量子干涉论文文献

量子干涉论文文献

参见：双缝实验#量子力学结果及双缝实验中光子的动力学用每次发射单个电子进行的双缝实验，用光子得到的结果也类似于此。本图描述的是随时间的累积，到达屏幕的电子的分布情况。1905年至1917年间，爱因斯坦通过马克斯·普朗克的能量量子化假设和对光电效应的解释，在《关于光的产生和转化的一个试探性的观点》、《论我们关于辐射的本性和组成的观点的发展》、《论辐射的量子理论》等论文中提出电磁波的能量由不连续的能量子组成，这些能量子被称为光量子（光子），而电磁辐射必须同时具有波动性和粒子性两种自然属性，这被称作波粒二象性。自罗伯特·密立根于1916年完成了光电效应的一系列实验，以及阿瑟·康普顿于1923年观察到了X射线被自由电子的散射，并于1926年测定了光子的动量，物理学界都逐渐接受了电磁波也具有粒子性的这一事实。然而，如果我们从光子的角度来理解干涉现象，就会发现存在如下的问题：当两束相干光中对应的两个光子彼此发生干涉时，相长干涉的场合需要从两个光子中产生出四个光子，相消干涉的场合则需要两个光子彼此抵消，这违反了能量守恒定律。对于这一问题的解决，量子力学的哥本哈根诠释认为光子的干涉是单个光子波函数的几率幅叠加，波函数是一种几率波，其复振幅（几率幅）的模平方正比于对应的状态（本征态）发生的几率。以双缝干涉为例，对于每个光子而言，其状态都为从两条狭缝中的每一条经过的量子态的叠加：其中、分别对应从狭缝1、狭缝2经过的量子态，几率幅、对应这一光子从狭缝1和狭缝2出射的各自几率，其本身是一个复数。而光检测器探测到这一光子的几率，从统计上看也就是光检测器探测到的光强，是几率幅叠加之后的模平方：这一表达和经典的电磁波的矢量叠加非常相似——实际上，如果将上面的量子态、用具体的电磁波形式来代换，即用电磁场来表示光子的波函数，在形式上能得到和经典干涉相同的结论。然而，这种等效从根本上是错误的，因为电磁场是一个可观测量，而波函数在哥本哈根诠释中是一个不可观测量；从光子角度所看到的双缝实验是单个光子本身几率波的干涉，而几率也是单个光子出现在特定量子态的几率，而不是位于特定量子态的光子数量。关于这一点，保罗·狄拉克在《量子力学原理》中做了说明：“在量子力学发现以前不久，人们就已了解到，光波和光子之间的联系必须是统计的性质。然而，他们没有清楚地了解到，波函数告诉我们的是一个光子在一特定位置上的几率，而不是在那个位置上可能有的光子数目。这一区别的重要性可在下面看清楚。假定我们令大量光子组成的光束分裂为两个强度相等的部分。按照光束的强度与其中可能的光子数目相联系的假定，我们就会得到，光子总数的一般分别走入每一组分。现在，如果使这两个组分互相干涉，我们就得要求，在一个组分中的一个光子能够与另一组分中的一个光子互相干涉。在某些情况下，这两个光子就要互相抵消，而在另一些情况下，它们就要产生四个光子。这样一来，就会和能量守恒相矛盾了。而新的理论把波函数与一个光子的几率联系起来，就克服了这一困难，因为这个理论认定，每一光子都是部分地走入两个组分中的每一个。这样，每一个光子只与它自己发生干涉。从来不会出现两个不同的光子之间的干涉。”——保罗·狄拉克，《量子力学原理》第四版，第一章第3节尽管在理论上可以在双缝干涉中每次从相干光源只发射一个光子，根据波函数的统计诠释，经过长时间的积累在屏上将得到经典的干涉条纹；然而在当前的技术下，得到单光子态还十分困难——即使是采用单模激光作为相干光源，多个光子仍然会彼此非常接近地进入光检测器，这是光子作为玻色子的一种量子效应。实际操作中相对可行的办法是产生光子对，从而可以作为产生单光子态的一个近似，此时在一个光子对中第二个光子的频率和传播方向都和第一个光子相关，从而可被看作是单光子的福柯态。常见的产生光子对的方法之一是原子级联，实验中将钙原子激发到6S0态，它们会通过一个二阶辐射过程回到基态，并辐射出波长分别为551.3纳米和422.7纳米的光子对。另一种更常见的方法是利用非线性光学中的参量下转换，用晶体中的单个紫外光子作为泵浦光，其通过非线性效应产生一个信号光子和一个闲频光子，这两个光子的波长都近似为泵浦光子的波长的2倍，偏振方向都和泵浦光子互相垂直；通过采用双折射晶体可以实现泵浦光和下转换光的相位匹配，从而使输出光强得到最大。产生的两个下转换光子都携带了泵浦光子的相位信息，从而处于一个纠缠态，对信号光子的任何测量都会影响到闲频光子的量子态，反之亦然。

《自然》（20210527出版）一周论文导读

编译 | 未玖

Nature , 27 May 2021, VOL 593, ISSUE 7860

《自然》 2021年5月27日，第593卷，7860期

天文学 Astronomy

Evidence of hydrogen helium immiscibility at Jupiter-interior conditions

木星内部条件下氢-氦不混溶的证据

作者：S. Brygoo, P. Loubeyre, M. Millot, J. R. Rygg, P. M. Celliers, J. H. Eggert, et al.

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摘要

温致密氢 氦（H-He）混合物的相行为影响了人们对木星和土星及其内部结构演化的理解。然而，尽管H-He相具有重要意义，但在相关的行星条件下，它的相行为仍然很难约束，因为通过计算来确定它极具挑战性，且极端温度和压力也难以通过实验达到。

研究组报道了通过激光驱动的冲击压缩已在钻石砧电池中预压缩的H2 He样品，可以达到适当的温度和压力。这使研究组能够探测木星内部条件下H-He混合物的性质，揭示了沿雨贡纽曲线的一个不混溶区域。

样品反射率的明显不连续变化表明，在10200 K时，该区域结束于150吉帕以上；在4700 K时，93吉帕以上的反射率发生了更细微的变化。考虑到木星的压力-温度分布，这些近原太阳混合物的实验不混溶约束表明H-He相分离影响了木星内部的很大一部分，研究组估计该部分大约占木星半径的15%。

这一发现为木星模型提供了微物理支持，该模型利用分层内部来解释朱诺号和伽利略号航天器的观测。

Abstract

The phase behaviour of warm dense hydrogen helium (H He) mixtures affects our understanding of the evolution of Jupiter and Saturn and their interior structures. But despite its importance, H He phase behaviour under relevant planetary conditions remains poorly constrained because it is challenging to determine computationally and because the extremes of temperature and pressure are difficult to reach experimentally. Here we report that appropriate temperatures and pressures can be reached through laser-driven shock compression of H2 He samples that have been pre-compressed in diamond-anvil cells. This allows us to probe the properties of H He mixtures under Jovian interior conditions, revealing a region of immiscibility along the Hugoniot. A clear discontinuous change in sample reflectivity indicates that this region ends above 150 gigapascals at 10,200 kelvin and that a more subtle reflectivity change occurs above 93 gigapascals at 4,700 kelvin. Considering pressure–temperature profiles for Jupiter, these experimental immiscibility constraints for a near-protosolar mixture suggest that H He phase separation affects a large fraction—we estimate about 15 per cent of the radius—of Jupiter’s interior. This finding provides microphysical support for Jupiter models that invoke a layered interior to explain Juno and Galileo spacecraft observations.

材料科学 Materials Science

Long-range nontopological edge currents in charge-neutral graphene

电荷中性石墨烯中的长程非拓扑边缘电流

作者：A. Aharon-Steinberg, A. Marguerite, D. J. Perello, K. Bagani, T. Holder, Y. Myasoedov, et al.

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摘要

范德华异质结构显示出许多独特的电子性质。单层、双层和薄层石墨烯、过渡金属二卤化物和莫尔超晶格已被发现显示出明显的非局域效应。

然而，这些效应的起源却引起了激烈的争论。尤其是石墨烯，在电荷中性时表现出巨大的非局域性，这一惊人行为吸引了各种不同的解释。

利用尖端超导量子干涉装置（SQUID-on-tip）进行纳米尺度的热成像和扫描门成像，研究组证明了石墨烯边缘常见的电荷积累会导致巨大的非局域性，产生了支持长程电流的狭窄导电通道。

出乎意料的是，虽然边缘电导对零磁场中的电流流动影响不大，但在中等磁场下，它会导致边缘和体输运之间的场诱导解耦。由此产生的巨大非局域性在电荷中性和远离电荷时产生了对边缘无序敏感的奇异流型，在这种流型中电荷可以对抗全局电场流动。

所观察到的一维边缘输运是通用和非拓扑的，有望支持许多电子系统中的非局域输运，为深入研究众多争论提供了线索，并将它们与系统边缘的远程引导电子态联系起来。

Abstract

Van der Waals heterostructures display numerous unique electronic properties. Monolayer, bilayer and few-layer graphene, transition-metal dichalcogenides and moiré superlattices have been found to display pronounced nonlocal effects. However, the origin of these effects is hotly debated. Graphene, in particular, exhibits giant nonlocality at charge neutrality, a striking behaviour that has attracted competing explanations. Using a superconducting quantum interference device on a tip (SQUID-on-tip) for nanoscale thermal and scanning gate imaging, here we demonstrate that the commonly occurring charge accumulation at graphene edges leads to giant nonlocality, producing narrow conductive channels that support long-range currents. Unexpectedly, although the edge conductance has little effect on the current flow in zero magnetic field, it leads to field-induced decoupling between edge and bulk transport at moderate fields. The resulting giant nonlocality at charge neutrality and away from it produces exotic flow patterns that are sensitive to edge disorder, in which charges can flow against the global electric field. The observed one-dimensional edge transport is generic and nontopological and is expected to support nonlocal transport in many electronic systems, offering insight into the numerous controversies and linking them to long-range guided electronic states at system edges.

Perovskite-type superlattices from lead halide perovskite nanocubes

卤化铅钙钛矿纳米立方体的钙钛矿型超晶格

作者：Ihor Cherniukh, Gabriele Rainò, Thilo Stöferle, Max Burian, Alex Travesset, Denys Naumenko, et al.

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摘要

铯-铅卤化物钙钛矿型纳米晶体是长程有序超晶格很有前途的构建基块，因其明亮三重态激子的高振荡强度、缓慢失相（高达80皮秒的相干时间）和最小发射线不均匀展宽。到目前为止，人们从这些纳米晶体中仅设计出来单组分超晶格与简单立方堆积。

研究组提出了钙钛矿型（ABO3）二元和三元纳米晶超晶格，通过立体稳定、高发光的立方CsPbBr3纳米晶（占据B和/或O晶格位）、球形Fe3O4或NaGdF4纳米晶（A位）和截角立方PbS纳米晶（B位）的形状定向共组装而成。

这些ABO3超晶格，以及研究组展示的二元NaCl和AlB2超晶格结构，均表明了CsPbBr3纳米立方体的高度取向有序性。它们还表现出超荧光——一种集体发射，导致超快辐射衰减（22皮秒）的光子爆发，可用于定制超亮（量子）光源。

研究组的工作为进一步 探索 复杂有序、功能有用的钙钛矿介观结构奠定了基础。

Abstract

Caesium lead halide perovskite nanocrystals are promising building blocks for long-range-ordered superlattices, owing to the high oscillator strength of bright triplet excitons, slow dephasing (coherence times of up to 80 picoseconds) and minimal inhomogeneous broadening of emission lines. So far, only single-component superlattices with simple cubic packing have been devised from these nanocrystals. Here we present perovskite-type (ABO3) binary and ternary nanocrystal superlattices, created via the shape-directed co-assembly of steric-stabilized, highly luminescent cubic CsPbBr3 nanocrystals (which occupy the B and/or O lattice sites), spherical Fe3O4 or NaGdF4 nanocrystals (A sites) and truncated-cuboid PbS nanocrystals (B sites). These ABO3 superlattices, as well as the binary NaCl and AlB2 superlattice structures that we demonstrate, exhibit a high degree of orientational ordering of the CsPbBr3 nanocubes. They also exhibit superfluorescence—a collective emission that results in a burst of photons with ultrafast radiative decay (22 picoseconds) that could be tailored for use in ultrabright (quantum) light sources. Our work paves the way for further exploration of complex, ordered and functionally useful perovskite mesostructures.

地球科学 Earth Science

A 10 per cent increase in global land evapotranspiration from 2003 to 2019

2003-2019年，全球陆地蒸散量增加10%

作者：Madeleine Pascolini-Campbell, John T. Reager, Hrishikesh A. Chandanpurkar & Matthew Rodell

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摘要

准确量化全球陆地蒸散量对于理解全球水循环的变异性是必要的，在气候变化下，这种变异性预计将加剧。目前的全球蒸散量产品来源很多，包括模型、遥感和现场观测。

然而，现有的方法包含广泛不确定性；例如，与模型结构相关，或将观测值提升到全球水平。因此，全球蒸散量的变异性和趋势仍不清楚。

研究组表明，2003至2019年，全球陆地蒸散量增加了10 2%，陆地降水越来越多地被划分为蒸散量，而非径流。

该结果基于全球陆地蒸散量的独立水平衡集合时间序列和相应的不确定性分布，使用的数据来自重力恢复及气候实验（GRACE）和GRACE后续（GRACE-FO）卫星。

全球陆地蒸散量的变异性与厄尔尼诺-南方涛动正相关。然而，这种趋势的主要驱动力是不断升高的地表温度。

研究组的发现为全球陆地蒸散量提供了一个观测约束，且与全球蒸散量在气候变暖下增加的假设相一致。

Abstract

Accurate quantification of global land evapotranspiration is necessary for understanding variability in the global water cycle, which is expected to intensify under climate change. Current global evapotranspiration products are derived from a variety of sources, including models, remote sensing and in situ observations. However, existing approaches contain extensive uncertainties; for example, relating to model structure or the upscaling of observations to a global level. As a result, variability and trends in global evapotranspiration remain unclear. Here we show that global land evapotranspiration increased by 10 2 per cent between 2003 and 2019, and that land precipitation is increasingly partitioned into evapotranspiration rather than runoff. Our results are based on an independent water-balance ensemble time series of global land evapotranspiration and the corresponding uncertainty distribution, using data from the Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) and GRACE-Follow On (GRACE-FO) satellites. Variability in global land evapotranspiration is positively correlated with El Niño–Southern Oscillation. The main driver of the trend, however, is increasing land temperature. Our findings provide an observational constraint on global land evapotranspiration, and are consistent with the hypothesis that global evapotranspiration should increase in a warming climate.

Overriding water table control on managed peatland greenhouse gas emissions

地下水位控制泥炭地温室气体排放

作者：C. D. Evans, M. Peacock, A. J. Baird, R. R. E. Artz, A. Burden, N. Callaghan, et al.

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摘要

全球泥炭地储存的碳比大气中自然存在的还要多。然而，许多泥炭地受到基于排水的农业、种植开发和火灾的压力，仅相当于排水泥炭地排放的所有人为温室气体的3%左右。通过保护未排水的泥炭地和使排水系统再湿润，人们正加强努力来遏制此类排放。

研究组报道了来自16个地点的 CO2 涡流协方差数据和来自英国和爱尔兰41个地点的 CH4 静态室测量数据，并将这些数据与所有主要泥炭地生物群落公布的数据相结合。

结果表明，年平均有效地下水位（ WTDe ；即通气泥炭层的平均深度）超过了所有其他与温室气体排放相关的生态系统和管理控制。

研究组估计， WTDe 每减少10 cm， CO2 和 CH4 排放（100年全球变暖潜势）的净变暖效应每年每公顷至少减少3吨 CO2 ，直到 WTDe 小于30 cm。进一步提高水位将继续产生净冷却效应，直到 WTDe 位于地表10 cm以内。

研究结果表明，农业泥炭地的温室气体排放可以大大减少，而不必停止其生产性使用。例如，将所有排干的农业泥炭地中的 WTDe 减半，可减少的排放量相当于全球人为排放的1%以上。

Abstract

Global peatlands store more carbon than is naturally present in the atmosphere. However, many peatlands are under pressure from drainage-based agriculture, plantation development and fire, with the equivalent of around 3 per cent of all anthropogenic greenhouse gases emitted from drained peatland. Efforts to curb such emissions are intensifying through the conservation of undrained peatlands and re-wetting of drained systems. Here we report eddy covariance data for carbon dioxide from 16 locations and static chamber measurements for methane from 41 locations in the UK and Ireland. We combine these with published data from sites across all major peatland biomes. We find that the mean annual effective water table depth ( WTDe ; that is, the average depth of the aerated peat layer) overrides all other ecosystem- and management-related controls on greenhouse gas fluxes. We estimate that every 10 centimetres of reduction in WTDe could reduce the net warming impact of CO2 and CH4 emissions (100-year global warming potentials) by the equivalent of at least 3 tonnes of CO2 per hectare per year, until WTDe is less than 30 centimetres. Raising water levels further would continue to have a net cooling effect until WTDe is within 10 centimetres of the surface. Our results suggest that greenhouse gas emissions from peatlands drained for agriculture could be greatly reduced without necessarily halting their productive use. Halving WTDe in all drained agricultural peatlands, for example, could reduce emissions by the equivalent of over 1 per cent of global anthropogenic emissions.

社会 学 Sociology

The universal visitation law of human mobility

人群流动的普遍访问规律

作者：Markus Schläpfer, Lei Dong, Kevin O’Keeffe, Paolo Santi, Michael Szell, Hadrien Salat, et al.

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摘要

人的流动性影响着城市的许多方面，从城市的空间结构到城市对流行病的反应。它最终也是 社会 互动、创新和生产力的关键。

研究组揭示了一个简单而稳健的标度律，它基于全球不同城市的人口大规模流动数据，来捕捉人口流动的时空谱。根据这一规律，任何地点的游客人数都会随着其访问频率和旅行距离乘积的平方反比而减少。

研究组进一步证明流向不同地点的时空流产生了显著的空间集群，其区域分布遵循齐夫定律。最后，研究组建立了一个基于 探索 和优先返回的个体流动模型，为所发现的标度律和新兴的空间结构提供了一个机制解释。

该研究结果证实了人文地理学中长期存在的猜想，并允许对人群重复流动进行预测，这为在城市规划、交通工程和减少流行病方面的应用提供了基础。

Abstract

Human mobility impacts many aspects of a city, from its spatial structure to its response to an epidemic. It is also ultimately key to social interactions, innovation and productivity. However, our quantitative understanding of the aggregate movements of inpiduals remains incomplete. Existing models—such as the gravity law or the radiation model—concentrate on the purely spatial dependence of mobility flows and do not capture the varying frequencies of recurrent visits to the same locations. Here we reveal a simple and robust scaling law that captures the temporal and spatial spectrum of population movement on the basis of large-scale mobility data from perse cities around the globe. According to this law, the number of visitors to any location decreases as the inverse square of the product of their visiting frequency and travel distance. We further show that the spatio-temporal flows to different locations give rise to prominent spatial clusters with an area distribution that follows Zipf’s law. Finally, we build an inpidual mobility model based on exploration and preferential return to provide a mechanistic explanation for the discovered scaling law and the emerging spatial structure. Our findings corroborate long-standing conjectures in human geography and allow for predictions of recurrent flows, providing a basis for applications in urban planning, traffic engineering and the mitigation of epidemic diseases.

it新技术新发展的论文范文

　　随着经济全球化和信息技术的日新月异，IT产业将得到迅猛发展，IT产业化将对世界经济结构产生巨大影响。下文是我整理的it新技术论文，希望能对大家有所帮助!

　　it新技术论文篇一：《浅析IT信息技术的应用及发展》
　　摘要：现代信息技术的普及带来了劳动生产率的提高，正从根本上改变人们的生产方式、生活方式乃至 文化 观念，促进世界各国产业结构升级，并成为了世界经济新的增长点。信息技术革命加快了劳动力与科技人才在不同产业、不同国家之间的流动，并促使企业经营管理、组织结构和人事制度发生深刻变革。现代信息技术的迅猛发展和全球信息化浪潮的掀起，促使人类走向新的文明。本文从现代信息技术发展与全球信息化背景着手，主要研究现代信息技术对现代 企业管理 的影响和对城市发展的影响

　　关键词：现代信息技术 全球信息化 现代企业管理 城市发展 物流产业发展

　　0 引言

　　现代社会中信息技术(IT)无处不在，信息技术产业化也已初具规模。随着经济全球化和信息技术的日新月异，IT产业将得到迅猛发展，IT产业化将对世界经济结构产生巨大影响。我们都知道，在现在的社会中，人们对IT信息技术已经不陌生，随着其新技术快速的发展，其甚至成为推动社会前进的杠杆，并已深人到社会生活的方方面面，信息技术推动生产力突破传统的束缚，实现跨越式发展，广泛渗透到经济和社会的各个领域。因此更应该成为人文社会科学家和哲学家们研究的重大时代课题。

　　随着信息技术的发展，企业的产品和生产过程正在被现代信息技术正在改变着，甚至企业和产业的发展也被现代信息技术改变着。做为一个企业管理者，要有敏锐的眼光和判断，应该知道怎样利用信息技术来为企业创造持久的竞争优势，同时也应该深刻认识到信息技术的广泛影响和深刻含义。

　　因此，把信息技术看作是辅助或服务性的工具已经成为过时的观念，无疑，一场关系到企业生死存亡的技术革命已经到来，快速发展的信息技术正在改变着企业家们习以为常的经营之道。企业必须迎接挑战，我们必须引起足够的重视，以便立于不败之地。

　　1 现代信息技术发展与全球信息化背景

　　我们知道，随着微电子技术、计算机硬件与软件技术、信息 网络技术 、系统集成技术等现代信息技术的发展，信息产业逐渐成为知识经济时代的先导产业。特别是20 世纪80 年代以来，世界信息产业高速发展。信息技术日新月异，其发展速度越来越快，有力地推动着社会生产力的发展和进步。

　　尤其在企业的发展中，信息技术起着越来越重要的作用，据有关统计资料表明，实施企业信息化可使企业大大提高工作效率，降低成本，例如：劳动生产力率提高10%一30%，库存降低30%一60%，流动资金周转速度提高60%一200%，新产品开发周期缩短90%以上。所以，对一个企业来讲，决定其生存和发展的关键之一是运用信息技术的能力和程度。

　　因此，许多国家认为提高生产率的最重要办法就是最优先发展信息技术。随着信息技术的发展，信息科学技术革命已变为科技发展与科技进步的核心和主流，可以这样说，在未来的经济竞争中，谁能拥有高度发达的信息科学技术，谁便迅速获得信息并使之转化为经济优势，谁就获得发展的主动权。据有关部门提供的资料，我国每生产一美元产品所消耗的能、原材料约为发达国家的二至五倍，而消耗的信息量却只有世界平均水平的十分之一。可见，发达国家在国民生产中大量的利用了无形的科技知识等信息资源，而我国生产的增长主要靠有形的物质资源消耗。

　　2 现代信息技术对现代企业管理的影响

　　2.1 信息技术对企业管理的作用

　　现代信息技术正在改变着产品和生产过程、企业和产业、甚至竞争本身的性质。把信息技术看作是辅助或服务性的工具已经成为过时的观念，管理者应该认识到信息技术的广泛影响和深刻含义，以及怎样利用信息技术来创造用力而持久的竞争优势。正是在这样的大背景下，信息技术就成为管理的一个重要对象，并且资讯管理上升到企业发展的战略地位。重视程度和原来远远不一样，与生产管理、营销管理、 财务管理 、人事管理和研发管理鼎足而立，因此企业管理者需要深刻认识到信息技术的作用，树立资讯意识，在企业中建立全面的资讯管理(Total Information Management)。

　　信息技术的崛起因其自身特有的经济技术特性而改变了社会经济发展的方方面面，管理作为经济发展中最重要的一环也必然深受其影响。信息技术不仅使整个社会经济结构发生了巨大变化，而且为企业的管理 方法 、手段注入了新的活力，并进一步推动了管理理论、管理思想的发展，导致了管理水平的大幅提升。

　　2.2 信息化建设人才的需求分析

　　信息化建设人才现在是企业紧缺的人才，企业要想生存、发展，增强在市场上的竞争力，就必须采用先进的现代化信息管理手段。目前我国大多数企业生产和经营和管理方面,电子商务软件、ERP软件以及CRM软件已正逐步地被使用,但由于信息部门仅重视软件的技术开发和设备维护,信息资源的管理显得非常薄弱，由于没有专门的信息化管理人才,需求定位出现偏差,使用效果并不理想。

　　因此对企业人员进行信息化培训，提高企业中普遍人群的信息化应用能力和核心技术，使之与先进的技术和管理理念同步，是当务之急。与大型企业相比，中小企业信息化面临的最大难题是信息化建设的人才匮乏，由于待遇和企业重视程度等因素决定了中小企业召到和留住高素质信息化建设人才比较困难。

　　2.3 建立企业网站、开展电子商务

　　网站和电子商务等手段，已经早被一些企业运用的炉火纯青，国际互联网作为近年崛起的网络技术革命的代表，其互联互通性不仅为人们的生活带来了便利，还为企业展出现广阔的市场发展前景。同传统媒介相比，企业网站作为一种新的形象传播途径，这样就可以帮助企业与消费者建立更亲密、更稳固的联系，对受众更具有亲和力与吸引力。因此，很多企业开始倾注更多的时间和精力，因为网站的易用性与实用性可全面充分地发挥品牌已经具有的价值，有必要采取更加行之有效的数字化策略来建立和提升网站形象，这一点已经被广大企业所深刻认识到。

　　2.4 信息技术与企业管理

　　我们知道，计算机信息技术的发展日新月异，其在企业的生产、管理、经营和财务等方面起着越来越重要的作用，它甚至决定了企业的竞争力水平，一个完整的企业信息管理系统应当至少包含三个层面的内容：

　　①业务运作层。简单的讲，它可以使资源得到最合理的配置，帮助企业合理的规划企业的所有运作资源，目的是得到最大限度的获利，在有限资源的前提下，帮助控制企业的运作成本。

　　②业务支持层。这也是一个主要功能，通过它，对企业财务及资金状况、企业管理成本的比率等会有一个比较充分的了解，可以清楚了解员工对企业资产的使用程度，企业的满意度状况。

　　③企业决策层。它是必不可少的一个主要内容，能使企业能够事先避免出现的危机，立于不败之地。它可以帮助监控和判断企业的现状，及时调整企业的管理战术，它的操作不仅仅停留在帮助企业的决策者模拟和决定企业的管理战略上，对现代企业来说，更为实用。

　　3 结束语

　　综上所述，企业要想获得竞争优势，企业家们要充分认识到信息技术对原有企业管理模式所产生的深刻影响，必须认识到信息技术是一种新的生产力，能对内外环境作出快速反应，提高工作效率，降低企业成本，使企业的竞争力得到极大提升，使其企业内部信息传递环节减少，速度加快。

　　参考文献：

　　[1]《信号与系统(第二版)》eim西安交通大学出版社 2000年.

　　[2]《数字与模拟通信系统》Leon ，II电子工业出版社.

　　[3]邓泽平.一种多用途电度表的红外通讯问题[J].湖南电力，2003，4.

　　[4]朱磊，郭华北，朱建.单片机89C52在多功能电度表中的应用研究[J].山东科技大学学报(自然科学版)，2003，2.

　　[5]罗兆虹，詹学文，戴学安.红外通讯技术在电能表数据交换中的应用[J].电测与仪表，2002，12.

　　[6]吴叶兰，廉小亲，石芹侠.电能计量芯片组AT73C500和AT73C501及其应用[J].电测与仪表，2002.

　　[7]蒋俊峰.基于单片机的红外通讯设计[J].电子设计应用，2003，11.

　　[8]曾庆立.远距离红外通讯接口的硬件设计与使用[J].吉首大学学报(自然科学版)，2001，4.
　　it新技术论文篇二：《刍议企业IT网络信息安全性的技术》
　　【摘 要】如今全球已经步入了一个数字化信息时代，计算机网络技术在日常的工作中与平时的生活中占据了重要的地位。正是由于计算机网络技术的大力发展，为人们的工作和生活带来了巨大的便捷。本文针对企业IT网络信息安全性所存在的一些问题进行了阐述，并提出了一些建议性的 措施 。

　　【关键词】企业IT网络 网络信息 安全性

　　一、引言

　　在现代化的企业中，计算机已经成为了不可缺少的部分。在计算机硬件和软件的支持下，多数企业已经逐步形成了自动化一体办公，并且很多企业都构建了自己的专属网络以及专属办公平台，这为企业的工作带来了巨大的便利，并有效地提高了企业的办公效率。在网络的存在下，企业工作人员可以有效地进行资源共享，还可以对所需要的资料进行快捷的查询，实现了高度地信息整合化[1]。伴随着数字信息全球化，无论是在学习中、工作中还是生活中，人们已经不能离开计算机网络。但正是因为这些数字信息化的高效性、便利性也让人们产生了极大的依赖性。在企业使用网络进行办公的过程中，如何加强IT网络信息的安全性是摆在企业面前的重大难题。

　　二、企业IT管理中所存在的问题

　　(一)网络安全不能得到保障。

　　虽然在企业网络建设的过程中，会设置一定的网络安全保护措施，比如企业网络防火墙、企业专用病毒查杀软件等等。即便如此，企业的工作网络依然存在着一定的安全漏洞。企业用户一般都是通过Super Administrator root(超级用户权限)登录计算机并进行计算机系统操作。但是某些用户由于在计算机系统操作过程中使用不当，这会导致所使用的计算机受到外界病毒和木马的攻击。一旦企业中的某台计算机受到不良攻击，如果没有及时制止的话，将会产生一系列的恶性循环，甚至让企业的整个计算机网络处于瘫痪状态。因此，对企业计算机用户的使用权限进行合理地限制将有助于企业IT信息管理工作的实施[2]。

　　(二)工作人员计算机操作技术需要提高

　　部分工作人员的计算机操作水平较为低下，缺少专门的计算机知识，但是同时又具有超级用户权限，这会对企业的网络管理带来一定的不便。由于计算机系统是一个比较复杂的 操作系统 ，如果用户在使用的时候不具备一定的操作技能，将很容易产生一些误操作，而这些误操作可能会引发一些问题，导致局部性的故障产生。举例来说：某些工作人员由于缺乏一定的计算机 网络基础知识 ，在设置上网的过程中便会出现一些问题，很容易出现IP冲突的情况;在保存文件的时候，由于误操作导致文件不但没有有效地进行保存反而被删除了，如果该文件是较为重要的文件，所带来的损失是无法估量的;在浏览网站进行工作资料查询时，由于缺乏一定的安全意识，被一些非法网站或链接攻击，导致计算机系统瘫痪，从而对工作带来了一定程度的影响[3]。

　　(三)缺乏合理的管理

　　企业在IT网络信息上缺乏合理的管理。由于IT网络信息都是通过分散管理的模式进行管理，这使得这些信息资源可以被随便调用，这便带来了一定的安全隐患。企业也缺少相应的管理制度，即便存在管理制度由于执行力不够而不能保证制度的合理实施。在这种情况下，所谓的“信息管理部门”便显得可有可无，其工作不能得到落实，这给整个企业的网络信息带来了相当大的安全隐患。

　　(四)信息管理部门工作负担太大

　　在大多数企业中，都会存在着相应的信息管理部门对企业内部的IT网络信息进行综合性的管理。无疑，信息管理部门的工作人员还是具备一定的计算机 网络知识 和计算机操作能力，但是其他部门的工作人员在这方面却存在着很大的缺陷。这部分工作人员在计算机使用上对于系统的维护从不注意，一旦出现问题总是让信息管理部门的工作人员来进行解决，这无疑加大了信息管理部门的工作量，为信息管理部门带来了极大的负担，这给企业的正常运转带来了一定的阻碍。

　　三、如何保证企业IT网络的安全性

　　加强企业IT网络安全性建设可以从网络硬件和软件以及使用人员三个方面进行。

　　(一)加强计算机网络硬件建设

　　良好的硬件支持是企业IT网络信息安全性的重要保障。对于企业内部的一些陈旧硬件要进行相应地更换、更新。对于损坏或者出现故障的硬件进行相应地修复，对正常工作的硬件设备要给予定期的检查和维护。另外，也需要对企业内部工作人员进行一定的 硬件知识 培训，向他们传送一些基本的维护、维修技巧，让他们能够具备一定的解决硬件问题的能力，至少要保证他们对日常所用到的网络硬件能够进行正确的识别。总之，企业的计算机网络硬件设备是企业IT网络信息的承载基础，通过加强硬件设备的建设，让企业内部能够拥有一个良好的工作网络环境。

　　(二)加强计算机网络软件管理

　　在企业内部IT网络的建设中，计算机网络至始至终扮演着一个重要的角色，企业在日常办公中所使用的系统几乎都是微软公司的Windows系统，因为该系统具体广阔的使用范围和相对良好的兼容性和扩展性，所以受到了企业用户的欢迎。通过对SMS(微软公司系统配置服务)和BDD(客户端桌面组件)进行部署来保证计算机网络管理的实施。通过构建相应的物理网络、目录服务、文件服务、文件共享和储存与备份模块让企业内部IT网络信息的安全性得到应有的保障。

　　(三)对企业内部工作人员进行专业的技能培养

　　加强企业内部员工的专业技能培训，提高各部门员工的计算机基础知识和计算机操作能力，这样对于企业的IT网络建设工作具有极大的促进作用，同时也是信息安全的潜在保障。

　　四、结语

　　企业IT网络信息的安全性对于企业的发展具有重大的意义。伴随着计算机网络技术的高速发展，企业的工作模式也在发生着潜移默化，这给企业的IT网络建设也带来了一定的要求。通过加强计算机网络硬件建设和加强计算机网络软件管理并提高相关工作人员的计算机操作技能来促进企业的整体网络建设。

　　参考文献：

　　[1]徐超，胡洲，朱彤.加强企业IT网络信息安全性的技术方案[J].2102(12)：121-123.

　　[2]邱雪松，陈坚，郭海生，高志鹏.企业IT网络异常流量综合检测模型[J].2010(11)：112-113.

　　[3]葛鸿伟，王俊标.IT网络综合预警系统的设计与实现[J].2011(03)：12-13.
　　it新技术论文篇三：《浅谈计算机技术的发展趋势》
　　摘要：二十一世纪一个信息化的时代，以计算机技术为代表的信息技术已经逐步渗透到社会的各个领域，而且正在改变着人们的生产与生活甚至是学习。计算机的应用技术不仅是自身在飞速发展，而且已贯穿到许多其他学科，现在的各个科学领域的发展都得益于计算机技术的应用。本文主要从计算机技术涵义入手，探讨一些新型的计算机技术及计算机发展趋势。

　　关键词：计算机技术 发展趋势

　　一、前言

　　当前计算机技术获得了迅猛发展，广泛地应用于人们的生活中，给人们的生活带来了巨大的便利，计算机技术也从单一化领域逐步发展到多元化领域。但随着社会经济的发展，各行各业对计算机技术的要求越来越高，要适应社会需求，就必须深入研究计算机技术，以使计算机技术更好地满足社会需求。

　　何为计算机技术呢?计算机技术是指运用计算机综合处理和控制文字、图像、动画和活动影像等信息，使多种信息建立起逻辑链接，集成为一个系统并具有交互作用。这与传统的多种媒体简单组合是完全不同的。计算机技术是将视听信息以数字信号的方式集成在一个系统中，计算机就可以很方便地对它们进行存储、加工、控制、编辑、变换，还可以查询、检查。

　　二、计算机保持关键技术的发展

　　计算机技术将向超高速、超小型、平行处理、智能化的方向发展。尽管受到物理极限的约束，采用硅芯片的计算机的核心部件CPU的性能还会持续增长。超高速计算机将采用平行处理技术，使计算机系统同时执行多条指令或同时对多个数据进行处理，这是改进计算机结构、提高计算机运行速度的关键技术。同时计算机将具备更多的智能成分，它将具有多种感知能力、一定的思考与判断能力及一定的自然语言能力。除了提供自然的输入手段外，虚拟与现实技术是这一领域发展的集中体现。传统的磁存储、光盘存储容量继续攀升，新的海量存储技术趋于成熟，新型的存储器每立方厘米存储容量可达10TB。信息的永久存储也将成为现实，千年存储器正在研制中，这样的存储器可以抗干扰、抗高温、防震、防水、防腐蚀。

　　三、新型计算机技术的应用

　　随着硅芯片技术的快速发展，硅技术也越来越接近物理极限，为了解决物理性对硅芯片的影响，世界各国都在加紧研制新技术，计算机领域将会出现一些新技术，给计算机的发展带来质的飞跃。虽然这些新型计算机技术还在发展中，但不久这些新型的量子计算机、光子计算机、生物计算机、纳米计算机等将会遍布我们生活的各个领域，获得广泛的应用。

　　1、量子计算机

　　这种计算机是根据量子效应设计出来的，借助链状分子聚合物的特性来实现开关状态，分子状态变化借助于激光脉冲改变，使相关的信息跟着聚合物转变，然后实现运算。量子计算机是立足于力学规律之上进行运算及存储信息的，量子计算机的存储量是非常大的，不仅能高速地处理数据，还有着安全的保密体系。量子计算机技术的发展是科学界一直追逐的梦想，现在还只是利用了量子点操纵、超导量子干涉等方面，此领域还有待更进一步的研究，量子计算机的应用必会给未来计算机技术发展带来新机遇。

　　2、光子计算机

　　光子计算机也就是全光数字计算机，就是用光子代替电子，用光互连代替导线互联，光硬件代替电子硬件，从而实现光运算代替电子运算。光与电子相比，其传播速度非常快，它的能力超过了现有电话电缆的很多倍，同时光子计算机在一般室温下就可以使用，不易出现错误，和人脑具有类似的容错性。这些优势必会提高计算机的效能，使光子计算机获得广泛的发展与应用。

　　3、生物计算机

　　生物计算机也即是分子计算机，其运算过程就是蛋白质分子与周围物理化学介质相互作用的过程。生物计算机的转换开关是由酶来担当的，要更好地显现出酶，就需要酶和蛋白质融合在一起。通过这种技术制作的生物计算机体积小，耗电少，存储量大，还能运行在生化环境或者有机体中，比较适合应用于医疗诊治及生物工程等。

　　4、纳米计算机

　　纳米属于计量单位，大概是氢原子直径的十倍。纳米技术从开始就受到了科学家们的关注，也是80年代初迅速发展起来的前沿技术，科学家们一直深入研究。现在纳米技术应用领域还局限于微电子机械系统，还没有真正应用于计算机领域。在微电子机械系统中应用纳米技术知识，是在一个芯片上同时放传感器和各种处理器，这样所占的空间较小。纳米技术如果能应用到计算机上，必会大大节省资源，提高计算机性能。

　　四、未来计算机技术的发展趋势

　　1、无线化趋势

　　计算机实现无线化一直是人们梦寐以求的，这与当前 笔记本 实现的无线是不同的，未来计算机无线化是指网络与设备间的无线连接，如果无线化得到了实现，未来在家中使用台式电脑比用笔记本还方便，因为 显示器 与主机不用再连线。也就是说实现无线显示器，这种技术被称为UWB技术，属于无线通信技术，可以为无线局域网和个人局域网提供方便，带来低功耗、高带宽的优势。

　　2、网络化趋势

　　目前，信息技术获得了快速发展，计算机也越来越普及，各种家用电器也开始走向智能化，未来有可能实现家电与计算机之间的网络连接，计算机可以通过网络调控家电的运作，也可以通过网络下载新的家电应用程序，从而提高家电的性能。同时利用互联网也可以远程遥控家中的家电，在办公室就能让家中的电器工作，为生活提供便利。

　　3、人性化趋势

　　计算机的普及必会要求计算机更好地为人服务，这就需要计算机与人之间的交流要人性化，这样人们才会真正使用计算机。要实现这个目标，计算机的交互方式将会走向多样化，可以通过书写控制，也可以通过语言控制、眼镜控制等。随着智能化的提升，计算机可以自动选择操作流程，使用起来较为简单，有可能达到与家用电器操作一样简单，使用者不需要专门学习就能操作。

　　五、 总结 语

　　科学技术是第一生产力，随着信息技术的发展，计算机给人们的生活带来了诸多便利，故大力发展计算机技术是必要的。目前，一些新型的计算机技术已经开始应用到一些领域，未来计算机技术的发展必会超出人们的预想。

　　参考文献

　　1、赵玉帅，有关计算机技术的讨论及未来的发展方向[J]，信息与电脑，2010年第3期

　　2、杨晔，未来计算机的发展趋势展望[J]，黑龙江科技信息，2007年第7期

　　3、冯航航，计算机技术的发展[J]，今日科苑，2011年第4期

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中科大在光量子芯片领域取得重要进展！具有实用化应用前景

中国科大郭光灿院士团队在 光量子芯片研究 中取得重要进展。该团队任希锋研究组与中山大学董建文、浙江大学戴道锌等研究组合作，基于光子能谷霍尔效应，在能谷相关拓扑绝缘体芯片结构中实现了 量子干涉 。

相关成果以“编辑推荐文章 (Editors' Suggestion)”的形式6月11日发表在国际知名学术期刊《物理评论快报》上。

拓扑光子学 由于具有 鲁棒性 的能量输运性质，在 光子芯片 研究方向具有实用化的应用前景。

产生拓扑相变的关键在于通过破坏系统的时间反演对称性或空间反演对称性，以在能级简并点产生能隙，从而形成受拓扑保护的边界态。

对于空间反演对称性被破坏的系统，在拓扑数不同的区域组成的边界处，能支持能谷相关的方向性传播的边界态模式，即 光子能谷霍尔效应 。

具有不同亚晶格能量的周期排布的六角光子晶体结构可实现这样的能谷光子拓扑绝缘体，从而可用于构建更加紧凑的急剧弯折的光学线路，提高光子芯片的器件集成度和鲁棒性。

近年来 拓扑结构中鲁棒性的量子态传输 成为热门的研究方向，而 量子干涉 作为光量子信息过程的核心，尚未在拓扑保护光子晶体芯片中实现。

任希锋研究组与中山大学董建文课题组合作在硅光子晶体体系中设计并制备出了“鱼叉”形的拓扑分束器结构。

他们发现 六角晶格结构 的光子晶体中的电场相位涡旋方向依赖于不同拓扑陈数的晶格结构以及其所处的能带位置，可以构造出两种不同结构的拓扑边界。

基于能谷相关方向性传输的机理，设计并加工了拐角可达到120度的“鱼叉”形拓扑分束器，并在此结构上演示了高可见度的双光子干涉过程， 干涉可见度达到95.6% 。进一步通过级联两个拓扑分束器结构演示了 片上路径编码量子纠缠态 的产生。

该成果为拓扑光子学特别是能谷光子拓扑绝缘体结构应用于更加深入的量子信息处理过程提供了一个新的思路，审稿人一致认为这是一个有趣且重要的研究工作，并给出高度评价：“This is an interesting and important work (这是一个有趣而且重要的工作)”

“I find the results interesting, in particular, the implementation of the HOM effect in this device, which may have implications in high fidelity on-chip quantum information processing (这个结果非常有趣，特别的，器件中实现的HOM干涉过程可能对高保真片上量子信息处理起到重要作用)”。

中科院量子信息重点实验室任希锋教授、中山大学董建文教授为论文共同通讯作者，中科院量子信息重点实验室博士生陈阳和中山大学博士后何辛涛为论文共同第一作者，浙江大学戴道锌研究组参与工作。

该工作得到了 科技 部、国家基金委、中国科学院、安徽省以及中国科学技术大学的资助。

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超导量子比特实验的开端：2021年度墨子量子奖解读

作者 | 施郁（复旦大学物理学系）

2021年度“墨子量子奖”授予“开创了超导量子电路和量子比特中一系列早期关键技术”的三位科学家：加州大学伯克利分校的约翰·克拉克 （John Clarke） 、耶鲁大学的米歇尔·德沃雷 （Michel H. Devoret） ，以及日本理化学研究所的中村泰信 （Yasunobu Nakamura） 。

John Clarke

Michel H. Devoret

Yasunobu Nakamura

简单地说，他们的工作是超导量子比特实验的开端。本文介绍这个领域的科学背景和发展历程，从中看到这三位科学家的贡献。

超导和超流

超导和超流经常被称作“宏观量子现象”。但是通常情况下，它们只是微观量子行为的宏观表现，并不是宏观变量的量子化。

超导悬浮

液氦超流

按照统计性质，量子粒子分为两种。一种叫做玻色子，可以处于相同状态。另一种叫做费米子，任何两个费米子都不能处于相同状态。在量子力学中，同种粒子，比如两个电子或者两个光子，是绝对完全一样的，叫做全同粒子。由2个质子和1个中子组成的原子核叫做氦3原子核，它与2个电子组成电中性的氦3原子，是费米子。由2个质子和2个中子组成的原子核叫做氦4原子核，它与2个电子组成电中性的氦4原子，是玻色子。

因此在系统总能量最低时，简单来说 （忽略相互作用） ，大量的全同玻色子都处在相同的最低能量状态，叫做玻色-爱因斯坦凝聚。超流就是玻色-爱因斯坦凝聚的后果。最常见的超流是氦4超流。

玻色-爱因斯坦凝聚

而费米子可以由某种机制导致两两配对，形成“库珀对”，近似于玻色子。库珀对的近似玻色-爱因斯坦凝聚也导致超流。最常见的费米子超流是固体中的电子超流，一般称作超导电性 （因为电子带电） ，简称超导。也存在电中性的费米子超流，如氦3的超流。

库珀对卡通示意图

基于库珀对凝聚的超导理论于1956年由巴丁 （John Bardeen） ，库珀 （Leon Cooper） 和施里弗（John Robert Schrieffer）提出，库珀对的总自旋 （内禀角动量） 为0。而氦3超流的库珀对总自旋为1。对氦3超流的理论做出贡献的莱格特 （Anthony J. Leggett） 因此获得2003年诺贝尔物理学奖。安德森 （Philip Anderson） 等人对此也有重要贡献。

玻色-爱因斯坦凝聚、超流或者超导都可以由一个序参量描写，有时被称为宏观波函数，它是一个复数函数。粒子之间作用力比较弱时，可以用平均场理论来描述，假设所有全同粒子的波函数一样，它们相乘在一起，就构成系统的整体波函数。每个全同粒子的单体波函数就是序参量 （通常再乘以粒子数的平方根） 。对于相互作用较强的情况，序参量是规范对称自发破缺所导致的场算符的期望值，或者是单玻色子或者双费米子约化密度矩阵的最大本征值的本征函数 （这个说法对应于Penrose-Onsager和杨振宁的非对角长程序） 。

不管理论上以何种方式得到，这个序参量 （或称宏观波函数） 的一个重要特征是相位。相位随着位置的变化驱动了超流。约瑟夫森效应体现了这个相位的物理真实性。对于由绝缘体薄层隔开的两个超导体，两个超导体的宏观波函数的相位差直接导致穿过绝缘体的超导电流，电流强度正比于相位差的正弦函数，这就是约瑟夫森效应。它是剑桥大学研究生约瑟夫森 （Brian Josephson）在 学习Philip Anderson的超导课程时，用多体微观理论得到的结论。宏观波函数的相位差是一个宏观变量，但是由于粒子数涨落很大，相位成为一个经典变量。

约瑟夫森结

约瑟夫森结的 I-V 曲线

粒子数与相位是量子共轭算符

对于小约瑟夫森结，相位也有涨落，粒子数与相位都成为量子力学算符，而且它们具有共轭关系，类似位置和动量之间的关系，也就是互不对易 （改变作用顺序，结果不同） 。这也使得它们之间也服从海森堡的不确定关系。

1980年，Leggett指出 [1] ，通常所谓的“宏观量子系统”，即超导和超流，以及磁通量子化和约瑟夫森效应这些后果，并没有表明量子力学原理适用于宏观系统，因为其中并没有宏观上的不同状态之间的量子叠加 （如假想的薛定谔猫） ，但是由于在超导或超流状态下，耗散低，超导器件特别是SQUID （超导量子干涉仪，即具有两个约瑟夫森结的超导环） ，通过特别的设计，适合于寻找不同宏观状态之间的量子叠加或量子隧穿。这引领了几十年约瑟夫森结的量子效应的研究，包括超导量子比特的兴起。

作者与Leggett教授（摄于2003年10月诺贝尔奖宣布后伊利诺伊大学立即为Leggett举行的庆祝会）

约瑟夫森结量子行为的首次实验观察

1985年，加州大学伯克利分校John Clark教授带领两位学生John Martinis和Michel Devoret，首先观察到偏电流约瑟夫森结的量子行为 [2] 。偏电流是指外电流。具体来说，他们观察到量子化的能级，表明了约瑟夫森结的相位差确实是一个量子力学算符，实验结果与理论一致。

描述这个系统的方程类似于一个质点的一维运动，约瑟夫森结相位差对应于质点位置。对应后，质点所受的势能作为位置的函数，是倾斜的余弦函数。在约瑟夫森结中，这个倾斜由偏电流引起。约瑟夫森结的零电压态对应于质点的势能低点 （叫做势阱） 。量子力学预言，在势阱中，质点处于所谓束缚态 （指束缚在势阱中） ，而且所能具有的能量是分立的，叫做能级——也就是说，只有某些特定的数值才被允许，这叫能量量子化。原子中的电子就具有这个性质。具有如此能级结构的人工器件有时被称作人造原子，可以用约瑟夫森结实现，也可以用半导体量子点实现。

Clarke和两位学生将约瑟夫森结用微波辐照，发现当微波频率 （乘以普朗克常数） 等于分立能级之差时 （几个GHz） ，“质点”逃逸率 （逃逸出势阱的概率） 大大增加，也就是说，约瑟夫森结两端的电压以及导致的电流大大增强。这是一种共振，类似于，如果电磁波的频率 （乘以普朗克常数） 与原子中的电子能级差相等，低能级的电子就会吸收光子，跃迁到高能级。他们观测到，随着温度升高，逃逸率从量子共振激发过渡到经典热激发。

就这样，约瑟夫森结的量子行为首次得到证明，而且表明可以通过电路对它进行控制，并能将多个约瑟夫森结连结起来。短短两年后，Clark因此获得了低温物理的菲列兹·伦敦奖 （Fritz London Memorial Prize） 。

他们的约瑟夫森结材料是Nb-NbOx-PbIn，中间的氧化铌是绝缘体，两边的铌和铅铟合金是超导体。后来人们改用Al-Al2O3-Al, 即铝-氧化铝-铝，它的耗散更低[3]。

小约瑟夫森结

约瑟夫森结的能量来自两个互相竞争的部分。一是库珀对带来的充电能，等于充电能常数 （一对库珀对的充电能） 乘以库珀对数目 （减去一个所谓的门电荷数） 的平方。另一个是约瑟夫森隧道耦合能，是库珀对隧穿导致的负能量 （当库珀对波函数是隧道两边的叠加态时，能量降低） ，等于负的约瑟夫森能量常数 （临界电流乘以磁通量子，除以2π） 乘以相位差的余弦。

1990年代，很多研究组研究小约瑟夫森结 [4] 。代尔夫特工业大学的J. E. Mooij组研究了约瑟夫森结阵列 [5] ，哈佛大学的Tinkham组观察到超导单电子晶体管的电流-电压关系中的2e周期性 [6] ，当时在法国Saclay原子能委员会的Devoret组也证实了这个结果 [7] ，J. E. Mooij组证明了相位与电荷（ 库珀对数目乘以电子电荷） 之间的海森堡关系 [8] 。

量子计算的兴起

固态“人造原子”有其优点，它可以借由电路实现仔细的调控，因为相对于真正的原子，更容易调控各种参数，而且也容易和传统的技术整合，便于扩展到很多量子比特。

任何用来实现量子计算的物理系统，首先要解决的问题是量子比特的物理实现，包括单个量子比特以及不同量子比特的耦合。下文主要回顾单个超导量子比特的实现。

超导量子比特

超导量子比特有很多种。当充电能比约瑟夫森能大很多时，相位涨落大，库珀对数目接近明确，所实现的量子比特叫做电荷量子比特，又叫库珀对盒子。当约瑟夫森能比充电能大很多时，粒子数涨落大，相位明确，所实现的量子比特叫做相位量子比特，也可实现磁通量子比特。另外还有quantronium, transmon, flxonium，等等。

电荷量子比特

相位量子比特

1998年，Devoret组证明了电荷量子比特叠加态的存在性 [9] 。

1999年，当时在日本NEC实验室的中村泰信及其合作者Pashkin和Tsai实现了电荷量子比特的叠加态 [10] 。他们用电压脉冲，实现了相差一对库珀对的两个粒子数本征态的量子叠加。虽然相干时间 （维持叠加态的时间） 只有2纳秒，但是脉冲时间只有100皮秒。后来，他们又实现了在微波作用下，这两个电荷本征态之间的拉比振荡 [11] 。

2000年，纽约州立大学石溪分校的Lukens组 [12] 和代尔夫特的Mooij组 [13] 分别在特别设计的、包含3个约瑟夫森结的超导环中，实现了不同电流方向（顺时针和逆时针）的量子叠加态。这也叫磁通量子比特，因为两个方向的电流对应不同的、穿过环路的磁通量。但是量子叠加的证据是间接的，来自光谱 [14] 。

2002年，在Saclay和耶鲁大学的Devoret组用围绕一个库珀对盒子巧妙设计的超导电路，以哈密顿量的两个本征态作为量子比特，实现了任意幺正演化 （包括拉比振荡） 以及投影测量 [15] 。他们自己称这个量子比特为quantronium。这是电荷-磁通混合量子比特 [14] ，自由演化时，对电荷和磁通噪声都不敏感，等效于电荷量子比特，而读出时又改变控制参数，对磁通敏感，等效于磁通量子比特。

与之同时，堪萨斯大学的韩思远组发表了偏电流约瑟夫森结的两个本征态之间的拉比振荡[16]。当时在科罗拉多的NIST的Martinis组也观察到同样的现象。偏电流约瑟夫森结也就是1985年Clarke、Martinis和Devoret最初研究的系统，它的两个本征态对磁通噪声敏感度低于磁通量子比特 [14] 。它们被称为相位量子比特 [18,19] ，因为约瑟夫森能比充电能大很多。

2003年，Mooij组实现了磁通量子比特的拉比振荡和读出 [20] 。当时中村泰信在该组访问，是该工作的合作者。

后来这个领域又取得了长足的进展，包括双量子比特和多量子比特的耦合，直到最近用几十个量子比特实现量子优越性 [21,22] 。这里不再赘述。

置于微波腔中的超导量子电路还导致所谓电路量子电动力学，电磁波显示出量子行为。比起基于腔量子电动力学 （原子与光子耦合） 的量子门和读出，基于电路量子电动力学的量子门和读出快1000倍，但是退相干也快1000倍，不过电路量子电动力学能获得大量数据[3]。

Leggett一直在推动用SQUID检验是否存在宏观不同的状态的量子叠加 [23] 。最近的一个磁通量子比特实验说明，至少对于10纳秒、170纳安培的电流，存在两个方向电流状态的量子叠加 [24] 。

小结

通过我们的回顾综述，可以看到，J. Clarke和他的学生is和M.H. Devoret最早通过偏电流约瑟夫森结，首次观察到约瑟夫森结的量子行为。后来Devoret又做了一系列工作，包括1998年证明了电荷量子比特叠加态的存在性， 2002年实现电荷-磁通混合量子比特的拉比共振和其他演化及投影测量。中村泰信1999年和2001年分别首先实现超导量子比特的量子叠加和拉比振荡，是在电荷量子比特中。他2003年还参与Mooij组实现了磁通量子比特的拉比振荡和读出。

本文经授权转载自《墨子沙龙》公众号。

参考文献：（滑动浏览更多)

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