用大學(xué)物理知識(shí)詮釋前沿科技

摘 要 在大學(xué)物理教學(xué)中以科技前沿應(yīng)用為牽引，用大學(xué)物理的語(yǔ)言解釋前沿科技進(jìn)展的原理，拉近基礎(chǔ)課和前沿應(yīng)用的距離，可以促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，加深學(xué)生對(duì)于基礎(chǔ)物理原理的理解。本文以量子密鑰分配為例，僅用大學(xué)物理中偏振的內(nèi)容就解釋了經(jīng)典的BB84方案的基本原理，并對(duì)該方案的實(shí)際實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了闡述，旨在表明任何理論方案和實(shí)際實(shí)現(xiàn)都存在相當(dāng)?shù)木嚯x。本文還介紹了量子通信領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展和目前主要的研究方向，以激發(fā)學(xué)生主動(dòng)探索和進(jìn)一步研究的興趣和熱情。本文是為基礎(chǔ)物理原理和高新尖技術(shù)之間搭建橋梁的一次有益嘗試，相關(guān)思路值得在新工科背景下的大學(xué)物理教學(xué)中推廣。

關(guān)鍵詞 光的偏振;波片;量子密鑰分配;BB84方案

物理學(xué)是研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)最一般規(guī)律和物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的學(xué)科，是推動(dòng)當(dāng)代高新技術(shù)發(fā)展的重要原動(dòng)力[1]。然而，不少學(xué)生對(duì)大學(xué)物理課程的印象是“抽象”加“陳舊”，前者讓學(xué)生覺(jué)得大學(xué)物理難學(xué)，后者則讓學(xué)生覺(jué)得大學(xué)物理沒(méi)意思，與后續(xù)專業(yè)課程脫節(jié)，這是大學(xué)物理教學(xué)中普遍存在的情況。如果教師在授課過(guò)程中能將大學(xué)物理中抽象的基本原理和實(shí)在的科技前沿聯(lián)系起來(lái)，時(shí)刻注意以前沿應(yīng)用為牽引，將一些高新尖內(nèi)容落地到大學(xué)物理的教學(xué)范疇內(nèi)，用盡可能簡(jiǎn)單的物理圖像闡述前沿應(yīng)用的基本原理，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到“基礎(chǔ)”的大學(xué)物理知識(shí)也能直接應(yīng)用于“高大上”的科研前線，把枯燥的基礎(chǔ)理論和最新科研成果聯(lián)系起來(lái)，這不僅能促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，加深對(duì)物理基本原理的理解，而且有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

本文以量子密鑰分配（Quantum Key distribution，QKD）為例，首先簡(jiǎn)要回顧了大學(xué)物理中偏振的相關(guān)內(nèi)容，然后在此基礎(chǔ)上，解釋了最經(jīng)典的QKD 方案———BB84協(xié)議的基本原理，最后對(duì)QKD的實(shí)際實(shí)現(xiàn)展開(kāi)討論，希望以此示范如何跨越基本物理原理和高新尖科技前沿的距離，為新工科背景下大學(xué)物理的教學(xué)設(shè)計(jì)提供一個(gè)新思路。

1 光的偏振知識(shí)點(diǎn)的簡(jiǎn)要回顧[1，2]

光的偏振屬于大學(xué)物理中波動(dòng)光學(xué)部分。通過(guò)之前的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)掌握了機(jī)械波等相關(guān)知識(shí)，了解“光是一種電磁波”。光的干涉與衍射現(xiàn)象是光的波動(dòng)性的證明，而光的偏振特性則表明光的橫波性。光的偏振這一章主要討論光各種偏振狀態(tài)的區(qū)別、不同偏振光的獲得和檢驗(yàn)方法等。這部分內(nèi)容與前面講的干涉及衍射相對(duì)獨(dú)立，而且更為抽象，是教學(xué)的難點(diǎn)。因此在講述過(guò)程中厘清思路，聯(lián)系實(shí)際，特別是與高新尖技術(shù)前沿相聯(lián)系，必將有助于學(xué)生建立清晰的物理圖像，有意愿進(jìn)一步主動(dòng)探究學(xué)習(xí)。

光的偏振部分的內(nèi)容可用“五二二”來(lái)概括，即“五”種偏振態(tài)、“二”個(gè)定律、“二”個(gè)器件。五種偏振態(tài)即：自然光、線偏光、圓偏光、橢圓偏振光和部分偏振光。二個(gè)定律即：馬呂斯定律和布儒斯特定律。二個(gè)器件即：偏振片和波片。五種偏振光的產(chǎn)生和檢驗(yàn)是貫穿本章教學(xué)的主線，利用偏振片和波片就可以實(shí)現(xiàn)。

具體來(lái)說(shuō)，平面電磁波是橫波，當(dāng)光沿z 方向傳播時(shí)，電場(chǎng)只有x，y 方向的分量。不失一般性，考慮單色簡(jiǎn)諧平面電磁波，其電場(chǎng)x，y 分量的振幅比及其相位差就決定了光的偏振態(tài)。具體說(shuō)來(lái)，有線偏光、圓偏光及橢偏光三種。再加上無(wú)偏的自然光和部自然光和線偏光的合成的部分偏振光，就是五種光的偏振態(tài)。

利用偏振片可以得到線偏光，而要改變光的偏振態(tài)，波片是最常用的器件。不考慮波片引起的損耗，光經(jīng)過(guò)波片后光強(qiáng)不發(fā)生變化，僅偏振態(tài)有可能發(fā)生變化。具體說(shuō)來(lái)，（1）線偏振光入射二分之一波片，出射光為偏振方向變化的線偏振光。（2）線偏振光入射四分之一波片，出射光為線偏光、圓振光、橢偏光都有可能。需要注意的是，這時(shí)得到的橢偏光并不是任意的橢偏光。要得到任意的橢偏光，需再用二分之一波片改變線偏振光的偏振方向?qū)崿F(xiàn)。（3）圓偏光入射四分之一波片，出射光為線偏光。（4）橢偏光入射四分之一波片，出射光為一般還是橢偏光，若入射光長(zhǎng)軸或短軸方向與光軸方向一致，則出射光是線偏振光。（5）（橢）圓偏光入射二分之一波片得到偏振旋轉(zhuǎn)方向反轉(zhuǎn)的（橢）圓偏光。偏振態(tài)的改變?cè)赒KD 密鑰生成過(guò)程中有重要的應(yīng)用。

上述結(jié)論可概括為圖1。

2 基于光的偏振的量子通信

光的偏振雖然是大學(xué)物理的基礎(chǔ)內(nèi)容，但最知名、最經(jīng)典的QKD的BB84方案，正是利用不同的偏振光來(lái)完成量子密鑰分配，其基本原理僅用大學(xué)物理的知識(shí)就可以解釋。該方案由查理斯·貝內(nèi)特（Charles Bennett）與吉勒· 布拉薩（GillesBrassard）于1984年發(fā)表[3]。

首先我們先簡(jiǎn)要澄清三個(gè)概念：量子通信（Quantum Communication， QC）、量子保密通信（Quantum cryptography，QC）和QKD。嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，這是三個(gè)不同的概念?；诹孔討B(tài)來(lái)進(jìn)行信息傳遞的通信都可以稱為量子通信，比如隱形傳態(tài)（teleportation）[4]、稠密編碼（dense coding）[5]、量子保密通信等。量子保密通信指的是采用量子的方法來(lái)確保信息安全的通信，不僅包含QKD，還包括量子簽名（quantum signature）[6]、量子安全直接通信（quantum secure direct communication）[7]、量子秘密共享（quantum secret sharing）[8-11]、量子比特承諾（quantum bit commitment）[12-14]等。QKD 特指利用量子態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)安全的密鑰分發(fā)，然后再結(jié)合經(jīng)典的加密算法來(lái)保證信息的安全?？梢钥闯觯孔油ㄐ诺母拍钭顬閺V泛，指一般的通信過(guò)程，而量子保密通信的概念次之，僅包含通信中的保密通信部分，最后是量子密鑰分發(fā)，它僅是保密通信中一種特殊的密鑰分發(fā)方法。但是，也要指出在很多場(chǎng)景中人們會(huì)將這三個(gè)概念相互替代使用。

QKD是目前發(fā)展最成熟的量子信息技術(shù)之一，在理論和實(shí)驗(yàn)上都有重要突破，已經(jīng)逐漸開(kāi)始步入實(shí)用階段。各國(guó)都在積極布建基于量子密鑰分發(fā)的量子通信網(wǎng)絡(luò)。比如我國(guó)的京滬干線量子通信網(wǎng)絡(luò)、日本的東京量子通信網(wǎng)絡(luò)、美國(guó)的西海岸量子通信網(wǎng)絡(luò)等。同時(shí)，這些量子通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在銀行、政務(wù)、國(guó)防等領(lǐng)域得到了初步的應(yīng)用。我國(guó)在此領(lǐng)域的研究處于世界領(lǐng)先地位。自2009年起，我國(guó)先后建成了若干個(gè)中小規(guī)模量子網(wǎng)絡(luò)：2011年安徽搭建了第一個(gè)廣域QKD量子網(wǎng)絡(luò)[15];2016年8月16日，世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”升空[16]，并以其為中繼，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)和奧地利之間7600km 的量子保密通信[17]。2017年9月29日，從北京到上海的長(zhǎng)達(dá)2000km 的“京滬干線”量子通信骨干網(wǎng)正式開(kāi)通[18]?？傮w而言，QKD在網(wǎng)絡(luò)化、實(shí)用化的進(jìn)程中已經(jīng)取得了豐碩的成果。

當(dāng)前，量子通信有兩個(gè)主要的研究方向。一是實(shí)際安全性問(wèn)題。量子通信雖然具備協(xié)議的無(wú)條件安全，但受實(shí)際設(shè)備缺陷的影響，實(shí)現(xiàn)量子通信系統(tǒng)中存在潛在的安全性漏洞。為了解決這一問(wèn)題，研究者提出設(shè)備無(wú)關(guān)、測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)、半設(shè)備無(wú)關(guān)量子通信等高安全的協(xié)議。二是增加量子通信抗噪聲的能力和密鑰率，為此研究者提出了輪回差分相移、雙場(chǎng)量子通信協(xié)議等。

2.1 QKD 的基本原理[19]

QKD基于量子物理原理，生成一串隨機(jī)的二進(jìn)制數(shù)串作為密鑰，配合香農(nóng)信息論唯一可證明無(wú)條件安全的“一次一密”加密體系，可以實(shí)現(xiàn)由物理原理保證的理論上無(wú)條件安全的保密通信。所謂“一次一密”加密體系，是指加密的密鑰長(zhǎng)度大于或等于明文的長(zhǎng)度，每當(dāng)使用與明文等長(zhǎng)的密鑰進(jìn)行加密后，該密鑰就被舍棄，下一次加密需要使用新的密鑰。

在BB84 方案中，發(fā)送者（Alice）和接收者（Bob）需要兩條信道：一條量子信道用于發(fā)送偏振態(tài)不同的光子，另一條經(jīng)典信道，譬如無(wú)線電或因特網(wǎng)，用于完成密鑰協(xié)商過(guò)程。所謂光子，是光量子的簡(jiǎn)稱，是電磁場(chǎng)不可再分的最小能量單元，光可以看成一束以光速運(yùn)動(dòng)的光子流。竊聽(tīng)者在量子信道和經(jīng)典信道上均可以進(jìn)行任何物理學(xué)所允許的操作，不需保證經(jīng)典信道的安全性，只需保證其上所傳遞的信息具有可驗(yàn)證性即可。BB84協(xié)議在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮到了兩種信道都被第三方（Eve）竊聽(tīng)的可能。

BB84方案中使用了兩組處于不同線偏振態(tài)的光子，分別為直線組“+”和對(duì)角組“×”。其中，直線組包含水平偏振（→）和豎直偏振（↑），分別記為0 和1;對(duì)角組包含45°偏振（↗）和135°偏振（↖），也分別記作0和1，如圖2所示。

量子密鑰分配過(guò)程如下：首先，Alice隨機(jī)選擇一組線偏振光（“+”或“×”），然后再隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)編碼（0或1），以此來(lái)確定所發(fā)送的每一個(gè)光子的偏振態(tài)。如表1所示，選擇“+”組和編碼0時(shí)發(fā)送水平線偏振態(tài)→，選擇“+”組和編碼1時(shí)發(fā)送豎直線偏振態(tài)↑，選擇“×”組和編碼0時(shí)發(fā)送45°方向的線偏振態(tài)↗，選擇“×”組和編碼1時(shí)發(fā)送135°方向的線偏振態(tài)↖。Alice不斷重復(fù)此過(guò)程，向Bob發(fā)送一串線偏振光子。

其次，Bob隨機(jī)的從“+”或“×”四個(gè)方向的檢偏器中選擇一個(gè)對(duì)接收到的光子進(jìn)行檢偏，并記錄所選偏振片的通光方向及相應(yīng)的測(cè)量結(jié)果。我們知道，當(dāng)檢偏器通光方向與待檢光偏振方向一致時(shí)，光子通過(guò)檢偏器后不發(fā)生變化;當(dāng)檢偏器通光方向與待檢光偏振方向垂直時(shí)，光子無(wú)法通過(guò);當(dāng)檢偏器通光方向與待檢光偏振方向有一定夾角α 時(shí)，光子通過(guò)后強(qiáng)度按馬呂斯定律降低，即為原來(lái)的cos2α 倍。因此，如果Bob選擇了豎直方向通光的偏振片，且發(fā)現(xiàn)原光子無(wú)變化的通過(guò)，則可知原脈沖為豎直偏振，測(cè)量結(jié)果為1，如果發(fā)生消光，則可知原脈沖為水平偏振，測(cè)量結(jié)果為0。選擇同屬“+”組的水平檢偏器結(jié)果類似。但如果選擇的檢偏器組與待檢光偏振狀態(tài)組不匹配時(shí)，譬如選擇了豎直方向的偏振片去檢測(cè)“×”組偏振光子時(shí)，無(wú)論是45°或是135°方向的線偏振態(tài)，都會(huì)發(fā)現(xiàn)光子強(qiáng)度減半，即無(wú)法區(qū)分原脈沖編碼的信息究竟是0還是1。事實(shí)上，光子作為電磁場(chǎng)能量不可再分的最小單元，強(qiáng)度變或不變是無(wú)法區(qū)分的，這兩種情況的區(qū)分要靠通信雙方對(duì)照起偏組和檢偏組來(lái)完成。也就是說(shuō)，起偏器組與檢偏器組不一致，將不能得到正確的編碼信息。但這也正是我們利用線偏振光子進(jìn)行安全密鑰分配的物理基礎(chǔ)，后文將會(huì)說(shuō)明。

再次，當(dāng)Bob完成所有偏振光子檢偏之后，利用經(jīng)典信道與Alice聯(lián)系。Alice公布發(fā)送過(guò)程中所選擇的起偏組，Bob公布測(cè)量過(guò)程中所用的檢偏組，雙方通過(guò)經(jīng)典信道進(jìn)行比對(duì)，舍棄雙方選擇了不同組的測(cè)量結(jié)果，保留雙方選擇相同組的測(cè)量結(jié)果，這些就是雙方共享的密鑰。完全理想的情況下，通信誤碼率為零。

在此基礎(chǔ)上，雙方可以通過(guò)拿出共享密鑰的一部分進(jìn)行錯(cuò)誤率對(duì)比來(lái)檢查是否存在竊聽(tīng)者。假設(shè)有第三方（Eve）在量子信道上進(jìn)行竊聽(tīng)，為了獲得Alice發(fā)送的偏振光信息，竊聽(tīng)者Eve仿照Bob進(jìn)行檢偏。若Eve選擇了與Alice相同的組去測(cè)量，則不會(huì)影響B(tài)ob 的測(cè)量結(jié)果，Alice和Bob對(duì)比密鑰時(shí)不會(huì)發(fā)現(xiàn)有Eve的存在。然而，Eve還有50%的概率會(huì)選擇與Alice不同的檢偏組去檢偏，這會(huì)使光子偏振態(tài)改變，此時(shí)Bob再測(cè)量這個(gè)光子又有50%的概率得到與Alice不同的結(jié)果。這樣，如果假設(shè)Eve對(duì)Alice發(fā)送的所有光子進(jìn)行截取測(cè)量后重發(fā)，則Eve的存在會(huì)給通信帶來(lái)25%的誤碼率，Alice和Bob通過(guò)相互對(duì)比就可以發(fā)現(xiàn)有竊聽(tīng)者Eve的存在。

2.2 量子密鑰分配的具體實(shí)現(xiàn)

以上是最理想的離散變量量子密鑰分配方案的基本原理，但這僅僅是邁向完整QKD系統(tǒng)實(shí)際實(shí)現(xiàn)的第一步。正如大學(xué)物理在理工科高等教育的基礎(chǔ)性地位一樣，上述QKD 協(xié)議也僅僅是QKD系統(tǒng)的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)大學(xué)物理講述的內(nèi)容大都是純粹的、完美的理論，目的是使學(xué)生獲得完整的物質(zhì)世界圖像，認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界運(yùn)動(dòng)變化的基本規(guī)律。但在新工科背景下的大學(xué)物理教學(xué)，除了給學(xué)生構(gòu)筑完整理想的物理知識(shí)背景和結(jié)構(gòu)外，還有必要在合適的情境下，讓他們跳出完美但不實(shí)際的理論，去見(jiàn)識(shí)書(shū)本上的知識(shí)和實(shí)際世界的差距，建立開(kāi)放的和發(fā)展的科學(xué)理念。因此，下文就實(shí)際QKD的實(shí)現(xiàn)補(bǔ)充說(shuō)明幾點(diǎn)。

第一，理想方案中信息的載體是單光子，實(shí)際中獲得單光子的方法大致分為兩類：?jiǎn)喂庾釉春臀⑷跫す庠础喂庾拥牟豢稍俜中詮奈锢碓砩媳ＷC了量子密鑰的安全性。單光子源最直觀的一個(gè)例子就是原子從激發(fā)態(tài)躍遷至基態(tài)時(shí)會(huì)釋放一個(gè)光子。實(shí)際中，這個(gè)過(guò)程是概率性的。單光子源顯然更符合QKD安全性的理論要求，但受限于技術(shù)成熟度，其實(shí)際制備效率、使用條件等均尚不適合實(shí)用化系統(tǒng)的應(yīng)用，因此目前實(shí)際QKD系統(tǒng)中采用的都是制作成本低、方便的微弱激光源。將激光秒沖衰減至每個(gè)脈沖的平均光子數(shù)小于1，即一串連續(xù)的光脈沖中，只有一定比例的脈沖包含一個(gè)光子，大部分的脈沖是空的，還有很少比例的脈沖包含兩個(gè)及以上的光子。微弱激光源中含有的多光子成分帶來(lái)的安全性隱患已經(jīng)有有效的方法可以高效的彌補(bǔ)[20-22]。

第二，實(shí)際激光器產(chǎn)生的光多是單一的線偏光，要產(chǎn)生四種不同線偏振光一般有兩種方法。一是利用兩個(gè)50/50的分束器將單一光束一分為四，然后再借助二分之一波片將其偏振方向轉(zhuǎn)到需要的方向上。另一種方法則直接用四個(gè)同樣的激光器結(jié)合二分之一波片來(lái)實(shí)現(xiàn)。墨子號(hào)量子通信衛(wèi)星采用的是后一種方法[15]。

第三，實(shí)際中檢偏多采用偏振分束器而不是偏振片。原因在于用偏振分束器簡(jiǎn)單且效率更高。顧名思義，偏振分束器把入射光分成兩束偏振方向相互垂直的反射光和透射光。對(duì)于單光子入射，如果為線偏振，且偏振分束器通光方向與其偏振方向一致（垂直），則只有透射（反射）方向能檢測(cè)到光子。如果偏振分束器的通光方向與入射線偏方向夾角為45°或135°，則在反射和透射方向上各有50%的概率能夠探測(cè)到光子。注意，并不是透射光和反射光強(qiáng)度各為入射光強(qiáng)的一半，因?yàn)閱喂庾右咽遣豢稍俜值淖钚挝?。也就是說(shuō)，單個(gè)光子100%通過(guò)和50%通過(guò)的情況僅用偏振分束器是不可區(qū)分的，通信雙方需對(duì)照起偏組和檢偏組來(lái)完成。

第四，前面講到對(duì)于理想的QKD 系統(tǒng)而言，如果沒(méi)有竊聽(tīng)者Eve存在，則系統(tǒng)誤碼率為0，如果存在竊聽(tīng)者Eve，則系統(tǒng)誤碼率為25%。但對(duì)于實(shí)際系統(tǒng)而言，即使沒(méi)有竊聽(tīng)者存在也有一定的誤碼率，這主要是由于光學(xué)器件的非理想（比如起偏器的消光比有限）以及信道的噪聲（比如信道的退偏）等因素的影響。而從安全性角度考慮，我們并不能區(qū)分噪聲所引入的誤碼率和竊聽(tīng)者所引入的誤碼率。因此，實(shí)際系統(tǒng)中需要將所有的噪聲都認(rèn)為是竊聽(tīng)者引入的。此時(shí)就不能簡(jiǎn)單地通過(guò)誤碼率來(lái)判斷系統(tǒng)中是否存在竊聽(tīng)者。事實(shí)上，隨著理論的發(fā)展，當(dāng)前的QKD 系統(tǒng)中已經(jīng)不是通過(guò)誤碼率來(lái)簡(jiǎn)單判斷是否存在竊聽(tīng)者，而是通過(guò)誤碼率來(lái)估計(jì)竊聽(tīng)者所獲取的信息量，然后通過(guò)嚴(yán)格的信息論分析和數(shù)學(xué)處理來(lái)擦除掉竊聽(tīng)者所獲取的信息，從而保證即使存在竊聽(tīng)者時(shí)也可以建立無(wú)條件安全的密鑰。這涉及較為復(fù)雜的理論分析，此處不展開(kāi)說(shuō)明，感興趣的讀者可以參考相關(guān)的書(shū)籍和文獻(xiàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文以光的偏振和QKD為例，對(duì)基礎(chǔ)物理到高新尖技術(shù)的跨越進(jìn)行了一次有益的嘗試。偏振是波動(dòng)光學(xué)中最抽象的一章內(nèi)容，光的不同偏振態(tài)及其相互轉(zhuǎn)化連不少研究生也沒(méi)有完全理清楚，但其應(yīng)用又十分的廣泛，相當(dāng)一部分光學(xué)實(shí)驗(yàn)都會(huì)涉及光的偏振。本文在簡(jiǎn)要回顧大學(xué)物理偏振部分教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)潔明了地解釋了QKD的基本原理，并對(duì)實(shí)際實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了較為充分的討論，旨在表明任何理論方案和實(shí)際實(shí)現(xiàn)都存在相當(dāng)?shù)木嚯x，這對(duì)于激發(fā)學(xué)生見(jiàn)識(shí)基本物理原理與實(shí)際前沿應(yīng)用的密切聯(lián)系有很好的示范作用，有望激發(fā)學(xué)員進(jìn)一步主動(dòng)探索研究的興趣和熱情。

新 工科是基于國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)新形勢(shì)、立德樹(shù)人新要求而提出的我國(guó)工程教育的改革方向[23]。新工科要求我們培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新意識(shí)的學(xué)生。作為高等學(xué)校理工科學(xué)生通識(shí)教育必修課的“大學(xué)物理”課程，正是本著傳授知識(shí)，培養(yǎng)能力和科學(xué)素質(zhì)的宗旨為理工科創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)服務(wù)的。新工科建設(shè)“新”字當(dāng)頭，在大一大二這培養(yǎng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)興趣和自我學(xué)習(xí)能力的關(guān)鍵時(shí)期，將經(jīng)典物理原理與現(xiàn)代的高新尖技術(shù)無(wú)縫對(duì)接，利用大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容解釋高新尖技術(shù)的基本原理，同時(shí)也闡述理論和實(shí)際實(shí)現(xiàn)之間的距離，激起學(xué)生主動(dòng)探索甚至是進(jìn)一步研究的愿望，必將有益于大學(xué)生自我學(xué)習(xí)興趣和能力的培養(yǎng)及提升，獲得終身學(xué)習(xí)能力，從而進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和培養(yǎng)創(chuàng)新能力，這正是新工科人才培養(yǎng)的新理念。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 李承祖，曾交龍.大學(xué)物理學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2019.

[2] 廖延彪.偏振光學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2003.

[3] BENNETT C H， BRASSARD G. Quantum cryptography：Public key distribution and coin tossing[C]. Proceeding ofthe IEEE International Conference on Computers，Systems，and Signal Processing （IEEE， New York）， 1984： 175.

[4] CHARLES H B，GILLES B， CLAUDE C， et al. Teleportingan unknown quantum state via dual classical and Einstein-Podolsky-Rosen channels[J]. Physics Review Letter，1993（70）： 1895.

[5] ADRIANO B， ARTUR E. Dense coding based on quantumentanglement[J]. Journal of Modern Optics， 1995（42）：1253.

[6] 溫曉軍， 陳永志. 量子簽名及應(yīng)用[M]. 北京：航空工業(yè)出版社， 2012.

[7] DENG F G， LONG G L. Secure direct communication witha quantum one-time pad[J]. Physics Review A， 1997（56）：1154-1162.

[8] HILLERY M， BU?EK V， BERTHIAUME A. Quantumsecret sharing[J]. Physics Review A， 2004（69）： 052319.

[9] KARLSSON A， KOASHI M， IMOTO N. Quantum entanglementfor secret sharing andsecret splitting[J]. PhysicsReview A， 1999（59）： 162-168.

[10] CLEVE R， GOTTESMAN D， LO H-K. How to share aquantum secret[J]. Physics Review Letter， 1999（83）：648.

[11] CRé C， GOTTESMAN D， SMITH A. Approximatequantum error-correcting codesand secret sharing schemes[C]//Advances in Cryptology-EUROCRYPT 2005， LectureNotes in Computer Science. Berlin， 2005： 285-301.

[12] LO H K. Insecurity of quantum secure computations[J].Physics Review A， 1997（56）： 1154-1162.

[13] LO H K， CHAU H F. Is quantum bit commitment reallypossible？ [J]. Physics Review Letter， 1997（78）： 3410-3413.

[14] MAYERS D. Unconditionally secure quantum bit commitmentis impossible[J]. Physics Review Letter， 1997（78）：3414-3417.

[15] WANG S， CHEN W， YIN Z Q， et al. Field and long-termdemonstration of a wide area quantum key distribution network[J]. Optical Express， 2014， 22（18）： 21739-21756

[16] LIAO S K， CAI W Q， LIU W Y， et al. Satellite-to-groundquantum key distribution[J]. Nature， 2017（549）： 43-47.

[17] LIAO S K， CAI W Q， HANDSTEINER J， et al. Satelliterelayedintercontinental quantum network[J]. Physics ReviewLetter， 2018（120）： 030501.

[18] Chinas 2，000-km Quantum link is almostcomplete[EB/OL].https：//spectrum.ieee.org/telecom/security/chinas-2000kmquantum-link-is-almost-complete

[19] 李承祖.量子通信和量子計(jì)算[M].長(zhǎng)沙：國(guó)防科技大學(xué)出版社，2000.

[20] HWANG W Y. Quantum key distribution with high loss：Toward global secure communication[J]. Physics ReviewLetter， 2003， 91（5）： 057901.

[21] WANG X B. Beating thephoton-number-splitting attack inpractical quantum cryptography[J]. Physics Review Letter，2005， 94（23）： 230503.

[22] LO H K， MA X， CHEN K. Decoy state quantum key distribution[J]. Physics Review Letter， 2005， 94（23）：230504.

[23] 鐘登華. 新工科建設(shè)的內(nèi)涵與行動(dòng)[J]. 高等工程教育研究，2017（3）： 1-6.

ZHONG D H. Connotations and actions for establishingthe emerging engineering education[J]. Research in HigherEducation of Engineering， 2017（3）： 1-6. （in Chinese）