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小论文——生活中的量子力学

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1、小论文生活中的量子力学众所周知，现代物理学发端于20世纪之初，它的两大支柱相对论和量子力学都在理论上突破了经典力学的原有框架，创立了自己全新的概。量子力学无疑改变了世界，它的发展历程在这里我们就不在累述，我们关心的是，在21世纪，量子力学能为我们的生活带来一些什么？量子力学向近代科学技术的发展提供了理论基础，原子能技术开发、纳米技术、激光、超导研究、大规模集成电路等前沿领域都离不开量子力学的理论支持。在这里，我们选取量子力学中两个比较热门的领域进行讨论：量子计算机和量子信息学。一、量子计算机量子力学的核心思想就是几率，这也是它被无数物理学家称为“美学、哲学与数学完美结合”的主要原因。量子的自旋有向上和向下两种，几率各为50%；考虑我们计算机的工作原理，采用二进制，也是1和0两种几率，各为50%（即高电平和低电平）。这让我们不禁联系到，这二者是否有什么共通之处呢？于是，将量子思想引入到通讯领域的课题被科学家们提出，以提高计算机的效率。经典计算机的工作原理是通过经典串行处理将经典输入信号变为经典输出信号，而量子计算机的工作原理是使用量子位存储信息，通过幺正变换达到并向处理的目的，将量子叠加

2、态输入信息转化为量子叠加态输出信息。其具体步骤是对每一叠加分量的运算相当于一经典运算，对所有分量的运算同时完成，并按一定的几率叠加，从而给出输出结果。通过量子运算，计算机的计算速度可提高10亿倍，1个400位长的数分解成质数乘积,采用巨型机需10亿年，用量子计算机只要一年。但是，量子信号与外部环境发生相互作用，导致量子相关性的衰减，使相干性很难维持。并且，当代信息系统保密依赖于RSA加密算法，RSA码用量子计算机几分钟既可破译。量子计算机将成为黑客的天堂！这些都是正在开发的量子计算机需要克服的困难。二、量子信息学20世纪初，以Bohr ,Planck为代表的一批物理学家在一系列实验现象的基础上，建立了一套与经典物理截然不同的用来描述微观粒子运动规律的理论体系量子力学。1964，Bell提出的关于量子力学之外的隐变数不等式引发了Einstein和Bohr 两位巨人从哲学到物理的争论。1982 年，Aspect 等人以巧妙的构思和精确的实验方案验证了量子力学预言的正确以及Bell不等式被违背。该实验说明量子纠缠是量子态的本身属性，人们在对这个概念进行大量实验和理论研究的同时，也培育出一门新

3、兴学科量子信息学。1. 量子编码:引入多余信息，使得在一部分比特发生错误时，仍有可能按照一定的规则纠正这些错误。消相干会引起量子错误，量子编码的目的是为纠正或防止这些量子错误。基本思想是以合适的方式引进多余信息，以提高信息的抗干扰能力。2. 量子克隆与量子复制的区别前者是精确复制，而后者允许输出态与输入态有一定偏差。量子不可克隆定理：一个未知的量子态不可以克隆。证明：两态量子系统|0和|1为基矢， |s|s|Qx|s|s|Qsx 。 |ss表示初始模和复制模均处于|s态 |Qx， |Qsx分别为装置在复制前后的量子态。对基矢|0和|1： |0|Qx|0|0|Q0x |1|Qx|1|1|Q1x |s=a|0+b|1 |s|Qx= (a|0+b|1) |Qx |0|0|Q0x+b |1|1|Q1x 不等于|s|s|Qsx，量子力学的线性特性禁止这样复制。量子态不可精确复制是量子密码术的重要前提，它确保了量子密码的安全性，使窃听者不可采取克隆技术获得合法用户的信息。量子不可克隆定理并未排除量子复制，人们一直在寻找最佳的量子复制机，尽可能精确复制所有输入态。在量子信息学中 ,量子态是信息的载体 ,量子信息的许多技术是建立在量子态纠缠的基础之上的。因此，量子纠缠是量子信息学中最重要的研究课题。结语：量子力学虽然还未成熟，但它正以其独特的魅力正走向人们的生活，它为新世纪的物理学研究提供了方向，衍生出了量子通讯、量子信息、量子计算机等新兴学科。相信通过一代代科学家们的不懈努力，量子力学终将以其独特的形式，带给我们更多的便利。参考文献：1. 苏晓琴,郭光灿. 量子通信与量子计算J. 量子电子学报, 2004,(06).2. 李承祖. 量子信息和量子信息技术J. 国防科技, 2007,(06) .3. 莫露洁,颜源. 量子计算机与经典计算机的比较J. 电脑应用技术, 2008,(02) .1

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