时间：2023-09-14 17:44:08
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇计算机科学技术前沿，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
8月24日,以“携手教育 共创明天”为主题的“2009英特尔中国大学峰会”在广西北海市开幕。来自全国100多所高校的学者、英特尔全球及中国高层、业界技术专家和学生代表参加了为期两天的主题研讨。峰会全面分享了英特尔最新的技术创新和产业趋势,集中展示了英特尔高等教育合作项目成果,并探讨了今后产学研结合的发展方向。产业界和学术界就中国前沿技术自主创新、高等教育人才培养等进行了广泛的交流。
加大力度培养信息人才
北京大学校长助理李晓明教授是高等学校计算机科学与技术教学指导委员会的成员,在本次峰会上,他向记者表示,从1956年中国大学开始开办计算机专业,到2008年已经有598所大学开设了847个专业点,在校生近40万。李晓明认为,目前计算机学科的知识体系发生了很大的变化,社会对于计算机人才的知识与能力的预期呈现出多样性的变化,对于传统的计算机教学内容和方式都提出了挑战,因此未来高校计算机学科的教育应该朝着“分类培养”方向发展。“我们初步建议按照计算机科学、计算机工程、软件工程和信息技术四类来分类,这不仅是社会的需要,更是计算机专业自身发展的需要。”
在李晓明看来,随着中国信息社会发展的步伐不断加快,未来社会对于具有掌握与信息技术相关的自然科学和数学知识,并能够将这些知识应用于信息系统构建和维护,对信息技术的效用和发展趋势有深入理解和评估能力,而且可以根据不同组织和机构的需求,选择和实施相应信息技术的人才会有比较大的需求。
“未来,这类人才是各种企事业单位承担信息化建设的核心力量。与计算机科学人才相比,对他们没有探索新的计算理论的要求,也不需要他们能够设计复杂算法; 与计算机工程人员相比,不要求他们掌握微处理器设计和嵌入式系统接口的细节,也不要求他们具备设计新型计算机系统的能力; 与软件工程人才相比,他们不需要掌握系统的软件测试和编写大型软件的能力。对于他们而言,核心的要求就是能够熟练地应用各种软硬件系统知识构建优化的信息系统,管理和维护好复杂的信息系统。”李晓明说。
企业有责任促进产学研结合
产业、科研和高等教育的有机结合对于创新技术的发展和人才培养具有至关重要的推动作用。英特尔中国执行董事戈峻在本次峰会上表示: “技术创新是应对危机并提升竞争力的最有效途径,即使在经济衰退时期,英特尔也不会减少对创新的投入。作为全球IT技术创新领域的领导者,英特尔公司大力支持中国创新型人才的培养。在政府的指导下,英特尔与国内高等院校展开积极广泛的合作,共同培养面向未来的创新型人才,为产业的发展和社会的进步提供人才保障和技术支持。英特尔大学峰会正是产学研结合的有益尝试,英特尔愿与各方一道努力,为中国创新型社会发展做出贡献。”
据了解,目前英特尔与国内30多所重点高校开展联合科研协作项目,涉及项目包括多核技术研究课题、嵌入式研究课题在内的多个科研领域。2007年12月,“教育部-英特尔信息技术专项科研基金”正式启动,英特尔将累计投入不低于120万美元,专门支持中国高校的信息技术前沿领域的研究。截止到2009年7月,已有10所高校的19个项目获得该基金资助。
英特尔公司中国区教育事务部总监朱文利表示,在英特尔看来,创新人才的培养是构建良好的产业生态环境的基石和实现持续发展的关键。多年来,英特尔一直积极与中国政府和教育机构紧密合作,成功推出并实施包括创新课程建设、学生专业技术竞赛、联合科研协作在内的多项高等教育项目,全面深入推动创新型人才的培养,为产业的发展提供人才保障。
软件技术；互联网；智能；服务
【中图分类号】TD31文献标识码：B文章编号：1673-8500（2012）12-0050-01
计算机软件是计算机系统执行某项任务所需的程序、数据及文档的集合，它是计算机系统的灵魂，计算机软件的目的是为广大用户提供符合应用需求的计算服务。从功能上看，计算机软件可以分为系统软件、支撑软件和应用软件，而系统软件和支撑软件也称为基础软件。是具有公共服务平台或应用开发平台功能的软件系统。因此，应用需求和硬件技术发展是推动软件技术发展的动力。
现在，信息化应用环境正经历着新的变化：“云计算”、“无线网”、“传感网”、“物联网”、“泛在网”、“智慧地球”等的出现与发展，这样必然导致软件技术为适应这种新的变化而发生巨大的变革与发展，而信息技术和人工智能技术的发展与融合，会促使数据处理、信息处理向知识处理的阶段转型与发展，这是值得密切关注的信息技术和软件技术发展的新趋势。
1 关于信息技术和软件技术发展趋势的分析与判断
近年来信息技术、软件技术、软件系统与软件产业的发展备受关注，其中较重要的有：
2008 年 10 月，在“上海交通大学学报”撰文“新时期我国信息技术产业的发展”提出：“20 世纪 90 年代以来，信息技术继续朝着数字化、集成化、智能化、网络化方向前进”。“软件系统加快向网络化、智能化和高可信的阶段迈进”。
2008 年 10 月，工业和信息化部颁布的《软件产业“十一五”专项规划》分析软件技术发展趋势时指出：“我国信息化的不断推进和网络的广泛普及，对软件技术和产品提出了更多需求。软件技术正朝着网络化、可信化、服务化、工程化和体系化方向发展，软件技术的不断创新和广泛应用，将促进和带动软件和软件服务的发展”。
结合我们对软件技术在信息技术产业、软件产业和信息化应用方面的作用和地位的理解，并考虑到软件技术自身的特点，我们认为，未来一段时期，软件技术发展的主要趋势可以概括为：网络化、融合化、可信化、智能化、工程化、服务化。并且呈现出新特点和新内涵。以下就网络化、融合化、可信化、智能化、工程化、服务化的新特点和新内涵逐一加以诠释。
2 软件技术发展趋势及其新特点
2.1 网络化： 随着信息网络技术的不断进步和运行环境的多样性，在软件发展过程中，开放化、分布化、虚拟化、无线化、互联化、物联化与泛在化等都是其网络化的不同表现形态，使网络化的内涵更加丰富多彩。
2.2 融合化： 2000 年之后，信息技术进入“后 PC”（Post-Personal Computer）时代。随着信息技术的迅猛发展，使满足用户对一体化、集成化的产品或解决方案的需求成为可能，嵌入式系统、集成创新、一体化平台等都是软件技术趋于“融合”。
2.3 可信化： 在计算模式向“以网络为中心的环境和面向服务的体系结构”发展中，软件的运行环境不断开放和动态变化，使得软件构件在无监督下实现可信安全交互的需求日趋强烈。然而目前的理论、技术和管理储备均不足以应对开放性带来的挑战。
2.4 智能化： 人的认知系统对信息和知识的处理、加工与利用的能力，远远超过现有的任何计算机信息处理系统。探索智力的本质，研制具有更高智能的机器和信息处理系统就成为历史的必然。目前软件智能化的发展趋势表现在：
2.4.1从低级走向高级（逻辑推理—拟人智能）；
2.4.2从浅层走向深层（模拟行为—模拟情感）；
2.4.3从分立走向融合（观点分立—形成共识）；
2.4.4从软件走向知件（数据处理—知识处理，科学计算—社会计算）；
2.4.5从理论走向应用（理论研究—应用推广）；
2.4.6从微小型走向巨大型 （单体、微型、小型—多体、大型、巨型、全球）。
综上所述，“信息一知识一智能转换理论”将成为信息时代科技的灵魂，发展新智能科学与技术，是今后的重要目标。
2.5 工程化： 从 20 世纪 70 年代开始，“软件工程”的概念和方法逐步得到实际应用，以工程化的生产方式设计、开发软件；工程化趋势推动复用技术和构件技术发展，降低了软件开发的复杂性，提高了软件开发的效率和质量。但是，传统的软件工程方法学体系，本质上是一种封闭和静态的体系，难以适应 Internet 开放、动态、多变的特点。为了适应这种新特点，软件系统开始呈现出一种柔性可演化、连续反应式、多目标自适应的新系统形态。从技术的角度看，在面向对象、软件构件等技术支持下的软件实体，以主体化的软件服务形式存在于 Internet 的各个节点之上，各个软件实体相互间，通过协同机制进行跨网络的互连、互通、协作和联络，从而形成一种与 WWW 相类似的软件 Web（software Web），这种Internet 环境下的新的软件形态称为网构软件 （Internetware）。网构软件技术与方法已成为新一代软件工程化开发方法的新趋势，它是实现面向 Internet 的软件产业工业化与规模化生产的核心技术基础之一。
2.6 服务化： 软件即服务（SaaS）已成为软件产业或软件服务发展和未来管理软件并提供服务的重要趋势，体现在运行平台上的服务融合，即通信服务、内容服务、计算服务等融合。服务计算（Services Computing）的目标，是以服务作为应用开发的基本单元，能够以服务组装的方式快速、便捷和灵活地生成增值服务或应用系统，并有效地解决在分布、异构的环境中数据、应用和系统集成问题。软件服务的本质就是人们不再需要拥有软件产品本身，而是直接使用软件所提供的功能。服务化趋势使各种软件产品以服务的方式向用户提供，这将极大地改变软件应用模式和商业模式，进而影响软件产业的格局。
3 结语
软件技术与软件产业的发展是我国工业化和信息化的关键，软件技术的发展必然以软件产业为动力，软件产业的发展必须以软件技术为基础。软件技术与软件产业发展的关键在于应用，只有以应用需求为导向，才能带动软件技术与软件产业持续地发展。
参考文献
[1].新时期我国信息技术产业的发展[J].上海交通大学学报，2008，（10）：1589-1607.
[2]中国科学院信息领域战略研究组.中国至 2050 年信息科技发展路线图[M].科学出版社，2009-9.
1传统高职院校计算机应用基础课程存在的问题
1.1生源特点多样化，学生信息技术应用水平不一
随着信息技术教育在中小学的普及以及电脑、智能手机等家用电子设备使用的兴起,使得学生在入学时就已经具备了相关的计算机基础知识和操作技能，但是由于高职院校招生形式多样，学生生源区域分布较广,使得学生入学时的信息技术应用水平和信息素养参差不齐。
1.2缺少针对性教学，学生学习积极性不高
一方面由于学生在入学时计算机水平存在差异，容易导致教师在制订教学内容时不能根据学生的特点进行针对性教学，这种情况容易降低学生的学习积极性；另外，学生在学习时，如果不能根据自己的实际情况和自身特征制订适合自己的学习计划，进行有选择的学习，长此以往，学生学习成绩下滑严重，也容易导致学生学习的积极性下降。
1.3教学条件制约，学生学习效果不佳
计算机应用基础课程是一门综合实践性课程，必须通过“讲练结合”的方式进行教学，但是由于部分高职院校机房数量较少，硬件设施不达标，使得学生上机实操课时安排的较少，导致学生并不能很好的将所学的理论知识应用到实际操作过程中，致使学生动手能力较差，进而导致学习效果不佳。
2大数据时代背景下高职院校计算机基础类课程教学改革思路
2.1以市场需求为导向，创新教学理念
在信息技术不断发展的时代，为了培养学生利用所学计算机基础知识解决实际问题的能力，教师需要改变传统的教学理念和育人方式，除了要注重培养学生的实际动手能力外，还要要将学生所学知识与企业所需相联系，注重学生专业综合素质的提高，使其不断适应变化的市场需求。我们可以通过大数据技术统计分析近两年企业对计算机基础类岗位的需求倾向，用人单位对往届毕业生的工作、岗位能力评价，以及企业对人才需求的规格以及学生就业等相关方面进行预测，有针对性的制定教学目标，对学生进行更加专业化的培养，提高学生在就业时的竞争力。
2.2以学生为中心,创新教学方法
在大数据背景下，教师必须改变以往灌输式教学方法，要始终谨记“授人以鱼，不如授人以渔”的精神，从实际出发，以学生为中心，充分发挥学生在学习过程中的主动性。教师在课前可以借助于大数据技术对学生下节课知识点的掌握情况进行统计和分析，便于有针对性的进行课堂教学设计，合理设置教学的内容。同时，教师可以对不同水平的学生进行分组，通过学生自学、组内互帮带学、教师讲学的形式完成差异化教学，这不仅可以提高学生学习的积极性，而且有利于增进学生与学生、学生与老师之间的感情，使学生在掌握所学专业知识的同时有效培养他们的团队合作精神。
2.3融合大数据技术，优化教学内容
为了解决传统教学中学生学习兴趣不高的问题，首先要鼓励教师在教学内容中及时的融入大数据等新一代信息技术的发展现状和相关动态,提高学生学习的积极性和主动性,使学生在掌握计算机基础知识和基本操作技能的同时,了解当代信息技术前沿的相关知识,拓展专业视野。同时，为了便于我们更好的把握教学规律，我们可以通过大数据技术手段对学生的学习情况进行统计和分析，分析学习的重点和难点，有针对性的调整、优化教学内容，提升教学效果。
2.4改革考核方法，促进学生综合素质的提高
为了解决高职院校计算机考试中可能出现的“高分低能”现象，教师可以根据课程的基本特征，结合学生多方面的综合表现，对教学考核评价的方法进行改革，取消单一的理论考核模式，根据学生的实际学习情况，建立多元化立体的评价体系，给出最终的考核结果，从而提升学生自信心。为了促进学生全方位、多元化的发展，我们可以将学生的课程成绩分为期末考试成绩、平时考核成绩、小组成绩、学生个人在小组的贡献、学生自主创新实践动手能力、技能竞赛6项成绩适当加以权重进行核算，通过将学生期终末考试成绩和平时考核成绩相结合、个人自身贡献和所在小组绩点相结合、学生参加技能大赛成绩与自主创新能力相结合的方式，合理制定该课程的考核评价体系，进而提升教学效果，有效促进学生综合素质的提高。
2.5结合网络教学平台,助力学生学习
鉴于大数据、云计算等新型互联网技术的发展，越来越多的人拥有移动互联设备，为了解决学生因基础知识水平和学习能力不同，导致其在学习计算机基础课程时听不懂的问题，教师可以借助网络学习平台进行辅助教学，以此来保证学生可以在实际中获得与自身能力相符的教育，例如，比较有名的网络学习平台有：中国大学MOOC（爱课程）平台、智慧职教平台、学堂在线平台、超星尔雅平台等。网络学习平台也叫在线学习平台，平台上面拥有大量名校教师的授课材料，包括相关课程的视频、授课课件、相关配套的试题库及在线论坛等丰富的教学材料，学生足不出户就可以获得和名校教师交流学习的机会。教师通过合理的引导学生进行在线学习，不仅可以拓宽学习能力高同学的知识面，更大的发挥他们的潜能，而且也可以解决学困生上课听不懂课下无人解的难题，激发学困生的学习积极性。另外，通过借助网络教学平台，教师不仅可以丰富自己的专业知识，促进自身专业技能的提升，而且也便于和名校教师进行技能切磋及时总结课程教学经验，不断自己的教学水平。
关键词：操作系统；改革；教学模式
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2012）21-019-02
在高等院校中，不管是一本、二本还是三本以致高职院校都要开设《操作系统》这门课程。对于计算机专业的学生，操作系统都是必修课。操作系统涉及较多硬件知识的计算机系统软件课程，它具有一下特点：
1、理论性强、内容抽象、理解困难；
2、理论性和实践性紧密结合；
3、发展迅速，知识更新快；涉及内容广泛，与多个方向交叉；
4、知识点多、综合性强、灵活性大。
作为计算机专业传统必修课，操作系统课程的重要性勿容置疑，那么，如何通过有效的教学方法来调动学生的学习积极性，使学生摆脱枯燥乏味之感，就成了课程教学要解决的关键问题。
一、当前课程教学当中存在的问题
1、教学模式单一、理论与实际脱节
在传统教学模式中，课堂只是知识的灌输，特别是目前普遍采用的多媒体课件滥用现象，使得授课变得更加快捷，教师满足于课上念，学生满足于课下听，极大地禁锢了教学双方的主动学习和思考意愿。加上操作系统课程内容抽象枯燥，充斥大量原理及概念，学生在学习的过程当中非常困难，往往觉得该课程抽象难懂，以致对课程学习缺乏兴趣，最后以临时死记硬背来应付考试了结该课。主要表现在：
2、先修课和后继课开得不够合理
有些课程与操作系统联系比较紧密。必须先行学习；但有些学校较早开设操作系统原理课程，甚至把操作系统课程开在计算机组成原理、数据结构或程序设计课程之前，无形中给这门课程的教学和学习带来了不便，使得学生不能融会贯通，理解困难。
3、实验环节薄弱
实验教学内容老化，手段单一，学生觉得枯燥无味，实验兴趣不大，尤其在一些民办高校考虑到经费问题，实验往往安排很少的课时，学生只是接触了一些皮毛。根本达不到培养学生的科研能力的要求，学生做的有针对性的实验太少，缺少课程学习心得，缺少课程设计环节。学生参与科研的机会少，这些均不利于学生创新能力的培养。
4、教师缺乏实践
由于扩招，使得现在教师整体水平有所下降，许多青年教师不仅理论知识不扎实，实践能力也比较差，这样由于教师没有对软件编码的经验。使得对操作系统知识的理解和掌握也只停留在表面，很难从更深层、软件系统工程的角度对操作系统中的技术进行探究和拓展，这样使得教学不够深人，学生难以掌握。
5、教材的选择
随着计算机科学技术的迅速发展，计算机操作系统的多样化，相应的各种版本操作系统教材也不断推出，这在一定程度上来说缓解了操作系统教材单一的局面，给高校教学教材的选择提供了很大的选择空间。但由于各种教材的质量和理论深度各不相同，作者水平更是参差不齐，这样又给教材的选择带来了一定的困难。同时，虽然教材的版本在不断更新，但目前还没有紧跟技术前沿的教材出现，尤其是在发展中国家，各种版本互相借鉴，推出的最新版也都只是在前一版本的基础上做适当的增减。
教材选择是教学质量好坏的关键问题之一，教材过深，不利于老师教学，也不利于学生的学习，最终导致教学质量严重下降；教材太浅显，达不到本课程教学的目的，也提不起学生的兴趣，目前各高校选择的教材形形，教学质量也参差不齐。
二、课程的改革方案
1、精选教材和参考书
合理选择教材。优化教学内容与质量。目前操作系统的教材有很多，难度深浅不一，同时所涉及的范围宽窄也不一，因此，一定要本着“一切为了学生，为了学生的一切”的方针，选择的教材一定要合适所教授学生的水平的教材。一般情况，经典教材应优先考虑。例如高等教育出版社出版，孙钟秀等编写教材，再有就是清华大学出版社、高等教育出版社出版的教材都还很不错。
2、提升教师水平
教师专业水平直接决定教学水平的高低。直接影响课堂的质量，因而影响到我国人才培养质量。对于计算机课程教师，尤其要注重软件的编程能力的培养。为加强教师队伍建设，可实施如下办法：
（1）定期组织教师尤其是青年教师进行培训，给教师提供提升自我的机会，不断吸取新知识，掌握新技术，更好地服务于学生。
（2）要求教师之间互相听课，交流教学心得。
（3）通过开展教学比赛，调动教师教学创新的积极性。
（4）加强校际之间的课程交流，组织教师参与校际之间的课程讨论，互通有无，取长补短。
3、教学模式的改进
传统的教学模式过于单一，课程上基本是教师一个人在讲，听讲者寥寥，教学效果很差，提高教学质量的关键是激发学生的学习兴趣。
近年来，启发式教学模式已被逐渐应用于高校的教学当中。和传统教学模式，启发式教学模式具备以下三个特点：一是强调学生是学习的主体，教师角色退居其次。学生即以学习活动为基础，学生充当了学习的主体、认识的主体以及发展的主体，而教学内容则成为学习活动的客体。二是强调学生在掌握基础知识和技巧的同时，能够充分锻炼思维能力。即在启发式教学模式中，学生需要通过主动思考锻炼自身的独立思维能力，充分挖掘思维潜能。三是注重教学方法和学习方法的有机结合。即启发式教学更需要教师采用各种灵活多样的教学手段，引导学生采用不同的学习方法思考问题。通过“教师提出问题，学生主动思考问题，最终共同解决问题”的良性互动过程，充分发挥其优势，使教师成为火种，点燃学生思维的白纸，让学生能够真正实现自我学习、自我思考，真正掌握操作系统这门课程。
4、启发式教学的实施
（1）进程的讲解
进程在操作系统课程当中是很重要的一个知识点，但对于学生是一个全新的概念，他们以前之听说程序，那么如何让学生接受它呢？那么你就可以从程序开始讲起，进程和程序两个概念既有相同点又不完全相同。程序是指令的有序集合。其本身没有任何运行的含义，是一个静态的概念；而进程是程序在处理机上的一次执行过程，它是一个动态的概念。程序作为一种软件资料可以长期存在．而进程是有它的生命周期。程序是永久的，进程是暂时的。进程更能真实地描述并发，而程序不能：进程是由进程控制块、程序段、数据段、核心栈四部分组成；进程具有创建其他进程的功能。而程序没有。
当学生对进程有一定理解之后，紧接着讲解线程，我们知道进程是资源分配和处理器调度的基本单位，每次给程序创建进程，都要为进程分配资源，进程在系统不是一路执行完，而是走走停停的，这就牵涉到进程切换的问题，而进程切换势必导致系统时间和空间的开销，好的，为了减少时空开销，提高系统效率，提出线程的概念。线程怎么来的？将进程的两个功能分离开来，进程是资源分配和处理器调度的单位，而线程呢，就是轻量级的进程，是基本不带资源的进程，线程仅仅是处理器调度的基本单位，进程和线程的关系是整体与部分的关系，进程=资源集合+线程集合，并给出图示。接下来从各方面阐述线程跟进程异同，状态转换基本相同，只不过线程不带资源，所以线程不存在挂起态，当一个进程当中的所有线程执行完毕之后，进程生命周期结束。
（2）死锁
死锁同样也是最为重要的一个知识点，在讲这个概念的时候首先老师提问：“什么是死锁，为什么会发生死锁？”，可以先让学生自行看几分钟书，教师举若干例子。
例1进程推进顺序不当产生死锁
设系统有打印机、读卡机各一台，被进程P和Q共享。两个进程并发执行，按下列次序请求和释放资源：
进程P 进程Q
请求读卡机 请求打印机
请求打印机 请求读卡机
释放读卡机 释放读卡机
释放打印机 释放打印机
进程P和进程Q在系统的执行进度是没法控制的，假如进程P申请到了读卡机，与此同时进程Q申请到了打印机，这个时刻进程P需要在申请打印机才能运行下去，而进程Q呢则需要读卡机，而它们各自占有的资源又不释放，这种时候会发生什么状况呢？它们两个都没法进行下去，处于永远等待的状态，这就是死锁。也就是各自占有部分资源又去等待对方释放资源，所有进程都无法运行下去。
例2 PV操作使用不当产生死锁
进程Q1 进程Q2
P（S1）； P（s2）；
P（s2）； P（s1）；
使用r1和r2； 使用r1和r2
V（S1）； V（s2）；
V（S2）； V（S1）；
例3 资源分配不当引起死锁
若系统中有m个资源被n个进程共享，每个进程都要求K个资源，而m
例4对临时性资源使用不加限制引起死锁
进程通信使用的信件是一种临时性资源，如果对信件的发送和接收不加限制，可能引起死锁。进程P1等待进程P3的信件S3来到后再向进程P2发送信件S1；P2又要等待P1的信件S1来到后再向P3发送信件S2；而P3也要等待P2的信件S2来到后才能发出信件S3。这种情况下形成了循环等待，产生死锁。
到此，引出死锁的定义：如果在一个进程集合中的每个进程都在等待只能由该集合中的其他一个进程才能引发的事件，则称一组进程或系统此时发生了死锁。接下来教师总结产生死锁的原因的基础上，提出“如何避免死锁？”，破坏死锁产生的条件，著名的银行家算法等。
三、结束语
操作系统课程教学伴随着计算机技术的发展应与时俱进，适应社会的发展和需要。改革传统的教学模式存在着客观的必然性。操作系统的课程建设不仅需要不断钻研计算机理论知识，更需要在现代教育技术和现代教育理论的研究上作出不懈的努力，本文中对操作系统课程教学改革提出笔者几点建议，这些建议也需要在未来的教学实践中不断完善．以上是本人在长期的操作系统课程教学过程中通过总结和思考所获所感，并在实际的教学中取得了不错的效果。
参考文献
[1] Abraham Silberschatz著 郑扣根译．操作系统概念（第6版）[M]．北京：高等教育出版社,2008：10-60.
在全球的量子通信竞赛中，中国虽然并不是起步最早的，但是在中国科学院院士潘建伟等众多人的不懈努力下，中国在量子通信领域已经实现“弯道超车”，并成为首个将量子科学实验卫星送入太空的国家。
早在数年前，星地量子通信的中国梦已引发了世界的关注。
2012年8月9日，国际权威学术期刊《自然》杂志以封面标题形式发表了中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室潘建伟团队的研究成果：他们在国际上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。
这一成果不仅刷新世界纪录，有望成为远距离量子通信的“里程碑”，而且为发射全球首颗“量子科学实验卫星”奠定了技术基础。该成果入选《自然》杂志公布的“2012年度全球十大新闻亮点”。
同年12月6日，《自然》杂志为该成果专门撰写了长篇新闻特稿《数据隐形传输：量子太空竞赛》，详细报道了这场激烈的量子太空竞赛。
建立“量子互联网”
2009年，潘建伟和他的中国科大物理学家团队从位于北京北部丘陵的长城附近的实验点，将激光瞄准了16公里之外的屋顶上的探测器，然后利用激光光子的量子特性将信息“瞬移”过去。
这个距离刷新了当时量子隐形传态的世界纪录，他们朝着团队的终极目标――将光子信息隐形传送到卫星上――迈进了重要的一步。
如果这一目标实现，将会建立起“量子互联网”的第一个链接，这个网络将是运用亚原子尺度物理规律创建的一个超级安全的全球通信网络。这也证实了中国在量子领域的不断崛起，从十几年前并不起眼的角色发展为现在的世界劲旅。
2016年，中国领先欧洲和北美，发射了一颗致力于量子科学实验的卫星。
这为物理学家提供了一个测试量子理论基础，以及探索如何融合量子理论与广义相对论（是爱因斯坦关于空间、时间和引力所提出的截然不同的理论）的全新平台。
这也标志着潘建伟与维也纳大学物理学家Anton Zeilinger之间的友谊（虽然存在激烈竞争）达到高峰。
Zeilinger曾是潘建伟的博士生导师；之后的七年，二人在远距离量子隐形传态研究的赛跑中棋逢对手；此后他们又建立了合作关系。卫星发射成功之后，两位物理学家将创建第一个洲际量子加密网络，通过卫星连接亚洲和欧洲。
“我们有句老话，一日为师终身为父，”潘建伟说，“科研上，Zeilinger和我平等合作，但在情感上，我一直把他当作我尊敬的长辈。”
迅速崛起
2001年，潘建伟建立了中国第一个光量子操纵实验室；2003年，他提出了量子卫星计划。那时的他才30岁出头。2011年，41岁的潘建伟成为当时最年轻的中科院院士。
潘建伟小组的成员陈宇翱说：“他几乎单枪匹马地把这个项目推进下去，并使中国在量子领域有了立足之地。”
潘建伟为何有如此动力？这要追溯到上世纪80年代后期他在中国科大的本科读书经历。
那时，他第一次接触到了原子领域一些“奇怪”的概念。微观客体可以处于多个状态的迭加态：例如，一个粒子可以同时处在顺时针自旋状态和逆时针自旋状态，或者可以同时存在于两个地方。这种多重的个性在数学上用波函数来描述，波函数给出了粒子处于每个状态的概率。只有在粒子的某一特性被测量时，波函数才会坍塌，相应的粒子才会处于一个确定地点的确定状态。至关重要的是，即使在原则上都无法预言单次实验的结果，粒子处于每个状态的概率仅表现为一个统计分布，并且只有通过多次重复实验才能得到。
由于量子纠缠的特性，当考虑两个或更多个粒子时，情况变得更加“古怪”了。多粒子系统可以被制备到某种状态：即使粒子间距离遥远，即使粒子的物理性质仅当其被测量时才会存在确定的值，对于每个粒子某个物理性质的测量结果之间总是会存在某种关联性。
这种怪异性就好比分别位于维也纳和北京的两位物理学家同时掷硬币，他们会发现每次结果都是正面朝上，或者都是反面朝上。
“我对这些奇怪的量子特性感到着迷。”潘建伟说，“它们几乎使我无法分心去学习其它东西。”他想验证这些不可思议的理论，但是在当时的中国，他找不到合适的量子物理实验室。
20世纪90年代中期，Zeilinger在奥地利因斯布鲁克大学建立了自己的量子实验室，并且需要一名学生来检验他的一些实验猜想。潘建伟认为这是一个理想的选择。于是，与大多数中国学生的选择不同，潘建伟来到奥地利师从Zeilinger，与Zeilinger开始了一段决定二人此后二十年间事业上并驾齐驱的关系。
当潘建伟在Zeilinger实验室施展他的专业才华时，世界各地的物理学家开始慢慢认识到，曾令潘建伟着迷的、深奥难懂的量子特性可以被用来创造比如量子计算机。
由于一个量子比特可以同时存在于0和1的叠加，它可能会建立起更快、更强大、能够将多个量子比特纠缠起来的量子计算机，并能以惊人的速度并行执行某些运算。
另一个新兴的概念是极度安全的量子加密，可应用在比如银行交易等方面。其中的关键是测量一个量子系统会不可避免地破坏这个系统。因此，发报方（通常称为“Alice”）和信息的接收方（通常称为“Bob”）两个人能够产生并共享一套量子密钥，其安全性在于来自窃听者的任何干扰都会留下痕迹。
2001年，潘建伟回到中国的时候，量子技术的潜力已经得到公认，并吸引了中国科学院和中国国家自然科学基金委员会的财政支持。
“幸运的是，2000年中国的经济开始增长，因此当时立即迎来了从事科研工作的好时机。”潘建伟说。他全身心投入到了梦想中的实验室的建设当中。与此同时，在奥地利，Zeilinger转到维也纳大学。在那里，因为他的远见卓识，Zeilinger继续创造着量子纪录。他最著名的实验之一表明，巴基球（含有60个碳原子的富勒烯分子）可以表现出波粒二象性，这是一个奇特的量子效应，很多人曾认为在如此大的分子中不可能存在这种效应。
“每个人都在谈论可以用小的双原子分子来尝试一下这个实验。”Zeilinger回忆说，“我说，‘不，伙伴们，不要只是思考前面的一两步，请思考一下我们如何能实现一个超出所有人想象的大跳跃。’”
这使潘建伟深受教益。世界各地的物理学家们开始构思，如何利用尚未实现的量子计算机来连接未来的量子互联网。当大多数人仍满足于在实验台上安全地得到量子信息时，潘建伟已经开始思考如何能够在太空中实现信息的隐形传送。
纽约IBM的计算机科学家Charles Bennett和他的同事在1993年首次提出“量子隐形传态”的概念，之所以有此名称，陈宇翱说：它就像来自于《星际旅行》一样，它使得关于一个量子客体的全部信息在某个地点被扫描输入，并在一个新的地点重构出来。这其中的关键就是纠缠：因为对处于纠缠态的其中一个粒子的操作会影响到另一个粒子。不管两个粒子距离多远，它们可以像一条量子电话线两端的电话机那样控，在两个相距甚远的地点之间传送量子信息。
当同时产生的纠缠粒子被发送到电话线连接的两端时，问题就出现了。传递过程中充满着噪音、散射相互作用和各种形式的其它干扰，任何一种干扰都会破坏隐形传态所必需的精巧的量子关联。例如，目前纠缠光子是通过光纤传输，但是光纤会吸收光，这使得光子的传输距离仅限于几百公里。标准的放大器起不到作用，因为放大过程会破坏量子信息。陈宇翱说：“要在城域距离之外实现隐形传态，我们需要卫星的帮助。”
但是当光子通过地球湍流的大气层一直向上，到达几百公里的卫星时，纠缠会不会继续保持？为了回答这个问题，潘建伟的研究团队于2005年开展了晴空下传输距离不断扩大的地基可行性实验，探究光子与空气分子发生碰撞后能否继续维持纠缠性质。但他们还需要建立一个靶标探测器，这个探测器必须小到能够装配到卫星上，并且灵敏度必须足以从背景光中筛选出被传送的光子，而且还得保证，他们可以将光子束足够聚焦，让其能够打到探测器。
这个工作激起了Zeilinger的竞争意识。“中国人在做了，因此我们想，为什么我们不试试呢？一些友好的竞争总是好的。”
竞争促使光子传输距离的世界纪录不断被刷新。在接下来的七年中，中国的研究团队通过在合肥、北京长城以及在青海开展的一系列实验，将隐形传态的距离越推越远，直到它超过97公里。
2012年5月，他们将成果张贴在物理预印本服务器ArXiv上。这让奥地利团队十分懊恼，因为他们正在撰写在加那利群岛之间隐形传态光子的实验论文。
8天后，他们在ArXiv上贴出了论文，报道他们的隐形传态取得了143公里的新纪录。两篇文章最终先后发表在《自然》杂志上。
“我认为这可以表明一个事实，即每个实验都有不同以及互补的价值。”维也纳大学物理学家、奥地利团队成员马晓松说。
在自由空间量子通信领域，中国团队和奥地利团队之间不断竞争，从纠缠光子的分发到量子隐形传态，创造了一个又一个的里程碑。
两支团队都认为，向卫星进行隐形传态在科学原理上已不存在问题。他们亟需的是一颗卫星来装载功能齐备的有效载荷设备，开展相关的量子实验检验。Zeilinger的研究组一直在与欧洲空间局（ESA）商讨建立量子卫星计划，但这些努力因拖延而渐渐告吹。
Zeilinger说：“它的运行机制太慢了，以至于没有做出任何决策。”一方面是欧空局的犹豫，另一方面中国国家航天局紧抓机会，得以扩大领先优势。在此当中，潘建伟起到了决定性的推进作用。“量子卫星”的发射使得潘建伟在量子空间竞赛中处于领先地位，他的研究团队将着手开展大量的科学实验。
成功的关键
如果没有通信对象，开发全球首个量子通信网络就失去了意义。因此，潘建伟邀请他从前的竞争对手加入这个项目。他们的第一个共同目标是在北京和维也纳之间生成和共享一个安全的量子密钥。
“总之，任何一个小组都无法独立完成向卫星隐形传态这一极其艰巨的任务。”马晓松说。尽管政府的主要兴趣在于它可以推进技术前沿，但许多物理学家对这个卫星项目如此着迷却是因为其它原因。“作为一名科学家，驱使我不断前行的动力在于进一步探寻物理学的基础。”陈宇翱表示。
迄今为止，量子理论的奇妙之处在实验室里被不断重复检验，但这些检验却从未在太空尺度中进行过。而且有理论认为，如果量子理论可能会在某处遭遇挑战，那必然是太空。大尺度是由另一个基本物理理论所掌控：广义相对论。相对论将时间作为另一种维度与三维空间交织，从而创造一个四维时空结构，包括宇宙。在巨大的物体如太阳周围，这种可塑结构将发生弯曲，表现为引力，引力将较小质量的物体如行星拉向巨大物体。
目前的挑战是，量子理论和广义相对论对时空概念有着完全不同的理解，物理学家们一直致力于将它们融入一个统一的量子引力理论框架。在爱因斯坦的绘景里，即使在无穷小尺度上，时空都是完全光滑的。然而，量子不确定性却意味着不可能在如此小的距离上测量空间性质。目前尚不清楚是量子理论还是广义相对论需要进行修正，抑或二者都要进行修正。
而卫星实验可以帮助测试量子理论的规则在引力牵引不能被忽略的尺度上是否仍然适用。
一个明显的问题是，量子纠缠是否可以延伸到地球和卫星之间。为了回答这个问题，研究组计划在卫星上制备一系列纠缠粒子对，将每对中的两个粒子分别发送到两个地面站，然后测量两个粒子的性质以验证它们是否仍然存在关联――而且设备运转良好。
“如果纠缠不再存在，我们就不得不寻找另一种理论来代替量子理论。”研究向卫星进行隐形传态方案的瑞士日内瓦大学理论物理学家Nicolas Brunner说。
该卫星还可更进一步，检验一些候选的量子引力理论对时空结构的预言。比如，所有这些理论都预测，如果科学家能以某种方式在10～35米（即普朗克长度）这一尺度观测，空间、时间将呈现为颗粒状。如果事实确实如此，那么光子从卫星沿着这条颗粒感的道路的穿梭将会轻微减速，而且偏振方向将有一个微小、随机的偏转――这些效应应该足以被地面站记录下来。
“卫星将开启一个真正全新的窗口，通往一个实验物理学家此前从未涉足过的领域，这非常神奇。”来自意大利罗马萨皮恩扎大学的物理学家Giovanni Amelino-Camelia说。
