量子通信技术论文范文第1篇
115年前，马可尼发出第一个越洋无线电信号的那一天，什么都没有改变。没有人能预计到接下来100年间通信会把这个世界变成什么样子——但每一个在场的人都知道，世界一定会因此而改变。
今天，我们站在了和他们一样的位置上：2016年8月16日，世界上第一颗量子通信卫星“墨子号”从酒泉升空了。
墨子可能是第一个发现光沿直线传播的中国人，而“墨子号”则可能改变我们世界中信息传播的方式。它将第一次在太空中实现最先进也最安全的信息传送手段——量子通信；这不但是未来覆盖全球的量子通信网络的先驱，甚至还有助于进一步验证量子理论自身的完备性。
量子隐形传态：真正意义上的量子通信
发展量子通信技术的终极目标，是构建广域乃至全球范围内绝对安全的量子通信网络体系。而想建设覆盖全球的量子通信网络，必须依赖多颗量子通信卫星。“墨子号”量子科学实验卫星，就是未来一系列量子通信卫星的探路者。
“墨子号”的重要科学目标之一，就是在卫星和地面之间进行高速量子密钥分发，并在此基础上进行广域量子密钥网络实验，以期在空间量子通信实用化方面取得重大突破。它将在卫星与地面之间展开量子密钥分发实验，甚至将在北京和维也纳之间尝试超远距离的洲际量子密钥分发。它还将尝试与地面光纤量子通信网络链接，为未来覆盖全球的天地一体化量子通信网络建立技术基础。
尽管“量子密钥分配”能为经典比特的传输建立牢不可破的保密通信，但严格来说，它传递的并不是真正的量子比特。在量子通信中还有另一个被称为“量子隐形传态”的方向，能利用量子纠缠来直接传输量子比特——那才是真正意义上的量子通信方式。
量子力学中最神秘的就是叠加态，而“量子纠缠”正是多粒子的一种叠加态。以双粒子为例，一个粒子A可以处于某个物理量的叠加态，能够用一个量子比特来表示，同时另一个粒子B也可以处于叠加态。当两个粒子发生纠缠，就会形成一个双粒子的叠加态，也就是纠缠态。例如，有一种纠缠态就是，无论两个粒子相隔多远，只要没有外界干扰，当A粒子处于0态时，B粒子一定处于1态；反之，当A粒子处于1态时，B粒子一定处于0态。
这种跨越空间瞬间影响双方的量子纠缠，曾经被爱因斯坦称为“鬼魅的超距作用”（spooky action at a distance），并以此来质疑量子力学的完备性，因为这个超距作用违反了他提出的“定域性”原理，即任何空间上相互影响的速度都不能超过光速。这就是著名的“EPR佯谬”。
后来物理学家玻姆在爱因斯坦的定域性原理基础上，提出了“隐变量理论”来解释这种超距相互作用。不久物理学家贝尔提出了一个不等式，可以来判定量子力学和隐变量理论谁正确。如果实验结果符合贝尔不等式，则隐变量理论胜出。如果实验结果违反了贝尔不等式，则量子力学胜出。
贝尔不等式的意义
随后的一次又一次实验，结果都违反了贝尔不等式，证实了量子力学才是对的，爱因斯坦的定域性原理必须被舍弃。2015年，荷兰物理学家做的最新无漏洞贝尔不等式测量实验，基本宣告了定域性原理的死刑。
因为这神奇的量子纠缠是非局域的，两个纠缠的粒子无论相距多远，测量其中一个粒子的状态，必然能同时获得另一个粒子的状态，而这个“信息”的获取又不受光速限制，物理学家自然想到，能否利用这种跨越空间的纠缠态进行信息传输？于是，基于量子纠缠态的量子通信应运而生，这种试图通过跨越空间的量子纠缠来实现对量子比特的传输的通信方式，被称为“量子隐形传态”。
利用量子隐形传态的过程，可以通过量子纠缠，把一个量子比特无损地从一个地点传送到另一个地点。这也是量子通信目前最主要的方式。需要指出的是，由于其中有通过经典通信方式传递的步骤，因此也就限制了整个量子隐形传态的速度，导致量子隐形传态的信息传输速度实际上无法超过光速。
量子计算需要直接处理量子比特，“量子隐形传态”这种直接传递量子比特的传输，将成为未来量子计算之间的量子通信方式。量子隐形传态和量子计算机终端，未来可以构成纯粹的量子信息传输和处理系统，也就是真正意义上的量子互联网。这将是未来量子信息时代最显著的标志。
在量子纠缠和量子隐形传态领域，“墨子号”量子科学实验卫星同样肩负着重要的科学目标，那就是在空间尺度上通过实验来检验量子力学本身的完备性。这个科学目标，在身为量子物理学首席科学家的潘建伟院士看来，或许比建立天地一体化的量子保密通信网络来得更显诱人。
目前已经有很多实验证明了量子力学的纠缠态，但在长距离大范围条件下进行上千千米量级的量子纠缠态观测，还从来没有人实现过。“墨子号”量子科学实验卫星上携带着量子纠缠光源，可以从太空同时向两个地面站分发纠缠光子。完成量子纠缠分发之后，再对地面站的两个纠缠光子同时进行独立的贝尔态测量，便可以在超过上千千米的距离上对贝尔不等式是否成立进行检验。
不仅如此，科学家还将利用“墨子号”卫星，通过量子隐形传态的方式，将微观量子态直接从地面传送到太空中去。尽管传送的只是量子态而非粒子本身，并且这种量子通信方式也不可能超越光速，但至少从某种意义上，地星量子隐形传态实验将实现科幻小说里经常出现的一种进入太空的方式——直接传送上去。
“墨子号”：将科学转变为技术
对于这些针对量子力学有效性的科学实验，美国麻省理工学院物理学教授Vladan Vuletic是这样评价的：“量子力学走到今天，已经在很多不同的环境和体系下被检验过多次，几乎不会有人真的以为，在延伸到太空甚至更远的距离上，量子力学本身就会不再有效。不过，这一点如果能够经过实验验证的话，当然更好。”
“从个人而言，我并不指望卫星实验能够教给我们任何我们尚不了解的量子力学和有关量子奇特性质的知识。然而，量子科学实验卫星项目却有着非常重大的意义，它将会把科学转变为技术：如果实验成功，它将有可能建立比经典物理学更强有力的地面系统与空间系统链接。然后，这种链接可以在实际上用于安全的信息交流。因此，爱因斯坦对量子物理学的反对就会转变成一种交流工具，这将是一个非常激动人心的进展。”
“墨子号”量子科学实验卫星只是一个开始。从长远来看，“要实現全球化量子通信，还需要长期的努力，特别是需要多颗卫星的组网”，量子科学实验卫星科学应用系统总师兼卫星系统副总师、中国科大微尺度物质科学国家实验室研究员彭承志表示。
这条征途没有尽头。好在这一回，中国站在了最前面。
量子通信技术论文范文第2篇
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。
关键词：量子化学 材料 能源 生物大分子
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Guassian 98 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UB3L YP/ 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C32 H14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]Ago H ,Nagata K, Yoshizaw A K, et al. Bull.Chem. Soc. Jpn.,1997,70:1717
[9]Ago H ,Kato M,Yahara A K. et al. Journal of the Electrochemical Society, 1999, 146(4):1262
[10]Satoru K,Mikio W,Shinighi K. Electrochimica Acta 1998,43(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.
量子通信技术论文范文第3篇
摘要：本文论述了新量子力学与主流核物理在一些基本问题上的一一对应关系，论述了核的结合能的表述及几种核衰变.论述了新量子力学关于用夸克势描述核力，给出了夸克的質量公式与多重态，给出了强相互作用动力学的总体概述.论述了新量子力学与量子电动力学的一致性.论述了新量子力学与规范场的一致性，论述了有关霍尔效应，、量子霍尔效应、反常量子霍尔效应问题，论述了波的起源以及自引力、万有引力（量子引力）、电磁力的关系等问题。论证了新量子力学与狄拉克空穴理论的吻合。
关键词：纺锤形与陀螺形;核的结合能;中微子;夸克;色动力学;狄拉克空穴理论
本文是新量子力学概要补充之7，文中主要论述了新量子力学与主流核物理在一些基本问题上的一一对应关系，同时给出了笔者的新见解，新思路，新计算方法。通过新量子力学与主流量子力学的一一对应关系及拓展和创新，从中可以看出新量子力学是对主流量子力学的继承和发展，是一种必然的趋势。
1 新量子力学与主流核物理在一些基本问题上的一一对应关系
1.1 核内质子与核外电子是如何联系的
（1）应该说，一般情况下，就是电磁相互作用。媒介是光子。核内质子与中子也是这种相互作用。
但当这种电磁相互作用，使核外对核内的能量占优时，即外系统相比本系统占优时，核内质子的轨道就呈纺锤形，并在自引力的作用下，形成核聚变，如氢聚变，即冷核聚变。从而产生强核力，媒介是胶子，联系的基本粒子是夸克。这是一种从电磁力转为强核力的转换。同样，α衰变是其逆过程，即当核内能量充盈时的一种裂变，实际也是聚变到顶，增加新壳层条件不具备时的裂变。
（2）核内质子和核外电子之间的电磁场和引力场，就是由，无数条细纱线一样叠加在一起的分导现象联系着（可参看台风的结构和形状）。
1.2 核高速旋转中的回弯现象
应该说，这就是能量不守恒，即连带性能量保留急速增长，因而，核半径膨胀变长，角速度变慢，从而造成的回弯现象。即质心-轴心发生分离，即纺锤变陀螺，腰变粗了，即将发生-β衰变或裂变的核振荡。
1.3 玻色子态
玻色子态，即Χ形相轨道能级层图上，±180?，包括±90?本身，都可看成玻色子态。这里强调的是，±180?的玻色子态，可以实现粒子数反转，反转本身就是能级跃迁，只是没有发射能量，但已经发生了形变，即振动，而没有转动。具体情况是，一瞬间，当其处在±180?时，应该按湮灭情况计算。但当另一瞬间，当其处在±90?时，又应按跃迁计算。因此，湮灭+跃迁存在=总能量不变。
1.4 π介子和Χ形相轨道能级层图的关系
原子内的质子和电子，包括核内的核子之间，都会时刻发生能量互导，而能量互导的任意时刻，都会在Χ形相轨道能级层图上留下印迹。而π介子就是这Χ形相轨道能级层图的某一时刻或某一位置的能量显示，即能量包。显然，π就是90?角的π介子，0π就是180?角的π介子。这也是强-电统一的证据之一。
1.5 再论关于弱作用中的宇称不守恒和CP破坏
宇称不守恒τ^+θ^+，是Χ形相轨道能级层图中的三个能级差，即三个相位角和二个能级差，即二个相位角的现象。且宇称不守恒，正对应笔者论证的分数能级上推现象，即当分数能级上推到整数能级时（即元素周期表上周期和族的上推情况），即宇称守恒。当分数能级达不到整数能级时，宇称不守恒。这也正是分数能级和强子结构的对应关系和相互投影。而3π表明，强子结构1/3ev+1/3ev+1/3ev的投影与其角动量守恒一致，有统一的质心-轴心。而2π表明，强子结构1/3+1/3的投影与其轨道角动量守恒不一致，没有统一的质心-轴心，故宇称不守恒。另外k介子的CP被微弱的破坏，但又保持宇称守恒，正是强子结构中，外系统能量大于本系统一点点的征候，也是引起-β衰变的原因，实际上正是宇宙膨胀效应。
1.6 核的结合能的表述
核的结合能的内在表现，就是笔者论述的质子与电子能量互导后，电子能量增强，而核力减弱的势能束缚力（轨道变小）。
而其外在表现，即核能打开时的表现（电子就不具有这一形态，故没有夸克态，没有介子态。），应该就是汤川秀树先生的π介子理论。应该是核结构彼时的具象形态，正如τ^3θ^2介子的形态。正如能量在Χ形相轨道能级层图上的相位角上的分布形态。实际产生的根源，就是核内空虚的势能束缚力，是能量互导的具象结果。这可以说是强-电统一的关键证据之一。也是核力是短程力的证据之一。
1.7 几种核衰变
1.7.1α衰变
即当元素质量相当大时，这时原子的电离能极强，X轴能量大于Y轴，Y轴自引力极强。但手征态磁场及磁极转换的条件不成熟，或不可能增加壳层，于是当有中子介入时，且质心-轴心分离时，发生的近乎裂变的一种核震荡，只能放出α核，以求平稳。就如台风形状一样，即坐标变形，将X-Y轴最高能级的两质子-中子簇发射出去。这正好符合回弯现象，也符合2?的壳层结构的结构特点，底数2，刚好是氦核的幻数能级。
1.7.2β衰變
就是本系统（核）和外系统（电子）之间不平衡了，外系统电势高，而本系统电势低，为了维持本系统的稳定，于是产生β衰变。衰变中，核内要跃迁，质子或中子要跃迁，于是放出电子。具体情况是，
+β衰变，质子向低能级跃迁，同时释放一部分核的结合能。释放+电子和中微子。或俘获-电子（电子俘获）。
-β衰变，中子向高能级跃迁，同时增加一部分核的结合能。释放-电子和反电中微子。
1.7.3γ衰变
应该说就是α或β衰变时的γ跃迁，笔者认为有一种计算方法，即分支比计算，具体如下，
（1）1/2∫幻级×电离能?-?F1×1.3875-1/2∫幻级×电离能?-?F2×1.3875≥0
（2）1/2∫幻级×电离能?-?F1×1.11-1/2∫幻级×电离能?-?F2×1.11≥0
即用1式减2式，得出的就是γ光子的能量，即分支比。
1.7.4K俘获与L跃迁与俄歇发射与X射线
K俘获就是准聚变，同时，也是核内最高能级的核子“寻的”最低能级电子的一次能量传导和跃迁。是能量传导三部曲作用原理的有力证明，也是选边站队的有力证明。
L跃迁，就是选边站队的有力证明，同时，也证明1/2能级的上半区为上一能级，1/2下半区为下一能级的划分也是正确的。以及对能带理论有了更深层次的解释。
俄歇电子发射应该就是库仑力的作用所使然。
而X射线就是当俄歇电子不易电离情况下的能量发射。
1.7.5中微子与-β衰变
量子力学主流理论认为，在中微子发射与-β衰变中，母核质量总是大于子核质量.那么，这大于的能量是从何而来的呢？笔者认为，这正是笔者预言和论证的连带性能量保留，即能量不守恒的存在。也就是中微子的能量的存在，中微子就是能量不守恒的存在的产物。即中微子=∫n?????≈0.000001（宇宙膨胀系数，即中微子质量。），即当母核为10Mev时，则有，∫n?????≈10ev。
1.7.6新量子力学关于中微子二分法
任何相互作用都分为本系统和外系统，核子与电子亦如此，核电为+，电子为-。下面我们分析一下中微子二分法。
（1）反电中微子在Χ形相轨道能级层图上，当电子发射完光子后，其电子本身应处在-90?的位置上，随后，在角动量守恒的作用下，其又发射了一颗中微子（我们称为连带性能量保留，即能量不守恒。），此中微子处在+90?的位置上，故称为反电中微子。
（2）中微子在Χ形相轨道能级层图上，即当电子受激发射时，电子没有向低能级跃迁，即本系统正电场处于主导方，在+90?的位置上，其发射的中微子处在-90?的位置上，因此，是中微子。
因此，反电中微子和中微子是不可倒置的，即坐标是不可倒置的。
由于，Χ形相轨道能级层图是逆时针旋转，故正反中微子都是左旋中微子。
又由于，β衰变都是分数能级的同心圆轨道，故正反中微子的左旋特征就更整齐一致了。
1.8 同位旋与Χ形相轨道能级层图的对应关系及其他
（1）根据Χ形相轨道能级层图，质子应在坐标的右上角+90?的位置，而电子在左下角-90?的位置，二者呈对称，即90?对称，即1/2态对称。而中子再根据泡利不相容原理，随电子的位相在-1/2态的位置。这就是，同位旋第三分量的态的关系，从中我们不难看出，同位旋与Χ形相轨道能级层图的对应关系。
同理，强作用下宇称守恒，正表示，整数能级+90?，是强作用的诱发因素。而弱作用下的宇称不守恒，正是表示，分数能级-90?，是弱相互作用的诱发因素。
（2）关于原子坐标与Χ形相轨道能级层图的关系。首先，根据Χ形相轨道能级层图，转2圈为一个完整自旋的界定;同时，根据2?和2n^2的互补性得来的周期性壳层结构，一般地，费米子自旋n1/2，n=1，2，3...，因而，原子坐标应为12×1/2态，即12×8=96?，除去压线的双电子，应为90?。这与原子序数符合的很好。
1.9 允许跃迁和禁戒跃迁
（1）跃迁都是一级一级向上跃迁，如果多能级跃迁则是被禁戒的。
（2）跃迁又分为F和G-T型的。即整数能级F和分数能级G-T。应该说，整数能级较为稳定，分数能级一般经多极衰变后，最终稳定在整数能级，即幻数核附近。
（3）关于分析和解构允许跃迁和禁戒跃迁时，可用Χ形相轨道能级层图一目了然。ΔI=0（+β），+1（-β），就是+90?的相位角度，是允许跃迁。而π，即90?，就是整数能级（+90?）和分数能级（-90?），即幻数和非幻数，即F和G-T的跃迁。
1.10核子引力远远小于电磁力，是否引力常数0.1923失效？
核子之间的引力（即能-轨力），与电磁力的联系，依然是量子引力常数0.1923。但，由于核内质子与核外电子的能量互导导致的核内势能束缚力，即核的结合能，即库仑力，要大于0.1923，也就是说，核子之间的引力，可以部分抵消一些库仑力，而不可能超越库仑力而作用，这就是，核内电磁力与量子引力的关系。这也是核力是短程力的证据之一。
1.11新量子力学关于夸克
1.11.1夸克的质量公式与多重态
夸克的质量公式，设1-2重态为上下夸克，而10重态为奇夸克。另，上下夸克质量为4-8Mev。而10重态质量为：
4×8重态（m1）×（10-8）^2。即（4-8）Mev×8×2^2=（128-256）Mev。即m1×8（重态）×（n-8）^2.
n=8，9，10，11，12...（重态） m1=4-8Mev
此即新量子力学夸克质量公式。另，Χ形相轨道能级层图90?转2圈为8重态叠加态，即1/2自旋（强子）。
1.11.2色动力学与夸克
色动力源，应该就是核子内部存在的π介子能量包即反射带。即Χ形相轨道能级层图的90?和180?的叠加矢量。即夸克（π介子能量包），由于自引力，其复合核形成各种粒子（重子）的具象过程。
1.11.3新量子力学用夸克势描述核力
核力的夸克模型，同弱作用一样，主要是本系统和外系统之间的能量交换。所谓本系统即这里指核力，外系统指电子电磁力。这二者在能量交换过程中，依照能量互导，核能渐渐转移到电子上去了。在宇宙中，就是本外系统的能量交换，且外系统占优。于是，宇宙就膨胀起来，这证明，笔者的连带性能量保留，即能量不守恒的论断是正确的[1]。具体到核力的相互作用和能量交换，应该说入射核子属于外系统，而靶核属于本系统。二者相互作用，具体体现在强子中的夸克上，就是我们看到的强子上的反射带的作用。这反射带就是π介子能量包，两核子夸克之间的交换，就是-π介子态，即外系统占优。从而，核内负电势占优，从
而，产生吸引力与排斥心力的交换，即自旋与轨道耦合态的交换，即奥运五环或奥迪车标般的排斥心力与吸引力的交换。即π介子云（旋转能量场的介子态），即核位势由纺锤形向陀螺形的转换。而这π介子能量包形成的反射带及其移动，就是色变，就是夸克和胶子的变色，即色动力学所包含的内容。这就是新量子力学对色动力学的继承和拓展。
1.11.4新量子力学关于强相互作用动力学的总体概述
（1）当粒子碰撞和散射时，质心与轴心不重合，外系统能量占优。于是，产生跃迁，于是，产生8重态的旋转，于是产生章动，所谓章动，就是夸克的色变，边旋转边起伏，于是交换胶子。
（2）边传递能量边衰变。即外系统占优时，只有衰变才能化解外系统的优势，这就是宇宙膨胀的起因，即以空间换时间。
（3）在碰撞中，由于坐标Y轴呈纺锤形，于是产生极强的自引力，于是，形成复合核，于是形成新粒子。
（4）外磁场的磁矩与夸克的磁矩是统一的、叠加的。随8重态的旋转而旋转。在夸克处在基态时，自旋磁矩会导致总磁场的变化，同时，磁矩的变化和调整，会引起核子的跃迁，从而导致裂变或聚变。
夸克的分数电荷的变化，就如同跷跷板效应一样，但幺正性是总特征。即角动量守恒是总特征。虽然，有连带性能量保留发生，但那是一个过程。
2 新量子力学与量子电动力学的一致性
（1）今天看来，笔者的同心圆轨道（即分数能级），及Χ形相轨道能级层图，及泡利不相容原理模型的综合，应该说就是狄拉克先生的空穴理论。
（2）零点能应该说，就是电磁场坐标的底。而真空涨落，应该就是精细结构常数1/137的再发展，即黑洞、白洞的无限扩张的底。
（3）关于重正化的一致性，见[15]中的释疑一节。
（4）新量子力学的能量传导一般方式，与费曼先生的费曼图是一致的。
3 新量子力学概要有关章节的补充
3.1 新量子力学概要与规范场理论的规范不变性问题的一一对应关系简述
（1）新量子力学概要的三合一量子轨道方程与拉格朗日量及运动方程的形式是总体一致的。即都是动能-（减）势能。
（2）因，新量子力学概要中的三合一量子轨道方程本身就是相对论性的，故，新量子力学概要的三合一量子轨道方程乘上量子引力常数0.1923，就是量子力学规范场与经典力学的规范不变性。
（3）反之，经典力学除以量子引力常数0.1923，就是经典力学与量子力学规范不变性。
（4）新量子力学概要的三合一量子轨道方程利用电离能做底运算，再乘上质量亏损常数1.3875，就是强、弱、电统一的规范场理论的规范不变性。
3.2 霍尔效应、量子霍尔效应、反常量子霍尔效应
3.2.1霍尔效应
当外系统电流垂直通过半导体（本系统）的外磁场时，会使半导体产生高能级差的跃迁效应。于是，使y轴对x轴产生一种力，即洛伦兹力。于是x轴对y轴产生电势差，即左手定则的倒金字塔转为正金字塔。即产生一附加电场，即磁极转换，于是产生霍尔效应（所谓半导体或绝缘体，即电场坐标y轴对x轴能级差悬殊，电子电离困难。）。所谓正金字塔和倒金字塔轨道正与外耳轨道同义，因为其轨道呈坐标对称的，因此也是三维立体态的，下同。
3.2.2量子霍尔效应
即是笔者在原子坐标或门捷列夫元素周期表坐标上的整数能级和分数能级。整数能级即周期表最左和最右两族，相对应的是原子壳层每层压线的两个电子，此为整数能级。周期表中间的都为分数能级，相对应的是原子壳层中每层其余的电子。因此，叫量子霍尔效应。量子霍尔效应在于利用低温手段和强磁场手段降低电子的能级差，并产生玻色子态，即粒子数反转，从而实现电场从倒金字塔向正金字塔的转变，及磁极转换，及量子隧穿效应（见9.3.2），即产生量子霍尔效应。由于元素周期表和原子壳层分为整数能级和分数能级，所以，使用不同手段得到的不同状态，称为整数量子霍尔效应和分数量子霍尔效应。
3.2.3反常量子霍尔效应
即在没有外磁场条件下产生的量子霍尔效应。量子反常霍尔效应的发生，关键在于诱导、诱发产生量子霍尔效应。当绝缘体处于极低温度时，能级差被降低，及产生玻色子态，这时通过适当的杂质材料添加，从而凑为整数能级，从而使电子跃迁受到惯性诱导，从而产生量子霍尔效应。即反常量子霍尔效应。
3.3 关于波的起源以及自引力、量子引力、电磁力之间相互关系的问题及其他
（1）关于波的起源。当旋转物体角速度封为零的时候，正对应普朗克量子假说，即能量是一份一份发出去的，亦即ε最小能量单位。而反射回来的力使物体受到反作用力，因此，物体轨道呈 ∟形，即矩形。即晶格化。这正是一对谐振子∟，即泡利不相容原理模型，这也即是振荡波的来源，发射→反射、发射→反射...。
（2）电磁场最强的地方是外系统和本系统相互作用力最强的地方，方向向外→。
（3）万有引力（量子引力）场最强的地方，是物体光子幔叠加厚度最厚的地方，即是电磁场内外作用反射回来的力最集中的地方，方向向内←，即是矩形的，振荡波叠加厚度最密集的地方。电磁场与万有引力（量子引力）場之间由量子引力常数0.1923联系着，实际上各自还有有各自的能级坐标系。
（4）自引力场就是晶格化球体，本身包括其球壳外围一点的地方，自引力场与万有引力（量子引力）场亦由量子引力常数0.1923联系着，这也是从管辖范围划分的，实际上各自有各自的能级坐标。
（5）以上电磁力，万有引力（量子引力）和自引力三者之间的关系一目了然即0.1923^2，构成与牛顿万有引力定律，即“与质量的乘积成正比，与距离的平方成反比”的相似版。且都属于能-轨力，另外，强作用力与弱作用力亦属于能-轨力。
（6）推测：Χ形相轨道能级层图的叠加态，正对应分子的晶体结构。
（7）推测：Χ形相轨道能级层图的叠加态正对应化学分子式。
（8）推测：元素周期表坐标是晶体结构的量化参数。
（9）推测：分数能级和整数能级，对应不同的化学键的键长。
（10）推测：（以二锑化钨为例）二锑与钨，呈拼图插片似的同时合在一起，似一个个平面，且呈递进式的化学键化合，嚓、嚓、嚓...一层一层叠加在一起，这样，反射回来的晶体，亦是二维平面，一层一层的叠加在一起。
4 新量子力学关于几个极其重要问题的解释
4.1 反粒子、对称轨道及惯性及正反粒子湮灭
根据泡利不相容原理模型[9]，在相互作用中，谐振子正反金字塔轨道[11]只占Χ形相轨道能级层图[16]的右上角和右下角。而在其对面，即左上角和左下角，根据能量反射原理[21]，其位置必是反粒子的位置，这样，反粒子的来源就找到了。这样，反粒子就顺理成章了。于是，在对称的轨道上，惯性也就派生出来了，平衡也就有意义了。
而正反粒子相遇湮灭，正是由于能量相互作用产生膨胀，x轴落后y轴180?，形成手征态磁场，形成磁极转换，因而湮灭成光子，并释放能量，即相当于一次地震。
4.2 μ子的反常磁矩探源
4.2.1Χ形相轨道能级层图与狄拉克空穴理论的吻合
在高能粒子对撞后，其旋转拓扑且可化合的能量场产生，包括自引力场旋涡。此为叠加的，可分解为n=1.2.3...的，Χ形相轨道能级层图的多重态[17]。此中的相位角即夸克，即能量包。另外，可以看到，每个质子内的四个相位角不能全满，最多有3个相位角，这也为粒子从高能级向低能级跃迁留有余地[19]。应该说，这同狄拉克空穴理论相吻合。这里的下夸克的能量-1/3ev，应该就是质子与电子能量在互导中的最低比值，而上夸克+2/3ev，应该是质子与电子能量在互导中的最高比值。此能量包，即根据能量场半径反射力形成球形晶体的原理形成的[21]，同时，亦可形成各种基本粒子。一般情况下，自引力场旋涡中的Χ形相位角90?叠加态，可显为μ子态，电子态。而90?和180?（0π），即τ子态，即3个π介子的叠加。而μ子、e叠加态可衰变为单态，即-μ、-e或+μ、+e，按能级顺序程序释放。μ子的反常磁矩应该就是，自引力场Χ形相位角的分裂和进一步固化造成的。Χ形相位角上的夸克与τ子、μ子和电子的角色变幻就是能量场的反射固化、瞬息万变形成的。另外，反常磁矩还应包括连带性能量保留[1]，即μ子电子发射完光子后的中微子再次发射，即连带性发射，这时μ子或电子的磁矩必有轻微的差异。
4.2.2关于夸克粒子
至于Χ形相轨道能级层图中的夸克能量包，在什么情况下才能以自由的基本粒子单独存在，应该说当能量达到13.6^137ev时，即达到宇宙半径能量矢量[21]后才能实现。
4.3关于外尔半金属
外尔半金属的原理，就是粒子在其圆形轨道上的半径线的构成及形成通路，且在拓扑中形成，其半径线亦和Χ形相轨道能级层图中的90?方向相一致。这亦是[21]中的力的直线传播中的轨道现象。其自旋轨道，就是笔者力的直线传播中的轨道的拓扑，其旋转就是轨道的水平旋转。
4.4与宇宙静压力有关的元素化合问题
4.4.1整数能级不易化合
我们知到，氦氖氩氪氙是幻数能级，且其最外层电子是双数，即一个在x轴，一个在y轴[11][16]，二者之间有共同的轨道，因此，受到的宇宙静压力较小，各向同性，不易膨胀，参考原子半径在周期中的变化，即不论主族副族，越靠近整数能级的原子半径越短。因此，其半径反射力越小，受到的宇宙静压力越小，不易晶格化，不易化合。当然，处于y轴上的元素较活跃，情况优于x轴，可化合，如氫锂等元素。
4.4.2分数能级易化合
因为，分数能级较之整数能级原子半径较长，因此，其半径反射力较大，同时，因其是分数能级，同心圆轨道，呈各向异性向外膨胀，能量易被反射，所以易晶格化，易化合。
4.4.3元素的金属性
元素半径长金属性强（y轴），半径短金属性弱（x轴）。金属性强易电离。另外，核电荷数越少越易电离，这正符合元素周期表坐标的划分，元素序号越小，越是最先布入原子壳层的元素，因此，其也是最早跃迁到电离能级的元素。
5 结语
本文所列的夸克质量公式的计算结果与实际情况符合的很好。
致谢：向所有对本文作出贡献的人致以深深的谢意！
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量子通信技术论文范文第4篇
摘要：中医药信息学要获得创新发展，必须重视学科的理论科学发展。中医药信息学在理论科学领域中主要开展了4个方面的研究：非线性科学对中医药科学发展的影响；大数据理念对中医药信息学发展的影响以及中医药信息与数据所具有的特点；探讨在虚拟世界中重现意象世界的可能性及其所具有的理论意义；中医药信息学的原理与方法学。
关键词：中医药信息学；理论科学；非线性科学；大数据；虚拟世界；意象世界
2014年5月15日，中国科学院白春礼院长在《光明日报》上发表了一篇题名为《创新驱动发展战略靠什么支撑？——从科学、技术、工程的概念说起》的文章。他在文章一开始写到，“‘基础研究有什么用？’这是大家常常讨论的话题。我想，明代徐光启所说的‘无用之用，众用之基’，法拉第所说的‘问基础研究有什么用就好像问一个初生的婴儿有什么用’，都是很好的回答。基础研究的‘用’，首先体现在它对经济社会发展无所不在的作用，在我们现实生活中广泛使用的半导体、计算机、激光技术等，都是基础研究成果的实际应用”。1883年8月15日，美国著名物理学家、美国物理学会第一任会长Henry Augustus Rowland（1848 -1901年）在美国科学促进会（AAAS）年会上做了题为《为纯科学呼吁》的演讲。该演讲的文字后发表在1883年8月24日出版的《科学》（Science）上，被誉为“美国科学的独立宣言”。他在文章中有这样的论述：“我时常被问及这样的问题：纯科学与应用科学究竟哪个对世界更重要。为了应用科学，科学本身必须存在。”由此可见，理论科学的发展对科学的发展具有举足轻重的作用，中医药信息学要获得创新发展，必须重视学科的理论科学发展。在理论科学领域中，中医药信息学主要开展了4个方面的研究，第一是非线性科学对中医药学发展的影响，相对于技术而言，特别是对“中医药科学”发展的影响；第二是大数据理念对中医药信息学发展的影响，以及中医药信息与数据所具有的特点；第三是探讨在虚拟世界中重现意象世界真实的可能性及其所具有的理论意义；第四是本学科的原理与方法学。
1 非线性科学对中医药科学发展的影响
在很长一段时间里，以为阻碍中医药学发展的重要因素之一是技术发展缓慢。为此，我们探讨20世纪还原论引起科学进步所产生的技术、小数据理念下产生的技术、大数据理念下产生的技术，以及所有这些技术对中医药学发展的影响，得出技术发展缓慢是阻碍中医药发展的重要因素之一的结论。
实际上，科学发展缓慢才是导致技术发展缓慢的根本原因。中医药学的传统技术在很长一段时间内没有得到明显发展，确实严重阻碍了中医药学的发展，而其不能与现代科学技术相融合也是阻碍中医药学发展的重要原因。但近百年来，现代科学所产生的那些技术之所以不能被中医药学很好地利用，其根本原因还在于中医药学没有很好地与“现代科学”融合，而不仅仅是“技术”。我们总是在谈论，中医药学基于的科学基础无法很好地利用基于还原论科学所产生的技术，但事实是，即使是在复杂科学基础上产生的技术也未必就能很好地为中医药学所利用。因此，如果只停留在技术层面，不去发展中医药科学，那么无论怎样机械地引入现代技术都很难助力于中医药学传统技术的发展。
那么，现代非线性科学是否可以和中医药学融合呢？答案是肯定的。
100多年前出现的量子力学已经超出了还原论的范畴，其所提出的不确定性原理、测不准原理、叠加态等理念已经产生了与中医个体化诊疗的科学基础融合的条件。70多年前产生的“老三论”更是进一步确定了系统的观点。美籍奥地利生物学家塔朗菲创立的系统论认为，世界上的一切事物、现象和过程几乎都是有机整体且自成系统、互为系统；美国数学家维纳首次提出的控制论，是研究动态系统在变化的环境条件下如何保持平衡状态或稳定状态的科学；美国数学家克劳德·香农创立的信息论认为，系统正是通过获取、传递、加工与处理信息而实现其有目的的运动；有关系统的讨论，“老三论”的理念与中医药学有关天人合一的整体、系统的科学思想相一致。
40多年前产生的“新三论”则进一步探讨了平衡态的问题。1969年，比利时物理学家普利高津提出耗散结构论，认为系统只有在远离平衡的条件下，才有可能向着有秩序、有组织、多功能的方向进化；联邦德国科学家哈肯创立的协同论认为，系统从无序到有序的过程中，不管原先是平衡相变，还是非平衡相变，都是遵守相同的基本规律，即协调规律；法国数学家托姆创立突变论，并提出非线性系统从某一个稳定态（平衡态）到另一个稳定态的转化，是以突变形式发生的。有关平衡态的讨论，“新三论”的理念与中医药学追求人与自然和谐、人体自身平衡的科学思想是一致的。其后，美籍数学家芒德勃罗提出分形理论，用分数维度的视角和数学方法描述和研究客观事物，跳出一维线、二维面、三维立体乃至四维时空的传统藩篱，更加符合客观事物的多样性与复杂性，自相似原则和迭代生成原则是分形理论的重要原则；而自相似原则与迭代生成原则也与中医药学的比象取类的科学思想相吻合。
美国气象学家爱德华·诺顿·洛伦茨提出的混沌理论认为，混沌是决定性动力学系统中出现的一种貌似随机的运动，其本质是系统的长期行为对初始条件的敏感性；这与中医药学自古以来就非常重视人体平衡态的变化对初始条件的依赖性的科学思想相吻合。
最新出现的复杂性科学理论则提出，复杂性科学有3个主要特点：一是研究的对象是复杂系统；二是研究的方法是定性判断与定量计算相结合、微观分析与宏观观察相结合、还原论与整体论相结合、科学推理与哲学思辨相结合；三是研究的深度不限于对客观事物的描述，而着重于揭示客观事物的构成原因、演化历程及其复杂机理，并尽可能准确地预测其未来发展；其所提出的研究对象、研究方法与研究深度均与中医药学的科学思想相吻合。
由此可见，中医药学的科学基础已经可以与现代科学，特别是现代理论科学相融合，而基于现代理论科学所产生的一切应用科学和工程技术都应该可以被中医药学所吸收，但前提条件是，我们首先要吸收现代理论科学的理念，完善中医药科学。
2 大数据理念对中医药信息学的影响
2.1 中医药信息的特点
中医药信息是整体信息、认识信息、现象信息及时间信息。
2.1.1 整体信息相对重视客体内部各部分及其与外部交流，相互间影响后产生的整体变化状态与方式。中医药信息是完全开放环境下的信息，人体与自然、社会交流和联系产生的综合状态。中医药信息的开放性决定了中医药信息的系统性和整体性。
2.1.2 认识信息相对重视主体认识与客体信息融合后包括观察在内的体验信息。从信息的层次上看，中医药信息是认识论层次的信息，而不是本体论信息，其特征是与主体相关，即是主客融合的信息。中医药学获取人体信息时，常用的手段为望、闻、问、切四诊手段，获得的信息是包含观测信息在内的体验信息。没有中医药学的长期实践及其所建立的知识体系，就不会产生中医药的体验信息。
2.1.3 现象信息相对重视客体包含了大量稳定与不稳定关系的包括本质在内的现象变化状态与方式。中医药信息注重信息变化的关联性，主要表现在中医药信息是包含本质在内的现象信息，不稳定关系的获取是中医药信息获取的特征，因而在不精确的前提下，它能够关注到微细的现象变化。
2.1.4 时间信息相对重视体验对象在时间上延续变化的状态与方式。从中医药信息获取的内容上看，获取的是在客体表现出来的综合变化状态，这种变化状态主要是随着时间的推移而产生，对于空间分割产生的信息获取能力相对较弱。
2.2 中医药数据的特点
中医药体验信息数字化后形成的数据具有两个鲜明的特点，即全数据与知识密集型数据。
2.2.1 全数据 是指在观察某一对象时，尽可能全面地收集与该事物相关的信息，包括本质和现象，包括稳定的和不稳定的，并将信息全部数字化。这些数据可能达不到海量的概念，但对某一具体事物来说是全面的，能够从中发现事物相关关系的细节，这是一种从各个维度来描述同一事物的高维数据。全数据是符合大数据特点的一种数据，可以利用处理大数据的方法进行处理。而处理全数据方法与技术的提高，为中医药个体化诊疗数据处理开辟了新途径。全数据对于总结中医药经验、发现中医药规律具有重要的作用和意义。一旦我们回归全数据，而不是采用随机双盲、多中心、大样本的方法处理中医药数据，我们就回归了中医药学的真实。
2.2.2 知识密集型数据 中医药文献数据在中医药数据中占有重要地位，尤其是历代医家在临床诊治中的心得体会是科研学者对实验结果的探索总结，是一种智慧体现。中医药知识密集型数据就是在中医药长期医疗实践活动和科学研究过程中所产生的原始性、基础性数据。其最大的特点是与形成数据的基础信息密切相关，是一种认识论信息，不同于本体论信息。认识论信息是叠加了人类的认识后形成的信息，特别是中医药信息，都是叠加了中医经验性知识后形成的，因此，中医药数据可称之为知识密集型数据。这种数据因为需要叠加经验性知识，其数量很难达到本体论数据的量级，但其每个数据中知识的含量却要远远高于本体论数据。
中医药知识密集型数据的特点是，含有大量古汉语成分，难以与现代数据共同处理；名词术语不规范，一词多义、一义多词、近义词难以界定的现象普遍，数据清洗困难；数据多为定性，缺少量化表达，使得现有计算机程序处理困难；非结构化数据较多，结构化难度较大，给数据分析造成困难；个体化诊疗所造成的高维小样本数据，使得建立基于公理的推理难以实现；数据内容体现人文科学与自然科学的结合，不利于逻辑推理与一般数据分析工具的应用。中医药知识密集型数据的描述和表达是粗糙的，数据语义与内在逻辑没有明确表达或根本就没有逻辑性，在小数据理念下，对中医药数据的利用以及知识的转化造成巨大的障碍。
2.3 大数据特点与中医药信息特点的一致性
大数据的特点之一是混杂性，中医药现象信息的特征之一是相对重视现象信息，即包含了现象与本质、稳定与不稳定、清晰与不清晰、确定与不确定、精确与不精确的所有信息。大数据因其数量大，无法避免地存在着数据混杂，但其可以在混杂的数据中发现事物正确的相关关系，这对于处理中医药现象信息数字化后产生的知识密集型数据有很大启发和帮助。“怎样看待使用所有数据与部分数据的差别，怎样选择放松要求并取代严格的精确性，应该开始从一个比以前更全面的角度来理解事物，将样本等于总体植入脑中；每个问题只有一个答案是不成立的，一旦承认了这个事实，我们离真相又近了一步”。
大数据特点之二是关注“整体”而非“抽样”，中医药信息的特征之一是相对重视事物内部与外部相互影响后产生的整体变化状态与方式，因此是开放性信息，是在完全开放环境下获取的信息。大数据的“大”不是绝对意义上的大，而是指不用随机分析法这样的捷径，取而代之的是采用所有数据的方法。这为中医药处理数据提供了思路。因为一个患者的全部数据、一个中医师的全部数据、一个科室的全部数据、一个医院的全部数据、一个流派的全部数据都是全数据，只要获取全数据就能从中发现我们所要的相关关系和细节。
大数据特点之三是不再热衷于寻找因果关系，转而将注意力放在相关关系的发现和使用上。相关关系通过识别有用的关联物来帮助人们分析一个现象，而不是通过揭示其内部的运作机制。中医药学通过体验获得的认识信息所形成的知识之间的关系多是相关关系而不是有着很强逻辑关系的因果关系。因为缺少公理，中医药数据很难建成具有推理功能的严格的本体。如五脏之间的相生相克关系，它们只是彼此相关并非具有强大的因果联系。因此，以往的以逻辑关系为规则进行的数据计算模型和规则对中医药数据的适用性有一定的限制。大数据是建立在相关关系分析法基础上的预测，相关关系可以帮助我们捕捉现在和预测未来。
3 虚拟世界对意象世界的再现
在中医药信息学看来，意象世界不是物理世界，也不是精神世界，意象世界只能存在于中医药学对客体的体验活动之中。中医药信息学给予“意象”的最一般的规定是“平衡与和谐”，中医药学的脏腑体系、经络体系，以及天地人的三位一体都是在意象世界中构建的，人体的平衡及其与自然、社会的和谐是在意象世界中得以实现的。在意象世界中，实现了“客体”本身的“主体化”，即认识活动双方都具有主体性，这对认识中医知识，特别是认识疗效具有重要的意义。在意象世界中，客体如它本来存在的那个样子呈现出来。要把握中医药信息学的这个思想，关键在于把握中医药学对“真实”、对客体本来存在样子以及认识活动双方主体化的理解，也就是叠加了主观认识的体验信息是真实的。在中医药学看来，在任何状态下人体自身都是能够达到平衡的，与自然界不是分裂而是和谐的，这种平衡与和谐就是中医药学所追求的境界，也是人的本然状态。中医药信息学所讲的人体自身的平衡及其与所处环境的和谐不是物质的也不是精神的，因此其既不是在物理世界中，也不是在精神世界中实现的，也就是说，它不是客观的，也不是主观的。它是体验信息整合后在物质与精神之外的意象世界中实现的。换言之，人体的平衡及其与所处环境的和谐是在中医药学的意象世界中实现的。因而，既无法实际测量，也不是虚无的。中医药的疗效是一种“真实”的人体生命运动在不同时段、不同状态、不同环境下达到的自身平衡及其与周围环境的和谐，这种平衡与和谐对个体生存延续、保持最佳生活质量、合理延长寿命都具有重要意义。如果忽略了这种相对的平衡与和谐对生命的意义，是对中医药疗效的否定，更是对延长个体存在、个体获得最佳生活质量与个体寿命合理延长重要性的忽略。因此，认识并认可在意象世界中对中医药疗效的评价，特别是认识到活动双方都具有主体性，其对疗效进行的评价具有同样重要性，是有着积极意义的，也是人类对生命及健康的需求。
虚拟世界是基于电子计算机技术的发展，在电信网、广播电视网和计算机通信网内由数据“运动（计算）”而呈现的空间，该空间实际上是现实空间和思维空间的数字化显现。目前，虚拟世界是由上述三网组成的，在虚拟世界中唯一存在的就是数据。正是数据的流动构建了虚拟世界，虚拟世界对真实世界的影响正在不断增大。清华大学哲学系和认知科学研究中心教授、清华大学科学技术与社会研究中心研究员、中山大学逻辑与认知研究中心兼职研究员蔡曙山先生指出，“只有到了互联网时代，实时地看到一个被时空隔开的事件才成为可能。这个被时空隔开而可以通过虚拟技术被实时感知的事件就称为虚拟事件。现代计算机和网络技术已经能够保证，在对虚拟事件或事物的认知中，事物的属性可以超越现实的时空、而在虚拟的时空中真实地被感知。凭借虚拟技术，物性可以超越现实的时空，而在虚拟的时空中真实地被感知。计算机三维动画技术使人类第一次真正实现了对现实空间的超越。凭借虚拟技术，物可以借助物性的形式超越现实的时空，而在虚拟时空中存在，并被重新复合”。他进一步指出，“虚拟化改变了认识对象，一方面， ‘虚拟物’作为一类新的认识对象，已经堂而皇之地进入认识的领域；另一方面，虚拟化使被时空隔开的客体更容易进入经验的范围，从而成为认识的对象。在人们掌握虚拟技术以前，要认识在时空上与主体相隔离的客体是不可能的。人们一旦掌握了虚拟技术，原来被时空隔开的对象就可以被改变其存在方式，而存在于虚拟时空之中的对象就能够被我们所认知”。
中医意象世界中呈现出来的真实（主客融合的真实）在很长时间内不被现代社会所接受，因为其很难实现客观验证。虚拟世界中呈现出来的真实很容易就被现代社会所接受，并且越来越多地影响着真实世界。如果能够利用虚拟技术实现跨时空的存在及重组，在虚拟世界中再现中医意象世界中的真实，那么这种真实就容易被现代社会所接受。在虚拟世界中重现中医在意象世界中形成的客体自身平衡及其与周围环境的和谐，必将对以信息为主要研究对象的中医药学发展起到极大地推动作用。但这是非常困难的，我们还需要解决很多问题。中医药的隐性知识显性化研究是虚拟世界和意象世界沟通的通道之一。它主要是将中医意象世界的知识数字化后，进行各种数据挖掘研究以寻找知识中的共性规律，以利于科研和传承。中医药的隐性知识个性化强，仅靠人脑难以全面展示或拓展；同时这种隐性知识是大量非线性的复杂数据，难以寻找共同规律，这就使中医药学找到解决复杂问题的突破口比较困难。因此隐性知识显性化研究不仅需要把人脑思维活动成果数字化体现，更重要的是找到合适的方法和技术进行深度挖掘，克服中医数据本身具有的缺陷，在虚拟世界中解决意象世界的难题，促进中医药学发展。这表明，不仅是存在于另一时空意象世界的事物可以通过虚拟技术被再现和重组，而且即使是存在于古代时空的先贤的经验也可以通过虚拟技术被再现和重组。这对于中医药学的发展具有重要的理论意义、哲学意义和现实意义。
4 中医药信息学原理与方法学
中医药信息学原理与方法学的研究处于起步阶段，还很不成熟。其原理的形成，除基于中医药学理论外，也大量采纳了信息科学的理论。其方法学的构成，主要是吸收了现代计算机科学与技术的研究成果。
4.1 中医药信息学原理
4.1.1 中医药信息形成原理 中医药信息是在中医理论指导下，主体对中医药及其子系统运动过程中内部与外部全部关系自然整合后生成的综合现象的认识，具有明显的主客相融的特征。中医药信息是中医药及其子系统内部与外部全部关系在自然状态下整合后生成的综合现象的状态及该状态改变的方式。中医药信息学的重要任务之一就是对不同载体表现出来的信息进行载体转化与处理，以提高分析和处理中医药信息的能力与效率。
4.1.2 中医药信息获取原理 中医药信息的获取需要经过感知与识别两个过程。而中医药信息是以复合方式表现出来的具有主客统一特征的现象信息，这种信息已不再单纯是客体本身的信息，而是叠加了主体感知的具有综合特点的现象信息，因而其感知的信息更多地是依赖于体验，而不是观察，仍然具有“感”而不“知”的特性。尽管由于中医药信息本身所具有的特点决定了其复杂性，但其感知的现象信息在理论上仍有可能做到不丢失客体自身现象信息的基本信息，从而基本把握各系统现象运动状态及其状态变化的方式，这是正确认识中医药及其子系统现象运动规律的基础。中医药信息学的重要任务之一就是要通过使用中医药信息学方法，尽可能地实现更全面、更准确、更接近实际地感知在自然状态下中医药及其子系统运动过程中所产生的具有稳定和不稳定联系的全部现象信息的基本信息，并使其转化为计算机可识别和分析的形式。
4.1.3 中医药信息识别原理 中医药信息识别是在感知的基础上展开的。基于中国哲学观点，中医学的认识论属于“象科学”范畴，而中医学理论在其长期实践过程中也常常采用比类取象法，因而可以认为，比类取象是其识别复杂现象信息的主要原理。从而我们认为，中医药信息的识别是建立在比类取象理论的基础上，对感知信息进行识别。中医药信息学的重要任务之一就是使用中医药信息学方法建立众多、准确、规范的信息模型，并通过数据分析，提高中医药信息识别的速度和准确度。
4.1.4 中医药信息转化原理 中医药信息转化为经验性知识是一个极其复杂的过程。在所观察的中医药现象信息中发现它们特征（中医药及其子系统现象运动状态和状态变化方式的个性特征集合）的过程，是由个别现象信息到经验性知识聚类（整合）的关键环节。中医药信息学的重要任务之一是使用中医药信息学方法在海量数据中通过数据分析发现集合特征，加速经验性知识形成的实现过程。
4.1.5 中医药信息反馈控制原理从中医药信息学的角度观察中医药系统及其子系统的运动过程可以被看作是具有自动控制功能的系统动态现象信息的运动过程。通过信息的输入控制系统和输出系统的反馈信息，发现与主体目标间的差异，根据差异调节输入信息，从而达到控制系统按预定目标进行运动的目的。中医药信息学的重要任务之一就是运用控制论方法（例如黑箱方法）分析中医药信息的信息流程、反馈机制和控制原理，从而达到认识中医药系统及其子系统在运动过程中所发生的变化，并通过信息流控制物质流和能量流，从而调节系统的运动。
4.1.6 中医药经验性知识激活的原理 中医药经验性知识的激活，就是在系统运动目标引导下，通过对经验（知识）的选择、调节和反馈机制的建立，生成相应的策略。中医药信息学的重要任务之一就是要在海量数据的基础上，利用相应的计算机技术，建立目的导向的机器学习环境，通过关联分析等方法，建立与目的关联的知识选择模型，并同时建立模型自调节与反馈算法，以促进中医药经验性知识激活的实现。
4.1.7 中医药经验性知识传播原理知识传播是知识在空间位移与时间延续上交错进行的一种知识流动与转化状态。由于中医药经验性知识自身的整体性特征，导致其转化亦具有系统整体性的特点，即某种知识转化的实现，必须是系统或子系统知识的完整的空间位移和时间延续，才具有实际效用。正是这种知识转化的复杂性使中医药经验性知识的共享特别困难。通过显性中医药经验性知识在时间上的延续和空间上的转移，以及隐性中医药经验性知识在转化成为显性知识的过程中实现传播。在中医药经验性知识传播中，中医药信息学的重要任务之一是为相关知识的移动提供新的载体及途径，以便该知识能够以前所未有的速度迅速地从一点移动到另一点；并利用信息学的方法和技术，通过数字化进程及数据分析、人工智能方法等，加速显性与隐性知识相互间转化，促进中医药知识传播的实现。
4.2 中医药信息学方法学
中医药信息学的方法学还极不成熟，没有体验信息数字化以及处理知识密集型数据的有效方法，而采用最多的是基于本体的语义网方法。基于本体的语义网方法的提出，为中医药数据间关联关系的处理提供了可能。在大数据处理环境下，不仅是基于本体的逻辑表达方法——基于本体的语言系统，而且是基于大数据处理而提出的复杂（非线性）数据处理需求，使得中医药知识密集型数据的处理方法得到发展。但我们更期待能够处理以整体、混杂、相关关系为特征的大数据方法，其必然对基于体验信息的知识密集型数据提供方法学及技术支持，使得中医药知识密集型数据的处理成为可能。
白春礼在同一篇文章中还指出，“现在知识产权的保护己从基础研究阶段开始，原始性创新是核心关键技术的源泉。基础研究还体现了人类不断追求真理、不懈创新探索的精神，也培育了创新人才，是现代社会文明、进步、发展的重要基石”。Henry Augustus Rowland也进一步指出，“对于今天已经文明化的一个国家来说，科学的应用是必需的。迄今为止，我们的国家在这条路上走得很成功，因为纯科学在世界上的某些国家中存在并得到培养，对自然的科学研究在这些国家中被尊敬为高贵的追求。但这样的国家实在稀少，在我国，希望从事纯科学研究的人必须以更多的道德勇气来面对公众的舆论。他们必须接受被每一位成功的发明家所轻视的可能，在他们肤浅的思想中，这些人以为人类唯一的追求就是财富，那些拥有最多财富的人就是世界上最成功的人。每个人都理解100万美元的意义，但能够理解科学理论进展的人屈指可数，特别是对科学理论中最抽象的部分。我相信这是只有极少数人献身于人类至高的科学事业的原因之一”。他们的观点值得我们深思。
5 小结
本文探讨了中医药信息学在理论科学领域的研究进展，这对中医药信息学获得可持续发展是非常重要的。我们认为，中医药科学发展缓慢的原因主要是理念发展滞后。如果不能更新发展中医药科学的理念，就无法在理论创新上放开手脚，使中医药学理论从哲学思辨成为哲学思辨与科学推理相结合，进而将整体论与还原论相结合，宏观观察与微观分析相结合，定性判断与定量计算相结合，最终使得中医药学理论得到创新发展，进而支持传统技术的创新发展。因此，从这个意义上讲，重视理念创新，是中医药获得快速发展的初始动力。而中医药信息学在理论科学领域的研究主要是为中医药科学发展的理念创新奠定基础。
量子通信技术论文范文第5篇
《材料力学》大纲
Ⅰ.性质
普通高等学校本科插班生招生考试是由专科毕业生参加的选拔性考试。高等学校根据考生的成绩，按已确定的招生计划，德、智、体全面衡量，择优录取。因此，本科插班生考试应有较高的信度、效度、必要的区分度和适当的难度。
Ⅱ.考试内容
总要求：《材料力学》是土木工程专业学生必修的一门专业基础课，是学习结构力学和其它专业课程的基础。要求学生掌握杆件变形的基本形式和研究方法，熟悉材料的力学性能和有关实验方法。具体要求掌握杆件拉伸(压缩)、扭转、剪切、弯曲的基本分析方法，学会各种情况下应力和变形的计算以及利用强度条件和刚度条件进行计算。
各章具体要求如下：
一、绪论
(一)知识范围
1、材料力学的任务
2、可变形固体的基本性质
3、杆件变形的基本形式
(二)要求
1、明确材料力学的任务，掌握保证构件(杆件)正常工作必须满足强度、刚度、稳定性的要求
2、理解并掌握可变形固体的基本性质及其基本假设
3、掌握杆件的几何特征、杆件变形的基本形式：轴向拉伸(压缩)、剪切、扭转、弯曲
二、轴向拉伸与压缩
(一)知识范围
1、轴向拉伸与压缩的概念
2、内力、截面法、轴力和轴力图
3、横截面及斜截面上的应力
4、拉(压)杆变形、胡克定律
5、拉(压)应变能
6、材料在拉(压)时的力学性能
7、应力集中概念
(二)要求
1、理解轴向拉伸与压缩的概念
2、掌握内力的概念、用截面法求内力、轴力和轴力图的画法
3、掌握应力的概念、横截面上应力的计算公式以及通过横截面的应力求斜截面上的应力
4、掌握拉(压)杆变形的计算、胡克定律的两种表达形式，并会运用
5、了解能量守恒定律，理解拉(压)杆内应变能的计算公式
6、了解测量材料力学性能的基本实验方法，了解一些典型材料在拉(压)时的力学性能
7、了解应力集中的概念
三、扭转
(一)知识范围
1、薄壁筒的扭转
2、力偶矩、扭矩和扭矩图
3、等直圆杆的扭转
4、等直非圆杆的扭转
(二)要求
1、理解等直杆扭转的基本概念，掌握薄壁筒扭转切应力、切应变计算公式、剪切胡克定律
2、掌握力偶矩、扭矩的计算，会画扭矩图
3、掌握等直圆杆扭转时横截面上应力的计算公式、切应力互等定理、扭转强度条件;掌握等直圆杆扭转时的扭转角变形计算以及刚度条件;理解等直圆杆扭转时的应变能计算方法
4、了解等直非圆杆扭转时应力的计算方法
四、弯曲内力
(一)知识范围
1、平面弯曲基本概念
2、梁的剪力与弯矩
3、剪力方程、弯矩方程、剪力图、弯矩图
4、弯矩、剪力与分布荷载的关系及其应用
5、用叠加法作弯矩图
6、平面钢架和曲杆的内力图
(二)要求
1、理解平面弯曲的基本概念、梁的计算简图的三种基本形式
2、熟练掌握用截面法和简易法求梁任一横截面的剪力与弯矩
3、掌握列剪力方程、弯矩方程的方法，熟练绘制剪力图、弯矩图
4、掌握弯矩、剪力与分布荷载的关系及其应用
5、理解叠加原理，掌握使用叠加法作弯矩图
6、掌握平面钢架和曲杆的内力图的画法
五、弯曲应力
(一)知识范围
1、纯弯曲时梁上的正应力
2、纯弯曲理论在横力弯曲中的推广、梁的正应力条件
3、梁横截面上的剪应力、梁的件应力强度条件
4、梁的合理设计
(二)要求
1、了解纯弯曲时梁上正应力计算公式的推导过程，掌握正应力的计算
2、理解纯弯曲理论在横力弯曲中的推广，熟记正应力的计算公式，掌握梁的正应力强度条件及其应用
3、掌握梁横截面上的切应力的计算公式及梁的切应力强度条件的应用
4、了解梁的合理设计常采用的几种措施
六、弯曲位移
(一)知识范围
1、梁的位移，梁的挠曲线近似微分方程及其积分
2、按叠加原理计算梁的挠度和转角
3、梁的刚度校核、提高梁的刚度的措施
4、梁的弯曲应变能
(二)要求
1、理解梁的位移的基本概念，掌握梁的挠曲线近似微分方程及其积分求位移方程的方法
2、理解并掌握按叠加原理计算梁的挠度和转角的方法
3、掌握梁的刚度条件及应用，了解提高梁的刚度的措施
4、了解梁的弯曲应变能的计算
七、简单超静定问题的解法
(一)知识范围
1、简单超静定问题概述
2、轴向拉(压)超静定
3、扭转超静定
4、简单超静定梁
(二)要求
1、掌握什么是超静定问题、会判断超静定次数
2、掌握简单轴向拉(压)超静定问题的求解
3、掌握简单扭转超静定问题的求解
4、掌握简单超静定梁的求解
Ⅲ.考试形式及试卷结构
1、考试形式为闭卷、笔试，试卷满分为100分，考试时间为120分钟，考生使用答题纸答题。
2、试卷内容比例：轴向拉伸(压缩)约20%，扭转约20%，弯曲约60%。
3、试卷题型均为计算题。
4、试卷难易比例：易、中、难分别约为40%、40%、20%。
Ⅳ.参考书目
1、孙训方、方孝淑、关来泰编：《材料力学(I)》第四版，高等教育出版社，2002。
2、袁海庆主编：《材料力学》，武汉工业大学出版社，2000。
量子通信技术论文范文第6篇
零维的石墨烯量子点(grapheme quantum dots, GQDs)，由于其尺寸在10nm以下，同二维的石墨烯纳米片和一维的石墨烯纳米带相比，表现出更强的量子限域效应和边界效应，因此，在许多领域如太阳能光电器件，生物医药，发光二极管和传感器等有着更加诱人的应用前景。 GQDs的制备 GQDs具有特殊的结构和独特的光学性质，即有量子点的光学性质又有氧化石墨烯特殊的结构特征。GQDs的粒径大多在10 nm左右，厚度只有0.5到1.0 nm，表面含有羟基、羰基、羧基基团，使得其具有良好的水溶性。
GQDs的制备方法有自上而下法(top-down)与自下而上法(bottom-up)两种。top-down 法指将大片的石墨烯母体氧化切割成尺寸较小的石墨烯纳米片，经进一步剪切成GODs，主要有水热法、电化学法和化学剥离碳纤维法。
水热法是制备GQDs最为常见的一种方法，先将氧化石墨烯在氮气保护下热还原为GNSs，接着将GNSs置于混酸(混酸体积比 VH2SO4/VHNO3 =1:3)中超声氧化，再将氧化的GNSs置于高压反应釜中200℃热切割。反应机理如图3所示， Pan等采用该方法化学切割石墨烯制备GQDs，其径主要分布在5-14 nm，并发现量子点在紫外区有较强光学吸收，吸收峰尾部扩展到可见区。光致发光光谱一般是宽峰并且与激发波长有关，当激发波长从300到407 nm变化，发射峰向长波方向移动，激发波长为60nm时，量子点发出明亮的蓝色光，此时发射峰最强。
图3. 水热法制备GQDs反应机理
Fig. 3 mechanism for the preparation of GQDs by hydrothermal method
Jin等采用两步法，先用水热法制备出GQDs，再将聚乙二醇二胺修饰到GQDs 上。 该法制备的胺功能化的石墨烯量子点可通过功能化物的迁移效应有效地调节石墨烯 量子点的光致发光性能。 上海复旦大学石墨烯研究人员采用在分散在水中的氧化石墨烯的悬浮液中加入胺类钝化剂(氨水(NH3.H2O)、苯胺、聚乙烯亚胺 (PEI)、三乙胺((C2H5)3N)、氯化铵(NH3Cl)或N、N- 二甲基甲酰胺(DMF)等)，反应的温度控制在150～250℃，反应时间在30min～12h然后再进行水热钝化处理，即得到具有较高的量子产率的的石墨烯量子点，平均粒度可达3.45nm。这种方法操作非常简便，反应时间短，对环境友好，所得的量子点量子产率高，且性质容易通过改变钝化剂的种类来进行调控。
Zhou等采用光照芬顿反应法，在亚铁离子和双氧水同时存在条件下，经紫外灯照射石墨烯，得到粒径约为40nm，高度约为1.2 nm的GQDs。该法操作简单，可通过控制光照时间来调节GQDs的粒径大小。
Li等采用电化学法，以高氯酸四丁基铵(TPAB)为氮源，石墨烯膜为工作电极, 乙腈为电解液，在±3.0V 范围内连续扫循环伏安，溶液颜色由无色变为黄色，蒸干乙腈，透析并过滤，将固体分散于二次水中，得到氮掺杂石墨烯量子点(NGQDs)。如图4所示，该法制备的NGQDs在365nm紫外灯下发蓝色荧光，粒径主要分布在2-5nm之间。
图4. NGQDs 荧光照片、结构示意图及 TEM 图像
Fig 4 fluorescence photograph、structure diagram and TEM figures of NGQDs
Zhang等在碱性条件下电解石墨棒制备GQDs。将石墨棒作为阳极，以铂为对电极，置于7mL浓度为0.1 mol/L的氢氧化钠溶液中，电流强度范围为80-200 mA cm-1，得到的溶液用水合肼溶液处理，得到黄色发光、粒径为5-10 nm的GQDs。电化学法制GQDs的工艺过程可归纳为三个阶段：第一阶段是剥落发生前的诱导期，电解液颜色从无色到黄色再到暗棕色;第二阶段石墨阳极明显膨胀;第三阶段石墨片自阳极剥落袁同电解液一起形成黑色浆体，反应机理如图5所示。
图5 电化学法制备GQDs反应机理
Fig5 mechanism for the preparation of GQDs by electrochemical strategy Peng等采用化学剥离碳纤维法，以树脂基碳纤维为母体，经酸氧化将碳纤维中的堆积的石墨剥离，一步就可制得粒径分布为1-4 nm， 高度为0.4-2 nm的GQDs。该法制备的 GQDs边缘大多呈锯齿状，由1-3层石墨烯构成，并可通过控制温度来调节GQDs的尺寸大小进而达到改变其荧光颜色的目的。 bottom-up法指小分子前驱体经芳基氧化聚合作用得到GQDs。常见的方法有溶液聚
合法，微波辅助水热法和可控热解多环芳烃法等。 Li等将增溶基团2’,4’,6’-三烷基取代苯环共价连接到石墨烯基边缘制备GQDs，大致步骤是用小分子(如3-碘-4-溴苯胺或其他苯衍生物)逐步反应制得聚苯树突状前体,再经氧化反应得石墨烯基, 最后制得GQDs。Li等制备大尺寸GQDs采用新的增溶方法是在石墨烯核周围生成一个三维的“笼”， 将2’,4’,6’-三烷基取代苯环共价连接到石墨烯基边缘致使其拥挤，则石墨平面外围的苯基因此变得扭曲，石墨烯在三维方向上层间距增加形成笼状结构，如图6所示，这极大地减小了因短程距离引起的层间吸引力，从而达到增溶目的。
图6 溶液化学法制备GQDs: (a) GQDs的结构图;(b)GQDs的制备流程图
Dong等采用直接聚合法，以柠檬酸(CA)为前驱体，加热至200℃，通过控制CA的碳化时间可选择性地制备GQDs或GO。如图7所示，CA分子间脱水聚合，当反应时间较短， CA部分碳化时形成GQDs;当反应时间较长，CA完全碳化聚合成GO。GQDs和GO在365nm紫外灯下均呈现蓝色荧光。
图7 合成 GQDs和GO的图解
Qu等在Dong的基础上， 采用溶液化学法， 以柠檬酸(CA)为前驱体，尿素(UA)为氮源，硫脲(TU)为氮源和硫源，成功制备了氮掺杂石墨烯量子点(NGQDs)和硫氮共掺杂石墨烯量子点(SNGQDs)。如图8所示，水热条件下CA先自组装聚合成表面含有羟基和羧基的GQDs，UA或TU中的-NH2及含S基团连接到GQDs表面的羧基或羟基上，形成NGQDs或SNGQDs。该法制备的NGQDs和SNGQDs粒径主要分布在2.0-4.0nm;量子产率高，分别可达78%和71%;在可见光下分别呈黄色和绿色,在365nm紫外灯下都呈蓝色， 且SNGQDs在550nm和590nm处分别呈红色和紫色。
图8 NGQDs和SNGQDs的生长机理
Tang等采用微波辅助水热法，以葡萄糖为前驱体制备GQDs。如图9所示，在微波水热环境下，葡萄糖脱水经C=C形成GQDs核心，随反应时间延长GQDs逐渐长大，反应时间是GQDs粒径大小的决定性因素。该法制备的GQDs结晶度高，平均粒子大小在3.4 nm左右，在365 nm 紫外灯下发蓝光。
图9 微波辅助水热法(MAH)制备GQDs Liu等采用可控热解多环芳烃法，以六苯基苯(HBC)为碳源制备出大小约为60nm、 厚度约为2-3nm、 粒径统一的彩色荧光GQDs。 如图10所示，首先HBC在高温下热分解自组装成人工石墨，接着经改进的Hummers方法氧化剥离，之后与聚乙二醇胺混合加热回流48h并用肼还原得到GQDs。该法制备的GQDs稳定性好，室温放置一年仍不变质，形貌和粒径大小可通过热解温度来调节。
图10 以六苯基苯(HBC)为碳源制备光致发光GQDs的过程图解
Sheng 等采用紫外光刻蚀干法制备了石墨烯量子点，通过将石墨烯溶液旋涂在云母薄片上。经干燥得到氧化石墨烯/云母薄膜，采用80~200W、主波长275nm或372nm的紫外灯进行照射1~60min，制成单层的石墨烯量子点薄膜。石墨烯量子点薄膜明场和荧光照片如图11所示，选择不同波段的激发光，薄膜的荧光强度不同，其中以近红外区的荧光强度最强，并且荧光衰减很慢。
图11 石墨烯量子点薄膜明场和荧光图
GQDs的性质 (1)光致发光 石墨烯量子点在紫外区有较强光学吸收，吸收峰尾部扩展到可见区。光致发光光谱一般是宽峰并且与激发波长有关，当激发波长从300到407 nm变化，发射峰向长波方向移动，激发波长为360 nm时，量子点发出明亮的蓝色光，此时发射峰最强。发光光谱是电子从最低未占据分子轨道向最高占据分子轨道跃迁产生的。带隙大小与量子点尺寸有关，当量子点尺寸增加带隙逐渐降低，不同粒径石墨烯量子点混合样品具有不同的激发和发射光谱。
石墨烯量子点溶液的pH也会影响发光强度。如Pan等报道了石墨烯量子点在碱性条件下荧光较强而在酸性条件下荧光几乎完全猝灭。如果pH在13和1之间变化，光强度也随之可逆地变化，这会限制量子点的应用范围。Shen等将量子点表面用聚乙二醇钝化解决了这个问题。量子点在中性溶液中具有较强的荧光，在酸性和碱性溶液中强度降低约25%。聚乙二醇修饰的石墨烯量子点量子产率可达28%，比纯量子点高两倍。也就是说量子点表面钝化后可显著增强量子点荧光。
除了尺寸和酸碱度之外，还有其他因素影响石墨烯量子点的发光性能。Eda等发现经肼蒸汽还原处理后石墨烯量子点的荧光强度会变化，可能是与极小的sp2簇的变化有关。Gokus 等人通过实验发现光致发光强度和石墨烯厚度直接相关。单层石墨烯发光较强，但多层石墨烯发光情况却不同。用氧气等离子层层刻蚀后，双层和多层的石墨烯仍然不发光，说明最上一层的荧光发射被底下未处理的层猝灭了。
(2)上转换发光
最近上转换荧光材料引起了科研工作者广泛的关注。而石墨烯量子点的上转换发光研究的却较少。Shen 等制备的石墨烯量子点在 980 nm激光激发下发出绿光，具有上转换荧光性质。激发波长从 600 nm 变到 800 nm，上转换发射峰随之变化，从390 到468 nm，且激发光能量和上转换发射光能量之间的差值不变，大约1.1eV。Shen等人认为可能的原因是石墨烯量子点卡宾基态的多重性，具有σ和π两个轨道，而两个轨道之间的能级差接近 1.1 eV。
(3)低细胞毒性
石墨烯量子点的细胞毒性已被很多课题组研究。Dai和Yang课题组通过细胞实验研究都发现石墨烯量子点具有较低的毒性。加入400 mg量子点到150mL细胞液中，细胞的活性没有明显地降低。因此所合成的石墨烯量子点可用于体外、活体生物成像和生物医学领域，并且具有较高的允许浓度。
(4) 其他性质 由于具有石墨烯的物理结构，石墨烯量子点还具有其他特性。石墨烯量子点是很好的电子给体同时又是电子受体。Hamilton及其合作者通过在极性表面上通过控制量子点的取向来组装胶体石墨烯量子点制备了圆盘形纳米结构材料。量子点的取向可以通过化学作用测定出来。 GQDs的应用领域
由于拥有石墨烯电化学催化性能高、生物相容性好、细胞毒性低、环境友好、光致 发光性能稳定等诸多优良性能，GQDs在化学及生物领域的甲醇燃料电池、环境金属离子检测、传感器、细胞成像、药物运输等方面的应用逐渐被关注，尽管其应用研究目前仍处在起始阶段，但已日益成为全球科研工作者热门的研究对象。
(1) 生物成像
Jing及其合作者利用共轴电喷溅方法一步制备了多功能核壳结构胶囊，同时具有靶向和荧光成像功能。TiO2壳层抑制了紫杉醇起始的爆发性释放，内部的四氧化三铁和石墨烯量子点分别用于磁靶向和荧光成像。胶囊内的紫杉醇在超声作用下可释放出来。Zhu等把合成的石墨烯量子点用于常规的生物成像。以Dulbecco磷酸盐缓冲盐水为介质配成2.5 mg/mL石墨烯量子点悬浮液来培育104细胞/150 μL人骨肉瘤细胞液。石墨烯量子点是通过一步溶剂热法制备的，量子产率高达11.4%。石墨烯量子点吸收和生物成像试验是在共聚焦荧光显微镜上完成的。细胞内有亮绿色区域表明量子点已经通过细胞膜转位。激光相关的发光行为使石墨烯量子点有多种可见光谱，当激发波长移到488 nm，可看到黄绿色的光。
(2)电化学生物传感
由于石墨烯量子点具有优异的传导性，Li等将石墨烯量子点修饰电极与特定序列ssDNA分子耦合作为探针设计了电化学生物传感器。由于探针ssDNA与量子点的相互作用使之紧紧地结合在修饰电极表面，从而抑制了电化学活性物种[Fe(CN)6]3-/4-和电极之间的电子转移。当目标分子如目标ssDNA或目标蛋白质加入测试溶液中，如果探针ssDNA是目标DNA的互补对或目标蛋白质的适体，探针ssDNA优先与目标分子结合而不是石墨烯量子点。[Fe(CN)6]3-/4-的峰电流随目标分子量增大而增加。所构筑的生物传感器具有较高的灵敏度和选择性。Li 等还构建了一种新型基于 GQDs 和 BBV 的葡萄糖荧光传感器。该传感器利用 GQDs 与 BBV 之间的静电相互作用，使之相互络合导致 GQDs荧光猝灭，加入葡萄糖后，BBV 中的硼酸基团与葡萄糖中的顺式醇羟基结合，中和了BBV 所带的正电荷，从而使 GQDs 荧光恢复。 (3) 环境金属离子检测 Ran 等首次报道了一种简单快速、超灵敏无标记的基于银纳米粒子(AgNPS)修饰的 GQDs 检测 Ag+和生物硫醇的方法。 如图 12所示， GQDs 作为荧光指示剂，当 Ag+或生物硫醇不存在的情况下，GQDs 发出强烈的蓝色荧光;当 Ag+存在时，由于静电作用 Ag+会吸附在 GQDs 表面，GQDs 荧光强度减弱;Ag+吸附在 GQDs 表面后生成了AgNPS,加入生物硫醇后，生物硫醇作为还原剂和桥梁将彼此毗邻的 AgNPS 距离拉近并连接在一起，使 GQDs 荧光猝灭。
图12基于石墨烯量子点检测 Ag+和生物硫醇的机理示意图
Liu 等合成的氮掺杂碳点与 Cu(Ⅱ)之间存在络合作用，可用于无标记绿色高灵敏检测环境中的 Cu(Ⅱ)。
(4)催化领域
最近 Qu 课题组用电化学法制备了氮掺杂的表面具有富氧功能基团的石墨烯量子点。该法是以四丁基氨高氯酸盐为氮源，乙腈为电解质把氮原子原位引入所生成的石墨烯量子点中。掺杂石墨烯量子点中的杂原子可有效调控量子点原本的性质。所制备的氮掺杂石墨烯量子点具有发光及电催化活性，N/C 原子比约为4.3%。与无氮的纯量子点不同，所制备的产物发蓝光并且具有电催化活性，在碱性介质中催化氧气还原反应，其催化活性与商用的 Pt/C 催化剂相当。
(5)有机光伏器件
由于具有优异的光电性质，石墨烯量子点可望用于制备低廉、上转换发光及高性能的光伏器件。
Li 等人用发绿光的胶体石墨烯量子点在共轭聚合物，聚 (3-己基噻吩) 基薄膜太阳能电池中作为电子受体材料。虽然只是初步研究没有进行器件的优化，功率转换效率仍达到 1.28%。石墨烯量子点提供了一个有效的电荷分离界面和电子传输路径。Yan等也报道了石墨烯量子点具有较高的光吸收，并且在可见和近红外区也有吸收。通过计算石墨烯量子点能级水平发现在光激发下电子可能从量子点注入宽带隙 TiO2然后从碘离子接受一个电子实现再生。因此，石墨烯量子点可以取代金属有机染料作为光敏剂制造出价廉、高效的量子点敏化太阳能电池。石墨烯量子点还具有上转换发光性质，可用于光电化学电池。
Zhu 等研究了石墨烯量子点的光电转换能力。聚乙烯醇-石墨烯量子点和纯石墨烯量子点在 ITO 电极上产生的光电流用三电极体系进行测定。纯石墨烯量子点光电极在 365 nm 紫外光和 808 nm 近红外激光照射下产生的光电流比聚乙烯醇-石墨烯量子点电极的一半还少，石墨烯量子点将会成为新的太阳能电池掺杂材料。光电转换的光源可以从紫外拓展到近红外。
Gupta 等报道了将石墨烯量子点与规整的聚 (3-己基噻吩) 或聚 (2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1，4 苯撑乙烯) 聚合物混合之后得到的物质与石墨烯纳米片和共轭聚合物的混合物相比能明显地提高太阳能电池或有机发光二极管的效率。石墨烯量子点是以石墨烯纳米片为原料通过水热法制备并且用苯胺或亚甲基蓝功能化。循环伏安法测得石墨烯量子点的 LUMO 和 HOMO 分别为-3.55 和-5.38 eV，并且 LUMO 的位置在聚 (3-己基噻吩) 和 Al 之间，说明量子点适合用于太阳能电池。亚甲基蓝功能化的石墨烯量子点分散在聚合物聚 (2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1，4 苯撑乙烯)中，提供了较多的电传输路径，增强了电荷注入效率，因此增加了载流子密度。
展望
综上所述，作为一种新型的碳纳米结构材料，石墨烯量子点自问世以来，对其制备方法以及机理的研究就一直是研究者们探索的热点，各种简单有效的方法被陆续研究出来。然而目前制备高产率、高质量GQDs仍有相当长的路要走：自上而下的方法步骤相对简单，产率较高袁但不能实现对GQDs形貌和尺寸的精确控制。自下而上的方法多数可控性更强，但步骤繁琐操作麻烦。 另外一些特殊方法所需要的苛刻制备条件更是限制了这些方法的推广。除此之外，很多机理性问题没有解决，如光致发光(PL)起源, 影响GQDs带隙的因素，石墨烯材料中的能量弛豫和光谱扩散是否受到聚集和层间耦合的影响。应用方面也有很多问题，如生物成像时，GQDs会发出有干扰的蓝色荧光，上转换发光(UCPL)强度弱，应用在太阳能电池中能量转化率并不高。 因此，关于GQDs的研究仍然任重而道远，为了充分开发GQDs优异的光、电、磁性能还需要研究更加合理的制备方法。