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量子力學(xué)與量子糾纏的關(guān)系范文第1篇

關(guān)鍵詞 量子物理；現(xiàn)代信息技術(shù)；關(guān)系；原理應(yīng)用

中圖分類號(hào)：O41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2013）15-0001-02

量子物理是人們認(rèn)識(shí)微觀世界結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，它的建立帶來了一系列重大的技術(shù)應(yīng)用，使社會(huì)生產(chǎn)和生活發(fā)生了巨大的變革。量子世界的奇妙特性在提高運(yùn)算速度、確保信息安全、增大信息容量等方面發(fā)揮重要的作用，基于量子物理基本原理的量子信息技術(shù)已成為當(dāng)前各國研究與發(fā)展的重要科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

隨著世界電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的信息技術(shù)即將達(dá)到物理極限，同時(shí)信息安全、隱私問題等越來越突出。2013年5月美國“棱鏡門”事件的爆發(fā)，引發(fā)了對(duì)保護(hù)信息安全的高度重視，將成為推動(dòng)量子物理科學(xué)與現(xiàn)代信息技術(shù)的交融和相互促進(jìn)發(fā)展的契機(jī)。因此，充分認(rèn)識(shí)量子物理學(xué)的基本原理在現(xiàn)代信息技術(shù)中發(fā)展的基礎(chǔ)地位與作用，是促進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展的前提，也是豐富和發(fā)展量子物理學(xué)的需要。

1 量子物理基本原理

1）海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理。在量子力學(xué)中，任何兩組不可同時(shí)測(cè)量的物理量是共扼的，滿足互補(bǔ)性。在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，對(duì)其中一組量的精確測(cè)量必然導(dǎo)致另一組量的完全不確定，只能精確測(cè)定兩者之一。

2）量子不可克隆定理。在量子力學(xué)中，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)各未知量子態(tài)的精確復(fù)制，因?yàn)橐獜?fù)制單個(gè)量子就只能先作測(cè)量，而測(cè)量必然改變量子的狀態(tài)，無法獲得與初始量子態(tài)完全相同的復(fù)制態(tài)。

3）態(tài)疊加原理。若量子力學(xué)系統(tǒng)可能處于和描述的態(tài)中，那么態(tài)中的線性疊加態(tài)也是系統(tǒng)的一個(gè)可能態(tài)。如果一個(gè)量子事件能夠用兩個(gè)或更多可分離的方式來實(shí)現(xiàn)，那么系統(tǒng)的態(tài)就是每一可能方式的同時(shí)迭加。

4）量子糾纏原理。是指微觀世界里，有共同來源的兩個(gè)微觀粒子之間存在著糾纏關(guān)系，不管它們距離多遠(yuǎn)，只要一個(gè)粒子狀態(tài)發(fā)生變化，另一個(gè)粒子狀態(tài)隨即發(fā)生相應(yīng)變化。換言之，存在糾纏關(guān)系的粒子無論何時(shí)何地，都能“感應(yīng)”對(duì)方狀態(tài)的變化。

2 量子物理與現(xiàn)代信息技術(shù)的關(guān)系

2.1 量子物理是現(xiàn)代信息技術(shù)的基礎(chǔ)與先導(dǎo)

物理學(xué)一直是整個(gè)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的帶頭學(xué)科并成為整個(gè)自然科學(xué)的基礎(chǔ)，成為推動(dòng)整個(gè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的最主要的動(dòng)力和源泉。量子力學(xué)是20世紀(jì)初期為了解決物理上的一些疑難問題而建立起來的一種理論，它不僅解釋了微觀世界里的許多現(xiàn)象、經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，而且還開拓了一系列新的技術(shù)領(lǐng)域，直接導(dǎo)致了原子能、半導(dǎo)體、超導(dǎo)、激光、計(jì)算機(jī)、光通訊等一系列高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)生和發(fā)展?？梢哉f，從電話的發(fā)明到互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)通信，從晶體管的發(fā)明到高速計(jì)算機(jī)技術(shù)的成熟，量子物理開辟了一種全新的信息技術(shù)，使人類進(jìn)人信息化的新時(shí)代，因此，量子物理學(xué)是現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展的主要源泉，而且隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，量子物理學(xué)的先導(dǎo)和基礎(chǔ)作用將更加顯著和重要。

2.2 量子物理為現(xiàn)代信息技術(shù)的持續(xù)發(fā)展提供新的原理和方法

現(xiàn)代信息技術(shù)本質(zhì)上是應(yīng)用了量子力學(xué)基本原理的經(jīng)典調(diào)控技術(shù)，隨著世界科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以經(jīng)典物理學(xué)為基礎(chǔ)的信息技術(shù)即將達(dá)到物理極限。因此，現(xiàn)代信息技術(shù)的突破，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展必須借助于新的原理和新的方法。量子力學(xué)作為原子層次的動(dòng)力學(xué)理論，經(jīng)過飛速發(fā)展，已向其他自然科學(xué)的各學(xué)科領(lǐng)域以及高新技術(shù)全面地延伸，量子信息技術(shù)就是量子物理學(xué)與信息科學(xué)相結(jié)合產(chǎn)生的新興學(xué)科，它為信息科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展提供了新的原理和方法，使信息技術(shù)獲得了活力與新特性，量子信息技術(shù)也成為當(dāng)今世界各國研究發(fā)展的熱點(diǎn)領(lǐng)域。因此，未來的信息技術(shù)將是應(yīng)用到諸如量子態(tài)、相位、強(qiáng)關(guān)聯(lián)等深層次量子特性的量子調(diào)控技術(shù)，充分利用量子物理的新性質(zhì)開發(fā)新的信息功能，突破現(xiàn)代信息技術(shù)的物理極限。

2.3 現(xiàn)代信息技術(shù)對(duì)量子物理學(xué)發(fā)展的影響

量子信息技術(shù)應(yīng)用量子力學(xué)原理和方法來研究信息科學(xué)，從而開發(fā)出現(xiàn)經(jīng)典信息無法做到的新信息功能，反過來，現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展大大地豐富了量子物理學(xué)的研究?jī)?nèi)容，也將不斷地影響量子物理學(xué)的研究方法，有力地將量子理論推向更深層次的發(fā)展階段，使人類對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)更深刻、更本質(zhì)。近年來，隨著量子信息技術(shù)領(lǐng)域研究的不斷深入，量子信息技術(shù)的發(fā)展也使量子物理學(xué)研究取得了不少成果，如量子關(guān)聯(lián)、基于熵的不確定關(guān)系、量子開放系統(tǒng)環(huán)境的控制等問題研究取得了巨大進(jìn)展。

3 基于量子物理學(xué)原理的量子信息技術(shù)

基于量子物理原理和方法的量子信息技術(shù)成為21世紀(jì)信息技術(shù)發(fā)展的方向，也是引領(lǐng)未來科技發(fā)展的重要領(lǐng)域。當(dāng)前量子物理學(xué)的基本原理已經(jīng)在量子密碼術(shù)、量子通信、量子計(jì)算機(jī)等方面得到充分的理論論證和一定的實(shí)踐應(yīng)用。

3.1 量子計(jì)算機(jī)——量子疊加原理

經(jīng)典計(jì)算機(jī)建立在經(jīng)典物理學(xué)基礎(chǔ)上，遵循普通物理學(xué)電學(xué)原理的邏輯計(jì)算方式，即用電位高低表示0和1以進(jìn)行運(yùn)算，因此，經(jīng)典計(jì)算機(jī)只能靠以縮小芯片布線間距，加大其單位面積上的數(shù)據(jù)處理量來提高運(yùn)算速度。而量子計(jì)算遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息。計(jì)算方式是建立在微觀量子物理學(xué)關(guān)于量子具有波粒兩重性和雙位雙旋特性的基礎(chǔ)上，量子算法的中心思想是利用量子態(tài)的疊加態(tài)與糾纏態(tài)。在量子效應(yīng)的作用下，量子比特可以同時(shí)處于0和1兩種相反的狀態(tài)（量子疊加），這使量子計(jì)算機(jī)可以同時(shí)進(jìn)行大量運(yùn)算，因此，量子計(jì)算的并行處理，使量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了最快的計(jì)算速度。未來，基于量子物理原理的量子計(jì)算機(jī)，不僅運(yùn)算速度快，存儲(chǔ)量大、功耗低，而且體積會(huì)大大縮小。

3.2 量子通信——量子糾纏原理

量子通信是一種利用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的新型通信方式。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。從信息學(xué)上理解，量子通信是利用量子力學(xué)的量子態(tài)隱形傳輸或者其他基本原理，以量子系統(tǒng)特有屬性及量子測(cè)量方法，完成兩地之間的信息傳遞；從物理學(xué)上講，量子通信是采用量子通道來傳送量子信息，利用量子效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的高性能通信方式，突破現(xiàn)代通信物理極限。量子力學(xué)中的糾纏性與非定域性可以保障量子通信中的絕對(duì)安全的量子通信，保證量子信息的隱形傳態(tài)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離信息轉(zhuǎn)輸。所以，與現(xiàn)代通信技術(shù)相比，量子通信具有巨大的優(yōu)越性，具有保密性強(qiáng)、大容量、遠(yuǎn)距離傳輸?shù)忍攸c(diǎn)，量子通信創(chuàng)建了新的通信原理和方法。

3.3 量子密碼——不可克隆定理

經(jīng)典密碼是以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，通過經(jīng)典信號(hào)實(shí)現(xiàn)，在密鑰傳送過程中有可能被竊聽且不被覺察，故經(jīng)典密碼的密鑰不安全。量子密碼是一種以現(xiàn)代密碼學(xué)和量子力學(xué)為基礎(chǔ)，利用量子物理學(xué)方法實(shí)現(xiàn)密碼思想和操作的新型密碼體制，通過量子信號(hào)實(shí)現(xiàn)。量子密碼主要基于量子物理中的測(cè)不準(zhǔn)原理、量子不可克隆定理等，通信雙方在進(jìn)行保密通信之前，首先使用量子光源，依照量子密鑰分配協(xié)議在通信雙方之間建立對(duì)稱密鑰，再使用建立起來的密鑰對(duì)明文進(jìn)行加密，通過公開的量子信道，完成安全密鑰分發(fā)。因此量子密碼技術(shù)能夠保證：

1）絕對(duì)的安全性。對(duì)輸運(yùn)光子線路的竊聽會(huì)破壞原通訊線路之間的相互關(guān)系，通訊會(huì)被中斷，且合法的通信雙方可覺察潛在的竊聽者并采取相應(yīng)的措施。

2）不可檢測(cè)性。無論破譯者有多么強(qiáng)大的計(jì)算能力，都會(huì)在對(duì)量子的測(cè)量過程中改變量子的狀態(tài)而使得破譯者只能得到一些毫無意義的數(shù)據(jù)。因此，量子不可克隆定理既是量子密碼安全性的依靠，也給量子信息的提取設(shè)置了不可逾越的界限，即無條件安全性和對(duì)竊聽者的可檢測(cè)性成為量子密碼的兩個(gè)基本特征。

4 結(jié)論

量子物理是現(xiàn)代信息技術(shù)誕生的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代信息技術(shù)突破物理極限，實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展的動(dòng)力與源泉?；诹孔游锢韺W(xué)的原理、特性，如量子疊加原理、量子糾纏原理、海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理和不可克隆定理等，使得量子計(jì)算機(jī)具有巨大的并行計(jì)算能力，提供功能更強(qiáng)的新型運(yùn)算模式；量子通信可以突破現(xiàn)代信息技術(shù)的物理極限，開拓出新的信息功能；量子密碼絕對(duì)的安全性和不可檢測(cè)性，實(shí)現(xiàn)了絕對(duì)的保密通信。隨著量子物理學(xué)理論在信息技術(shù)中的深入應(yīng)用，量子信息技術(shù)將開拓出后莫爾時(shí)代的新一代的信息技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]陳楓.量子通信：劃時(shí)代的嶄新技術(shù)[N].報(bào)，2011.

[2]曾謹(jǐn)言.量子物理學(xué)百年回顧[J].北京大學(xué)物理學(xué)科90年專題特約專稿，2003（10）.

[3]李應(yīng)真，吳斌.物理學(xué)是當(dāng)代高新技術(shù)的主要源泉[J].學(xué)術(shù)論壇，2012.

[4]董新平，楊綱.量子信息原理及其進(jìn)展[J].許昌學(xué)院學(xué)報(bào)，2007.

[5]周正威，陳巍，孫方穩(wěn)，項(xiàng)國勇，李傳鋒.量子信息技術(shù)縱覽[J].中國科學(xué)，2012（17）.

[6]郭光燦.量子信息技術(shù)[J].中國科學(xué)院院刊，2002（5）.

[7]朱煥東、黃春暉.量子密碼技術(shù)及其應(yīng)用[J].國外電子測(cè)量技術(shù)，2006（12）.

量子力學(xué)與量子糾纏的關(guān)系范文第2篇

關(guān)鍵詞：量子算法；Shor算法；Grover算法；量子通信；量子智能計(jì)算

【分類號(hào)】：TM743

1.概述

量子計(jì)算是計(jì)算機(jī)科學(xué)與量子力學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，根據(jù)Moore定律可知：當(dāng)計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)單元達(dá)到原子層次時(shí)，顯著地量子效應(yīng)將會(huì)嚴(yán)重影響計(jì)算機(jī)性能，計(jì)算機(jī)科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展需要借助新的原理和方法【1】，量子計(jì)算為這一問題的解決提供了一個(gè)可能的途徑。

根據(jù)量子計(jì)算原理設(shè)計(jì)的量子計(jì)算機(jī)是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的最好體現(xiàn)。量子計(jì)算機(jī)是利用微觀粒子狀態(tài)來進(jìn)行存儲(chǔ)和處理信息的計(jì)算工具【2】。其基本原理是通過物理手段制備可操作的量子態(tài)，并利用量子態(tài)的疊加性、糾纏性和相干性等量子力學(xué)的特性進(jìn)行信息的運(yùn)算、保存和處理操作，從本質(zhì)上改變了傳統(tǒng)的計(jì)算理念。

量子通信是量子理論與信息理論的交叉學(xué)科，是指利用量子的糾纏態(tài)實(shí)現(xiàn)信息傳遞的通訊方式。量子的糾纏態(tài)是指：相互糾纏的兩個(gè)粒子無論被分離多遠(yuǎn)，一個(gè)粒子狀態(tài)的變化都會(huì)立即使得另一個(gè)粒子狀態(tài)發(fā)生相應(yīng)變化的現(xiàn)象。量子通信主要包括兩類：用于量子密鑰的傳輸，和用于量子隱形傳態(tài)和量子糾纏的分發(fā)。與傳統(tǒng)的通信技術(shù)相比，量子通信具有容量大，傳輸距離遠(yuǎn)和保密性強(qiáng)的特點(diǎn)。

2.量子計(jì)算基礎(chǔ)

2.1 量子位

計(jì)算機(jī)要處理數(shù)據(jù)，必須把數(shù)據(jù)表示成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的形式。與經(jīng)典計(jì)算機(jī)不同，量子計(jì)算機(jī)用量子位來存儲(chǔ)信息，量子位的狀態(tài)既可以是0態(tài)或1態(tài)，也可以是0態(tài)和1態(tài)的任意線性疊加狀態(tài)。一個(gè)n位的量子寄存器可以處于 個(gè)基態(tài)的相干疊加態(tài) 中，即可以同時(shí)存儲(chǔ) 種狀態(tài)。因此，對(duì)量子寄存器的一次操作就相當(dāng)于對(duì)經(jīng)典計(jì)算機(jī)的 次操作，也就是量子的并行性。

2.2.量子邏輯門

對(duì)量子位的態(tài)進(jìn)行變換，可以實(shí)現(xiàn)某些邏輯功能。變化所起到的作用相當(dāng)于邏輯門的作用。因此，提出了“量子邏輯門”【3】的概念，為：在一定時(shí)間間隔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)邏輯變換的量子裝置。

量子邏輯門在量子計(jì)算中是一系列的酉變換，將酉矩陣作為算符的變換被成為酉變換。量子位的態(tài) 是希爾伯特空間（Hilbert空間）的單位向量，實(shí)現(xiàn)酉變換后希爾伯特空間，在希爾伯特空間內(nèi)仍為單位向量。【4】

3.量子算法

量子算法的核心就是利用量子計(jì)算機(jī)的特性加速求解的速度，可以達(dá)到經(jīng)典計(jì)算機(jī)不可比擬的運(yùn)算速度和信息處理功能。目前大致五類優(yōu)于已知傳統(tǒng)算法的量子算法：基于傅里葉變換的量子算法，以Grover為代表的量子搜素算法，模擬量子力學(xué)體系性質(zhì)的量子仿真算法，“相對(duì)黑盒”指數(shù)加速的量子算法和相位估計(jì)量子算法。

3.1基于傅里葉變換的量子算法

Shor于1994年提出大數(shù)質(zhì)因子分解量子算法，而大數(shù)質(zhì)因子分解問題廣泛應(yīng)用在RSA公開密鑰加密算法之中，該問題至今仍屬于NP難度問題。但是Shor算法可以在量子計(jì)算的條件下，在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)很有效地解決該問題。這對(duì)RSA的安全性有著巨大的挑戰(zhàn)。

Shor算法的基本思想是：利用數(shù)論相關(guān)知識(shí)，通過量子并行特點(diǎn)，獲得所有的函數(shù)值；再隨機(jī)選擇比自變量小且互質(zhì)的自然數(shù)，得到相關(guān)函數(shù)的疊加態(tài)；最后進(jìn)行量子傅里葉變換得最后結(jié)果。構(gòu)造如下函數(shù)：

就目前而言，該算法已經(jīng)相對(duì)成熟，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化的空間不大。目前研究者的改進(jìn)工作主要是：通過對(duì)同余式函數(shù)中與N互質(zhì)的自然數(shù)選擇的限制，提高算法成功的概率。Shor算法及其實(shí)現(xiàn)，對(duì)量子密碼學(xué)和量子通信的發(fā)展有著極重要的價(jià)值。[7]

3.2以Grover為代表的量子搜素算法

3.2.1 Grover算法

Grover算法屬于基于黑箱的搜索算法，其基本思想為：在考慮含有 個(gè)數(shù)據(jù)庫的搜索問題，其中搜索的解恰好有 個(gè)，將數(shù)據(jù)庫中的每個(gè)元素進(jìn)行量化后，存儲(chǔ)在 個(gè)量子位中， 與 滿足關(guān)系式 。【8】將搜索問題表示成從0到 的整數(shù) ，其中函數(shù) 定義為：如果 是需要搜索的解， ；若不是需要搜索的解，那么 ?！?2】

具體算法如下：

（1）初始化。應(yīng)用Oracle算子 ，檢驗(yàn)搜索元素是否是求解的實(shí)際問題中需要搜索的解。

（2）進(jìn)行Grover迭代。將結(jié)果進(jìn)行阿達(dá)馬門（Hadamard門）變換。

（3）結(jié)果進(jìn)行 運(yùn)算。

（4）結(jié)果進(jìn)行阿達(dá)馬門變換?！?2】

4. 量子智能計(jì)算

自Shor算法和Grover算法提出后，越來越多的研究員投身于量子計(jì)算方法的計(jì)算處理方面，同時(shí)智能計(jì)算向來是算法研究的熱門領(lǐng)域，研究表明，二者的結(jié)合可以取得很大的突破，即利用量子并行計(jì)算可以很好的彌補(bǔ)智能算法中的某些不足。

目前已有的量子智能計(jì)算研究主要包括：量子人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，量子進(jìn)化算法，量子退火算法和量子免疫算法等。其中，量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和量子進(jìn)化算法已經(jīng)成為目前學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，并且取得了相當(dāng)不錯(cuò)的成績(jī)，下面將以量子進(jìn)化算法為例。

量子進(jìn)化算法是進(jìn)化算法與量子計(jì)算的理論結(jié)合的產(chǎn)物，該算法利用量子比特的疊加性和相干性，用量子比特標(biāo)記染色體，使得一個(gè)染色體可以攜帶大數(shù)量的信息。同時(shí)通過量子門的旋轉(zhuǎn)角度表示染色體的更新操作，提高計(jì)算的全局搜索能力。

目前量子進(jìn)化算法已經(jīng)應(yīng)用于許多領(lǐng)域，例如：工程問題、信息系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等。同時(shí)，伴隨著量子算法的理論和應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展，量子進(jìn)化算法等量子智能算法有著更大的發(fā)展前景和空間。

參考文獻(xiàn)

1.王書浩，龍桂魯.大數(shù)據(jù)與量子計(jì)算

2.張毅，盧凱，高穎慧.量子算法與量子衍生算法

3.Deutsch D，Jozsa R.Rapid solution of problems by quanturm computation[C]//Proc Roy Soc London A，1992，439：553-558

4.吳楠，宋方敏。量子計(jì)算與量子計(jì)算機(jī)

5.蘇曉琴，郭光燦。量子通信與量子計(jì)算。量子電子學(xué)報(bào)，2004，21（6）：706-718

6. White T.Hadoop： The Defintive Guide，California：O’Reilly Media，Inc.2009：12-14

7.王蘊(yùn)，黃德才，俞攸紅.量子計(jì)算及量子算法研究進(jìn)展.

8.孫吉貴，何雨果.量子搜索算法.軟件學(xué)報(bào)，2003，14（3）：334-344

9.龍桂魯.量子計(jì)算算法介紹

10.解光軍，范海秋，操禮程.一種量子神經(jīng)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)模型

量子力學(xué)與量子糾纏的關(guān)系范文第3篇

[關(guān)鍵詞]網(wǎng)絡(luò)支付信息安全量子計(jì)算量子密碼

目前電子商務(wù)日益普及,電子貨幣、電子支票、信用卡等綜合網(wǎng)絡(luò)支付手段已經(jīng)得到普遍使用。在網(wǎng)絡(luò)支付中,隱私信息需要防止被竊取或盜用。同時(shí),訂貨和付款等信息被競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手獲悉或篡改還可能喪失商機(jī)等。因此在網(wǎng)絡(luò)支付中信息均有加密要求。

一、量子計(jì)算

隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，破譯數(shù)學(xué)密碼的難度也在降低。若能對(duì)任意極大整數(shù)快速做質(zhì)數(shù)分解，就可破解目前普遍采用的RSA密碼系統(tǒng)。但是以傳統(tǒng)已知最快的方法對(duì)整數(shù)做質(zhì)數(shù)分解，其復(fù)雜度是此整數(shù)位數(shù)的指數(shù)函數(shù)。正是如此巨額的計(jì)算復(fù)雜度保障了密碼系統(tǒng)的安全。

不過隨著量子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn),計(jì)算達(dá)到超高速水平。其潛在計(jì)算速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的電子計(jì)算機(jī)，如一臺(tái)具有5000個(gè)左右量子位(qubit)的量子計(jì)算機(jī)可以在30秒內(nèi)解決傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)需要100億年才能解決的問題。量子位可代表了一個(gè)0或1,也可代表二者的結(jié)合,或是0和1之間的一種狀態(tài)。根據(jù)量子力學(xué)的基本原理,一個(gè)量子可同時(shí)有兩種狀態(tài),即一個(gè)量子可同時(shí)表示0和1。因此采用L個(gè)量子可一次同時(shí)對(duì)2L個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,從而一步完成海量計(jì)算。

這種對(duì)計(jì)算問題的描述方法大大降低了計(jì)算復(fù)雜性，因此建立在這種能力上的量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)所無法相比的。例如一臺(tái)只有幾千量子比特的相對(duì)較小量子計(jì)算機(jī)就能破譯現(xiàn)存用來保證網(wǎng)上銀行和信用卡交易信息安全的所有公用密鑰密碼系統(tǒng)。因此，量子計(jì)算機(jī)會(huì)對(duì)現(xiàn)在的密碼系統(tǒng)造成極大威脅。不過，量子力學(xué)同時(shí)也提供了一個(gè)檢測(cè)信息交換是否安全的辦法，即量子密碼技術(shù)。

二、量子密碼技術(shù)的原理

從數(shù)學(xué)上講只要掌握了恰當(dāng)?shù)姆椒ㄈ魏蚊艽a都可破譯。此外，由于密碼在被竊聽、破解時(shí)不會(huì)留下任何痕跡，用戶無法察覺，就會(huì)繼續(xù)使用同地址、密碼來存儲(chǔ)傳輸重要信息，從而造成更大損失。然而量子理論將會(huì)完全改變這一切。

自上世紀(jì)90年代以來科學(xué)家開始了量子密碼的研究。因?yàn)椴捎昧孔用艽a技術(shù)加密的數(shù)據(jù)不可破譯，一旦有人非法獲取這些信息,使用者就會(huì)立即知道并采取措施。無論多么聰明的竊聽者在破譯密碼時(shí)都會(huì)留下痕跡。更驚嘆的是量子密碼甚至能在被竊聽的同時(shí)自動(dòng)改變。毫無疑問這是一種真正安全、不可竊聽破譯的密碼。

以往密碼學(xué)的理論基礎(chǔ)是數(shù)學(xué)，而量子密碼學(xué)的理論基礎(chǔ)是量子力學(xué)，利用物理學(xué)原理來保護(hù)信息。其原理是“海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理”中所包含的一個(gè)特性，即當(dāng)有人對(duì)量子系統(tǒng)進(jìn)行偷窺時(shí)，同時(shí)也會(huì)破壞這個(gè)系統(tǒng)。在量子物理學(xué)中有一個(gè)“海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理”,如果人們開始準(zhǔn)確了解到基本粒子動(dòng)量的變化，那么也就開始喪失對(duì)該粒子位置變化的認(rèn)識(shí)。所以如果使用光去觀察基本粒子,照亮粒子的光(即便僅一個(gè)光子)的行為都會(huì)使之改變路線,從而無法發(fā)現(xiàn)該粒子的實(shí)際位置。從這個(gè)原理也可知，對(duì)光子來講只有對(duì)光子實(shí)施干擾才能“看見”光子。因此對(duì)輸運(yùn)光子線路的竊聽會(huì)破壞原通訊線路之間的相互關(guān)系,通訊會(huì)被中斷,這實(shí)際上就是一種不同于傳統(tǒng)需要加密解密的加密技術(shù)。在傳統(tǒng)加密交換中兩個(gè)通訊對(duì)象必須事先擁有共同信息——密鑰，包含需要加密、解密的算法數(shù)據(jù)信息。而先于信息傳輸?shù)拿荑€交換正是傳統(tǒng)加密協(xié)議的弱點(diǎn)。另外,還有“單量子不可復(fù)制定理”。它是上述原理的推論,指在不知道量子狀態(tài)的情況下復(fù)制單個(gè)量子是不可能的,因?yàn)橐獜?fù)制單個(gè)量子就必須先做測(cè)量,而測(cè)量必然會(huì)改變量子狀態(tài)。根據(jù)這兩個(gè)原理,即使量子密碼不幸被電腦黑客獲取,也會(huì)因測(cè)量過程中對(duì)量子狀態(tài)的改變使得黑客只能得到一些毫無意義的數(shù)據(jù)。

量子密碼就是利用量子狀態(tài)作為信息加密、解密的密鑰，其原理就是被愛因斯坦稱為“神秘遠(yuǎn)距離活動(dòng)”的量子糾纏。它是一種量子力學(xué)現(xiàn)象，指不論兩個(gè)粒子間距離有多遠(yuǎn)，一個(gè)粒子的變化都會(huì)影響另一個(gè)粒子。因此當(dāng)使用一個(gè)特殊晶體將一個(gè)光子割裂成一對(duì)糾纏的光子后，即使相距遙遠(yuǎn)它們也是相互聯(lián)結(jié)的。只要測(cè)量出其中一個(gè)被糾纏光子的屬性，就容易推斷出其他光子的屬性。而且由這些光子產(chǎn)生的密碼只有通過特定發(fā)送器、吸收器才能閱讀。同時(shí)由于這些光子間的“神秘遠(yuǎn)距離活動(dòng)”獨(dú)一無二，只要有人要非法破譯這些密碼，就會(huì)不可避免地?cái)_亂光子的性質(zhì)。而且異動(dòng)的光子會(huì)像警鈴一樣顯示出入侵者的蹤跡，再高明的黑客對(duì)這種加密技術(shù)也將一籌莫展。

三、量子密碼技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)支付中的發(fā)展與應(yīng)用

由于量子密碼技術(shù)具有極好的市場(chǎng)前景和科學(xué)價(jià)值，故成為近年來國際學(xué)術(shù)界的一個(gè)前沿研究熱點(diǎn)，歐洲、北美和日本都進(jìn)行了大量的研究。在一些前沿領(lǐng)域量子密碼技術(shù)非常被看好，許多針對(duì)性的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)正在進(jìn)行。例如美國的BBN多種技術(shù)公司正在試驗(yàn)將量子密碼引進(jìn)因特網(wǎng)，并抓緊研究名為“開關(guān)”的設(shè)施，使用戶可在因特網(wǎng)的大量加密量子流中接收屬于自己的密碼信息。應(yīng)用在電子商務(wù)中，這種設(shè)施就可以確保在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)支付時(shí)用戶密碼等各重要信息的安全。

2007年3月國際上首個(gè)量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)由我國科學(xué)家郭光燦在北京測(cè)試運(yùn)行成功。這是迄今為止國際公開報(bào)道的惟一無中轉(zhuǎn)、可同時(shí)任意互通的量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)，標(biāo)志著量子保密通信技術(shù)從點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式向網(wǎng)絡(luò)化邁出了關(guān)鍵一步。2007年4月日本的研究小組利用商業(yè)光纖線路成功完成了量子密碼傳輸?shù)尿?yàn)證實(shí)驗(yàn)，據(jù)悉此研究小組還計(jì)劃在2010年將這種量子密碼傳輸技術(shù)投入使用，為金融機(jī)構(gòu)和政府機(jī)關(guān)提供服務(wù)。

隨著量子密碼技術(shù)的發(fā)展，在不久的將來它將在網(wǎng)絡(luò)支付的信息保護(hù)方面得到廣泛應(yīng)用，例如獲取安全密鑰、對(duì)數(shù)據(jù)加密、信息隱藏、信息身份認(rèn)證等。相信未來量子密碼技術(shù)將在確保電子支付安全中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

參考文獻(xiàn):

[1]王阿川宋辭等:一種更加安全的密碼技術(shù)——量子密碼[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào),2007,17(1):107～110

量子力學(xué)與量子糾纏的關(guān)系范文第4篇

實(shí)時(shí)模擬整個(gè)宇宙的歷史進(jìn)程

量子計(jì)算機(jī)的基本想法是在上個(gè)世紀(jì)80年代由美國著名的物理學(xué)家費(fèi)曼提出的。這是一種新的算法。使用任何器械進(jìn)行計(jì)算，我們都需要算法。簡(jiǎn)單地說，算法就是在器械的物理狀態(tài)與數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)之間建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而使這些物理狀態(tài)的變化實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)計(jì)算。量子計(jì)算機(jī)所用的算法與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)完全不同。對(duì)于數(shù)學(xué)計(jì)算來說，IBM公司去年的每秒鐘運(yùn)行千萬億次的Sequola超級(jí)計(jì)算機(jī)與中國古人用的算盤之間的差別僅僅是速度上的，它們都是用確定的物理狀態(tài)來代表確定的數(shù)學(xué)量。亞原子尺度下粒子行為是不確定的，但遵守一些基本的量子力學(xué)規(guī)則，科學(xué)家把這些粒子所處的不確定狀態(tài)稱為量子狀態(tài)。量子計(jì)算機(jī)的理念就是，利用量子狀態(tài)來表示數(shù)學(xué)量。這個(gè)理念有意思的地方是，它使用本身是不確定的物理狀態(tài)來表示確定的數(shù)。

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)以開關(guān)作為模型來表示信息。一個(gè)開關(guān)具有通和斷兩個(gè)狀態(tài)，分別用“1”和“0”來表示，這就構(gòu)成了一個(gè)信息單元“比特(bit)”。量子計(jì)算的信息單元“量子比特(qubit)”遠(yuǎn)不止兩個(gè)狀態(tài)，多出的狀態(tài)被科學(xué)家稱為“迭加態(tài)”。量子力學(xué)與經(jīng)典物理學(xué)的差別就體現(xiàn)在：傳統(tǒng)物理學(xué)只允許粒子在任意瞬間只有一個(gè)狀態(tài)，而量子力學(xué)則允許粒子同時(shí)具有不同的狀態(tài)，即迭加態(tài)。在量子力學(xué)看來，一個(gè)粒子在同一時(shí)間可以即在這里，又在那里。這使量子計(jì)算在效率上要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)計(jì)算。

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)即使看起來可以同時(shí)進(jìn)行不同的計(jì)算任務(wù)，例如你可以用自己的PC機(jī)一邊聽歌一邊寫作。事實(shí)上，計(jì)算機(jī)的中央處理器(CPU)一次只能處理一次計(jì)算，只不過處理器在播放歌曲與記錄你在鍵盤上輸入的字符這兩個(gè)任務(wù)間切換，切換速度快得你完全感覺不到而已。與此不同，量子計(jì)算則具有真正的并行處理機(jī)制。

量子比特由一組原子實(shí)現(xiàn)，量子比特的迭加使量子計(jì)算機(jī)具有內(nèi)在并行性。物理學(xué)家DavidDeutsch指出，這種并行性使量子計(jì)算機(jī)能夠同時(shí)進(jìn)行一百萬條計(jì)算。一臺(tái)30個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)將會(huì)具有230(=109)個(gè)并行狀態(tài)，也就是說，在理論上可以同時(shí)進(jìn)行230次計(jì)算。而一臺(tái)300量子比特的量子計(jì)算機(jī)所具有的并行狀態(tài)量，就已經(jīng)超出了可以看到的宇宙總的原子數(shù)目?？梢栽O(shè)想造出這樣一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，它能夠?qū)崟r(shí)模擬整個(gè)可見宇宙的歷史進(jìn)程，這種模擬會(huì)落實(shí)到原子的層次!

幫助人類“借體還魂”

為了理解量子計(jì)算機(jī)可能帶來的后果，我們需要重新理解“計(jì)算”這個(gè)概念。在上世紀(jì)40年代電子管的計(jì)算機(jī)發(fā)明之時(shí)，“計(jì)算”意味著加減乘除，高級(jí)_點(diǎn)的就是解微分方程。那時(shí)的計(jì)算機(jī)首先用來解決制造原子彈時(shí)遇到的計(jì)算問題。當(dāng)時(shí)有科學(xué)家說，只要兩三臺(tái)那樣的計(jì)算機(jī)，就能滿足全美國的計(jì)算量。而現(xiàn)在我們知道，這個(gè)計(jì)算量連我們現(xiàn)在辦公用的一臺(tái)普通臺(tái)式機(jī)(就不用說酷睿雙核處理器了)的百分之一都不到。技術(shù)改變了概念。目前實(shí)現(xiàn)于臺(tái)式機(jī)上的計(jì)算概念把多媒體考慮在內(nèi)，這就是用數(shù)字來模擬音像信號(hào)。這是一種模擬計(jì)算的概念，我們?cè)陔娔X游戲中看到的就是這種模擬。目前最高端的模擬計(jì)算用在像天氣預(yù)報(bào)以及模擬核試驗(yàn)這樣需要大量參數(shù)的場(chǎng)合。

對(duì)計(jì)算提出更高要求的是實(shí)時(shí)計(jì)算，這就是不僅要模擬實(shí)實(shí)在在發(fā)生的過程，而且要與這種過程同步。就模擬計(jì)算而言，我們既可以花一百年時(shí)間計(jì)算出一噸高爆炸藥在地下一公里爆炸對(duì)地殼產(chǎn)生的影響。也可以在爆炸的瞬間給出計(jì)算結(jié)果，就好像爆炸實(shí)實(shí)在在發(fā)生一樣。后者就是實(shí)時(shí)計(jì)算。

量子力學(xué)與量子糾纏的關(guān)系范文第5篇

“中國高等學(xué)校十大科技進(jìn)展”評(píng)選活動(dòng)是教育部科學(xué)技術(shù)委員會(huì)于1998年開始創(chuàng)辦的，每年組織評(píng)選一次，至今已評(píng)選12屆，共有45所高校120個(gè)項(xiàng)目入選。獲獎(jiǎng)最多的單位是北京大學(xué)和清華大學(xué)。如今，“中國高等學(xué)校十大科技進(jìn)展”已成為高?？萍冀绲钠放?，得到了廣大專家學(xué)者的高度認(rèn)可。

現(xiàn)將2009年度的10個(gè)入選項(xiàng)目介紹如下：

1　數(shù)字視頻編解碼技術(shù)研究與國家標(biāo)準(zhǔn)制定

數(shù)字音視頻領(lǐng)域基礎(chǔ)性國家標(biāo)準(zhǔn)《信息技術(shù)先進(jìn)音視頻編碼》(簡(jiǎn)稱AVS)十個(gè)部分2009年制訂完成，每年能節(jié)省上百億專利費(fèi)，對(duì)我國音視頻產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)“由大變強(qiáng)”戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型意義重大。

歷經(jīng)八年實(shí)踐，AVS探索出了“技術(shù)、專利、標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品，應(yīng)用”“相互促進(jìn)的”“大團(tuán)隊(duì)、大循環(huán)”創(chuàng)新模式。北京大學(xué)、清華大學(xué)、浙江大學(xué)，武漢大學(xué)，華中科技大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)等高校和中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所等科研機(jī)構(gòu)與華為等通力合作，提出了50多項(xiàng)自主專利技術(shù)，制定出的標(biāo)準(zhǔn)復(fù)雜度低，方案簡(jiǎn)潔而性能與國外同類標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)。2009年4月，歐洲信號(hào)處理學(xué)會(huì)《視頻通信學(xué)報(bào)》出版了AVS專輯，10月，國際電信聯(lián)盟(1TU)正式將AVS列為網(wǎng)絡(luò)電視支持的視頻標(biāo)準(zhǔn)之一。

AVS已成為國際范圍該領(lǐng)域三大主流標(biāo)準(zhǔn)之一。我國以及美、歐、日，韓等國的十多家企業(yè)開發(fā)的AVS編解碼芯片進(jìn)入市場(chǎng)，上海、杭州、陜西、河北、新疆、青島、無錫等地已經(jīng)采用AVS開展數(shù)字電視播出，采用AVS的中國藍(lán)光高清晰度光盤機(jī)已經(jīng)批量上市，北京大學(xué)有線網(wǎng)對(duì)60周年國慶盛典進(jìn)行了高清轉(zhuǎn)播。在國家相關(guān)部門的支持下，AVS正在通過數(shù)字電視等視聽產(chǎn)品迅速進(jìn)入千家萬戶，成為支撐自主數(shù)字視聽產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的重要力量。

2　抗病毒感染新型免疫分子機(jī)制的研究

我國是一個(gè)病毒性疾病高發(fā)的大國，乙肝病毒感染患者估計(jì)有1.2億，SARS也曾于2002年在我國流行，HIV以及流感病毒爆發(fā)也時(shí)刻威脅著國民的健康。I型干擾素(IFNα/β)是治療病毒性感染的重要分子，研究I型干擾素產(chǎn)生的分子機(jī)制將為尋求新的藥物靶標(biāo)和抗病毒藥物提供指導(dǎo)。

該項(xiàng)目立足于1998年自主發(fā)現(xiàn)的一種新型免疫分子Nrdp1，研究了其在天然免疫中的作用和分子機(jī)制，利用動(dòng)物模型(轉(zhuǎn)基因小鼠)，細(xì)胞模型(巨噬細(xì)胞)和分子技術(shù)手段(基因克隆表達(dá)、相互作用分子、蛋白活性分析等)系統(tǒng)，深入，立體地進(jìn)行了研究，首次發(fā)現(xiàn)Nrdpl抑制細(xì)菌感染引起的炎癥因子分泌和肝損傷，促進(jìn)IFNβ的產(chǎn)生和抑制病毒感染，提示Nrdp1在抗炎和抗病毒感染方面均具有極大的應(yīng)用前景。

該項(xiàng)目還分析了DNA病毒識(shí)別和清除的免疫機(jī)制的研究現(xiàn)狀并提出了新的發(fā)展方向。該項(xiàng)目提出Nrdp1可能是一種新的抗感染治療的藥物靶標(biāo)，而且病毒的識(shí)別和清除存在新的機(jī)制。相關(guān)研究結(jié)果分別于2009年7月以論文形式和2009年10月以述評(píng)形式發(fā)表于Nature/rnmuno/ogy雜志。目前針對(duì)Nrdpl的抗細(xì)菌感染和抗病毒感染活性新申請(qǐng)國家發(fā)明專利兩項(xiàng)。Nature China為Nrdp1的研究發(fā)表了專題述評(píng)，認(rèn)為該研究是當(dāng)月自然科學(xué)的亮點(diǎn)之一，并且受到了國內(nèi)外免疫學(xué)界的關(guān)注和好評(píng)。

3　天河一號(hào)高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

“天河一號(hào)”高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)于2009年9月自主研制成功的我國首臺(tái)千萬億次高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了我國自主研制高性能計(jì)算機(jī)能力從百萬億次到千萬億次的跨越，使我國成為繼美國之后世界上第二個(gè)能夠研制千萬億次高性能計(jì)算機(jī)的國家。

“天河一號(hào)”是國際上首臺(tái)采用GPU和CPU異購并行體系結(jié)構(gòu)的64位千萬億次高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，全系統(tǒng)包含6144個(gè)通用處理器和5120個(gè)加速處理器，內(nèi)存總?cè)萘?8TB，點(diǎn)點(diǎn)通信帶寬40Gbps，共享磁盤總?cè)萘繛?PB。系統(tǒng)峰值性能每秒1206萬億次雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算，LNPACK實(shí)測(cè)性能563.1萬億次，居2009年度中國超級(jí)計(jì)算機(jī)前100強(qiáng)之首，對(duì)2009年11月17日國際TOP500組織公布的第34屆世界超級(jí)計(jì)算機(jī)前500強(qiáng)第五、亞洲第一，對(duì)2009年11月20日國際Green500組織公布的世界最節(jié)能的超級(jí)計(jì)算機(jī)前500強(qiáng)第八。

“天河一號(hào)”高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為國家超級(jí)計(jì)算天津中心的業(yè)務(wù)主機(jī)和中國國家網(wǎng)格主結(jié)點(diǎn)，面向國內(nèi)外提供超級(jí)計(jì)算服務(wù)，將廣泛應(yīng)用于石油勘探數(shù)據(jù)處理、生物醫(yī)藥研究、航空航天裝備研制，資源勘測(cè)和衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)處理、金融工程數(shù)據(jù)分析、氣象預(yù)報(bào)、氣候預(yù)測(cè)、海洋環(huán)境數(shù)值模擬，短臨時(shí)地震預(yù)報(bào)，新材料開發(fā)和設(shè)計(jì)、土木工程設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)科學(xué)理論計(jì)算等眾多領(lǐng)域。

“天河一號(hào)”的研制成功，是我國高性能計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的又一重大突破，是在國家“863”計(jì)劃支持下，國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)與天津市濱海新區(qū)密切合作，貫徹軍民結(jié)合、寓軍于民方針的成功實(shí)踐，對(duì)促進(jìn)國家科技發(fā)展和國防現(xiàn)代化具有重要意義。

4　禽流感病毒聚合酶關(guān)鍵亞基的結(jié)構(gòu)與機(jī)制研究

近年來，由H5N1，H1N1等不同亞型流感病毒引起的疫情，對(duì)全球的人類健康造成了嚴(yán)重的威脅，帶來了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。流感病毒聚合酶由PA、PBl和PB2三個(gè)蛋白質(zhì)組成，是負(fù)責(zé)病毒基因組轉(zhuǎn)錄和復(fù)制的核心，一旦伴隨著病毒侵入正常細(xì)胞，就開始利用正常細(xì)胞內(nèi)的原料進(jìn)行病毒基因組的復(fù)制。其中，高度保守的PA亞基由于參與到聚合酶的形成和基因組復(fù)制等核心的生命過程，因此成為認(rèn)識(shí)聚合酶作用機(jī)制、開發(fā)廣譜抗流感藥物的重要靶點(diǎn)蛋白質(zhì)。

饒子和教授研究組與中科院生物物理研究所劉迎芳教授研究組合作，2008年成功解析了PA C端結(jié)構(gòu)域與PB1 N端多肽的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，揭示了流感病毒聚合酶的組裝模式[Nature 2008 Aug 28；454(7208)：1123-6]。在此基礎(chǔ)上，2009年又成功解析了PA N端結(jié)構(gòu)域獨(dú)立的晶體結(jié)構(gòu)，首次提示了該蛋白典型的核酸酶結(jié)構(gòu)特征，了原來公認(rèn)的PB1行使核酸酶活性的觀點(diǎn)，證實(shí)了核酸酶活性對(duì)于流感病毒復(fù)制的關(guān)鍵作用[Nature 2009 Apr 16；458(7240)：909-13]；通過進(jìn)一步解析PAN與底物/抑制劑復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，闡釋了PA蛋白發(fā)揮功能的分子機(jī)制，發(fā)現(xiàn)了一系列對(duì)PA蛋白有良好抑制效果的抑制劑，為設(shè)計(jì)和開發(fā)針對(duì)流感病毒聚合酶的高效藥物提供了重要信息，同時(shí)還應(yīng)邀在Influenza；Molecular Virology一書中發(fā)表了相關(guān)綜述。

5　微波通信用高溫超導(dǎo)接收前端

高溫超導(dǎo)濾波器具有常規(guī)濾波器無可比擬的近于理想

的濾波性能，可廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信、軍事通信、衛(wèi)星通信等領(lǐng)域，大幅度提高靈敏度和抗干擾能力，市場(chǎng)前景巨大。但在該項(xiàng)目實(shí)施前，受到國外技術(shù)封鎖，許多關(guān)鍵技術(shù)有待攻克，在我國沒有獲得實(shí)際應(yīng)用。

清華大學(xué)物理系曹必松教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)經(jīng)過十多年研究，發(fā)明了高性能高溫超導(dǎo)濾波器、零下200度工作的低噪聲放大器的設(shè)計(jì)制備技術(shù)和超導(dǎo)一金屬接觸電極制備工藝，研制成功了第一臺(tái)適合于我國CDMA移動(dòng)通信用的超導(dǎo)前端，在北京建成了我國首個(gè)高溫超導(dǎo)移動(dòng)通信應(yīng)用示范基地并成功地連續(xù)運(yùn)行超過三年，每天為十多萬居民提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，使手機(jī)發(fā)射功率下降一半以上，大幅提高了基站的覆蓋范圍和通信質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了高溫超導(dǎo)在中國通信領(lǐng)域的首次應(yīng)用和批量長(zhǎng)期應(yīng)用，使我國繼美國之后，成為世界上第二個(gè)成功地將高溫超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用于移動(dòng)通信的國家。

該項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)處于國際先進(jìn)水平。獲得授權(quán)中國發(fā)明專利9項(xiàng)，授權(quán)美國發(fā)明專利1項(xiàng)，獲2009年國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，2008年教育部技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)，2007年信息產(chǎn)業(yè)部信息產(chǎn)業(yè)重大技術(shù)發(fā)明(十項(xiàng)之一)。該技術(shù)已與十多家用戶簽訂了合同、協(xié)議，研制、生產(chǎn)超導(dǎo)前端并實(shí)現(xiàn)其在多種通信設(shè)備中的應(yīng)用。

6　成年哺乳動(dòng)物雌性生殖干細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)及其生物學(xué)特性研究

上世紀(jì)20年代以來，科學(xué)家們一直認(rèn)定：女性和絕大多數(shù)雌性哺乳動(dòng)物卵母細(xì)胞的產(chǎn)生僅發(fā)生在胎兒期。出生后卵母細(xì)胞數(shù)目不再增加，只會(huì)不斷減少，即出生后雌性哺乳動(dòng)物卵巢內(nèi)，沒有生殖干細(xì)胞存在。上海交通大學(xué)生命學(xué)院吳際教授團(tuán)隊(duì)經(jīng)不懈探究首次發(fā)現(xiàn)和分離出生后小鼠(包括成年小鼠)卵巢中雌性生殖干細(xì)胞，經(jīng)摸索培養(yǎng)條件得到能長(zhǎng)期自我更新的生殖干細(xì)胞株并鑒定和研究其生物學(xué)特性。然后將此細(xì)胞移植于不孕小鼠體內(nèi)，證實(shí)能產(chǎn)生新的卵母細(xì)胞，與雄性后生出正常后代。這一發(fā)現(xiàn)改變了80多年生殖與發(fā)育的傳統(tǒng)觀點(diǎn)，開辟出一個(gè)嶄新研究領(lǐng)域。該成果2009年5月發(fā)表在Nature Cell Biology上。受到國際學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注，Science、Nature，NatureMedicine和眾多雜志刊發(fā)評(píng)論文章，Nature China鏘這一成果列入最新研究亮點(diǎn)，世界各媒體(路透社、《紐約時(shí)報(bào)》、《華盛頓郵報(bào)》。ABC News、The Tiknes等)紛紛報(bào)道。該成果能為動(dòng)物生物技術(shù)和人類提供卯母細(xì)胞新來源，建立性細(xì)胞途徑轉(zhuǎn)基因動(dòng)物和開發(fā)優(yōu)良動(dòng)物品種，對(duì)治療卵巢功能早衰、不育癥等雌性生殖細(xì)胞發(fā)生障礙性疾病，再生醫(yī)學(xué)及抗衰老，避孕藥開發(fā)，人口調(diào)控，瀕危動(dòng)物保存等都具有重要意義。

7　世界最早的帶羽毛恐龍的發(fā)現(xiàn)

鳥類最早何時(shí)出現(xiàn)問題一直是鳥類起源研究最薄弱的環(huán)節(jié)之一，鳥類是否由恐龍起源也長(zhǎng)期存在爭(zhēng)論。沈陽師范大學(xué)古生物研究所課題組2009年10月1日在英國《自然》雜志報(bào)道了產(chǎn)自遼寧省西部建昌地區(qū)距今約1.6億年的侏羅紀(jì)帶羽毛恐龍――“赫氏近鳥龍”的新發(fā)現(xiàn)，其時(shí)代早于德國“始祖鳥”數(shù)百萬年至1000萬年。該化石屬于獸腳類恐龍中的傷齒龍類，全身廣泛被羽毛覆蓋，特別是其腳部長(zhǎng)有較長(zhǎng)的正羽毛，證實(shí)了在恐龍向鳥類的演化過程中內(nèi)部骨骼與體表衍生物之間的復(fù)雜配置關(guān)系，代表了目前世界上最早的長(zhǎng)有羽毛的物種和最早的帶毛恐龍。該成果首次揭示了世界最早的帶毛恐龍?jiān)缬凇笆甲骧B”已存在，首次提出了獸腳類恐龍分異的時(shí)間框架假說，解決了有關(guān)鳥類起源的“時(shí)間倒置論”等問題，為鳥類起源于恐龍?zhí)峁┝诵碌囊罁?jù)，并支持恐龍演化過程中曾存在“四翼”階段的假說。該項(xiàng)成果代表了鳥類起源研究一個(gè)新的、國際性的重大突破，有力地推動(dòng)了鳥類起源研究和恐龍演化研究，為全球鳥類起源研究做出了重大貢獻(xiàn)，是2009年國際古生物學(xué)領(lǐng)域最重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一。

8　電力大系統(tǒng)安全域預(yù)警監(jiān)控理論及其工程應(yīng)用

電力系統(tǒng)作為國家的重要基礎(chǔ)設(shè)施，保證其安全穩(wěn)定運(yùn)行意義重大，而發(fā)展先進(jìn)的安全預(yù)警與監(jiān)控技術(shù)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵。該項(xiàng)目旨在發(fā)展基于安全域理論的電力系統(tǒng)安全性綜合預(yù)警與監(jiān)控理論，方法與技術(shù)，并與已有理論和方法互為補(bǔ)充，構(gòu)建科學(xué)的在線綜合預(yù)警與監(jiān)控系統(tǒng)，保障電力系統(tǒng)安全，穩(wěn)定和高效運(yùn)行。

該項(xiàng)目在理論研究方面，系統(tǒng)地發(fā)展了電力系統(tǒng)綜合安全域理論，證明了綜合安全域的一些重要微分拓?fù)鋵W(xué)和非線性動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，為其實(shí)用化提供堅(jiān)實(shí)的理論保障；在技術(shù)研發(fā)方面，發(fā)明了安全域邊界的快速求解、預(yù)想事故快速掃描和概率安全評(píng)估等多種實(shí)用技術(shù)，極大地提高了安全域的計(jì)算速度和在線安全監(jiān)控的運(yùn)算效率。該項(xiàng)目發(fā)展了高維安全域智能化降維方法以及多種安全域可視化展示技術(shù)；基于安全域理論研制了集在線安全分析、概率安全評(píng)估，控制方案優(yōu)化、安全性信息可視化展示為一體的電力系統(tǒng)安全性預(yù)警與監(jiān)控系統(tǒng)，提高了復(fù)雜電網(wǎng)的安全性運(yùn)行水平，對(duì)防范大停電事故有積極作用。該成果已成功應(yīng)用于國家電網(wǎng)公司調(diào)度中心等部門，社會(huì)效益顯著。出版專著2部，申請(qǐng)發(fā)明專利19項(xiàng)，獲軟件著作權(quán)4項(xiàng)。

9　基于自旋的量子調(diào)控實(shí)驗(yàn)研究

將量子力學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)結(jié)合并實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算是人類的一大夢(mèng)想，而實(shí)現(xiàn)這一夢(mèng)想的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一就是量子調(diào)控的研究。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室(籌)的杜江峰研究小組在基于自旋的量子調(diào)控實(shí)驗(yàn)研究方面通過采用磁共振技術(shù)對(duì)核自旋、電子自旋進(jìn)行精密量子調(diào)控，在退相干研究、量子模擬和量子計(jì)算等研究方向取得了重要的創(chuàng)新性成果，推動(dòng)了實(shí)用性量子計(jì)算機(jī)的研究。

量子系統(tǒng)不可避免的信息流失嚴(yán)重制約著量子計(jì)算的研究進(jìn)程。杜江峰與其同事的研究[Nature 461.1265(2009)]表明，通過精巧的脈沖控制，可以使固態(tài)體系中環(huán)境對(duì)電子量子比特的不利影響被降到最小，大大減少量子體系中量子信息的流失，并成功厘清各種退相干機(jī)制在此類固體體系中的影響。同期發(fā)表的專文評(píng)述指出：“他們所使用的量子相干調(diào)控技術(shù)被證明是一種可以幫助人們理解并且有效對(duì)抗量子信息流失的一個(gè)重要資源……從而朝實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算邁出重要的一步?！?/p>

與此同時(shí)，他們實(shí)驗(yàn)上第一次觀測(cè)了一個(gè)復(fù)雜量子體系(同時(shí)包含二體和三體相互作用)基態(tài)的糾纏量子相變過程，采用量子糾纏見證的手段探測(cè)了由于三體相互作用導(dǎo)致的一類新的量子相變[Physical Review Lettersl D3，140501(2009)]，該成果被認(rèn)為是對(duì)量子模擬實(shí)驗(yàn)研究的重要貢獻(xiàn)。

10　雙功能單分子器件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室單分子物理化學(xué)研究團(tuán)隊(duì)，利用低溫超高真空掃描隧道顯微鏡，巧妙地對(duì)三聚氰胺小分子進(jìn)行了單分子手術(shù)，將其從普通化工原料轉(zhuǎn)變?yōu)榧扔卸O管效應(yīng)又有機(jī)械開關(guān)效應(yīng)的雙功能單分子器件，為單分子器件的多功能化開辟了新的思路。這一成果發(fā)表在2009年9月8日的美國《國家科學(xué)院院刊》上。