大学课件 量子信息技术-3
大学课件 量子信息技术-1
§3-1光电倍增管 1. 真空光电管
A、基本结构
光阴极涂层
真空
通光窗口
阳极栅网
光
电
流
A
引出电极
光强
Pd
偏置电压V
R
V
B、特点：
优点：
缺点：
响应速度快（PS)； 体积大（cm)；
暗电流小(PA)；
工作电压高(百V)；
受光面积大；
无放大作用。
灵敏度高。
应用范围： 需要高速响应的场合（P秒级）； 需要大光照面积的场合。
响应速度 总探测效率：总=c•w•c’
（1）阴极材料
阴极名称 银氧铯 砷化镓
砷化镓铟 双碱
多碱
日盲 其他
材料成份
截止波长(nm)
Ag-O-Cs
1200
GaAs
930
InGaAs
930
Sb-Cs
650
Sb-Rb-Cs
Sb-K-Cs
850
Na-K-Sb-Cs
Cs-I Cs-Te
320 高温型、红外扩展型等
B. 单点接地
各点电位
单点接地法
VA RA gI A VB RB gIB Vc RC gIc
优点：各设备地独立，尽管各自的地电位不一致，
但不互相干扰。
缺点：地线变长，电感变大，高频时耦合干扰严重
f<1MHz 时应用最好
1MHz<f<10MHz 时
f>10MHz 时最好不用
应采用单点接地，但地线长度应尽可能短
（2）上述接地方法适用于PCB板设计种，如果条件允许， PCB板中地线应宽于3mm！！(条件允许的话）
（3） 接地位置
举例：
2024版大学物理(下)电子工业出版社PPT课件
01大学物理概述与回顾Chapter01掌握物理学基本概念、原理和定律，理解物质的基本结构和基本相互作用。
020304培养科学思维能力和分析解决实际问题的能力。
了解物理学在科学技术发展中的应用和对社会发展的影响。
养成良好的学习习惯和严谨的科学态度。
大学物理课程目标与要求01020304牛顿运动定律、动量守恒定律、能量守恒定律等。
力学热力学第一定律、热力学第二定律、气体动理论等。
热学库仑定律、电场强度、电势差、磁场强度等。
电磁学光的干涉、衍射、偏振等基本概念和原理。
光学上学期知识点回顾01020304振动与波动量子力学基础电磁波的辐射与传播固体物理基础本学期学习内容预览010204学习方法与建议认真听课，做好笔记，及时复习巩固所学知识。
多做习题，加深对物理概念和原理的理解。
积极参加课堂讨论和实验活动，提高分析问题和解决问题的能力。
拓展阅读相关物理书籍和文献，了解物理学前沿动态。
0302电磁学基础Chapter静电场的定义与性质库仑定律电场强度与电势高斯定理静电场及其性质恒定电流与电路分析电流的定义与分类欧姆定律基尔霍夫定律电阻、电容和电感磁场与磁感应强度磁场的定义与性质磁感应强度的定义与计算磁场的高斯定理与安培环路定律磁场对运动电荷的作用力电磁感应定律及应用电磁感应现象与法拉第电磁感应定律描述磁场变化时产生感应电动势的规律。
楞次定律与自感、互感现象描述感应电流的方向以及自感、互感现象中感应电动势的大小和方向。
磁场的能量与磁场力做功描述磁场中储存的能量以及磁场力对电流做功的过程。
电磁感应在日常生活和科技中的应用如交流电的产生、电动机和发电机的原理、电磁炉和微波炉的工作原理等。
03振动与波动Chapter物体在平衡位置附近做周期性的往返运动，称为简谐振动。
简谐振动的定义特征量简谐振动的运动学方程简谐振动的动力学特征振幅、周期（或频率）、相位。
描述简谐振动物体位移随时间变化的规律。
满足F=-kx的回复力特征。
量子技术在空天信息对抗中的应用
二〇一〇国防空天信息技术前沿论坛论文集收稿日期：2010-05-29作者简介：谭宏，男，1966，讲师，硕士，主要研究方向：人工智能，量子通信戴志平，男，1958，教授，主要研究方向：电子通信技术量子技术在空天信息对抗中的应用谭 宏，戴志平（空军雷达学院 四系通信教研室）摘 要：文章概述了量子信息理论及其基本概念，介绍了量子信息技术在空天信息对抗方面的应用。
最后指出了量子信息技术应用在空天对抗中需要解决的问题。
关键词：量子雷达，量子通信, 通信对抗，目标探测对抗Quanta communication technology applied to the aero-spaceinformation countermeasureTAN Hong , DAI ZHI-ping(radar academy of air force, Wu Han 430010,China)Abstract ： On the base of summarized the theory and concept of the quantum information ，the article discusses the application of quantum information technology to the aero-space information countermeasure. finally ，indicated the solving problems ，when the quantum information technology applied to the aero-space information countermeasureKey words ：Quantum radar; Quantum communication; Communication countermeasure;Object detection countermeasure0 引 言现代战争的信息对抗包括通信对抗和目标探测对抗。
《大学物理磁学》ppt课件
目录
• 磁学基本概念与原理 • 静电场中的磁现象 • 恒定电流产生磁场及应用 • 电磁波与光波在磁学中的应用 • 铁磁物质及其性质研究 • 现代磁学发展前沿与挑战
01
磁学基本概念与原理
磁场与磁力线
01 磁场
由运动电荷或电流产生的特殊物理场，具有方向 和大小，可用磁感线描述。
通过分析带电粒子在静电场中的运动规律，可以 03 了解电场分布和粒子性质等信息。
静电场和恒定电流产生磁场比较
静电场和恒定电流都可以产生磁场，但它们产 生的磁场具有不同的特点。
静电场产生的磁场是瞬时的，随着静电场的消 失而消失；而恒定电流产生的磁场是持续的， 只要电流存在就会一直产生磁场。
此外，静电场和恒定电流产生的磁场在分布、 强度和方向等方面也存在差异。
02 磁力线
形象描述磁场分布的曲线，其切线方向表示磁场 方向，疏密程度表示磁场强度。
03 磁场的基本性质
对放入其中的磁体或电流产生力的作用。
磁感应强度与磁通量
磁感应强度
描述磁场强弱和方向的物理量，用B表示， 单位为特斯拉（T）。
磁通量
描述穿过某一面积的磁感线条数的物理量，用Φ表 示，单位为韦伯（Wb）。
电磁铁
利用恒定电流产生的磁场来制作电磁 铁，用于吸附铁磁性物质或作为电磁
开关等。
电磁炉
利用恒定电流产生的交变磁场来加热 铁质锅具，从而实现对食物的加热和
烹饪。
电机与发电机
电机是将电能转换为机械能的装置， 而发电机则是将机械能转换为电能的 装置。它们的工作原理都涉及到恒定 电流产生的磁场。
磁悬浮列车
利用恒定电流产生的强磁场来实现列 车的悬浮和导向，具有高速、安全、 舒适等优点。
2024版《大学物理》全套教学课件(共11章完整版)
01课程介绍与教学目标Chapter《大学物理》课程简介0102教学目标与要求教学目标教学要求教材及参考书目教材参考书目《普通物理学教程》（力学、热学、电磁学、光学、近代物理学），高等教育出版社；《费曼物理学讲义》，上海科学技术出版社等。
02力学基础Chapter质点运动学位置矢量与位移运动学方程位置矢量的定义、位移的计算、标量与矢量一维运动学方程、二维运动学方程、三维运动学方程质点的基本概念速度与加速度圆周运动定义、特点、适用条件速度的定义、加速度的定义、速度与加速度的关系圆周运动的描述、角速度、线速度、向心加速度01020304惯性定律、惯性系与非惯性系牛顿第一定律动量定理的推导、质点系的牛顿第二定律牛顿第二定律作用力和反作用力、牛顿第三定律的应用牛顿第三定律万有引力定律的表述、引力常量的测定万有引力定律牛顿运动定律动量定理角动量定理碰撞030201动量定理与角动量定理功和能功的定义及计算动能定理势能机械能守恒定律03热学基础Chapter1 2 3温度的定义和单位热量与内能热力学第零定律温度与热量热力学第一定律的表述功与热量的关系热力学第一定律的应用热力学第二定律的表述01熵的概念02热力学第二定律的应用03熵与熵增原理熵增原理的表述熵与热力学第二定律的关系熵增原理的应用04电磁学基础Chapter静电场电荷与库仑定律电场与电场强度电势与电势差静电场中的导体与电介质01020304电流与电流密度磁场对电流的作用力磁场与磁感应强度磁介质与磁化强度稳恒电流与磁场阐述法拉第电磁感应定律的表达式和应用，分析感应电动势的产生条件和计算方法。
法拉第电磁感应定律楞次定律与自感现象互感与变压器电磁感应的能量守恒与转化解释楞次定律的含义和应用，分析自感现象的产生原因和影响因素。
介绍互感的概念、计算方法以及变压器的工作原理和应用。
分析电磁感应过程中的能量守恒与转化关系，以及焦耳热的计算方法。
电磁感应现象电磁波的产生与传播麦克斯韦方程组电磁波的辐射与散射电磁波谱与光子概念麦克斯韦电磁场理论05光学基础Chapter01光线、光束和波面的概念020304光的直线传播定律光的反射定律和折射定律透镜成像原理及作图方法几何光学基本原理波动光学基础概念01020304干涉现象及其应用薄膜干涉及其应用（如牛顿环、劈尖干涉等）01020304惠更斯-菲涅尔原理单缝衍射和圆孔衍射光栅衍射及其应用X射线衍射及晶体结构分析衍射现象及其应用06量子物理基础Chapter02030401黑体辐射与普朗克量子假设黑体辐射实验与经典物理的矛盾普朗克量子假设的提普朗克公式及其物理意义量子化概念在解决黑体辐射问题中的应用010204光电效应与爱因斯坦光子理论光电效应实验现象与经典理论的矛盾爱因斯坦光子理论的提光电效应方程及其物理意义光子概念在解释光电效应中的应用03康普顿效应及德布罗意波概念康普顿散射实验现象与经德布罗意波概念的提典理论的矛盾测不准关系及量子力学简介测不准关系的提出及其物理量子力学的基本概念与原理意义07相对论基础Chapter狭义相对论基本原理相对性原理光速不变原理质能关系广义相对论简介等效原理在局部区域内，无法区分均匀引力场和加速参照系。
大学物理课件光学
06
实验方法与技巧
2024/1/25
28
分光计调整与使用注意事项
2024/1/25
调整分光计底座水平
使用水平仪确保分光计底座水平，避免影响后续测 量精度。
调整望远镜对平行光聚焦
通过目镜观察平行光是否聚焦在分划板上，调整望 远镜位置实现对平行光的聚焦。
调整平行光管发出平行光
通过调整平行光管的位置和角度，使其发出的光为 平行光，为后续实验提供准确的光源。
31
干涉法测微小量实验步骤及数据分析方法
计算微小量
根据干涉条纹间距和数量，利用干涉公式计算出待测微小量。
误差分析
对实验数据进行误差分析，评估测量结果的准确性和可靠性。
2024/1/25
32
衍射法测波长实验原理及操作过程
实验原理
当单色光通过单缝或小孔时， 会发生衍射现象，形成明暗相 间的衍射条纹。通过测量衍射 角或衍射条纹间距，可以计算 出单色光的波长。
光电效应
当光照在金属表面时，金属中的电子会吸收光子的能量并 从金属表面逸出，形成光电流。光电效应实验证明了光的 量子性。
康普顿效应
当X射线或γ射线与物质相互作用时，光子将部分能量转移 给电子，使电子获得动能并从原子中逸出。康普顿效应进 一步证实了光的粒子性。
7
02
光的干涉现象及应用
2024/1/25
发生衍射现象，形成特定的衍射图样。
2024/1/25
03
X射线衍射在晶体结构分析中的应用
通过分析X射线衍射图样，可以确定晶体的晶格常数、原子间距等结构
参数，进而推断出晶体的化学组成和晶体结构。这对于研究物质的性质
和开发新材料具有重要意义。
17
《大学物理光学》PPT课件
3
光学仪器的发展趋势 随着光学技术的不断发展，光学仪器正朝着高精 度、高灵敏度、高分辨率和自动化等方向发展。
03
波动光学基础
Chapter
波动方程与波动性质
波动方程
描述光波在空间中传播的数学模型，包括振幅、频率、波长等参现象，是波动光学的基础。
偏振现象及其产生条件
干涉仪和衍射仪使用方法
干涉仪使用方法
通过分束器将光源发出的光波分成两束，再经过反射镜反射后汇聚到一点，形成干涉图样。通过调整反射镜的位 置和角度，可以观察不同干涉现象。
衍射仪使用方法
将光源发出的光波通过衍射光栅或单缝等衍射元件，观察衍射现象。通过调整光源位置、衍射元件参数等，可以 研究光的衍射规律。
光的反射与折射现象
光的反射
光在两种介质的分界面上改变传播方向又返回原来 介质中的现象。反射定律：反射光线、入射光线和 法线在同一平面内，反射光线和入射光线分居法线 两侧，反射角等于入射角。
光的折射
光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生 改变的现象。折射定律：折射光线、入射光线和法 线在同一平面内，折射光线和入射光线分居法线两 侧，折射角与入射角的正弦之比等于两种介质的折 射率之比。
了解干涉条纹的形成和特点。
衍射光栅测量光谱线宽度
03
使用衍射光栅测量光谱线的宽度，掌握衍射光栅的工作原理和
测量方法。
量子光学实验项目注意事项
单光子源的制备与检测 了解单光子源的概念、制备方法及其检测原理，注意实验 过程中的光源稳定性、探测器效率等因素对实验结果的影 响。
量子纠缠态的制备与观测 熟悉量子纠缠态的基本概念和制备方法，掌握纠缠态的观 测和度量方法，注意实验中的环境噪声、探测器暗计数等 因素对纠缠态的影响。
大学生信息技术基础(基础模块)(微课版)教学课件项目五——新一代信息技术
大学生信息技术基础
目录
5.1 初识新一代信息技术 5.2 新一代信息技术的融合发展
5.1 初识新一代
信息技术
任务描述
新一代信息技术是以物联网、云计算、大数据、人工智能等为代表的新兴技术，它既是 信息技术的纵向升级，也是信息技术与相关产业的横向渗透融合。新一代信息技术无疑 是当今世界创新活跃、渗透性强、影响力广泛的技术，正在全球范围内引发新一轮的科 技革命，并以前所未有的速度转化为现实生产力，引领科技、经济和社会的高速发展。 本任务主要介绍新一代信息技术及其主要代表技术的概念、技术特点、典型应用领域等。
5.1.1 人工智能
2．人工智能的技术特点
人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解 智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相 似的方式做出反应的智能机器，该领域的研究包 括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理 和专家系统等。人工智能从诞生以来，理论和技 术日益成熟，应用领域也不断扩大，可以设想， 未来人工智能带来的科技产品，将会是人类智慧 的“容器”。人工智能可以对人类的意识、思维 的过程进行模拟。人工智能不是人类的智能，但 能像人类那样思考，也可能超过人类的智能。
（2）动态可扩展
云计算具有高效的运算能力，在原有服务器基础上增加云计算功能，能够使计算速度迅速提高，最终 实现动态扩展虚拟化的层次，达到对应用进行扩展的目的。
5.1.4 云计算
（3）按需部署
计算机包含许多应用、程序软件等，不同的应用对应的数据资源库不同，所以用户运行不同的应用需 要较强的计算能力对资源进行部署，而云计算平台能够根据用户的需求快速配备计算能力及资源。
5.1.4 云计算
3．云计算的应用领域
较为简单的云计算技术已经普遍应用于如今的互联网服务中，最为常见的就是网络搜索引擎 和网络在搜索引擎上搜索任何想要的资源，通过云端共享数据资源。在过去，寄一封邮件 是一件比较麻烦的事情，同时也是一个很慢的过程；而在云计算技术和网络技术的推动下， 网络邮箱成为社会生活中的一部分，只要在网络环境下，就可以实现实时的邮件发送。其实， 云计算技术已经融入现今的社会生活中。
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三、量子密码原理
(1). 量子密码是什么？
量子密码是：
采用量子力学原理，通过公开信道 在异地用户之间实现能严格保证分配 过程安全的密钥分配方法！
量子密码-----量子密钥分配
中国科学院量子信息重点实验室
三、量子密码原理
量子密钥分配技术
中国科学院量子信息重点实验室
三、量子密码原理
(2)、光的量子性
2.5x10-7 ＋2.5x10-7
1.3x10-8 ＋1.3x10-8
7.4x10-9 ＋7.4x10-9
2.5x10-9 ＋2.5x10-9
3.7x10-10 ＋3.7x10-10
1.3x10-10 ＋1.3x10-10
中国科学院量子信息重点实验室
同步卫星—地面的量子密钥分配可行性
每天的有效码长 7秒的经典通信量（跟瞄精度0.2rad)
日光 大气 7.4 x10-2 2.5 x10-2
1.3 x10-3
7.4 x10-4
2.5 x10-4
3.7 x10-5 1.3 x10-5
满月
7.4 x10--5
2.5 x10-5
1.3x10-6 ＋1.3x10-8
7.4x10-7 ＋7.4x10-9
2.5x10-7 ＋2.5x10-9
3.7x10-8 ＋3.7x10-10
例：序列密码；分组密码（DES, AES)；
中国科学院量子信息重点实验室
—
二、保密通信与密码
经 典 密 码
公 钥 技 术
常用公钥：RSA；ECC 等！
中国科学院量子信息重点实验室
二、保密通信与密码
公钥的特点
优点： 分配方便；便于更换；无需储存
缺点：安全性未严格证明；计算速度的挑战
量子计算的挑战：
发 射 部 分
中国科学院量子信息重点实验室
三、量子密码原理
接 收 装 置
中国科学院量子信息重点实验室
三、量子密码原理
空间144公里
R.Ursin, et al., Nature physics vol.3, 481(2007)
中国科学院量子信息重点实验室
三、量子密码原理
星--地量子 密钥分配
星--空量子 密钥分配
1.3x10-8 ＋1.3x10-10
新月
7.4 x10--6
2.5 x10-6
1.3x10-7 ＋1.3x10-8
7.4x10-8 ＋7.4x10-9
2.5x10-8 ＋2.5x10-9
3.7x10-9 ＋3.7x10-10
1.3x10-9 ＋1.3x10-10
星光
7.4x10-7 ＋7.4x10-7
——量子密码不能一劳永逸地解决密钥安全问题； ——密码技术的攻防战仍然要继续； ——攻防的战场有所转移
中国科学院量子信息重点实验室
四、量子密码网络
量子网络的寻址问题？ 量子信息的载体是量子态 :
1. 未知量子态不能精确克隆! 2. 测量会导致量子态的塌缩!
中国科学院量子信息重点实验室
四、量子密码网络
中国科学院量子信息重点实验室
三、量子密码原理
(6)、其他协议
B92协议 六态协议
推广的BB84协议
正交态协议 信道编码协议
尚未实现的协议
EPR协议（纠缠光子对）
连续变量协议 暂时无实用价值的协议
中国科学院量子信息重点实验室
三、量子密码原理
1、安全性保障：
A. 量子（随机、叠加）性——信息不可分取、不可预测; B. “量子不可克隆定律” ——信息不可拷贝。
0.9
0.8
0.7
0.6
0公里
0.5
0.4
0
2
4
6
8
10
Time(hour)
相位漂移
（温度，折射率）
0.5
0公里
0.4
0.3Leabharlann 0.20.10.0
0
50
100
150
200
250
300
350
T im e ( m in )
条纹干涉度的涨落
（偏振）
中国科学院量子信息重点实验室
三、量子密码原理
M-Z系统稳定与距离有关吗？
二、保密通信与密码
1、密码原理和技术研究； 2、身份识别与认证； 3、数字签名与防抵赖技术； 4、PKI技术； 5、VPN技术； 6、信息隐藏技术。
中国科学院量子信息重点实验室
三、量子密码原理
(一).量子密码是什么？
No! 量子密码是一种新的密码体制？
量子密码是“量子”的？
No!
中国科学院量子信息重点实验室
相位调制器
Alice安全区
D1
Bob安全区
光子探测器
偏振分束器
相位调制器 法拉第反射镜
中国科学院量子信息重点实验室
三、量子密码原理
往返式的付作用
a)背向散射---严重限制密钥分配速率！ b)往返补偿---传输距离越远则抗高频干扰能力越差！ c)监视光强---将“量子安全性”降低为“技术安全
性”！ d)不适合使用单光子源！
星--海量子 密钥分配
中国科学院量子信息重点实验室
三、量子密码原理
实现星—地量子密钥分配困难吗?
易:
只要把两望远镜距离拉开到400公里?
难:
其中一端必须在天上飞!
中国科学院量子信息重点实验室
三、量子密码原理
难在哪里?
1、400km传输，能接收到足够强的信号吗？
2、必须保证两个望远镜始终对准！
中国科学院量子信息重点实验室
三、量子密码原理
多 光 源 偏 振 编 码 方 案
Alice
Bob
中国科学院量子信息重点实验室
三、量子密码原理
1、美国los Alamos Lab （10公里，2002年初）
中国科学院量子信息重点实验室
三、量子密码原理
德 国 人 的 机 械 合 束 方 法
中国科学院量子信息重点实验室
三、量子密码原理
结论：技术上可行！ 与低轨道卫星比，没有明显的优势！
EL Miao, ZF Han, et al, Phys lett. A, vol.361, 29-32(2007)
中国科学院量子信息重点实验室
三、量子密码原理
光子相位量子态
上 单光子
分束器
下
单光子探测器 D1
1 上＋下 2
D2
单光子干涉
中国科学院量子信息重点实验室
量子信息技术
Ⅲ
韩正甫
中科院量子信息重点实验室
§4-3量子密码
一、信息安全的意义
(一) 、 甲午海战
1894年中日之战，北洋舰队全军覆没！ 价值：割让东三省+彭湖列岛+台湾+白银2亿万两 教训：没有保密国家就没有了一切！
中国科学院量子信息重点实验室
一、信息安全的意义
(二)、中途岛海战
1941年12月，偷袭珍珠港成功，摧毁了美军的海军主力！ 计划1942年6月，突袭中途岛，全歼美国海军！ 价值：典型的以少胜多，日本海军走向全面失败的开始！
密码学的教训： 1、更换不及时 2、密钥间不应该有关联性
中国科学院量子信息重点实验室
二、保密通信与密码
私钥！
中国科学院量子信息重点实验室
二、保密通信与密码
经 私钥的特点 典 密 优点： 码 1.抗计算能力强
缺点： 密钥分配困难
—
私 2.理论上存在绝对
钥
1.难以更换
技 术
安全性(单次、等长) 2.储存降低安全性
中国科学院量子信息重点实验室
三、量子密码原理
如何保证飞行目标间的对准？
Acquisition, Tracking, Pointing (ATP system)!
轨迹搜寻， 跟踪， 瞄准 (跟瞄系统)！
问题：什么样的精度才能满足需要？
中国科学院量子信息重点实验室
三、量子密码原理
跟瞄精度和误差指标
1、卫星对地指向的晃动！ 2、卫星轨道的漂移！ 3、卫星地面的振动！
0公里
25公里
50公里
75公里
中国科学院量子信息重点实验室
三、量子密码原理
中国科学院量子信息重点实验室
三、量子密码原理
中国科学院量子信息重点实验室
三、量子密码原理
中国科学院量子信息重点实验室
三、量子密码原理
中国科学院量子信息重点实验室
三、量子密码原理
中国科学院量子信息重点实验室
三、量子密码原理
——未知量子态不可以被精确克隆 克隆极限——5/6， 安全的量子密钥误码率不大于1/6
中国科学院量子信息重点实验室
三、量子密码原理
2、攻击方案的出发点
（1）方案设计的不安全性； （2）由于系统光电子器件的非理想而导致的漏洞；
例：探测器的低量子效率、光纤损耗、非单光子源等 （3）编码量子态集中的量子态有限
不等臂M-Z方案
中国科学院量子信息重点实验室
三、量子密码原理
不等臂M-Z方案
中国科学院量子信息重点实验室
三、量子密码原理
不等臂M-Z方案
中国科学院量子信息重点实验室
三、量子密码原理
不等臂M-Z方案
中国科学院量子信息重点实验室
三、量子密码原理
M-Z系统的不稳定性
Optical Power CPS
t＝3ns
＝10rad
B＝0.01nm
t＝1ns
日光 云层
7.4
2.5
1.3 x10-1
7.4 x10-2 2.5 x10-2
3.7 x10-3 1.3 x10-3