量子力学研究范例

摘要:以普通高校课程思政总体现状为研究依据，结合量子力学课程的结构和特点，探索在量子力学课程中开展课程思政教学的有效路径，通过提升专业课教师对课程思政的理解和认知，深入挖掘量子力学课程中蕴含的丰富思政元素，以课程承载思政，将思政融于课程，达到启迪学生心智、陶冶道德情操的育人目标。

关键词:课程思政;量子力学;教学改革

在全国高校思想政治工作会议上强调，要坚持把立德树人作为中心环节［1］。要把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人，要用好课堂教学渠道，各类课程都要与思想政治理论课同向同行，形成协同效应。在此背景下，如何在专业课程的教学中将课程思政元素融入课堂、如何育人成为当前各个高校和教师们关注的热点［2－6］。量子力学是物理学专业的核心课程之一，它的主要内容是以微观世界粒子为研究对象，根据量子力学的五大基本假设，通过解薛定谔方程得到微观粒子的力学量本征值，进而得到微观世界粒子运动的基本规律。量子力学在物理学中占有极其重要的位置，也是从事当代科学技术研究的基础之一。量子力学可以培养学生扎实的物理基本功，为固体物理学和半导体物理学等后继课程的学习做准备。量子力学被广泛地应用到化学、电子学、计算机科学、天体物理学等其他学科。量子力学课程的学习对培养学生严谨的科学学风、科学方法及抽象逻辑思维能力、创新精神等起到十分重要的作用。因此，充分发掘和运用量子力学中蕴含的思政教育资源，强化思想理论教育和价值引领，在量子力学课程的教学中融入课程思政元素，对于塑造学生的马克思主义世界观、人生观和价值观具有重要的理论和现实意义。已有研究者通过对量子力学的知识结构的再梳理，以及对量子力学课程中所蕴含的思政元素的深入挖掘，形成思政案例，探索了量子力学课程与思政元素相融合的问题［7－9］，这些工作对量子力学课程思政教育理念的推广起到了很好的促进作用。然而，在探索和实践地方本科高校量子力学课程思政教育的过程中，量子力学课程与思政元素的有机结合仍然有很多困难和问题，需要去探索和解决。

一、课程思政教学的基本现状

(一)专业课教师思政元素的提炼能力稍显不足。按照课程思政的育人要求，专业课教师在培养人才、讲授专业知识和技能的同时，要引导学生树立正确的世界观、人生观、价值观。教师是执行课程思政育人功能的第一责任人，其自身要具备一定的思政素质和修养。然而，地方普通高校尤其是应用型本科高校的多数理工科专业教师在参加工作后，很少有机会学习如何将思政元素系统地应用于专业课程教学中的方法。按照传统的课程归类和育人模式，人们通常认为思想政治教育是思政教师和学生党团组织的事情，专业课程的育人功能主要体现在专业课教师对专业知识的讲授上。这就导致很多专业课教师在课程思政是什么的问题上陷入迷茫，更不知道如何开展课程思政。另外，很多理工科专业教师毕业于非师范类高校，缺少系统的教师技能培训。如果不对这部分教师进行课程思政教学技能培训，只是机械地在专业课堂中加入思政内容，就会造成课程思政与专业课教学相脱节的问题，达不到课程思政的育人目的。

(二)专业课程教材的思政元素表现不足。当前制约地方本科高校开展课程思政教育的另一个重要问题就是专业课程的教材建设。地方本科高校由于受办学历史短、积累少、师资力量薄弱、课程建设经费投入不足等多方面因素的影响，都是直接采用省部级以上规划教材或重点大学的教材。这类专业教材的主要特点是非常重视专业知识的能力培养和训练。像量子力学这类物理学核心课程，教材强调知识体系的完整性，内容呈现专业化、数学化和系统化的特点，几乎找不到用思政元素来描述知识点的语句。这就在客观上增加了教师将思政元素融入教学的难度，同时也造成学生在学习的过程中想不到量子力学课程中还有思政元素存在。因此，地方普通本科高校要实施好专业课程的思政育人功能，就必须加大课程思政教学研究力度，积极构建适合专业人才培养需求的课程思政教材体系。

二、提升量子力学课程思政教学效能的有效路径

摘要：随着信息时代的到来，信息安全技术逐渐成为人们重点关注和研究的对象。为了保证在通信的过程中能够增加相应的安全性和保密性，可以利用加密算法的设计进行改善。现阶段互联网信息安全优化过程中加密算法有很多种，例如，量子加密算法和超混沌加密算法是现阶段信息安全优化过程中的常见算法类型，针对量子加密算法进行设计，能够保证通过密码学原理增加通信通道在传输信息过程中的安全性、秘密性及准确性。而使用超混沌加密算法进行设计时，因为其可以呈现出三维现象，所以在一定程度上提升了空间的复杂性，但是这也决定了在信息传输的过程中能够提升其加密效能。

关键词：互联网；信息安全；加密算法；设计

当前，随着信息技术的不断发展，信息通信过程中的安全性和保密性越发重要，尤其是在军事和国家机密方面，实现互联网通信保密等级的提升，能够保障我国的国家机密及军事机密得到更好的保护。

1量子加密算法设计分析

目前为了保障互联网信息安全能够得到更好的优化，可以使用量子加密算法，并且以量子密码学作为相应的理论基础，对算法进行合理的设计和优化。量子力学的理论基础是通过作出不同的假设，然后使用逻辑推理的方法对假设进行推理和演算，确保其能够验证出假设是否具备准确性[1]。第1个量子力学的假设是，物理状态为空间中的一个态势量，并且对质量进行完全描述，因为在量子力学中根据概率进行诠释和粒子相伴的波函数平方具有一定的概率密度意义，而波函数因为自身不表示任何概率及物理量，所以，其主要表示概率的幅值在量子力学中使用概率幅值。其根本区别是能够优于任何一种经典的传统设计方法，波函数的物理意义是能够准确描述出系统测量的结果概率性的分布情况，同时还可以记录出系统在制备过程中的不同信息，根据不同的态对物理性质做出相应的响应。第2个量子力学的假设是在经典的力学中每一个力学值都可以去写相应的算符的本征值，在描述了一个系统的态势量以后，将本征值和该粒子的力学量进行测量，保证其数值能够相等。第3个量子力学的假设是通过演化和推算，根据时间的顺序利用方程对系统的算符进行演算。第4个量子力学的假设是因为测量力学量F的可能值谱就是算符F的本征值谱，所以可以将系统统一的规划为一个态势量，并且将其所描述的状态利用力学之和算符本征值进行描述，然后通过展开系数进行相应的计算。在使用量子加密算法设计之前，要明确量子态的基本性质，其基本性质体现在以下几点，首先是具有量子态的叠加原理，如果将量子系统中可能出现的态进行叠加，则会形成整个系统的叠加态。在经典的物理学中叠加态主要是指振幅进行叠加，并且其可以呈现出线性的叠加趋势，然后是量子相干性，在任何一个微观世界中，相关性都是量子态的基本属性，量子的相干性能够保证在叠加的过程中可以互相干涉，进而使量子比特，能够携带更多的量子信息。其次是量子态还具有不可克隆的特性，利用量子加密算法在进行加密设计的过程中，通过量子的不可克隆定理，能够保证量子所携带的信息更加具备保密性和安全性，从而避免其他黑客对所携带的信息进行篡改[2]。然后针对以上分析对量子加密算法进行相应的设计，首先要明确量子密钥的分发协议，主要使用了BB84协议，这种协议是现阶段利用量子密码学提出的第1个分发协议，也是现阶段使用最多的协议之一，其主要包含的编码机分别是z基和x基。通过光子的4种不同偏振态，对程序进行相应的编码，其中，z基的偏振态为|00》与|900》，x线的偏振态为|450》与|1350》，然后将在z上的偏振光子与x线上的偏振光子在不同的状态上进行正交，可以明确两个不同线上的偏振光子状态互不相交，其编码的规则如下所示：BB84协议主要有两个通信信道，第1个通信信道为经典信道，利用这个信道接收信息和发送信息的双方能够将一些必要的信息进行交换，然后是量子信道，在传输过程中主要依据量子态进行随机性的信息传输，，并且量子信道的传输具有一定的随机性。其协议的实现流程如下所示，第1步是利用Alice制备长度为（4+δ）n的随机密钥串，然后同样使用Alice，制备长度为（4+δ）n的随机输出串b，然后对比特串的比特进行分析，如果其数值为0，则使用z基编码对密钥串a进行编码，而如果比特币的比特率为1，则应该使用Alice，x基编码对密钥串a进行编码。在编码完成以后需要通过Alice，将量子态发送给Bob，这时Bob则能随机的选择z基和x基，对测量出的比特串进行发送，利用经典信道能够将随机数串b的信息传输给Bob。通过对Bob和Alice的编码及测量机进行相应的对比，并且将其比特值记录下来，如果其编码器和测量的数值不相同则丢弃掉，而如果其数值相同并且都大于2n，则应该将数值进行记录并且传输，如果其长度小于2n，仍然要重新开始以上传输流程，直到其长度大于2n则结束整个协议的实现流程[3]。在正常环境下，BB84协议具有良好的运输效果，但是在噪声环境下，可能会对BB84分配协议产生一定的影响，由于Alice和Bob在错误区分的过程中，导致窃听错误，主要因为噪声，所以在通信的第2个阶段中可能会出现信息的传输错误，目前带有噪声的BB84协议主要由无噪声协议和4个阶段组成，并且其在公共的信道上进行传输。在进行信息传输任务时，a和b主要是从原始的密钥中将错误的位进行剔除，然后保证公共密钥中的数码串能够保持无误，第一步是需要通过Alice，通过公共频道与Bob进行公开性的讨论，然后对奇偶进行校验，如果位的奇偶性出现了错误则应该再一次进行比较，如果仍然出现错误，则将最后一位进行丢弃，然后是可以使用二分法的方式来进行错误的寻找，即将错误的字块分为两个部分，如果两个字块的奇偶性校验一直出现错误，则将不一致的字块进行丢弃，然后删除掉错误的位。因为使用奇偶校验的方法只能够发现奇数位上出现的错误，所以在后期信息传输的过程中，偶数位上也可能会存在小部分错误，所以还需要反复执行上一操作流程，保证重新排列后的原始密钥能够具有更高的准确性和安全性。通过以上协议的分析和现实系统的应用，即使没有窃听者，其通信的过程，也可能会存在一定的差错，所以为了保证密钥能够具有绝对安全的性质，还应该在合法通信的前提下将所有的差错进行检测，并且估算出Lve中的最大信息量以及泄漏的信息量。

2超混沌加密算法设计分析与优化

当前超混沌加密算法也是现阶段改善计算机信息传输过程中安全性的主要算法之一，在超混沌算法之前，常见的混沌系统为三维现象，其最为明显的特征是主要包含了李雅普诺夫指数，因为其运行的轨迹较为固定，而且不具有相应的稳定性，所以，超混沌系统和一般混沌系统的区别是能够在一定程度上改善相应的运动轨迹，并且保证运动轨迹不会局限在同一个方向上，但是因为这些应用优势也决定了，超混沌的系统在实际设计过程中空间更为复杂，所以使用超混沌加密算法保证系统不会轻易被入侵者和黑客进行破译和篡改[4]。目前主要是用了Rossler系统和Lorenz系统对超混沌加密算法进行相应的设计及计算，公式如下所示。加密端的方程为：解密端的方程为：如果保证两个方程的参数及初始状态值都能够相同，则在信息传输的过程中不会出现较大的失误，因此密文则会准确地转变为明文。在进行实践的过程中，首先要在计算机页面上打开加密设置，然后将所有的数据设置为标准的加密强度。在加密、解密的过程中，同时还要选择加密和解密功能，并且对加密级别的参数进行设置，在口令输入完成以后，点击开始处理进行加密操作。目前为了保证信息能够具有更高的安全性和隐秘性，主要对音频和视频文件进行加密处理，在加密处理后无法观看或者听到原始的文件信息，并且文件信息主要有噪音或者乱码取代，只有通过解密完成以后，才可以获取原始的准确信息，因此对一些相对较为重要的视频文件或者音频文件进行保密时，利用超混沌加密算法具有重要的意义。

一、量子通信技术的发展现状

量子力学诞生于1926年，是人类对微观世界加以认识的理论基础之一。量子力学和相对论之间的不相容性在1935年被爱因斯坦、波多尔基斯和罗森论证后，约翰•贝尔于1964年提出贝尔理论，，阿斯派克等人于1982年证明了超光速响应的存在。1989年第一次演示成功量子密钥传输，1997年量子态隐形传输的原理性实验验证由奥地利蔡林格小组在室内首次完成，2004年，该小组又将量子态隐形传输距离成功提高到600米。2007年开始我国架设了长达16公里的自由空间量子信道，于2009年成功实现世界上量子隐形传态的最远距离。

二、量子通信技术的发展趋势

量子通信技术的研究方向除了包括量子隐形传态还包括量子安全直接通信等，突破了现有信息技术，引起了学术界和社会的高度重视。与传统通信技术相比，量子通信除具有超强抗干扰能力外且不需对传统信道进行借助；与此同时量子通信的密码被破译的可能性几乎没有，具有较强的保密性；另外，量子通信几乎不存在线路时延，传输速度很快。量子通信发展仅仅经历了20年左右，但其发展却十分迅猛，目前已经被很多国家和军方给予高度关注。

量子通信在国防和军事上具有广阔的应用前景，作为量子技术的最大特征，量子技术的安全性是传统加密通信所无可企及的。量子通信技术的超强保密性，能够有效保证己方军事密件和军事行动不被敌方破译及侦析，在国防和军事领域显示出无与伦比的魅力。另一方面，在破解复杂的加密算法上，也许现有计算机可能需要好几万年的时间，在现实中是完全无法接受且几乎没有实用价值的。但量子计算机却能在几分钟内将加密算法破解，如果未来这种技术被投入实用，传统的数学密码体制将处于危险之中，而量子通信技术则能能够抵御这种破解和威胁。

在民间通信领域量子通信技术的应用前景也同样广阔。中国科技大学在2009年对界上首个5节点的全通型量子通信网络进行组建后，使得实时语音量子保密通信被首次实现，城市范围的安全量子通信网络在这种“城域量子通信网络”基础上成为了现实。

三、总结

摘要：从固体物理的学科特点及在材料类各专业的重要性出发，结合学科和学情特点，分析讨论如何通过改变教学和评价方式，培养学生的学习积极性和自信心，提高学生的课堂效率，从而提高教学效果；并在整个教学过程中贯穿思政元素，激发学生的学习兴趣和动力，进一步增强学生的爱国热情和民族自尊心，培养具有家国情怀、德才兼备的人才。

关键词：课程思政；固体物理；教学模式；课程评价方式；改革

要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人，努力开创我国高等教育事业发展新局面。[1]”中共教育部党组在2017年印发的《高校思想政治工作质量提升工程实施纲要》中提出了课程育人质量提升体系。大力推动以“课程思政”为目标的课堂教学改革，优化课程设置，修订专业教材，完善教学设计，加强教学管理，梳理各门专业课程所蕴含的思想政治教育元素和所承载的思想政治教育功能，融入课堂教学各环节，实现思想政治教育与知识体系教育的有机统一[2]。北方民族大学是国家民委直属的一所建立在民族自治区省会城市的综合性民族类普通高等院校，多数学生来自我国少数民族和边疆地区，经济落后，人才紧缺，对北方民族大学这样的高等院校而言，为少数民族和边疆地区培养高素质创新型人才，并对这部分学生适时进行课程思政，加强爱国主义教育，将学生培养成具有家国情怀、专业素质过硬的经济和社会主义建设者就显得尤为重要。固体物理作为材料类专业学生的一门专业核心课程，起着连接基础理论知识与实际应用技术的桥梁作用[3-4]。学习固体物理往往需要前期系统学习高等数学、热力学与统计物理、量子力学和电动力学。根据北方民族大学19版培养方案的要求，材料类专业的学生往往只学习一年的高等数学和普通物理，热力学统计物理和电动力学在普通物理只讲了很少的一部分，量子力学根本没有接触。加之民族院校学生大多数来自少数民族和边疆地区，学生基础差，学习固体物理课程时感觉很困难，尤其是遇到理论推导时，学生难以理解，从而造成部分学生产生厌学情绪。为了改变北方民族大学材料类各专业固体物理教学过程中教师难教、学生畏学的现状，必须对固体物理的教学模式进行改革，采取一系列措施提高学生的参与度，提高课堂效率。结合多年固体物理教学经验，将从教学大纲修订、调整教学内容、改变教学模式和课程评价方式等方面进行思考和探索；结合固体物理课程的学科背景和特点，在教学中适时切入思政素材，将爱国主义、民族责任感和家国情怀融入到固体物理教学中，激发学习兴趣，培养正确的世界观、人生观和价值观，达到思政育人的目的。下面就课程思政视阈下民族院校固体物理教学模式改革谈几点看法。

一、制定科学的固体物理课程思政的教学大纲

根据课程思政育人目标、北方民族大学学情、课程特征和时代发展的要求，适当删减和调整部分重点难点内容和讲授次序，并在固体物理讲授中融入思政素材，把社会主义核心价值观和大国工匠精神等爱国主义教育融入到教学大纲，重新修订教学大纲，依据教学大纲确定教学目标。彰显教师要树立“课程思政”育人的主体意识，从根本上保证思政元素进入课堂。

二、教学内容和教学模式改革

目前多数高校使用的固体物理教材，内容基本包括晶体的结构、晶体的结合、晶格振动与晶体的热学性质、晶体中的衍射、金属电子轮和周期场中的电子态等内容。作为一个学期的专业核心课程，大部分的高校计划64学时，而北方民族大学材料类专业的学时数只有48学时，只能讲授固体物理基础的部分内容。加之缺少热力学统计物理与量子力学方面的知识，全面讲授固体物理有很大的困难。为了解决这个矛盾，将对授课内容做以下调整。（1）有选择性地讲授。对固体物理各章节讲授要有主次之分，重点内容精讲，在其他课程中涉及的内容可以略讲或不讲[5]。例如，固体物理中关于什么是晶体、晶体结构和晶体结合等内容学生已经在材料科学基础里学过了，所以在讲授这部分内容时只选择性地讲解重点和难点，对基本概念和术语一带而过[5]。（2）重思想轻推导。对于有些章节的难点，不追求烦琐的数学推导，更多地突出物理思想的表达[5]；比如应用量子力学的微扰理论求解准自由电子模型和紧束缚模型时，力求讲清量子力学的处理思路，对于求解复杂的薛定谔方程的过程可以一带而过，不要陷入复杂的公式推导和繁杂的方程求解过程中。对于某一个具体理论要重点讲述其建立过程与物理模型。物理模型尽量简单，深入浅出，让学生学会用固体物理学的方法思考和处理问题。（3）适时增加固体物理学科前沿内容的讲授，合理补充与固体物理学科联系紧密的半导体物理学科最新的学术成果与进展[5]。引导学生积极参与老师的科研实验，鼓励学生多听学校邀请的国内专家的学术报告，了解最新的学术动态，培养对科学研究的兴趣，为学生继续深造和从事科研工作奠定基础。

摘要：随着我国科学技术水平不断提高，我国通信技术当前已经进入全新发展阶段。通信技术在现代信息技术中占据重要位置，改变了人们传统的信息交流和交换方式，在信息技术快速发展的背景下，量子通信技术研究逐渐取得突破，成为通信技术发展中的重要方向，但是因为技术发展不够成熟，还存在着一些问题需要解决，才能够提高通信质量。因此，本文将对量子通信技术发展中存在的问题进行深入的研究与分析，并提出一些合理的意见和措施，旨在进一步促进我国通信技术水平提升。

关键词：量子技术；量子通信技术；存在问题；技术优势；发展前景

量子通信技术相比于传统的通信技术而言，其信息传输速率更快，保密性更强，是当前世界各国在通信技术研究领域的重要内容。量子通信技术基于量子力学原理，将微观世界的物质特征应用在通信领域中，在保持较高信息传输速率的同时，在通信加密方面具有较大优势，逐渐成为当前通信技术领域研究的热门话题。量子通信技术研究对于提高通信质量有着重要的意义，且当前量子通信技术研究正处于关键阶段，所以必须准确掌握量子通信技术中存在的问题，对问题进行优化创新，才能够全面提高我国量子通信技术水平。

1   量子通信技术内涵分析

1.1 量子通信技术基本概念

量子通信是采用量子相干叠加、量子纠缠效应完成信息传输的一种通信技术，主要包括量子理论和信息理论。从物理学层面出发，量子通信技术是物理极限下采用量子效应实现高性能通信的一种技术，具有物理原理的信息绝对安全性，能够有效解决传统通信技术中无法解决的多项问题[1]。从信息学层面出发，量子通信技术采用量子的不可复制特性和隐性传输特性，通过量子测量方式完成信息传输。量子通信技术中传输信息不是经典信息，而是量子所携带的量子信息，与传统通信技术相比具有多项优势，标志着未来通信技术全新发展方向。

1.2 量子通信技术发展

摘要：大学物理课程是材料专业的基础课，它的教学改革具有重要的意义。文章从改革课件、增加与材料专业相关内容、教学方法改革等方面做了初步的探讨和尝试，从而增强学生兴趣，增大了课程的内容含量。

关键词：大学物理；基础课；教学改革

物理学是材料学发展的基础，材料的发展离不开物理，材料科学中遇到的难题不断吸引物理学家去解答，新材料、新工艺和各种微观结构性能的研究又涉及到物理学的各个领域，材料学最新的研究方向更是从偏重化学实验转向偏重物理分析。大学物理是材料类学生的一门重要的基础课程，也是大一新生走进大学校园最先接触到的课程之一，这门课程旨在培养学生对物理原理的理解，为学生进一步学习材料专业的相关理论知识打下良好的基础。与此同时，大学物理还能培养物理特色的思维方式，对学生处理其他问题也具有指导作用：即透过现象看本质、抓主要矛盾、做合理假设、建数学模型，从而真正做到举重若轻、事半功倍。大学物理是世界范围内理工科高等院校普遍开设的基础课程。美国哈佛大学[1]的物理教学模式主要包括，第一，案例教学；第二，互动讨论法教学；第三，教研结合教学；第四，教师独立教学。麻省理工学院提出了以研究为主的大学物理教学模式[2]，在教学过程中，教师只是起到指导作用，学生是教学活动的主体，从而更好的培养和造就科技人才。北卡罗来纳州立大学采用以学生为中心的教学法[3]，学生们在小组里互相合作，进行活动，而教师负责通过讨论，对学生进行指导。伊利诺伊大学香槟分校的大学物理教学中，整个教学过程都是以学生为主体[4]，强调学生的参与，教师在授课过程中，大量提问，学生积极踊跃参与讨论。德国克劳斯塔尔工业大学也注重教学和科研的统一[5]。这种教学与科研密切结合的体制，对提高大学物理教学质量大有裨益。这些世界一流名校的经验对于国内的普通高校未必适用，我们只需加以借鉴，并不一定要完全照搬。目前国内尤其是地方院校，大学物理的教学情况是：学时少，现代化教育手段运用不足。更严峻的是，扩招给地方院校带来巨大的压力，师资力量无法满足需要，而生源质量又大幅下降，因此对大学物理教学的影响压力很大。我们在聊城大学材料科学与工程学院多年的大学物理的教学过程中发现，很多学生认为大学物理内容过于深奥抽象，难以学以致用。还有一部分学生觉得大学物理的内容与自己的专业课程联系不大，没有多少实际用途，以致于学学物理的兴趣不佳，主动性差，甚至有厌学情绪。上课不认真，玩手机，学习其他课程甚至逃课，课后抄袭作业甚至不写作业，考试时作弊等现象比比皆是。很多学生不为学会知识，只为应付考试及格。目前材料专业的大学物理教学基本上是沿袭物理专业的教学模式进行的，这样的模式不适用于材料专业建设和学生主动性培养的要求，主要表现在：1.材料学的发展日新月异，然而我们所用的大学物理教材内容依然是沿用多年前的教材体系，教材里只有极少的现代科技发展的简介，对学生缺乏足够的吸引力。2.大学物理教学内容对学生的专业、学科没有区分，与专业结合不够紧密，教师只注重物理知识的讲授，忽视物理学与材料专业之间的紧密联系及物理知识在实际中的应用，因此无法激发学生的学习热诚。3.大学物理课堂内容多以教师讲述为主，课堂上演示性、设计性实验较少，以致于很多抽象的原理学生理解不了，同时，课堂和课后师生间互动较少，教学质量大大降低。当前，各学校各专业都在积极的探索适合本专业学生的大学物理教学模式，以解决当前阻碍大学物理教学改革的瓶颈。本文根据聊城大学材料学院的实际情况，以提高材料专业大学物理课程教学质量、培养学生科研精神、增强学生分析问题解决问题的能力为出发点，依据大学物理教学的目标与要求，结合材料专业特色，注重物理知识与材料知识的联系，体现物理知识是材料专业研究工具的特点，开展对材料专业大学物理教学模式改革的探讨，最终调动学生的学习热诚，使学生懂得学习物理的重要性并能用物理知识解决专业问题，使物理知识与材料专业知识相辅相成、互相促进。本文的改革方案如图1所示：

一、积极探索，改革教学软件

利用专业软件工具包制作一套适合材料专业学生的大学物理电子教程。大学物理课堂上，加入材料、物理、生物、计算机、天文学的前沿科技，弥补传统教材体系落后于时代、应用性不强的缺点。让学生能够了解到社会的发展和科技前沿的最新动态，将学生代入一个生动、形象、具体的环境，活跃课堂气氛，开阔学生视野，增加学生的求知欲望。

二、将物理学史贯穿融入到物理课的教学中去

讲课过程中，融入与课本相关的物理方面的名人轶事和物理学史。通过讲述科学家的趣事和成长成才经历，让学生体会到大学物理的方法论是如何演绎的，让学生感悟物理学家是如何考虑科学问题，如何解决问题的，了解物理学大师科学创造的思路，使学生从中获得启发、感悟和熏陶。让学生自己体会做学问的三个境界：昨夜西风凋碧树，独上高楼，望断天涯路；衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴；众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在灯火阑珊处。掌握了这三个境界，学生便很自然的掌握了科学的逻辑思维方法。

一、概论

量子是现代物理的重要概念，与经典物理有根本的区别，提供了全新的原理和思考方式。量子具有不确定性和不可测量性，量子的世界不遵循经典物理学定律，因此人们对量子世界的探索存在很多困难。通过科学家的不断探索，在量子信息研究领域有了许多的突破，其中产生了量子通信这一新兴技术。目前量子通信主要有两种应用，一种是较为成熟的量子密码通信，一种是量子隐形传送。2012年度诺贝尔物理学奖，法国科学家塞尔日•阿罗什与美国科学家大卫•维因兰德实现了对单个原子的测量和控制，阿罗什的工作是打造出一个微波腔，借助单个原子在微波腔中会辐射或吸收单个光子的特性，实现了操纵单个光子。而维因兰德则制造出了一个离子阱，先用光来俘获离子，然后用激光冷却离子，进而对离子进行测量和控制。量子计算和精密测量有了变成现实的可能性。

二、量子纠缠

Hilbert空间是欧几里德空间的一个推广，不再局限于有限维，是一个完备的空间，其上所有的柯西序列等价于收敛序列，从而微积分中的大部分概念都可以无障碍地推广到Hilbert空间中。能用Hilbert空间中的一个矢量表示的量子系统称为纯态，反之，如果不是处于确定的态而是以某一种几率分布的，称之为混合态。通常量子比特表示为：|Ψ〉=α|0〉+β|1〉，|α|2+|β|2=1（叠加态形式）。两个纯态|Ψ1〉和|Ψ2〉的线性叠加所描述的量子态|Ψ〉=c1|Ψ1〉+c2|Ψ2〉对应Hilbert空间的一个矢量，也是一个纯态。经过测量的量子态会坍缩到|0〉或|1〉，这个过程是不可逆的。这是二维Hilbert空间中量子态的描述，类似于三维球面上的一个点。在具有n个量子态的系统中，状态空间由2n个基向量组成。在未对系统进行操作之前，量子态可能为2n中的一个，与经典存储系统相比，量子系统能在某一时刻保持2n个状态，因此量子系统具有更大的计算潜力。爱因斯坦不愿承认并称之为“幽灵般的超距作用（spookyactionatadistance）”的量子纠缠，指两个相互独立的粒子可以相互影响，对其中一个粒子进行观测可以即时地影响到其它粒子，无论它们之间的距离有多远。量子纠缠描述了量子子系统相互影响的现象，对一个子系统的测量瞬间影响了其他子系统的状态。一个由|ΨA〉和|ΨB〉两个子系统组成的复合系统|Ψ〉，如果可以表示为|ΨA〉×|ΨB〉，则|Ψ〉处于直积态，否则处于纠缠态。常见的纠缠态有：两个粒子构成的bell基，三个粒子构成的GHZ态等。二粒子纯态纠缠的研究最为完善，bell态是量子通信中最基本的纠缠资源。处于bell态的两个纠缠粒子称为EPR对。四维Hilbert空间中的正交完备基称为bell基。在量子通信中，最常用的测量方法是bell基测量。

三、量子纠缠的应用

目前量子通信的两种主要方式：量子密码通信和隐形传送。量子密码或量子密钥分配是利用了观测一般会干扰被观测系统的量子力学原理来实现的。量子的不可分割性和量子态的不可复制性保证了信息的不可窃听和破解，进而实现根本上、永久性解决信息安全问题的目标。量子隐形传态需建立在经典物理信道的基础上才能实现。在研究量子领域早期，人们最感兴趣的一个问题是能否利用量子纠缠实现超光速通信，这个问题的答案是否定的，原因在于量子的不可克隆性，仅依靠量子纠缠系统无法传递具体信息，要将原量子态的全部信息提取出来，需分别根据其经典信息和量子信息来构造，因此无法实现瞬间传输。量子隐形传态利用量子纠缠态作为通道,利用量子作为载体,把信息从一个地方传递到另一个地方。量子隐形传态的任务可以简单地描述为：假设存在一对共享的量子比特为A、B，利用A、B来传送量子态C。将A、B分别置于系统的两端，现将量子比特A和C作幺正变换，测量后得到两个经典量子比特的信息，在这个过程中两个量子比特被破坏。量子比特B现在包含了关于C的信息，但观测者仍无法得到C的任何信息，量子比特B处于四个任意的量子态之一。现在需通过经典通信通道将A的测量结果发送到B端，根据A的测量结果，对B作相应的幺正变换,此时量子比特B的状态变为C，实现了量子态的传送。

四、量子通信技术的发展现状

【摘要】

正电子，又称阳电子、反电子、正子，基本粒子的一种，带正电荷，质量和电子相等，是电子的反粒子。最早是由狄拉克从理论上语言的。1932年8月2日，美国加州理工学院的安德森等人向全世界庄严宣告，他们发现了正电子。正负电子一旦相遇，则发生湮灭，是正电子的最基本性质。在这之前是不具有我们理解的正电子的最基本性质。那么对于大学生在学学物理中该如何理解正电子，本人在文章简单介绍了正电子的发现过程，让大学生对正电子的概念有一个基本的了解。

【关键词】

正电子；狄拉克方程；湮灭；空穴

1.引言

正电子的理论预言和实验发现揭开了反粒子的发现之幕，这也无疑是近代物理界的极为重要的和极其有意义的发现，它的发现标志着我们对物质的内涵有了更进一步的理解，尤其是对基本粒子的认识进一步加深。构成物质的基本粒子是既不能产生，也不会湮灭，如电子，我们通常的电子都是指带负电，而且规定电子所带的电量大小为单位电量，直到正电子的发现，对基本粒子的认识翻开了新的一页。现如今，我们发现在一定条件下，正、负电子可以相互转化，成对的产生或者湮灭。我们在认识世界的过程中，总是从感性上升到理性，通过概括和整理，使之成为概念。本文简单介绍我们该如何去理解正电子的概念，这就是本文探索的目的。

2.正电子的理论来源