量子信息论文选题

电子信息科学与技术专业本科毕业设计（论文）选题指南一、电子信息科学与技术专业的学科领域电子信息科学与技术专业属于电子信息科学类专业。电子信息科学类专业还包括：微电子学（071202）；光信息科学与技术（071203）。二、电子信息科学与技术专业的主要研究方向和培养目标1、电子信息科学与技术专业的主要研究方向(1) 电路与系统(2) 计算机应用2、电子信息科学与技术专业的培养目标本专业培养具备电子信息科学与技术、计算机科学与技术的基本理论和基本知识，受到严格的科学实验训练和科学研究初步训练，能在电子信息科学与技术、计算机科学与技术及相关领域和行政部门从事科学研究、教学、科技开发、产品设计、生产技术或管理工作的电子信息科学与技术高级专门人才。本专业学生主要学习电子信息科学与技术的基本理论和技术，受到科学实验与科学思维的训练，具有本学科及跨学科的应用研究与技术开发的基本能力。毕业生应具备以下几方面的知识、能力和素质:(1) 掌握数学,物理等方面的基本理论和基本知识，；(2) 掌握电子信息科学与技术,计算机科学与技术等方面的基本理论,基本知识和基本技能与方法； (3) 了解相近专业的一般原理和知识；(4) 熟悉国家电子信息产业政策及国内外有关知识产权的法律法规；(5) 了解电子信息科学与技术的理论前沿,应用前景和最新发展动态，以及电子信息产业发展状况；(6) 掌握现代电路设计自动化技术。(7) 掌握资料查询,文献检索及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法；具有一定的技术设计，归纳、整理、分析实验结果，撰写论文，参与学术交流的能力；(8) 具备善于运用已有知识来学习挖掘新知识，能够将所学知识运用到实践活动中去和运用科学知识分析解决实际问题的能力；(9) 具有独立观察，分析问题，敢于标新立异，勇于置疑，具备开展科学创新活动的基本能力；(10) 善于自我设计、自我推销，协调和处理人际关系，能够及时掌握人才市场需求的信息，具有自主择业的能力。三、毕业设计（论文）选题原则本专业毕业论文（设计）题目的选择要遵循以下原则：1、要结合所学专业毕业论文主要用来衡量学生对所学知识的掌握程度，所以论文题目不能脱离所学的专业知识。有些学生工作与所学专业没有关系，而本人对所从事的工作有一定的探索或研究，毕业论文就写了这方面的内容。这只能算是工作总结，但不能算是一篇毕业论文。工科学生学习的专业往往和他们从事的工作有教紧密的关系，他们有教丰富的实验经验和感性认识，经过几年的系统学习，可以学到相应的理论知识，使他们对自己的工作有一种新的认识，他们可以利用所学知识对原来的工作方式、工作程序、工作工具进行改进，以提高工作效率。2、内容要新工科论文除了具有理论性之外，更重要的是它的实践性和实际操作性。工科各学科发展非常之快，往往教科书刚进入课堂，内容就已经落后了。待学生毕业时，所学知识可能几近淘汰，所以学生选题要注意所用知识不能陈旧，要能跟上学科的发展。3、题目要大小适当，难易适度论文题目不宜过大，否则必然涉及的范围大广。学生处涉科研，普遍存在着知识面窄、理论功底不足的问题，再加上学生主要以业余学习为主，题目太大，势必讲得不深不透，乃至丢三落四，难以驾驭。因此，选题必须具体适中。题目选择要难易适度。过难，自己不能胜任，最后可能半途而废，无法完成论文；太容易，则论文层次太低，不能很好地反映几年来的学习成绩和科研水平，同时自己也得不到锻炼。选题最好能合乎个性兴趣爱好，如果自己对论题兴趣很高，就会有自发的热情和积极性，文章就容易写出新意来。四、毕业设计（论文）选题选题是决定毕业设计（论文）训练成败与质量好坏的关健之一。1、电子信息科学与技术专业本科从选题的内容上可以分为理论型毕业设计（论文）和应用型毕业设计（论文）两大类。2、从本科毕业设计（论文）课题的来源，也可以分为科研开发型和自确定型毕业设计（论文）两大类。3、从电子信息科学与技术专业本科毕业设计（论文）所涉及的研究领域来看，又可以将其划分为如下一些领域: (1) 集成电路的测试与故障诊断(2) 集成电路的设计与分析(3) ARM的设计与应用(4) 信号与信息处理(5) 单片机应用系统开发(6) 仪器、仪表的设计开发与改进(7) 视频、音频信号处理技术(8) 可编程器件、EDA技术(9) 新型电源的开发与应用(10) 各种电子电路的设计(11) 微机接口电路的设计(12) 电子电路的软件仿真技术(13) 太赫兹电子技术(14) 测试控制系统的设计与仿真(15) 数据采集系统设计(16) 虚拟仪器

相距遥远的两个量子所呈现出得关联性。科学家早就发现，处于特定系统中的两个或多个量子，即使相距遥远也总是呈现出相同的状态，当其中一个量子状态改变时，其他量子也会随之改变。量子瞬间传输技术就是基于此的传输技术。一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位，我们就说这个物理量是量子化的，把这个最小单位称为量子。光子就是光量子，一束光至少包含一个光子，再少就不存在了。实验发现，原子中电子的能量不是连续变化的，而是只能取一些分立的值，也就是说，原子中的电子能量是量子化的。量子化是微观世界的普遍现象。20世纪上半叶（主要是从1900年到1930年），普朗克、爱因斯坦、德布罗意、玻尔、海森堡、薛定谔、狄拉克、玻恩、泡利等伟大的物理学家们创立了量子力学，这是我们目前对微观世界最准确的描述。相对论几乎是爱因斯坦独力创造出来的，量子力学却是群星璀璨的产物。爱因斯坦在其中也发挥了非常重要的作用（提出光量子，这是他得诺贝尔物理学奖的原因，居然不是相对论！），但并不是最重要的，最重要的两个贡献者是普朗克和海森堡。不过上面无论哪一位，都比在世的物理学家伟大多了（杨振宁可能跟泡利相差不是很远？），这是时代的垂青，个人无法改变的。量子力学描述世界的语言跟经典力学有根本区别。经典力学描述一个粒子的状态，说的是它在什么位置，具有什么动量。不言而喻的是，在任何一个时刻这个粒子总是位于某个位置，具有某个动量，即使你不知道是多少。量子力学描述一个粒子的状态，却是给出一个态函数或者称为态矢量，这个态矢量不是位于日常所见的三维空间，而是位于一个数学抽象的线性空间。在这里我们不需要深究这是个什么空间，关键在于两个态矢量之间可以进行“内积”的运算。内积是什么？在三维空间中，两个长度为1的单位矢量a和b做内积(a, b)，得到的是它们夹角的余弦，即两个矢量方向相同时得到1，方向相反时得到-1，互相垂直时得到0，所以内积也可以理解为一个矢量在另一个矢量上的投影。对两个态矢量也可以求这样的内积，结果是个复数（即有实部虚部，不一定是实数），而这个复数的绝对值小于等于1。现在不可思议的新概念来了：对于任何一个物理量P（例如位置、动量），态矢量都可以分为两类，一类具有确定的P，称为P的本征态，P的取值称为这个本征态的本征值；另一类不具有确定的P，称为P的非本征态。非本征态比本征态多得多，如同无理数比有理数多得多。也就是说，绝大多数情况下，一个粒子是没有确定的位置的！等等，什么叫做“没有确定的位置”？是因为粒子跑得太快了，我们看不清吗？量子力学说的不是这种常规（而错误）的理解，而是说：非本征态是一个客观真实的状态，跟本征态同样客观真实，它没有确定的位置是因为它本质上就是如此，而不是因为我们的信息不全。来打个比方，有些状态可以用指向上下左右的箭头来表示，于是你定义“方向”为一个物理量，但是还有些状态是一个圆！圆状态跟箭头状态同样真实，只是没有确定的方向而已。但是读者还会困惑，因为我们总是可以用仪器去测量粒子的位置，测量的结果总是粒子出现在某个地方，而不是同时出现在两个地方，或者哪里都测量不到。好，下面就是量子力学的关键思想：对P的本征态测量P，粒子的状态不变，测得的是这个本征态的本征值。而对P的非本征态s测量P，会使粒子的状态从s变成某个P的本征态f，概率是s与f的内积的绝对值的平方|(s, f)|^2，发生这个变化后测得的就是f的本征值。用上面的例子来说，对箭头状态测方向，状态不变，得到的就是箭头的方向；对圆状态测方向，圆状态会以相同的几率变成任何一个箭头状态，得到的是这个新的箭头状态的方向。对位置的非本征态测量位置，就会测得粒子出现在某个随机的位置，而出现在空间所有位置的几率之和等于1。怎么知道测量结果是随机的呢？制备多个具有相同状态的粒子，把实验重复多次，就会发现实验结果每次都不一样。没错，量子力学具有本质的随机性，同样的原因可以导致不同的结果，这是跟经典力学的又一大区别。你也许会觉得上面这些说法简直莫名其妙，但是现在绝大多数科学家都对它们奉若圭臬。为什么呢？因为这套奇怪的理论跟实验符合得很好，而经典力学却不能。当然，这是哲学性的原因，而操作性的原因很简单：现在的科学家受的都是量子力学的教育。普朗克有一句非常有趣的话：“新的科学真理并不是由于说服它的对手取得胜利的，而是由于它的对手死光了，新的一代熟悉它的人成长起来了。”事实上，现在仍然有不少人对量子力学提出各种各样的挑战，包括不少专业科学家，民科就更多了（当然挑战相对论的民科更多）。历史上，挑战量子力学的势力更加强大，其中的带头大哥就是--爱因斯坦！老爱坚信粒子应该具有确定的位置和动量，世界的演化应该是决定性的，对前面说的量子力学的不确定性和随机性十分不满。用他自己的话来说，他相信“没有人看月亮的时候，月亮仍然存在”，以及“上帝不掷骰子”。如果是一般人，表达完信念也就没事了。但爱因斯坦是超级伟大的科学家，神一样的人物，他不会满足于只做口舌之争，而是要设计一个判决性的实验，以可验证的方式证明量子力学的错误。于是乎，1935年，爱因斯坦（Einstein）、波多尔斯基（Podolsky）和罗森（Rosen）提出了一个思想实验，后人用他们的首字母称为EPR实验。你可以制备两个粒子A和B的“圆”态，使得在这个状态中两个粒子的某个性质（如电子的自旋角动量、光子的偏振）相加等于零，而单个粒子的这个性质不确定。这样一对粒子称为EPR对。然后你把这两个粒子在空间上分开很远，任意的远，然后测量粒子A的这个性质。好比你测得A是“上”，那么你就立刻知道了B现在是“下”。问题是，既然A和B已经离得非常远了，B是怎么知道A发生了变化，然后发生相应的变化的？EPR认为A和B之间出现了“鬼魅般的超距作用”，信息传递的速度超过光速，违反相对论。所以，量子力学肯定有错误。这个问题非常深邃，直到现在都不断给人以启发。不过量子力学的正统卫道士有一个标准回答：处于“圆”态的A和B是一个整体，当你对A进行测量的时候，A和B是同时发生变化的，并不是A变了之后传一个信息给B，B再变化，所以这里没有信息的传递，不违反相对论。这个回答怎么样？无论你信不信，反正我信了。不过爱因斯坦一直都不信，以这个他参与创建的理论的反对者的身份走完了一生。在爱因斯坦的时代，EPR实验只能在头脑中进行。随着科技的进步，这个实验可以实现了。1980年代，阿斯佩克特等人做了EPR实验，结果你猜怎么着？完全跟量子力学的预言符合！真的是你测得一个EPR对中的A是“上”的时候，B就变成了“下”。本来是设计出来否定量子力学的，反而验证了量子力学的正确性。这种事在科学史上屡见不鲜。17世纪的时候，牛顿主张光是粒子，惠更斯主张光是波动。牛顿按照惠更斯的理论计算出一个现象：把一束光射向一个不透明的小圆片，在圆片的背后中心位置会出现一个亮点，而不是暗点。牛顿认为这是不可能的，宣布驳倒了惠更斯。可是别人一做这个实验，发现真的就是如此，结果成了牛顿亲手证明惠更斯的正确。EPR现象既然是一个真实的效应，而不是爱因斯坦等人以为的悖论，人们就想到利用它。量子隐形传态（quantum teleportation）就是一个重要的应用。英文单词teleportation就是科幻艺术中biu的一声把人传过去的瞬间传输，tele是远，port是传，所以小编们报道这种新闻总是配传人的图片，《星际迷航》中的Spock发来贺电！可是，在量子信息研究中实际做的是把一个粒子A的量子态传输给远处的另一个粒子B，让B复制A的状态，注意传的是状态而不是粒子。当然你可以说传人也是把人的所有原子的状态传到远处的另外一堆原子上，组合成一个同样的人。OK我没意见，只不过为了避免混淆，中国的科学家们还是小心谨慎地把teleportation翻译成了隐形传态。量子隐形传态是怎么操作的呢？基本思路是这样：让第三个粒子C跟B组成EPR对，而C跟A离得很近，跟B离得很远。让A按照某个密码跟C发生相互作用，改变C的状态，于是B的状态也发生了相应的变化。再通过经典的通讯手段（比如电话、光缆）把密码告诉B那边的人，对B按照密码进行反向操作，就得到了A的状态。这里的基本元素包括作为中介的C、密码和传输密码的经典信道。

中心将以拔尖创新人才培养为导向、以本硕博长周期培养为主体、以科教结合为纽带，充分利用协同创新单位在生源、师资、先进实验平台、国际合作交流等方面的优势，建立优秀学生的遴选和培养新机制，真正实现科研与教学的有机结合、国内培养和国际化教育的有机结合、多学科培养的有机结合，源源不断地涌现出适应量子科技前沿领域多学科交叉需求和具有国际化视野的拔尖创新型青年人才。通过几年的协同建设和拔尖人才培养机制的贯彻落实，中心已成为培养一流后备科技人才的摇篮，研究生和博士后已成为开展高质量科研工作的朝气蓬勃的生力军，在中心发展过程中起到越来越重要的作用。几乎所有的研究生都参与到国家重大科学研究计划、“973计划”、“863计划”、基金委重大研究计划、中科院知识创新工程、中科院战略性先导科技专项等重大、重点科研项目中，大多数研究生在中心工作期间做出了有较强显示度的创新性研究成果，有些研究生已成为关键技术能手。在中心近年来发表的SCI论文中，80%以上的第一作者都是研究生，有30多位研究生在世界顶尖学术刊物Nature、Science、Nature子刊、Physical Review Letters上发表了论文。例如，许金时博士的毕业论文“光子纠缠态制备、应用及演化的实验研究”、高炜博博士的毕业论文“多量子比特纠缠态及其应用”入选了教育部“全国优秀博士学位论文”；金贤敏博士在Nature Photonics杂志上以第一作者发表了实现16公里自由空间量子隐形传态的研究论文，入选了“两院院士评选2010年中国十大科技进展新闻”；姚星灿博士在Nature和Nature Photonics杂志上以第一作者发表了首次实现八光子纠缠和拓扑量子纠错的研究论文；印娟博士长期参加与上海技物所在自由空间量子通信方面的协同创新工作，以第一作者在Nature杂志上发表了首次实现百公里量级量子隐形传态和双向纠缠分发的研究论文。这些高水平的研究工作均产生了重大的国际影响。中心已向德国海德堡大学、瑞士苏黎世高工、英国牛津大学、奥地利因斯布鲁克大学等国际知名大学和研究机构派出了多位研究生和博士毕业生开展国际合作和学习交流，将成为中心未来的重要人才储备。

现在我国在量子计算方面也做了比较系统的布局，利用超冷原子能够实现一些实用化的量子模拟技术。 利用超导量子计算探索和攻关通用的量子计算机，目前我们已经做到了12个超导量子比特的纠缠。 其次，基于量子卫星和“京沪干线”（京沪干线：连接北京、上海，贯穿济南和合肥全长2000余公里的量子通信骨干网络），我们国家首次描绘了天地一体化的量子通信网络的蓝图。

可能很多人还记得这些新闻，2016年8月16日，我国发射了世界上第一颗量子科学实验卫星。国际上几乎所有最重要的媒体，如BBC、《纽约时报》，还有《自然》、《科学美国人》等杂志，都报道了这个事件，并把它评为改变世界的十个重大科学事件之一。《华尔街日报》也以《沉寂了一千年，中国誓回发明创新之巅》为题进行报道。以量子卫星为代表的来自中国的一系列量子信息技术成果，也直接或者间接触发了欧洲和美国的重大投入。比如，欧洲正式启动了量子技术旗舰项目，美国也通过了“国家量子行动法案”。最近几十年，物理学发展到新的阶段，即使有百亿亿个光子，在实验室里可以精准地控制一个一个的光子、一个一个的原子。这些技术正在催生“第二次量子革命”的一些新技术，包括安全通信、超快计算、精密测量等技术。我国量子信息领域在高水平期刊上发表论文的情况，可以看到，从1998年开始，高水平论文数量已经增长了80多倍，这也是我们国家科技方面在改革开放40年里进步的缩影。未来在地面用光纤的方法实现城市里多个节点的量子通讯网络，再利用卫星实现超远距离，例如几千公里的安全信息传输，组建一个能够保障国家信息安全的骨干网，同时催生下一代的信息技术。总的来说，量子通信已经比较成熟了，而且我国是全面领先于欧洲和美国的。但量子计算刚刚从基础研究迈入技术积存和集中攻关的阶段，根据其实现难度，基本可以分为三个阶段。1、量子霸权是一个学术定义，指能够造出一台在某个问题上超越经典计算机能力的量子计算机，我国有希望在未来的不长的时间内能够达到这个目标。2、未来的5—10年，能够实现一些有实用价值的，比如可以应用于材料设计、组合优化、大数据等的模拟机。3、量子精密测量的实现难度比量子计算容易，它的应用将也会非常广泛。利用量子比特非常敏感的特征测量一些重要的物理量，比如重力、磁场、电场、温度等，从而把它用于导航技术、生命医学检测等方面。虽然目前态势较好，但我国也面临着一些非常严峻的挑战。2017年10月24日，美国召开听证会讨论如何保证美国在量子技术国际竞争中的领导地位。会议提到：“德国最先开展原子弹研制，但美国率先造出原子弹；前苏联最先进入太空，但美国率先实现了登月。尽管目前中国在量子技术若干方向上暂时具有优势…”“……只要美国有意愿，就一定能够再次领先……美国绝对无法承受在量子技术革命竞争中失败的代价。”最后做一个总结，“曼哈顿计划”改变了20世纪的世界格局。“第一次量子革命”时，因为历史原因，中国并没有太多的参与，但现在“第二次量子革命”是一个非常好的机遇，是一个能够使我们从之前的跟随者、模仿者变为引领者的机会，希望中国的科学家希望在“第二次量子革命”里能够发挥非常好的作用。