擬等手段演示實驗過程，展示物理現象，引導學生觀察、思考、分析并得出結論的過程。量子力學的建立離不開很多重要實驗的支撐，如黑體輻射、光電效應等。其中一些實驗由于條件及經費的限制目前無法在實驗室開展，所以我們可以充分利用豐富的網絡資源及Matlab等數學軟件構建演示實驗的平臺，給學生提供一個動眼“做”理論的機會。一方面，通過播放演示實驗的視頻重現實驗過程，加強引導學生對實驗的條件、思路和方法等進行思考和分析，培養(yǎng)學生的實驗素養(yǎng)和強化他們的實驗技能，幫助他們增加感性認識，使他們體會科學的發(fā)展過程，克服抽象的物理圖景給他們帶來的困擾。另一方面，通過利用數學軟件實現對量子力學課程中一些問題的靜、動態(tài)數值模擬，將抽象的量子力學結果形象直觀化，幫助學生透過復雜的數學公式推導深入、形象地認識微觀粒子的特征，使他們深入理解量子力學的基本原理和基本概念，提高他們運用物理思想進行綜合分析的能力。

知識的獲得是為了更好地服務于實踐，因此為了讓學生能將量子力學中所學到的基本理論運用于實踐，我們在該門課程的教學中還開設了創(chuàng)新性實驗，為學生提供動手“做”理論的機會。首先教師在課堂的教學中始終貫徹科研促教學的思想，有意識地結合具體的教學內容進行近代物理前沿知識的滲透。然后鼓勵學生根據自己的實際情況與興趣并結合畢業(yè)論文自由組合選擇相應的小課題在教師的指導下進行專題研究，同時對于一些學生在平時教學過程中反映出來的理解上比較模糊或難以理解的部分定期組織專題討論。該類實驗的開設為學生提供了實踐的自由發(fā)揮空間，可以初步培養(yǎng)學生的數理分析能力與結合自己的興趣自我發(fā)現問題并解決與專業(yè)相關領域實際問題的能力及撰寫科研論文的能力，同時還增強了學生對量子力學課程學習的興趣和團結協作精神。

第3篇：量子力學基本原理范文

關鍵詞量子力學教學改革創(chuàng)新能力研究性教學

中圖分類號：G643.0 文獻標識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2015.07.017

Graduate Education Course Advanced Quantum Mechanics Teaching Reform

HU Ping， PENG Zhihua， GUO Ping， HU Jiwen

（College of Mathematics and Science， University of South China， Hengyang， Hu'nan 451001）

Abstract Postgraduate both the learning process to deepen the knowledge of the process is scientific ability， knowledge of scientific basis. From Graduate Teaching Mode existing problems， discusses the necessity of quantum mechanics graduate students in higher education， research teaching model introduced in the teaching process， improve the quality of teaching so that students master the basic principles of quantum mechanics， based on general ability， innovation ability has been greatly improved.

Key words Quantum Mechanics; teaching reform; innovative ability; research teaching

自上個世紀80年初期恢復研究生教育，我國的研究生教育進入了蓬勃發(fā)展的時期。①隨著我國高等教育的發(fā)展，研究生教育規(guī)模的也迅速擴大，研究生教育質量已成為一個全社會關注的焦點問題。我國研究生的素質關系到國家的未來發(fā)展，研究生教育是為國家培養(yǎng)現代化建設、發(fā)展科技培養(yǎng)高水平、高層次人才;研究生教育是我國站上世界知識經濟高點的重要支持;同時也是高校實現由教學型向研究型轉變的重要基礎。研究生教育不同于本科生教育，研究生教育不僅包含課程教學，同時包含了社會實踐、學位論文等諸多環(huán)節(jié)。②然而作為科研能力、自主創(chuàng)新能力發(fā)展的基礎――課程教學不僅要傳授知識，更重要的是要指導研究生思考，是提高研究生培養(yǎng)質量的根本。

研究生教學質量是整個研究生教育的一個重要部分，如何合理利用現有教學資源條件，使得研究生教學質量能夠穩(wěn)步提高，則成為研究生管理的首要解決問題之一。自上個世紀80年代以來，高等教育改革逐漸興起，其主要目標就是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，教育界越來越多地關注教學方法創(chuàng)新研究。首先，研究性教學，是一種能有效引導學生主動探究、培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的教學方式，引起全世界各地的教育及其相關部門的關注。目前，教育部實施研究生科研創(chuàng)新項目研究計劃，現在全國已有100多所大學參加這項計劃。其次，在過去的幾十年中，國內外在總結以前高等教育成果與不足的基礎上，以培養(yǎng)創(chuàng)新型人才為教育主要目標，對原有的傳統高等教育模式進行了改革。

自從20世紀50年代美國施瓦布教授首先提出學生的學習過程和科學家的研究過程是一致的以來，研究性學習引起了人們的廣泛關注，提出了各種相關的理論。③④⑤ 然而，現在國內的高校課堂教學大部分都是基于傳統教學模式：教師教學――課堂講授為主的教學模式。而研究性學習，則主要是以研究問題為基礎、由學生主動提出問題、并設計解決方案、解決問題，并在這一過程中獲得知識、培養(yǎng)相應的能力，基于此中方式來展開教學與研究的教學模式在國內現有的教學理念與教學資源條件下，應用并不廣泛。尤其是在相對較為抽象難懂的理工類課程如量子力學課程教學中應用更是甚少。⑥研究生教育主要是培養(yǎng)學生的科研能力與素養(yǎng)，首先要在“研究”的培養(yǎng)上下功夫，而研究生課程教學正好提供了這一平臺。在本文中主要以高等量子力學課程教學為主要研究內容，探討如何進行課堂教學改革。

自1978年國內恢復研究生招生制度以來，高等量子力學就被列為物理系各專業(yè)研究生必修的學位課程之一，同時高等量子力學也是報考博士研究生的考試科目之一，在原來本科階段“量子力學”的基礎上進行深化和拓展，主要是提供學生在后學研究工作中要用的一些知識和方法。量子理論已經成為解決物理學、生命科學、信息科學和材料科學等理論問題的關鍵。

量子力學作為一門微觀物理課程，與經典物理學相比，有一個很明顯的差異：其中很多理論很難與日常生活和經驗對應，涉及的理論、概念非常抽象，同時涉及非常多的數學知識，如（線性代數、Hilbert 空間、群論、數學物理方法和復變函數等），內容繁多，知識結構廣泛，使得學生理解起來有非常大的困難，同時容易誘使學生陷入復雜繁瑣的計算，而失去對量子力學學習的興趣。目前，從我校物理系碩士研究生的實際情況來看，學生的量子力學知識水平參差不齊，有的學生以前沒有學習過量子力學，有的學生學量子力學學時非常短，同時每個研究方向對量子力學的需求也不盡相同。因此，量子力學成為教師公認難教的課程、學生公認難學的課程。高等量子力學的教學效果將直接影響學生以后的科學研究創(chuàng)新能力與論文水平。為了培養(yǎng)研究生日后的科研能力，我們主要從教學內容和教學方法上進行了改革探討。

在教學內容上，結合本校教學時限（48學時）和本校學生的特點、學生的研究方向，主要目標是將量子力學的知識應用到其它領域，避免冗長的理論計算，激發(fā)學生的創(chuàng)新熱情。重點學習量子力學的形式理論、微擾理論、對稱性和守恒定律、量子散射理論等。

在教學方法上，根據學生的知識基礎和教學內容的特點，改變傳統的教學方式，采用學生為主的教學方式。傳統的教學方式主要是以教師講授為主的灌輸式、填充式，由于量子力學本身的特點，這些教學方法對量子力學的教學實效非常有限。一方面，一個主角的表演使得本身比較枯燥的量子力學課堂毫無生氣，學生面對復雜繁瑣的數學推導，思維跟不上教師的節(jié)奏，學生的學習熱情下降。另一方面，學生本身的角色沒有改變，自主學習、自主思考沒有可鍛煉的平臺。教師考慮到自然科學的特點，一定要從知識的傳承角度出發(fā)，這樣教師要去貫徹啟發(fā)式的教學方式。學生學一門課，學的是前人從實踐中總結出來的間接知識。一個好的教師，應當引導學生設身處地去思考，自己是否也能根據一定的實驗現象，通過分析和推理去得出前人已認識到的規(guī)律？自然科學中任何一個新的概念和原理，總是在舊概念和原理與新的實驗現象的矛盾中誕生的。⑦作為教師，要充分利用新舊理論的矛盾提出問題，讓學生思考問題，并設計一套完成的解決方案。在量子力學的課堂教學中，筆者結合實際情況，主要采取的是學生講授為主、教師輔導的方式。盡管學生對量子力學知識的理解有限，但是一方面可以促使學生在課前預習;另一方面學生為了準備一堂課，要查閱相關資料，這樣就可以極大地提高學生查找資料的能力，拓展學生知識面。作為教師，從學生講授中也可以得到一些啟發(fā)，諸如學生對一個問題理解的切入點與教師理解的不同，從而教師可以調整日后的課堂教學，使得課堂教學的內容從抽象化為通俗。

將科學研究融入到課堂教學，也是實現課堂教學改革的有效方式之一。研究生不僅要學習知識，更要的是做科學研究，寓教于研同樣可以提高教學效果。在課題教學中，針對一個主題，在講授基本知識的同時，更多的引入與之相關的前沿知識，并要求學生設計相關的問題，展開調查研究，以論文、學術報告的方式提交研究成果。通過此種方式，研究生的科學研究能力得到鍛煉，創(chuàng)新思維能力得到培養(yǎng)，符合我們培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目標。

本文結合本校研究生的實際情況以及量子力學學科特色，我們主要從從教學內容、教學方法兩方面探討高等量子力學課程的教學改革。隨著我國高等教育的發(fā)展，研究生課程教學改革還有待進一步地深化，這樣才能提升我國研究生教育的整體水平，為祖國的發(fā)展培養(yǎng)更多的人才，日益增強國家的綜合國力。

本文得到南華大學教學改革研究課題，2014XJG49;南華大學研究生教學改革研究項目資助

注釋

① 周萍.量子力學研究性教學[J]. 中國科教創(chuàng)新導， 2011（17）： 89-90

② 高芬.美國高校研究生教學中的“教”與“學”――以美國馬薩諸塞大學阿默斯特分校教育學院為例[J].學位與研究生教育，2011（3）：73-77.

③ 沈元華.設計性、研究性物理實驗介紹[J].物理實驗，2004（2）：33-37.

④ 顧沛.把握研究性教學、推進課堂教學方法改革[J].中國高等教育研究，2009，（7）：3 1-33 .

⑤ 陳興文，白日霞，李敏.開展研究性教學培養(yǎng)大學生創(chuàng)新能力[J].黑龍江教育：高教研究與評估，2009（1）：123-125.

第4篇：量子力學基本原理范文

關鍵詞: 農林院校大學物理高中物理內容比較與分析

1999年開始的新一輪基礎教育課程改革的力度是空前的,在課程理念、課程目標、課程內容、課程實施方式上進行全方位整體改革。為適應21世紀技術化社會的需要,我國基礎教育階段的物理課程在課程設置和教學內容等方面進行了調整和更新,在內容上體現了時代性、基礎性和選擇性。在農林院校,物理課程所涉及的物理學知識內容而言,主要包括力、電、原子、熱四部分。在知識的講述上,農林院校的講述方式是簡單介紹物理學基本原理,然后就介紹物理理論知識在農林科技及日常科技中的應用、物理學在現代農業(yè)方面的應用,較少涉及公式的推導、數學計算等。

一、力學內容的比較和分析

農林院校大學物理課程力學部分講述了流體力學、振動和波(機械振動、機械波、聲波)。流體力學部分的主要內容有:液體的表面張力、液體的流動性質(液體的定常流動、連續(xù)性原理、伯努利方程)、液體的貓滯性質(牛頓勃滯定律、泊肅葉公式)、物體在貓滯液體中的流動(斯托克斯公式、雷諾數和流體相似率、離心分離技術)。振動和波的主要內容有:簡諧振動的特征及描述、阻尼振動和受迫振動、簡諧振動的合成、頻譜、機械波的產生和傳播、平面簡諧波、惠更斯原理、聲波、波的干涉、多普勒效應。此外,有些版本的教材如金仲輝(2000)、王海嬰(2000)均講述了牛頓力學和力學的基本定律,兩個版本都講述了質點運動狀態(tài)的描述、牛頓三定律、力學相對性原理、力學的三個守恒定律、剛體的轉動(簡述)。除此之外,王海嬰(2000)還講述了非線性力學(線性和非線性力學系統的特點、兩種確定性和兩種隨機性)、相對論力學(相對論運動學、狹義相對論動力學、廣義相對論)。刁崗(2001)對于力學基礎知識沒有專門介紹,在固體一章中涉及應變與應力、桿的彎曲等力學知識。高中物理共同必修中,沒有講述流體力學方面的知識,但是學生在初中物理中學習過浮力、壓強、壓力方面的知識,高中物理課程涉及的力學基礎知識,以及力的應用方面的知識,學生對于流體力學部分的學習應該不會有什么困難。振動和波這部分涉及的知識內容同工科大學物理大致相同,農林學院校對于聲波的講述有所加強。這部分內容的學習同樣是以牛頓力學為基礎的。

二、電磁學內容的比較和分析

農林院校大學物理電磁學部分涉及的物理學基礎知識同工科院校基本一致,但是,在敘述上更精煉和簡單,內容更側重于物理知識在生物學、醫(yī)學中的應用,如靜電場的應用(靜電場處理種子、電暈放電處理種子、人工誘發(fā)閃電的應用、靜電噴農藥和靜電人工授粉)、磁的應用(磁場處理、磁性肥料、磁化水、磁法檢驗)、電磁波在農業(yè)上的應用、電容器與細胞電容、生物組織的電阻等,以及基爾霍夫定律及應用、直流電的醫(yī)學應用。基爾霍夫第一定律的物理背景是電荷守恒定律,基爾霍夫第二定律可以在高中全電路歐姆定律的基礎上引申得出。農林院校大學物理電磁學部分同高中物理課程的編排思想是一致的,涉及的電磁學知識提供了學生進一步學習所需要的物理學基礎知識。

三、光學內容的比較和分析

農林院校大學物理光學部分涉及光的干涉、衍射、偏振,光的吸收與散射等知識內容,在講述物理基礎知識時,更加側重于在生物學中的應用,如薄膜干涉的應用、夫瑯禾費圓孔衍射與生物顯微鏡、激光在現代農業(yè)和生物學中的作用、生物體發(fā)光的性質和實際應用、生物學研究中常用的光學儀器(光學顯微鏡、分光光度計、特種生物顯微鏡、電子顯微鏡)等。由此看到,農林院校大學物理光學部分同高中物理的編排思想基本是一致的,高中物理課程涉及的光學、原子物理的知識提供了學生進一步學習所需要的物理學基礎知識。

四、量子物理基礎知識內容的比較和分析

農林院校量子物理基礎知識部分涉及的內容主要有:第一,光的量子性(黑體輻射定律、光電效應實驗規(guī)律、愛因斯坦光子理論、愛因斯坦光電效應方程、光電效應的應用、光的波粒二象性);第二,量子力學初步(德布羅意波、不確定關系、薛定愕方程、勢阱和勢壘、氫原子光譜的規(guī)律性、泡利不相容原理、能量最小原理);第三,光譜分析(原子光譜、分子光譜、X射線譜及其應用);第四,激光的原理和應用醫(yī)學院校大學物理該部分講述了原子物理和量子力學基礎知識,原子物理中介紹了X射線(X射線的產生、X射線的強度和硬度、X射線譜、X射線的性質、X射線衍射、X射線的衰減規(guī)律、X射線的醫(yī)學應用)、原子核和放射性(原子核的角動量和磁矩、原子核的穩(wěn)定性、放射性核素的衰變種類和衰變規(guī)律、射線與物質的相互作用、電離輻射防護、放射性核素在醫(yī)學上的應用)。量子力學基礎講述了玻爾的氫原子理論、德布羅意假設、物質波的統計解釋、不確定關系、波函數、薛定愕方程、勢阱與勢壘、原子結構理論(四個量子數、原子的殼層結構、分子結構)。此外,還介紹了相對論基礎(狹義相對論、廣義相對論)和混沌動力學基礎知識。高中物理對于相對論與量子物理的知識作了初步的介紹,使學生對此有一個感性的認識,而農林院校大學物理對于這部分內容的講述,是在高中物理已有知識基礎上的提高和擴展。高中物理涉及的激光、放射性同位素、核反應方程、衰變、半衰期、結合能、核裂變、鏈式反應、核聚變等知識,側重于從應用的角度展開物理知識,這同農林院校大學物理基本是一致的。

五、熱學內容的比較和分析

第5篇：量子力學基本原理范文

打開自然科學教科書，映入眼簾的是哥白尼、牛頓、達爾文、法拉第、愛因斯坦等一連串外國科學家閃光的名字。歷史將會牢記、人類也將會牢記他們！細心的讀者也許會沮喪地發(fā)現：在這一串閃光的名字中很難找到中國科學家！

據不完全統計，近一百多年來因為科學貢獻而被寫進自然科學教科書的中國科學家也就100名左右，除去那些驗證性、修正性工作而自己沒有重大原始創(chuàng)新的科學家，剩下的可能不足50名，而有正式數學公式傳世（被寫進教科書）的中國科學家更是不足30名。甘永超，憑借“波粒二象關系式（Gan矩陣與Gan變換）”成為了最新加入這一群體的中國學者。

與卡門-錢學森公式、錢偉長方程、吳文俊公式……相比，甘永超可謂名不見經傳，然而他提出的“波粒二象關系式”卻能把量子力學的兩大開山之作（德國物理學家普朗克1900年提出的能量子假說：ε=hv，獲1918年諾貝爾物理學獎；法國物理學家德布羅意1923年提出的物質波假說：λ=h/p，獲1929年諾貝爾物理學獎）完美地統一起來，并且還可以揭示“波”與“粒子”之間的直接、線性關系并給出精準的數學表達（那可是物理學所面臨的尚未征服的山峰中的最高峰），就像愛因斯坦的質能關系式揭示“質量”與“能量”的直接、線性關系并給出精準的數學表達一樣！此外，該公式還揭示了“物質”與“空間”之間的必然聯系，就像愛因斯坦的相對論揭示“時間”與“空間”、“質量”與“能量”之間的必然聯系一樣。

早在大學時代，甘永超就對物質結構理論，尤其是波粒二象性產生了濃厚興趣。后經我國科學界泰斗王淦昌院士推薦而成為上海大學物理系主任沈文達教授（沈先生早年曾師從諾貝爾物理學獎獲得者、量子光學之父、哈佛大學教授羅伊·格勞伯）的研究生。經過20多年錘煉，甘永超創(chuàng)立的一個物理公式（波粒二象關系式）、兩個物理模型（“π型三重波粒二象性”與“太極粒子波”）已經被寫進“21世紀高等院校教材”《自然科學概論》（婁兆文等編、科學出版社、2012年版44-48頁）。這是一百多年以來很少見到的事情。當然，其間的曲折可能一言難盡。這里僅就甘永超所提出的一個物理公式、兩個物理模型稍作介紹。

“波粒二象關系式（Gan矩陣與Gan變換）”不僅數學形式對稱、優(yōu)美，而且還可以作為量子力學的基本原理而直接導出量子力學的兩大開山之作（普朗克的能量子假設和德布羅意的物質波假設），精辟地揭示“波”與“粒子”、“物質”與“空間”之間的緊密聯系。我們知道，實物（粒子）與場（波）之間的關系被前蘇聯科學家瑞德尼克在《量子力學史話》中稱之為“物理學所面臨的尚未征服的山峰中的最高峰”，所以，對“波粒二象關系式（Gan矩陣與Gan變換）”的研究，將會打開一座巨大的寶藏，只是這座寶藏（波粒二象關系式的物理內涵）神秘莫測，我們現在還遠遠沒有弄清楚。

作為初步推斷，“波粒二象關系式”至少是對“π型三重波粒二象性”這一物理模型的數學抽象，而“太極粒子波”則又是對“π型三重波粒二象性”（當然也包括“波粒二象關系式”）的進一步解讀和發(fā)展。事實上，這一個物理公式、兩個物理模型，首尾呼應，渾然天成，開辟了繼“分子物理”、“原子物理”、“原子核物理”、“粒子物理”之后的又一個新學科與新領域“波與粒子的統一——‘太極粒子波物理’”并預言了一種新式武器——“巨粒子炮”的存在。

我們知道，“第一種波粒二象性（光的波粒二象性）”由愛因斯坦1905年揭示、密立根1916年驗證，“第二種波粒二象性（實物粒子的波粒二象性）”由德布羅意1923年揭示、戴維森和小湯姆孫1927年驗證，兩者的揭示與驗證曾四次頒發(fā)諾貝爾物理學獎。然而，盡管前兩種波粒二象性的揭示與驗證四獲諾貝爾物理學獎，但“波粒二象性之謎”卻并沒有完全揭開，它與“光的本性之謎”、“粒子與場的關系之謎”、“物質世界的最基本結構單元之謎”依然是物理學前沿的四大疑難問題。對此，甘永超基于他“經典電磁場按光子對應分解”亦即“第三種波粒二象性”的揭示，完成了“三種波粒二象性的和諧統一”并揭示了微觀客體的“π型三重波粒二象性”——這是比“光的波粒二象性”、“實物粒子的波粒二象性”更高層次的理論，蘊含著物質世界的更深刻本質。在這里，“光的波粒二象性”與“實物粒子的波粒二象性”雖然四獲諾貝爾獎，卻不過是“π型三重波粒二象性”的兩個分支或者推論，屬于管中窺豹、瞎子摸象，只有“π型三重波粒二象性”才是揭示微觀客體深刻本質的實質性內容。換言之，我們司空見慣的“電磁波”與“光量子”不過是“太極光子波”的兩種變化形式，就像“白骨精”變化而成的“村姑”與“老媼”一樣。

第6篇：量子力學基本原理范文

現代科學技術概論不但應該是現代科學技術成果的概論，而且也應該是現代科學技術發(fā)展歷史和規(guī)律的概論。離開現代科學技術發(fā)生、發(fā)展的歷史，靜止、孤立地介紹現代科學技術的基本理論和成果，就會使現代科學技術概論這門課程變得零亂龐雜而不成體系。而如果把“史”與“論”有機地結合和統一起來，則不但能克服“零亂龐雜”的缺陷，而且還能為現代科學技術概論這門課程注入生機和活力。同時，把“史”與“論”結合起來，更是為思想政治教育專業(yè)學生開設這門課程的教學目的之所需。作為思想政治教育專業(yè)的學生，通過現代科學技術概論課程的學習，不但要了解現代科學技術的主要成果、歷史演進和完整體系，而且要了解科學技術發(fā)生、發(fā)展的一般過程和規(guī)律，了解哲學產生的現代科學技術基礎以及對于推動科學技術發(fā)展的重要作用和意義。因此，只有做到史論結合，才能達到開課的目的和要求。

2現代科學技術概論的教學內容與體系

根據上述三原則，筆者認為，思想政治教育專業(yè)現代科學技術概論課程的內容與體系可做如下安排。導言。概要介紹現代科學技術及其理論基礎、前沿陣地、中心內容和綜合體現。

第一章，現代物理學革命及其影響。介紹現代科學技術的理論基礎———相對論和量子力學。引言，概述近代物理學的輝煌成就及其所遇到的“兩朵烏云”。第一節(jié)，相對論的建立。根據邏輯與歷史相統一的原則，具體講授伽利略變換和力學相對性原理，邁克爾遜—莫雷實驗，洛倫茲變換的提出，愛因斯坦的狹義相對論及其主要結論，廣義相對論及其驗證。第二節(jié)，量子力學的建立和發(fā)展。一、量子力學產生的歷史背景，概要介紹黑體輻射理論和紫外災難。二、量子力學的建立與發(fā)展，具體講述普朗克的量子假說，愛因斯坦的光量子理論，玻爾對原子結構的量子解釋，德布羅意的物質波，薛定諤的波動方程，海森伯的矩陣力學。第三節(jié)，現代化學理論的發(fā)展。主要講授元素周期理論的新發(fā)展和現代化學鍵理論。

第二章，原子物理學的開發(fā)研究及應用。主要講授從物質結構的研究到原子能的開發(fā)和應用。第一節(jié)，對微觀世界的探索和認識。一、物質結構初探，復習回憶德謨克利特的原子論，道爾頓的原子說，門捷列夫的元素周期律。二、向原子世界的進軍，主要講授X射線、放射性元素及電子的發(fā)現，原子結構模型及其實驗和發(fā)現，原子核結構模型及其實驗和發(fā)現，對基本粒子家族的認識。第二節(jié)，原子能的開發(fā)研究及應用。一、原子能的開發(fā)研究:重點介紹原子能開發(fā)研究中的三大發(fā)現，即慢中子效應的發(fā)現、核裂變的發(fā)現和鏈式反應的發(fā)現。二、原子能的應用，包括能源方面的應用和放射性同位素的應用。能源方面的應用包括兩個方面:一是軍用三彈即原子彈、氫彈和中子彈的研制;二是核電站的發(fā)展，主要介紹從慢中子反應堆到快中子增殖堆再到核聚變反應堆的歷史發(fā)展。放射性同位素的應用可概要介紹在生產、生活、科研、軍事上的應用及其成果。

第三章，生物學與生物工程技術。生物學是研究生命的科學;生物工程技術是用人工的方法創(chuàng)造生命的技術。生命科學是現代科學的三大前沿陣地之一;生物工程技術是現代科學技術的主要內容。第一節(jié)，生命的起源和生物的進化。一、生命起源的化學進化歷程:從無機小分子物質生成有機小分子物質;從有機小分子物質形成有機高分子物質;從有機高分子物質形成有機多分子體系;從有機多分子體系演化成原始生命物質。二、生物進化論，主要介紹拉馬克的生物進化學說和達爾文的生物進化論。第二節(jié)，現代遺傳學和分子生物學。一、遺傳學:主要講授孟德爾的豌豆實驗及其遺傳學說;摩爾根的果蠅實驗及其遺傳學說。二、分子生物學:重點介紹蛋白質的性質、結構和功能;核酸的性質、結構和功能。第三節(jié)，生物工程技術。生物工程包括酶工程、發(fā)酵工程、細胞工程和基因工程四個部分的內容。因學時限制，可重點介紹細胞工程和基因工程兩個部分。一、細胞工程，應首先講授細胞的全能性，然后在細胞全能性的基礎上具體介紹植物組織培養(yǎng)技術、細胞融合技術、細胞折合和胚胎移植技術、克隆技術等內容。二、基因工程:(1)基因工程的基礎研究，主要介紹限制性內切酶、連接酶和基因載體的發(fā)現和研制。(2)基因工程的基本程序和方法，包括獲取目的基因DNA、獲取載體基因DNA、目的基因DNA與載體基因DNA的重組、把重組的DNA轉入受體細胞進行增殖和篩選轉基因生物體五個步驟及方法。三、生物技術的應用前景。主要介紹生物醫(yī)藥的研制及應用、生化工業(yè)的迅速發(fā)展、轉基因動植物的大量出現，人類基因組計劃(HGP)及其廣闊的應用前景。

第四章，天文學和天體演化學說。天體演化學說是現代科學的三大前沿陣地之一，本章在重點講述天體演化學說之前，先把天文學的相關知識作一簡單介紹。第一節(jié)，天文學及其產生和發(fā)展。一、概要介紹天文學的研究對象和分類;二、重點講授天文學的產生和發(fā)展:具體介紹古代天文學、近代經典天文學和現代天文學的發(fā)展情況。第二節(jié)，獲取天體信息的渠道和手段;可分三個大問題來講述。一、獲取天體信息的渠道，主要介紹電磁輻射、宇宙線和中微子三條途徑;二、獲取天體信息的物質手段和儀器設備，主要介紹人眼的構造和功能、光學望遠鏡、射電望遠鏡和天體攝譜儀;三、天文觀測發(fā)展簡史:依次介紹光學天文學、射電天文學和空間天文學。第三節(jié)，天體的起源和演化。一、宇宙的起源和演化:主要介紹牛頓“無限無邊”宇宙模型及其疑難、愛因斯坦“有限無邊靜態(tài)”宇宙模型及其疑難、哈勃定律與大爆炸宇宙模型;二、星系的形成和演化:先對星系及其類型作一簡單的介紹，然后在此基礎上介紹星系的形成和演化;三、恒星的形成和演化:具體介紹恒星的形成，表征恒星演化過程的赫羅圖，恒星演化過程的三階段，即主序星階段、紅巨星階段和恒星的三種歸宿(白矮星、中子星和黑洞);四、太陽系的形成和演化:主要介紹太陽系的基本情況和太陽系的形成和演化兩部分內容;五、地球的構造和演化:包括地球概況、地球的圈層構造和地球的形成和演化。

第五章，信息技術和激光技術。人類歷史在經歷了6000年的農業(yè)社會和近300年的工業(yè)社會以后，現在正在迅速走向第三個文明社會———信息社會。所謂信息社會，就是信息在社會生產和生活中起主導作用的社會。信息技術和信息產業(yè)，是信息社會的重要支柱。所謂信息技術，就是信息的獲取、傳遞和處理技術。信息技術以微電子技術為基礎，包括計算機技術、通信技術、光導技術和人工智能技術等。第一節(jié)，微電子技術。一、微電子技術的出現:具體介紹集成電路的誕生、集成電路的種類及其歷史發(fā)展和集成電路的制作工藝;二、微電子技術的應用。第二節(jié)，計算機技術。一、計算機概述:具體介紹計算機的結構與功能、計算機的特點和計算機的歷史發(fā)展;二、計算機的應用:主要包括數值計算或科學計算、數據處理或稱信息處理、實時控制或稱過程控制、計算機輔助系統、人工智能或稱智能模擬等;三、信息高速公路。第三節(jié)，通信技術。一、電氣通信:主要介紹電話通信和非電話通信及傳真;二、光纖通信:具體介紹光纖通信的基本原理、光纖通信的優(yōu)點、光纖通信的應用和發(fā)展;三、衛(wèi)星通信。第四節(jié)，激光技術。一、激光與激光器:具體介紹激光產生的基本原理、激光的特點、激光器的構造等內容。二、激光技術的應用:概要介紹激光加工(包括激光鑄模、激光切割、激光焊接、激光雕刻等)技術及其在農業(yè)、醫(yī)療、軍事上的廣泛應用。

第7篇：量子力學基本原理范文

關鍵詞：量子密碼；量子加密；測不準原理；EPR關聯；量子糾纏

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044(2007)03-10732-02

1 引言

傳統的加密系統，不管是對密鑰技術還是公鑰技術，其密文的安全性完全依賴于密鑰的秘密性。密鑰必須是由足夠長的隨機二進制串組成，一旦密鑰建立起來，通過密鑰編碼而成的密文就可以在公開信道上進行傳送。然而為了建立密鑰，發(fā)送方與接收方必須選擇一條安全可靠的通信信道，但由于截收者的存在，從技術上來說，真正的安全很難保證，而且密鑰的分發(fā)總是會在合法使用者無從察覺的情況下被消極監(jiān)聽。

近年來，由于量子力學和密碼學的結合，誕生了量子密碼學，它可完成僅僅由傳統數學無法完成的完善保密系統。量子密碼學是在量子理論基礎上提出了一種全新的安全通信系統，它從根本上解決量子特性不可忽視，測量動作是量子力學的一個組成部分。在這些規(guī)律中，對量子密碼學起關鍵作用的是Heisenberg測不準原理，即測量量子系統時通常會對該系統產生干擾，并產生出關于該系統測量前狀態(tài)的不完整信息，因此任何對于量子信道進行監(jiān)測的努力都會以某種檢測的方式干擾在此信道中傳輸的信息。

本文內容安排如下：第二部分回顧經典的密碼術，第三部分說明基于EPR糾纏對的量子加密原理和技術，第四部分介紹量子密碼術，最后給出結論。

2 經典密碼術

一般而言，加密體系有兩大類別，公鑰加密體系與私鑰加密體系。經典保密通信原理如圖1所示：

圖1經典保密通信原理圖

密碼通信是依靠密鑰、加密算法、密碼傳送、解密、解密算法的保密來保證其安全性.它的基本目的使把機密信息變成只有自己或自己授權的人才能認得的亂碼。具體操作時都要使用密碼講明文變?yōu)槊芪模Q為加密，密碼稱為密鑰。完成加密的規(guī)則稱為加密算法。講密文傳送到收信方稱為密碼傳送。把密文變?yōu)槊魑姆Q為解密，完成解密的規(guī)則稱為解密算法。如果使用對稱密碼算法，則K＝K’ , 如果使用公開密碼算法，則K 與K’ 不同。整個通信系統得安全性寓于密鑰之中。

公鑰加密體系基于單向函數(one way function)。即給定x，很容易計算出F (x)，但其逆運算十分困難。這里的困難是指完成計算所需的時間對于輸入的比特數而言呈指數增加。舉例而言，RSA (Rivest, Shamir, Adleman ) 即是具有代表性的公開密鑰算法，其保密性建立在分解有大素數因子的合數的基礎上。公鑰體系由于其簡單方便的特性在最近20年得以普及，現代電子商務保密信息量的95%依賴于RSA算法。但其存在以下主要缺陷。首先，人們尚無法從理論上證明算法的不可破性，盡管對于己知的算法，計算所需的時間隨輸入的比特數呈指數增加，我們只要增加密鑰的長度即可提高加密體系的安全性，但沒人能夠肯定是否存在更為先進的快速算法。其次，隨著量子計算機技術的迅速發(fā)展，以往經典計算機難以求解的問題，量子計算機可以迎刃而解。例如應用肖氏(Shor's )量子分解因式算法可以在多項式時間內輕易破解加密算法。

另一種廣泛使用的加密體系則基于公開算法和相對前者較短的私鑰。例如DES (Data Encryption Standard, 1977)使用的便是56位密鑰和相同的加密和解密算法。這種體系的安全性，同樣取決于計算能力以及竊聽者所需的計算時間。事實上，1917年由Vernam提出的“一次一密碼本”(one time pad) 是唯一被證明的完善保密系統。這種密碼需要一個與所傳消息一樣長度的密碼本，并且這一密碼本只能使用一次。然而在實際應用中，由于合法的通信雙方(記做Alice和Bob)在獲取共享密鑰之前所進行的通信的安全不能得到保證，這一加密體系未能得以廣泛應用。

現代密碼學認為，任何加密體系的加密解密算法都是可以公開的，其安全性在于密鑰的保密性。實際上，由于存在被動竊聽的可能性，如果通信雙方完全通過在經典信道上傳輸經典信息，則在雙方之間建立保密的密鑰是不可能的。然而，量子物理學的介入徹底改變了這一狀況。

3 量子加密的原理和技術

量子加密是目前科學界公認唯一能實現絕對安全的通信方式。它依賴于兩點：一是基本量子力學效應(如測不準原理,Bell 原理量子不可克隆定理)；二是量子密鑰分配協議量子密碼系統能夠保證：(1)合法的通信雙方可覺察潛在的竊聽者并采取相應的措施；（2）使竊聽者無法破解量子密碼，無論破譯者有多么強大的計算能力。同時，量子密碼通信不是用來傳送密文或明文，而是用來建立和傳送密碼本，這個密碼本是絕對安全的。到目前為止，實現量子加密的方案主要有如下幾種：

(1)基于兩組共扼正交基的四狀態(tài)方案，其代表為BB84協議；

(2)基于兩個非正交態(tài)的二狀態(tài)方案，其代表為B92協議；

(3)基于EPR糾纏對的方案，其代表為E91協議；

(4)基于BB84協議與B92協議的4＋2協議。

在這里我們主要介紹一下基于EPR糾纏對的方案，Ekert 于1991年提出的基于EPR的量子密鑰分配協議(E91)充分利用了量子系統的糾纏特性，通過糾纏量子系統的非定域性來傳遞量子信息，取代了BB84 協議中用來傳遞量子位的量子信道，因而可以更加靈活地實現密鑰分配。此外，與BB84 不同的是，E91協議借助于Bell 不等式來驗證是否存在竊聽者，而在BB84 和B92 中，都是通過隨機校驗來實現竊聽驗證。

雖然量子密鑰分配協議的安全性與Bell不等式之間的確切關系尚不清楚，但是利用Bell不等式的確可以保證量子密鑰分配是無條件安全的。也就是說無論Eve采取多么高明的竊聽策略，采用多么精密的竊聽設備，她的竊聽行為必然影響糾纏態(tài)，進而使Bell不等式成立。

其中任意角度均表示光子的偏振方向。量子位的信息編碼規(guī)則為：

相應的測量算子為：

根據上述設置，E91密鑰分配的操作按如下步驟實施：

(1)Alice等概率的從{│ω0＞，│ω1＞，│ω2＞}中隨機選取一個糾纏態(tài)│ωj＞，保留第一個量子位，并把第二個量子位發(fā)送給Bob. Alice沒有必要記住│ωj＞究竟處于什么態(tài)，只要保證三種糾纏態(tài)被等概率的選取。該過程可以在密鑰分配前任何方便的時候進行，而且還可以有Bob或者可靠的第三方執(zhí)行。

(2)Alice和Bob各自獨立地測量自己的量子位，測量算子等概率地從{M0,M1,M2}中隨機選取。

(3)Alice直接記錄測量結果對應的編碼信息比特，Bob則記錄編碼信息比特的反碼。

(4)Alice和Bob在公開的經典信道公布自己所選取的測量算子。當然，Alice和Bob 都不透露自己的測量結果。

(5)Alice和Bob保留相同的測量算子所對應的信息比特作為原始密鑰(raw key)。其余的信息比特記為排異位(rejected bits)，與BB84和B92不同，排異位不再被丟棄，而是被公布以用來驗證Bell不等式是否成立，并以此判斷是否存在竊聽者。

然而根據量子力學，對于上述糾纏純態(tài)，應有β= -0.5，Alice和Bob可以利用公布的排異位分別計算β ，若Bell不等式成立，即β≥0 ，則表明糾纏態(tài)已經被破壞，原始密鑰是不可靠的; Bell不等式不成立，即 β

最后，Alice和Bob利用經典糾錯碼對密鑰進行糾錯，最后施行保密增強生成最終密鑰。

4 量子密碼術

考慮到環(huán)境噪聲和竊聽者的作用，以防止竊聽者獲得盡可能多信息從而實現高效的量子密碼傳輸通信。因此在實際通信系統中，所有量子密鑰分發(fā)協議都要完成以下四個過程：

4.1 量子傳輸

不同量子密碼協議有不同的量子傳輸方式，但它們有一個共同點:都是利用量子力學原理(如海森堡測不準原理)。在實際的通信系統中，在量子信道中Alice隨機選取單光子脈沖的光子極化態(tài)和基矢，將其發(fā)送給Bob, Bob再隨機選擇基矢進行測量，測到的比特串記為密碼本。但由于噪聲和Eve的存在而使接受信息受到影響，特別是Eve可能使用各種方法對Bob進行干擾和監(jiān)聽，如量子拷貝，截取轉發(fā)等，根據測不準原理，外界的干擾必將導致量子信道中光子極化態(tài)的改變并影響B(tài)ob的測量結果，由此可以對竊聽者的行為進行檢測和判定。這也是量子密碼區(qū)別于其它密碼體制的重要特點。

4.2 篩選數據

在量子傳輸中由于噪聲，特別是Eve 的存在，將使光子態(tài)序列中光子的偏振態(tài)發(fā)生變化。另外，實際系統中，Bob 的檢測儀也不可能百分之百正確地記錄測量結果，所以，A1ice 和Bob 比較測量基后會放棄所有那些在傳送過程中沒有收到或測量失誤，或由于各種因素的影響而不合要求的測量基，然后，他們可以公開隨機的選擇一些數據進行比較，再丟棄，計算出錯誤率，若錯誤率超過一定的閾值，應考慮竊聽者的存在。A1ice和Bob放棄所有的數據并重新傳光子序列，若是可以接收的結果，則A1ice和Bob將剩下的數據保存下來，所獲得數據稱為篩選數據。假設量子傳輸中A1ice傳給Bob的量子比特(Qubit)為m bit，篩選掉m-n bit，則得到的原數據為n bit。在這個過程中可以檢測出明顯的Eve的存在。

4.3 數據糾錯

所得到的n bit的篩選數據并不能保證A1ice和Bob各自保存完全的一致性，通信雙方仍不能保證各自保存的全部數據沒被竊聽。因此要對原數據進行糾錯。人們提出了幾種方法，經研究后提出以下方法：

(1)A1ice和Bob約定好隨機的變換他們bit 串的位置來打亂錯誤的位置；

(2)將bit 串分成大小為K 的區(qū)，K的選取應使每一個區(qū)的錯誤盡可能的小；

(3)對于每一個區(qū)，A1ice和Bob計算并公開宣布了奇偶校驗結果；

(4)若相同，A1ice和Bob約定放棄該區(qū)的最后一個比持；

(5)若不同，用log(K)反復查找來定位和糾正區(qū)中的錯誤；

(6)由于奇偶校驗只能發(fā)現奇數個同時出現的錯誤，所以仍會有小部分錯誤存在，為了解決這種情況，反復以上步驟，不斷地增加區(qū)的大小。

4.4 保密增強

保密加強是為了進一步提高所得密鑰的安全性，它是一種非量子方法，其具體實現為假設Alice 發(fā)給Bob 一個隨機變量W , 如一個隨機的n bit 串，在隨機變量V 中，竊聽者Eve 獲得一個正確的隨機變量V, 設對應的比特為t

4.5 身份認證

經過以上的過程，獲得了一個對竊聽者Eve完全安全的密鑰，但他假定朋Alice和Bob都是合法的，并沒有對A1ice和Bob的身份認證。可能會出現A1ice或M是假冒的情況，因此我們在原BM4協議中加人身份認證這一過程：我們可以從量子密鑰中獲取認證密鑰而實現。將以上過程所得到的密鑰稱為原密鑰(Raw Key)rK，將其分成三個部分：rK＝Ka+Kb+K，其中Ka，Kb用于身份確認。具體過程如下：A1ice秘密地從rK中選取Ka，并發(fā)送給Bob，同時Bob秘密地從rK中選取Kb并發(fā)送給A1ice，然后A1ice和Bob分別以Kb，Ka利用單向哈希函數獲得各自的秘密密鑰Ka'，Kb'。最后A1ice和Bob利用雙鑰認證體制實現身份確認。

5 結論

量子密碼術是量子物理學和密碼學相結合的一門新興科學，它成功地解決了傳統密碼學中單靠數學無法解決的問題并引起國際上高度重視，是主要應用于量子信息領域的一個重要課題。近年來，許多國內外研究機構對量子密碼通信的研究非常活躍，這種新的密碼通信不同于經典的密碼通信，有著絕對安全的優(yōu)點。

總之，隨著單光子探測等技術的不斷發(fā)展，量子密碼通信技術在全光網絡和衛(wèi)星通信等領域的應用潛力會不斷挖掘并成為現實，當量子計算機成為現實時經典密碼體制將無安全可言，量子密碼術將成為保護數據安全的最佳選擇之一。因此，對量子保密通信技術以及為合法通信者間的安全通信的進一步研究將是一項非常有意義的工作。

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