量子光學(xué)與量子信息領(lǐng)域中的中國

林宏宇

摘 要：量子光學(xué)與量子信息是20世紀(jì)末期興起的，極具發(fā)展空間的新興學(xué)科，量子光學(xué)本身的量子特性能夠滿足信息傳播過程中所需的保密性好、存儲(chǔ)量大、精確度高等特點(diǎn)。各個(gè)國家都在竭力發(fā)展該項(xiàng)技術(shù)，在一定程度上，量子通信已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)應(yīng)用并極具發(fā)展前景，本文主要通過文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)、情報(bào)分析等方法研究量子光學(xué)以及量子信息領(lǐng)域下中國的發(fā)展態(tài)勢(shì)，研究該領(lǐng)域的試驗(yàn)成果以及發(fā)展方向，以求更好地為國家服務(wù)。

關(guān)鍵詞：量子光學(xué);量子信息

一、前言

近年來，量子通信技術(shù)在距離和速率方面都有了飛躍式的提升，同時(shí)小型規(guī)模的量子通信試驗(yàn)網(wǎng)的建成表明該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)有了初步的成效，驗(yàn)證量子信息技術(shù)的可能性與未來發(fā)展的無限潛能。在我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展計(jì)劃中，因?yàn)榱孔庸鈱W(xué)在各個(gè)領(lǐng)域所研究出的重大影響以及新的突破，“量子光學(xué)”被列為優(yōu)先發(fā)展對(duì)象之一。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)，量子光學(xué)在量子信息領(lǐng)域中的能夠發(fā)揮極大的優(yōu)勢(shì)，各國的物理學(xué)家正在就現(xiàn)有技術(shù)對(duì)“量子通訊”、“量子計(jì)算機(jī)”等全新技術(shù)進(jìn)行研究，各國政府都對(duì)該研究領(lǐng)域極度重視并給予了大力的支持。

量子光學(xué)與量子力學(xué)的發(fā)展前景是不可限量的，有大量的未知的領(lǐng)域等待開發(fā)，是充滿了挑戰(zhàn)性的科學(xué)領(lǐng)域，中國的科學(xué)家在該方向的研究已經(jīng)獲得了一定的認(rèn)可，具備一定的科學(xué)競(jìng)爭(zhēng)力。本文采用文獻(xiàn)以及文獻(xiàn)分析的方法分析量子力學(xué)與量子信息領(lǐng)域的研究方向，幫助我國科學(xué)家關(guān)注國際上的該方向的發(fā)展。

二、量子光學(xué)發(fā)展速度分析

早在20世紀(jì)初，普朗克和愛因斯坦就提出了光量子假說，對(duì)黑體輻射譜分不以及光電效應(yīng)進(jìn)行了成功全面的解釋，確定了光具有波粒二象性的基本思想。盡管如此，光的量子理論并沒有為經(jīng)典電磁輻射理論對(duì)大多數(shù)物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的完美解釋而得到進(jìn)一步的發(fā)展，這一現(xiàn)象直到1970年后，被激光與光電子技術(shù)的進(jìn)步所打破，因?yàn)橐恍┙?jīng)典理論無法解釋的光學(xué)效應(yīng)被人們慢慢發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)了未知的領(lǐng)域，這一領(lǐng)域就是量子光學(xué)。到20世紀(jì)90年代，全球興起了量子光學(xué)的研究熱潮，所以，研究量子光學(xué)的發(fā)展速度，既是從側(cè)面表現(xiàn)一個(gè)國家的科技力量以及該學(xué)科的發(fā)展規(guī)律。

三、量子光學(xué)論文的增長(zhǎng)斜率

增長(zhǎng)斜率是數(shù)量增長(zhǎng)曲線中表明事物發(fā)展的重要指標(biāo)，斜率越大，表明事物的發(fā)展速度就越快，沒有一項(xiàng)事物的發(fā)展速度是均速的，事物的發(fā)展會(huì)受到內(nèi)外部條件變化的影響，研究發(fā)現(xiàn)量子光學(xué)領(lǐng)域自1991年起逐步邁向快速發(fā)展階段。量子光學(xué)的發(fā)展可以分為13個(gè)分支，包含有相干光學(xué)效應(yīng)、強(qiáng)場(chǎng)過程、壓縮態(tài)、量子漲落，馳豫和噪聲、激光器的全量子理論、多光子過程、光子統(tǒng)計(jì)、脈沖傳播和弧子、量子探測(cè)器、量子電動(dòng)力學(xué)、量子光學(xué)、超輻射，超熒光、非穩(wěn)態(tài)和渾沌這些領(lǐng)域?？偟膩碚f，通過增長(zhǎng)斜率來看，這13個(gè)領(lǐng)域的增長(zhǎng)趨勢(shì)可以分為3種態(tài)勢(shì)：持續(xù)增長(zhǎng)、“V”字型增長(zhǎng)，但是整體呈現(xiàn)出增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)、持續(xù)下降趨勢(shì)。經(jīng)文獻(xiàn)調(diào)查研究，其中壓縮態(tài)、激光器的全量子理論、量子點(diǎn)動(dòng)力學(xué)已經(jīng)發(fā)展為重點(diǎn)研究領(lǐng)域。

四、單項(xiàng)指標(biāo)TOP10總體水平比較

通過對(duì)大量論文的研究分析，對(duì)TOP10國家的發(fā)展進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)前10分別為美、德、日、俄、英、法、中、意、加拿大、澳大利亞（按論文發(fā)表數(shù)量排名）這10個(gè)國家。美國仍然是穩(wěn)居榜首，同時(shí)與排名第二的德國拉開了較大的差距，但是隨著各國的發(fā)展，削弱了美國隊(duì)長(zhǎng)世界量子光學(xué)的貢獻(xiàn)。

五、量子光學(xué)各學(xué)科分支的國家優(yōu)勢(shì)比較

通過對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的研讀以及數(shù)據(jù)的收集，美國在量子光學(xué)領(lǐng)域的地位仍然是排在第一位的，但是其他國家受到國家條件的限制，在量子光學(xué)的領(lǐng)域選擇部分領(lǐng)域進(jìn)行研究，不能全面發(fā)展，這種情況是非常常見的，所以就形成了各有所長(zhǎng)的局面。研究顯示，美國在各個(gè)分支上都顯示出了絕對(duì)的領(lǐng)導(dǎo)地位，在13個(gè)分支中，除了超輻射，超熒光以外，其他分支的論文數(shù)量以及被引頻次均排名第一，并且在各個(gè)分支的排名遙遙領(lǐng)先。引人注目的是，法國和意大利的論文數(shù)量雖然沒有很多，但是其論文的被引頻次卻排在第三、第七位，彰顯了其國家實(shí)力，不容小覷。

同時(shí)，中國也有著良好的表現(xiàn)，在量子光學(xué)領(lǐng)域的論文數(shù)量排名相對(duì)靠前，但是我國的論文的被引頻次卻是排名最低的，這個(gè)現(xiàn)象需要引起人們的注意，為何文章的被引頻次與排名不能達(dá)到相對(duì)平衡的一個(gè)關(guān)系。在相關(guān)文獻(xiàn)中表明，TOP10國家對(duì)于量子光學(xué)的貢獻(xiàn)占全部的93%，其他國家占6%，其中中國占6%。必須承認(rèn)的是，我國在此領(lǐng)域的發(fā)展貢獻(xiàn)方面相對(duì)較弱，在此領(lǐng)域還有很大的發(fā)展空間，應(yīng)該通過各方面的學(xué)習(xí)和對(duì)比，找到我國可進(jìn)行的發(fā)展方向以及可提高的可能性，提升自身實(shí)力。

六、量子光學(xué)領(lǐng)域的科研機(jī)構(gòu)分析

科研機(jī)構(gòu)是反映國家綜合實(shí)力的重要因素，在量子光學(xué)領(lǐng)域，能進(jìn)入全球TOP50的機(jī)構(gòu)即表明有實(shí)力與潛力為未來的發(fā)展貢獻(xiàn)極大的力量，這50個(gè)機(jī)構(gòu)中，美國包攬了近54%的位置，德國、日本緊隨其后，各國都有相對(duì)優(yōu)秀的科研機(jī)構(gòu)進(jìn)入TOP50的范圍內(nèi)，在這之中，中國的表現(xiàn)差強(qiáng)人意，雖然能夠有自己的位置，但是相對(duì)其他強(qiáng)勢(shì)機(jī)構(gòu)來說影響力還是不夠的。我國進(jìn)入前50名的科研機(jī)構(gòu)有：中國科學(xué)院、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、清華大學(xué)、南京大學(xué)、中國臺(tái)灣國立大學(xué)，我國的量子光學(xué)的力量是以中國科學(xué)院為主，并且研究力量分布并不均衡，相對(duì)其他國家來說科研力量較為集中，對(duì)于有資質(zhì)有實(shí)力的機(jī)構(gòu)數(shù)量較少這一現(xiàn)象，是不利于我國在量子光學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展的。

七、結(jié)論

量子光學(xué)與量子信息學(xué)科是極具生命力的一門學(xué)科，它為人類提供了認(rèn)識(shí)、了解、利用自然新的道路，開辟了解決相關(guān)問題的新方法。以量子光學(xué)為基礎(chǔ)進(jìn)行發(fā)展擴(kuò)散的量子信息技術(shù)是各國發(fā)展綜合實(shí)力的新路徑，量子光學(xué)的發(fā)展勢(shì)必會(huì)引起一場(chǎng)新的革命。隨著我國的開放包容，對(duì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重視以及投入不斷增加，在量子光學(xué)領(lǐng)域的研究走到了重大突破的前夜。各國科學(xué)家也在不斷努力著，為了自己國家科技力量的不斷進(jìn)步，德國諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者提阿多？漢斯就是這樣一個(gè)鮮明的例子，遠(yuǎn)赴美國求學(xué)，學(xué)成后回到德國拿到諾貝爾獎(jiǎng)，這對(duì)于各國的科學(xué)家都是一個(gè)非常好的榜樣。在中國科學(xué)家中，也有優(yōu)秀人士，潘建偉小組通過實(shí)驗(yàn)成功刷新了光子糾纏和量子計(jì)算兩個(gè)領(lǐng)域的世界紀(jì)錄，同時(shí)，潘建偉小組的論文也是中國論文中被引數(shù)量最多的，這表明他們的工作得到了國際上的認(rèn)可。表明我國的科學(xué)家在本土也能進(jìn)行很好地研究，量子光學(xué)特定領(lǐng)域的研究成果終將到來。

參考文獻(xiàn)：

[1]白雨虹，楊秀彬，嚴(yán)寒. 量子光學(xué)與量子信息領(lǐng)域中的中國[J]. 光學(xué)精密工程，2007（05）：684-698.

[2]張國春. “量子光學(xué)與量子信息研究”欄目發(fā)文統(tǒng)計(jì)分析[J]. 商洛學(xué)院學(xué)報(bào)，2007（04）：77-82.

[3]彭堃墀. 量子光學(xué)與量子信息[J]. 中國基礎(chǔ)科學(xué)，2000（04）：21-26.

[4]吳慶林. 量子控制中的量子信息獲取研究[D].中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2009.