时间：2022-09-30 06:21:24
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篇量子计算论文，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。
（一）在建筑材料方面的应用
水泥是重要的建筑材料之一。1993年，计算量子化学开始广泛地应用于许多水泥熟料矿物和水化产物体系的研究中，解决了很多实际问题。
钙矾石相是许多水泥品种的主要水化产物相之一，它对水泥石的强度起着关键作用。程新等[1,2]在假设材料的力学强度决定于化学键强度的前提下，研究了几种钙矾石相力学强度的大小差异。计算发现，含Ca钙矾石、含Ba钙矾石和含Sr钙矾石的Al-O键级基本一致，而含Sr钙矾石、含Ba钙矾石中的Sr，Ba原子键级与Sr-O，Ba-O共价键级都分别大于含Ca钙矾石中的Ca原子键级和Ca-O共价键级，由此认为，含Sr、Ba硫铝酸盐的胶凝强度高于硫铝酸钙的胶凝强度[3]。
将量子化学理论与方法引入水泥化学领域，是一门前景广阔的研究课题，它将有助于人们直接将分子的微观结构与宏观性能联系起来，也为水泥材料的设计提供了一条新的途径[3]。
（二）在金属及合金材料方面的应用
过渡金属(Fe、Co、Ni)中氢杂质的超精细场和电子结构，通过量子化学计算表明，含有杂质石原子的磁矩要降低，这与实验结果非常一致。闵新民等[4]通过量子化学方法研究了镧系三氟化物。结果表明，在LnF3中Ln原子轨道参与成键的次序是：d＞f＞p＞s，其结合能计算值与实验值定性趋势一致。此方法还广泛用于金属氧化物固体的电子结构及光谱的计算[5]。再比如说，NbO2是一个在810℃具有相变的物质(由金红石型变成四方体心)，其高温相的NbO2的电子结构和光谱也是通过量子化学方法进行的计算和讨论，并通过计算指出它和低温NbO2及其等电子化合物VO2在性质方面存在的差异[6]。
量子化学方法因其精确度高，计算机时少而广泛应用于材料科学中，并取得了许多有意义的结果。随着量子化学方法的不断完善，同时由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学在材料科学中的应用范围将不断得到拓展，将为材料科学的发展提供一条非常有意义的途径[5]。
二、在能源研究中的应用
（一）在煤裂解的反应机理和动力学性质方面的应用
煤是重要的能源之一。近年来随着量子化学理论的发展和量子化学计算方法以及计算技术的进步，量子化学方法对于深入探索煤的结构和反应性之间的关系成为可能。
量子化学计算在研究煤的模型分子裂解反应机理和预测反应方向方面有许多成功的例子,如低级芳香烃作为碳/碳复合材料碳前驱体热解机理方面的研究已经取得了比较明确的研究结果。由化学知识对所研究的低级芳香烃设想可能的自由基裂解路径，由Guassian98程序中的半经验方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的从头计算方法和考虑了电子相关效应的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法对设计路径的热力学和动力学进行了计算。由理论计算方法所得到的主反应路径、热力学变量和表观活化能等结果与实验数据对比有较好的一致性，对煤热解的量子化学基础的研究有重要意义[7]。
（二）在锂离子电池研究中的应用
锂离子二次电池因为具有电容量大、工作电压高、循环寿命长、安全可靠、无记忆效应、重量轻等优点，被人们称之为“最有前途的化学电源”，被广泛应用于便携式电器等小型设备，并已开始向电动汽车、军用潜水艇、飞机、航空等领域发展。
锂离子电池又称摇椅型电池，电池的工作过程实际上是Li+离子在正负两电极之间来回嵌入和脱嵌的过程。因此，深入锂的嵌入-脱嵌机理对进一步改善锂离子电池的性能至关重要。Ago等[8]用半经验分子轨道法以C32H14作为模型碳结构研究了锂原子在碳层间的插入反应。认为锂最有可能掺杂在碳环中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子轨道法对掺锂的芳香族碳化合物的研究表明，随着锂含量的增加，锂的离子性减少，预示在较高的掺锂状态下有可能存在一种Li-C和具有共价性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子轨道计算法，对低结晶度的炭素材料的掺锂反应进行了研究，研究表明，锂优先插入到石墨层间反应，然后掺杂在石墨层中不同部位里[11]。
随着人们对材料晶体结构的进一步认识和计算机水平的更高发展，相信量子化学原理在锂离子电池中的应用领域会更广泛、更深入、更具指导性。
三、在生物大分子体系研究中的应用
生物大分子体系的量子化学计算一直是一个具有挑战性的研究领域，尤其是生物大分子体系的理论研究具有重要意义。由于量子化学可以在分子、电子水平上对体系进行精细的理论研究，是其它理论研究方法所难以替代的。因此要深入理解有关酶的催化作用、基因的复制与突变、药物与受体之间的识别与结合过程及作用方式等，都很有必要运用量子化学的方法对这些生物大分子体系进行研究。毫无疑问，这种研究可以帮助人们有目的地调控酶的催化作用,甚至可以有目的地修饰酶的结构、设计并合成人工酶；可以揭示遗传与变异的奥秘,进而调控基因的复制与突变，使之造福于人类；可以根据药物与受体的结合过程和作用特点设计高效低毒的新药等等，可见运用量子化学的手段来研究生命现象是十分有意义的。
综上所述，我们可以看出在材料、能源以及生物大分子体系研究中，量子化学发挥了重要的作用。在近十几年来，由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学计算变得更加迅速和方便。可以预言，在不久的将来，量子化学将在更广泛的领域发挥更加重要的作用。
参考文献：
[1]程新.[学位论文].武汉:武汉工业大学材料科学与工程学院,1994
[2]程新,冯修吉.武汉工业大学学报,1995,17(4):12
[3]李北星,程新.建筑材料学报,1999,2(2):147
[4]闵新民,沈尔忠,江元生等.化学学报,1990,48(10):973
[5]程新,陈亚明.山东建材学院学报,1994,8(2):1
[6]闵新民.化学学报,1992,50(5):449
[7]王宝俊,张玉贵,秦育红等.煤炭转化,2003,26(1):1
[8]AgoH,NagataK,YoshizawAK,etal.Bull.Chem.Soc.Jpn.,1997,70:1717
[9]AgoH,KatoM,YaharaAK.etal.JournaloftheElectrochemicalSociety,1999,146(4):1262
[10]SatoruK,MikioW,ShinighiK.ElectrochimicaActa1998,43(21-22):3127
[11]麻明友,何则强,熊利芝等.量子化学原理在锂离子电池研究中的应用.吉首大学学报,2006,27(3):97.
论文摘要：将量子化学原理及方法引入材料科学、能源以及生物大分子体系研究领域中无疑将从更高的理论起点来认识微观尺度上的各种参数、性能和规律，这将对材料科学、能源以及生物大分子体系的发展有着重要的意义。
量子化学是将量子力学的原理应用到化学中而产生的一门学科，经过化学家们的努力，量子化学理论和计算方法在近几十年来取得了很大的发展，在定性和定量地阐明许多分子、原子和电子尺度级问题上已经受到足够的重视。目前，量子化学已被广泛应用于化学的各个分支以及生物、医药、材料、环境、能源、军事等领域，取得了丰富的理论成果，并对实际工作起到了很好的指导作用。本文仅对量子化学原理及方法在材料、能源和生物大分子体系研究领域做一简要介绍。
一、在材料科学中的应用
（一）在建筑材料方面的应用
水泥是重要的建筑材料之一。1993年，计算量子化学开始广泛地应用于许多水泥熟料矿物和水化产物体系的研究中，解决了很多实际问题。
钙矾石相是许多水泥品种的主要水化产物相之一，它对水泥石的强度起着关键作用。程新等[1,2]在假设材料的力学强度决定于化学键强度的前提下，研究了几种钙矾石相力学强度的大小差异。计算发现，含Ca钙矾石、含Ba钙矾石和含Sr钙矾石的Al-O键级基本一致，而含Sr钙矾石、含Ba钙矾石中的Sr，Ba原子键级与Sr-O，Ba-O共价键级都分别大于含Ca钙矾石中的Ca原子键级和Ca-O共价键级，由此认为，含Sr、Ba硫铝酸盐的胶凝强度高于硫铝酸钙的胶凝强度[3]。
将量子化学理论与方法引入水泥化学领域，是一门前景广阔的研究课题，它将有助于人们直接将分子的微观结构与宏观性能联系起来，也为水泥材料的设计提供了一条新的途径[3]。
（二）在金属及合金材料方面的应用
过渡金属(Fe、Co、Ni)中氢杂质的超精细场和电子结构，通过量子化学计算表明，含有杂质石原子的磁矩要降低，这与实验结果非常一致。闵新民等[4]通过量子化学方法研究了镧系三氟化物。结果表明，在LnF3中Ln原子轨道参与成键的次序是：d＞f＞p＞s，其结合能计算值与实验值定性趋势一致。此方法还广泛用于金属氧化物固体的电子结构及光谱的计算[5]。再比如说，NbO2是一个在810℃具有相变的物质(由金红石型变成四方体心)，其高温相的NbO2的电子结构和光谱也是通过量子化学方法进行的计算和讨论，并通过计算指出它和低温NbO2及其等电子化合物VO2在性质方面存在的差异[6]。
量子化学方法因其精确度高，计算机时少而广泛应用于材料科学中，并取得了许多有意义的结果。随着量子化学方法的不断完善，同时由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学在材料科学中的应用范围将不断得到拓展，将为材料科学的发展提供一条非常有意义的途径[5]。
二、在能源研究中的应用
（一）在煤裂解的反应机理和动力学性质方面的应用
煤是重要的能源之一。近年来随着量子化学理论的发展和量子化学计算方法以及计算技术的进步，量子化学方法对于深入探索煤的结构和反应性之间的关系成为可能。
量子化学计算在研究煤的模型分子裂解反应机理和预测反应方向方面有许多成功的例子,如低级芳香烃作为碳/碳复合材料碳前驱体热解机理方面的研究已经取得了比较明确的研究结果。由化学知识对所研究的低级芳香烃设想可能的自由基裂解路径，由Guassian98程序中的半经验方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的从头计算方法和考虑了电子相关效应的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法对设计路径的热力学和动力学进行了计算。由理论计算方法所得到的主反应路径、热力学变量和表观活化能等结果与实验数据对比有较好的一致性，对煤热解的量子化学基础的研究有重要意义[7]。
（二）在锂离子电池研究中的应用
锂离子二次电池因为具有电容量大、工作电压高、循环寿命长、安全可靠、无记忆效应、重量轻等优点，被人们称之为“最有前途的化学电源”，被广泛应用于便携式电器等小型设备，并已开始向电动汽车、军用潜水艇、飞机、航空等领域发展。
锂离子电池又称摇椅型电池，电池的工作过程实际上是Li+离子在正负两电极之间来回嵌入和脱嵌的过程。因此，深入锂的嵌入-脱嵌机理对进一步改善锂离子电池的性能至关重要。Ago等[8]用半经验分子轨道法以C32H14作为模型碳结构研究了锂原子在碳层间的插入反应。认为锂最有可能掺杂在碳环中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子轨道法对掺锂的芳香族碳化合物的研究表明，随着锂含量的增加，锂的离子性减少，预示在较高的掺锂状态下有可能存在一种Li-C和具有共价性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子轨道计算法，对低结晶度的炭素材料的掺锂反应进行了研究，研究表明，锂优先插入到石墨层间反应，然后掺杂在石墨层中不同部位里[11]。
随着人们对材料晶体结构的进一步认识和计算机水平的更高发展，相信量子化学原理在锂离子电池中的应用领域会更广泛、更深入、更具指导性。
三、在生物大分子体系研究中的应用
生物大分子体系的量子化学计算一直是一个具有挑战性的研究领域，尤其是生物大分子体系的理论研究具有重要意义。由于量子化学可以在分子、电子水平上对体系进行精细的理论研究，是其它理论研究方法所难以替代的。因此要深入理解有关酶的催化作用、基因的复制与突变、药物与受体之间的识别与结合过程及作用方式等，都很有必要运用量子化学的方法对这些生物大分子体系进行研究。毫无疑问，这种研究可以帮助人们有目的地调控酶的催化作用,甚至可以有目的地修饰酶的结构、设计并合成人工酶；可以揭示遗传与变异的奥秘,进而调控基因的复制与突变，使之造福于人类；可以根据药物与受体的结合过程和作用特点设计高效低毒的新药等等，可见运用量子化学的手段来研究生命现象是十分有意义的。
综上所述，我们可以看出在材料、能源以及生物大分子体系研究中，量子化学发挥了重要的作用。在近十几年来，由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学计算变得更加迅速和方便。可以预言，在不久的将来，量子化学将在更广泛的领域发挥更加重要的作用。
参考文献：
[1]程新.[学位论文].武汉:武汉工业大学材料科学与工程学院,1994
[2]程新,冯修吉.武汉工业大学学报,1995,17(4):12
[3]李北星,程新.建筑材料学报,1999,2(2):147
[4]闵新民,沈尔忠,江元生等.化学学报,1990,48(10):973
[5]程新,陈亚明.山东建材学院学报,1994,8(2):1
[6]闵新民.化学学报,1992,50(5):449
[7]王宝俊,张玉贵,秦育红等.煤炭转化,2003,26(1):1
[8]AgoH,NagataK,YoshizawAK,etal.Bull.Chem.Soc.Jpn.,1997,70:1717
[9]AgoH,KatoM,YaharaAK.etal.JournaloftheElectrochemicalSociety,1999,146(4):1262
【关键词】量子力学；实验教学；改革
中图分类号：041 文献标识码：A 文章编号：1006-0278（2013）04-193-01
一、引言
作为现代物理学和现代科学技术的理论基础，量子力学将物质的波动性与粒子性统一起来，是研究微观粒子运动规律的物理学分支学科。很多教师在上课时只着重于讲授理论体系本身的知识，往往忽略了理论和实验的紧密联系，从而导致它的实验建设一直是本课程建设的薄弱环节。充分考虑到该门课程的性质和特点，我们在教学中借鉴了工科教学的模式重点围绕“培养学生物理应用的惯性意识与掌握量子力学基本概念和规律”的目标开展了三类不依赖于仪器设备和环境条件的实验，以切实贯彻“德育为先、能力为重”和“育人为本”的原则。
二、量子力学的实验教学
为了让学生从思想上接受并理解量子观念，在学习中透过复杂的数学计算深入理解量子力学的概念和规律，并能主动积极地思考、解决相关问题，我们构建了由思想、演示与创新性实验组成的课内课外教学平台，以辅助量子力学的理论教学过程。
思想实验，又称“假想实验”，是人类按照科学研究的实验过程在头脑中进行的发现和获取科学事实与自然规律的逻辑思维活动，是自然科学家和哲学家经常使用的一种十分有效的研究方法。由于不会受到主客观条件及仪器设备的操作限制，思想实验可以为学生的思维互动启发提供有利的平台。事实上，在量子力学建立与发展的过程中，很多思想实验都起到了重要的推动作用。例如作为量子力学的创始人之一，奥地利物理学家埃尔温・薛定谔提出了著名的“薛定谔之猫”的思想实验，它将量子理论微观领域中原子核衰变的量子不确定性与宏观领域中猫的生死联系在了一起，充分体现了量子力学的奇异性。通过在课堂教学中讲授诸如此类的思想实验可以给学生提供一个动脑“做”理论的机会，这样不仅可以使学生从理性的角度接受量子力学的基本思想并深入理解量子力学的基本概念和基本理论，还可以激发他们对课程的学习兴趣，在无形中培养他们的理性思维、逻辑思维、创新意识和推理能力。
演示实验，即教师在课堂上借助视频、计算机模拟等手段演示实验过程，展示物理现象，引导学生观察、思考、分析并得出结论的过程。量子力学的建立离不开很多重要实验的支撑，如黑体辐射、光电效应等。其中一些实验由于条件及经费的限制目前无法在实验室开展，所以我们可以充分利用丰富的网络资源及Matlab等数学软件构建演示实验的平台，给学生提供一个动眼“做”理论的机会。一方面，通过播放演示实验的视频重现实验过程，加强引导学生对实验的条件、思路和方法等进行思考和分析，培养学生的实验素养和强化他们的实验技能，帮助他们增加感性认识，使他们体会科学的发展过程，克服抽象的物理图景给他们带来的困扰。另一方面，通过利用数学软件实现对量子力学课程中一些问题的静、动态数值模拟，将抽象的量子力学结果形象直观化，帮助学生透过复杂的数学公式推导深入、形象地认识微观粒子的特征，使他们深入理解量子力学的基本原理和基本概念，提高他们运用物理思想进行综合分析的能力。
知识的获得是为了更好地服务于实践，因此为了让学生能将量子力学中所学到的基本理论运用于实践，我们在该门课程的教学中还开设了创新性实验，为学生提供动手“做”理论的机会。首先教师在课堂的教学中始终贯彻科研促教学的思想，有意识地结合具体的教学内容进行近代物理前沿知识的渗透。然后鼓励学生根据自己的实际情况与兴趣并结合毕业论文自由组合选择相应的小课题在教师的指导下进行专题研究，同时对于一些学生在平时教学过程中反映出来的理解上比较模糊或难以理解的部分定期组织专题讨论。该类实验的开设为学生提供了实践的自由发挥空间，可以初步培养学生的数理分析能力与结合自己的兴趣自我发现问题并解决与专业相关领域实际问题的能力及撰写科研论文的能力，同时还增强了学生对量子力学课程学习的兴趣和团结协作精神。
摘 要：本文研究了真实互联网结构中纠缠渗流协议的适用性。假设目前的互联网可以直接用于量子领域且链接是纯态非最大纠缠态，纠缠渗流协议可以提供一种远距离纠缠制备的新方法。纠缠渗流协议的实用性主要依赖于无标度的度分布和高聚集性，在许多天然的和人造的网络中，无标度和高聚集性经常可以被观察到，譬如Internet网络。本文研究的结果表明真实互联网的拓扑结构在纠缠制备中可以发挥重要作用。
关键词：纠缠渗流 复杂网络 聚集性
中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）11（b）-0001-01
未来量子网络会提供很多富有吸引力的应用，从量子密钥、量子传输再到分布式的量子计算[1]。这些应用得以实现有一个前提条件，即节点之间的纠缠形成一个网络。为了克服纠缠量随空间距离呈指数衰减这个现实问题，就需要引入一些额外的设备，例如量子中继器和量子存储器等。
作为另外一种解决的方法，纠缠渗透协议被提出来从而实现远距离纠缠态的制备。这种方法把纠缠建立的问题转换为统计物理中的相变问题。使用局域操作和经典通讯，将部分纠缠态转换为最大纠缠态。转换存在一个所谓的“转换成功率”。当转换成功率超出某一个阈值时，涵盖了大部分网络的最大纠缠连接子网出现了。通常，该阈值依赖于量子网络的拓扑结构性质。一些局域化的量子操作可以降低阈值和增加最大连接子网的尺寸。
从基础和技术层面对纠缠态的制备的浓厚兴趣已经导致了对普通和复杂网络的纠缠渗流的广泛研究。但是，许多这方面的研究结果都是关于网络节点的。由于任何单个的网络模型都不能包含真是网络中的所有拓扑特征，研究真实量子网络中的纠缠渗流协议的应用性就变得非常必要了。假定将来的量子网络很可能与现在的互联网有类似的复杂的拓扑结构。
本篇论文研究现存复杂互联网的纠缠渗透协议。本文研究了量子复杂网络的长距离纠缠建立的协议的有效性，网络具有无标度的度分布和高集群性。
假定CEP和GEP运用到了现在的经典互联网中，我们可以对这些纠缠协议应用到真实复杂量子网络的可行性进行评估。在分析中我们用到了skitter网络和BGP网络，他们反映了真实的互联网AS-lever拓扑的不同方面，即一个反映的是skitter数据平台上的互联网流量拓扑结构；另一个反映的是BGP控制平台的路由系统拓扑结构。
本文研究了现存复杂互联网的纠缠渗透协议。本文研究的结果表明真实互联网的高聚集性拓扑结构对网络化的远程纠缠制备具有积极的现实意义。
参考文献
[1] Kimble，H.J.，The quantum internet.Nature，2008，453（7198）：1023-1030.
关键词：布朗运动 量子力学 物质场 波动函数
引子：这篇论文是洗衣服时出现的一些现象，让我很好奇，所以我开始了对布朗运动的研究。
布朗运动：悬浮微粒永不停息地做无规则运动的现象（说明一下：永不停息是不存在的，长时间或较长时间，人们是可以接受的），很对不起大家，刚开始就要括号说明，只是现在的定义，真是永不停息。布朗运动的例子特别多，大家很容易见到，如把一把泥土扔到水里搅合搅合，或在无风的情况下对着阳光观察空气中的尘粒等等，现在这些类似运动都称为布朗运动。
1827年，植物学家R·布朗首先提出发现这种运动。在他之后的很长时间，人们对布朗运动进行了大量的实验、观察。最后古伊在1888-1895期间对布朗运动提出自己的认识：
布朗运动并不是分子运动，而是从分子运动导出的一些结果能向我们提供直接和可见的证据，说明对热本质假设的正确性。按照这样的观点，这一现象的研究承担了对分子物理学的重要作用。
古伊的文献产生过重要的影响，后来贝兰（我们第一个实验测量原子大小的人）把布朗运动正确解释的来源归于古伊。实话实说，古伊的文献太重要了，在我看来：一语中的。太对了，古伊是归纳总结的天才，也是真正从实验的角度来解释布朗运动的第一人。
古伊的话有三个重点：
一、布朗运动不是分子运动。
二、说明热本质假设的正确性(下面会专门论述热的本质问题）。
三、利用分子布朗运动的结果来承担对分子物理学的研究。
1905年爱因斯坦根据分子运动论的原理提出布朗运动理论，同时期的斯莫罗霍夫斯基作出同样的成果。
爱因斯坦在论文中指出：按照热的分子运动论，由于热的分子运动大小可以用显微镜看见的物体悬浮在液体中，必定会发生大小可以用显微镜观测到的运动，可能这里所讨论的运动就是布朗运动，观测这种运动和预期的规律性，就可能精确测量原子的大小，反之证明热分子运动的预言就不正确。这些是爱因斯坦的研究成果。
现在人们认为这是对布朗运动的根源及其规律性的最终解释，我认为不是。这是爱因斯坦成功的利用布朗运动的原则创造性提出热分子运动论，利用这一理论可以测量分子原子的大小，把布朗运动近似为热分子运动论。或许是天意，爱因斯坦的论文我怎么看都有绝对论的意思。“有大小可以用显微镜看见的物体悬浮在液体，必定会发生大小可以用显微镜观测到的运动”。运动的绝对性，不过这里他说的是发生相对于物质本身的运动，可能这是相对论的名称来源吧。我的评价：初级的绝对论。在绝对论中只要有物质存在就有物质运动，运动是绝对的。爱因斯坦的热分子运动论：舍本取末，换句话说他把布朗运动等同于分子运动了，认为热分子运动引起了的不规则运动，就是观察到的布朗运动。既然相对论是初级的绝对论，我今天提出绝对论，那么所有爱因斯坦做过的事情，我可能都要去做一遍。布朗运动不是热分子运动，但是可以引起热分子运动，爱因斯坦的成果只是利用了布朗运动引起的热分子运动，他没有分析布朗运动的根源：物质为什么会存在布朗运动。当显微镜越来越清晰的时候，爱因斯坦的扩散统计方程就不能适用了。
现在随着科学的不断进步，量子理论对真空涨落的认识不断加深，量子理论也对布朗运动的根源给出自己的看法，同样今天绝对论也给出自己对布朗运动的认识：
一、布朗运动不是分子运动，或者说不是单个粒子间的运动。
二、布朗运动是一个由点到面，再由面到点的运动形式。
三、布朗运动是与波动函数有关的物质运动的一个特性。
布朗运动不是分子的运动或者说不是单个粒子之间的运动，为什么这么说呢：一滴水融入大海永不干涸（永字应为长时间，不过人们习惯认识，所以没有改为长时间）大海汹涌澎湃，一盘水很容易平静。相比之下，为什么有如此巨大反差：物质场运动的叠加效应，滴水穿石的道理也是如此。
简单的一滴水为什么能够融入大海呢？正像洗衣服为什么能把衣服洗干净，洗不干净会在衣服干后留下许多渍迹一样。液体的形态对物质运动产生了如何的影响呢？这是我们应该思考的问题，这里我引入二个概念：物质场与波动函数。
说一下自己的看法：一滴水的运动比如一个粒子的运动，大海是一个物质场，一盆水也是一个物质场，同样一滴水也可是一个物质场，那么一个电子也可是一个物质场，也就是说一个量子可以看作是一个物质场，量子的运动可以当成物质场在运动。
其实为了研究布朗运动，引入物质场这个概念，把物质现实中的存在状态看成是一个物质场的存在，相信大家能够理解。把物质形态存在的状态不去看它把当成一个独立的物质场存在，比如一块铁、一块钢、一块砖，我们都把它当成一个独立的物质场存在，那么这个物质场中的电子、原子、质子等粒子都是这物质场的一部分，那么这物质场中的一切物质都应是这物质场的一部分。
一个统一的物质场。对于运动而言，物质场有整体的运动，也有物质场的内部运动：质子、电子、中子等微粒之间的运动，比如我用力去拿一件东西，我的全部身体都在运动，手的运动和身体内部的运动时截然不同的，但作为一个整体，我把东西拿了起来，而东西作为一个完整的物质场表现是被我拿了起来，整个的分子、原子、电子构成的物质场共同被我拿了起来。
诸如这些运动是整体的完整的物质场，对另一个完整的物质场的作用，牛顿力学已经很好的应用到多个方面，宏观物理研究的物体很明确，运动也很明显，都可以准确测量计算。为什么这里一定要强调完整的物质场呢？一滴水进入了大海之后，这一滴水的完整物质场依然存在，而变成大海的物质场一部分，这一滴水所有的运动，所有的信息都变成了大海物质场的一部分，大海的每一滴水都是一个完整的物质场，但都是大海物质场的一部分，大海有每一滴水的信息 ，但当空气蒸发水蒸气时，大海不会单独让哪一个完整的小水滴去蒸发，而是大海整个的一个物质场在做蒸发这件事，与个体的物质场的状态关系不大。
可能从小水滴到大海大家觉得不直观，在量子力学把电子看成小水滴，把一个物质粒子看成大海，或者几公斤的金属板看成大海，相信这样我们的科学人士都能够理解。
光电效应的原理：把光子看成一个物质场，把金属板看成一个物质场，光照到金属板上，放出电子（当然需要一个极限频率）是一个物质场对另一个物质场的反应，那么释放的电子是物质场的整体行为，不是单个电子吸收能量而释放出来。极限频率，用水吸收80卡的热量才能变成水蒸气来说明吧，80米的水位永远流不出100米的大坝。每个物质场都有自己的固有频率，超过这个频率的东西来破坏它，这个物质场就发生变化用大锤去打东西，物质会反应不同的。
另一个问题：固体微粒之间结合很好，但是一个个的原子又是相互隔开，可是这一个个原子又构成统一的物体。为什么？：波动函数，物质的特性是一个个小的原子共同表现出的特性，两块铁融化后能够形成一块铁，人类有无数的合金材料以及其它合成物质，为什么这些材料表现出了原来不同的特性呢，物质场的特性为什么变化呢？
物质的特性变化了，那么每一个小的物质场的特性也会变化。一般情况下原子不可能变，合金状态的原子也未变，那么什么变化了呢？量子的运动方式变化了，也就是电子和质子以及其它的微粒运动形式变化了，整个的物质场的量子波动函数变化了。
波动函数是为了形象说明布郎运动的本质引入的一个物质特征，一个物质场的波动函数体现物质作布郎运动的能力，也体现了物质场内部物质运动能力。波动函数是物质场与物质场之间结合（叠加）能力的一种体现。一个物质场中会有很多不同的波动函数如：分子之间，原子之间，电子之间，质子之间，原子于分子之间，电子与原子核之间，质子与中子之间等等许许多多的量子之间。波动函数是物质运动的一种能力的体现。
当然这个概念也很符合量子力学的波动方程的需要，那就是所有的物质场都有自己的波动函数，而且不止一个。当波动函数达到一定数值，物质场之间既可融合。这样虽然原子之间的距离是分开的，但是电子之间的物质场却可以是融合在一起的（当然还有比电子更小物质，那它们的物质场更会融在一起）
波动函数越高，物质融合的越快，反之越慢，诸如扩散现象，渗透等等，固体之间的波动函数低，所以最好融化或锻打成液态式的结合，需要外部的力量加大它的波动函数。波动函数是物质作布郎运动的一种能力，我更愿意认为波动函数是物质运动的一种能力（在绝对论中运动是物质的生命）。与物质本身的温度有关，与外界的干涉有关。例如：加热气体，溶液或用力搅拌溶液等等会增波动函数值。（下面我们还要专门研究热的本质问题）
用一个方程式来表达吧。
H值=H℃温度+Hoi外部干涉，H：波动函数。其实我的波动函数和量子力学中的的物质波不是完全相同。
波动函数是物质场的特性，是物质生命能力的一种体现。表现在粒子上，粒子就具有波动性，同时物质运动一定需要能量的，也一定出现物质的波动。所以不是粒子具有波粒二象性，而是物质场具有波动函数。就象一整铁的内部具有轻微的布郎运动，也就是说这块铁的所有原子、分子、电子等等一切粒子都在做一定的布郎运动。所有的粒子都具有这块铁的物质特性。也就是所有的粒子都有自己相应的波动函数。这与这块铁的运动和外界条件都有关系。就比如大海是所有的水滴和水中的悬浮物体构成一个统一的物质场，是所有的物质场的叠加效应，如果你取出一滴水，那么这一滴水就不属于大海了，它和大海就毫不相干了，完全是不同的物质场了。
说到这些，大家可能会乐了，我也很乐的：这就是我们量子力学上著名的不确定原理和测不准原理，因为你要对这一个量子测量，那你就要破坏这个粒子在物质场的状态，你永远不能无法精确测量一个量子系统。因为你测量一滴水的结果就会脱离大海这个物质场。这一滴水在大海里就和大海一样大，除非有测大海一样大的仪器，否则无法测量这一滴水在大海中运行状态。但是我们可以运用统计学对整个的物质场的运动进行统计。我们可以计算大海每天蒸发了多少吨的水，但不可以说是那一吨水。
其实量子力学碰到的最大问题，不是实验不能证明。而是无法说明粒子为什么不可测，而且无法确定位置，因为任何一个物质场都是一个面，一个量子只是一个点，而运动和变化是物质场与物质场之间发生的，与单个的粒子运动关系不大。当然也不能说一点没有，就象人与人打架一样，是两个物质场在运动，打在手上，而全身都难受，手痛得最厉害。是整个物质场在对外界的物质场共同的感受。可不是只是手不舒服，所以我们能够精确地确认各个量子运动叠加之后统计结果（宏观物理），但我们不能很精确一个物质场内部的那一小点起作用。物质是整体运行的，当外部的物质变化时内部的物质也会有相应变化的，量子运行方式会发生一些改变。
量子力学从来没有从一个面去研究物体，只注重了一个点，而经典物理只注意宏观物理现象的规律性，也就是注意面了。
量子力学注重研究了物质场的内部运动：单个粒子的运动（点）。经典物理学：牛顿力学，相对论只注重了物质场与物质场的外部运动（面）。
而布郎运动是把物质场的内部和外部运动结合一起的表现运动，是点到面，再面到点全过程，所以对布郎运动的研究也是一个科学研究物质运动史的一个缩影。
人对事物的认识总是渐近的，按照绝对论的原则，弧立的事情是不存在的，所有的系统都是宇宙整体的一部分，所有的运动都是宇宙生命的一种体现。
现在用量子理论中的概念说明热的本质问题：热量只是能量的一种表现形式。热的来源一般是：化学反应，物理作用（包括核反应），能量转化。等等的这一切源于：量子运行方式的改变。量子运行只会一个场，一个场的变化，也就是说量子运动只可123456 不会连续不断 没有0.1，0.2，0.3，0.4等等。量子的运行方式改变只可这个场直接到那个场，要么吸收一定能量，要么释放一定能量。水分子或者是固态，或是气态，液态，没有中间的状态。能量有许多表现形式，而热量是能量的一种表现形式，所以我们可以测定温度等等现象。量子运行方式改变了，物质的特性也就改变了。烧火做饭，木柴变成灰烬，原子一个不少，电子一个不少，可是它们之间的运行方式改变了，能量或释放了或吸收了，物质也就变化了。
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。
关键词：入侵检测器；量子遗传算法；协同进化
中图分类号：TP274文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)13-3199-03
Research on Generating Method of Detector in IDS
LI Lu-lu
(College of Computer Science and Engineering Institute, Yulin Normal College, Yulin 537000, China)
Abstract: The generation of intrusion detection device is the core o f the intrusion detection system, In place of com plex problem of optimizaion, quantum genetic algorithm has strong searching capabilities and the most optimal performance. In this paper a quantum genetic algorithm coevolution detector generation method is proposed. The population needing to evolve is divided to some child population by simulating nature cooperative coevolution mechanism, and each population using quantum genetic algorithm to optimize, making whole intrusion detection system has good adaptability and diversity.
Key words: intrusion detection device; quantum genetic algorithm; cooperative coevolution
1概述
随着网络和计算机技术的不断发展，网络安全性问题日益突出起来，入侵检测系统是一种重要的安全防范技术，已成为网络安全的重要保障之一[1-2]。目前各种不同的攻击方式不断出现，因此入侵检测中的有关智能性研究逐渐成为入侵检测系统研究领域中的一个重要方向。而入侵检测系统的主要部件是检测器，检测器生成算法是生成有效检测器的关键，是检测异常变化的核心所在[3-4]。检测器的设计对入侵检测系统的性能有着重要的影响，其从产生到成熟再到被丢弃，有自身固有的过程和生命周期，可以利用遗传算法来生成一个成熟检测器集，采用交叉、变异等遗传操作对其进行进化，使成熟检测器群体向“非我”进化。但随着问题规模的不断扩大和搜索空间的更加复杂，遗传算法在实际应用中有一定的局限性，不能表现出算法的优越性，出现迭代次数多、收敛速度慢、易陷入局部最优值和过早收敛等问题。
量子遗传算法结合了量子计算和遗传算法的优点，它将量子所具有的独特计算能力和遗传算法的全局寻优能力结合起来，提升了算法的优化性能，比传统遗传算法具有更高的搜索效率[5]。该文在现在有研究的基础上提出一种检测器生成方法，该算法通过对自然界中的协同进化机制进行模拟，首先将要进化的种群划分为多个子种群，然后各个种群再分别利用量子遗传算法进行优化，使整个入侵检测系统具有良好的自适应性和多样性。
2相关知识
量子遗传算法本质上是种概率优化方法，其基本思想是基于量子计算原理，用量子比特编码来表示染色体，充分利用量子态的叠加性和相干性，以当前最优个体的信息为指导，通过量子门来完成种群的更新操作，以此来促进算法的收敛，从而来实现目标的最后优化求解。
2.1量子比特
通常在计算机中用二进制0和1来表示信息单元，而在量子计算机中是用一个双态量子系统即量子比特来表示信息单元。量子比特作为信息单位，形式上表示为两种基态|0>和|1>，一般用|0>表示0，用|1>表示1。与经典比特不同，量子比特不仅可以处于两种基态|0>和|1>，而且还可以处在中间态，也就是|0>和|1>的不同叠加态。因此，量子比特的状态可用下式表示：
2.2量子染色体[6]
量子遗传算法是采用量子比特的编码方式，用一个复数对(α,β)表示一个量子比特。若一个量子染色体包含m个量子比特，则由m个复数对组成。这个染色体编码形式如下：
2.3量子旋转门
在量子遗传算法中量子染色体一般是纠缠或叠加的，所以可以用量子门来表示染色体的各个纠缠态或叠加态；父代群体不能决定子代个体的产生，个体的产生是通过父代的最优个体以及它们状态的概率幅决定的。用构造的量子门表示量子叠加态或纠缠态的基态，它们彼此干涉使相位发生改变，以此达到改变各个基态的概率幅的目的。因此，如何构造合适的量子门是量子遗传操作和量子遗传算法亟待解决的关键问题，量子门构造的是否合适会影响到遗传算法的性能。目前在量子遗传算法中通常采用量子旋转门U，U可表示为
，θ为旋转角。
2.4量子变异[7]
通常情况下在遗传算法中，算法的局部搜索能力以及阻止未成熟染色体收敛这些操作都是通过变异作用实现的，量子变异必须达到量子遗传算法对变异操作的要求，这里我们这样定义量子比特的变异操作：
（1）从种群中以给定的概率pi随机地选择若干个体；
（2）确定变异位，以确定的概率对从（1）中选择的个体随机地确定变异位；（3）对换操作，对换选中位量子比特的概率幅。
2.5协同进化算法[8]
进化算法的本质是优化，是为了使物种在激烈的竞争中能够具备生存的本领以致在竞争中能够生存下来。在一般的遗传算法中要么只涉及到个别群或个体的进化，要么只是涉及种群之间的竞争，几乎没有顾及到个体与个体，种群与种群之间互惠寄生的协同关系。基于以上原因，提出了协同进化算法。协同进化是生态系统中众多进化方式中的一种，进化中种群要生存下来不仅要受自身因素的影响，同时也受周围同类或异类的相互影响，在这些因素的影响下能够生存下来。在进化的过程中种群的个体之间及其与其它种群之间都要进行相互作用相互影响。
3基于量子遗传算法的协同进化检测器生成算法设计思路
算法的基本思想：首先对随机生成的种群进行种群分割，将种群分成若干个子种群。利用空间形态学的原理，根据种群中各个自体间的距离来判断它们是否属于一个分割，各个子群之间互相协作，以确保整个系统的适应度不断提高；用量子遗传算法对单个子群进行进化。量子遗传算法优化检测器的入侵检测模型如图1所示。图1量子遗传算法优化检测器的入侵检测模型
（1）种群的初始化策略
在量子遗传算法中种群初使化操作通常是这样进行的，各个体的量子位概率幅() 2，也就是说各个体的全部状态出现的概率相同。协同进化需要多个种群，因此必须增加种群的多样性，所以在初始化时我们将量子位概率空间平均分为N个，即体表N个子群，0、1极限概率为δ，用公式（1）来初始化第k个子种群，也就是将同子种群内的每个个体初始化为量子染色体，每个量子染色体的概率相同，不同子种群个体的状态以不同概率出现，以此来达到增加初始化个体多样性的目的。（2）量子门更新策略
采用进化方程的方式来调整量子门的旋转角大小和方向。这样做有两个好处：一是减少了参数的个数，同时算法的结构也得到了简化；另一个是利用进化方程的记忆的，可以利用个体自身的局部最优信息，邻域种群的最优信息，以及整个种群最优状态的信息，从而使旋转角θ能够得到更加合理的调整，还能够更好地跳出局部极值。进化方程可定义为：U=?
p -xi，其中k1，k2，k3，k4为影响因子，pi，pj是左右邻域种群极值，pm为个体所在种群极值，p为全局极值。
（3）具体实现步骤
Step1：将量子位概率空间平均分为N个，即体表N个子群，0、1极限概率为δ，用公式子种群，也就是将同子种群内的每个个体初始化为量子染色体，每个量子染色体的概率相同，不同子种群个体的状态以不同概率出现，以此增加初始化个体的多样性。
Step2：初始化步骤1中的每一个子群Qi( )
Step4：依次对Pi( ) t进行适应度评估；
Step6：保留步骤5中得到的N个最佳个体，如果此时得到了满意解，则算法终止，否则转入Step7；
Step7：采用（2）中定义的量子门U( )
Step8：以确定的概率进行量子变异；
Step9：对于每个新的子代Qi() t+1，算法转至Step4继续进行。
4结论
检测器集的好坏决定了入侵检测系统的性能,因而检测器集的生成算法是入侵检测系统开发中最核心的部分。该文引入量子遗传算法来实现检测器的优化过程,设计了基于遗传算法的检测器生成算法。该算法通过模拟自然界协同进化机制，把需要进化的种群划分为多个子种群，各个种群采用量子遗传算法进行优化，使整个入侵检测系统具有良好的自适应性和多样性。在接下来的研究中，将重点研究侵检测器中各参数的影响程度的问题,以提高入侵检测系统的自适应性和有效性，进一步提高入侵检测的准确率。
参考文献
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[2]林果园,黄皓,张永平.入侵检测系统研究进展[J].计算机科学,2008,35(2):69-74.
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[6]赵丽,李智勇.求解入侵检测问题的量子免疫算法[J].计算机工程与应用,2011,47(11).
过去的这个冬天，我一直伏案于书桌旁，专心于完成我的物理学哲学博士论文。在终于为论文画上句号的这个初春，一夜的南风吹白了书房外如雪的梨花，正当我欣喜于小城春天的又一次莺飞草长之时，我收到了中国驻美使馆教育处张静安老师的电子邮件，通知我获得了2007年度“国家优秀自费留学生奖学金”，并热情地邀请我们谈一谈感想。
谈一谈什么好呢?多年来都是用英文写实话实说的科技论文，很少文以明志，笔下抒情，我不免踌躇起来。思想之余，我首先要感谢使馆教育处的老师们和国内的专家、评委们的辛勤工作，把这份荣誉授予我，让我深深地感受到来自祖国的一份关怀。这份关怀让我们留学海外的学子感到十分温暖，同时也更深切地了解到祖国对我们的关注。我想借着这个机会，谈一谈10多年来我在物理学的学习和科研中的一些经历，也许更能够表达我对这种关怀的谢意。
一
我中学和大学时代是在广州度过的。在执信中学读书时，我对物理产生了浓厚的兴趣。由于父亲在中山大学物理系任教的关系，我有机会认识许多中山大学物理系的老师。还记得当我要参加全国中学生物理竞赛时，物理学教学的专家罗蔚英老师专门找来习题集和大学课本送给我，告诉我学学普通物理对物理竞赛有很大的帮助。之后，我在全国物理和数学竞赛中都获了奖，得到了免试保送的资格。当时，许多保送生都选择热门专业，愿意学习基础学科的人很少。当得知我打算选择物理专业时，时任广东省物理协会理事长的莫党老师非常高兴，专门为我给几所国内最好的物理系写了推荐信。回想起来，当时的我只是一个什么也不懂的中学生，物理学前辈们对年轻人的热情是促使我研究物理、热爱物理的一个重要原因。
1995年，我进入中山大学物理系理科人才培养基地班学习。基地班的学生一入学就可以选择本科导师，进行科研工作。选择什么样的科研方向呢，像许多热爱物理学的中国年轻人一样，我一开始属意于理论物理，因为杨振宁、李政道的影响，可我很快发现我更着迷于实验物理学。
中山大学有一个早年由我国著名的光谱物理学家高兆兰教授成立的超快速激光光谱学实验室，每当我进入实验室，在黑暗中看到那些红红绿绿的激光光束和跳跃在示波器上的脉冲信号时，我就感到莫名的兴奋和紧张。那时一台飞秒量级超快激光还是一台非常稀罕的仪器，中大的老师们曾经自己研制过一台。当我看到许多人在黑屋子里忙活大半天，为在示波器上终于获得一个脉冲波形而得意万分时，我被深深地吸引了。我找到当时的超快激光实验室主任周建英老师，提出请他作为我的本科导师。10多年后我仍然记得他津津乐道地告诉我，下一个世纪物理学的一个主题将会是对量子世界的操控，激光与物质的相互作用是一个重要的前沿，这影响了我后来科学研究的兴趣所在。
1999年，我来到北京大学物理学院现代光学研究所龚旗煌老师的实验室，攻读硕士学位。在龚老师的悉心指导之下，我开始了利用飞秒激光进行光子材料微制备的研究。在这里我接受了光学实验的完整训练，也学会了如何一步步地开展一个全新的课题。这里宽松融洽的气氛，使我有机会接触到现代光学研究所里不同的研究方向，由此扩展了学术视野。2002年，因为我在超快激光微制备课题上的工作，被授予中国光学学会王大珩光学奖的青年学生奖。同年，我收到了美国五六所最顶尖光学与原子光物
二
负笈美国，我的目光投向了冷原子物理学。冷原子物理学是世纪之交物理学一个异常活跃的领域，它利用当今最精密的实验技术把气态的原子冷却到自然界的几乎绝对零度。在这一温度下，原子表现出奇妙的量子力学性质，他们不再是单个的孤立粒子，而是像振动的琴弦一样表现出优美的波动性。冷原子物理学的实验研究不仅可以回答量子物理学中一些悬而未决的最基本科学问题，而且为实现和操控量子世界提供了非凡的技术手段。1997年，两名美国物理学家因为激光冷却原子的实验技术而获得诺贝尔物理学奖。4年之后，另外3名美国物理学家又因为成功地冷却玻色原子到玻色爱因斯坦凝聚态，获得2001年诺贝尔物理学奖。4年之中同一领域两度获得诺贝尔奖，这在科学史上极为罕见。
在自然界中，任何微观的粒子都可以分为玻色子和费米子两大类。在冷却玻色子后，冷却费米子成为冷原子物理的核心问题，也是整个物理学界关注的焦点之一。但是费米原子的冷却非常困难。较冷的费米原子处于简并态，泡利不相容原理使同类原子间的碰撞受到抑制。要进一步冷却费米气体，需要冷却和捕获多重自旋态的费米原子。这需要激光冷却捕获原子技术上的重大革新。在美国杜克大学博士期间，我有幸遇到了我的导师约翰・汤姆斯(John Thomas)教授。约翰上个世纪70年代毕业于麻省理工学院，他是当今美国原子与光物理学界的大师之一，是全光学冷却原子方法的主要开拓者。
我在约翰指导下的研究正是致力用全光学冷却的方法冷却6Li费米原子，并研究强相互作用下费米气体的物理性质。我们利用高功率的超稳定远红外CO2激光，形成光学陷阱，直接把冷原子从磁光阱中捕获并进行蒸发冷却。形象地说，这个工作好比是为原子和光子编舞，让冷原子随着激光起舞，把物理学家们带入充满未知的量子世界。迄今为止，全光学冷却的关键技术只有美欧的少数研究小组掌握。鉴于搭建一个原子冷却系统的复杂性，大多数在这个领域工作的学者有操作系统的经验，而没有从零搭建的经验与能力。约翰作为一名出色的实验物理学家，特别注重培养研究生制造仪器的能力。他常常用风趣的语言说明极为深刻的做科学的道理。他讲到麻省理工学院历史上的成功经验之一，就是一个一流的实验物理学家总是一个优秀的工程师。他又开玩笑说，如果你喜欢整天在实验室里干管道工，而不是急着收集数据的话，你就可以完成任何人都完成不了的实验。
在约翰的指导下，我在博士期间完全从零开始，搭建了新一代的全光学费米原子冷却系统，在技术上进行了多项革新，发展了高真空红外窗口，超稳定光学等多项原创性技术。在自己搭建的系统上，我系统研究了强相互作用下6Li原子的冷却特性，把费米原子冷却到了的超流态凝聚温度之下。经过2年的工作，从一个空房间到建成全新的超冷原子实验室，我的工作受到了约翰的高度评价。这种训练也使我成为在这一领域掌握核心技术和创新
能力的博士研究生。
强相互作用费米气体的实现为从实验上探索强相互作用的多体量子力学和量子场论打开了大门。强相互作用费米子涉及到高温超导体、中子星、夸克胶子等离子体等物理学上的奇异体系。这些体系和强相互作用费米原子气体一样处于量子热力学的普适状态，即所有物理量仅仅是温度的函数，而不依赖微观的相互作用。这一问题的实验和理论研究受到了原子物理、凝聚态物理、核物理和高能物理各个领域的广泛关注。2006年，我通过费米原子在强相互作用区间和弱相互作用区间的等熵绝热变化，提供了第一个不依赖理论模型的强相互作用费米气体的热力学测量，测定了这一体系中能量与熵的基本关系，明确了温标和超流相变的临界温度，从而为证实量子多体系统中普适热力学问题奠定了实验基础。著名的理论物理学家奥卢，布卡克(AurelBulgac)、彼特，庄曼(PeterDrummond)等对于我们的实验给予很高的评价，认为这是冷原子领域的一项重大进展，是检验强关联量子理论的实验坐标。
三
我的另一重要工作是研究强相互作用的费米气体中的量子粘滞力。众所周知，超流体展现了完美的流体性质。但正常流体是否也可以具有完美流动性是一个物理学领域极具争议的问题。近来高能物理学在夸克胶子等离子体上的实验进展和弦理论对强相互作用量子场的计算显示，正常流体也可以逼近粘滞力的量子力学极限。我们利用旋转超冷费米原子的实验，展示了在强相互条件下，正常态和超流态的费米原子都可以有完美的流体性质。一旦测定了量子粘滞力的下限，不仅对了解夸克胶子等离子体有重大意义，还会为弦理论的计算提供第一个实验检验。
超冷费米原子的研究在过去几年是一个激烈竞争的领域。竞争主要在包括我们小组在内的美国4个研究组和欧洲的2个研究组中展开。诺贝尔奖获得者沃尔夫冈，克特勒(Wolfoang Ketterle)和美国科学院院士兰迪，惠里特(Randy Hulet)是其中的另外两个小组。我的研究工作得到了这些同行的肯定和赞赏。2007年我被授予弗里茨，伦敦奖学金(Fritz London Fellowship)，该奖是以量子化学和低温物理学的奠基人，著名物理学家和化学家弗里茨，伦敦命名的一项奖励。
为推动美国在量子科学领域保持领先地位，美国国家标准技术研究院和马里兰大学集合了这一领域的国际顶尖科学家，于2007年成立了联合量子研究所(Joint QuantumInstitute)。为了发掘优秀的年轻人加入这一团队，联合量子研究所专门设立了博士后奖(JQ0 Postdoctoral Fellow)。该奖每年在全世界范围内通过竞争，评选出两位获得者，一位侧重于理论方向，一位侧重于实验方向。博士毕业之际，我有幸被选为其中之一。诺贝尔奖获得者威廉，菲利普(William Phillips)高兴地对我说，你是我们研究所第一个实验方向上的博士后奖获得者，我们希望你成功。
四
【关键词】通信与电子信息 专业英语 综合作业 综合训练
【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）06-0091-02
笔者已从事本科生“通信与电子信息专业英语”课程教学多年。近五年来，笔者对该课程的教学内容和教学方法进行了多次改革，在相关文献中进行了详细的介绍[1-2]。其核心是以培养学生的综合能力为目标，改变以科技文献阅读、翻译为主的教学模式到综合性更强的教学模式。文献3中最后一部分内容即从文献检索、科技文献撰写和制作讲稿和汇报角度介绍了相关教学内容[3]。闫丽萍等在文献4中详细介绍了电子类专业英文摘要的写作培养实践过程[4]。
在2013-2014年度的课程教学中，笔者尝试通过为每位学生布置不同的作业，包括翻译文献、检索文献、撰写文献综述、为相关领域的视频撰写摘要等各类项目，训练学生的综合能力，并收到了较好的效果，避免同类作业抄袭的弊端。但笔者发现仍存在问题，主要集中在两点：1）由于选课人数多，作业内容和主题与往年的重复率较高。每年该课程的选课人数大致在80～110人之间，因此要做到每年更新所有题目有较大难度；2）学生的课堂参与度较低、互动性小。由于大多数作业无需在课堂上进行汇报，因此学生的参与度不高，师生之间、学生之间的互动很少。
针对上述存在的问题，笔者在2014-2015年度的“通信与电子信息专业英语”课程教学中改进了已有的作业模式，设计和实施了综合型更强的作业，达到全面培养并考核学生能力的教学目标。下面，笔者将从该课程综合型作业的设计与实施、教学效果等方面详细介绍。
1.通信与电子信息专业英语综合型作业的设计
1.1综合型作业的内容
“通信与电子信息专业英语”的教学目标包括培养学生下述能力：科技文献检索、文献阅读、文献翻译、初步的科技英语写作和口头报告等。课程往届作业主题涉及面很广，但不够精，因此本年度，笔者选择了少量的精选主题，并根据最新技术，更新了部分旧主题。
笔者围绕教学目标，设计的综合型作业内容如下：
作业主题共36个，包括电子与电路、通信理论、信号处理、模式识别、人工智能、机器学习、图像处理与计算机视觉、数据挖掘、传感器技术、工程编程语言软件等领域的最新技术热点，包括深度学习及应用、智能穿戴、大数据及应用、无线充电、3D打印、无人机、量子计算机、车联网等。需完成的任务包括：
1）文献检索：根据主题，搜集相关文献资料（中英文均应包括，以英文为主，数量不少于10），需给出详细的检索式、关键词、使用的数据库/网络数据库等重要信息，并将整个检索过程记入说明文档，并保存所有文献资料的原文文档。
2）文献阅读：阅读收集的文献资料。
3）文献综述：根据对文献的理解，撰写关于给定主题的综述报告。
4）制作讲稿：以文献综述为基础，制作主题相关的讲稿。
此外，按照本科生毕业设计论文的格式规范，笔者给出详细的作业文档格式要求，同时要求检索到的科技文献需下载并全部提交。
1.2 完成作业的形式
本次教学实践中，笔者变以个人为单位完成作业形式为小组形式，即将选课学生按照随机组合的方法分为2人一组（共72人，两个自然班，本次共36组），共同完成上述综合型作业任务，并增加学生汇报的人次，让尽可能多的学生参与到课堂教学过程中。
由于是两人一组共同完成一项综合型作业，为体现各自的工作量，在汇报环节中要求一人负责汇报文献检索的过程，给出详细的检索式以及检索的结果，另一人负责进行主题汇报。
2.通信与电子信息专业英语综合作业的实施过程与教学效果
2.1 综合作业的实施过程
笔者在该课程教学初布置好综合型作业任务，并选择部分小组进行课堂汇报，收到了较好效果。其中部分小组结合视频、图像、动画、实际应用等手段介绍相关主题。例如，选择“量子计算机”的小组，结合“优酷”上的一段视频详细介绍量子计算机的基本原理、存在的问题等，达到了为其他同学科普相关知识的目标，在整个主题介绍过程中，将量子计算机领域涉及的重要词汇一一介绍；报告“深度学习及应用”的小组以视觉信息处理为切入口，介绍了相关理论和研究进展；“选择超大规模集成电路”的小组结合自身参与上海市大学生科技创新活动中接触到的各类集成电路介绍主题内容；而选择“智能手机中的传感器”主题的小组，结合自己使用的智能手机介绍其中的各类传感器及其基本原理、发展现状等。多数报告小组的汇报过程生动、有趣，参与课堂教学的积极性较高，师生、学生之间的互动性加强了。通过本次综合作业的训练，学生的综合能力得以提升。
但该过程中，笔者也发现存在的问题，主要集中在：
1）文献检索过程严重依赖于网络，特别是百度，对专业电子数据库的使用仍不熟练；这是笔者教学多年中一直存在的问题。在2014-2015学年的教学实践中，仍有接近半数的报告小组在文献检索过程中首选百度检索相关资料，而不是把专业数据库作为首选。当然，对某些特定主题而言，各位搜索引擎相比专业电子数据库更有效，这一点，笔者在教学过程中也做了详细的介绍和说明，指导学生分层次的解决文献检索中的问题。
2）英文文献阅读能力有待加强；在小组报告中笔者发现，由于专业文献专业性强且较长，学生普遍怕看英文文献，在满足综合作业的基本要求基础上，多以阅读中文文献阅读为主，没有达到课程综合训练的目标之一，即英文专业文献的阅读训练。这一点与学生的阅读习惯、英文水平有较大关系，需要在今后教学中加强引导。
3）小组成员的合作精神有待提高。由于本次教学实践第一次尝试将学生随机组合为小组来协作完成综合作业，因此面对综合作业复杂的任务时，如何分配任务、如何合作是学生面临的首要问题。考虑到今后就业后学生需具备合作精神，因此，笔者设计了随机组合的形式。总体上，各小组的表现良好，但也出现了部分团队合作完成作业过程中相互推脱责任，作业完成效果不佳。结合本次教学效果和学生的建议，今后笔者仍将继续对此进行改进。
4）综合作业的文档格式不规范。本次教学实践中，笔者给出了详细的文档提交格式要求，这是按照本科生毕业论文的格式规范制定的，以此训练学生文档撰写的规范性，为今后毕业设计论文及大学生科技创新项目报告的撰写等做准备。由于之前对文档格式不作要求，学生对格式一向不重视，造成毕业论文或创新项目中格式问题频出，需要不断的纠正。因此笔者在布置综合作业时给出了详细的格式要求，以加强训练，培养学生养成良好习惯，为今后的论文、项目报告或各类竞赛论文的撰写打下基础。
2.2 综合作业教学效果及评价
为今后改进综合作业的质量和教学效果，笔者在课程结束时，设计了综合作业问卷，让学生对本次综合作业的教学效果进行评价，统计情况见表1（参与本次教学的72名本科生参与了问卷）。
表1：综合作业教学效果评价统计表
从上述表格中可见，学生对本次综合作业的整体评价较好，普遍认为收获较大。因此，今后笔者仍将继续探索相关教学模式。同时，我们也注意到，学生平时阅读专业文献的比例很低，今后需给予积极的引导。此外，笔者还对学生会选择哪些环节作为综合作业的内容进行了问卷调查，排序由高到低依次为：制作讲稿并进行汇报、文献检索、文献综述、文献翻译，由此可见，学生参与教学过程的积极性很高。综合型作业的实施对教学效果的提升是显著的。
3.今后的工作
随着通信与电子信息技术的发展，需对专业英语课程综合型作业的内容进行不断的更新。同时，综合型作业的实施形式仍待进一步探索。
参考文献：
[1]任蕾. 利用多元化教学资源丰富专业英语教学内容[J].南京：电气电子教学学报，2014年第36卷第3期，64-66
[2]任蕾，古海云，周薇娜.通信与电子信息专业英语教学探讨[J] .南京：电气电子教学学报，2009年第31卷第4期，110-111
[3]李霞，王娟主编.电子与通信专业英语（第3版）[M].北京：电子工业出版社，2014年7月
[4]闫丽萍，余艳梅，刘长军，黄卡玛. 电子类专业英文摘要写作能力的培养[J].南京：电气电子教学学报，2014年第36卷第2期，48-50
作者简介：
任蕾（1979-），女，讲师，博士，主要从事通信与信息类课程教学与研究工作。
信息安全论文3900字(一)：探究计算机网络信息安全中的数据加密技术论文
【摘要】随着近几年网络信息技术的发展，社会生产和生活对网络数据的依赖程度越来越越高，人们对网络信息安全重视程度也随之提升。对于網络信息而言，信息数据安全非常重要，一旦发生数据泄露或丢失，不仅会影响人们正常生活和财产安全，甚至还会影响社会稳定和安全。在此基础上，本文将分析计算机网络信息安全管理现状，探索有效的数据加密技术，为网络环境安全和质量提供保障。
【关键词】计算机；网络信息安全；数据加密技术
引言：信息技术的普及为人们生活带来了许多便利和帮助，但是由于信息安全风险问题，人们的隐私数据安全也受到了威胁。但是，目前计算机网络环境下，数据泄露、信息被窃取问题非常常见，所以计算机网络信息安全保护必须重视这些问题，利用数据加密技术解决此难题，才能维护网络用户的信息安全。因此，如何优化数据加密技术，如何提升网络信息保护质量，成为计算机网络发展的关键。
1.计算机网络安全的基本概述
所谓计算机网络安全就是网络信息储存和传递的安全性。技术问题和管理问题是影响计算机网络安全的主要因素，所以想要提升网络信息安全性能，必须优化信息加密技术和加强信息管理控制，才能为计算机网络安全提供保障。将数据加密技术应用于计算机网络安全管理中，不仅可以提升数据保护权限，限制数据信息的可读性，确保数据储存和运输过程不会被恶意篡改和盗取，还会提高网络数据的保密性，营造良好的网络运行环境。因此，在计算机网络快速发展的环境下，重视网络信息安全管理工作，不断优化数据加密技术，对维护用户信息安全、保护社会稳定非常有利。
2.计算机网络信息安全现状问题
2.1网络信息安全问题的缘由
根据网络信息发展现状，信息安全面临的风险多种多样，大体可分为人文因素和客观因素。首先：网络信息安全的客观因素。在计算机网络运行中，病毒危害更新换代很快，其攻击能力也在不断提升，如果计算机防御系统没有及时更新优化，很容易遭受新病毒的攻击。例如，部分计算机由于系统长时间没有升级，无法识别新木马病毒，这样便已遗留下一些安全漏洞，增加了信息安全风险。同时，部分计算机防火墙技术局限，必须安装外部防护软件，才能提升计算机网络防护能力。其次：网络信息安全的人文因素。所谓人为因素，就是工作人员在操作计算机时，缺乏安全防护意识，计算机操作行为不当，如：随意更改权限、私自读取外部设备、随意下载上传文件等等，严重影响了计算机网络数据的安全性，涉密数据安全也得不到保障。例如，在连接外部设备时，忽视设备安全检查工作，随意插入电脑外部接口，容易导致计算机感染设备病毒，导致计算机网络信息安全受到威胁。
2.2计算机网络信息安全技术有待提升
信息安全是计算机网络通信的重要内容，也是计算机网络通信发展必须攻击的难题。随着信息技术的发展，我国计算机信息安全防御技术也在不断创新升级，能够有效应对病毒冲击危害，但是相比先进国家而言，我国计算机信息技术起步较晚，网络信息安全技术也有待提升。例如，根据我国计算机网络信息安全现状，对新病毒的辨识能力和清除能力较弱，无法有效控制病毒侵害，这对信息安全保护和系统运行都非常不利。因此，技术人员可以借鉴他国安全技术经验，构建出针对性的信息安全防护技术，优化计算机系统安全性能，才能为网络信息安全传输提供保障，避免造成严重的安全事故。
3.数据加密技术分析
3.1对称加密技术
所谓对称机密技术，就是指网络信息传输中所采用的密钥功能，利用加密和解密的方式，提升传输数据的安全性，常常被应用于电子邮件传输中。同时，对称加密技术具有加密和解密密钥相同的特征，所以密钥内容可以通过其中一方进行推算，具备较强的可应用性。例如，在利用电子邮件传输信息时，传输者可以采用加密算法将邮件内容转化为不可直接阅读的密文，待邮件接收者收到数据信息文件后，再采用解密算法将密文还原可读文字，既可以实现数据传输加密的目的，又能确保交流沟通的安全性。从应用角度来讲，对称加密技术操作简捷方便，并且具备较高的安全度，可以广泛应用于信息传输中。但是，对称加密技术欠缺邮件传输者和接收者的身份验证，邮件传输双方密钥有效的获取途径，所以也存在一定的安全风险。
3.2公私钥加密技术
相对于对称加密技术而言，公私钥加密技术在进行信息加密时，加密密钥和解密密钥不具备一致性，密钥安全性更佳。在公私钥加密技术中，信息数据被设置了双层密码，即私有密码和公开密码，其中公开密码实现了信息数据加密工作，并采用某种非公开途径告知他人密钥信息，而私有密码是由专业人员保管，信息保密程度高。因此，在采用公私钥加密技术时，需要先对文件进行公开密钥加密，然后才能发送给接收者，而文件接收者需要采用私有密钥进行解密，才能获取文件信息。在这样的加密模式下，网络数据信息安全度提升，密码破解难度也进一步加大，但是这种加密方式程序较为复杂，加密速度慢，无法实现高效率传播，加密效率相对较低，不适用于日常信息交流传输。
3.3传输加密和储存加密技术
在计算机网络信息安全保护中，数据传输加密、储存加密是重点保护内容，也是信息数据保护的重要手段，其主要目的是避免在数据传输过程中被窃取和篡改风险问题。线路加密和端对端加密是两种主要的传输加密方式，实现了传输端和传输过程的信息安全保护工作。例如，传输加密是对网络信息传输过程中的安全保护，通过加密传输数据线路，实现信息传输过程保护，如果想要停止加密保护，必须输入正确的密钥，才能更改数据加密保护的状态。端对端加密技术是在信息发送阶段，对数据信息实施自动加密操作，让数据信息在传递过程中呈现出不可读的状态，直到数据信息到达接收端，加密密码会自动解除，将数据信息转变为可读性的明文。此外，存取控制和密文储存是储存加密的两种形式。在存取控制模式中，信息数据读取需要审核用户的身份和权限，这样既可以避免非法用户访问数据的问题，又能限制合法用户的访问权限，实现了数据信息安全等级分层保护。
4.计算机网络信息安全中数据加密技术的合理应用
4.1数据隐藏技术
在网络信息数据加密保护中，将数据信息属性转变为隐藏性，可以提升数据信息的可读权限，提升信息安全度。因此，将信息隐藏技术应用于网络信息加密工程中，利用隐蔽算法结构，将数据信息传输隐蔽载体中，可以将明文数据转变为密文数据，在确保信息安全到达传输目的地时，再采用密钥和隐蔽技术对数据信息进行还原，将密文数据还原成明文数据。例如，在企业内部区域网络信息传输时，便可以采用数据隐蔽技术控制读取权限，提升网络信息传递的安全性。因为在企业运行模式下，一些企业信息只限于部分员工可读取，尤其是一些涉及企业内部机密、财务经济等数据，所以需要采用隐蔽载体技术，通过密钥将隐藏的提取数据信息。在这样的加密模式下，企業数据信息安全性得到保障，不仅可以实现信息数据高效率传播，还降低了二次加密造成的安全隐患，控制了员工读取权限，对企业稳定发展非常有利。
4.2数字签名技术
相比公私钥加密技术而言，数字签名技术更加快捷便利，是公私钥加密技术的发展和衍生。将数字签名技术应用于网络信息安全中，在数据传输之前，传输者需要先将数据文件进行私有密钥加密，加密方式则是数字签名信息，而数据文件接收者在收到文件信息后，要使用公共密钥解密文件。由此可见，数字签名技术在公私钥加密技术的基础上，增加了权限身份的审核程序，即利用数字签名的方式，检查数据文件传输者的权限和身份，进一步提升了网络信息传输的安全性。同时，在计算机网络信息安全管理中，根据信息数据管理要求，灵活运用对称加密技术、公私钥加密技术和数字签名技术，充分发挥各项加密技术的优势作用，落实数据传输和存储加密工作。例如，针对保密程度较低的数据信息而言，可采用灵活便利的对称加密技术，而对于保密级别较高的数据而言，即可采用数字签名技术进行加密。通过这样的方式，不仅可以保障网络信息传输效率，优化信息传输的安全性能，还可以提升数据加密技术水平，为网络信息安全提供保障。
4.3量子加密技术
随着计算机信息技术的发展，数据加密技术也在不断创新和优化，信息安全保护质量也随之提升。相比以往的数据加密技术而言，量子加密技术的安全性更好，对数据安全控制效果更佳。将量子力学与加密技术进行有效融合，既可以实现数据传输时的加密操作，又能同时传递解密信息，节省了单独的密钥传输操作，加密方式也更加智能化。例如，在网络信息传输中，一旦发现数据传输存在被窃取和被篡改的风险，量子加密技术会及时作出反应，转变数据传输状态，而数据传输者和接收者也能及时了解数据传输状况。这种数据加密方式一旦发生状态转变是不可复原的，虽然有效避免的数据泄漏风险，但可能会造成数据自毁和破坏问题。同时，由于量子加密技术专业性强，并且仍处于开发试用状态，应用范围和领域比较局限，无法实现大范围应用。
5.结束语
总而言之，为了提升计算机网络信息的安全性，落实各项数据加密技术应用工作非常必要。根据网络信息安全现状问题，分析了对称加密、公私钥加密、数据隐蔽等技术的应用优势和弊端，指出其合理的应用领域。通过合理运用这些数据加密技术，不仅强化了数据传输、存储的安全性，营造了良好的网络信息环境，还有利于提升用户的数据加密意识，促进数据加密技术优化发展。
信息安全毕业论文范文模板(二)：大数据时代计算机网络信息安全与防护研究论文
摘要：大数据技术的快速发展和广泛应用为计算机网络提供了重要的技术支持，有效提高了社会经济建设的发展水平。计算机网络的开放性和虚拟性特征决定了技术的应用必须考虑信息安全与防护的相关问题。本文介绍了大数据时代计算机网络安全的特征和问题，研究了如何保证网络信息安全，提出了3点防护策略。
关键词：大数据时代；计算机网络；信息安全与防护
进入信息时代，计算机网络技术已经逐步成为人们的日常工作、学习和生活必备的工具，如电子商务、网络办公、社交媒体等。计算机网络相关技术的发展也在不断改变人类社会的生产模式和工作效率，实现全球各地区人们的无障碍沟通。但在网络世界中，信息的传播和交流是开放和虚拟的，并没有防止信息泄露和被非法利用的有效途径，这就需要从技术层面上考虑如何提高计算机网络信息安全。特别是近年来大数据技术的高速发展，海量数据在网络中传播，如何保证这些数据的可靠性和安全性，是目前网络信息安全研究的一个重要方向。
1大数据时代计算机网络信息安全的特征
大数据是指信息时代产生的海量数据，对这些数据的描述和定义并加以利用和创新是目前大数据技术发展的主要方向。大数据的产生是伴随着全球信息化网络的发展而出现的，在这个背景下诞生了大量的商业企业和技术组织，也为各行各业提高生产力水平和改变生产模式提供了有效帮助。大数据时代的网络特征首先是非结构化的海量数据，传统意义上的海量数据是相关业务信息，而大数据时代由于社交网络、移动互联和传感器等新技术与工具快速发展产生了大量非结构化的数据，这些数据本身是没有关联性的，必须通过大数据的挖掘和分析才能产生社会价值；其次，大数据时代的网络信息种类和格式繁多，包括文字、图片、视频、声音、日志等等，数据格式的复杂性使得数据处理的难度加大；再次，有用信息的比例较低，由于是非结构化的海量数据，数据价值的提炼要经过挖掘、分析、统计和提炼才能产生，这个周期还不宜过长否则会失去时效性，数据的技术和密度都会加大数据挖掘的难度；最后，大数据时代的信息安全问题更加突出，被非法利用、泄露和盗取的数据信息往往会给国家和人民群众造成较大的经济社会损失。传统计算机网络的信息安全防护主要是利用网络管理制度和监控技术手段来提高信息存储、传输、解析和加密的保密性来实现的。在大数据时代背景下，网络信息的规模、密度、传播渠道都是非常多样化的和海量的，网络信息安全防护的措施也需要不断补充和发展。目前网络信息安全的主要问题可以概括为：一是网络的自由特征会对全球网络信息安全提出较大的挑战；二是海量数据的防护需要更高的软硬件设备和更有效的网络管理制度才能实现；三是网络中的各类软件工具自身的缺陷和病毒感染都会影响信息的可靠性；第四是各国各地区的法律、社会制度、宗教信仰不同，部分法律和管理漏洞会被非法之徒利用来获取非法利益。
2大数据时代背景下計算机网络安全防护措施
2.1防范非法用户获取网络信息
利用黑客技术和相关软件入侵他人计算机或网络账户谋取不法利益的行为称为黑客攻击，黑客攻击是目前网络信息安全防护体系中比较常见的一类防护对象。目前针对这部分网络信息安全隐患问题一般是从如下几个方面进行设计的：首先是完善当地的法律法规，从法律层面对非法用户进行约束，让他们明白必须在各国法律的范畴内进行网络活动，否则会受到法律的制裁；其次是构建功能完善的网络信息安全防护管理系统，从技术层面提高数据的可靠性；再次是利用物理隔离和防火墙，将关键数据进行隔离使用，如银行、证券机构、政府部门都要与外部网络隔离；最后是对数据进行不可逆的加密处理，使得非法用户即使获取了信息也无法解析进而谋利。
2.2提高信息安全防护技术研究的效率
大数据技术的发展是非常迅速的，这对信息安全防护技术的研究和发展提出了更高的要求。要针对网络中的病毒、木马和其他非法软件进行有效识别和防护，这都需要国家和相关企业投入更多的人力物力成本才能实现。目前信息安全防护技术可以概括为物理安全和逻辑安全两个方面，其中物理安全是保证网路系统中的通信、计算、存储、防护和传输设备不受到外部干扰；逻辑安全则是要保障数据完整性、保密性和可靠性。目前主要的研究方向是信息的逻辑安全技术，包括安全监测、数据评估、拨号控制、身份识别等。这些技术研究的效率直接影响着网络信息安全，必须组织科研人员深入研究，各级监管部门也要积极参与到网络管理制度的建立和完善工作中来，从技术和制度两个方面来提高信息防护技术的研究效率。
2.3提高社会大众的信息安全防护意识
目前各国都对利用网络进行诈骗、信息盗取等行为进行法律约束，也利用报纸、电视、广播和网络等途径进行信息安全防护的宣传教育。社会大众要认识到信息安全的重要性，在使用网络时才能有效杜绝信息的泄露和盗用，如提高个人电脑防护措施、提高密码强度等。各级教育部门也要在日常的教学活动中对网络信息安全的相关事宜进行宣传和教育，提高未成年人的安全意识，这都是有效提高信息安全防护能力的有效途径。
英文名称：Journal of Frontiers of Computer Science and Technology
主管单位：中华人民共和国工业和信息化部
主办单位：华北计算技术研究所
出版周期：月刊
出版地址：北京市
语
种：中文
开
本：16开
国际刊号：1673-9418
国内刊号：11-5602/TP
邮发代号：82-560
发行范围：国内外统一发行
创刊时间：2007
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关键词：量子力学；材料类专业；教学探索
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）08-0122-02
对于普通高校的材料类本科教学来说，要求学生具有数学、物理、化学等方面的基本理论和基本知识，掌握材料设计、性能优选、工艺优化的原则，以及材料的组成、结构和性能关系。这就需要学生具有材料学科的完整的知识体系，量子力学是半导体、固体物理以及计算材料学、材料测试表征技术等学科的基础，在材料科学体系中有着非常重要的地位。然而其由于本课程的学习是基于高等数学、大学物理、数学物理方法等前期课程学习的基础之上的，学生对这些基础课程的掌握情况参差不齐，而大部分学生对前期课程多有遗忘，课程内容的学习过程中需要理解的知识点很多，所以要学好这门课程需要充分发挥学生的主观能动性，及时复习前期基础课程和预习相关知识。由于知识间衔接紧密，需要逻辑推理内容非常多，学生稍有走神或缺课就会跟不上教师的教学进度，从而对后续知识的学习也丧失信心。此外，对于工科大环境下的学生群体来说，学生普遍对实用的专业课程较感兴趣，而对基础理论课程不够重视，认为学习非常枯燥也没有大多的用处。种种原因造成了在工科大环境下的理论物理教学特别是量子力学课程的教学困难重重，因此将理论教学与专业特色相结合，探索具有专业特色的量子力学的教学方法具有重要的意义。如何消除学生对本课程的畏惧心理，如何调动学生的学习积极性，让学生在课堂上有收获的同时也要自觉利用好课余时间学习是解决本课程教学的关键。本文结合材料类专业的综合情况，经过实践探索，总结几点较为实用的教学方法。
一、与专业课程体系相结合，突出课程的重要性
备课之前先熟悉所授课专业的培养方案，了解学生的已修课程、同学期开设的专业课程以及后续的专业课程。材料类专业的量子力学课程一般在第四学期开课，在此之前学生已经修完了高等数学、大学物理、线性代数、数学物理方法等前期课程。同时学生开始接触一些材料类的专业课程，例如材料科学基础、高分子物理、物理化学等，在之后的第五以及第六学期将有大量的学科专业课，如材料分析测试技术、计算材料学等。教师在对本专业的课程设置以及知识框架有了整体的了解以后，有针对性地翻阅一下一些核心专业课程的教材，将专业课程当中涉及量子力学基础的内容筛选出来以备用。在给学生讲授第一堂课时既将本课程的重要地位告知学生，哪些课程在后续课程种会涉及到相关知识，哪些领域会用到本课程的知识，以及量子力学对本专业以及相关专业的研究生入学考试以及继续深造时的必要性。让学生一开始对本课程的学习有心理上的重视。在具体教学的过程中，注意将量子理论与专业内容相结合，包括已修课程和后续课程。通过多学科的渗透将整个材料学专业的课程内容进行贯穿，凸显出量子理论的重要性和实用性，让学生意识到量子力学并不是高高在上毫无用处的理论公式，同时也使得量子力学的教学更加丰富和生动。
二、与前沿科学相结合、活跃课堂气氛
当下的高校教师除了教学很大一部分时间精力都用于科学研究。平时实验或看文献时可以将所涉及的一些前沿科技成果加以搜集，课堂上通过多媒体以图片、音响等直观的方式将其进行简要的介绍。活跃课堂气氛的同时有可以加深对该理论的理解，激发学生的学习积极性。在给学生讲解理论知识的同时注重结合理论的应用领域，结合材料学科的特点以及学校的特色。作者所在的本校是有着交通特色专业背景，本校材料类专业也有水泥混凝土、沥青混合料等工程材料方面的课程，学生就业也有很大比例在交通相关领域。结合本科的这一特征，教师讲课时可以作一些前沿材料在交通领域的最新进展。在讲解知识基础的同时穿插该部分知识的应用方面的展望，展示过程中采用借助多媒体以图片、音响和板书讲解相结合的方式。通过多种途径让量子力学这种看似“高大上”的学科也有“接地气”的一面，不至于全是枯燥的理论和生硬的公式，有利于对学生学习动力的激发。对于自己的科研课题也可以作一些介绍，还可以挑选部分基础较好的感兴趣的本科生参与到课题的研究或者参观学习，零距离的接触前沿科学，对调动学生的学习积极性也有一定的帮助。
三、多种教学手段相结合，调动学生的学习积极性
在教学的过程中采用多种教学手段相结合。鉴于量子力学的理论抽象、知识量大、数学推理公式繁多，在教学过程中教师的讲授以基本概念的理解、基本物理思想的和基本的物理模型的建立为主，对于需要推理演算的部分可以引导学生利用课余时间自学。首先可以拓展多样化的考核方式。课程考核的成绩以期末考试为主但是学期内平时的表现也是必要的。可以考虑适当增大平时考核的分数比例，便于调动学生充分利用课余的时间。其中平时表现又可以分为多个方面来考核，充分调动学生的自主学习激情。课堂教师讲授为主，适时设问作为课外思考作业，作业以书面形式或者学生在下一次课作简短的展示的方式。才外还可以给学生布置小论文，鼓励学生多进图书馆，查阅相关文献书籍写一两篇小综述。在第一堂课即向学生说明考核的方式和比例，在考分的压力下学生自然会积极准备相关内容。在应对这些平时作业的过程实际上就是学生自主学习的过程中，既巩固了量课程知识，又锻炼了学生自主学习的能力和思维。在教学当中采用多媒体和传统的板书相结合的方式，多媒体信息涵盖量较大，对一些复杂又必须的推导过程可以采用PPT作快速的展示，而对于一些重要的公式及定理则需要采用板书加以强化，通过教师边书写边口诉讲解，学生有足够的时间消化理解。同时可以采用多媒体多展示一些图片、动画等内容，尽量在枯燥的理论讲授过程中增添一些有趣的小插曲，例如该理论提出的科学家的肖像及简介、名言名句，小故事等。在W习原子的波尔理论以及氢原子模型的时候，使用PPT展示基本公式和理论，再辅以教师在黑板上作图的方式讲解。可以将原子内电子的运动类比于在操场跑步以及天体的运动，在做计算近似时甚至可以将近似级类比于上课教室内的座次对个人学习效果的影响、人际关系的亲疏对个人情感生活的影响程度等。此外还可以鼓励学生多接触一些科普书籍以及最新出版的一些学术专著，例如上帝掷骰子就是很通俗的前沿物理科普书籍。通过多种渠道将量子力学枯燥难懂的教学过程生动化、有趣化。
作为材料类专业核心课程的量子力学一直都是教和学双方都感到很困难的课程。由于量子力学的理论性较强，学习过程相对枯燥，学科的实用性不是很明显，学生容易厌学。教师在教学过程中需要不断的探索适合本专业学生的教学方法。通过与专业课程相结合，与学校特色想结合，采取多种教学手段，结合最新的前沿科学研究，多方面入手使理论知识深入浅出，使教学过程生动有趣、调动学生学习热情，对提高教学质量有非常有益的帮助。
参考文献：
