量子信息
量子信息的案例
量子信息的案例
嘿，朋友们！今天咱来说说这超酷的量子信息。
你知道吗，就好比我们平时用手机传消息，那速度比起量子信息来可真是太慢啦！量子信息就像是拥有了超能力一样，可以瞬间传递信息，而且还超级安全。
想象一下这样一个场景，有两个科学家，小明和小红。
小明在地球的这一端，小红在遥远的星球上。
他们要是通过普通的方式交流，那得等好久好久。
但有了量子信息，就完全不一样啦！小明这边一发送信息，小红那边立马就能收到，就跟他们面对面聊天似的。
哇塞，这多厉害啊！这就好像我们从走路变成了坐火箭一样，速度快到让人惊叹！
再比如说在金融领域，量子信息能为保护我们的财产安全发挥巨大作用。
以前可能会有黑客偷偷摸摸地想盗取我们的信息，但有了量子信息的保护，他们就无从下手啦，就像是给我们的财富加上了一层坚不可摧的护盾！
量子信息还可以应用在医疗上呢。
医生们可以利用它来更快速准确地诊断疾病，然后更好地治疗患者。
这难道不神奇吗？
在军事领域更是如此呀！它可以保证军事通信的保密性和高效性，让我们的国家更安全。
反正我是觉得量子信息真的太了不起啦！它就像是打开了一扇通往未来的神奇大门，给我们带来了无数的可能。
它将会改变我们的生活，让一切都变得更便捷、更安全、更美好！所以，大家一定要多多关注量子信息呀！。
量子信息
两个根本性的发现在提高计算机信息的处理速度、增大信息的存储容量、确保信息的网 络状态安全、实现不可破译、不可窃听的保密通信等方面都可以突破现有的经典信息通信系 统的极限，并将为信息科学与通信技术带来根本性的重大突破，为计算机科学与技术的可持 续发展开辟了崭新空间。基于量子信息学理论的量子通信技术和量子计算机技术将会成为 21 世纪带给人类完美的礼物，对于改善人类的生活质量、保护地球环境、保卫国家安全、
第一章 量子信息与量子计算
当今社会正在步入高度信息化的时代，更高速的信息传输，更快速的信息处理与更大容 量的信息存储是人类永远追求的目标。20 世纪微电子技术的迅速发展，大大提高了电子计 算机集成电路的集成度，为现代信息化社会打下了物质基础。按照著名的“穆尔定律”，随 著集成电路集成度的日益提高，电路板蚀刻精度也将越来越高，中央处理器芯片上集成的晶 体管器件就会越来越密，这将迫使电路线宽不断狭窄，直至狭窄到不得不考虑运动在电路中 电子的波动性将在电路中产生新的物理现象--即量子效应（当电路线宽小于 0.1 微米）时， 现有的芯片制造理念及技术将达到极限。随着社会的进步和科技的发展，进入 21 世纪，面 对信息科学、面对计算机科学、面对社会高度信息化，我们将直面学科发展、社会需求所带 来的值得关注的、需要研究的、有待解决的若干重要课题：电子计算机是否存在极限的运算 速度？进而能否实现不可破译、不可窃听的保密通信？近年来，物理学者加入了解决这些问 题研究行列，他们设想用微观粒子作为信息的载体，构作利用量子效应工作的电子元件，在 量子力学理论之上研究信息的行为，成功地将量子理论和信息科学结合起来，孕育出量子信 息学理论，为信息科学的持续发展开创了新的空间。
量子信息的原理和应用
量子信息的原理和应用量子信息的原理与应用随着科技的不断进步，我们已经进入了一个信息时代，而在这个时代中，信息都是通过互联网络进行传递的，而其中最为关键的一个领域就是量子信息。
量子信息在现代通讯中有着重要的地位，它的物理特性可以保证信息的安全性和可靠性，其作用已经超越了现有的技术领域，成为当前世界所关注的重要研究方向之一。
量子信息的基本原理量子信息是研究怎样利用量子力学中的物理特性来传递、存储和处理信息的一门学科。
量子力学所散发出来的奇妙特性是量子信息实现的核心。
一些最基础的特性包括：1.量子叠加态在量子力学中，一个物体可以同时处于多种状态之中。
这种现象被称为量子叠加态。
当我们测量一个物体时，它就会退回到其中的一种状态，这个过程被描述为量子干涉。
2.量子纠缠态当两个粒子处于量子叠加态时，它们就会发生纠缠，这时候，我们测量其中的一个粒子，另一个粒子也会同时被测量。
这种现象被称为量子纠缠态。
3.不确定性原理这个原理告诉我们，我们不能同时知道一个量子粒子的位置和动量。
测量其中一个量就会对另一个量造成拓扑影响，这是因为测量器本身也会对这个系统产生干涉。
如何利用这些特性？凭借着这些特性，人们已经成功地推出了利用量子信息来进行信息处理的方法。
例如，和传统的二进制有着根本不同的是，量子信息最基本的单位是量子位或量子比特。
在传统的二进制中，一个比特的状态要么是0，要么是1。
但是，在量子计算中，一个量子比特可以处于叠加态，也可以处于纠缠态，从而使得问题的解决方法具有更强的速度和强度。
例如，利用量子计算机可以快速的完成大规模数据库的查找、模拟复杂化学反应等计算任务。
实践中，量子计算机已经完成了一系列的计算任务，例如高效的因式分解，解决了一些密码学中的问题，证明了量子计算机确实是一个有潜力的新技术方向。
量子信息的应用量子信息的应用不仅仅局限于计算，事实上，它的应用范围非常广泛，例如：1.量子通信量子通信是一种比较新的通信方式，它是基于量子物理奇特的特性提高数字通信的安全性。
量子信息的概念
量子信息的概念量子信息的概念量子信息是指利用量子力学的规律进行信息处理和传输的科学领域。
它是在量子力学基础上发展起来的一门交叉学科，包括了量子计算、量子通信、量子加密等多个分支。
一、量子力学基础1.1 量子态和波函数在经典物理中，物体的状态可以用它所具有的属性来描述。
但在量子力学中，物体的状态则是由其波函数来描述。
波函数包含了一个物体所有可能状态的概率分布，而这些状态则被称为“量子态”。
1.2 不确定性原理不确定性原理是指，在测定某个粒子某个属性时，就必然会对其他属性造成一定程度上的扰动。
这种扰动是无法避免的，并且随着测定精度的提高而增大。
二、量子计算2.1 量子比特和超导电路与经典计算机使用二进制比特不同，量子计算机使用“量子比特”（qubit）作为信息存储单元。
qubit可以处于多种可能态之间，在计算时可以同时处理多个数据。
超导电路是一种常用于制造qubit的技术。
它通过将超导材料制成电路，并在极低温度下进行控制，来实现量子比特的制备和操作。
2.2 量子算法量子算法是指利用量子力学的规律解决问题的算法。
其中最著名的是Shor算法，可以在多项式时间内分解大质数，从而破解RSA加密等经典密码学算法。
另外，Grover搜索算法也是一种重要的量子算法，可以在O(N^0.5)时间内搜索N个数据中符合条件的数据。
三、量子通信3.1 量子隐形传态量子隐形传态是指通过纠缠态实现两个远距离之间信息传输。
它可以实现信息无损传输，并且具有高度安全性。
3.2 量子密钥分发在传统加密中，密钥需要通过网络传输，容易被黑客攻击窃取。
而通过利用量子纠缠态进行密钥分发，则可以保证信息安全性。
四、量子加密4.1 BB84协议BB84协议是一种基于单光子的远距离安全通信协议。
它利用了单光子不可复制定理和不确定性原理，在信息传输过程中保证了信息的完整性和机密性。
4.2 E91协议E91协议是一种基于纠缠态的远距离安全通信协议。
它利用了量子隐形传态实现信息传输，并且可以检测黑客攻击。
名词量子信息的含义
名词量子信息的含义摘要：1.量子信息的概念与基本原理2.量子信息的特点与应用领域3.我国在量子信息领域的发展与成果4.量子信息对未来科技的影响正文：量子信息，作为一种新兴的科技领域，引起了全球科学家们的广泛关注。
它涉及量子力学、信息科学、计算机科学等多个学科，为我们提供了一种全新的信息处理与传输方式。
量子信息的核心概念是量子态和量子纠缠。
量子态是量子信息的载体，具有叠加态、纠缠态等特性。
利用这些特性，量子信息可以实现超高速、安全的量子通信和量子计算。
在信息传输方面，量子通信利用量子纠缠态实现信息的无条件安全传输，解决了信息安全问题。
而在量子计算方面，量子计算机利用量子叠加态和量子纠缠态，理论上可以实现比经典计算机更强大的计算能力。
量子信息具有以下特点：1.安全性：量子信息传输过程中的量子态具有不可克隆定理，保证了信息传输的安全性。
2.并行性：量子计算机可以同时处理多个问题，提高计算效率。
3.容错性：量子计算机具有一定的错误容忍度，能够在错误发生时保持计算结果的准确性。
量子信息在多个领域具有广泛的应用前景，如量子通信、量子计算、量子密码等。
在我国，量子信息研究取得了举世瞩目的成果。
例如，“墨子号”量子科学实验卫星的成功发射，使我国在全球量子通信领域处于领先地位。
此外，我国科学家还在量子计算、量子密码等方面取得了一系列重要突破。
量子信息技术的未来发展将对科技产生深远影响。
量子计算机有望解决目前经典计算机难以解决的问题，如密码学、材料科学、生物信息学等领域。
量子通信技术将为全球信息安全提供更为可靠的保障。
此外，量子互联网的构建也将成为未来科技发展的方向，推动人类社会进入一个全新的信息时代。
总之，量子信息作为一种具有广泛应用前景的新兴科技领域，已经成为全球科学家竞相研究的热点。
量子信息简介
量子信息简介 Brief Introduction to Quantum Information量子信息是指以量子力学基本原理为基础、通过量子系统的各种相干特性(如量子并行、量 子纠缠和量子不可克隆等)，进行计算、编码和信息传输的全新信息方式。
根据摩尔（Moore）定律，每十八个月计算机微处理器的速度就增长一倍，其中单位 面积（或体积）上集成的元件数目会相应地增加。
可以预见，在不久的将来，芯片元件就 会达到它能以经典方式工作的极限尺度。
因此，突破这种尺度极限是当代信息科学所面临 的一个重大科学问题。
量子信息的研究就是充分利用量子物理基本原理的研究成果，发挥 量子相干特性的强大作用，探索以全新的方式进行计算、编码和信息传输的可能性，为突 破芯片极限提供新概念、新思路和新途径。
量子力学与信息科学结合,不仅充分显示了学科 交叉的重要性, 而且量子信息的最终物理实现, 会导致信息科学观念和模式的重大变革。
事 实上， 传统计算机也是量子力学的产物， 它的器件也利用了诸如量子隧道现象等量子效应。
但仅仅应用量子器件的信息技术，并不等于是现在所说的量子信息。
目前的量子信息主要 是基于量子力学的相干特征，重构密码、计算和通讯的基本原理。
1. 量子相干性与量子纠缠在经典信息处理过程中，刻画信息的二进制经典比特（Bit）由经典状态(如电压的高 低) 1 和 0 表示。
对于量子信息而言, 由于微观世界中量子效应会鲜明地凸现出来, 经典比 特状态的 1 和 0 必须由两个量子态 |1> 和|0> 来取代；处于这样两种不同状态之上的粒子 就是量子信息的基本存储单元—量子比特（Qubit）。
任意两态量子体系都可成为量子信 息的载体，如二能级原子、分子或离子，光子偏振态或其它等效的自旋 1／2 的粒子。
图 1: 二能级原子构成量子比特 与经典比特本质不同，一个量子比特可以处在|0>和|1> 的相干叠加态 |u> = a|0>+b|1> 上。
量子信息科学
量子信息科学量子信息科学是一门研究利用量子力学原理处理和传输信息的学科。
随着量子力学的发展和技术的进步，量子信息科学正逐渐成为信息科学领域的重要研究方向。
本文将介绍量子信息科学的研究内容、应用领域以及未来发展趋势。
量子信息科学的研究内容包括量子力学的基本原理、量子比特的设计和实现、量子测量和量子纠错等方面。
量子信息科学通过利用量子叠加态和量子纠缠态的特性，可以实现更高效、更安全的信息处理与传输。
在量子信息科学中，量子比特是信息存储与传输的基本单位。
与经典比特不同的是，量子比特以量子态的形式存在，可以处于0和1的叠加态。
这意味着一个量子比特可以同时处于多个状态，从而可以进行并行计算和信息处理。
量子测量是量子信息科学中的另一个重要概念。
由于量子态的不确定性，对一个量子系统进行测量会导致它塌缩到某个确定的状态上。
量子测量可以用来获取有关量子系统的信息，例如量子比特的值或其它量子态的性质。
另外，量子纠错是量子信息科学中的一个关键技术。
由于量子系统容易受到环境噪声和干扰的影响，量子纠错技术可以通过对量子比特的测量和操作，发现和纠正量子系统中的错误，从而提高信息传输和处理的可靠性。
量子信息科学的应用领域非常广泛。
在通信领域，量子通信可以利用量子纠缠态实现更安全的信息传输，例如量子密钥分发可以确保通信双方的通信内容不受到窃听者的干扰。
在计算领域，量子计算可以利用量子叠加态和量子并行计算的特性，实现更高效的计算和解决一些问题。
在材料科学领域，量子信息科学可以通过利用量子纠缠态的特性设计和合成新型材料，例如制备量子比特的超导材料和量子存储材料。
在生物医学领域，量子信息科学可以用于生物分子的模拟和研究，为药物设计和治疗疾病提供新的思路和方法。
未来，随着量子技术的不断发展和突破，量子信息科学将进一步拓展其应用领域。
目前，量子计算机、量子网络和量子通信是量子信息科学的研究热点和发展方向。
量子计算机可以通过并行计算和量子纠错技术大幅提高计算速度和能力。
量子信息简话
量子信息简话什么是量子信息量子信息是一门研究如何利用量子力学的原理来传递、存储和处理信息的学科。
在经典计算机中，信息以比特的形式表示，而在量子计算中，信息以量子位（qubit）的形式表示，这使得我们能够利用量子叠加和纠缠等特性进行更高效的计算。
量子位和经典位在经典计算机中，最基本的单位是比特（bit），它可以表示0或1两种状态。
而在量子计算机中，最基本的单位是量子位（qubit），它可以同时处于0和1两种状态之间。
这种叠加态使得量子计算机能够并行处理大量数据，并且在某些情况下能够更快地找到解决方案。
量子叠加和纠缠另一个重要的概念是量子叠加和纠缠。
通过对多个qubit进行操作，我们可以将它们放置在叠加态上。
例如，对于两个qubit来说，它们可以处于四种可能的状态：00、01、10和11，其中每一种状态都有一定的概率出现。
这种叠加态使得我们能够同时处理多个可能性。
而纠缠则是指两个或多个qubit之间的关联，当一个qubit发生改变时，与之纠缠的其他qubit也会相应地发生改变。
这种纠缠现象在量子计算中起着重要作用，可以实现量子隐形传态和量子远程通信等奇特效应。
量子计算的优势相较于经典计算机，量子计算机具有一些独特的优势。
首先，由于叠加和纠缠的存在，量子计算机能够处理大规模并行计算，从而在某些情况下能够更快地找到解决方案。
其次，量子计算机还具有更高的存储密度和更低的能耗。
另外，在密码学领域，量子计算机也带来了一些新的挑战和机会。
传统的加密算法基于大数分解或离散对数问题的难解性来保护信息安全，而量子计算机可能会破解这些加密算法。
因此，研究人员正在积极寻找抵御量子攻击的新型加密方法。
实际应用虽然目前实用化的量子计算机还处于早期阶段，并且面临着许多技术挑战，但已经有一些领域开始探索量子计算的应用。
其中之一是优化问题。
许多实际问题，如交通流量优化、供应链管理和药物设计等，都可以归结为优化问题。
由于量子计算机具有处理大规模并行计算的能力，它们可能能够更快地找到最佳解决方案。
量子信息科学简介探索量子世界的奥秘
量子信息科学简介探索量子世界的奥秘量子信息科学简介：探索量子世界的奥秘在我们生活的这个世界，科技的发展日新月异，而其中一个最为神秘且充满无限潜力的领域，便是量子信息科学。
当我们踏入这个量子的世界，仿佛进入了一个充满奇幻与未知的领域，无数的奥秘等待着我们去揭开。
量子信息科学，这个看似高深莫测的名词，其实与我们的生活息息相关。
它并不是遥不可及的科学幻想，而是正在逐渐改变我们世界的强大力量。
那么，究竟什么是量子信息科学呢？简单来说，量子信息科学是一门融合了量子力学和信息科学的交叉学科。
它利用量子力学的独特性质，如叠加态、纠缠态等，来实现信息的处理、存储和传输。
与传统的信息科学相比，量子信息科学具有许多令人惊叹的优势。
想象一下，传统的计算机通过二进制的“0”和“1”来存储和处理信息。
而在量子世界中，一个量子比特（qubit）可以同时处于“0”和“1”的叠加态。
这意味着，一个量子比特能够同时处理两个信息，随着量子比特数量的增加，其处理能力将呈指数级增长。
这就像是从单车道的小路一下子跃上了拥有无数并行车道的超级高速公路，信息处理的速度和效率得到了前所未有的提升。
量子纠缠更是量子信息科学中的一个神奇现象。
当两个或多个量子粒子处于纠缠态时，无论它们相距多远，对其中一个粒子的测量会瞬间影响到其他粒子的状态，仿佛它们之间存在着一种超越时空的“心灵感应”。
利用量子纠缠，我们可以实现超高速的信息传输和安全的通信。
在信息存储方面，量子信息科学也有着巨大的潜力。
传统的存储方式可能会受到物理条件的限制，如温度、磁场等，导致信息的丢失。
而量子存储则可以利用量子态的稳定性，实现更长久、更可靠的信息保存。
那么，量子信息科学是如何发展起来的呢？这要追溯到上世纪初，量子力学的诞生为这一领域奠定了基础。
科学家们对微观世界的探索不断深入，逐渐发现了量子世界中的种种奇特现象。
随着技术的进步，特别是在半导体技术、激光技术等领域的突破，使得我们能够更加精确地操控和测量量子态，从而为量子信息科学的发展提供了可能。
量子信息是什么意思
量子信息是什么意思引言在科学和技术的领域中，我们常常听到一个术语——量子信息。
随着科学技术的不断发展，量子信息作为一门新兴的学科逐渐进入人们的视野。
那么，量子信息到底是什么意思呢？本文将从基础的概念出发，介绍量子信息的定义、特点以及其在未来可能的应用。
量子信息的定义量子信息是指使用量子力学的原理和工具来描述、处理和传输信息的一门学科。
在经典信息理论中，信息被表示为比特（bit），而在量子信息中，信息的最小单位是量子位（qubit）。
与经典信息不同，量子位具有更多的特殊性质，包括叠加态、纠缠态和量子干涉等。
量子信息的研究主要涉及两个方面：量子计算和量子通信。
量子计算利用量子比特的并行性和纠缠性来执行某些特定的计算任务，可以在某些情况下比经典计算更快地解决一些问题。
量子通信则研究如何利用量子态进行更安全和高效的信息传输。
量子信息的特点量子信息具有一些独特的特点，使其与经典信息处理方法有所不同。
叠加态量子比特的一个重要特性是可以处于叠加态。
在经典比特中，一个比特只能处于0或1的状态，而量子比特可以同时处于0和1的叠加态。
这使得量子计算能够在某种程度上并行处理多个可能的结果，从而加速计算过程。
纠缠态纠缠态是量子信息的另一个重要特点。
当两个或多个量子比特之间存在一种特殊的量子关系时，它们将处于纠缠态。
在纠缠态下，一个比特的状态的改变会瞬间影响到其他纠缠比特的状态，即使它们之间相隔很远。
这种纠缠关系可以用于量子通信中的加密传输。
量子干涉量子干涉是量子信息的另一个独特特性。
当两个或多个量子比特处于叠加态时，它们之间可能发生干涉现象。
这种干涉现象是由量子比特的波粒二象性决定的，可以用来进行精确的测量和控制。
量子信息的应用前景量子信息的研究不仅仅是一种基础科学，它在未来还有广阔的应用前景。
量子计算量子计算是量子信息科学中的一个重要分支。
通过利用量子比特的叠加态和纠缠态，量子计算具有在某些情况下高效解决一些经典计算问题的潜力。
量子信息原理
量子信息原理量子信息原理是指利用量子力学的规律来处理和传输信息的理论和技术。
量子信息理论是20世纪90年代以来发展起来的一门新兴学科，它结合了量子力学、信息论和计算机科学的知识，对信息的存储、传输和处理提出了全新的思路和方法。
量子信息原理的研究不仅对信息技术领域具有重要的理论意义，而且在实际应用中也有着巨大的潜力。
在经典信息理论中，信息的基本单位是比特，它只能处于0或1两种状态。
而在量子信息理论中，信息的基本单位是量子比特，也称为量子态。
量子比特具有叠加态和纠缠态的特性，这使得量子信息处理具有了经典信息所不具备的优势。
例如，量子计算机利用量子比特的叠加和纠缠特性，可以进行并行计算，从而在某些特定的问题上具有比经典计算机更高的计算效率。
量子信息原理的核心是量子纠缠。
量子纠缠是指两个或多个量子系统之间由于相互作用而形成的一种特殊的量子态。
在这种状态下，一个量子系统的状态的改变会立即影响到另一个量子系统的状态，即使它们之间的距离很远。
这种非局域的关联关系是经典物理所不具备的，正是由于这种特性，量子纠缠被认为是量子通信和量子计算中的重要资源。
量子信息原理还涉及到量子隐形传态和量子密码学等领域。
量子隐形传态是指利用量子纠缠和量子纠缠态的特性，实现量子信息的传输而不泄漏信息内容的方法。
而量子密码学则是利用量子力学的基本原理来设计加密算法，保障信息的安全性。
相比传统的公钥密码系统，量子密码系统具有更高的安全性，因为量子纠缠态的特性使得量子态的窃听和复制变得极为困难。
总的来说，量子信息原理是一门涉及量子力学、信息论和计算机科学的交叉学科，它提供了一种全新的信息处理方式，对未来的信息技术发展具有重要的意义。
随着量子技术的不断发展和进步，量子信息原理将会在通信、计算和安全等领域发挥越来越重要的作用，为人类社会带来更多的技术和应用创新。
量子科学
量子科学1发展动态量子信息科学(简称量子信息学)，主要是由物理科学与信息科学等多个学科交叉融合在一起所形成的一门新兴的科学技术领域。
它以量子光学、量子电动力学、量子信息论、量子电子学、以及量子生物学和数学等学科作为直接的理论基础，以计算机科学与技术、通信科学与技术、激光科学与技术、光电子科学与技术、空间科学与技术(如人造通信卫星)、原子光学与原子制版技术、生物光子学与生物光子技术、以及固体物理学和半导体物理学作为主要的技术基础，以光子(场量子)和电子(实物粒子)作为信息和能量的载体，来研究量子信息(指光量子信息和量子电子信息)的产生、发送、传递、接收、提取、识别、处理、控制及其在各相关科学技术领域中的最佳应用等。
量子信息科学主要包括以下3个方面：量子电子信息科学(简称量子电子信息学)、光量子信息科学(简称光量子信息学)和生物光子信息科学(简称生物光子信息学)。
其中，光量子信息科学是量子信息科学的核心和关键；而在光量子信息科学中，研究并制备各种单模、双模和多模光场压缩态以及利用各种双光子乃至多光子纠缠态来实现量子隐形传态等等，则是光量子信息科学与技术的核心和关键；同时，这也是实现和开通所谓的“信息高速公路”的起点和开端。
因此，研究并制备各种光场压缩态和实现量子隐形传态是光量子信息科学与技术的重中之重。
量子信息科学的主要任务就在于：①开展基础量子信息科学领域的研究工作，其中包括：量子信息科学的物理基础、量子编码、量子算法、量子信息论等；②开展量子光通信领域的研究工作，其中包括：量子密码术、量子隐形传态、“量子隐形传物”和量子概率克隆等；③开展全光量子计算机的开发与研制工作；④以光子作为信息和能量的载体，以全光量子计算机作为发送与接收终端，以光缆作为光量子信息的主要通道，同时借助于人造通信卫星等空间技术，首先在国内建立局域网量子保密通信体系，并将其率先用于国防科技领域以便提高国家的安全防卫能力。
即在国内初步开通局域网“信息高速公路”；⑤根据全球一体化进程，并选择适当的时机，将国内的局域网“信息高速公路”并入国际网络体系之中，最终实现全球一体化的真正科学意义上的“信息高速公路”。
量子信息与量子通信
量子信息与量子通信量子信息与量子通信是当前物理学领域的热门课题，研究其本质，我们可以通过更富有想象力的方式理解和应用量子力学这一挑战性的理论。
它们的结合，吸引了科学家们的研究兴趣，也为未来信息科技带来了新的未来可能。
一、量子信息的基本概念量子信息，顾名思义就是存储在量子系统中的信息。
它超越了经典信息的概念，将信息存储和处理提高到了一个新的维度。
最基础的量子信息单位是量子比特，或量子位，可以存储“0”和“1”之外的更复杂信息。
量子比特的状态可以是“0”和“1”的任意叠加状态，这就使得量子比特的信息容量远超经典比特。
在理论上，量子信息有可能实现更高效的计算和信息处理，应用上也可以用于破解传统密码等。
量子信息的这些优点，使得它在今后的信息科技领域中有着巨大的应用潜力。
二、量子通信的理论基础量子通信是量子信息的一种应用，它以量子力学为基础，利用量子粒子的附带信息进行通信。
在理论上，量子通信具有极高的安全性，因为任何未经授权的访问都会立即被检测到。
这是因为量子系统的状态受测量过程极易扰动，人们无法对量子系统进行无扰动的测量，此即为著名的“量子不可克隆定理”。
此外，量子纠缠是量子通信的另一项重要理论基础。
量子纠缠是一种非常强的量子关联，当两个互相纠缠的量子进行测量，无论其距离有多远，其测量结果总是相关的。
这种存量子纠缠的距离无关性，为实现超越光速的量子通信带来了可能。
三、量子信息与量子通信的发展挑战与前景虽然量子信息和量子通信具有巨大的理论潜力，但是在实际应用上，仍然存在相当大的挑战。
首先，量子系统的极易受到外界环境的影响，导致量子态衰减，对量子信息的存储和运输都带来了困难。
其次，实现量子通信需要极高的技术门槛，包括精确的量子态控制，长距离的量子纠缠分发等。
但是，随着科技的发展，这些问题在一步步得到解决。
目前，已经有实验室实现了基于量子比特的量子计算，并且在全世界范围内进行了初步的量子通信网络的部署。
这些实验成果强烈地预示着，未来量子信息和量子通信将有可能改变我们的生活。
信息技术导论-量子信息技术
第12章 量子信息技术
20世纪50年代，费曼（R. Feynman）、施温格（Schwinger）和朝永振一郎（T. Sinitirõ）通过重整化方法，完善了描述电磁相互作用的量子场论-量子电动力学。杨振宁 和李振道发现了弱相互作用的宇称不守恒。
20世纪60年代，温伯格、萨拉姆和格拉肖等人在弱相互作用理论和希格斯机制的基 础上统一了电磁相互作用和弱相互作用，即电弱统一理论。
量子计算机的物理实现方案主要有以下几种： ⑴ 离子阱方案。离子阱方案是量子计算机最早提出的方案，用囚禁的离子的能级 和振动模式作为量子比特，该方案技术较为成熟，但可扩展性差。 ⑵ 光量子方案。利用单光量子作量子比特，通过复杂电路系统测量光量子偏振来 获得比特信息。若光子不被吸收和散射，它的相干性就一直能保持，因此它的退相干 时间可以很长，但是可扩展性受到光子线宽和集成光路等技术的限制。
第12章 量子信息技术
12.2 量子信息技术
人类历史上迄今为止出现了三次科技革命。 第一次科技革命称为工业革命，18世纪至19世纪中叶，以机械化和蒸汽机为代表， 物理基础为热力学、刚体力学和流体力学。 第二次科技革命称为电力革命，19世纪中叶至20世纪中叶，也称第二次工业革命， 以电力大规模使用为代表，物理学基础为电动力学，第二次科技革命还提出了相对论 和光量子假说。 第三次科技革命也称为信息革命，从20世纪中叶一直持续到现代，以各类电子计 算机的大规模应用为代表，物理基础为凝聚态物理学、量子光学和核物理。
第12章 量子信息技术
1911年，卢瑟福（E. Rutherford）团队发现原子的正电荷集中在非常小的中心区 域，而电子围绕着它运动。如果从经典物理学来解释这个模型，就会发现原子不稳定， 因为电子围绕着原子核运动，会不断辐射能量，从而最终掉到原子核上。1915年，玻尔 （N. Bohr）利用普朗克和爱因斯坦的理论解决了这个问题。如果电磁波是量子化的， 那么电子只能在固定的轨道上运动，轨道之间有能量差，只有光子的能量满足这个能量 差，电子才会吸收它，并从一个轨道跃迁到另一个轨道，如果光子的能量不能满足这个 能量差，电子就不会吸收它，从而保持在自己的轨道上。
量子信息技术的现状与展望
量子信息技术的现状与展望随着科学技术的不断发展，今天的人们已经逐渐进入了一个信息社会。
信息技术作为当今世界的重要支柱，不断向前发展和创新。
其中，量子信息技术是当今最具前景和潜力的理论。
在这篇文章中，我们将探讨量子信息技术的现状与展望。
1. 量子信息技术的概述量子信息技术是利用量子力学的特殊性质以及驱动光电子相互作用的方式传输、处理和存储信息的一种技术。
在信息传输和处理中，需要对物理的状态进行精确的测量。
量子信息技术可以对量子状态（如自旋态、位置态等量子态）进行精确的控制和测量，实现更加精确的信息传输和处理。
这是传统计算机所不能达到的。
2. 量子信息技术的应用现状目前，量子信息技术主要应用于量子通信、量子计算和量子加密等方面。
（1）量子通信量子通信是指利用量子态传送信息的通信方式。
由于量子态是具有相干性和不可克隆性等特点的，所以在传输信息时，可以利用量子纠缠态对信息进行加密和解密，可以大大提高信息的传输安全性。
（2）量子计算量子计算是利用量子态进行计算的一种计算方式。
在传统计算中，信息存储和处理都是使用二进制数进行，而量子计算将信息存储在量子态中，利用量子的特殊性质进行计算。
由于量子计算的运算速度远远高于传统计算机，可以大大提高计算效率和精度。
（3）量子加密量子加密是利用量子态进行加密的一种加密方式，可以大大提高系统的安全性。
在传统加密方式中，密码很容易被破解，而量子加密可以通过量子态的不可克隆性和不可复制性等特点，来保障信息传输的安全性。
3. 量子信息技术的未来展望目前，有许多技术难题还没有被解决，如量子纠缠的准确控制和测量、量子态的可控制和量子信息的传输等。
但是，我们相信在未来，量子信息技术将得到更加广泛的应用。
（1）在物理学方面量子信息技术将启发我们重新审视物理现象。
未来，我们可以通过量子控制技术，将物理实验和物理学理论相结合，来深入探究量子态的物理学本质。
（2）在计算机方面量子计算机将会成为未来计算机的主流。
生活和工作中与量子信息相关的示例
生活和工作中与量子信息相关的示例
量子信息是一个广泛的概念，与我们日常生活和工作有许多的联系。
以下是一些与量子信息相关的示例：
1. 量子计算机：量子计算机是一种基于量子物理原理的新型计算机，可以处理比传统计算机更复杂的问题。
例如，计算质因数分解、
模拟量子系统、优化问题等。
2. 量子密钥分发：量子密钥分发是一种在保证安全的情况下，实
现安全通信的技术。
简单来说，就是通过量子态的序列来传输加密密钥，防止密钥被窃取或破解。
3. 量子电子学产品：现在有许多量子电子学的产品，例如量子传
感器和量子计量仪器。
这些产品利用了量子特性，例如量子隧穿、量
子振荡等，以达到更精确的测量和分析。
4. 量子通信：量子通信是一种利用量子特性来传输信息的技术。
传统的通信方式会被退化或窃听，而量子通信则可以实现完美保密。
5. 量子加速器：量子加速器是一种利用量子技术的加速器。
除了
用于粒子加速器、光源等科研领域，它还可以用于医学成像、飞行控
制和武器制造等领域。
总的来说，量子信息已经逐渐成为现代科技领域的前沿技术之一，它将会在许多方面对我们的生活和工作产生革命性的影响。
量子信息和量子力学的关系
量子信息和量子力学的关系引言量子信息科学是近年来快速发展的一个新兴学科，其研究对象是通过量子态来传递和处理信息。
而量子力学则是研究微观粒子行为的理论基础，两者之间存在着密切的关系。
本文将从量子信息的基础概念入手，探讨量子信息和量子力学之间的关系，以及量子信息在实际应用中的意义。
一、量子信息的基础概念量子信息主要涉及到两个基本概念：量子比特和量子纠缠。
1. 量子比特量子比特是量子信息的基本单元，类似于经典信息中的比特。
而不同于经典比特只能表示0或1的两个状态，量子比特可以处于叠加态，即同时处于0和1的状态。
这种叠加态的特性使得量子比特具有更丰富的信息表达能力，并且可以进行并行计算。
2. 量子纠缠量子纠缠是指两个或多个量子比特之间存在一种特殊的关联关系，使得它们的状态无论如何变化，都是相互依赖的。
这种关联关系可以在量子比特之间传递信息，并且具有瞬时传递的特性，即使它们之间的距离很远。
二、量子信息与量子力学的关系量子信息科学是建立在量子力学的基础上的，两者之间存在着密不可分的关系。
1. 量子态与波函数量子态是描述量子系统的状态，它可以用波函数来表示。
波函数是量子力学中的基本概念，它包含了描述量子系统的全部信息。
在量子信息中，量子比特的状态也可以用波函数来表示，通过对波函数的操作可以实现量子比特之间的信息传递和处理。
2. 量子测量与信息提取量子力学中的测量操作是获取量子系统信息的重要手段。
量子信息中的测量操作也是获取量子比特信息的必要步骤。
通过测量操作，可以提取出量子比特的状态信息，并用于后续的计算和通信。
3. 量子门与量子逻辑运算量子门是一种用于对量子比特进行操作的逻辑门，类似于经典计算中的逻辑门。
通过不同的量子门操作，可以实现量子比特之间的相互作用，完成量子计算任务。
量子门操作的实现依赖于量子力学中的量子力学操作。
三、量子信息的应用意义量子信息的快速发展为许多领域带来了新的突破和机遇。
1. 量子通信量子通信利用量子纠缠的特性，可以实现信息的安全传输。
量子光学与量子信息
量子光学与量子信息量子光学是研究光与物质相互作用的领域，而量子信息则是以量子力学为基础的信息科学。
这两个领域是密切相关的，它们共同推动了科学技术的发展，并在各个领域展现出巨大的潜力。
量子光学是研究光的量子性质和光与物质相互作用的学科。
光是由许多粒子组成的光子流，而量子光学则是研究光子的行为和特性。
光的量子性质在许多方面都有着独特的应用，例如量子计算、量子通信和量子加密等。
在量子光学领域中，科学家们通过实验和理论研究，探索光的量子行为和如何利用这些行为进行信息处理。
量子信息是以量子力学为基础的信息科学，它利用量子力学中的特殊性质来进行信息的存储、传输和处理。
量子信息的最基本单位是量子比特（qubit），它可以同时处于多个状态的叠加态。
这使得量子信息处理具有高度的并行性和复杂性，远远超过了经典信息处理的能力。
量子信息的研究领域包括量子计算、量子通信、量子密码等。
量子光学和量子信息在许多方面都有着密切的联系。
首先，量子光学是量子信息领域中的重要组成部分，光子作为量子比特的载体，在量子计算和量子通信中发挥着关键的作用。
其次，量子光学的研究成果为量子信息的发展提供了基础和技术支持，例如实现高效的光子源、光子操控和光子检测等。
此外，量子光学和量子信息的交叉研究也为其他领域的发展带来了新的机遇和挑战，如量子光学在生物医学、材料科学和量子化学等领域的应用。
量子光学和量子信息的研究不仅是科学家们的努力方向，也是人类社会面临的重要挑战。
量子计算的实现将彻底改变计算机的性能和能力，带来巨大的科学和经济效益。
量子通信的安全性和保密性将为信息社会的发展提供坚实的保障。
因此，加强量子光学和量子信息的研究，培养和吸引更多的科学家和工程师参与其中，对于推动科学技术的发展和社会进步具有重要意义。
量子光学与量子信息是两个紧密相关的领域，它们共同推动了科学技术的发展，并在各个领域展现出巨大的潜力。
量子光学研究光的量子性质和光与物质相互作用，而量子信息利用量子力学的特殊性质进行信息的存储、传输和处理。
量子信息
量子信息在量子力学中，量子信息(quantum information)是关于量子系统"状态"所带有的物理信息。
通过量子系统的各种相干特性(如量子并行、量子纠缠和量子不可克隆等)，进行计算、编码和信息传输的全新信息方式。
新华社甘肃酒泉8月16日电（记者吴晶晶、杨维汉、徐海涛）2016年8月16日1时40分，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空。
这将使我国在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信，构建天地一体化的量子保密通信与科学实验体系。
<<全球首颗量子卫星为何被正式命名为“墨子号”？量子卫星首席科学家潘建伟院士介绍，量子通信的安全性基于量子物理基本原理，单光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不可破解，从原理上确保身份认证、传输加密以及数字签名等的无条件安全，可从根本上、永久性解决信息安全问题。
<<揭秘全球首颗量子卫星：将怎样改变生活、影响世界？量子卫星2011年12月立项，是中科院空间科学先导专项首批科学实验卫星之一。
其主要科学目标一是进行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；二是在空间尺度进行量子纠缠分发和量子隐形传态实验，在空间尺度验证量子力学理论。
工程还建设了包括南山、德令哈、兴隆、丽江4个量子通信地面站和阿里量子隐形传态实验站在内的地面科学应用系统，与量子卫星共同构成天地一体化量子科学实验系统。
潘建伟表示，我国自主研发的量子卫星突破了一系列关键技术，包括高精度跟瞄、星地偏振态保持与基矢校正、星载量子纠缠源等。
量子卫星的成功发射和在轨运行，将有助于我国在量子通信技术实用化整体水平上保持和扩大国际领先地位，实现国家信息安全和信息技术水平跨越式提升，有望推动我国科学家在量子科学前沿领域取得重大突破，对于推动我国空间科学卫星系列可持续发展具有重大意义。
量子信息在生活中的10大应用
量子信息在生活中的10大应用量子信息技术是近年来发展最快的领域之一，它利用量子力学中的特殊性质，实现了在信息处理和通信等方面的突破。
下面我们将介绍10个量子信息在生活中的应用。
1. 量子密码学量子密码学是利用量子态的不可复制性来保护信息的安全。
它可以防止黑客攻击和窃取信息。
目前，已经有一些商业化的量子密码学应用出现，例如，银行系统、政府机构等领域都开始采用量子密码学。
2. 量子随机数生成随机数在密码学、模拟等领域中具有重要作用。
传统的随机数生成方法很容易被攻击，而量子随机数生成则具有不可预测性和不可猜测性，极大地提高了随机数的安全性。
3. 量子模拟量子模拟是利用量子计算机模拟量子系统的行为。
在材料科学、化学、生物学等领域中，量子模拟可以帮助科学家预测分子结构和反应过程，从而加速新材料和新药物的研发。
4. 量子通信量子通信是一种基于量子力学的通信方式。
它具有高速度、高安全性和高可靠性的特点，可以用于银行、政府、交通等领域的保密通信。
5. 量子雷达量子雷达利用量子纠缠态的特殊性质，可以实现更高精度的目标定位。
它可以用于军事、航空航天等领域，提高目标定位的精度和可靠性。
6. 量子计算量子计算机的计算能力远超传统计算机。
它可以用于解决一些传统计算机无法处理的问题，例如分解质因数、模拟量子系统等。
在未来，量子计算机有望成为人工智能、机器学习等领域的重要工具。
7. 量子传感器量子传感器利用量子效应来测量物理量，例如温度、压力、磁场等。
与传统传感器相比，量子传感器具有更高的灵敏度和更快的响应速度，可以用于医疗、环境监测等领域。
8. 量子图像处理量子图像处理是将量子计算机的优势应用到图像处理领域。
它可以实现更快的图像处理速度和更高的图像处理精度，可以用于医疗、安防等领域。
9. 量子定位量子定位是一种利用量子力学的方法，可以实现更高精度的目标定位。
它可以用于军事、航空航天等领域，提高目标定位的精度和可靠性。
10. 量子生物学量子生物学是将量子力学的理论和技术应用到生物学领域。
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科教周刊 科技视野人民日报/2005年/01月/20日/聚焦21世纪交叉科学难题编者按:伟大的科学家爱因斯坦说过,提出一个问题往往比解决一个问题更为重要,因为解决一个问题也许是一个数学上或实验上的技巧问题。
而提出新的问题、新的可能性,从新的角度看旧问题,却需要创造性的想象力,而且标志着科学的真正进步。
始终关注着世界科学前沿的中国科学工作者,在上世纪90年代末曾提出21世纪的100个科学难题。
今年,他们又提出了21世纪100个交叉科学难题。
这些难题只是众多科学难题中的一部分,却反映了21世纪科学的整体化发展趋势。
这些难题一旦解决,必定促进科学技术产生重大突破,给人类带来巨大利益。
难题的提出,不仅可以激励科学家和广大科技界人士的探索兴趣,而且可以让公众了解当今世界科学发展的态势。
现从最新出版的21世纪100个交叉科学难题!一书中选择部分内容,介绍给广大读者。
地球之外智慧生命有多少早在50多年前,天文学家就开始了对地外智慧生命的探索。
所研究的问题是,在我们银河系上千亿颗星球中,有多少像太阳一样带着环绕的行星?其中有多少行星能孕育出生命?有生命的∀太阳系#中又有多少会存在着类似人类的智慧生物?这些智慧生物需要进化多久才能产生具有星际通信能力的技术文明?这些技术文明又能延续多久?回答这些问题,需要人类几乎全部的知识,如天文学、物理学、化学、气候学、海洋学、地球物理学、生物学、进化论、考古学、人类学和各类社会科学的知识。
但是到今天为止,很多的相关问题我们还是很不清楚。
(赵永恒)网络时代生物学家不落伍21世纪是生命科学的世纪。
信息技术和生物技术将成为未来经济发展的支柱。
集这两大技术于一身的生物信息技术,是当前技术革命的热点;正在逐渐形成的生物信息学,是一门崭新的交叉学科。
对它们可作如下粗浅理解:以核酸、蛋白质等生物大分子数据为主要研究对象,以数理科学、信息科学和计算机科学为主要手段,以计算机网络为主要研究环境,以计算机软件为主要研究工具,构建各种类型的专用、专门、专业数据库,研究开发面向生物学家的新一代计算机软件,对浩如烟海的原始数据进行存储、管理、注释、加工,使之成为具有明确生物意义的生物信息,并通过对生物信息的查询、搜索、比较、分析,从中获取基因编码、基因调控、核酸和蛋白质结构功能及其相互关系等理性知识。
如果100多年前有人说:∀没有数学的科学是不完善的科学#,那么今天我们有理由说:∀不使用计算机的生物学家是落伍的生物学家#。
(罗静初)脑与意识的关系还不清楚自古以来,意识的本质和起源一直是哲学家们争论不休而科学家们又感到束手无策的问题。
现在,大家都知道脑外伤和全身麻醉会导致意识丧失,再没有人怀疑意识是与某些脑结构的活动相关联的,关于意识问题的争论也已经从神圣的哲学殿堂转移到了科学讲台。
脑与意识问题成了神经科学家、心理学家、物理学家、信息科学家、数学家和分子生物学家目光汇聚的焦点。
研究脑与意识的关系,实质是要回答物质如何转变为精神这样一个最根本性的科学命题。
这是一项极具挑战性的前沿科学。
在今后的100年内,更令人鼓舞的突破必将出现在对脑的认知、注意和思维等意识过程的认识方面。
(李朝义)全球污染影响生物进化吗环境污染在全球范围内的扩展,不仅形成很多生物生存的胁迫环境,而且也形成了所有生物进化发展的全新环境。
至今人们只对污染引起的短期、急性效应有一点了解,而对污染引起的长期效应,特别是对生物未来的进化前途和发展命运的影响,几乎没有涉猎。
对这一问题的深入认识,是20世纪留给人类的一个重要科学难题。
研究污染条件下的生物的适应和进化,需要综合环境化学、地球化学、全球生物性、生态遗传学、种群生物学等多门学科,才能广泛深入地认识这一关系到生物圈稳定发展和生物进化前途的重大科学问题。
目前该学科基本上还是处女地,将留给21世纪的生物学家和环境科学家们去努力耕耘。
当前所有国家的学者都处在同一起跑线上,我国学者尽快步入,有望在该领域取得一席之地。
(段昌群王宏镔)攻克艾滋病的希望在哪里由于全球的努力,我们已经对于艾滋病毒(H IV-1)和艾滋病有了很多认识,但是,至今仍未找到理想的治疗方法和有效的预防方法(如疫苗)。
为了攻克艾滋病,迫切需要找到实用、有效的治疗和预防的方法。
为此,除了病毒学和免疫学方面的专家外,还应该吸引更多的生物物理学家、组合化学、结构生物学、信息学等方面的年轻专家,突破传统的病毒学、免疫学和药物学的束缚,开辟新的研究思路和建立新的研究手段,来实现人类攻克艾滋病的梦想。
事实证明,基于传统概念的途径都未能奏效,唯有应用全新的技术,才有可能最终控制艾滋病。
(贲昆龙)量子信息引发深层次思考20世纪人们将量子理论应用于物质科学和能源科学,开拓出诸如半导体、激光、核技术等重要高新技术,造就了人类文明社会半个世纪的繁荣昌盛。
21世纪,一门新兴的交叉学科∃∃∃量子信息科学应运而生,它是量子力学与信息科学相互融合的结果。
量子信息科学的诞生,一方面可望形成量子信息技术新产业,另一方面也引发人们对某些更深层次问题的思考:人们坚信,量子计算机的实现不存在不可逾越的原则困难,量子计算机的诞生只是迟早的事,但鉴于量子计算的固有特性,未来实用的量子计算机应是个什么样子,仍然有待探索。
有人说,人脑是台量子计算机,它具有量子计算的超强信息处理能力。
但要证明人脑确实是如同量子计算机那样运作,目前还缺乏可靠的科学依据。
(郭光灿)分子考古学呼唤复合人才考古学得以与分子生物学联姻的关键在于古DNA研究技术的出现。
但是,自然科学与人文科学由来已久的隔阂也严重阻碍了古DNA这一可以贯通考古学与分子生物学的技术方法的应用与发展,大部分考古学者仍然对古DNA研究相关知识不知不解或知之甚少,因而在考古发掘中,∀取器弃骨#的现象仍然不绝如缕。
所以有必要使双方相互调适,如分子生物学分析的原理、过程和结果应根据考古学的要求加以调整。
当然最好的方法是培养跨学科复合型人才,他们是交叉学科得以深入发展的原动力。
(金力张帆黄颖)最好的医学是中西医结合如果你牙疼,西医解释为细菌感染,用杀菌的消炎药治疗;中医却解释为∀上火#,用清热的草药治疗。
无数次实践证明两种方法都有效,但哪种解释有道理?人们的看法就大相径庭了。
目前,揭开中草药科学原理之谜的条件已经成熟,我们需要进行一系列精心设计的实验,直接观察中药是如何影响细胞质的物理化学性质。
实施这种观察有不少技术上的困难,需要中医、西医和化学、物理学家们通力合作才能解决。
但是,当这个谜揭开后,中医的每一点并不一定都可以用西医的理论来理解,反之亦然。
中医把人体这个复杂系统作为一个整体来观察和治疗,西医则从微观结构来观察和治疗人体。
按照物理学中的说法,这两种观点是互补的,每一种都是对另一种的补充,每一种都没有包含全部真理。
因此,最好的医学应该是中西医相结合的医学。
科学问题是科学发现的起点科学史表明,科学经历了综合、分化、再综合的过程。
现代科学则既高度分化又高度综合,而交叉科学又集分化与综合于一体,实现了科学的整体化。
学科交叉点往往就是科学新的生长点、新的科学前沿,这里最有可能产生重大的科学突破,使科学发生革命性的变化。
同时,交叉科学是综合性、跨学科的产物,因而有利于解决人类面临的重大复杂科学问题、社会问题和全球性问题。
交叉科学是自然科学、社会科学、人文科学、数学科学和哲学等大门类科学之间发生的外部交叉以及本门类科学内部众多学科之间发生的内部交叉所形成的综合性、系统性的知识体系,因而有利于有效地解决人类社会面临的重大科学问题和社会问题,尤其是全球性的复杂问题。
在社会发展中,人类会遇到诸如人口、食物、能源、生态、环境、健康等问题,这仅靠任何单一门学科或一大门学科都不能有效地解决,而惟有交叉科学最有可能解决。
在中国科学发展中,学科交叉与交叉科学显得相对落后。
在较长时期里,自然科学、社会科学、人文科学等之间存在着不可逾越的鸿沟,而科学发展、社会进步、经济发展等却都需要各门类科学、各门学科之间交叉、渗透和融合。
许多科学哲学家都认为,科学问题是科学发现的逻辑起点,一切科学研究、科学知识的增长就是始于问题和终于问题的过程:旧的问题解决了,又引入了新的、更深刻的问题%%因此,善于和勇于提出科学问题,用科学批判和理性质疑的科学精神去审视旧的科学问题,充分发挥创新性的想象力去提出新的科学问题,尤其是提出大跨度、综合而复杂的重大交叉科学难题就显得更具有意义了。
学科交叉是创新思想的源泉DNA双螺旋结构的发现,是20世纪生物学最重要的成果,开辟了分子生物学的新学科领域。
发现DNA双螺旋结构的4位科学家中,沃森毕业于生物学专业,克里克和威尔金斯毕业于物理学专业,而富兰克林则毕业于化学专业,他们具有不同的知识背景,在同一时间都致力于研究遗传基因的分子结构,在又合作又竞争、充满学术交流和争论的环境中,发挥了各自专业的特长,为双螺旋结构的发现做出了各自的贡献。
这是科学史上由学科交叉产生的重大科研成果。
从DNA双螺旋结构的发现过程,我们可以得到很多有益的启示。
将一个学科发展成熟的知识、技术和方法应用到另一学科的前沿,能够产生重大的创新成果。
学科交叉是创新思想的源泉。
高明的学术领导人,如卡文迪许实验室主任布拉格,善于利用自身积累的知识优势,发现学科交叉的切入点,及时开辟新的发展方向。
他领导的集体有宽松的学术环境,支持青年的创意,在完成指定工作之余进行自由选题。
进入新领域的青年科学家必须像沃森和克里克那样,不畏艰险,不怕失败,不怕嘲笑,以坚定不移的努力实现认定的目标。
要敢于争论,更善于合作。
沃森和克里克能最后成功,在于他们之间有良好的人际关系,既会顽强地坚持己见,又能灵活地倾听对方意见,在争论中互相尊重,发挥各自的长处,最后服从真理,很快达成一致。
所有这一切都再一次说明,当重大发现的时机已经成熟,在何时何地由何人发现则是由很多因素决定。
确定最有发展前途的研究方向,创造适合重大发现的环境条件,识别和支持优秀人才是各级科学研究机构的领导者应当首先关注并加以解决的问题。
提倡科学家自由思考∃∃∃21世纪100个交叉科学难题!编者专访日前,记者采访了21世纪100个交叉科学难题!主编、中国科学院科技政策局研究员李喜先。
问:1998年您主编了21世纪100个科学难题!,6年多过去了,请问书中编入的科学难题发挥了什么作用,难题本身的研究有何进展?答:这本书是经过118位科学家的共同努力,历时两年完成的。
书中编入的科学难题以多种形式对国家制定大型的中长期计划起到了推动作用。
其中一部分渗透到中国科学院知识创新工程之中,即作为科学前沿、发展方向,进行了长期布局,如理论生物物理与生物信息学、脑智(brain&m ind)科学、粒子宇宙学、量子物理与信息、纳米科技基础、极端条件下的物质结构、超门类交叉科学等重大领域;其中一些分别进入了国家自然科学基金支持的重大领域、重点项目和面上项目中;还有一些进入了国家重大基础研究计划(如∀973#计划等)之中。