量子科学应用
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量子科学应用范文第1篇
2011年，中国科学院论证并启动了空间科学先导专项，2011年年底，量子科学实验卫星项目正式立项。这既意味着中国科学家向完全自主研发世界首颗量子科学实验卫星发起挑战，更意味着中国或将先于欧美拥有量子通信覆盖全球的能力。
十年历程，铸剑五载。虽然立项于2011年，但若从前期技术储备就开始算起，这条路中国足足走了十多年之久。
十年积淀
量子通信和量子计算研究兴起后，世界各地的物理学家都纷纷开始构思可扩展量子信息处理网络的实现。在量子通信领域，当大多数人仍致力于实验室内部的原理性演示时，中国科学技术大学潘建伟团队已经开始思考如何能够在太空中实现量子信息传输，并早在2003年就初步构建了量子科学实验卫星计划。
在这一背景下，2005年，潘建伟团队实现了13公里自由空间量子纠缠和密钥分发实验，证实光子穿透大气层后，其量子态能够有效保持，从而验证了星地量子通信的可行性。在星地自由空间量子通信重大突破的迹象出现后，中科院高瞻远瞩，适时超常规启动了两个知识创新工程重大项目――“远距离量子通信实验研究”和“空间尺度量子实验关键技术与验证”。
在创新工程重大项目的支持下，潘建伟团队实现了16公里自由空间量子隐形传态，并与中国科学院上海技术物理研究所、上海微小卫星工程中心、中国科学院光电技术研究所等研究机构强强联手，发展了一系列自由空间量子通信的关键技术，先后实现了百公里级自由空间量子通信、星地量子通信的全方位地面验证等重要实验，为实现星地量子通信奠定了坚实的科学与技术基础。
至此，星地量子通信的可行性已经得到充分验证。此时，中科院果断决策启动量子科学实验卫星工程立项论证，并将其列为空间科学先导专项的内容。
工程总体与六大系统
量子科学实验卫星的科学目标是开展星地高速量子密钥分发实验，并在此基础上进行广域量子密钥网络实验，以期在空间量子通信实用化方面取得重大突破；在空间尺度进行量子纠缠分发和量子隐形传态实验，开展空间尺度量子力学完备性检验的实验研究。
对于科学卫星来说，有效载荷的配置尤为重要，直接关系到能否将科学指标转化为工程指标，并实现科学目标。
为了满足量子科学实验卫星的科学目标要求，工程对有效载荷配置和指标要求进行了综合分析和论证，邀请领域专家进行讨论和评定，经过两次科学目标和有效载荷配置评审后，才最终确定了星上载荷配置。
之后，工程各系统根据卫星可行性方案开展了系统可行性论证，完成并通过了立项综合论证，进而明确了工程研制任务：研制一颗量子科学实验卫星，研制生产一发二号丁运载火箭，在酒泉卫星发射中心将卫星发射至高度为500公里的预定轨道。同时建设以4个量子通信地面站和1个空间量子隐形传态实验站为核心的天地一体化量子科学实验系统。
随后，借鉴以往卫星工程管理经验，同时也根据量子科学实验卫星的特点和实际需求，设置了工程总体和六大系统，包括卫星系统、运载火箭系统、发射场系统、测控系统、地面支撑系统和科学应用系统。
工程总体负责制定工程研制计划，编制工程顶层文件，组织工程重大活动，协调系统间问题，同时对工程整个研制过程进行监督和管理。
六大系统分工明确：卫星系统主要负责卫星平台和有效载荷的研发，载荷包括量子密钥通信机、量子纠缠发射机、量子纠缠源和量子实验控制与处理机；运载火箭系统主要负责运载火箭的研制和生产；发射场系统选择酒泉卫星发射中心作为量子科学实验卫星的发射场，主要承担运载火箭和量子科学实验卫星的测试、发射任务，并提供地面技术支持与勤务保障；测控系统负责对运载火箭主动段提供测控支持，对卫星平台实施测控及长期运行管理，支持开展科学实验，向地面支撑系统传输原始遥测数据，接收地面支撑系统传送的科学实验数据并完成数据的上行发送和下行接收；地面支撑系统负责提供实验任务运行控制管理、数据接收、预处理、管理和归档等公用性支撑服务，是连接科学应用系统和测控系统的纽带，任务要求包括实验数据接收、实验任务运控管理、数据预处理与归档管理和地面通信网络支持等；科学应用系统负责整个量子科学实验卫星工程科学实验计划的制订、科学实验的实施、科学数据和应用的处理传输存储管理与，其系统配置为：1个中心――合肥量子科学实验中心，4个站――南山、德令哈、兴隆、丽江量子通信地面站，1个平台――阿里量子隐形传态实验平台。
关键技术
作为我国自主研发的星地量子通信设备，量子科学实验卫星突破了一系列高精尖技术，既包括“针尖对麦芒”的星地光路对准、偏振态保持与星地基矢校正、量子纠缠源等工程级关键技术，也包括与有效载荷相关的多项先进技术。
量子科学实验卫星需要在两年的设计寿命中完成四大任务：星地高速量子密钥分发实验、广域量子通信网络实验、星地量子纠缠分发实验和地星量子隐形传态实验。这些实验将通过我国自主研发的星地量子通信设备完成，它能够产生经过编码的、甚至是纠缠的光子并发射到地面上，与之对接的地面系统则负责“接收光子”，这种光子的发射与接收被称为“针尖对麦芒”。
这并不是一件容易的事情。量子科学实验卫星十分复杂，在它飞行的过程中，携带的两个激光器要分别瞄准两个地面站，向左向右同时传输量子密钥。这就要求在飞行的过程中必须始终保证精确对准，跟踪要达到相当高的精度，这也是国际上从来没有人做过的。
“激光器一站对一站的有人做过，但是一颗卫星对准两个地面站的从来没有过，而且还要保证对得准确……如果能够做到的话，在国际上也是第一次做这么高精度的跟踪和地面站配合。”中国科学院国家空间科学中心主任、空间科学先导专项科学卫星工程常务副总指挥吴季说。
为了让穿越大气层后光子的“针尖”仍能对上接收站的“麦芒”，量子科学实验卫星工程常务副总师兼卫星总指挥、中科院上海技术物理所王建宇研究员带领团队，与潘建伟团队一道，从2012年起就开始进行各种实验――如收发距离40公里的转台实验，与卫星绕地运行的角速度一致；又如30公里距离的车载高速运动实验，考验超远距离“移动瞄靶”能力；再如热气球浮空平台，在空地环境下模拟量子密钥分发……
此外，单颗卫星的量子通信还只是最简单的点对点的信息传递。加上白天强烈的日光背景，目前的星地量子通信还只能在夜间进行，这就进一步限制了星地量子通信的效率。由于量子科学实验卫星的在轨设计寿命仅为两年，因此任务十分紧迫。除了星地光路对准，星地链路偏振态保持与基矢校正也是另一个技术难点。为了突破这一瓶颈，研究人员首先通过载荷模样机研制，验证偏振性能，确定分色片等关键部件的技术状态；再进行地面站偏振保持方案原理验证，确定复核基矢校正计算算法；然后确定基矢测量受外界条件影响方式以及搭建地面站模拟终端进行载荷样机与地面站模拟终端联合试验等方式和渠道，终于明确了偏振态保持和基矢校正关键技术的实现方案和技术状态，并有效验证了关键技术的各项技术指标，确认其能够满足科学目标的需求。
量子科学实验卫星的科学目标之一是量子纠缠分发实验，在轨需要在星上制备高亮度纠缠光源，并将产生的纠缠光子对通过量子密钥通信机和量子纠缠发射机同时向两个地面站发射。
量子纠缠源的航天工程化也是量子科学实验卫星的一项关键技术。研究人员从纠缠源亮度、对比度、中心波长和光学接口指标几个方面着手，细化工程化指标，提炼出窄线宽泵浦激光器的空间适应性、高精度Sagnac干涉仪稳定性以及空间光纤极化控制三大技术难点，通过模样机的研制以及单模、保偏两种光纤极化控制方案的并行攻关，最终明确了量子纠缠源及光接口的技术状态，设计保证了关键技术的各项技术指标，且具有较大的裕度，满足科学任务的需求。
此次，量子科学实验卫星将包含4个有效载荷，分别是量子密钥通信机、量子纠缠发射机、量子纠缠源、量子实验控制与处理机。而针对这4个载荷的技术攻关，也耗费了科学家和工程技术人员的大量时间和心血。在高质量量子光束及低损耗链路技术方面，科学家们开展了近衍射极限量子光发射技术研究，理论分析了光纤出射光经过准直镜发射远场分布。分析表明，通过增大出射口径、提高光学质量等手段可优化发散角。
于是，技术人员选择采用一定口径和焦距的光学系统进行实验室试验验证，最终实现了小于15urad的量子光发射发散角，并接近衍射极限。
在快速指向镜研制及超前瞄准技术方面，研究人员完成了自行研制快反镜的详细设计，进行了关键参数计算分析及系统建模，并完成了重要部件选型。产品指标为指向范围大于6mrad，固有频率大于1kHz。
在高亮度纠缠源技术方面，研究人员成功研制了高亮度量子纠缠源载荷单机，指标满足要求，并成功模拟了高损耗的量子纠缠分发实验。实验数据显示，以目前量子纠缠源产品的亮度和品质，足以实现单边链路损耗40dB的纠缠分发。
协同攻关
随着量子科学实验卫星关键部件的成功交付，卫星发射准备就绪。但这一过程却凝聚了科学家团队和全体参研参试工程人员的心血。正是得益于工程队伍的协同攻关、团结一致，才保障了项目的顺利完成。
量子科学实验卫星不同于其他卫星的一个显著特点是星上和地面协同完成科学实验，即天地一体化实验，而且科学实验的数据流和指令流链路也较其它卫星更为复杂。在工程研制初期，虽然科学家团队对科学目标和科学实验都了如指掌，但是很多工程研制人员还是对在轨科学实验流程感到困惑。由此由工程总体组织、科学应用系统编制了《量子科学实验卫星工程天地一体化实验流程分析报告》。科学家团队和工程各系统研制队伍之间通过对天地一体化实验流程的不断讨论和细化，接口关系和任务分工不断明确，使得工程队伍逐渐对科学实验及其过程有了清晰的认识；并在工程正样研制阶段，通过大系统联试进一步验证了在轨科学实验流程，以及系统间数据流和指令流的协调匹配性。
在研制过程中，各系统研制团队通力合作，精益求精。卫星系统在方案阶段完成了星地光路对准、星地链路偏振态保持与基矢校正、星上量子纠缠源三项关键技术攻关，并通过了关键技术攻关评审；明确了卫星的总体技术方案，完成了整星初样设计，为工程实现奠定了基础。
初样阶段，卫星系统完成了结构热控星、电性星、鉴定星研制与试验，同时完成了卫星与运载、测控、地面支撑系统的对接试验和星地光路对准、量子密钥分发、量子纠缠分发、量子隐形传态四项地面验证专项实验，充分验证了光轴对准精度等关键指标，科学实验的功能与流程具备在轨开展科学实验任务的能力。
正样阶段，卫星系统以正样星生产与试验为主线，同时并行开展与其它系统接口对接试验；2015年11月至2016年5月，整星陆续通过了桌面集成测试、真空热试验、EMC试验、正弦振动试验、噪声试验、帆板展开与光照试验、精度复测等正样环境试验，并通过了科学任务流程演练和整星老练，各项试验均满足要求。
项目的工程研制任务除了研制一颗量子科学实验卫星外，还需研制生产一发二号丁运载火箭，由航天科技集团第八研究院负责建造。对于预定轨道，火箭运载能力不小于650kg；运载火箭整流罩内包络的尺寸大于1600mm×1800mm×1800mm。
CZ-2D运载火箭在运载火箭梯队素来有“金牌火箭”的美誉，曾26次执行飞行任务，成功率达百分之百。然而每一次任务，航天八院还是当作第一次生产和研制来对待，这一次也不例外，严格按照流程高质量完成每一个环节的研制工作，并充分开展地面试验和考核。
发射场系统和测控系统研制团队有着多年丰富的航天发射和测控经验。团队在面对量子科学实验卫星时仍然积极学习其特点和要求，全力配合开展适应性改造；按照工程总体的规划流程，组织完成了与各系统的初、正样对接试验，配合完成大系统联试。
科学应用系统是整个量子科学实验计划的大脑；与卫星系统一起构建天地一体化系统；还负责建设完成科学实验任务所需的科学实验中心、广域量子密钥应用平台、光学地面站和空间量子隐形传态实验站。
中国科学技术大学作为科学应用系统总体，全面承担起规划和建设工作。从总概算到建设流程，以及与协作单位协商和建设，都做了周密部署。
中科院国家天文台作为量子科学实验卫星科学应用系统的参研单位，主要负责地面站建设和改造分系统工作，并参与总体集成与科学实验中心分系统和新建望远镜分系统部分工作。
在地面站的建设过程中，国家天文台充分利用其在天文观测和野外台站运行的经验，与科学应用系统的科学目标相结合，设计并参与建设了适用于量子科学实验卫星观测的地面站系统。
为提升量子科学试验的自动化程度，国家天文台为各个地面站研制了综合控制系统，用于科学实验计划的导入、设备调度、科学数据采集和实验参数实时反馈；并自主提出环境监测系统，为地面站运行和在轨实验提供全天云图、夜天光、温湿度、气压、风速和风向等环境参数，保证设备安全运行和科学数据的有效性。
中科院光电技术研究所新研制的南山和德令哈地面站1.2m口径望远镜和改造的兴隆和云南的两台米级望远镜，是量子通信系统的核心组成部分。
在中科院光电所团队的攻坚克难下，在地面大口径望远镜接收量子信号光技术方面，团队提出基于实时扰动估计的控制方法，突破了高动态范围高精度望远镜机架控制技术，实现了对星上终端“针尖对麦芒”的稳定跟瞄功能，望远镜的跟踪精度和指向精度指标远远优于任务书的指标要求。同时，望远镜在宽光谱光高效率传输技术以及量子纠缠和密钥光的高保偏接收技术方面也有重大突破。
此外，团队在国际上首次研制完成宽光谱、高效率、高保偏、高精度的望远镜光学系统和速度动态范围大、抗扰能力强的望远镜伺服控制系统，以及工作状态可配置的望远镜操控系统，在同一台望远镜上可同时完成量子通信、相干激光通信的实验任务以及天文观测任务，其中跟踪精度、指向精度和信号光高保偏等，均达到国际领先水平。
地面支撑系统建设中的一个突出问题是面临同时开展几颗卫星的研制、在轨测试和运行管理的局面。这就要求系统必须具有同时支撑多星的能力，并且也对技术系统、人员素质都提出了更高的要求。
对此，地面支撑系统迎难而上，充分发挥主观能动性，对系统业务软件进行有效、合理的调整，采取“基础平台框架+各卫星专用软件”的体系结构，从而确保了对每颗卫星只需将部分软件进行适应性完善即可进行支撑。也就是说，今后不必再大规模重新建设支撑系统，可谓一劳永逸。
量子科学应用范文第2篇
本书从简要概述经典物理、统计物理与量子力学之间的明显不同开始，论证为什么量子力学的应用可以超出物理学的范围，并且定义了量子社会科学。指出所谓的量子社会科学并不是要用适用微观尺度的量子力学原理重新表述社会，而是尝试借助量子力学的一些形式理论和概念，研究社会科学中的一些问题，包括在心理学、经济学与金融学中量子概率效应的存在，提出并解答了一些基本问题。他们论证了社会科学体系中的信息处理在一定程度上可以利用量子力学的数学工具形式化的奇妙方法。本书建议了一种类-量子方法可以作为理解经济学与金融学中心对象决策问题的有效工具。两位作者还论证了概率相干性能够用来解释著名的Ellsberg决策佯谬中总概率规律的破坏，本书两位作者对这一新奇的研究领域做出了一些领先的贡献。
两位作者深知这样一本书所讨论的内容是与直觉相反的，他们要把解释亚原子行为发展起来的物理学理论用于解释我们日常生活世界。尽管我们掌握了很多亚原子世界的精确知识，但是从来没有关于这个世界的直接经验。把微观世界有效的理论用于宏观世界可信度如何？这样奇特的做法会不会令人担忧？感兴趣的读者都可能提出这类问题。两位作者的想法是，关于他们开创的这种做法的可行性，应该由读者在读过该书之后自己得到答案。
本书陈述的模型可以称之为类-量子的，他们与量子物理没有直接关系。作者强调指出，对于复杂的社会系统所做的信息处理可以通过量子力学的数学工具描述。正是在这个意义上，本书阐释了金融市场、行为经济学和决策问题。
把精确科学与社会科学联系起来不是件轻而易举的事。其中最为困难的问题是消除这样的一种误解，即似乎在物理学与社会系统模拟之间本来就应当存在一架桥梁。实际上，在一些特殊的社会系统中，所得结果的“物理等价物”几乎毫无意义。
全书内容分4个部分，共15章。第1部分 社会科学中的物理概念，含第1-3章：1.经典、统计和量子力学，三合一概览；2.经济物理学； 3.量子社会科学。第2部分 数学与物理的预备知识，含第4-6章： 4.矢量的微积分学及其他数学预备知识；5.量子力学基本要素；6.Bohm力学的基本要素。第3部分 心理学中量子概率效应：基本问题及其答案，含第7-9章：7.简略概述；8.心理学中的干涉效应——导论；9.决策的类量子模型。第四部分 经济学、金融学与脑科学中的其他量子概率效应，含第10-15章：10.危机中的金融学/经济学理论；11.金融与经济学中的Bohm力学；12.BohmVigter模型和路径模拟；13.对于经济学/金融学理论的其他一些应用；14.大脑的类-量子处理的神经心理学起源；15.结论。
本书是面向经济学和心理学以及物理学的研究人员的一部具有新颖、独特观点的专著，很具启发性和创新性，对于希望开拓新的研究领域，特别是交叉学科相关领域的研究生以及研究人员很有参考价值。作者概述了进入该领域所需的数学预备知识和量子力学的基本概念以及社会科学相关的基础知识，这对那些对这一问题感兴趣并打算阅读该书的读者很有益处。
丁亦兵，教授
（中国科学院大学）
量子科学应用范文第3篇
在量子的世界中，对于一个微观的粒子，测量过程本身将不可避免的给我们要测量的物体造成一个显著的扰动，而且即使在原则上，我们也完全没办法把这一扰动减小到零；另一方面，观测行为本身又会破坏粒子原来的状态，让你永远不可能知道粒子本来的状态是什么。这就是量子不可克隆原理：你不能够复制一个未知的量子态，而不改变量子态本身。量子不可克隆原理是量子加密的基础。如果我们把想要保密传输的信息，加载到一个个不可能被准确观测和复制的量子态上，而任何的窃听行为都会改变原本传输的数据。那么最后我们取一部分数据出来，检查原本传输的信息是否被破坏，就能够检测到窃听者是否存在。
整个量子通信中，具有短期内真实的应用潜能的就是量子保密通信，其中最有用的部分就是量子密钥分发。经典通信使用最广泛的公钥密码，是假定一些数学难题，最典型的是假定大型数据分解的数学难题。但是，随着计算能力的不断提高，特别是未来量子计算机如果实现的话，这种数学难题的复杂性就迎刃而解了，换句话说，经典保密通信基于的数学方法不能获得严格的数学证明。在这个背景下，量子保密通信最大的卖点就是它的安全性获得了严格的数学证明，这也可以从其量子力学的基本原理来解释。
量子通信另一个核心内容是隐形传输，是利用了光子等基本粒子的量子纠缠原理来实现保密通信过程。纠缠是一种诡异的超距离相互关联的现象：两个纠缠在一起的粒子，即使被完全隔离，当观测一个粒子的状态时，另一个粒子的状态也会发生瞬时的改变。换言之，两个粒子的量子状态是完全关联的。量子物理让人最不可思议的地方在于，事物的状态并不是唯一确定的。对于宏观的硬币而言，只可能存在两种状态：正面朝上或是反面朝上。但对于一枚量子硬币，它可以既是正面朝上又是反面朝上。对于两枚纠缠在一起的量子硬币，如果发现其中一枚是正面朝上，另一枚也一定是正面朝上；当发现一枚是反面朝上，另一枚也一定是反面朝上；如果发现一枚既是正面朝上又是反面朝上，另外一枚也一定既是正面朝上又是反面朝上。因此，纠缠所包含的关联性，要比我们通常理解的宏观上的关联性强得多。
事实上，纠缠的两个粒子尽管可以在很远的距离上一个影响另一个，但它们无法传递任何信息。以密钥为例，当双方共享同一套密钥时，并没有发生信息的传递，直到加密的文本传来，密钥才有意义。量子通信和传统通信的唯一区别在于，量子通信采用了一种新的密钥生成方式，而且密钥不可能被第三方获取。
向全球的量子通信网迈进
发展量子通信技术的终极目标是构建广域乃至全球范围的绝对安全的量子通信网络体系。通过光纤实现城域量子通信网络连接一个中等城市内部的通信节点、通过量子中继实现邻近两个城市之间的连接、通过卫星与地面站之间的自由空间光子传输和卫星平台的中转实现遥远两个区域之间的连接，是实现全球广域量子通信最理想的路线图。
在这一路线图的指引下，欧洲、美国和中国等在过去几年中均进行了战略性部署，投入了大量的科研资源和开发力量，进行关键技术攻关和实用化、工程化探索，力争在激烈的国际竞争中占据先机。光纤量子密码技术目前正从点对点量子密钥分发的初级阶段向实现多节点网络内的量子安全性方向深入发展阶段，全球各地正在加紧进行量子通信系统的实用化和工程化建设。
由美国国防部高级研究署（DARPA）支持， BBN公司（具有很强的军方特色）技术部联合波斯顿大学与哈佛大学共同开展了量子保密通信与IP 互联网结合的五年试验计划。该计划主要内容是以BBN技术部、波斯顿大学和哈佛大学作为三个节点以构建融合现行光纤通信网、互联网和量子光通信的量子互联网，并在此基础上实现保密通信。
在欧盟的《量子信息处理和通信：欧洲研究现状、愿景与目标战略报告》中给出了欧洲未来五年和十年量子信息的发展目标，例如将重点发展量子中继和卫星量子通信，实现1000公里量级的量子密钥分配。欧洲空间局计划到2018年将国际空间站上的量子通信终端与一个或多个地面站之间建立自由空间量子通信链路，首次演示绝对安全的空间量子密钥全球分发的可行性。欧盟在2008年9月了关于量子密码的商业白皮书，启动量子通信技术标准化研究，并联合了来自12个欧盟国家的41个伙伴小组成立了SECOQC工程。
实用化进程：与经典通信的融合
从目前的实际应用来看，将量子通信网络与现有网络进行融合是最优的发展战略。互联网在设计时并没有深入地考虑安全性，这造成当今的网络安全问题十分突出。量子通信是人类能掌握的最保密的通信技术，量子通信和经典通信网络的融合研究对于提升未来网络的安全性具有重要的意义。
量子通信和经典网络的融合需要解决物理层和组网技术、中继技术和通信应用技术等几个方面的融合问题。对于未来网，应当从基础设施的建设和利用上就考虑和量子通信的融合。由于传统的光通信可能在很长一段时间内仍然是主要通信技术手段，在光通信网络上实现量子通信网络，将是融合的基础。
实际的量子通信中，量子通信与现有通信的融合是一个相互取长补短的过程，量子通信不会完全替代现有的通信技术，而是在现有的技术上在物理层、网络层、应用层将两者进行了融合。
从物理层来说，可以从光源、探测器和信道方面考虑。在光源方面，利用单光子源或者单离子源，或者将激光光源衰减到单光子量级应用到实际工程中；在探测方面，因为是单光子信号源，需要特测器有单光子量级特征，对量子密钥分发中的连续变量进行测量；在信道方面，对于不同的光源用不同波长的商用光纤即可满足条件。
从网络层来说，一方面我们可以采取独立的信道和统一的网络结构，也可以用一根光纤既传递量子信号又传递经典信号；除了光纤技术，还需要采取例如基于纠缠交换的量子中继技术来解决量子通信的远距离传输这一核心问题；此外，在组网的往来上，可以采取电路交换或者波长复用技术，并且增加量子路由器来进行控制。
从应用层来看，我们可以跟现有的互联网安全协议结合，用量子密码来替换现有协议中的初始密码，这样既可以得到更高的安全性也可以保持实际的通信速率。现在实际用到的量子保密分发的方法都是用诱骗态量子密钥分发的方法。而一旦用量子的方法产生密钥，则必须与后继的经典通信结合才能实际应用。比如，我们用量子密码生成种子密钥，然后用经典的方法进行扩张，这样既保证了种子密钥的安全，同时也有很高的通信效率。
量子通信在中国
量子信息因其传输高效和绝对安全等特点，被认为可能是下一代IT技术的支撑性研究，并成为全球物理学研究的前沿与焦点领域。基于我国近10年来在量子纠缠态、纠错、存储等核心领域的系列前沿性突破，中科院于2011年启动了空间科学战略性先导科技专项，力争在2015年左右发射全球首颗“量子通讯卫星”。
中国科学技术大学教授潘建伟、彭承志、陈宇翱等人，与中科院上海技术物理研究所王建宇、光电技术研究所黄永梅等组成联合团队，于2011年10月在青海湖首次成功实现了百公里量级的自由空间量子隐形传态和纠缠分发。实验证明，无论是从地面指向卫星的上行量子隐形传态，还是卫星指向两个地面站的下行双通道量子纠缠分发均可行，为基于卫星的广域量子通信和大尺度量子力学原理检验奠定了技术基础。
如果应用量子通信这项高科技，中国军方能瞬间传送军事信息而又确保万无一失。通过这项保密力度极强的科技的应用，能大幅度提升军队的指挥和控制能力，使得中国在信息战能力方面超越美国。
发射量子通讯卫星早就被中国科学界列为一项核心任务。早在2011年9月，中国科学院院长、党组书记白春礼在谈到中国能否抓住第六次科技机遇时透露，中科院计划在未来十年发射五颗科学卫星，其中，量子通讯卫星的卫星发射将列为重中之重。
由于量子信号的携带者光子在外层空间传播时几乎没有损耗，如果能够在技术上实现纠缠光子再穿透整个大气层后仍然存活并保持其纠缠特性，人们就可以在卫星的帮助下实现全球化的量子通信。这样一来，这种世界上最为保密的通信手段将会覆盖世界任何角落。
量子科学应用范文第4篇
关键词：墨子号;量子卫星;量子纠缠;量子密钥;物理学
中图分类号： TN219 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）30-100-2
0 引言
物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的一种自然科学，研究对象大至宇宙，小到基本粒子的质量、运动形式和规律等内容。量子卫星可谓是物理学中极大的天体物理和极小的量子力学理论的综合应用，意义重大。下面我想从2016年8月16日我国发射的全球首科量子科学实验卫星“墨子号”来谈谈对物理学中量子物理发展的一些思考。
1 “墨子号”的由来
作为全球三大古老逻辑体系之一的墨家逻辑中的经典著作《墨经》中提出的“光学八条”中描述了墨子对光线的认识，并成功设计了朴素的小孔成像实验，奠定了中国光学研究的基础，所以我国发射的全球首颗量子科学实验卫星被命名为“墨子号”以纪念墨子先生。
2 为何发展量子通信技术和通讯优势
我们知道，20世纪初，量子力学的基础知识刚刚被奠定的时候，它带给人们一种启示，虽然它会时常使人感到困惑，因为量子力学在微观世界里已经打败了经典力学古老的确定论，反复的讨论可能性、可能结果的叠加。
我们假设一个物理量存在最小的不可分割的基本单位，则这个物理量是量子化的，并把最小单位称为量子，所以我们常用量子去指一个不可分割的基本个体，例如“光的量子”是光的基本单位光子。当然，所有可量子化的物理量其最小单位是特定的，而不是任意值。20世纪的前一半时期许多物理学家将量子力学视为了解和描述自然的基本理论，发展出了量子光学、量子计算等不同专业领域来研究。
量子计算领域利用量子效应来控制和处理信息，它具有惊人的潜力，因为经典数据的二进制“比特”一次只能取一个值，而量子的“量子比特”能够在给定范围内代表任意及所有可能的取值：在被测量以前，它以所有的可能太的“叠加”形式存在。量子计算特别适合用于解决今天只能依靠“强力”处理器能力来解决的特殊问题―比如，几十个量子比特阵列就能够存储超过太字节（万亿）的传统数据量。[3]
因此发展量子通信技术的优势非常明显，前景广阔。
3 “墨子号”工作的理论基础
1917年G.Vernam提出了“一次一密”（One-Time Pad）密码体制[1][2]，C.E.Shannon于1949年用信息论证明了该密码体制是无条件安全的[1][2]，这是目前唯一被证明是绝对安全的密码体制。
由于量子信号的携带者光子在外层空间传播时几乎没有损耗，如果能够在技术上实现纠缠光子再穿透整个大气层后仍然存活并保持其纠缠特性，人们就可以在卫星的帮助下实现全球化的量子通信。此次发射的量子科学实验卫星完全由我国自主研发，突破了卫星平台、有效载荷、地面光学收发站等一系列关键技术，将在轨开展量子密钥分发、广域量子密钥网络、量子纠缠分发、量子隐形传态、星地告诉相干激光通信等科学实验。
潘建伟研究小组在2003年开始研究自由空间量子通信，他们在实验点制备出成对的纠缠光子，再利用两个专门设计加工的发射望远镜将容易发散的细小光束“增肥”后向东西相距13公里的两个实验站送出，两个接收端用同样型号的望远镜收集。
量子卫星和地球通信是双向的。卫星和地面站都拥有发射端和接收端。发射端包含单光子光源和光束整形系统，接收端包含单光子探测器和成像系统。光束整形系统和成像系统把点光源变成平行光并将其汇聚到焦点上。发射端和接收端是靠激光联系，它们之间有个大气层――它是目前较大的麻烦。
经过研究人员的种种努力，在如此远距离的传送中，虽有许多纠缠光子衰减，但仍有相当比例的“夫妻对”能存活下来并有旺盛的生命力，经单光子探测器检测，分居东西两地的光子“夫妻对”即使相距遥远仍能保持相互纠缠状态，携带信息的数量和质量能完全满足基于卫星的全球化量子通信要求。
在此基础上，研究小组进一步利用分发的纠缠光源进行绝对安全的量子保密通信。13公里不仅是目前国际上自由空间纠缠光子分发的最远距离，也是目前国际上没有窃听漏洞量子密钥分发的最大距离。
4 我国量子通讯发展历史和量子卫星的前景展望
英国《自然》杂志中关于“量子太空竞赛”中指出：“在量子通信领域，中国用了不到十年的时间，由一个了不起的国家发展成现在的世界劲旅，中国将领先于欧洲和北美......”可见我国量子通讯发展速度飞快。1995年，中科院物理所吴令安小组在实验室内完成了我国最早的量子密钥分发实验演示。2000年，该小组又与中科院研究生院合作利用单模光纤完成了1.1公里的量子密钥分发演示实验。2002年至2003年间，瑞士日内瓦大学Gisin小组和我国华东师范大学曾和平小组分别在67公里和50公里光纤中演示了量子密钥分发。2006年，中国科学技术大学潘建伟团队在世界上首次利用诱骗态方案实现了安全距离超过100公里的光纤量子密钥分发实验，2009年，该团队又在世界上率先将采用诱骗态方案的量子通信距离突破至200公里。2013年，潘建伟团队又在核心量子通信器件研究上取得重要突破，他们成功开发了国际上迄今为止最先进的室温通信波段单光子探测器，并利用该单光子探测器在国际上首次实现了测量器件无关的量子通信，成功解决了现实环境中单光子探测系统易被黑客攻击的安全隐患，大大提高了现实条件下量子通信系统的安全性。2016年8月16日我国发射的全球首科量子科学实验卫星“墨子号”这既是中国首个、也是世界首个量子卫星。
在我国，量子通信技术从基础研究向应用技术转化迈进，面对国际上科技巨头，如IBM、Bell实验室、德国西门子公司等都纷纷投入量子通信的产业化研究之时。我国将利用量子通信技术的产业化和广域量子通信网络的实现，作为保障未来信息社会通信安全的关键技术，而量子密钥极有可能会进入普通家庭，服务于社会大众，成为电子商务、电子医疗、军事科技等各种电子服务的驱动器，为当今这个高度信息化的社会提供基础的安全服务和最可靠的安全保障。
我国未来还将发射多颗量子卫星，预计到2020年实现亚洲与欧洲的洲际量子密钥分发。届时，连接亚洲与欧洲的洲际量子通信网也将建成，2030年左右将建成全球化的广域量子通信网络。随着量子通信网络的发展，量子通信将迎来巨大的市场。有人预测，国内量子通信短期市场规模在100亿至130亿元左右，长期市场规模将超过千亿元。
5 量子技术的应用对物理学发展的一些思考
量子通信技术的发展，基础是物理学理论的发展，笔者认为21世纪是要把微观和宏观整体地联系起来。这种结合对应用科技影响深远，我们回过头来看看，目前的科学发明在19世纪末都是很难想象的！没有20世纪初基础物理科学的发展，21世纪的科技应用和开发也无法迅速发展，那么，发展好当代物理理论研究应该对今后的技术发展产生深远影响。
参 考 文 献
[1] ASSCHE G V.Quantum Cryptography and Secret-key Distillation[M].New York：Cambridge University Press，2006.
量子科学应用范文第5篇
关键词：量子力学；现代物理；地方应用型高校
笔者于1997年毕业于衡阳师范高等专科学校物理教育专业，那时用的是专科学校自编的量子力学教材，内容较简化，学习起来较吃力；2005年进入湖南师大读研后，又学习了高等量子力学，许多东西似懂非懂；2016年开始向本科生讲授量子力学课程，也只有在这时候，才懂得了困惑自己多年的一些问题。从这个历程中，可见学好量子力学这门课程是多么难。
一、教学指导思想
正因为这门课程很难学，所以不能期望太高，何况在生源较差的地方应用型高校。与此同时，教师要以人才市场需求和学术发展为双重依据，保持学科体系的完整性，把量子力学教好。对于若干个学生中的精英，要使其受到完整的课程体系训练，培养物理学科的领头雁；而对于其他学生，则通过教学方式和考核方式的多样性，让其顺利通过这些理论性较强的课程考核，培养物理文化的传播者。
笔者采用的教学方式以传统讲授法为主，PPT用得很少。因为这门课程必须经过数学演算和推导，才能对量子世界有所理解。不要求学生步步推导，但教师至少要去一步一步地算，给学生留下深刻的印象，让学生知道，做学问是老老实实地工作。每章结束后，设置一个小测试，题目来自上课时讲的一些重点概念、符号、规律以及一些简单的公式推导。这样可以保证学生能从书本里查找答案，掌握基本知识。
二、正确看待学生的学习状况
学生的学习状况也如所预料的一样，认真听的只有几个有考研意愿的人，其他人几乎是以玩手机来消磨时间。小测试的时候，总有十多人先不做，坐等别人的答案。笔者认为，教育不能指望人人都会成为精英，能成为“欲栽大树柱长天”的人只需几个即可。同一个专业里，也需要各种层次的人才，如理论计算、实验操作、知识传播、人际协调，等等。量子力学教师需要关注学生的听课状态，以人人能学会为原则（教育机会均等），随时调整自己的教学策略；同时也要牢记自己的使命，把量子力学的灵魂传播到位，把它的科学精神传播到位。
三、量子力学的魂与精神
量子力学的魂是：微观粒子的运动状态是不确定的，只能用概率波去描述；微观粒子的运动能量不是连续的，而是离散的；测量微观粒子的力学量时得不到确定值，只能得到系列的可能值及其出现的概率，但它们的统计值是确定的，即得到的宏观量；量子力学里的微观粒子不一定是电子质子等实物粒子，还可能是经过一次量子化和二次量子化后的某种运动单元，如电磁场光子、谐振子粒子。量子力学的精神是：科学研究是一件严肃的事情，必需老老实实地演算和推导，来不得半点投机取巧。
四、教学心得体会
1.量子力学的研究对象。量子力学是研究微观粒子的运动，但是课本开始介绍的黑体辐射却是能观察到的宏观现象，这该怎样理解？一是将空窖里的辐射场当成大量微观粒子组成的系统，它们服从Bose-Einstein分布l=ωl/（eβεl-1），只是它们不是有原子分子结构的实物粒子罢了。二是认为这些粒子的能量是量子化的εl=ω，不再是宏观的连续能量了。这样一来，物体的辐射就是发射和吸收微观粒子的过程了。
2.二次量子化。把辐射场处理成能量量子化的大量微观粒子，把原点附近做振动的原子或分子处理成能量量子化的线性谐振子等就是一次量子化。最简单的二次量子化就是体现在对线性谐振子的处理上。线性谐振子的能级是分立的，En=ω（n+1/2），τΦ谋菊魈为Ψn。由于相邻能级上的本征态具有递推关系，即由Ψn可以推出Ψn-1或Ψn+1这时又把态Ψn看成是由n个粒子组成的系统，每个粒子具有能量E=ω，这样一来，递推关系里的算符就可以看成产生算符和湮灭算符了。
3.不确定性。这点和统计力学有某种相似性。统计力学并不知道微观粒子确定的运动状态，所以只好假定每种微观运动状态出现的概率相等，即等概率原理。这样一来，就可以理解测量微观粒子的力学量时，得不出确定值的原因，只能得出一系列的可能值以及这些可能值出现的概率。同样，描述粒子的运动状态也只能用概率波来描述了。
量子科学应用范文第6篇
关键词： 量子概率； 量子三叉树；量子B-S模型；量子期权敏感性
中图分类号：F830； O413 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）01-0014-03
0 引言
量子金融是量子概率应用于金融市场的研究，体现了期权定价[1]思想上的创新。目前，国内外学者在这方面已做了一定的工作。陈泽乾[2]提出二项式期权定价量子模型。E.Sega[3]用量子效应解释在金融市场期权价格的不规则变化。Emmanuel和E.Have[4]描述了在量子系统中，Black-Scholes模型的具体含义。Belal.E.Baaquie[5]研究了基于量子理论的有息债券欧式期权利率模型。Liviu-Adrian Cotfas[6]借助Fourier变换和量子算符模型分析股票信息与价格的关系。本文建立了量子三叉树模型。根据期权折现流在量子概率下是一个鞅过程，给出了量子概率在金融问题中的作用。同时根据Tailor公式，用量子力学过程代替经典随机过程描述股票价格，在股票价格St遵循量子Brown运动的情形下，得到连续量子B-S模型。实例应用和Matlab仿真都证实了量子B-S的有效性。一方面简化了期权计算，另一方面更好地揭示了金融市场的量子特征。
1 量子三叉树模型
2 连续量子Black-Scholes模型
定理2. 量子期权平价公式
在任意一个时刻t
证明：在t=0时刻，由文献[9]可以构造两个量子投资组合φ1=c+Ke-rT，φ2=p+S。
设Vt（φ）是投资组合φ在时刻t的财富值，考虑上面两个量子投资组合，在t=T时刻的值
VT（φ1）=VT（c）+VT（Ke-rT）=（ST-K）++K=max{K，ST}
VT（φ2）=VT（p）+VT（S）=（K-ST）++ST=max{K，ST}
故VT（φ1）=VT（φ2），从而得到Vt（φ1）=Vt（φ2），即ct+Ke-r（T-t）=pt+St成立。
有了量子期权平价公式，由量子B-S算出看涨期权的价格，就可以得出看跌期权的价格。
4 实例应用
5 量子欧式期权敏感性[10]应用
以下是用MATLA对欧式期权敏感性做的仿真：
图1和图2表示期权标的物的价格波动性变动对期权价格的影响程度，数学表达式■，f为Black-Scholes期权定价公式中期权价格函数C。颜色反映灵敏度，下面是量子图，它比上面的经典图更能体现细微的波动值的变动。
6 结论
本文以量子概率的角度，利用量子力学理论建立了量子三叉树和量子Black-Scholes模型，处理了复杂期权定价问题。实例应用和敏感性分析都证实了量子B-S模型的有效性，量子期权图对金融市场标的物的价格细微波动变化反应更敏感，更能体现金融市场的量子特征。
参考文献：
[1]J.C. Hull. Options， Futures and Other Derivatives[M]. Prentice Hall， Inc， 2009.
[2]Zeqian Chen. Quantum theory for the binomial model in finance theory [J].Journal of systems science and complexity， 2004， 17：567-573.
[3]Segal W， Segal I E. The Black-Scholes pricing formula in the quantum context[J].Economic Sciences， 1998， 95（3）：4072-4075.
[4]E.Haven. Pilot-wave theory and financial option pricing[J].International Journal of theoretical Physica，2005，44（11）：1957-1962.
[5]Belal.E.Baaquie. The minimal length uncertainty and the quantum model for the stock market [J].Physica A， 2012， 391：2100-2105.
[6]Liviu-Adrian Cotfas. A finite dimensional quantum model for the stock market[J].Physica A， 2013，392：371-380.
[7]P.A.M.Dirac. The Principles of Quantum Mechanics.[M]. Science Press，2011.
[8]姜礼尚.期权定价的数学模型和方法[M].北京：高等教育出版社，2010：10-13.
量子科学应用范文第7篇
论文摘要：将量子化学原理及方法引入材料科学、能源以及生物大分子体系研究领域中无疑将从更高的理论起点来认识微观尺度上的各种参数、性能和规律，这将对材料科学、能源以及生物大分子体系的发展有着重要的意义。
量子化学是将量子力学的原理应用到化学中而产生的一门学科，经过化学家们的努力，量子化学理论和计算方法在近几十年来取得了很大的发展，在定性和定量地阐明许多分子、原子和电子尺度级问题上已经受到足够的重视。目前，量子化学已被广泛应用于化学的各个分支以及生物、医药、材料、环境、能源、军事等领域，取得了丰富的理论成果，并对实际工作起到了很好的指导作用。本文仅对量子化学原理及方法在材料、能源和生物大分子体系研究领域做一简要介绍。
一、 在材料科学中的应用
（一）在建筑材料方面的应用
水泥是重要的建筑材料之一。1993年，计算量子化学开始广泛地应用于许多水泥熟料矿物和水化产物体系的研究中，解决了很多实际问题。
钙矾石相是许多水泥品种的主要水化产物相之一，它对水泥石的强度起着关键作用。程新等[1 ，2]在假设材料的力学强度决定于化学键强度的前提下，研究了几种钙矾石相力学强度的大小差异。计算发现，含Ca 钙矾石、含Ba 钙矾石和含Sr 钙矾石的Al -O键级基本一致，而含Sr 钙矾石、含Ba 钙矾石中的Sr，Ba 原子键级与Sr-O，Ba -O共价键级都分别大于含Ca 钙矾石中的Ca 原子键级和Ca -O共价键级，由此认为，含Sr 、Ba 硫铝酸盐的胶凝强度高于硫铝酸钙的胶凝强度[3]。
将量子化学理论与方法引入水泥化学领域，是一门前景广阔的研究课题，它将有助于人们直接将分子的微观结构与宏观性能联系起来，也为水泥材料的设计提供了一条新的途径[3]。
（二） 在金属及合金材料方面的应用
过渡金属(Fe 、Co、Ni)中氢杂质的超精细场和电子结构，通过量子化学计算表明，含有杂质石原子的磁矩要降低，这与实验结果非常一致。闵新民等[4]通过量子化学方法研究了镧系三氟化物。结果表明，在LnF3中Ln原子轨道参与成键的次序是：d＞f＞p＞s，其结合能计算值与实验值定性趋势一致。此方法还广泛用于金属氧化物固体的电子结构及光谱的计算[5]。再比如说，NbO2是一个在810℃具有相变的物质(由金红石型变成四方体心)，其高温相的NbO2的电子结构和光谱也是通过量子化学方法进行的计算和讨论，并通过计算指出它和低温NbO2及其等电子化合物VO2在性质方面存在的差异[6]。
量子化学方法因其精确度高，计算机时少而广泛应用于材料科学中，并取得了许多有意义的结果。随着量子化学方法的不断完善，同时由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学在材料科学中的应用范围将不断得到拓展，将为材料科学的发展提供一条非常有意义的途径[5]。
二、在能源研究中的应用
（一）在煤裂解的反应机理和动力学性质方面的应用
煤是重要的能源之一。近年来随着量子化学理论的发展和量子化学计算方法以及计算技术的进步，量子化学方法对于深入探索煤的结构和反应性之间的关系成为可能。
量子化学计算在研究煤的模型分子裂解反应机理和预测反应方向方面有许多成功的例子， 如低级芳香烃作为碳/ 碳复合材料碳前驱体热解机理方面的研究已经取得了比较明确的研究结果。由化学知识对所研究的低级芳香烃设想可能的自由基裂解路径，由Guassian 98 程序中的半经验方法UAM1 、在UHF/ 3-21G*水平的从头计算方法和考虑了电子相关效应的密度泛函UB3L YP/ 3-21G*方法对设计路径的热力学和动力学进行了计算。由理论计算方法所得到的主反应路径、热力学变量和表观活化能等结果与实验数据对比有较好的一致性，对煤热解的量子化学基础的研究有重要意义[7]。 转贴于
（二）在锂离子电池研究中的应用
锂离子二次电池因为具有电容量大、工作电压高、循环寿命长、安全可靠、无记忆效应、重量轻等优点，被人们称之为“最有前途的化学电源”，被广泛应用于便携式电器等小型设备，并已开始向电动汽车、军用潜水艇、飞机、航空等领域发展。
锂离子电池又称摇椅型电池，电池的工作过程实际上是Li + 离子在正负两电极之间来回嵌入和脱嵌的过程。因此，深入锂的嵌入-脱嵌机理对进一步改善锂离子电池的性能至关重要。Ago 等[8] 用半经验分子轨道法以C32 H14作为模型碳结构研究了锂原子在碳层间的插入反应。认为锂最有可能掺杂在碳环中心的上方位置。Ago 等[9 ] 用abinitio 分子轨道法对掺锂的芳香族碳化合物的研究表明，随着锂含量的增加，锂的离子性减少，预示在较高的掺锂状态下有可能存在一种Li - C 和具有共价性的Li - Li 的混合物。Satoru 等[10] 用分子轨道计算法，对低结晶度的炭素材料的掺锂反应进行了研究，研究表明，锂优先插入到石墨层间反应，然后掺杂在石墨层中不同部位里[11]。
随着人们对材料晶体结构的进一步认识和计算机水平的更高发展，相信量子化学原理在锂离子电池中的应用领域会更广泛、更深入、更具指导性。
三、 在生物大分子体系研究中的应用
生物大分子体系的量子化学计算一直是一个具有挑战性的研究领域，尤其是生物大分子体系的理论研究具有重要意义。由于量子化学可以在分子、电子水平上对体系进行精细的理论研究，是其它理论研究方法所难以替代的。因此要深入理解有关酶的催化作用、基因的复制与突变、药物与受体之间的识别与结合过程及作用方式等，都很有必要运用量子化学的方法对这些生物大分子体系进行研究。毫无疑问，这种研究可以帮助人们有目的地调控酶的催化作用，甚至可以有目的地修饰酶的结构、设计并合成人工酶；可以揭示遗传与变异的奥秘， 进而调控基因的复制与突变，使之造福于人类；可以根据药物与受体的结合过程和作用特点设计高效低毒的新药等等，可见运用量子化学的手段来研究生命现象是十分有意义的。
综上所述，我们可以看出在材料、能源以及生物大分子体系研究中，量子化学发挥了重要的作用。在近十几年来，由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学计算变得更加迅速和方便。可以预言，在不久的将来，量子化学将在更广泛的领域发挥更加重要的作用。
参考文献：
[1]程新. [ 学位论文] .武汉:武汉工业大学材料科学与工程学院，1994
[2]程新，冯修吉.武汉工业大学学报，1995，17 (4) :12
[3]李北星，程新.建筑材料学报，1999，2(2):147
[4]闵新民，沈尔忠， 江元生等.化学学报，1990，48(10): 973
[5]程新，陈亚明.山东建材学院学报，1994，8(2):1
[6]闵新民.化学学报，1992，50(5):449
[7]王宝俊，张玉贵，秦育红等.煤炭转化，2003，26(1):1
[8]Ago H ，Nagata K， Yoshizaw A K， et al. Bull.Chem. Soc. Jpn.，1997，70:1717
[9]Ago H ，Kato M，Yahara A K. et al. Journal of the Electrochemical Society， 1999， 146(4):1262
量子科学应用范文第8篇
关键词：量子通信定义 量子通信理论由来 驳倒爱因斯坦的实验论据
一、量子通信定义
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。
二、量子通信理论由来
“1935年5月的一天早晨，爱因斯坦像往常一样准时来到普林斯顿高等研究院的办公室。他来普林斯顿小镇快两年了，已经熟悉并开始喜欢这个恬静的“室外桃园”。办公桌上放着他和助手波多尔斯基、罗森一起刚刚发表在《物理评论》上的论文。他拿起来看了看，脸上露出孩子般顽皮的微笑――这回他终于可以战胜老对手玻尔了。与此同时，在大西洋彼岸的哥本哈根大学玻尔研究所，爱因斯坦的文章立刻引起了物理学家玻尔的关注和不安。这对他来说简直是个晴天霹雳！玻尔立刻放下所有的工作，他说：‘我们必须睡在问题上。’爱因斯坦和玻尔是20世纪两位最伟大的物理学家，他们都为量子理论的建立做出了奠基性的贡献。然而，他们对于这个理论的含义却一直争论不休。这一争论被称为‘关于物理学灵魂的论战’。”――引自郭光灿院士《爱因斯坦的幽灵：量子纠缠之谜》。
郭光灿院士书中所指的“物理学灵魂”的论战，与“量子纠缠”现象有着莫大的关系。 在量子力学中，有共同来源的两个微观粒子之间存在着某种纠缠关系，不管它们被分开多远，只要一个粒子发生变化就能立即影响到另外一个粒子，即两个处于纠缠态的粒子无论相距多远，都能“感知”和影响对方的状态，这就是量子纠缠。尽管爱因斯坦最早注意到微观世界中这一现象的存在，但却不愿意接受它，并斥之为“幽灵般的超距作用（spooky action at a distance）”。
三、驳倒爱因斯坦的实验论据
对EPR实验的验证始于1960年，在1980年终于获得有说服力的结果。这些是实验大多都是以光子来做为自旋关联。主要是利用院子的级联辐射，选择出光子动量为0的情形。1982年，法国物理学家艾伦•爱斯派克特（Alain Aspect）和他的小组成功地完成了一项实验，证实了微观粒子“量子纠缠”（quantum entanglement）的现象确实存在，这一结论对西方科学的主流世界观产生了重大的冲击。它证实了任何两种物质之间，不管距离多远，都有可能相互影响，不受四维时空的约束，是非局域的（nonlocal），宇宙在冥冥之中存在深层次的内在联系。
四、突破传统的通信方式
1993年，C.H.Bennett提出了量子通信的概念;同年，6位来自不同国家的科学家，提出了利用经典与量子相结合的方法实现量子隐形传送的方案：将某个粒子的未知量子态传送到另一个地方，把另一个粒子制备到该量子态上，而原来的粒子仍留在原处。在量子通信系统中，共享信息的两个人必须共享几乎一致的两个成对产生并永远缠结在一起的光子。一旦信息被带到第一个光子上，它将会消失并重现在第二个光子上，以实现不加外力方式传输信息。不加外力传输的概念是以量子物理学为基础的，它所使用的是具有波、粒两重性但没有电荷和质量的光子，而不是常规使用的电子。在量子通信中，报文是以不加外力传输方式传输的。不加外力传输方式就是使信息在一个地方消失，从而使其能在另一个地方出现的过程。它不需要通过空中、太空或线路传输。在这一过程中，发送者与接收者共享所需光子的数量，决于所发送报文的长度。在量子通信中，由于光子只能成对产生，因此，所有量子的不加外力方式只能在一个发送者和一个接收者之间进行。如果接收者需要将报文传送给其他人，则每次必须共享和使用缠结在一起的新的一对光子。因此，量子网络必须一个链路一个链路地建立。
利用量子信息技术之一量子密码术，可实其基本思想是：将原物的信息分成经典信息和量子信息两部分，它们分别经由经典通道和量子通道传送给接收者。经典信息是发送者对原物进行某种测量而获得的，量子信息是发送者在测量中未提取的其余信息；接收者在获得这两种信息后，就可以制备出原物量子态的完全复制品。该过程中传送的仅仅是原物的量子态，而不是原物本身。发送者甚至可以对这个量子态一无所知，而接收者是将别的粒子处于原物的量子态上。在这个方案中，纠缠态的非定域性起着至关重要的作用。量子隐形传态不仅在物理学领域对人们认识与揭示自然界的神秘规律具有重要意义，而且可以用量子态作为信息载体，通过量子态的传送完成大容量信息的传输，实现原则上不可破译的量子保密通信。
五、量子通信的发展状况
量子通信具有传统通信方式所不具备的绝对安全特性，不但在国家安全、金融等信息安全领域有着重大的应用价值和前景，而且逐渐走进人们的日常生活。
为了让量子通信从理论走到现实,从上世纪90年代开始,国内外科学家做了大量的研究工作。自1993年美国IBM的研究人员提出量子通信理论以来，美国国家科学基金会、国防高级研究计划局都对此项目进行了深入的研究，欧盟在1999年集中国际力量致力于量子通信的研究，研究项目多达12个，日本邮政省把量子通信作为21世纪的战略项目。我国从上世纪80年代开始从事量子光学领域的研究，近几年来，中国科技大学的量子研究小组在量子通信方面取得了突出的成绩。
2006年夏,我国中国科技大学教授潘建伟小组、美国洛斯阿拉莫斯国家实验室、欧洲慕尼黑大学―维也纳大学联合研究小组各自独立实现了诱骗态方案，同时实现了超过100公里的诱骗态量子密钥分发实验，由此打开了量子通信走向应用的大门。2008年底，潘建伟的科研团队成功研制了基于诱骗态的光纤量子通信原型系统，在合肥成功组建了世界上首个3节点链状光量子电话网，成为国际上报道的绝对安全的实用化量子通信网络实验研究的两个团队之一（另一小组为欧洲联合实验团队）。