量子隐身技术

Journal of Organic Chemistry Research 有机化学研究, 2015, 3, 66-76

Published Online March 2015 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/ee168990.html,/journal/jocr

https://www.wendangku.net/doc/ee168990.html,/10.12677/jocr.2015.31010

Quantum Stealth Technology

Kaiyuan Shao1, Lang Shu1,2, Qiao Wang2,3, Ming Liu1,3, Qifeng Tian2, Wenxiang Hu1,2,3*

1Beijing Excalibur Space Military Academy of Medical Sciences, Beijing

2School of Chemical Engineering & Pharmacy, Wuhan Institute of Technology, Wuhan Hubei

3Institute of Physical Organic and Medicinal Chemistry, Capital Normal University, Beijing

Email: *huwx66@https://www.wendangku.net/doc/ee168990.html,

Received: Feb. 25th, 2015; accepted: Mar. 3rd, 2015; published: Mar. 9th, 2015

Copyright ? 2015 by authors and Hans Publishers Inc.

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).

https://www.wendangku.net/doc/ee168990.html,/licenses/by/4.0/

Abstract

Stealth technology is originally the product of science fiction, but the electromagnetic radar stealth technology has been widely applied in reality. With the progress of the discovery of meta-materials, quantum and nanotechnology, as well as computer simulation design technology, stealth technology has gained rapid development. Visible stealth technology gradually “surfaces”, and “invisible cloak” is moving from science fiction to reality. From the theoretical study of meta-materials particularly the case of left-handed materials, a comprehensive overview of the current situation and development prospects of quantum stealth materials were presented here.

Keywords

Quantum Stealth, Metamaterial, Left-Handed Materials, Negative Refractive Index, Invisible Cloak

量子隐身技术

邵开元1，舒浪1,2，王乔2,3，刘明1,3，田崎峰2，胡文祥1,2,3*

1北京神剑天军医学科学院，北京

2武汉工程大学化工与制药学院，湖北武汉

3首都师范大学物理有机与药物化学研究所，北京

Email: *huwx66@https://www.wendangku.net/doc/ee168990.html,

收稿日期：2015年2月25日；录用日期：2015年3月3日；发布日期：2015年3月9日

*通讯作者。

量子隐身技术

摘要

隐身技术，原本是科幻的产物，但雷达等电磁波的隐身技术，已经在现实中得到了广泛的应用。随着超材料的发现，量子技术和纳米技术以及计算机模拟设计技术的进展，隐身技术获得了快速的发展，可见光的隐身技术也渐渐地“浮出水面”，“隐身斗篷”正在从科幻走向现实。本文从超材料特别是左手材料的理论研究情况入手，全面综述了当前量子隐身材料的发展情况及其发展前景。

关键词

量子隐形，超材料，左手材料，负折射率，隐身斗篷

1. 引言

什么是量子隐身技术？量子隐身真实存在吗？量子隐身技术，是利用光的量子性能研制隐身材料的一种技术。据报道，加拿大生物公司Hyperstealth Biotechnology研发出名为“量子隐形”的先进材料[1] [2]。用这种材料作为面料被命名为“Quantum Stealth camouflage”(量子隐形伪装材料)，通过弯曲光线达到隐形目的(见图1)。据说这种“量子隐形”材料完全可以在不借助其他技术的情况下实现隐形，甚至可逃过红外望远镜和热力学设备的追踪。研发人员称，“量子隐形”材料可通过折射周围光线来实现“完全隐形”的效果。该公司首席执行官盖伊 克拉默介绍说：“‘量子隐形’材料不仅能帮助特种部队在白天完成突袭行动，而且还能帮助士兵在遭遇不测时顺利逃生。此外，这种材料还有望在下一代隐形战机、潜艇和坦克上得到应用，让其实现真正的隐形，帮助部队在‘无形’中完成对敌方的打击任务。”

所谓的“量子隐形衣”的真实性，引起了大多数人的怀疑。一些人认为，所披露的“效果图”不过是计算机“PS”结果；还有一些人则认为，这可能是把某种微晶反光贴的微晶立方体改变为凹凸结构，使得对侧光产生漫反射或折射，形成的点阵组图像来欺骗视觉，等等。所有这些与光的量子技术扯不上任何关系，仅仅是一种故弄玄虚骗人的把戏。

那么，量子隐身技术真实存在吗?它的理论基础是什么，目前是否有所发展？我们姑且不管目前“量子隐形衣”存在是否真实，而先来探讨量子隐身技术的可行性。

2. 隐身技术理论问题探讨

我们知道，光具有波粒二象性，即波动性和粒子性。光子与电子、质子、中子和基本粒子等量子一样其运动规律不遵循经典力学的牛顿运动定律，它在介质中的运动遵循量子力学的薛定谔方程。人们所看到的或仪器所监测到目标实物，都是从光源或探测器发出的光子、微波等电磁波照射或辐射到实物表面反射回来的信息，被人的感觉器官或仪器设备所感应。假如某一种物质能够无反射地完全吸收这些电磁波，那么人就无法看到物质的存在，仪器也无法感应到物质的存在。所谓隐身材料，就是将这些吸波材料涂敷在飞机、舰船、坦克及装甲车等的武器装备上，导致敌方的雷达、红外线探测器、激光探测器等无法探测到，达到“隐身”的目的[3] [4]。

近年来，隐身技术已经取得快速地发展。与第一代隐身材料相比，现代的隐身材料不但对雷达具有较好的隐身效果，而且对红外、微波、激光等辐射也具有较好的隐身效果。所谓隐身材料，是能吸收微波、激光、红外等电磁波及可见光的某些特殊涂料(目前主要是复合材料)，当它涂敷在某一物体表面上后，仪器设备或肉眼无法观测到，从而达到隐身的目的。目前隐形飞行器上主要使用的是雷达吸波(微波)材料，

量子隐身技术

Figure 1. The effect picture of quantum stealth technology

图1. 量子隐形技术效果图

它是将雷达波的能量通过耗散作用转化为热能。雷达吸波材料种类颇多，但应用最广的主要有共振和非共振两类磁性雷达吸波材料。即一类是共振型或谐振型，一类是非共振型或宽频带型。其中共振型雷达吸波材料是基于相消干涉和衰减相结合技术的磁性吸波材料。这一类吸波材料频率很窄，是为了某一特定频率而设计的。非共振磁性雷达吸波材料是一类含金属离子的碳基涂料，主要是吸收的雷达波并转化为热量散发掉，这种材料可大大降低微波辐射，并且频宽范围较大。

物体的隐身大致有二种办法：一种是光源或电磁波完全地被吸收，另一种是让光或电磁波完全地穿透。这两种方法光线或电磁波都不会产生反射，仪器设备或肉眼无法感受到物体的存在。第二种方法可能更加有效，更为科学家们所亲睐，因为它能实现完全隐身，甚至存在实现目视隐身的可能。因为人之所以能看到物体，仪器设备之所以能够探测到物体，是因为光或电磁波射到物体上后，被物体阻挡并反射到人的眼睛或仪器设备上。目视目标物与雷达等探测仪器探测目标物的情况是不同的。因为，即使已经拥有对可见光无反射地完全吸收的某种吸波材料，人虽然看不到涂敷这种材料的物体，但还可看见这个物体的背景及其周围的信息，这样，由于物体对背景的阻挡，使得背景及其周围的光线和颜色的差异，人们还是能够感觉到这个物质的实际存在。因此，要达到实际的隐身效果，就得让光无阻挡地完全透过物体，但目前还没有发现这种物质，因此，可见光的隐身材料的研制难度非常之大，几乎是不可能的。

然而，“超材料”，尤其是“左手材料”的发展，为可见光的隐身技术增加了几分可能性。

“超材料”(metamaterial)指的是经过人工设计和制造的结构并具有天然材料所没有的超常物理性质的复合材料，它包括“左手材料”、光子晶体、“超磁性材料”等等[5] [6]。

左手材料(left-handed materials, LHM)，也称负折射材料(negative refractive index materials, NIM)。之所以叫左手材料，是因为当电磁波在负折射率材料中传播时，电场、磁场和波矢三者构成左手螺旋关系。

物理学中，介电常数ε和磁导率μ是描述均匀媒质中电磁场性质的最基本的两个物理量。折射率定义为光在介质中传播的速度与在真空中传播速度比。即：

v

n

= (1)

c

根据麦克斯韦(Maxwell)电磁波理论，可以推导出：

2

= (2)

nεμ

即：

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n=

ε为介质的介电常数，μ为介质的磁导率。ε和μ必须同号，n才存在，即光在介质中才能够传播。从数学角度来看，n可正可负，但负n却被当初的物理学家放弃去，直到1968年苏联学者Veselago首次在理论上设想了左手材料[7]，人们才开始意识到负n的物理意义。英国伦敦帝国学院物理学家Pendry在1996年与1999年两次提出可以用细金属导线及有缝谐振环阵列构造介电常数和磁导率同时为负的人工媒质的设想[8] [9]。2001年，美国杜克大学Smith等人采用Pendry的方法，构造出了介电常数与磁导率同时为负的人工媒质，并首次通过实验观察到了微波波段的电磁波通过这种人工媒质与空气的交界面时发生的负折射现象[10](图2)。2003年后，许多科学家经过更为仔细的实验，证实了负折射现象的存在[11]-[15]。

在电介质材料中，介电常数ε和磁导率μ都为正值，电场、磁场和波矢三者构成右手关系，即右手规则。我们把这些物质称为右手材料(right-handed materials, RHM)。

第一象限为右手材料，介电常数ε和磁导率μ均大于0，折射率n为正值，自然界存在，即是常规材料。第二象限ε < 0，μ > 0时，n不存在，为等离子体介质，光或电磁波不能传播，只有倏逝波，；第三象限为左手材料，介电常数ε和磁导率μ均小于0，折射率n为负值，自然界不存在，但可以通过人工设计制造来实现；第四象限ε > 0，μ < 0时，n不存在，为开口谐振环，光或电磁波不能传播，只有倏逝波(图3)。

左手材料由于其介电常数、磁导率及折射率均为负值，电场E、磁场H、波矢K三者之间满足左手规则，按照电磁学理论推断，它有许多不同寻常的物理特性：左手材料折射线和入射线分别在法线的同侧，波矢方向与折射方向相反，即逆斯涅尔折射效应(Reversed Snell Refraction) (图4、图5)；相速度(波矢方向)和群速度(波印廷矢量方向)方向相反，即能量传播的方向和相位传播的方向相反，即逆多普勒效应(Reversed Doppler Effect) (图6)；能量的传播方向与相速相反，辐射将背向粒子的运动的方向发出，即

Figure 2. The first birth of left-handed materials

图2. 第一个左手材料诞生

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Figure 3. The relationship of dielectric constant and magnetic

permeability with material properties

图3. 介电常数和磁导率与材料性质关系

Figure 4. Snell’s refraction and Reversed Snell effect

图4. 斯涅尔折射和逆斯涅尔折射效应

逆切伦柯夫辐射效应(Reversed Cerenkov Radiation) (图7)；还有完美透镜(perfectlens) (图8)等等，此外它能放大倏逝波，还能导致非同寻常的光子隧道效应。

然而，上述这些似乎与量子技术关系并不非常密切。一种叫做“量子隐形传态技术”，可能产生真正意义上的量子隐身技术。当然，与其说是“隐身”，倒不如说是“移位”。1993年，Bennett等4个国家的6位科学家联合在《Phys. Rev. Lett.》上发表了一篇题为“经由经典和EPR通道传送未知量子态”

的开创性文章。它是利用量子纠缠实现量子隐形传态的方法。奥地利的研究小组于1997年首次成功利用光子完成了量子隐形传态实验[16]。紧接着，意大利学者于1998年初在《Phys. Rev. Lett.》上也报道了另一个成功的量子隐形传态实验结果[17]。我国科学家在这方面研究位于世界先进行列，中国科学家曾经创造了97公里的量子远距离传输世界纪录，引起了世界轰动。而2012年，同样由奥地利等国家参与的国

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Figure 5. Negative refraction phenomenon

图5. 负折射现象

Figure 6. The Doppler effect of two kinds of medium

图6. 两种介质中的多普勒效应

右手材料左手材料

Figure 7. Cerenkov radiation effect of two kinds of material

图7. 两种材料的切伦柯夫辐射效应

际研究小组在大西洋的岛屿之间创造了143公里的隐形传态历史最远纪录。但是，目前量子隐形传态是使信息发生瞬间移动的技术，而非物质。因此，要想人或其它宏观物体进行瞬间移动的话，可能还需要漫长的研究过程。

3. 隐身材料的开发及可实现方法探索

上述已经阐述，左手材料有许多不寻常的特性。正是基于这些不寻常的特性，人们开始着手开发利用。特别是完美透镜，如果能研制成功，将是光学器件制造领域的一次革命。因为当物体通过普通透镜

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Figure 8. Perfect lens

图8. 完美透镜

时，物体辐射形成的倏逝波携带着物体精细信息随着距离成指数式衰减，并在很短的距离内完全消失掉。

普通透镜成像，反映的是物体粗的信息，精细信息都在倏逝波中。因此，无论显微镜、放大镜等光学器件的镜片材料多么优良，制造的多么精致，但任何比光波波长小的物质都是无法观察到的，这就是Rayleigh衍射极限，这也是普通介质透镜难以逾越的瓶颈。LHM制作的透镜，就可突破其瓶颈，它不仅和普通透镜一样能汇聚行波，最重要的是它不是衰减倏逝波而是放大倏逝波，并与行波一起聚焦成像，其波的振幅、相位都会调回原位，从而突破了普通透镜成像的界限，形成了完美透镜(perfectlens)，也称为超级透镜(superlens)。如此这样，分子水平的显微镜就可出现。

要实现完全目视隐身，关键是要让可见光能够完全穿透物体。但这不可能，因为可见光可以穿透涂敷物体表面的特殊材料，但不可能完全穿透物体本身。但假如能让光绕过物体，也就相当于光穿透物体了。让光绕过物体，就是说让光线“弯曲”，这在已知物质世界里是不可能的。然而，LHM却具备使光波“弯曲”的可能性。因此，光波“弯曲”，是可见光区隐身技术的基础和条件。

美国杜克大学电子与计算机工程系D. R. Smith教授等人和英国帝国学院物理系系J. B. Pendry等人合作，设计了第一个基于人工电磁材料在微波频段的二维电磁波传播路径图(图9)，圆环内部分代表负折射材料，实线代表波的传播，可以看出电磁波在材料内发生了弯曲，从整个园压缩到圆环内，在中间形成没有波传播的“空洞”。电磁波或光波在负折射材料覆盖的空间里面没有发生波的折射和散射，而是绕过“空洞”传播，如果将物体放在“空洞”中，因为波没有触及物体，也就不可能有关于物体的任何信息的波被反射回来，而且人或雷达可以看到或探测到物体背景的信息，因此物体无法被发现，从而使物体产生视觉隐身[18]。

这个设计与设想中的“隐身斗篷”(Invisible cloak)基本吻合，即是将隐身材料包覆在物体表面，当光或电磁波经过包覆层时，如同小溪里的流水，遇到石头时拐弯并绕过石头又从石头的后面汇聚后向前流去一样。当然，目前尚处于概念研究阶段。

那么如何实现这种“左手材料”呢?

实现之一：按图3所示的第二象限ε < 0的等离子介质和第四象限μ< 0开口环型谐振环结构组合材

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Figure 9. The graph of electromagnetic wave propagation path

图9. 电磁波传播路径图

料，满足介电常数和磁导率均为负的性质。目前这种人工超材料已经得到了。即采用开口的环型谐振器与细长金属导线阵列结合。开口环型谐振器形状如字母“C ”，大小为毫米尺度，材料取自商用印刷电路板。在微波磁场的作用下，一方面开口环型谐振器会感应出环电流，形成一个磁矩，当此磁矩与原磁场反向时抵抗原磁场，从而使得介质具有负磁导率的性质[19]；另一方面，细长导线阵列结构提供了具有等离子体型的介电系数。当电磁波频率低于其共振频率时，就会出现负的介电系数[20]。

实现之二：在某种特殊的磁性材料中，通过化学方法连接上一个手性分子，形成磁性手性材料。从理论上说，如果平面简谐波在无限均匀手性介质中传播，可由Maxwell 方程组得到以下的本构关系：

c D E i ε=+ (4)

c B H i μ=+ (5)

式中：κ为介质的手性参数，εc 和μc 分别为手性介质的介电常数和磁导率，ε0和μ0分别为真空介质的介电常数和磁导率。当真空中的光入射到手征性材料时会观察到两束折射光，通过计算可得到右旋圆极化波的折射率为：

n

κ (6)

当κ>时，则n < 0，就能实现负折射。这就要求增加手性参数，和/或减小εc 和μc 值。因此， 理论上来说，实现负折射完全是可能的，这也是值得材料化学科技人员研究的关键所在。连接的手性分子应当具有大的手性参数，而磁性材料应当具有较低的磁导率和介电常数。手性分子一般是有机物，磁性材料为金属及其氧化物或有机磁性材料，导电材料一般为金属、离子固体和离子液体。通过化学方法，三者结合难度较大，但可以采用化学办法两两结合，最后采用物理办法参杂在一起。一般来说，增加手性参数κ和减小磁导率都比较困难，而减少介电常数相对容易些[21] [22]。降低介电常数，意味着需要提高材料导电性。目前本办法仍处于理论探讨阶段。

目前已经研制开发成功的大都是按“实现之一”的方法获取左手材料。近年来，人们开始探索光学波段的左手材料。通过双金属棒结构、渔网结构等演绎了某种金属结构在光波段实现负折射和完美透镜成像的可能性。本世纪开始，纳米材料及纳米加工技术飞速发展，对负折射材料加工技术发挥着越来越大的作用。2001年Smith 等在微波波段成功地观察到LHM 的负折射效应。目前，对LHM 的研究已经从微波发展到太赫兹以及光波波段。光波波段的LHM 的实现和应用，成为研究技术难点，也是当代科技

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的前沿。2004年Pendry提出了采用手性介质与谐振电偶极子组合实现负折射材料的可能性[23]。2004年Linden等用“U”型的金纳米阵列实现了无线电频段(200 THz)和可见光频段(370 THz)的负磁导率[24]。

2007年Dolling等在玻璃基板上刻蚀了双渔网结构，实现了可见光780nm的左手效应[25]。2008年Liu 等制备了多层的“U”形金纳米环结构，分别在120 THz和200 THz附近实现了负的介电常数和负的磁导率[26]。2008年Valentine等用多层渔网结构第一次在红外波段实现三维的LHM，并通过棱镜析射实验验证了其负折射行为[27]。但由于LHM的结构单元远小于其波长，以目前的刻蚀工艺形成这样的结构单元还很难获得突破，光波频段的LHM的进一步发展受到严重制约。2008年，Liu等利用双模板辅助化学电沉积法制备了周期性排列的金属银树叶枝阵列，得到了红外波段的左手材料[28]。Liu等利用化学沉积法直接在ITO导电玻璃基底上沉积银树枝状结构，发现其在红外波段具有很强的透射通带，并且在对应频率表现出明显的平行聚焦效应。这是首次利用化学方法制备左手材料，对左手材料的发展起到了很大的推动作用。

在研究左手材料时，一些研究人员提出了对左手材料实施可调的设想，即将电场或磁场施加于左手材料，并利用其对折射率进行调控，这样可根据需要从正值调到负值，这就需要研究电场或磁场对左手材料的影响。目前人们正在尝试利用铁氧体室温铁磁共振效应来实现负的磁导率，并且取得了一些研究进展[19]。金属材料中能够产生负介电常数已经被证实，非金属介质中是否也能产生负折射材料呢？如果可行的话，那么负折射材料的选择面将大大拓宽宽广。从理论上讲现，通过介电共振，某些特殊性能的非金属材料，至少能够产生“表观”的负介电常数。

4. 隐身技术及其材料的发展前景

当然，除了“左手材料”能实现负折射外，其它方式如：光子晶体等也可能实现负折射效应。

计算机负折射材料的性能模拟和设计技术方面，也有大量的研究，并取得了一定的进展[29] [30]。

A. Baev等人提出了基于手性分子介质的负折射率材料的计算机模拟和设计的方法。应用从头计算方法计

算了两个手性聚合物的单体单元构成的有机金属分子。将计算结果数据与聚合物的实验数据相比较，虽然获得手性参数比实验数据小，但它表明了负折射率可以通过引入等离子体谐振与金属纳米颗粒夹杂物来实现。近年来，材料的多尺度模拟技术发展迅速。所谓多尺度模拟，其主要思想是在模拟体系的核心部分采用精确的量子力学模拟方法，而在外围区域采用相对粗糙的模拟(例如全原子模型和粗粒化模型)分子力学模拟方法。因为，对微波、激光、红外、可见光等具有及其它力学优良性能的材料等作为分散相组装于一个聚合体中，这就存在多层次多尺度关联问题。材料的模拟计算按研究对象的空间层次大致分为微观(Microscopic)、介观(Mesoscopic)和宏观(Macroscopic)三个层次，而每一个层次又有多个尺度。

量子力学原理能精确地描述物质所表现出的不同现象，分子动力学方法是基于所有粒子运动都遵循经典牛顿运动定律和粒子间的相互作用满足叠加原理的分子模拟方法。两者结合，即QM/MM方法，已经成为研究凝聚态体系最为重要的方法。可以想见，利用这种方法对手性分子介质的负折射率材料进行计算机模拟，可能大大加速负折射材料的发现和应用。

虽然，加拿大生物公司Hyperstealth Biotechnology的“量子隐形衣”的水分很大，但是量子隐形技术这个概念还是可取的。特别是“超材料”的发现，它的功能已经远远超出了人们惯常的思维，它的设计与制作工艺正在不断发展和完善，或许在不久的将来会出现真正的肉眼、红外、微波等都无法觉察的“隐形衣”。近年来，我国的浙江大学陈红胜教授研究团队提出了一种可见光波段多边形“隐身衣”的设计方法，并从理论上证明能够实现在各个方向上的隐身效果。经过不懈的努力，终于有所突破，研制出一种六边形柱状“隐身衣”，并于2013年10月31日进行了实验演示(图10)。诚然，这与正真意义上的“隐身衣”还相距甚远，但对“隐身衣”从理论走向实用起到了重要的促进作用。

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Figure 10. Hexagonal columnar “invisibility cloak” developed by Zhejiang university

图10. 浙江大学研制出六边形柱状“隐身衣”

最近，浙江大学陈红胜教授研究团队工作人员演示一件“隐身”装置的效果。当一支铅笔被放入该装置中时，铅笔的中间部位“不见了”，但该部位的背景图案仍然可见。

5. 结论

我们已经综述了量子隐身技术和量子隐身材料的概念及其发展。但是，我们认为，就目前的技术而言，对宏观物体进行隐身技术处理除了对微波、红外隐身已经获得实际应用外，对可见光的隐身仍处于设想或概念阶段，其理论和技术都还很不完善，尚需长期的发展。量子隐形传态技术发展方兴未艾，在信息技术发展上成绩斐然，或许在不远的将来对宏观物质会有质的突破。超材料，特别是左手材料的开发，可能具有发展隐身技术的现实意义。然而，对于材料化学研究的科技人员，寻找具有手性分子的负折射材料，才是我们的重中之重的工作。

新材料的开发研究，已成为世界各国战略发展的重点。因为历史上每当一个新型材料的出现，都会引发一场应用技术上的革命。目前光子晶体正在取代传统的电子型晶体引起光电子学的革命。左手材料的发展，可能意义将更加重大，应用更加广泛。可以预见，未来的世界必将更加丰富多彩。

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optical metamaterial with a negative refractive index. Nature, 455, 376-379.

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[30]Dolling, G., et al. (2006) Lighting the way to technology through innovation. Optics Express, 14, 1842.

第4章 遥感技术系统

目录 第4章遥感技术系统 (1) §4.1遥感平台 (1) 4.1.1 地面平台 (1) 4.1.2 航空平台 (2) 4.1.3 航天平台 (2) §4.2遥感传感器 (4) 4.2.1 传感器组成 (4) 4.2.2 传感器的分类 (7) 4.2.3 传感器的性能 (8) §4.3遥感数据的接收记录与处理系统 (10) 4.3.1 地面接收站 (10) 4.3.2 遥感数据处理中心 (11) 4.3.3 遥感基础研究与应用中心 (12)

第4章遥感技术系统 遥感技术系统主要由遥感平台、传感器和遥感数据的接收、记录与处理系统组成。 §4.1 遥感平台 遥感平台(Platform)是指装载遥感传感器的运载工具。遥感平台的种类很多，按平台距地面的高度大体上可分为三类：地面平台、航空平台和航天平台。在不同高度的遥感平台上，可以获得不同面积、不同分辨率、不同特点、不同用途的遥感图像数据。在遥感应用中，不同高度的遥感平台可以单独使用，也可相互配合使用组成立体遥感观察网。常见遥感平台见表4-1。 表4-1可应用的遥感平台 4.1.1 地面平台 置于地面上和水上的装载传感器的固定的或可移动的装置叫做地面遥感平台，包括三角架、遥感塔、遥感车等，高度一般在100m以下，主要用于近距离测量地物波谱和摄取供试验研究用的地物细节影像，为航空遥感和航天遥感作校准和辅助工作。通常三角架的放置高度在0.75m～2.0m之间，在三角架上放置地物波谱仪、辐射计、分光光度计等地物光谱测试仪器，用以测定各类地物的野外波谱曲线；遥感车、遥感塔上的悬臂常安置在6～10m甚至更高的高度上，在这样的高度上对各类地物进行波谱测试，可测出地物的综合波谱特性。为了便于研究波谱特性与遥感影像之间的关系，也可将成像传感器置于同高度的

量子力学发展简史

量子力学发展简史 摘要： 相对论是在普朗克为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困难，引入能量子概念的基础上发展起来的，爱因斯坦提出光量子假说、运用能量子概念使量子理论得到进一步发展。玻尔、德布罗意、薛定谔、玻恩、狄拉克等人为解决量子理论遇到的困难，进行了开创性的工作，先后提出电子自旋概念，创立矩阵力学、波动力学，诠释波函数进行物理以及提出测不准原理和互补原理。终于在1925 年到1928年形成了完整的量子力学理论，与爱因斯坦的相对论并肩形成现代物理学的两大理论支柱。 关键词：量子力学，量子理论，矩阵力学，波动力学，测不准原理 量子力学是研究微观粒子（如电子、原子、分子等）的运动规律的物理学分 支学科，它主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论，它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础，是现代物理学的两大基本支柱。经典力学奠定了现代物理学的基础，但对于高速运动的物体和微观条件下的物体，牛顿定律不再适用，相对论解决了高速运动问题；量子力学解决了微观亚原子条件下的问题。量子力学认为在亚原子条件下，粒子的运动速度和位置不可能同时得到精确的测量，微观粒子的动量、电荷、能量、粒子数等特性都是分立不连续的，量子力学定律不能描述粒子运动的轨道细节，只能给出相对机率，为此爱因斯坦和玻尔产生激烈争论，并直至去世时仍不承认量子力学理论的哥本哈根诠释。 量子力学是一个物理学的理论框架，是对经典物理学在微观领域的一次革命。 它有很多基本特征，如不确定性、量子涨落、波粒二象性等，在原子和亚原子的微观尺度上将变的极为显著。爱因斯坦、海森堡、玻尔、薛定谔、狄拉克等人对其理论发展做出了重要贡献。原子核和固体的性质以及其他微观现象，目前已基本上能从以量子力学为基础的现代理论中得到说明。现在量子力学不仅是物理学中的基础理论之一，而且在化学和许多近代技术中也得到了广泛的应用。上世纪末和本世纪初，物理学的研究领域从宏观世界逐渐深入到微观世界；许多新的实验结果用经典理论已不能得到解释。大量的实验事实和量子论的发展，表明微观粒子不仅具有粒子性，同时还具有波动性（参见波粒二象性），微观粒子的运动不能用通常的宏观物体运动规律来描写。德布罗意、薛定谔、海森堡，玻尔和狄拉克等人逐步建立和发展了量子力学的基本理论。应用这理论去解决原子和分子范围内的问题时，得到与实验符合的结果。因此量子力学的建立大大促进了原子物理。固体物理和原子核物理等学科的发展，它还标志着人们对客观规律的认识从宏观世界深入到了微观世界。量子力学是用波函数描写微观粒子的运动状态，以薛定谔方程确定波函数的变化规律，并用算符或矩阵方法对各物理量进行计算。因此量子力学在早期也称为波动力学或矩阵力学。量子力学的规律用于宏观物体或质量和能量相当大的粒子时，也能得出经典力学的结论。在解决原子核和基本粒子的某些问题时，量子力学必须与狭义相对论结合起来（相对论量子力学），并由此逐步建立了现代的量子场论。

简述遥感技术系统的组成

简述遥感技术系统的组成-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

1、简述遥感技术系统的组成。 2、目标地物的电磁波，信息获取，信息接受，信息处理，信息应用。 3、 2 。遥感影像变形的主要原因是什么？ 4、a) 遥感平台位置和运动状态变化的影响 5、b) 地形起伏的影响 6、c) 地球表面曲率的影响 7、d) 大气折射的影响 8、e) 地球自转的影响 9、3、遥感影像地图的主要特点是什么？ 10、a)丰富的信息量 11、b)直观性强 12、c)具有一定的数学基础 13、d)现实性强 14、4、遥感图像计算机分类中存在的主要问题是什么？ 15、a)未充分利用遥感图像提供的多种信息 16、b)提高图像分类精度受到限制 17、(1)大气状况的影响 18、(2)下垫面的影响 19、(3)其他因素的影响 20、5、简要回答计算机辅助遥感制图的基本过程 21、a)遥感影像信息选取与数字化 22、b)地理基础底图的选取与数字化 23、c)遥感影像几何纠正与图像处理 24、d)遥感影像镶嵌与地理基础底图拼接 25、e)地理地图与遥感影像的复合 26、f)符号注记层的生成 27、g)影像地图图面配置 28、h)影像地图的制作与印刷 29、1、微波遥感的特点有哪些（5分） 30、（1）全天候、全天时工作 31、（2）对某些地物有特殊的波谱特征 32、（3）对冰、雪、森林、土壤等有一定的穿透能力 33、（4）对海洋遥感有特殊意义 34、（5）分辨率较低，但特性明显 35、2、遥感影像地图的主要特点是什么（ 36、6分） 37、丰富的信息量；直观性强；具有一定的数学基础；现实性强 38、3、遥感影像解译的主要标志是什么（ 39、6分） 40、直接解译标志：形状、颜色、图形、纹理、大小、阴影；间接解译标 志：相关关系。 41、4、遥感图像计算机分类中存在的主要问题是什么（ 42、6分）

浅谈量子信息技术

浅谈量子信息技术 贝尔学院韩笑 (一) 引言 众所周知，信息技术经常出现在人们的视野之中，是许多人都很熟悉的词汇。它是主要用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称。主要是应用计算机科学和通信技术来设计、开发、安装和实施信息系统及应用软件。它也常被称为信息和通信技术。主要包括传感技术、计算机技术和通信技术。 而量子信息技术，其与信息技术最显著的区别就在于“量子”两个字。量子信息技术是量子物理与信息技术相结合发展起来的新学科，主要包括量子通信和量子计算2个领域。量子通信主要研究量子密码、量子隐形传态、远距离量子通信的技术等等;量子计算主要研究量子计算机和适合于量子计算机的量子算法。 (二) 量子信息技术的具体含义 那么到底量子信息技术相比信息技术，它的高端之处在哪呢? 首先，应该着重于“量子”这两个字。在量子力学中，量子信息是关于量子系统“状态”所带有的物理信息。通过量子系统的各种相干特性（如量子并行、量子纠缠和量子不可克隆等），进行计算、编码和信息传输的全新信息方式。 量子是一个态．所谓态在物理上不是一个具体的物理量，也不是一个单位，也不是一个实体，而是一个可以观测记录的一组记录（也就是确定组不变量去测量另外一组量），但是这组记录可以运算．并可以求出某时刻对是已观测的纪录对比十分吻合．这个就是波动力学的基础。要解决量子信息．首先要在逻辑有一个多值逻辑理论，才能通过对于量子态对应于一个实体，也就是现在所谓的给量子的态赋给予实体的功能，这样就可以实现某些交换，也就是可以计算，只要这组态符合一定的条件，由波动力学①，结论一定成立。这就是量子信息学的基础，如果一旦能找到符合理论的这些态，则计算能力将不是现有计算机的N信部题，而是的一0时计算的超量完成．对某个有限大的数组在量子态可以理论上是0时完成，也就是超距变换。这是量子信息学的研究动力。 根据摩尔定律，每十八个月计算机微处理器的速度就增长一倍，其中单位面积（或体积）上集成的元件数目会相应地增加。可以预见，在不久的将来，芯片元件就会达到它能以经典方式工作的极限尺度。因此，突破这种尺度极限是当代信息科学所面临的一个重大科学问题。量子信息的研究就是充分利用量子物理基本原理的研究成果，发挥量子相干特性的强大作用，探索以全新的方式进行计算、编码和信息传输的可能性，为突破芯片极限提供新概念、新思路和新途径。量子力学与信息科学结合,不仅充分显示了学科交叉的重要性, 而且量子信息的最终物理实现, 会导致信息科学观念和模式的重大变革。事实上，传统计算机也是量子力学的产物，它的器件也利用了诸如量子隧道现象等量子效应。但仅仅应用量子器件的信息技术，并不等于是现在所说的量子信息。目前的量子信息主要是基于量子力学的相干特征，重构密码、计算和通讯的基本原理。 量子特性在信息领域中有着独特的功能，在提高运算速度、确保信息安全、增大信息容量和提高检测精度等方面可能突破现有经典信息系统的极限，于是便诞生了一门新的学科分支——量子信息科学。它是量子力学与信息科学相结合的产物，包括：量子密码、量子通信、量子计算和量子测量等，近年来，在理论和实验上已经取得了重要突破，引起各国政府、科技界和信息产业界的高度重视。人们越来越坚信，量子信息科学为信息科学的发展开创了新的原理和方法，将在21世纪发挥出巨大潜力。

遥感技术及其应用

遥感技术及其应用 第四从人地关系看资与环境 单元活动遥感技术及其应用 一、教材分析 《遥感技术及其应用》是鲁教版必修一第四单元单元活动的教学内容，主要教学内容包括：遥感的概念、遥感的基本原理、遥感影像的初步判读等内容。 二、教学目标 知识要求：了解遥感技术的特点，工作原理流程及其应用领域。 技能要求：能够运用遥感影像中的直接和间接解译标志对遥感影像进行简单的解译。 情感要求：关注现代化的科学技术在地理科学中的应用，思考和理解地理信息技术的应用对协调人地关系的重要影响，培养学生的热爱地理的兴趣。 三、教学重点难点 重点：遥感工作原理 难点：遥感影像的判读 四、学情分析 本节内容是高一学生所学内容，尚未分科的平行班内不少是学理的好手，所以并不担心学生物理知识的不足。对于

气氛不太活跃的班级一定要让学生活动起，投入到角色中去，才能很好的理解遥感的原理。 五、教学方法 1．问题探究教学法：设置若干问题让学生分组讨论，并合作得出答案。 2．学案导学：见后面的学案。 3．新授课教学基本环节：预习检查→情境导入→合作探究→总结检测→布置预习 六、课前准备 1．学生的学习准备：预习“遥感技术及其应用”，初步掌握遥感的基本概念、基本原理及其应用领域和应用前景。 2．教师的教学准备：多媒体课件制作，课前预习学案，课内探究学案，课后延伸拓展学案，并把学生科学分成若干小组。 七、课时安排：1课时 八、教学过程 （一）预习检查、总结疑惑 检查学生预习的落实情况，并了解和归纳学生的疑惑，使课堂教学更有效率和更具有针对性。 （二）情景导入、展示目标 前面几节课我们学习了人地关系的一些相关知识，知道了人类的生存与发展离不开资与环境。随着科技的发展和时

量子力学史简介

近代物理学史论文题目：量子力学发展脉络及代表人物简介 姓名： 学号： 学院： 2016年12月27

量子力学发展脉络 量子力学是研究微观粒子运动的基本理论，它和相对论构成近代物理学的两大支柱。可以毫不犹豫的说没有量子力学和相对论的提出就没有人类的现代物质文明。而在原子尺度上的基本物理问题只有在量子力学的基础上才能有合理地解释。可以说没有哪一门现代物理分支能离开量子力学比如固体物理、原子核粒子物理、量子化学低温物理等。尽管量子力学在当前有着相当广阔的应用前景，甚至对当前科技的进步起着决定性的作用，但是量子力学的建立过程及在其建立过程中起重要作用的人物除了业内人对于普通得人却鲜为人知。本文主要简单介绍下量子力学建立的两条路径及其之间的关系及后续的发展，与此同时还简单介绍了在量子力学建立过程中起到关键作用的人物及其贡献。 通过本文的简单介绍使普通人对量子力学有个简单认识同时缅怀哪些对量子力学建立其关键作用的科学家。 旧量子理论 量子力学是在旧量子论的基础上发展起来的旧量子论包括普朗克量子假说、爱因斯坦光电效应光电子假说和波尔的原子理论。 在19世纪末，物理学家存在一种乐观情绪，他们认为当时建立的力学体系、统计物理、电动力学已经相当完善，而剩下的部分不过是提高重要物理学常数的观测精度。然而在物理的不断发展中有些科学家却发现其中存在的一些难以解释的问题，比如涉及电动力学的以太以及观测到的物体比热总小于能均分给出的值。对黑体辐射研究的过程中，维恩由热力学普遍规律及经验参数给出维恩公式，但随后的研究表明维恩公式只在短波波段和实验符合的很好，而在长波波段和实验有很大的出入。随后瑞利和金森根据经典电动力学给出瑞利金森公式，而该公式只在长波波段和实验符合的很好，而在短波波段会导致紫外光灾。普朗克在解决黑体辐射问题时提出了一个全新的公式普朗克公式，普朗克公式和实验数据符合的很好并且数学形式也非常简单，在此基础上他深入探索这背后的物理本质。他发现如果做出以下假设就可以很好的从理论上推导出他和黑体辐射公式：对于一定频率f的电磁辐射，物体只能以hf为单位吸收

遥感技术发展前沿

课程论文 题目：遥感技术发展前沿姓名： 学号： 专业班级： 中国·武汉 二○一二年十二月

遥感技术发展前沿 摘要：本文主要介绍了国内外遥感技术的最新技术和以后的发展趋势。 关键词：遥感最新技术发展趋势 1概述 广义上的遥感是指与物体不产生接触的情况下获取物体的有关信息．从这个意义上说，摄影测量是遥感领域中研究得最早的技术学科．现代意义上的遥感起源于20世纪60年代，它是在航天技术、计算机技术、传感器技术等的推动下发展起来的，是指在高空和外层空间的各种平台上，运用各种传感器获取地表的信息，通过数据的传输和处理，从而实现研究地面物体的形状、大小、位置、性质及其与环境的相互关系的一门现代应用技术学科．20世纪80年代以来，随着人类活动对地球的影响逐步受到重视和人类社会对环境、资源危机意识的增强，在微电子技术、计算机技术、航天技术等多方面技术发展的带动下，遥感技术在多方面取得了长足发展． 2中国卫星遥感与定位技术应用的现状和发展 经过三十多年来的发展，卫星遥感技术应用的范畴已经从当初的单一遥感技术发展到今天包括遥感（RS)、地理信息系统(GIS)，全球定位系统(GPS)等技术在内的空间信息技术，逐渐深入到国民经济、社会生活与国家安全的各个方面，使社会可持续发展和经济增长方式发生了深刻的变化，其发展与应用水平业已成为综合国力评价的重要标志之一。 2.1中国卫星遥感应用的发展 遥感技术集中了空间、电子、光学、计算机通信和地学等学科的最新成就，是当代高新技术的一个重要组成部分。国际上遥感技术的发展，将在未来15年将人类带入一个多层。立体。多角度，全方位和全天候对地观测的新时代。各种高、中、低轨道相结合，大、中、小卫星相互协同，高、中、低分辩率互补的全球对地观测系统，将能快速、及时地提供多种空间分辩率、时间分辩率和光谱分辩率的对地观测海量数据。 自70年代以来，我国高度重视遥感技术发展与应用，跟踪国际技术前沿并努力创新，在“六五”、“七五”、“八五”、“九五”连续四个五年计划中，给予重点支持，在遥感技术系统，遥感应用系统、GIS等方面均取得突出进展。 2.2 建立了国家级资源环境宏观信息服务体系 随着信息高速公路的产生，不同地点、不同专业的地理信息系统的资源共享成为可能。地理信息系统的网络化主要包括地理信息系统软件的模块化和组件化、WEB GIS。WEB GIS的目的是解决分布式G玛之间的联网，实现系统资源的共享。分布式皤是当前的大趋势，主要原因是地学的数据量大，结构复杂，而且还要不断更新，只能是建立不同专业、不同地点的分布式GIS才是最佳方案。

量子力学的发展史及其哲学思想

十九世纪末期,物理学理论在当时看来已发展到相当完善的阶段.那时,一般的物理现象都可以从相应的理论中得到说明:物体的机械运动比光速小的多时,准确地遵循牛顿力学的规律;电磁现象的规律被总结为麦克斯韦方程;光的现象有光的波动理论,最后也归结为麦克斯韦方程;热的现象理论有完整的热力学以及玻耳兹曼,吉不斯等人建立的统计物理学.在这种情况下,当时有许多人认为物理现象的基本规律已完全被揭露,剩下的工作只是把这些基本规律应用到各种具体问题上,进行一些计算而已。 这种把当时物理学的理论认作”最终理论”的看法显然是错误的,因为:在绝对的总的宇宙发展过程中,各个具体过程的发展都是相对的,因而在”绝对真理的长河中,人们对于在各个一定发展阶段上的具体过程的认识具有相对的真理性.”生产力的巨大发展,对科学试验不断提出新的要求，促使科学试验从一个发展阶段进入到另一个新的发展阶段。就在物理学的经典理论取得上述重大成就的同时，人们发现了一些新的物理现象，例如黑体辐射，光电效应，原子的光谱线系以及固体在低温下的比热等，都是经典物理理论所无法解释的。这些现象揭露了经典物理学的局限性，突出了经典物理学与微观世界规律性的矛盾，从而为发现微观世界的规律打下基础。黑体辐射和光电效应等现象使人们发现了光的波粒二象性；玻尔为解释原子的光谱线系而提出了原子结构的量子论，由于这个理论只是在经典理论的基础上加进一些新的假设，因而未能反映微观世界的本质。因此更突出了认识微观粒子运动规律的迫切性。直到本世纪二十年代，人们在光的波粒二象性的启示下，开始认识到微观粒子的波粒二象性，才开辟了建立量子力学的途径。 量子力学诞生和发展的过程，是充满着矛盾和斗争的过程。一方面，新现象的发现暴露了微观过程内部的矛盾，推动人们突破经典物理理论的限制，提出新的思想，新的理论；另一方面，不少的人（其中也包括一些对突破经典物理学的限制有过贡献的人），他们的思想不能（或不完全能）随变化了的客观情况而前进，不愿承认经典物理理论的局限性，总是千方百计地企图把新发现的现象以及为说明这些现象而提出的新思想，新理论纳入经典物理理论的框架之内。虽然本书中不能详细叙述这个过程。尽管这些新现象在十九世纪末就陆续被发现，而量

遥感技术的应用以及发展趋势

一前言 二遥感信息技术基础 三遥感信息技术的应用 3.1遥感信息技术在环境监测方面的应用 3.1.1利用红外扫描仪监视石油污染 3.1.2利用遥感技术监测水体富营养化 3.1.3通过遥感技术调查废水污染和泥沙污染 3.1.4应用红外扫描仪监测水体热污染 3.1.5通过遥感技术分析水域的分布变化和水体沼泽化 3.2.遥感技术在大气环境监测方面的应用 3.2.1臭氧层 3.2.2大气气溶胶 3.2.3有害气体 3.2.4气候变化 3.3遥感技术在城市环境监测与管理中的应用 3.4应用遥感技术监控生态环境 3.5 利用遥感技术监测自然灾害 四遥感信息技术的发展趋势 4.1遥感影像获取技术越来越先进 4.2遥感信息处理方法和模型越来越科学 4.3 3S一体化 4.4建立高速、高精度和大容量的遥感数据处理系统 4.5建立国家环境资源信息系统 4.6建立国家环境遥感应用系统 五总结 六参考文

一前言 遥感，作为采集地球数据及其变化信息的重要技术手段，在世界围得到广泛的应用。自20世纪80年代以来，随着遥感技术的发展，遥感技术在理论上、技术上和实际应用上发生了重大的变化。在遥感数据源向着更高光谱分辨率和更高空间分辨率发展的同时，处理信息技术也更加成熟；在应用方面，结合了地理信息系统（GIS)和全球定位系统（GPS)，向着更系统化，更定量化的方向发展，是遥感技术的应用更加广泛和深入。 二遥感信息技术基础 遥感技术是指从飞机、飞船、卫星等飞行器上，利用各种波段的遥感器，通过摄影、扫描、信息感应，识别地面物质的性质和运动状态的技术，具有遥远的感知的意思。从上个世纪六十年代提出“遥感”这个词，到1972年美国陆地卫星计划发射了第一颗对地观测卫星,经过几十年的发展，遥感技术已经广泛地应用在军事、国防、农业、林业、国土、海洋、测绘、气象、生态环境、水利、航天、地质、矿产、考古、旅游等领域，影响了人类生活的方方面面,它为人类提供了从多维和宏观角度去认识世界的新方法与新手段，遥感技术能够全面、立体、快速有效地探明地上和地下资源的分布情况，其效率之高是以前各种技术无法企及的。 三遥感技术在环境科学中的应用 3.1.遥感技术在水污染监测方面的应用 3.1.1利用红外扫描仪监视石油污染 全球每年排入海洋的石油及其制品高达1000万吨，利用多光谱航片可对海面石油污染进行半定量分析，将彩色航片同步拍照与近红外片做的彩色密度分割图相比较，更精密地判断和解译信息，参照图片画出不同油膜厚度的大致分级图。通过彩色密度分割图像，特别是数字密度分割图，可以更准确地判断油量的分布情况。通过彩色密度分割可把相差零点零几厚度的海面油膜区分出层次来，这有利于用航空遥感对海面油的扩散分布和半定量研究。浓度大的地方是黄色，往外扩散的油膜变薄，呈黄紫混在一起的颜色，再往外扩散的油膜就更薄些呈紫色。通过对污染发生后各天的气象卫星图像的对比分析，确定油膜的漂移方向，计算出其扩散速度和扩散面积。 3.1.2利用遥感技术监测水体富营养化 浮游植物中的叶绿素对蓝紫光和红橙光有较强的吸收作用，当水体出现富营养化时，我们就可以利用遥感技术推算出水体中的叶绿素分布情况。赤潮区的海水光谱特征是藻类、泥沙和海水的复合光谱，另外有机或无机颗粒物也会吸收入射光，影响水体的透明度。 3.1.3通过遥感技术调查废水污染和泥沙污染 废水的颜色与悬浮物性状千差万别，特征曲线上的反射峰位置和强度也不大一样，可以用多光谱合成图像进行监测。水中悬浮泥沙的浓度和粒径增大，水体反射量也会相应增加，反射峰随之红移，定量判读悬浮泥沙浓度的最佳波段是0.65～0.85微米。 3.1.4应用红外扫描仪监测水体热污染 应用红外扫描仪记录水体的热辐射能量，真实反映其温度差异。在热红外图像上，热水温度高，辐射能量多，呈浅色调。冷水和冰辐射能量少，呈深色调。热排水口处通常呈白色羽流，利用光学技术和计算机对热图像作密度分割，根据少量的同步实测水温，画出水体等温线。

量子信息科学在中国科学技术大学的兴起和发展

量子信息科学在中国科学技术 大学的兴起和发展 摘要：文章介绍了中国科学技术大学的量子信息科学研究是如何兴起和发展的；着重介绍了在量子信息的基础理论、量子密码、量子纠缠、量子隐形传态、量子处理器和量子信息的应用等方面所取得的研究成果. 关键词量子信息，量子纠缠，量子通信，量子计算 1 引言 上世纪80年代，正当电子计算机按每18个月运行速度翻一番的摩尔定律而蓬勃发展之际，物理学家就杞人忧天地问：摩尔定律是否会终结？他们的研究结论是：摩尔定律必然会失效，而量子计算机可望成为后摩尔时代的新型计算工具.当时信息领域的科学家们对此并不予理会和关注，因为其时摩尔定律正处于辉煌的顶盛时期.然而，物理学家们仍然孜孜不倦地努力，终于诞生了量子信息这门新兴交叉学科. 1994年,Shor提出量子并行算法［1］，并证明可用来实现大数因子分解，从而轻易地攻破目前广泛使用的RSA公开密码体系，这门新兴学科的巨大威力震惊了整个国际学术界，并引起政界、军界和商界的极大关注，从此量子信息科学便迎来迅猛发展的新时期，迄今方

兴未艾！ 我们在上世纪90年代量子信息刚刚在国际上悄然兴起之际就投入到这个新兴领域的研究行列之中，并于1997年和1998年先后在《Phys.Rev.Lett.》上提出“量子避错编码原理”和“量子概率克隆原理”，引起国际学术界的高度重视.1999年，中国科学院开始在我校创建国内第一个从事量子信息研究的量子信息重点实验室，这个极富有前瞻性的战略部署开辟了我校量子信息研究的新局面.在此之前，自我回国归来所组建的研究小组只有一台电脑，我们坐着冷板凳，默默耕耘了15年之久.2001年作为首席科学家单位，我校承担了科技部“国家重点基础研究发展计划”项目（“973”项目）：“量子通信与量子信息技术”，这个由国内17个单位50多位学术骨干组成的研究团队不仅取得一系列重要成果，而且培养出许多杰出的年青学术骨干，在其后国家重点基础研究计划“量子调控”的实施中由此研究团队衍生出5位首席科学家. 本世纪初，我校以中国科学院百人计划从奥地利引进杰出的年青学术带头人潘建伟博士，他随后在“合肥微尺度国家实验室”建立“量子物理与信息”研究组，并在多光子纠缠方面不断地做出国际领先水平的成果.该研究组与中国科学院量子信息重点实验室共同推进了我国量子信息学科的发展，也成为我校物理学科中特色鲜明成果丰硕的新成长点.本文将简要介绍我校在量子信息领域中已取得的主要研究成果.

量子力学今后发展的真正出路在哪里

量子力学今后发展的真正出路在哪里？ 司今（jiewaimuyu@https://www.wendangku.net/doc/ee168990.html,） 量子力学是研究质点自旋运动的力学，它不能放弃“波粒二象性”认识的根本原因在于：我们无法用经典粒子概念来解释光的“衍射、干涉”等具有波性的现象。 在经典粒子概念中，粒子就没有自旋和自旋磁场性，粒子通过的物质空间也没有磁场性。但现代物理学已证明，质子、中子、电子、光子等都具有自旋和自旋磁矩性，这说明它们已不同于经典粒子，它们具有自旋和磁场双重性；但量子力学在探讨光衍射现象时，倒是把光的这一本质性给忘记了，同时也忽略了由自旋粒子（如质子、中子、电子等）组成的窄缝空间也是一个磁场空间；试想，一个有自旋磁场的粒子通过一个有磁场的空间，这个粒子运动还会像经典粒子那样作直线运动吗？ 如果我们认真地将粒子们的双重性与物质空间磁场性有机结合起来，我想，解决粒子“干涉、衍射”问题并不难，关键难得是我们将如何改造与舍弃我们现有的量子力学？如何补充与完善我们的经典物理学？ 我们要始终牢记，微观世界的物体运动与宏观世界的物体运动存在本质区别，那就是在我们眼里和经典理论中，宏观物体运动是没有自旋与自旋场集于一身的物体；更要牢记，空间宏观物体的磁场对其他物体运动的影响要比微观世界小得多。 “波粒二象性”不是研究微观世界的真正出路，把握微观世界粒子的自旋与自旋磁场性及微观空间存在磁场性才是我们真正打开微观世界大门的一把金鈅匙。 我们必须抛弃“波粒二象性”思想，回归到创新的经典力学中来，这是量子力学今后发展必须付出的代价！但就目前来看，我们的物理学主流界能答应吗？ 一个理论的正确与否关键在于可不可以通过实验验证，验证就要有一个清晰的模型图景；在宏观世界中，我们能够找到有“场与自旋”的物理模型就非“磁陀螺运动”莫属了，因此，我的“自旋场理论”就是从研究“磁陀螺在磁场中运动”开始的。 我认为，将来的量子力学必然是带有自旋磁场的质点运动与空间或物质自旋场有机结合的力学，这种结合是对牛顿质点力学与库伦“点荷”理论的回归；用研究、对待自旋磁陀螺的眼光来重新审视微观世界的那些“精灵们”，像牛顿力学体系那样，从“公理”出发，建立我们微观世界的真正物理理论体系，这样，我们的物理学才会真正走进微观世界的殿堂，才能真正走进量子大时代！ 我期待着这一时刻的到来！ 【附】：几种物理学体系的比较

浅谈量子通信技术

题目浅谈量子通信技术课程现代通信技术基础班级 学号 姓名 指导老师 2011 年12月10日

浅谈量子通信技术 摘要：量子通信（Quantum Teleportation）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。量子通讯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。量子通信主要涉及：量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等，近来这门学科已逐步从理论走向实验，并向实用化发展。高效安全的信息传输日益受到人们的关注。基于量子力学的基本原理，量子通信具有高效率和绝对安全等特点，并因此成为国际上量子物理和信息科学的研究热点。 关键词语: 量子通信量子力学 1、引言 量子通信系统的基本部件包括量子态发生器、量子通道和量子测量装置。按其所传输的信息是经典还是量子而分为两类。前者主要用于量子密钥的传输，后者则可用于量子隐形传态和量子纠缠的分发。所谓隐形传送指的是脱离实物的一种“完全”的信息传送。从物理学角度，可以这样来想象隐形传送的过程：先提取原物的所有信息，然后将这些信息传送到接收地点，接收者依据这些信息，选取与构成原物完全相同的基本单元，制造出原物完美的复制品。但是，量子力学的不确定性原理不允许精确地提取原物的全部信息，这个复制品不可能是完美的。因此长期以来，隐形传送不过是一种幻想而已。 2、量子通信的的提出 自1 9世纪进入通信时代以来,人们就梦想着像光速一样(甚至比光速更快)的通信方式.在这种通信方式下,信息的传递不再通过信息载体(如电磁波)的直接传输,也不再受通信双方之间空间距离的限制,而且不存在任何传输延时,它是一种真正的实时通信.科学家们试图利用量子非效应或量子效应来实现这种通信方式,这种通信方式被称为量子通信.与成熟的通信技术相比,量子通信具有巨大的优越性,已成为国内外研究的热点.近年来在理论和实践上均已取得了重要的突破,引起各国政府、科技界和信息产业界的高度重视.从人类信息交流

第四章从经典物理学到量子力学

第四章从经典物理学到量子力学 §4 - 1 从经典物理学到前期量子论 到19世纪末，经典物理学已经建立了比较完整的理论体系。 力学分析力学，存在海王星的预言及其被证实 电磁学麦克氢原子光谱斯韦方程组，预言了电磁波的存在 热力学+统计物理学 量子力学的研究对象：微观粒子。

量子理论的发展轨迹： 能量子：黑体辐射 光量子：光电效应 固体比热 氢原子光谱 一黑体辐射普朗克的能量子假说( 1 ) 热辐射的基本概念 热辐射：一切物体的分子热运动将导致物体向外不断地发射电磁波。这种辐射与温度有关。温度越高，发射的能量越大，发射的电磁波的波长越短。

平衡热辐射或平衡辐射:如果物体辐射出去的能量恰好等于在同一时间内所吸收的能量，则辐射过程达到了平衡。 单色辐射出射度(简称单色辐出度，用)(T M λ表示)：在单位时间内从物体表面单位面积上所辐射出来的，单位波长范围内的电磁波能量，即 λλd )(d )(T M T M =， (4. 1) where d M ( T ):在单位时间内从物体表面单位面积上所辐射出来的，波长在λ 到

λ+d λ 范围内的电磁波能量。 辐射出射度(简称辐出度，在单位时间内从物体表面单位面积上辐射出来的各种波长电磁波能量的总和) ?? ∞==0d )()(d )(λλT M T M T M . (4. 2) 单色吸收比),(T λα和单色反射比),(T λρ：在温度为T 时，物体吸收和反射波长在λ 到λ + d λ 范围内的电磁波能量，与相应波长的入射电磁波能量之比，分别称为该物体的单

色吸收比),(T λα和单色反射比),(T λρ。对于不透明的物体，有 1),(),(=+T T λρλα. (4. 3) ( 2 ) 基尔霍夫定律和黑体 基尔霍夫辐射定律: 对每一个物体来说，单色辐出度与单色吸收比的比值),(/)(T T M λαλ，是一个与物体性质无关(而只与温度和辐射波长有关)的普适函数。即 ),(),()(),()(2211T I T T M T T M λλαλαλλ===Λ, (4. 4)

2021年世界量子信息技术科研及产业化研究

2021年世界量子信息技术科研及产业化研究 一、引言 在当前欧美等发达国家纷纷启动量子信息国家战略背景下，量子信息技术已成为全球最热的科技竞争焦点之一。美国、中国、日本、加拿大及欧洲等国家和地区在加快量子信息技术基础研究和应用研 发过程中，愈发重视创新成果的保护和运用。近5年来，量子信息科研产出和技术专利大量涌现。本文在对最新的量子信息领域专利申请和科研论文趋势进行分析的基础上，为量子信息技术和产业发展提供参考。 二、量子信息领域科研成果 通过对超过4 万篇量子信息技术论文进行统计，按照Web of Science学科分类，发现论文主要分布在物理学、光学、工程等领域，同时与计算科学、化学、数学等领域也有较多关联[2]。其中，物理学（多学科）占16.13%、光学占14.90%、物理（应用）占11.79%、物理（原子、分子与化学）占 9.51%、工程（电气与电子）占6.65%。另外，全球发文量排前20名的期刊汇聚了超过45%的量子信息相关科研论文，分布较集中。 量子信息作为数学、信息学、物理学及计算机科学等学科的交叉前沿领域，经过论文筛选和关键词聚类分析发现，关键词关系图呈现出3个主要的聚簇。

第一个聚簇主要围绕量子物理实现技术，包括超导（Superconductivity）、NV色心（Color Center）、硅量子点（Silicon Quantum Dots）等。 第二个聚簇主要围绕量子加密和通信技术，包括量子密钥分发（Quantum Key Distribution）、量子隐形传态（Quantum Teleportation）、安全直接通信（Secure Direct Communication）、单光子探测器（Single Photon Detector）、量子克隆（Quantum Cloning）等。 第三个聚簇主要围绕量子计算和量子信息学技术，包括量子算法（Quantum Algorithm）、搜索算法（Search Algorithm）、神经网络（Neural Networks）、深度学习算法（Deep Learning Algorithms）、纠错算法（Error Correction）、量子图像处理（Quantum Image Processing）等，在第二个和第三个聚簇交汇处出现量子测量领域相关技术。 此外，量子退火（Quantum Annealing）、粒子群优化（Particle Swarm Optimization）、可逆逻辑（Reversible Logic）、单光子探测器（Single Photon Detector）等关键词位于词云的边缘，与量子计算和量子密码学关系比较紧密，与其他主题的关系较弱。 随着人们对量子信息技术的兴趣日益高涨，对最近3年新增关键词词频进行统计发现，科研方向出现了一些新的关注点，如量子霸权（Supremacy）、量子区块链（Block Chain）、量子发射器（Quantum Emitters）、分布稳健（Distribution Robust）、几何自旋（Geometric

量子力学的发展及应用

量子力学论文题目: 量子力学发展历史及应用领域 学生姓名武术 专业电子科学与技术 学号_ 222009322072082 班级2009 级 2班 指导教师张济龙 成绩 _ 工程技术学院 2011年12 月

量子力学发展历史及应用领域 武术 西南大学工程技术学院，重庆 400716 摘要:量子力学发展至今已有一百年了，它发展的道路并不是一帆风顺的。这一百年虽是艰难的，但是辉煌的。此后，人们发现量子力学与现代科技的联系日益紧密，它的发展潜力是不能低估的。本文从两个部分逐次论述了量子力学的发展及应用。第一部分是量子力学的发展，这部分阐述了早期量子论。第二部分是量子力学的应用，这部分阐明了量子力学在固体物理和信息科学中的应用。 关键词：早期量子论；量子力学的发展；量子力学的应用 量子力学诞生至今一百年。经过一百年的发展，它由原子层次的动力学理论，已经向物理学和其他学科以及高新技术延伸。而事实上，它已超出物理学范围；它不仅是现代物质科学的主心骨，又是现代科技文明建设的主要理论基础之一。 建立在量子概念的量子力学及其物理诠释，促使人类的思想观念产生根本性转变；虽然这新概念很抽象，但就目前文明的空前繁荣而言，量子力学所产生的影响是相当广泛的。而看看量子力学的前沿性进展新貌，则会感到心驰神往。 量子力学可谓是量子理论的第二次发展层次，第一次常称作早期量子论，第三次就是量子场论。本文除了论述这三个层次以外，又说了它在现代物理乃至现代物质科学中的地位，阐述了它应用的状况。 一.量子力学的发展 19世纪末20世纪初，人们认为经典物理发展很完美的时候，一系列经典理论无法解释的现象一个接一个的发现了。经典力学时期物理学所探讨的主要是用比较直接的实验研究就可以接触到的物理现象的定理和理论。牛顿定理和麦克斯韦电磁理论在宏观和慢速的世界中是很好的自然规律。而对于微观世界的

量子计算发展白皮书(2019年)

量子计算发展白皮书（2019年） 赛迪智库电子信息研究所 2019年9月

前言 量子信息技术可以突破现有信息技术的物理极限，在信息处理速度、信息容量、信息安全性、信息检测精度等方面均能够发挥极大作用，进而显著提升人类获取、传输和处理信息的能力，为未来信息社会的演进和发展提供强劲动力。当前，人类对量子信息技术的研究与应用主要包括量子计算、量子通信和量子测量等。其中，量子计算是一种基于量子力学的、颠覆式的计算模式，具有远超经典计算的强大计算能力，将在化学反应计算、材料设计、药物合成、密码破译、大数据分析和机器学习、军事气象等领域产生颠覆性影响。 近年来，一些国家以及企业纷纷加码布局量子计算，在相关领域的技术研究和应用不断提速。在此形势下，赛迪智库电子信息研究所编写了《量子计算发展白皮书（2019年）》，阐述了量子计算的基本内涵，系统梳理量子计算的技术路线及发展路线图，介绍了国内外发展态势，并提出了我国量子计算发展面临的挑战及相关对策建议。 如有商榷之处，欢迎大家批评指正。

目录 一、量子计算发展综述 (1) （一）量子计算的内涵 (1) （二）量子计算的发展背景与历程 (5) （三）量子计算的应用展望 (7) 二、量子计算技术与发展路线图 (9) （一）量子计算关键技术 (9) （二）量子计算的发展路线图 (16) 三、国际量子计算发展现状 (19) （一）主要国家的战略规划 (19) （二）量子计算的技术与产业进展 (22) 四、我国量子计算发展现状 (29) （一）我国的量子计算国家战略 (29) （二）我国量子计算的进展 (29) 五、我国量子计算发展面临的问题与挑战 (31) （一）关键技术研发仍属起步阶段，与国际水平存在差距 (31) （二）市场尚在培育阶段，技术和应用场景不成熟 (31) （三）国内企业参与度较低，缺乏全面战略布局 (32) （四）人才体系单一、集中，尚未形成全面培养体系 (32) 六、对策建议 (34) （一）加强前沿科技领域产业化布局 (34) （二）加大对关键核心领域的研发支持 (34) （三）完善对专业人才梯队建设的全面布局 (34) （四）积极构建量子计算应用生态体系 (35)

量子力学的历史和发展

量子力学的历史和发展 量子论和相对论是现代物理学的两大基础理论。它们是在二十世纪头30年发生的物理学革命的过程中产生和形成的，并且也是这场革命的主要标志和直接的成果，量子论的诞生成了物理学革命的第一声号角。经过许多物理学家不分民族和国籍的国际合作，在1927年它形成了一个严密的理论体系。它不仅是人类洞察自然所取得的富有革命精神和极有成效的科学成果，而且在人类思想史上也占有极其重要的地位。如果说相对论作为时空的物理理论从根本上改变人们以往的时空观念，那么量子论则很大程度改变了人们的实践，使人类对自然界的认识又一次深化。它对人与自然之间的关系的重要修正，影响到人类对掌握自己命运的能力的看法。量子论的创立经历了从旧量子论到量子力学的近30年的历程。量子力学产生以前的量子论通常称旧量子论。它的主要内容是相继出现的普朗克量子假说、爱因斯坦的光量子论和玻尔的原子理论。 热辐射研究和普朗克能量子假说 十九世纪中叶，冶金工业的向前发展所要求的高温测量技术推动了热辐射的研究。已经成为欧洲工业强国的德国有许多物理学家致力于这一课题的研究。德国成为热辐射研究的发源地。所谓热辐射就是物体被加热时发出的电磁波。所有的热物体都会发出热辐射。凝聚态物质(固体和液体)发生的连续辐射很强地依赖它的温度。一个物体被加热从暗到发光，从发红光到黄光、蓝光直至白光。1859年，柏林大学教授基尔霍夫(1824—1887年)根据实验的启发，提出用黑体作为理想模型来研究热辐射。所谓黑体是指一种能够完全吸收投射在它上面的辐射而全无反射和透射的，看上去全黑的理想物体。1895年，维恩(1864—1928年)从理论分析得出，一个带有小孔的空腔的热辐射性能可以看作一个黑体。实验表明这样的黑体所发射的辐射的能量密度只与它的温度和频率有关，而与它的形状及其组成的物质无关。黑体在任何给定的温度发射出特征频率的光谱。这光谱包括一切频率，但和频率相联系的强度却不同。怎样从理论上解释黑体能谱曲线是当时热辐射理论研究的根本问题。1896年，维恩根据热力学的普遍原理和一些特殊的假设提出一个黑体辐射能量按频率分布的公式，后来人们称它为维恩辐射定律。普朗克就在这时加入了热辐射研究者的行动。普朗克(1858—1947年)出身于一个书香门第之家，曾祖父和祖父曾在哥廷根大学任神学教授，伯父和父亲分别是哥廷根大学和基尔大学的法学教授。他出生在基尔，青年时期在慕尼黑度过。17岁进慕尼黑大学攻读数学和物理学，后来转到柏林大学受教于基尔

2019最新量子信息技术行业专题报告

量子信息技术行业 专题报告 2019年6月12日 正文目录 1、第二次量子技术革命爆发在即 (4) 1.1、量子信息科学概述 (5)

1.2、各国政策支持助推量子信息科学快速发展 (5) 1.3、量子信息底层基于量子特性 (8) 2、量子计算机将重构未来计算 (9) 2.1、量子计算机与传统计算机的区别 (9) 2.2、国内外资金加速涌入量子计算机领域 (11) 2.3、重构世界：量子计算机的未来 (14) 2.4、量子计算市场潜力巨大 (15) 3、中国量子通信产业化进程世界领先 (15) 3.1、量子通信安全性好于传统通信 (16) 3.2、全球量子通信产业化提速，中国产业化进程领先 (17) 3.3、市场规模巨大，产业链基本形成 (20) 4、投资建议 (22) 4.1、神州信息：京沪干线的主建设方，发力量子通信应用领域23 5、风险分析 (25) 图表目录 图1：第二次量子革命的主要突破领域 (5) 图2：世界主要国家支持量子技术发展 (8) 图3：我国从国家战略、技术引领、工程建设等多角度支持量子技术产业

化发展 (8) 图4：量子比特包含的信息量远高于传统比特 (9) 图5：量子计算机工作原理流程图 (10) 图6：量子计算的逻辑门路 (11) 图7：量子计算可以实现并行计算 (11) 图8：IBM Q System One (12) 图9：D-wave 2000Q (13) 图10：历年各国量子计算技术专利申请情况 (13) 图11：各公司在量子计算的专利申请情况 (13) 图12：量子计算市场爆发情况预测 (15) 图13：量子密钥分发基本架构 (17) 图14：量子通信技术研究与应用发展历程 (17) 图15：“墨子号”量子实验卫星 (19) 图16：量子通信技术专利年申请量 (20) 图17：我国量子通信市场规模及其预测 (21) 图18：2021 年量子通信下游应用领域分布 (21) 图19：我国量子保密通信产业总体视图 (21) 表1：各国量子技术政策汇总 (7) 表2：国外量子计算机发展历程 (12) 表3：我国量子计算领域的发展历程 (14) 表4：21 世纪后国外量子通信发展历程 (18) 表5：国内量子通信发展历程 (19)