量子通信論文大全11篇

時(shí)間：2023-03-16 15:50:06

緒論：寫作既是個人情感的抒發(fā)，也是對學(xué)術(shù)真理的探索，歡迎閱讀由發(fā)表云整理的11篇量子通信論文范文，希望它們能為您的寫作提供參考和啟發(fā)。

量子通信論文

篇（1）

量子通信（Quantum Teleportation）是指利用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型的通訊方式。量子通訊是近二十年發(fā)展起來的新型交叉學(xué)科，是量子論和信息論相結(jié)合的新的研究領(lǐng)域。量子通信主要涉及：量子密碼通信、量子遠(yuǎn)程傳態(tài)和量子密集編碼等，近來這門學(xué)科已逐步從理論走向?qū)嶒?yàn)，并向?qū)嵱没l(fā)展。高效安全的信息傳輸日益受到人們的關(guān)注。基于量子力學(xué)的基本原理，量子通信具有高效率和絕對安全等特點(diǎn)，并因此成為國際上量子物理和信息科學(xué)的研究熱點(diǎn)。

二、量子通信理論由來

“1935年5月的一天早晨，愛因斯坦像往常一樣準(zhǔn)時(shí)來到普林斯頓高等研究院的辦公室。他來普林斯頓小鎮(zhèn)快兩年了，已經(jīng)熟悉并開始喜歡這個恬靜的“室外桃園”。辦公桌上放著他和助手波多爾斯基、羅森一起剛剛發(fā)表在《物理評論》上的論文。他拿起來看了看，臉上露出孩子般頑皮的微笑――這回他終于可以戰(zhàn)勝老對手玻爾了。與此同時(shí)，在大西洋彼岸的哥本哈根大學(xué)玻爾研究所，愛因斯坦的文章立刻引起了物理學(xué)家玻爾的關(guān)注和不安。這對他來說簡直是個晴天霹靂！玻爾立刻放下所有的工作，他說：‘我們必須睡在問題上。’愛因斯坦和玻爾是20世紀(jì)兩位最偉大的物理學(xué)家，他們都為量子理論的建立做出了奠基性的貢獻(xiàn)。然而，他們對于這個理論的含義卻一直爭論不休。這一爭論被稱為‘關(guān)于物理學(xué)靈魂的論戰(zhàn)’。”――引自郭光燦院士《愛因斯坦的幽靈：量子糾纏之謎》。

郭光燦院士書中所指的“物理學(xué)靈魂”的論戰(zhàn)，與“量子糾纏”現(xiàn)象有著莫大的關(guān)系。在量子力學(xué)中，有共同來源的兩個微觀粒子之間存在著某種糾纏關(guān)系，不管它們被分開多遠(yuǎn)，只要一個粒子發(fā)生變化就能立即影響到另外一個粒子，即兩個處于糾纏態(tài)的粒子無論相距多遠(yuǎn)，都能“感知”和影響對方的狀態(tài)，這就是量子糾纏。盡管愛因斯坦最早注意到微觀世界中這一現(xiàn)象的存在，但卻不愿意接受它，并斥之為“幽靈般的超距作用（spooky action at a distance）”。

三、駁倒愛因斯坦的實(shí)驗(yàn)論據(jù)

對EPR實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證始于1960年，在1980年終于獲得有說服力的結(jié)果。這些是實(shí)驗(yàn)大多都是以光子來做為自旋關(guān)聯(lián)。主要是利用院子的級聯(lián)輻射，選擇出光子動量為0的情形。1982年，法國物理學(xué)家艾倫•愛斯派克特（Alain Aspect）和他的小組成功地完成了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了微觀粒子“量子糾纏”（quantum entanglement）的現(xiàn)象確實(shí)存在，這一結(jié)論對西方科學(xué)的主流世界觀產(chǎn)生了重大的沖擊。它證實(shí)了任何兩種物質(zhì)之間，不管距離多遠(yuǎn)，都有可能相互影響，不受四維時(shí)空的約束，是非局域的（nonlocal），宇宙在冥冥之中存在深層次的內(nèi)在聯(lián)系。

四、突破傳統(tǒng)的通信方式

1993年，C.H.Bennett提出了量子通信的概念;同年，6位來自不同國家的科學(xué)家，提出了利用經(jīng)典與量子相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)量子隱形傳送的方案：將某個粒子的未知量子態(tài)傳送到另一個地方，把另一個粒子制備到該量子態(tài)上，而原來的粒子仍留在原處。在量子通信系統(tǒng)中，共享信息的兩個人必須共享幾乎一致的兩個成對產(chǎn)生并永遠(yuǎn)纏結(jié)在一起的光子。一旦信息被帶到第一個光子上，它將會消失并重現(xiàn)在第二個光子上，以實(shí)現(xiàn)不加外力方式傳輸信息。不加外力傳輸?shù)母拍钍且粤孔游锢韺W(xué)為基礎(chǔ)的，它所使用的是具有波、粒兩重性但沒有電荷和質(zhì)量的光子，而不是常規(guī)使用的電子。在量子通信中，報(bào)文是以不加外力傳輸方式傳輸?shù)摹２患油饬鬏敺绞骄褪鞘剐畔⒃谝粋€地方消失，從而使其能在另一個地方出現(xiàn)的過程。它不需要通過空中、太空或線路傳輸。在這一過程中，發(fā)送者與接收者共享所需光子的數(shù)量，決于所發(fā)送報(bào)文的長度。在量子通信中，由于光子只能成對產(chǎn)生，因此，所有量子的不加外力方式只能在一個發(fā)送者和一個接收者之間進(jìn)行。如果接收者需要將報(bào)文傳送給其他人，則每次必須共享和使用纏結(jié)在一起的新的一對光子。因此，量子網(wǎng)絡(luò)必須一個鏈路一個鏈路地建立。

利用量子信息技術(shù)之一量子密碼術(shù)，可實(shí)其基本思想是：將原物的信息分成經(jīng)典信息和量子信息兩部分，它們分別經(jīng)由經(jīng)典通道和量子通道傳送給接收者。經(jīng)典信息是發(fā)送者對原物進(jìn)行某種測量而獲得的，量子信息是發(fā)送者在測量中未提取的其余信息；接收者在獲得這兩種信息后，就可以制備出原物量子態(tài)的完全復(fù)制品。該過程中傳送的僅僅是原物的量子態(tài)，而不是原物本身。發(fā)送者甚至可以對這個量子態(tài)一無所知，而接收者是將別的粒子處于原物的量子態(tài)上。在這個方案中，糾纏態(tài)的非定域性起著至關(guān)重要的作用。量子隱形傳態(tài)不僅在物理學(xué)領(lǐng)域?qū)θ藗冋J(rèn)識與揭示自然界的神秘規(guī)律具有重要意義，而且可以用量子態(tài)作為信息載體，通過量子態(tài)的傳送完成大容量信息的傳輸，實(shí)現(xiàn)原則上不可破譯的量子保密通信。

五、量子通信的發(fā)展?fàn)顩r

量子通信具有傳統(tǒng)通信方式所不具備的絕對安全特性，不但在國家安全、金融等信息安全領(lǐng)域有著重大的應(yīng)用價(jià)值和前景，而且逐漸走進(jìn)人們的日常生活。

為了讓量子通信從理論走到現(xiàn)實(shí),從上世紀(jì)90年代開始,國內(nèi)外科學(xué)家做了大量的研究工作。自1993年美國IBM的研究人員提出量子通信理論以來，美國國家科學(xué)基金會、國防高級研究計(jì)劃局都對此項(xiàng)目進(jìn)行了深入的研究，歐盟在1999年集中國際力量致力于量子通信的研究，研究項(xiàng)目多達(dá)12個，日本郵政省把量子通信作為21世紀(jì)的戰(zhàn)略項(xiàng)目。我國從上世紀(jì)80年代開始從事量子光學(xué)領(lǐng)域的研究，近幾年來，中國科技大學(xué)的量子研究小組在量子通信方面取得了突出的成績。

篇（2）

【中圖分類號】G642.0 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）06-0091-02

筆者已從事本科生“通信與電子信息專業(yè)英語”課程教學(xué)多年。近五年來，筆者對該課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行了多次改革，在相關(guān)文獻(xiàn)中進(jìn)行了詳細(xì)的介紹[1-2]。其核心是以培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力為目標(biāo)，改變以科技文獻(xiàn)閱讀、翻譯為主的教學(xué)模式到綜合性更強(qiáng)的教學(xué)模式。文獻(xiàn)3中最后一部分內(nèi)容即從文獻(xiàn)檢索、科技文獻(xiàn)撰寫和制作講稿和匯報(bào)角度介紹了相關(guān)教學(xué)內(nèi)容[3]。閆麗萍等在文獻(xiàn)4中詳細(xì)介紹了電子類專業(yè)英文摘要的寫作培養(yǎng)實(shí)踐過程[4]。

在2013-2014年度的課程教學(xué)中，筆者嘗試通過為每位學(xué)生布置不同的作業(yè)，包括翻譯文獻(xiàn)、檢索文獻(xiàn)、撰寫文獻(xiàn)綜述、為相關(guān)領(lǐng)域的視頻撰寫摘要等各類項(xiàng)目，訓(xùn)練學(xué)生的綜合能力，并收到了較好的效果，避免同類作業(yè)抄襲的弊端。但筆者發(fā)現(xiàn)仍存在問題，主要集中在兩點(diǎn)：1）由于選課人數(shù)多，作業(yè)內(nèi)容和主題與往年的重復(fù)率較高。每年該課程的選課人數(shù)大致在80～110人之間，因此要做到每年更新所有題目有較大難度；2）學(xué)生的課堂參與度較低、互動性小。由于大多數(shù)作業(yè)無需在課堂上進(jìn)行匯報(bào)，因此學(xué)生的參與度不高，師生之間、學(xué)生之間的互動很少。

針對上述存在的問題，筆者在2014-2015年度的“通信與電子信息專業(yè)英語”課程教學(xué)中改進(jìn)了已有的作業(yè)模式，設(shè)計(jì)和實(shí)施了綜合型更強(qiáng)的作業(yè)，達(dá)到全面培養(yǎng)并考核學(xué)生能力的教學(xué)目標(biāo)。下面，筆者將從該課程綜合型作業(yè)的設(shè)計(jì)與實(shí)施、教學(xué)效果等方面詳細(xì)介紹。

1.通信與電子信息專業(yè)英語綜合型作業(yè)的設(shè)計(jì)

1.1綜合型作業(yè)的內(nèi)容

“通信與電子信息專業(yè)英語”的教學(xué)目標(biāo)包括培養(yǎng)學(xué)生下述能力：科技文獻(xiàn)檢索、文獻(xiàn)閱讀、文獻(xiàn)翻譯、初步的科技英語寫作和口頭報(bào)告等。課程往屆作業(yè)主題涉及面很廣，但不夠精，因此本年度，筆者選擇了少量的精選主題，并根據(jù)最新技術(shù)，更新了部分舊主題。

筆者圍繞教學(xué)目標(biāo)，設(shè)計(jì)的綜合型作業(yè)內(nèi)容如下：

作業(yè)主題共36個，包括電子與電路、通信理論、信號處理、模式識別、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺、數(shù)據(jù)挖掘、傳感器技術(shù)、工程編程語言軟件等領(lǐng)域的最新技術(shù)熱點(diǎn)，包括深度學(xué)習(xí)及應(yīng)用、智能穿戴、大數(shù)據(jù)及應(yīng)用、無線充電、3D打印、無人機(jī)、量子計(jì)算機(jī)、車聯(lián)網(wǎng)等。需完成的任務(wù)包括：

1）文獻(xiàn)檢索：根據(jù)主題，搜集相關(guān)文獻(xiàn)資料（中英文均應(yīng)包括，以英文為主，數(shù)量不少于10），需給出詳細(xì)的檢索式、關(guān)鍵詞、使用的數(shù)據(jù)庫/網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫等重要信息，并將整個檢索過程記入說明文檔，并保存所有文獻(xiàn)資料的原文文檔。

2）文獻(xiàn)閱讀：閱讀收集的文獻(xiàn)資料。

3）文獻(xiàn)綜述：根據(jù)對文獻(xiàn)的理解，撰寫關(guān)于給定主題的綜述報(bào)告。

4）制作講稿：以文獻(xiàn)綜述為基礎(chǔ)，制作主題相關(guān)的講稿。

此外，按照本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的格式規(guī)范，筆者給出詳細(xì)的作業(yè)文檔格式要求，同時(shí)要求檢索到的科技文獻(xiàn)需下載并全部提交。

1.2 完成作業(yè)的形式

本次教學(xué)實(shí)踐中，筆者變以個人為單位完成作業(yè)形式為小組形式，即將選課學(xué)生按照隨機(jī)組合的方法分為2人一組（共72人，兩個自然班，本次共36組），共同完成上述綜合型作業(yè)任務(wù)，并增加學(xué)生匯報(bào)的人次，讓盡可能多的學(xué)生參與到課堂教學(xué)過程中。

由于是兩人一組共同完成一項(xiàng)綜合型作業(yè)，為體現(xiàn)各自的工作量，在匯報(bào)環(huán)節(jié)中要求一人負(fù)責(zé)匯報(bào)文獻(xiàn)檢索的過程，給出詳細(xì)的檢索式以及檢索的結(jié)果，另一人負(fù)責(zé)進(jìn)行主題匯報(bào)。

2.通信與電子信息專業(yè)英語綜合作業(yè)的實(shí)施過程與教學(xué)效果

2.1 綜合作業(yè)的實(shí)施過程

筆者在該課程教學(xué)初布置好綜合型作業(yè)任務(wù)，并選擇部分小組進(jìn)行課堂匯報(bào)，收到了較好效果。其中部分小組結(jié)合視頻、圖像、動畫、實(shí)際應(yīng)用等手段介紹相關(guān)主題。例如，選擇“量子計(jì)算機(jī)”的小組，結(jié)合“優(yōu)酷”上的一段視頻詳細(xì)介紹量子計(jì)算機(jī)的基本原理、存在的問題等，達(dá)到了為其他同學(xué)科普相關(guān)知識的目標(biāo)，在整個主題介紹過程中，將量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域涉及的重要詞匯一一介紹；報(bào)告“深度學(xué)習(xí)及應(yīng)用”的小組以視覺信息處理為切入口，介紹了相關(guān)理論和研究進(jìn)展；“選擇超大規(guī)模集成電路”的小組結(jié)合自身參與上海市大學(xué)生科技創(chuàng)新活動中接觸到的各類集成電路介紹主題內(nèi)容；而選擇“智能手機(jī)中的傳感器”主題的小組，結(jié)合自己使用的智能手機(jī)介紹其中的各類傳感器及其基本原理、發(fā)展現(xiàn)狀等。多數(shù)報(bào)告小組的匯報(bào)過程生動、有趣，參與課堂教學(xué)的積極性較高，師生、學(xué)生之間的互動性加強(qiáng)了。通過本次綜合作業(yè)的訓(xùn)練，學(xué)生的綜合能力得以提升。

但該過程中，筆者也發(fā)現(xiàn)存在的問題，主要集中在：

1）文獻(xiàn)檢索過程嚴(yán)重依賴于網(wǎng)絡(luò)，特別是百度，對專業(yè)電子數(shù)據(jù)庫的使用仍不熟練；這是筆者教學(xué)多年中一直存在的問題。在2014-2015學(xué)年的教學(xué)實(shí)踐中，仍有接近半數(shù)的報(bào)告小組在文獻(xiàn)檢索過程中首選百度檢索相關(guān)資料，而不是把專業(yè)數(shù)據(jù)庫作為首選。當(dāng)然，對某些特定主題而言，各位搜索引擎相比專業(yè)電子數(shù)據(jù)庫更有效，這一點(diǎn)，筆者在教學(xué)過程中也做了詳細(xì)的介紹和說明，指導(dǎo)學(xué)生分層次的解決文獻(xiàn)檢索中的問題。

2）英文文獻(xiàn)閱讀能力有待加強(qiáng)；在小組報(bào)告中筆者發(fā)現(xiàn)，由于專業(yè)文獻(xiàn)專業(yè)性強(qiáng)且較長，學(xué)生普遍怕看英文文獻(xiàn)，在滿足綜合作業(yè)的基本要求基礎(chǔ)上，多以閱讀中文文獻(xiàn)閱讀為主，沒有達(dá)到課程綜合訓(xùn)練的目標(biāo)之一，即英文專業(yè)文獻(xiàn)的閱讀訓(xùn)練。這一點(diǎn)與學(xué)生的閱讀習(xí)慣、英文水平有較大關(guān)系，需要在今后教學(xué)中加強(qiáng)引導(dǎo)。

3）小組成員的合作精神有待提高。由于本次教學(xué)實(shí)踐第一次嘗試將學(xué)生隨機(jī)組合為小組來協(xié)作完成綜合作業(yè)，因此面對綜合作業(yè)復(fù)雜的任務(wù)時(shí)，如何分配任務(wù)、如何合作是學(xué)生面臨的首要問題。考慮到今后就業(yè)后學(xué)生需具備合作精神，因此，筆者設(shè)計(jì)了隨機(jī)組合的形式。總體上，各小組的表現(xiàn)良好，但也出現(xiàn)了部分團(tuán)隊(duì)合作完成作業(yè)過程中相互推脫責(zé)任，作業(yè)完成效果不佳。結(jié)合本次教學(xué)效果和學(xué)生的建議，今后筆者仍將繼續(xù)對此進(jìn)行改進(jìn)。

4）綜合作業(yè)的文檔格式不規(guī)范。本次教學(xué)實(shí)踐中，筆者給出了詳細(xì)的文檔提交格式要求，這是按照本科生畢業(yè)論文的格式規(guī)范制定的，以此訓(xùn)練學(xué)生文檔撰寫的規(guī)范性，為今后畢業(yè)設(shè)計(jì)論文及大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目報(bào)告的撰寫等做準(zhǔn)備。由于之前對文檔格式不作要求，學(xué)生對格式一向不重視，造成畢業(yè)論文或創(chuàng)新項(xiàng)目中格式問題頻出，需要不斷的糾正。因此筆者在布置綜合作業(yè)時(shí)給出了詳細(xì)的格式要求，以加強(qiáng)訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好習(xí)慣，為今后的論文、項(xiàng)目報(bào)告或各類競賽論文的撰寫打下基礎(chǔ)。

2.2 綜合作業(yè)教學(xué)效果及評價(jià)

為今后改進(jìn)綜合作業(yè)的質(zhì)量和教學(xué)效果，筆者在課程結(jié)束時(shí)，設(shè)計(jì)了綜合作業(yè)問卷，讓學(xué)生對本次綜合作業(yè)的教學(xué)效果進(jìn)行評價(jià)，統(tǒng)計(jì)情況見表1（參與本次教學(xué)的72名本科生參與了問卷）。

表1：綜合作業(yè)教學(xué)效果評價(jià)統(tǒng)計(jì)表

從上述表格中可見，學(xué)生對本次綜合作業(yè)的整體評價(jià)較好，普遍認(rèn)為收獲較大。因此，今后筆者仍將繼續(xù)探索相關(guān)教學(xué)模式。同時(shí)，我們也注意到，學(xué)生平時(shí)閱讀專業(yè)文獻(xiàn)的比例很低，今后需給予積極的引導(dǎo)。此外，筆者還對學(xué)生會選擇哪些環(huán)節(jié)作為綜合作業(yè)的內(nèi)容進(jìn)行了問卷調(diào)查，排序由高到低依次為：制作講稿并進(jìn)行匯報(bào)、文獻(xiàn)檢索、文獻(xiàn)綜述、文獻(xiàn)翻譯，由此可見，學(xué)生參與教學(xué)過程的積極性很高。綜合型作業(yè)的實(shí)施對教學(xué)效果的提升是顯著的。

3.今后的工作

隨著通信與電子信息技術(shù)的發(fā)展，需對專業(yè)英語課程綜合型作業(yè)的內(nèi)容進(jìn)行不斷的更新。同時(shí)，綜合型作業(yè)的實(shí)施形式仍待進(jìn)一步探索。

參考文獻(xiàn)：

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[3]李霞，王娟主編.電子與通信專業(yè)英語（第3版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014年7月

[4]閆麗萍，余艷梅，劉長軍，黃卡瑪. 電子類專業(yè)英文摘要寫作能力的培養(yǎng)[J].南京：電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2014年第36卷第2期，48-50

作者簡介：

篇（3）

中圖分類號：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2012)08-1752-02

如今，應(yīng)用廣泛的密碼基本都是依靠數(shù)學(xué)計(jì)算方法來實(shí)現(xiàn)的――用復(fù)雜的數(shù)字串對信息進(jìn)行加密。無論多么復(fù)雜的數(shù)學(xué)密鑰也可以找到規(guī)律，破解復(fù)雜的數(shù)學(xué)密碼成為計(jì)算網(wǎng)絡(luò)安全的重要隱患。由美國專門制定密碼算法的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)――美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院與美國國家安全局設(shè)計(jì)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(yīng)用最廣泛的密碼算法。然而2005年初，山東大學(xué)王小云教授和她的研究小組宣布成功破解SHA-1，因?yàn)橥跣≡频某霈F(xiàn)，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院宣布，美國政府5年內(nèi)將不再使用SHA-1密碼算法。

隨著信息安全技術(shù)的發(fā)展,量子通信網(wǎng)絡(luò)的安全問題逐漸得到了人們的關(guān)注。1984年，Charles Bennett與Gilles Brassard利用量子力學(xué)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(shí)現(xiàn)安全的秘密通信。1989年IBM公司的Thomas J. Walson研究中心實(shí)現(xiàn)了第一次量子密鑰傳輸演示實(shí)驗(yàn)。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(jīng)研究發(fā)現(xiàn)以微觀粒子作為信息的載體，利用量子技術(shù)，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(dāng)前，量子密碼研究的核心內(nèi)容就是，如何利用量子技術(shù)在量子信道上安全可靠地分配密鑰。從數(shù)學(xué)角度上講如果把握了恰當(dāng)?shù)姆椒ㄈ魏蚊艽a都可破譯，但與傳統(tǒng)密碼學(xué)不同，量子密碼學(xué)利用物理學(xué)原理保護(hù)信息。通常把“以量子為信息載體，經(jīng)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(zhǔn)原理”及“單量子不可復(fù)制定理”保證。2000年美國Los Alamos實(shí)驗(yàn)室自由空間中使用QKD系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)傳輸距離為80km。目前，量子通信已進(jìn)入大規(guī)模實(shí)驗(yàn)研究階段，預(yù)計(jì)不久量子通信將成為現(xiàn)實(shí)。

“海森堡測不準(zhǔn)原理”是量子力學(xué)的基本原理，它表明，在同一時(shí)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(fù)制定理”是“海森堡測不準(zhǔn)原理”的推論，它表明，在不知道量子狀態(tài)的情況下復(fù)制單個量子是不可能的，因?yàn)橐獜?fù)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。可利用量子的這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(shù)應(yīng)用量子力學(xué)的基本理論,包括海森伯格的測不準(zhǔn)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(shè)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。

Alice每發(fā)送出一個光子，Bob就隨機(jī)選擇一個相應(yīng)的極化基B1或B2對收到的光子進(jìn)行測量。因此，對Alice發(fā)出每一個光子，Bob就根據(jù)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(dāng)Alice發(fā)送完相應(yīng)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(yīng)的量子信道可以是光纖。另外他們還需要一條公共經(jīng)典信道，比如無線電或因特網(wǎng)。公共信道的安全性不需考慮，BB84協(xié)議在設(shè)計(jì)時(shí)已考慮到了兩種信道都被第三方Eve竊聽的可能。

3量子共享密鑰舉例

假設(shè)Alice與Bob想借助量子信息建立他們的共享密鑰進(jìn)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(shè)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(shè)Alice先選定一個比特串m=0111001010發(fā)送給Bob。Alice隨機(jī)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(jī)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(jìn)行測量，并記下每次測量的結(jié)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(jié)果，它們對應(yīng)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(jìn)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(shè)Alice與Bob要利用量子信道建立一個共享的密鑰，則Alice隨機(jī)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(jī)選擇極化基進(jìn)行測量，將測量到的量子比特串秘密保存。

2）數(shù)據(jù)篩選：由于傳輸過程中噪聲以及竊聽者的干擾等原因?qū)⑹沽孔有诺乐械墓庾訕O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(nèi)對量子數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，以得到確定的密碼串。

3）數(shù)據(jù)糾錯：如果經(jīng)數(shù)據(jù)篩選后通信雙方仍不能保證各自保存的全部數(shù)據(jù)無偏差，可對數(shù)據(jù)進(jìn)行糾錯。目前比較好的方法是采用奇但凡校驗(yàn)，具體做法：Alice與Bob將數(shù)據(jù)分為若干個數(shù)據(jù)區(qū)，然后逐區(qū)比較各數(shù)據(jù)區(qū)的奇偶校驗(yàn)子。例如計(jì)算一個數(shù)據(jù)區(qū)的1的個數(shù)并進(jìn)行比較，如果不相同，則將該數(shù)據(jù)區(qū)再強(qiáng)加于人發(fā)，然后再繼續(xù)上面的過程。在對某一數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行比較時(shí)，雙方約定放棄該數(shù)據(jù)區(qū)的最后一個比特。并且操作過程重復(fù)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(shù)級減少。雖然數(shù)據(jù)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(jìn)步，信息交換手段越來越先進(jìn)，速度也越來越快，信息的內(nèi)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(lǐng)域擴(kuò)展到民用和商用。量子密碼學(xué)正在逐步滲透到通信、電子政務(wù)、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(shù)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(wù)網(wǎng)”等多個項(xiàng)目中取得優(yōu)異成績，我們正在逐步邁進(jìn)量子信息時(shí)代。

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篇（4）

2.考慮電力通信網(wǎng)可靠性的業(yè)務(wù)路由優(yōu)化分配方法

3.廣域后備保護(hù)通信模式及其性能評估

4.衛(wèi)星通信的近期發(fā)展與前景展望

5.空間激光通信研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

6.現(xiàn)代化礦井通信技術(shù)與系統(tǒng)

7.高速鐵路移動通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的演進(jìn)與發(fā)展

8.智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測信息模型及配置描述

9.信息與通信地理學(xué)的學(xué)科性質(zhì)、發(fā)展歷程與研究主題

10.構(gòu)建新一代智能配用電通信網(wǎng)建議

11.基于EPOCHS平臺的智能配電網(wǎng)通信系統(tǒng)仿真

12.電力通信網(wǎng)脆弱性分析

13.通信電臺電磁輻射效應(yīng)機(jī)理

14.4G通信技術(shù)綜述

15.電力和信息通信系統(tǒng)混合仿真方法綜述

16.面向智能電網(wǎng)的配用電通信網(wǎng)絡(luò)研究

17.基于SDH光網(wǎng)絡(luò)的分層區(qū)域式保護(hù)通信系統(tǒng)的可靠性研究

18.調(diào)度與變電站一體化系統(tǒng)鏈路狀態(tài)監(jiān)測與TCP通信方案

19.煤礦事故特點(diǎn)與煤礦通信、人員定位及監(jiān)視新技術(shù)

20.Tor匿名通信流量在線識別方法

21.煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控與通信技術(shù)

22.配電通信網(wǎng)業(yè)務(wù)斷面流量分析方法

23.光纖通信概述

24.電力通信及其在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

25.WAMS通信業(yè)務(wù)的系統(tǒng)有效性建模與仿真

26.基于API的Win32串口通信編程技術(shù)

27.第五代移動通信網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)

28.量子通信現(xiàn)狀與展望

29.配電網(wǎng)EPON通信接入與分區(qū)自治

30.基于業(yè)務(wù)的電力通信網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法

31.移動通信技術(shù)擴(kuò)散的實(shí)證研究:基于中國1990-2012年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

32.基于IPv6的電力線載波通信分片獨(dú)立的重傳機(jī)制

33.空間激光通信捕獲、對準(zhǔn)、跟蹤系統(tǒng)動態(tài)演示實(shí)驗(yàn)

34.基于時(shí)頻峰值濾波的電力線通信噪聲消除方法

35.通信網(wǎng)絡(luò)能耗分析與節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

36.“日盲”紫外光通信網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍研究

37.基于壓縮感知的脈沖同步的混沌保密通信系統(tǒng)

38.淺談4G移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展

39.量子安全直接通信

40.一種繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)在線通信報(bào)文分析工程方案

41.光纖通信的發(fā)展趨勢及應(yīng)用

42.智能配電網(wǎng)通信組網(wǎng)技術(shù)研究及應(yīng)用

43.基于空間激光通信組網(wǎng)四反射鏡動態(tài)對準(zhǔn)研究

44.運(yùn)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)改革通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)

45.淺談超寬帶無線通信技術(shù)的發(fā)展

46.5G移動通信發(fā)展趨勢與若干關(guān)鍵技術(shù)

47.SM2加密體系在智能變電站站內(nèi)通信中的應(yīng)用

48.現(xiàn)代信息安全與混沌保密通信應(yīng)用研究的進(jìn)展

49.中美4G移動通信技術(shù)專利信息比較研究

50.衛(wèi)星激光通信現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

51.VC中應(yīng)用MSComm控件實(shí)現(xiàn)串口通信

52.青海—西藏交直流聯(lián)網(wǎng)工程輸電線路在線監(jiān)測通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

53.移動通信網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)作通信

54.空間激光通信組網(wǎng)光學(xué)原理研究

55.計(jì)算機(jī)技術(shù)在通信中的應(yīng)用研究

56.面向5G無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)綜述

57.基于C8051F020單片機(jī)的RS485串行通信設(shè)計(jì)

58.智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)報(bào)文特性分析與通信配置研究

59.基于業(yè)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)均衡度的電力通信網(wǎng)可靠性評估算法

60.基于4G通信技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)安全通信分析

61.無線激光通信系統(tǒng)弱光干擾技術(shù)

62.基于SJA1000的CAN總線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

63.10kV電力線載波通信自動組網(wǎng)算法

64.數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)場總線可靠通信機(jī)制的研究

65.基于WiFi的煤礦井下應(yīng)急救援無線通信系統(tǒng)的研究

66.機(jī)載激光通信系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

67.軟件定義的能源互聯(lián)網(wǎng)信息通信技術(shù)研究

68.一點(diǎn)對多點(diǎn)同時(shí)空間激光通信光學(xué)跟瞄技術(shù)研究

69.開放式自動需求響應(yīng)通信規(guī)范的發(fā)展和應(yīng)用綜述

70.兆瓦(MW)級海島微電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究及工程應(yīng)用

71.帶通信約束的多無人機(jī)協(xié)同搜索中的目標(biāo)分配

72.基于信道認(rèn)知在線可定義的電力線載波通信方法

73.一種基于混沌系統(tǒng)部分序列參數(shù)辨識的混沌保密通信方法

74.智能配電網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的QoS-MAC層模型

75.無線紫外光散射通信中多信道接入技術(shù)研究

76.水下無線通信技術(shù)發(fā)展研究

77.深空、自由空間、非可視散射和水下激光光子通信

78.基于光電反饋延遲的多點(diǎn)耦合混沌同步和通信

79.面向異步通信機(jī)制的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及其MAC協(xié)議研究

80.不可靠通信環(huán)境下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最小能耗廣播算法

81.中間環(huán)節(jié)市場結(jié)構(gòu)與價(jià)值鏈治理者的決定——以2G和3G時(shí)代中國移動通信產(chǎn)業(yè)為例

82.基于IEEE802.11p高速車路通信環(huán)境研究

83.太赫茲通信技術(shù)的研究與展望

84.一種分布式電源并網(wǎng)監(jiān)控通信適應(yīng)性評價(jià)方法

85.不同耦合方式和耦合強(qiáng)度對電力-通信耦合網(wǎng)絡(luò)的影響

86.太赫茲通信技術(shù)研究進(jìn)展

87.低壓電力線通信網(wǎng)絡(luò)特性模型與組網(wǎng)算法

88.基于LabVIEW的監(jiān)控界面設(shè)計(jì)與單片機(jī)的串行通信

89.聯(lián)盟網(wǎng)絡(luò)的小世界性對企業(yè)創(chuàng)新影響的實(shí)證研究——基于中國通信設(shè)備產(chǎn)業(yè)的分析

90.基于共享內(nèi)存的Xen虛擬機(jī)間通信的研究

91.考慮通信系統(tǒng)影響的電力系統(tǒng)綜合脆弱性評估

92.貓眼逆向調(diào)制自由空間激光通信技術(shù)的研究進(jìn)展

93.擴(kuò)頻通信技術(shù)淺談

94.基于信息熵的電力通信網(wǎng)脆弱性評價(jià)方法

95.安全高效礦井通信系統(tǒng)技術(shù)要求

96.無線紫外光非直視通信信道容量估算與分析

97.基于高能效無線接入網(wǎng)的綠色無線通信關(guān)鍵技術(shù)研究

篇（5）

2紫外納米激光器

繼微型激光器、微碟激光器、微環(huán)激光器、量子雪崩激光器問世后，美國加利福尼亞伯克利大學(xué)的化學(xué)家楊佩東及其同事制成了室溫納米激光器。這種氧化鋅納米激光器在光激勵下能發(fā)射線寬小于0.3nm、波長為385nm的激光，被認(rèn)為是世界上最小的激光器，也是采用納米技術(shù)制造的首批實(shí)際器件之一。在開發(fā)的初始階段，研究人員就預(yù)言這種ZnO納米激光器容易制作、亮度高、體積小，性能等同甚至優(yōu)于GaN藍(lán)光激光器。由于能制作高密度納米線陣列，所以，ZnO納米激光器可以進(jìn)入許多今天的GaAs器件不可能涉及的應(yīng)用領(lǐng)域。為了生長這種激光器，ZnO納米線要用催化外延晶體生長的氣相輸運(yùn)法合成。首先，在藍(lán)寶石襯底上涂敷一層1nm~3.5nm厚的金膜，然后把它放到一個氧化鋁舟上，將材料和襯底在氨氣流中加熱到880℃~905℃，產(chǎn)生Zn蒸汽，再將Zn蒸汽輸運(yùn)到襯底上，在2min~10min的生長過程內(nèi)生成截面積為六邊形的2μm~10μm的納米線。研究人員發(fā)現(xiàn)，ZnO納米線形成天然的激光腔，其直徑為20nm~150nm，其大部分（95％）直徑在70nm~100nm。為了研究納米線的受激發(fā)射，研究人員用Nd:YAG激光器（266nm波長，3ns脈寬）的四次諧波輸出在溫室下對樣品進(jìn)行光泵浦。在發(fā)射光譜演變期間，光隨泵浦功率的增大而激射，當(dāng)激射超過ZnO納米線的閾值（約為40kW／cm）時(shí)，發(fā)射光譜中會出現(xiàn)最高點(diǎn)，這些最高點(diǎn)的線寬小于0.3nm，比閾值以下自發(fā)射頂點(diǎn)的線寬小1/50以上。這些窄的線寬及發(fā)射強(qiáng)度的迅速提高使研究人員得出結(jié)論：受激發(fā)射的確發(fā)生在這些納米線中。因此，這種納米線陣列可以作為天然的諧振腔，進(jìn)而成為理想的微型激光光源。研究人員相信，這種短波長納米激光器可應(yīng)用在光計(jì)算、信息存儲和納米分析儀等領(lǐng)域中。

3量子阱激光器

2010年前后，蝕刻在半導(dǎo)體片上的線路寬度將達(dá)到100nm以下，在電路中移動的將只有少數(shù)幾個電子，一個電子的增加和減少都會給電路的運(yùn)行造成很大影響。為了解決這一問題，量子阱激光器就誕生了。在量子力學(xué)中，把能夠?qū)﹄娮拥倪\(yùn)動產(chǎn)生約束并使其量子化的勢場稱之成為量子阱。而利用這種量子約束在半導(dǎo)體激光器的有源層中形成量子能級，使能級之間的電子躍遷支配激光器的受激輻射，這就是量子阱激光器。目前，量子阱激光器有兩種類型：量子線激光器和量子點(diǎn)激光器。

3.1量子線激光器

近日，科學(xué)家研制出功率比傳統(tǒng)激光器大1000倍的量子線激光器，從而向創(chuàng)造速度更快的計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備邁進(jìn)了一大步。這種激光器可以提高音頻、視頻、因特網(wǎng)及其他采用光纖網(wǎng)絡(luò)的通信方式的速度，它是由來自耶魯大學(xué)、位于新澤西洲的朗訊科技公司貝爾實(shí)驗(yàn)室及德國德累斯頓馬克斯·普朗克物理研究所的科學(xué)家們共同研制的。這些較高功率的激光器會減少對昂貴的中繼器的要求，因?yàn)檫@些中繼器在通信線路中每隔80km（50mile）安裝一個，再次產(chǎn)生激光脈沖，脈沖在光纖中傳播時(shí)強(qiáng)度會減弱（中繼器）。

3.2量子點(diǎn)激光器

由直徑小于20nm的一堆物質(zhì)構(gòu)成或者相當(dāng)于60個硅原子排成一串的長度的量子點(diǎn)，可以控制非常小的電子群的運(yùn)動而不與量子效應(yīng)沖突。科學(xué)家們希望用量子點(diǎn)代替量子線獲得更大的收獲，但是，研究人員已制成的量子點(diǎn)激光器卻不盡人意。原因是多方面的，包括制造一些大小幾乎完全相同的電子群有困難。大多數(shù)量子裝置要在極低的溫度條件下工作，甚至微小的熱量也會使電子變得難以控制，并且陷入量子效應(yīng)的困境。但是，通過改變材料使量子點(diǎn)能夠更牢地約束電子，日本電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的松本和斯坦福大學(xué)的詹姆斯和哈里斯等少數(shù)幾位工程師最近已制成可在室溫下工作的單電子晶體管。但很多問題仍有待解決，開關(guān)速度不高，偶然的電能容易使單個電子脫離預(yù)定的路線。因此，大多數(shù)科學(xué)家正在努力研制全新的方法，而不是仿照目前的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)量子裝置。

4微腔激光器

微腔激光器是當(dāng)代半導(dǎo)體研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一，它采用了現(xiàn)代超精細(xì)加工技術(shù)和超薄材料加工技術(shù)，具有高集成度、低噪聲的特點(diǎn)，其功耗低的特點(diǎn)尤為顯著，100萬個激光器同時(shí)工作，功耗只有5W。

該激光器主要的類型就是微碟激光器，即一種形如碟型的微腔激光器，最早由貝爾實(shí)驗(yàn)室開發(fā)成功。其內(nèi)部為采用先進(jìn)的蝕刻工藝蝕刻出的直徑只有幾微米、厚度只有100nm的極薄的微型園碟，園碟的周圍是空氣，下面靠一個微小的底座支撐。由于半導(dǎo)體和空氣的折射率相差很大，微碟內(nèi)產(chǎn)生的光在此結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)射，直到所產(chǎn)生的光波積累足夠多的能量后沿著它的邊緣折射，這種激光器的工作效率很高、能量閾值很低，工作時(shí)只需大約100μA的電流。

長春光學(xué)精密機(jī)械學(xué)院高功率半導(dǎo)體激光國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和中國科學(xué)院北京半導(dǎo)體研究所從經(jīng)典量子電動力學(xué)理論出發(fā)研究了微碟激光器的工作原理，采用光刻、反應(yīng)離子刻蝕和選擇化學(xué)腐蝕等微細(xì)加工技術(shù)制備出直徑為9.5μm、低溫光抽運(yùn)InGaAs／InGaAsP多量子阱碟狀微腔激光器。它在光通訊、光互聯(lián)和光信息處理等方面有著很好的應(yīng)用前景，可用作信息高速公路中最理想的光源。

微腔光子技術(shù)，如微腔探測器、微腔諧振器、微腔光晶體管、微腔放大器及其集成技術(shù)研究的突破，可使超大規(guī)模集成光子回路成為現(xiàn)實(shí)。因此，包括美國在內(nèi)的一些發(fā)達(dá)國家都在微腔激光器的研究方面投人大量的人力和物力。長春光機(jī)與物理所的科技人員打破常規(guī)，用光刻方法實(shí)現(xiàn)了碟型微腔激光器件的圖形轉(zhuǎn)移，用濕法及干法刻蝕技術(shù)制作出碟型微腔結(jié)構(gòu)，在國內(nèi)首次研制出直徑分別為8μm、4.5μm和2μm的光泵浦InGaAs／InGaAsP微碟激光器。其中，2μm直徑的微碟激光器在77K溫度下的激射闊值功率為5μW，是目前國際上報(bào)道中的最好水平。此外，他們還在國內(nèi)首次研制出激射波長為1.55μm，激射閾值電流為2.3mA，在77K下激射直徑為10μm的電泵浦InGaAs／InGaAsP微碟激光器以及國際上首個帶有引出電極結(jié)構(gòu)的電泵浦微柱激光器。值得一提的是，這種微碟激光器具有高集成度、低閾值、低功耗、低噪聲、極高的響應(yīng)、可動態(tài)模式工作等優(yōu)點(diǎn)，在光通信、光互連、光信息處理等方面的應(yīng)用前景廣闊，可用于大規(guī)模光子器件集成光路，并可與光纖通信網(wǎng)絡(luò)和大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路匹配，組成光電子信息集成網(wǎng)絡(luò)，是當(dāng)代信息高速公路技術(shù)中最理想的光源；同時(shí)，可以和其他光電子元件實(shí)現(xiàn)單元集成，用于邏輯運(yùn)算、光網(wǎng)絡(luò)中的光互連等。

5新型納米激光器

篇（6）

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(xué)和集成光學(xué)的研究和開發(fā)。他2005年到敦提大學(xué)（Dundee University）工作，組建了一個光子學(xué)和納米科學(xué)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(xiàng)專利。他當(dāng)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(jié)構(gòu)，非線性光學(xué)和生物光子學(xué)。

篇（7）

中圖分類號：TN918 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（a）-0007-02

Abstract：For the traditional satellite navigation and global positioning system， the positioning accuracy is limited by the energy and bandwidth of electromagnetic pulses. With the development of quantum mechanics， laser pulses are used to replace the electromagnetic pulse signal and realize a high positioning precision approximating the physical limits because of their quantum entanglement properties， which is named as“quantum positioning system”. To describe the basic principle and characteristics of the quantum positioning advantages， while its key technologies and the broad application prospect in the future are analyzed as well.

Key Words：Quantum Positioning；quantum entanglement；Hong-Ou-Mandel interference

衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)以天基人造衛(wèi)星為基本平臺，能夠?yàn)槿蚝！㈥憽⒖铡⑻旄黝愜娒裼幂d體提供全天候、二十四小時(shí)連續(xù)不間斷的高精度三維位置、速度和時(shí)間信息。目前技術(shù)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，包括美國的全球定位系統(tǒng)（Global Position System，GPS），歐洲導(dǎo)航定位衛(wèi)星系統(tǒng)，我國的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于交通導(dǎo)航、衛(wèi)星授時(shí)應(yīng)用、應(yīng)急指揮、民用水情測報(bào)服務(wù)等，發(fā)揮了非常重要的作用。

雖然GPS在導(dǎo)航定位領(lǐng)域獲得了前所未有的成功，但仍然存在以下幾個方面的問題。

（1）定位精度仍然不夠高，系統(tǒng)體制仍存在著物理極限。因?yàn)镚PS定位的原理是通過重復(fù)地向空間發(fā)射電磁波信號，檢測電磁波到達(dá)待測點(diǎn)的時(shí)間延遲來實(shí)現(xiàn)的，這種以經(jīng)典物理學(xué)為基礎(chǔ)的方法受到所能實(shí)現(xiàn)的可利用功率及帶寬的限制，其測量精度很難獲得進(jìn)一步的提高。此外，電磁波信號受到電離層和對流層的干擾，特別在城市、山區(qū)等復(fù)雜自然環(huán)境下，由于高層建筑、樹木等對信號的影響，會導(dǎo)致信號的非直線傳播，從而使得不同環(huán)境下的導(dǎo)航效果具有比較大的差異。

（2）保密性較差，美國斯坦福大學(xué)設(shè)立有一個專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，主要截獲并分析全球所有的衛(wèi)星信號，華裔學(xué)者Grace Xingxin Gao在2008年的博士論文《Towards navigation based on 120 satellites： analyzing the new signals》，較為詳細(xì)地闡述了衛(wèi)星信號的跟蹤與破譯方法，雖然不能確信是否能夠破譯所有的偽隨機(jī)碼，但至少是可以部分破譯的。

（3）抗干擾能力差，與其他傳感器系統(tǒng)相比，GPS信號強(qiáng)度很弱，因此更加容易受到電磁干擾，使基于GPS的導(dǎo)航系統(tǒng)存在穩(wěn)定性漏洞。

由于存在著這些缺陷，美國投入巨資完善并發(fā)展GPS系統(tǒng)。基于量子技術(shù)的量子定位系統(tǒng)（Quantum Positioning System， QPS）作為一種定位精度高、保密性能強(qiáng)的導(dǎo)航定位技術(shù)，就是其發(fā)展重點(diǎn)之一。量子定位的概念最先是由美國麻省理工學(xué)院研究人員于2001年提出，其與傳統(tǒng)定位系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別在于所采用信號的不同。傳統(tǒng)定位如GPS系統(tǒng)采用的是基于重復(fù)發(fā)送電磁波脈沖測量信號達(dá)到時(shí)間，通過計(jì)算得到距離信息，而量子定位系統(tǒng)采用的是具有量子特性的光子脈沖。利用光子的微觀量子特性，如量子糾纏和量子壓縮態(tài)，量子定位系統(tǒng)就能夠超越經(jīng)典測量中能量、帶寬和精度的限制，精度可接近海森堡測不準(zhǔn)原理所限定的物理極限。

1 量子定位技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)

1.1 量子定位系統(tǒng)的原理

量子定位技術(shù)利用具有量子特性的激光脈沖，取代傳統(tǒng)GPS的微波信號來實(shí)現(xiàn)精確定位。區(qū)別于微波信號的長波長波束覆蓋寬，激光的波長很短指向性很高，衛(wèi)星與用戶間的傳統(tǒng)同步方法不再適用。因此量子定位系統(tǒng)的定位不應(yīng)是取代現(xiàn)有GPS，而是與GPS相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)安全高精度的定位目的。通過對量子定位技術(shù)原理的研究與優(yōu)選，提出具有實(shí)用性的量子定位系統(tǒng)體系架構(gòu)以及面向用戶的應(yīng)用模式，才能將量子定位系統(tǒng)推廣應(yīng)用。

量子定位系統(tǒng)由量子糾纏態(tài)光源、HOM干涉測量部分以及系統(tǒng)控制部分組成，其基本原理與關(guān)鍵特性如下。

（1）高性能量子糾纏態(tài)光源。在光與非線性晶體相互作用的過程中，能夠產(chǎn)生一種非線性光學(xué)效應(yīng)，這種效應(yīng)一對低頻率光子具有很強(qiáng)的量子糾纏、關(guān)聯(lián)和非定域特性，可實(shí)現(xiàn)時(shí)間和空間上的高精度測量。作為光源，光子糾纏態(tài)的糾纏純度、退相干時(shí)間對系統(tǒng)性能將產(chǎn)生巨大的影響。

（2）高穩(wěn)定HOM干涉測量與處理。在量子力學(xué)的Hong-Ou-Mandel（HOM）干涉中，由于雙光子的糾纏特性，干涉是不可區(qū)分的雙光子整體態(tài)。當(dāng)兩個光子在時(shí)域上同時(shí)到達(dá)分束片上時(shí)，雙光子態(tài)不可區(qū)分，此時(shí)干涉出現(xiàn)，兩個探測器的計(jì)數(shù)出現(xiàn)強(qiáng)的反關(guān)聯(lián)。反之，當(dāng)我們改變一條鏈路中的延時(shí)，致使復(fù)合計(jì)數(shù)出現(xiàn)強(qiáng)的反關(guān)聯(lián)時(shí)，即可知道此時(shí)兩個光子在時(shí)域上不可區(qū)分。這正是利用HOM干涉實(shí)現(xiàn)量子定位系統(tǒng)的基本原理。

（3）高精度ATP與時(shí)間同步技術(shù)：在單組基線的系統(tǒng)中，需通過改變可控反射模塊來實(shí)現(xiàn)基線與待測點(diǎn)r0之間建立穩(wěn)定的光鏈路。二者的精確指向?qū)⒂绊懙阶罱K定位的精度，因此對反射模塊的反射角度需要進(jìn)行反饋控制。在利用參考光實(shí)現(xiàn)對于待測點(diǎn)ATP（獲取、跟蹤、瞄準(zhǔn)）之后，定位過程將通過精密調(diào)整延時(shí)并觀測探測器的復(fù)合計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)。

1.2 量子定位系統(tǒng)與量子保密通信的結(jié)合技術(shù)

原理上，量子定位系統(tǒng)與量子保密通信都是基于量子糾纏態(tài)的分發(fā)與后處理。因此，在同一套系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)兩種功能具有可行性。研究在量子定位過程中引入量子保密通信的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對交互信息的保密處理，提高量子定位系統(tǒng)的安全性。兩者相結(jié)合，能夠充分發(fā)揮量子定位系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢的方法，能有效提升量子定位的使用程度，是未來量子定位系統(tǒng)的一個應(yīng)用方向。

1.3 大氣、重力場環(huán)境的干擾校正技術(shù)

與GPS類似，為了實(shí)現(xiàn)寬覆蓋、全天候工作，星載平臺將是未來量子定位系統(tǒng)走向?qū)嵱没淖罴哑脚_。對于LEO低軌衛(wèi)星等自由空間傳輸?shù)男堑劓溌范裕髿獾膿p耗、湍流、散射，重力場對于授時(shí)的影響都是系統(tǒng)中必須考慮的因素，必須通過對環(huán)境的建模與仿真，分析對信息傳輸鏈路的影響，以實(shí)現(xiàn)量子定位系統(tǒng)的校正。

2 量子定位技術(shù)的發(fā)展前景

量子定位技術(shù)作為一種不同于傳統(tǒng)GPS的新型精確定位技術(shù)，是量子光學(xué)和通信導(dǎo)航技術(shù)相融合的典范。這項(xiàng)技術(shù)的深入研究，能為下一代高精度導(dǎo)航系統(tǒng)提供量子水平的定位精度。特別是在以下兩個方面。

（1）量子定位系統(tǒng)技術(shù)理論和工程實(shí)現(xiàn)將促進(jìn)電子信息系統(tǒng)進(jìn)入量子時(shí)代。

隨著信息化社會的發(fā)展，未來將逐步進(jìn)入量子的時(shí)代。在量子領(lǐng)域的實(shí)用化進(jìn)程中，高性能、大規(guī)模的量子設(shè)備（如星地量子保密通信、量子計(jì)算處理芯片、高性能糾纏源）已逐步面世。這也為量子定位技術(shù)逐步實(shí)用化提供了良好的基礎(chǔ)。

（2）量子定位系統(tǒng)與量子密碼技術(shù)的結(jié)合是未來實(shí)用化的最佳途徑。

篇（8）

2016年三位教師“感動中國”

支月英

19歲的南昌姑娘不顧家人反對，只身離家堅(jiān)守深山36載

學(xué)校：江西奉新泥洋小學(xué)教師

頒獎詞：芳蘭振蕙葉

你跋涉了許多路，總是圍繞著大山；吃了很多苦，但給孩子們的都是甜。堅(jiān)守才有希望，這是你的信念。36年，絢爛了兩代人的童年，花白了你的麻花辮。

堅(jiān)守深山36載的鄉(xiāng)村教師

1980年江西奉新縣邊遠(yuǎn)山村教師奇缺，19歲的南昌姑娘支月英不顧家人反對，只身到離家兩百多公里、海拔近千米且路不通的泥洋小學(xué)教書，成為一名深山女教師。

“山里的孩子們與外界接觸很少，掌握知識是他們走出大山的希望。” 這是支撐支月英留守深山的精神支柱。為了讓山村孩子也能享受到好的教育，她堅(jiān)守深山36載。

這些年，各級領(lǐng)導(dǎo)去看望她，多次提出給她調(diào)換工作，但她都婉言謝絕。

2012年，比泥洋小學(xué)更偏遠(yuǎn)的白洋教學(xué)點(diǎn)學(xué)生家長，聯(lián)名要求支月英老師去白洋任教。她毫不猶豫地答應(yīng)了，成了這個教學(xué)點(diǎn)第一位公辦教師。

別的教師都是往山外走，可她卻往深山里去，家里人很不理解，擔(dān)心她的身體。但是支月英認(rèn)為，“山里需要我！總要有人做出犧牲，為什么不能是我呢？”

在山區(qū)從教數(shù)十年，支月英也落下了一身病：一只眼睛幾乎看不見，一只耳朵的聽力衰弱嚴(yán)重，嗓子經(jīng)常痛得發(fā)不出聲。另外，甲減和糖尿病讓她每天不離藥。

已到了法定的退休年齡，支老師的去留一直是村民最關(guān)心的問題。可支月英似乎還沒把退休提上議事日程，她放不下山里的孩子，擔(dān)心沒有新的老師愿意來。

歲月如梭，支月英以36年的愛與執(zhí)著，以培育深山兩代人的實(shí)際行動，譜寫了一名人民教師的光榮詩篇。2016年，她被評為感動中國人物，為老師的堅(jiān)守點(diǎn)贊！

郭小平

醫(yī)院院長的“愛心小課堂”，終為艾滋病患兒撐起一片天

學(xué)校：臨汾紅絲帶學(xué)校

頒獎詞：暖帶入春風(fēng)

瘦弱的孩子需要關(guān)愛，這間病房改成的教室，是溫暖的避難所。你用12年艱辛，呵護(hù)孩子，也融化人心，郭校長，你是風(fēng)雨中張開羽翼的強(qiáng)者。

“愛心小課堂”終成“紅絲帶學(xué)校”

2004年，山西臨汾第三人民醫(yī)院院長郭小平見艾滋病區(qū)幾個孩子到年齡卻沒法上學(xué)，便辦起“愛心小課堂”，在這些孩子接受治療的同時(shí)，能夠讓他們學(xué)習(xí)知識。

后在各界支持下，臨汾紅絲帶學(xué)校掛牌成立。建學(xué)校讓郭小平飽受爭議，但他仍堅(jiān)持，說只愿有一天艾滋患兒能到正常學(xué)校上學(xué)！

漸漸地，這所特殊的小學(xué)引起了社會各界的關(guān)注，省、市相關(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)多次來看望慰問住院治療的患者和孩子們，學(xué)校也建起了綜合教學(xué)樓，治療條件和教學(xué)條件都大為改觀。

在郭小平6年的堅(jiān)持和努力下，2011年，臨汾紅絲帶學(xué)校正式掛牌成立，納入國民教育系列。 “紅絲帶學(xué)校”身份終于合法化，郭小平多年的愿望終于實(shí)現(xiàn)。

這里目前生活著33個年齡不同的孩子，因?yàn)楦腥景滩。麄兪チ烁改浮⒂H人，也因?yàn)閿y帶艾滋病毒，他們在誤解和歧視中被迫離開家鄉(xiāng)。

為艾滋病孩子辦學(xué)校，有人說好，有人說不好，在爭議中，靠著一腔熱血，以及對感染艾滋病孩子不離不棄的信念，郭小平用自己瘦弱的身軀為這些孩子們營造了一個溫暖的家。

醫(yī)療技術(shù)逐漸發(fā)展，但是人們的意識還沒有完全跟上，對于艾滋病的歧視依舊在我們身邊蔓延。為艾滋患兒建學(xué)校讓郭小平飽受爭議，但是總有人要去面對、去帶領(lǐng)，他說只愿有一天艾滋患兒能到正常學(xué)校上學(xué)。

潘建偉

在世界最前排和宇宙對話，世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號”首席科學(xué)家

學(xué)校：中國科技大學(xué)

頒獎詞：曙色滿東方

嗅每一片落葉的味道，對世界保持著孩童般的好奇。只是和科學(xué)糾纏，保持與名利的距離。站在世界的最前排，和宇宙對話，以先賢的名義，做前無古人的事業(yè)。

他的夢想是在中國建一個世界一流的量子物理實(shí)驗(yàn)室

在奧地利留學(xué)時(shí)，潘建偉告訴導(dǎo)師，他的夢想是在中國建一個世界一流的量子物理實(shí)驗(yàn)室。

1997年以來，潘建偉在世界上系統(tǒng)地開創(chuàng)了量子通信的實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域，在量子信息論和量子基礎(chǔ)研究領(lǐng)域取得突出的、具有國際廣泛影響的成果。

1998年潘建偉與愛因斯坦等21位世界著名科學(xué)家的論文一道入選了《自然》雜志物理學(xué)百年經(jīng)典。

熱愛祖國，獻(xiàn)身科學(xué)。盡管國外很多科研機(jī)構(gòu)極力挽留，但潘建偉像錢學(xué)森、嚴(yán)濟(jì)慈、郭永懷等前輩一樣克服困難毅然回國。2000年他回到中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)。潘建偉說：“我只有一個單純的身份，那就是中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授。”

2016年8月16日，中國自主研制的世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號”成功l射，它在世界上首次實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面間的量子通信，該項(xiàng)目首席科學(xué)家正是潘建偉。

潘建偉除了擔(dān)負(fù)國家量子信息所研究工作外還是博導(dǎo)，他認(rèn)為，科研和教學(xué)最大的不同是科研需要創(chuàng)新，保持在國際市場爭第一。但教學(xué)是把自己所學(xué)的東西和體會傳授給學(xué)生。

教學(xué)過程中，他注重學(xué)生創(chuàng)造力的培養(yǎng)，善于用淺顯的語言講授復(fù)雜的知識，他說：“學(xué)生了解越深刻，創(chuàng)造力越提升，我就會覺得非常高興。這種高興跟做出了一個很好的實(shí)驗(yàn)工作是完全一樣的。培養(yǎng)學(xué)生對永久增加科研動力非常重要。”

為什么年年都有教師入選感動中國年度人物

回顧歷年感動中國，幾乎每年都有老師的身影，他們大多來自一線，大多默默無聞，但他們還是用自己的行動感動了中國。

為什么年年都有老師感動中國？為什么老師最容易感動中國？這背后體現(xiàn)了教師這個職業(yè)哪些特點(diǎn)和光榮？小編這就帶您來盤一盤他們的“感動點(diǎn)”在哪里！

1希望

他感動中國，因?yàn)榻o人以希望

2015年感動中國年度十大人物：“化緣校長” 莫振高用自己微薄的工資資助近300名貧困生，為了讓學(xué)生順利進(jìn)入大學(xué)，他還不惜一切到企業(yè)、工地為貧困學(xué)子“化緣”。近10年來，莫振高先后籌集3000多萬元善款，資助1.8萬名貧困生圓了大學(xué)夢。

2009年感動中國年度十大人物：“80后”教師李靈，自籌經(jīng)費(fèi)在家鄉(xiāng)周口淮陽許灣鄉(xiāng)創(chuàng)辦希望小學(xué)，李靈為建學(xué)校已挪用家中20萬元，并欠下8萬元外債，她用微薄的身軀挑起孩子沉甸甸的夢想。

2008年感動中國年度十大人物：從漢族地區(qū)來的李桂林、陸建芬夫妻在梁山北部峽谷絕壁上的彝寨扎根18年，把知識的種子播種在彝寨，為村民走出彝寨架起“云梯”。

探因：他們在最崎嶇的路上點(diǎn)亮了知識的火把，照亮學(xué)生的前程

教師，從來都是一個充滿希望的稱呼――教書育人，以為人師。

無論是“化緣校長”莫振高，“80后”教師李靈，還是李桂林、陸建芬夫婦，他們都在最崎嶇的路上點(diǎn)亮了知識的火把，照亮學(xué)生的前程，給予學(xué)生最溫暖的希望。每一個希望的接受者也終究會成為希望的傳播者，一個又一個、一代又一代。教師傳播的希望種子所到之處遍地開花。

2堅(jiān)守

他們感動中國，因?yàn)樗麄円恢痹谀抢?/p>

2013年感動中國年度十大人物：格桑德從河北師范大學(xué)畢業(yè)后回到墨脫從事教學(xué)工作，為了勸學(xué)、為了孩子不停課、為了學(xué)生安全回家，她常常在滿是泥石流、山體滑坡的道路上頻繁往返。因?yàn)閳?jiān)守在大山深處的工作崗位，她常年不回家，連女兒都難見上幾面。

2016年感動中國年度十大人物：為了讓山村孩子也能享受到好的教育，支月英堅(jiān)守深山36載。從最初的“支姐姐”，到后來的“支媽媽”，再到現(xiàn)在的“支奶奶”。她用自己的默默堅(jiān)守絢爛大山幾代人的童年。

探因：為學(xué)生辛勞、為教育奔走，幾十年如一日，個中辛酸誰人知

為學(xué)生辛勞、為教育奔走，幾十年如一日，需要的是恒心，付出的是心血。這些老師有著蒼翠挺拔的骨干、有著迷人傲骨的風(fēng)姿。他們的身上是沉甸甸的責(zé)任感，負(fù)重行走慢慢長路，營造一片天地成就學(xué)生的歲月靜好。

3舍棄

他們感動中國，因?yàn)樗麄優(yōu)榻逃艞壍挠職?/p>

2014年感動中國年度十大人物：外交官朱敏才和妻子孫麗娜，得知家鄉(xiāng)師資嚴(yán)重缺乏，退休后放棄在北京悠閑自在的生活，去山區(qū)義務(wù)支教。他們義務(wù)支教不拿一份報(bào)酬還積極為學(xué)校爭取各界的支持和幫助，使山寨的學(xué)校面貌煥然一新。

2011年感動中國年度十大人物：云胡忠、謝曉君離開蒼老的父母，離開成都的學(xué)校，離開物質(zhì)豐富的城市生活，帶著3歲的女兒到四川藏區(qū)福利學(xué)校支教。

探因：他們放棄的只是外物，攀得的是精神的家園

或許有人說，人往高處走，水往低處流，這些拋棄舒適生活的老師太傻太傻。但殊不知，他們放棄的只是外物，攀得的是精神的家園。

為了教育，為了孩子，他們能夠舍得，這便值得我們?yōu)橹c(diǎn)贊。

4大愛

他們感動中國，因?yàn)殛P(guān)鍵時(shí)刻做出了心的選擇

2012年感動中國年度十大人物：停在路邊的客車猛地向?qū)W生沖過來，張麗莉老師在危急時(shí)刻，向前一撲，將車前嚇傻的學(xué)生用力推到一邊，自己卻被無情的車輪碾壓，導(dǎo)致雙腿高位截肢。

2010年感動中國年度十大人物：5名幼童在房間里嬉戲誤用打火機(jī)不慎著火，王茂華老師和岳父譚良才得知火情之后，奮不顧身地?cái)?shù)次沖進(jìn)火海，成功救出5名孩子，卻被嚴(yán)重?zé)齻?/p>

探因：他們滿懷無私無畏的大愛，在危急中綻放出耀眼奪目的生命之光

都說，人在瞬間的反應(yīng)直指內(nèi)心，這是一個人下意識的反應(yīng)。無論是張麗莉老師還是王茂華老師和岳父，他們都做出了心的選擇。他們滿懷無私無畏的大愛，在危急剎那間如化繭成蝶般綻放出了耀眼奪目的生命之光。

5使命感

他們感動中國，因?yàn)樗麄兪冀K放不下自己的那樁使命

2007年感動中國年度十大人物：入伍20多年來，方永剛先后出版16部政治理論專著，完成10項(xiàng)國家和軍隊(duì)重點(diǎn)科研項(xiàng)目，被譽(yù)為“平民教授”“大眾學(xué)者”和“科普專家”。他躺在病床上完成了對3名研究生的學(xué)期教學(xué)和畢業(yè)論文寫作輔導(dǎo)任務(wù)。

2016年感動中國年度十大人物：熱愛祖國，獻(xiàn)身科學(xué)。潘建偉留學(xué)后毅然回到祖國，成為國內(nèi)開辟量子信息實(shí)驗(yàn)學(xué)科的先驅(qū)之一。2016年中國自主研制的世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號”成功發(fā)射，它在世界上首次實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面間的量子通信，該項(xiàng)目首席科學(xué)家正是潘建偉。

篇（9）

(1)現(xiàn)代通信技術(shù)，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(wǎng)絡(luò)技術(shù)，包括軟件定義網(wǎng)絡(luò)、認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)、下一代互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、移動自組織網(wǎng)、空間信息網(wǎng)絡(luò)、軍事通信網(wǎng)絡(luò)等。(3)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)、包括信息加密、安全協(xié)議、安全認(rèn)證、檢測預(yù)警、可信網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)攻擊與防范、云計(jì)算與大數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)隱私與保護(hù)等。

征稿要求

篇（10）

1半導(dǎo)體激光

十分引人注目的是半導(dǎo)體激光器件研究方面的成果。其中有關(guān)新材料及其處理過程,器件工作物理機(jī)制,器件的設(shè)計(jì)思想,器件工作向短波段的延拓等,都有很大的發(fā)展。光子帶隙、半導(dǎo)體量子電子學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)研究逐步使量子阱異質(zhì)結(jié)激光器邁向?qū)嵱秒A段,并導(dǎo)致光學(xué)和光電子學(xué)用的量子阱器件以及超短脈沖半導(dǎo)體激光器和高速光探測器件的迅速發(fā)展。這對推動高速通訊的發(fā)展是十分重要的。垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)的功率轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)高于50%,闌值電流200拼A,工作體積7只7(拜m)2;半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)材料已經(jīng)可以制作出微腔激光器。一個10nm的腔體可產(chǎn)生1000nm波長的窄頻帶輻射。可見區(qū),特別是藍(lán)綠波段半導(dǎo)體激光器研制令人鼓舞,一旦進(jìn)入實(shí)用階段,勢必劇烈改變小功率可見區(qū)激光器銷售市場的狀況,并將大大擴(kuò)展激光在科技和生活領(lǐng)域的使用范圍。長波可見段630nm,650nm和670nm的紅色激光二極管(LD)制作成本較前兩年已大大下降。目前可以預(yù)感到:在激光顯示、激光準(zhǔn)直、激光印刷、激光醫(yī)學(xué)生物學(xué)應(yīng)用等方面,半導(dǎo)體紅光激光二極管將會迅速占領(lǐng)氦氖激光器的原有市場,取而代之。與此有關(guān)的藍(lán)色發(fā)光二極管(LED)已開始以遠(yuǎn)較紅、黃、綠色發(fā)光二極管高昂的價(jià)格投放市場(隨著技術(shù)改進(jìn),將很快降低成本),形成了大型彩色顯示屏幕蓬勃發(fā)展態(tài)勢。在半導(dǎo)體激光領(lǐng)域,近年備受關(guān)注且影響著該領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展的課題是半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)和微腔以及在這類器件中的相干現(xiàn)象的研究。

2固體激光

迅速發(fā)展的另一領(lǐng)域是固體激光器。近兩年,明顯看到:纖維激光和波導(dǎo)固體激光,可調(diào)諧固態(tài)激光,特別是用半導(dǎo)體激光二極管陣列泵浦的“全固態(tài)化”固體激光器的實(shí)用化,將可以達(dá)到許多目的:相對廉價(jià)、穩(wěn)定性好、壽命長、波長可調(diào)諧范圍寬、脈沖寬度窄,還可以具有優(yōu)良的空間分布光束質(zhì)量等。因此,具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。它已開始取代優(yōu)質(zhì)、高功率的氣體激光器,用于微束打印和數(shù)據(jù)存儲。尤其值得一提的是:“全固態(tài)化”的欽寶石激光器,在連續(xù)操作時(shí).波長可調(diào)諧范圍甚寬(從600~1100nm),功率很易達(dá)到瓦級水平。在鎖模脈沖運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),可以產(chǎn)生自鎖模,脈寬達(dá)數(shù)十飛鈔,平均功率已達(dá)瓦級。如此一來,再配合非線性頻率變換辦法,可以把激光波段擴(kuò)展到很大的范圍。再加這類激光器的裝里有牢靠、調(diào)節(jié)簡便的優(yōu)點(diǎn),可以做成車載、機(jī)載系統(tǒng)。顯然,在不遠(yuǎn)的將來,有可能由它淘汰染料激光。

3非線性光學(xué)

非線性光學(xué)領(lǐng)域的論文最為吸引人的是一些新的無機(jī)或有機(jī)光學(xué)材料的誕生和應(yīng)用。目前從紫外到中紅外的實(shí)用的光學(xué)參童振蕩器已商品化。此外,與高速信息公路有關(guān)的孤子激光產(chǎn)生和傳翰問題,其成果已陸續(xù)投人實(shí)際使用。

4超短超快激光

會議中研討的一個特殊領(lǐng)域是超短脈沖激光的產(chǎn)生與測量及其在電子學(xué)、醫(yī)學(xué)、成象和超快過程控制方面的應(yīng)用。欽寶石的鎖模飛秒激光裝置以及光纖激光器的鎖模是與當(dāng)前研究超短光脈沖發(fā)生技術(shù)的熱點(diǎn)。其中有關(guān)的機(jī)理與技術(shù)已趨成熟,將會很快開辟通信、化學(xué)、生物學(xué)的應(yīng)用。

5激光生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用

篇（11）

關(guān)鍵詞：液晶電視；定標(biāo)器；固件；微處理器

中圖分類號：TN949.192文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

Study and Implementation on LCD Television Set

CHEN Wei-dong

(China Greatwall Computer Shenzhen Co.,Ltd., Shenzhen 518108)

Abstract: This paper is to proposed to establishes a unified inputer driver model, processes the input signal come from the different hardware signal path and device. We have implemented the design of main circuit structure and MCU software of the LCD TV set.This paper proposes some image processingalgorithm. Studied and develops the LCD TV set related function and to implemented it, including signal format, image processing, audio design, software development, communication and white balance adjustment and so on.

Keywords:LCD TV; scaler;firmware;microprocessor

引言

液晶電視接收機(jī)是近幾年來電視行業(yè)中出現(xiàn)的新產(chǎn)品，采用半導(dǎo)體技術(shù)研制而成，它有別于傳統(tǒng)的CRT(陰極射象管)電視。產(chǎn)品應(yīng)用現(xiàn)代高新科技技術(shù)，是集顯示器、電視功能于一體的電子消費(fèi)產(chǎn)品。采用高清晰度、高亮度、高對比度的動態(tài)液晶顯示屏，高保真度的音頻處理技術(shù)，能欣賞到原汁原味的影視圖像和聲音。整機(jī)線路均選用低功耗，高集成度，品質(zhì)優(yōu)良的集成電子線路和電子器件設(shè)計(jì)，具有新穎獨(dú)特的外觀造型，真正的高性價(jià)比、用戶滿意的環(huán)保綠色產(chǎn)品。

1各模塊結(jié)構(gòu)及算法

液晶電視接收機(jī)的功能模塊包括交流-直流轉(zhuǎn)換電源、主電路板、升壓板、按鍵板、背光燈、液晶顯示屏。主電路板由調(diào)諧器、視頻處理器、音頻處理器、圖象處理器、圖象數(shù)據(jù)緩沖器SDRAM、MCU、閃速存儲器、調(diào)整數(shù)據(jù)存儲器EEPROM、復(fù)位電路、USB接口、USB處理器、S端子，AV端子、HDMI端子，SCART，YPbPr復(fù)合端子。液晶顯示屏顯示輸出的圖象，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)由驅(qū)動芯片、源數(shù)據(jù)芯片、時(shí)序控制器、液晶陣列、偏光板等部件構(gòu)成。

1.1 中頻（IF）補(bǔ)償

由于信號在空中傳播，或者出現(xiàn)音調(diào)不和諧的情況，必需對色彩載波中的高頻衰減或不對稱進(jìn)行補(bǔ)償。IF補(bǔ)償有4種可能的設(shè)置：

平坦（沒有補(bǔ)償）、6dB/八度音階、12dB/八度音階、20dB/MHz

最后一個設(shè)置對于高頻有一個很大的推進(jìn)。它是提供給SECAM信號，使用原來是PAL標(biāo)準(zhǔn)專用的鋸齒濾波器譯碼的。

1.2矩陣運(yùn)算

通過以下的矩陣操作，RGB信號被轉(zhuǎn)換成YcrCb格式：

Y=0.299R+0.587G+0.114B

（R Y）=0.701R+0.587G+0.114B

（B Y）=0.299R+0.587G+0.886B

1.3 軟件混合器

在自動延遲匹配之后，混合信號和向上采樣主視頻信號被匯集到一個唯一的YcrCb通道，通過一個通用的4：4：4的軟件混合器來完成。

軟件混合器電路采用以下算法，提供一個混合因子k(0..64)給一個高質(zhì)量的信號混合器達(dá)到輸出功能：

YcrCb_mix=(k*YcrCb_main+(64-k)*

YcrCb_cip)/64

1.4 計(jì)算垂直和東西方偏轉(zhuǎn)系數(shù)

查表可得到計(jì)算偏轉(zhuǎn)初始化參數(shù)，給出多項(xiàng)式系數(shù)a,b,c,d,e，用于計(jì)算垂直和東西方向偏轉(zhuǎn)。使用以下多項(xiàng)式計(jì)算：

a0..a3的初始化值用于垂直偏轉(zhuǎn)，a0..a4的初始化值用于東西方向偏轉(zhuǎn)。用于計(jì)算不同域頻率的初始值的系數(shù)可查表獲得。計(jì)算值除以128后為系數(shù)值，例如：50Hz垂直偏轉(zhuǎn)的a0值為：

a0=(a×128-b×1365.3+c×682.7-d×682.7)/128

1.5ADC輸入控制

ADC轉(zhuǎn)換器可以接收24位/48位圖形數(shù)據(jù)（RGB888）或者SDTV/HDTV(YPbPr444)視頻數(shù)據(jù)輸入。為了避免偽同步脈沖影響ADC數(shù)據(jù)輸入位置和時(shí)鐘頻率，主處理器將在MACROVISION的有效區(qū)間生成行同步脈沖。生成的Hsync脈沖頻率由以下公式計(jì)算：

F(hsync)= F(refclk) / (FROFFSET × 4)

其中：F(refclk)=12MHz

1.6同步處理器

其中，行同步的計(jì)算：HS_FREQ報(bào)告在4個行同步脈沖內(nèi)計(jì)算的參考時(shí)鐘周期數(shù)。這樣，行同步可以從計(jì)數(shù)值中用如下公式計(jì)算：

Hsync_Freq=(4×reference_clock_frequency)/HS_FREQ

場同步的計(jì)算，按照以下公式：

Vsync_Freq=reference_clock_frequency/(VS_FREQ×512)

1.7向下定標(biāo)的功能

為支持PIP、POP功能及不同的顯示格式，輸入處理模塊包含一個向下定標(biāo)的操作，使輸入的視頻變小，以適合所需的類型。向下定標(biāo)處理器提供兩個算法：下降像素方法或平均相鄰點(diǎn)方法，實(shí)現(xiàn)無級收縮功能。下降像素方法可以獲得一個銳利的向下定標(biāo)圖象。但是，有個缺點(diǎn)，經(jīng)過處理有些細(xì)線可能消失了。另一方面，平均算法的優(yōu)點(diǎn)是可以避免假信號，在向下采樣之前提供一個低通濾波器。盡管向下定標(biāo)后的圖象看起來更平滑，它可以包含更多的輸入圖象信息。

可以通過設(shè)置寄存器的信息來配置水平和垂直的定標(biāo)參數(shù)。向下定標(biāo)的因子定義為：

SDF=[65535 x （目標(biāo)視頻型號 / 源視頻型號）]

1.8輸出的信號格式

輸出信號格式可以是RGB或者YPbPr 。

亮度Y：Y信號的峰值視頻振幅是消隱電平上714mV。負(fù)向的同步信號脈沖是286mV。黑電平設(shè)置可能是0，或者從消隱電平到參考白電平視頻范圍的-2.5%～ 7.5%之間。

色差信號：

Pb=(B-Y)/1.772

Pr=(R-Y)/1.402

通過以上的處理，Pb和Pr信號可以得到最大振幅為消隱電平的+350mV～-350mV。YUV域色彩調(diào)節(jié)（亮度、對比度、飽和度、色調(diào)）

亮度的調(diào)整是對信號亮度值加上或減去一個常數(shù)。對比度調(diào)整是對信號亮度數(shù)據(jù)乘以一個常數(shù)。色調(diào)是調(diào)整色彩的波長。飽和度是調(diào)整呈現(xiàn)的色度。

Y=(Y-128)*Yc(3 int,5fra)+Yb(-128～128)

U=Sat*（Uo*cos（h）+Vo*sin（h））

V=Sat*（Uo*cos（h）-Vo*sin（h））

1.9RGB域色彩調(diào)整

R={R-Rblack(-128～127)}*Rcontrast(0～2)+Rbrightness(-128～127)

G={G-Gblack(-128～127)}*Gcontrast(0～2)+Gbrightness(-128～127)

B={B-Bblack(-128～127)}*Bcontrast(0～2)+Bbrightness(-128～127)

1.10JPEG引擎

量子化或反量子化是在鋸齒形模塊完成的。量子化表是一個關(guān)鍵因素，以確定JPEG壓縮的質(zhì)量。主處理器有一個內(nèi)建的SRAM，用做量子化表。低位部分是用作亮度質(zhì)量表，其余部分用作色彩質(zhì)量表。這些表可以由開發(fā)人員進(jìn)行編程以滿足不同的圖象質(zhì)量等級。公共的量子化參數(shù)可以從以下的算法得到：

IF (quality

Else sf=200-quality*2;

Quantize value of Y=((std_luminance_table*sf)

+50)/100；

Quantize value of U,V=((std_chrominance_table

*sf)+50)/100；

1.11 音頻控制器

音頻模塊支持AC'97多媒體數(shù)字信號編解碼器接口（AC'97，其全稱為Audio CODEC '97 （音頻多媒體數(shù)字信號編／解碼器），是Intel公司聯(lián)合CREATIVELABS、NS、ANALOGDEVICE、YAMAHA共同提出并制定的音頻技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，目前的AC'97規(guī)范已經(jīng)發(fā)展到2.3，AC'97規(guī)范的主要要求是在電路結(jié)構(gòu)上將數(shù)字和模擬部分分開，以降低電磁串?dāng)_和提高性能），用于音頻錄音/重放和流功能。此外，音頻模塊中還包含一個向下采樣濾波器和IMA-ADPCM多媒體數(shù)字信號編解碼器，以減少數(shù)據(jù)存儲量。

1.12HDMI接口

目前，HDMI已升級到1.3版本，這是繼1.2版大幅擁抱PC平臺之后的又一新版，此一新版在支持規(guī)格上有著進(jìn)一步的加強(qiáng)，主要的增強(qiáng)項(xiàng)目有以下幾項(xiàng)：高速傳輸、更高色數(shù)、支持無損音效。

1.13SCART接口

歐洲市場的視頻產(chǎn)品的視頻接口普遍采用SCART接口，作為接收機(jī)采用的是female的形式，male形式則作為連接線的插頭。其內(nèi)部包含CVBS IN、R/G/B IN、AUDIO IN、CVBS OUT、AUDIO OUT及識別信號等。隨著大屏幕電視的發(fā)展，目前歐洲市場上的電視特別是大屏幕電視，普遍具有多組SCART接口，每組接口的標(biāo)準(zhǔn)有所區(qū)別。

2軟件開發(fā)

2.1 輸入器驅(qū)動器

TDAPI提供了一個統(tǒng)一的輸入器驅(qū)動器模型，處理來自不同硬件信號路徑和設(shè)備的輸入信號。由于使用了統(tǒng)一的輸入器驅(qū)動器模型，應(yīng)用軟件或者一些API（應(yīng)用程序接口）就不需要考慮輸入信號和其硬件路徑，而只需使用相同的方法或相同的編碼來操作。這大大簡化了應(yīng)用軟件的結(jié)構(gòu)，而且使應(yīng)用軟件可以同時(shí)支持不同的譯碼器和設(shè)備。

資源創(chuàng)建者可以管理驅(qū)動器所需的所有寄存器設(shè)置。

體系結(jié)構(gòu)如圖1。

TDAPI提供的功能有：輸入器驅(qū)動器接口、輸入器驅(qū)動器池、圖片槽及用法、設(shè)置輸入器驅(qū)動器屬性、TDAPI服務(wù)程序。

2.2MCU軟件的開發(fā)流程

MCU的軟件也稱為固件(Firmware)。其設(shè)計(jì)過程包含軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段、功能模塊設(shè)計(jì)階段、測試階段、修改階段、版本及控制階段。

（1）初始化程序：液晶電視接收機(jī)接上電源后，主程序執(zhí)行以下的初始化子程序：初始化MCU、復(fù)位視頻譯碼器、初始化串行口、初始化按鍵、發(fā)出版本消息、檢查EEPROM是否為空、初始化全程變量、初始化圖象處理器、初始化OSD參數(shù)、初始化視頻譯碼器、初始化調(diào)諧器參數(shù)、初始化聲頻處理器、初始化梳形濾波器、初始化字幕/檢測暴力等級芯片、初始化中斷參數(shù)。

（2）主循環(huán)程序：完成初始化過程后，進(jìn)入主循環(huán)程序，執(zhí)行以下功能。

SlowTimerHandler()：定時(shí)器計(jì)數(shù)處理。

uartDecodeCommand()：異步通信譯碼命令檢測。

keyDetectHandler()：按鍵的檢測和處理。

irDecodeCommand()：紅外線遙控器按鍵命令檢測。

irDecodeNumKey()：對于按下遙控器的數(shù)字按鍵的處理，切換到對應(yīng)的頻道。

OsdHandler()：控制OSD菜單的顯示。

PowerHandler( ) ：MCU檢測如果無輸入信號，則顯示"無信號輸入"OSD提示信息。5秒之后，關(guān)閉系統(tǒng)，包括關(guān)閉定標(biāo)器輸出、液晶顯示屏電源、背光燈、音頻電源，進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)，節(jié)電狀態(tài)下功耗小于2W。

TV_ChannelAutoScan() ：當(dāng)使用者在OSD菜單上選擇自動搜臺時(shí)，執(zhí)行此項(xiàng)功能。

PollingInputSrc()：查詢輸入源的輸入狀態(tài)。

usrVChipHandler()：檢測輸入圖象信號的暴力等級。

msBurnInMode()：在工廠模式下提供烤機(jī)的信號。

（3）主要的子程序模塊有：

設(shè)置液晶屏的開關(guān)時(shí)序子程序、按鍵檢測子程序、OSD菜單處理子程序等。

（4）中斷服務(wù)：微控制器需要完成的中斷服務(wù)有定時(shí)中斷和RS232中斷。

（5）USB總線接口：主處理芯片內(nèi)部集成一個USB控制器。執(zhí)行4個USB端點(diǎn)的控制。

（6）紅外遙控器的檢測和處理：包括以下的幾個子過程，啟動紅外遙控器、接收遙控器按鍵、讀每一個紅外接收字節(jié)信息、檢測 IR 的Start命令、IR 譯碼命令、IR 譯碼數(shù)字鍵、選擇頻道號、設(shè)置調(diào)諧器頻道、設(shè)置聲頻處理器選擇過程。

3通信和自動調(diào)整

3.1通信接口

MCU提供一個標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口和I2C總線接口。這些接口還可提供在線編程和調(diào)試功能。

3.2基準(zhǔn)校正與白平衡調(diào)整

在調(diào)整之前必須先校正輸入信號的基準(zhǔn)電平和增益范圍，這些是通過調(diào)整電視接收機(jī)ADC信號轉(zhuǎn)換模塊的寄存器來完成的。然后再通過通信總線將調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)送給該電視機(jī)中的微處理器，微處理器接收到調(diào)整數(shù)據(jù)后，改變相關(guān)控制寄存器的值，從而使液晶顯示屏控制器件的輸出模擬量大小發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)對驅(qū)動顯示屏的R、G、B三色信號的電壓調(diào)節(jié)，達(dá)到白平衡調(diào)整目的。

4總結(jié)

以上產(chǎn)品進(jìn)入大批量生產(chǎn)。市場追蹤的數(shù)據(jù)顯示良好。這表明在圖象處理芯片組的支持下，微處理器控制系統(tǒng)能有效解決液晶電視接收機(jī)應(yīng)用上的問題。

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