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量子计算机

量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。研究可逆计算机的目的是为了解决计算机中的能耗问题。

无论是量子并行计算还是量子模拟计算，本质上都是利用了量子相干性。遗憾的是，在实际系统中量子相干性很难保持。在量子计算机中，量子比特不是一个孤立的系统，它会与外部环境发生相互作用，导致量子相干性的衰减，即消相干。因此，要使量子计算成为现实，一个核心问题就是克服消相干。而量子编码是迄今发现的克服消相干最有效的方法。主要的几种量子编码方案是：量子纠错码、量子避错码和量子防错码。量子纠错码是经典纠错码的类比，是目前研究的最多的一类编码，其优点为适用范围广，缺点是效率不高。

量子通信系统

量子通信系统的基本部件包括量子态发生器、量子通道和量子测量装置。按其所传输的信息是经典还是量子而分为两类。前者主要用于量子密钥的传输，后者则可用于量子隐形传态和量子纠缠的分发。

量子电子器件

量子电子器件是根据量子效应设计并制作的器件。当半导体超晶格与量子阱微结构的尺寸小于电子的德布罗意波长（50纳米）时，电子的量子波动行为就会表现出来，此时可产生出各种量子效应，如量子尺寸效应、量子隧道效应和量子干涉效应等。除隧道二极管之外，已投入使用的是一种超导量子器件，即约瑟夫逊器件。其他种类的器件还有待进一步研究，如利用量子细线中的高电子迁移率效应制备超高速逻辑器件，利用超微细结构中的隧道效应制作多值逻辑器件，利用量子箱结构制作大容量存储器，利用相干电子波的干涉、衍射和反射现象设高速开关器件以及传感器件，利用有效状态密度的变化制作量子箱和量子点微结构激光器等。

量子纠缠

量子力学是非定域的理论，这一点已被违背贝尔不等式的实验结果所证实，因此，量子力学展现出许多反直观的效应。在量子力学中能够以这样的方式制备两个粒子态，在它们之间的关联不能被经典地解释，这样的态称为纠缠态，量子纠缠指的是两个或多个量子系统之间的非定域非经典的关联。量子隐形传态不仅在物理学领域对人们认识与揭示自然界的神秘规律具有重要意义，而且可以用量子态作为信息载体，通过量子态的传送完成大容量信息的传输，实现原则上不可破译的量子保密通信。

绿色计算机

绿色电脑是一种安全、节能型电脑。绿色是一种环保称谓，其实质是将耗电量、原材料以及对健康和环境的危害力争减少到最低限度。

电脑的设计和制造长期以来存在着忽视安全、健康、节能和低公害的倾向。自20世纪90年代起，由于电脑造成的办公室污染和操作人员电脑综合症的出现，电脑与健康、电脑与生态环境的关系倍受人们关心和重视，特别是在能源缺乏的现代，随着环保意识的增强，研制绿色电脑被提上议事日程。绿色电脑与普通电脑相比，有以下特点：

（1）主机的电源由56降为3.36。

（2）附加了停机时具有暂停功能的电源管理芯片，使显示器和硬盘分开设置电源。具有这种功能后，电脑在工作时功耗为120～130瓦，而在不工作时功耗则降低到30～40瓦。

（3）采用节能并能防止电磁辐射的平板显示器。

（4）主机的机箱采用金属板屏蔽，以防止辐射从系统中逸出。遵循这些原则，美国环保局率先提出了“能源之星”计划。这个计划要求，每台个人电脑的耗电量从目前的150～300瓦，降到30～50瓦。符合这一标准的电脑，将被容许贴上“能源之星”的标识。在“能源之星”计划的推动下，美国一些著名的电脑厂商相继推出了绿色电脑。

蓝牙技术

蓝牙技术是一种短距离无线通信技术，利用“蓝牙”技术，能够有效地简化掌上电脑、笔记本电脑和移动电话手机等移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化以上这些设备与因特网之间的通信，从而使这些现代通信设备与因特网之间的数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。说得通俗一点，就是蓝牙技术使得现代一些轻易携带的移动通信设备和电脑设备，不必借助电缆就能联网，并且能够实现无线上因特网，其实际应用范围还可以拓展到各种家电产品、消费电子产品和汽车等信息家电，组成一个巨大的无线通信网络。

录像机

1951年11月，美国克罗斯公司在马林的带领下，研制出第一台实用的磁带录像机。它是依据磁带录音的原理制作的，磁带以每秒254毫米的速度通过多磁迹磁头。这台录像机性能很差，但仍然被誉为一项出色的技术成就。

同声音信号相比，图像信号的带宽非常宽，因而在磁带上记录图像信号便出现了困难。马林在1951年制造的录像机，其最大分解力仅为1/135的图像高度。后来，英国广播公司、美国通用电气公司、美国无线电公司对这种录像机加以改进。美国无线电公司于1953年11月展出了彩色电视录像机，它采用宽1.27厘米磁带，每秒钟的带速可达900厘米。这种录像机被称为纵向扫描磁带录相机。录像机的磁带通过磁头的速率太高，美国安派克斯公司的工程师们想到，不增大磁带在录像机内的运转速率，也能增加磁带与磁头之间的接触速率。1956年4月，该公司展示了他们的新型录像机。它装有4个录像磁头，每秒钟仅使用38厘米磁带，而磁带与磁头的接触速度达到每秒3962厘米。他们让磁头旋转，沿横向越过磁带的宽度。

早在1953年，日本的东芝公司就开始研制一种旋转磁头的录像机。这种录像机称为螺旋扫描磁带录像机，磁带以螺旋线形状围绕磁鼓，磁鼓上装有水平旋转的磁头。日本的东芝公司在1960年开始供应螺旋扫描磁带录像机，采用宽度为5.04厘米的磁带。磁带输送速率为每秒38厘米。螺旋扫描磁带录像机尺寸小，耗用磁带少，而且能达到广播质量要求。随着录像机的不断改进，磁带带宽由5.04厘米改为1.27厘米，磁带速率也从每秒38厘米降为每秒25.4厘米。后来，日本索尼公司开始生产家用录像机系列，采用1.27厘米宽的磁带，磁带速率为每秒19厘米，价格仅为广播用录像机的几分之一。以后，磁带录像机逐渐走入人们的家庭生活。

录制三维图像

1991年，英国的一家公司研制成功用一台普通的家用录像机记录和显示三维图像的技术。这一技术还能在同一盘录像带上同时录制两个不同的电视节目。欧洲的录像机是以每秒50帧图像的速度储存或重放。用普通的家用录像机记录和显示三维图像的方法是：在磁带上把图像交替地记录成左视图和右视图，当每帧图像的信号离开录像机时，就被馈入一个电子存储器里。这种存储器临时性地储存每帧图像，然后以1/50秒再次显示出来，因此就能同时显示左视图和右视图。这两种视图都以每秒50次的全速同时显现，因此只能把左视图像和右视图像馈到一个视频投影仪上。这些投影仪使用的是偏振光，并以不同的偏振方向显示每个视图。观看者佩带上像太阳镜那样的偏振眼镜，因左右眼受到的偏振度不同，左眼只能看到左视图，右眼只能看到右视图。交替的图像在磁带上仍然是完全分开的，所以在一个磁带上可记录两套完全不同的节目。这样，人们能同时录下两套电视节目，重放时又立刻能把它们分开。在保安方面用两台摄像机能同时对一个处于监视的地区录下两套图像。体育教练也能使用这种技术拍下一名运动员在训练中的两套图像。

立体电影

美国科学家帕维之最近发明一种立体影视旋转银幕。其制作原理是，借助于一系列处于不断振动状态的晶体，在计算机控制下，将激光光束分解为4万多个光点，然后精确地投射在圆球内部，以构成三维立体图像，与此同时，圆球仍以难以觉察的高速，形成连续与活动的画面。

立体电视

1991年6月，日本电报及电话公司研究和开发出能播放出立体影像的彩色电视机。立体电视可分为两类。一类是观看者需佩戴特殊眼镜，才能得到立体图像。因为简单的双像系统是用两架摄像机拍出叠印的双像，观看时要使两眼各看到一幅影像。还有一种水平视差系统，是用柱面凸透镜把物像分解成多组双像后，利用光栅透镜使左右眼分别接受到具有视差信息的影像。第二类为全视差系统，其典型代表为激光全息电视系统，这种方式能形成真正的三维立体图像，它不需要装设特制荧屏，观众也不必像看立体电影那样戴上专用眼镜，直接用肉眼就可以看出立体效果。它利用人类双眼的立体视差效应，使观看者能获得具有深度感和现场感的三维图像。立体电视是用一台看似录相机的机器，先将节目录下来，再用立体电视系统播放。立体彩色显像器还可适用于电视电话、医学训练、监察遥控机器人，以及用于汽车业及建筑物上的设计等。

立体集成电路

立体集成电路即三维集成电路。立体集成电路具有高密度、高速度、多功能和低功耗等特点，可作成大容量存储器和高速信号处理器。SOI（硅/绝缘层结构）技术。随着分子束外延、化学气相淀积和原子搬移等超微加工技术的发展，在半导体芯片内部实现器件布局的立体化也将逐步实现，以制作出密度更高的立体集成电路。

雷达的产生

1900年，克罗地亚物理学家泰斯拉提议，可利用回波现象设计无线电探测仪。1904年，德国工程师许尔斯迈尔研制出航海用的自动探测仪并申请了专利。他的这个探测仪，可以说是雷达的前身，但它不能测出待测物体到探测仪的距离及移动方向。1922年，美国海军实验员泰勒和杨根据一次实验中的偶然发现推测，大的金属体会阻拦或反射短波无线电信号。于是，他建议海军在两艘巡洋舰上分别装上无线电发射机和接收机，供在大海航行时搜索敌舰用。

1930年6月，泰勒和杨的同事海兰在进行高频无线电定向实验时再次发现，如果上空有飞机飞过，他的无线电信号就会受到严重的干扰。由此他建议海军采用发射定向无线电波束的方法来搜索远方的敌机。

30年代，美国、英国、法国、荷兰和德国等国家对探测飞机的雷达进行了研究。很难分清谁是首创者，因此有人把它称为是一种“同时的发明”。

1934年，英国物理学家沃森·瓦特带领一批科学家，利用无线电技术对大气层进行科学考察。他们使用的仪器有无线电发射机、接收机和阴极射线管。一天，当他们正对着阴极射线管的荧光屏观察时，沃森·瓦特发现有一串小亮点，这引起了他的注意。经过多次试验发现，这些亮点是从附近一幢大楼反射回来的电磁波信号。沃森·瓦特立即联想到：既然大楼能反射电波，并在荧光屏上显示出来，那么，在远处空中飞行的飞机不是也能反射电波，并从荧光屏上显示出来吗？

1935年1月，沃森·瓦特等人开始进行雷达的试验、研制工作。他们首先制造出电波的发射装置与接收装置，随后又把全部设备装在载重汽车上。当试验飞机从15千米之外起飞，朝载重汽车方向飞来时，汽车上的发射装置发射出电波，碰到飞机后，电波迅速反射回来，被汽车上的接收装置接收到。在试验时，他们可以发现距汽车12千米远的飞机。

1935年，沃森·瓦特向英国空军提交了一篇名为《用雷达探测飞机》的文章，引起政府对军用雷达的重视。英国物理研究所无线电实验室在当年研制出使用波长为1.5厘米电磁波的飞机探测雷达装置——CH系统，探测距离为90千米。同年，法国无线电电子学会，在“诺曼底”号邮船上，安装了一台工作于分米波段的“目标雷达探测器”，这是最早的民用雷达。

为了探寻敌舰和敌机，1935年，美国海军研究实验室计划设计一种“无线电探测和测距”的装置，这个装置英文名称的缩写就是RADAR（雷达）。经过一年努力，设计出可以探寻60多千米范围内飞机的雷达。

早在1934年4月，美国海军研究实验室就开始研究设计脉冲雷达，1936年试制成功。他们还为这种雷达设计出发射机和接收机天线转换开关，在发射两个脉冲之间，能自动将天线转换到接收机上，使收、发机共用天线，减小了雷达的体积，使得有可能把雷达安装在军舰上。1937年4月，美国最先为军舰配备了雷达。1938年，雷达开始用于防空袭。

1938年9月，英国研制的CH雷达系统正式投入使用，部署在英国泰晤士河口附近，可探测到250千米处的飞机。1941年，英国沿海岸线形成了完整的防空雷达警戒网。雷达在战争中发挥着越来越重要的作用。

雷达的神奇作用

雷达的神奇作用引起许多国家的重视。第二次世界大战初期，德国首先研制出大功率的三极、四极电子管，把雷达工作的频率提高到500兆赫以上。这不仅提高了雷达搜索和引导飞机的精度，而且提高了高射炮的命中率。

1939年，英国人兰德尔与布特发明工作频率为3000兆赫的多腔磁控管。1941年，英国研制出采用这种磁控管的微波雷达，使盟军在空战和空-海作战上获得优势。

“滤波”

信息沿信道传输，不可避免地会受到各种噪杂音的干扰，有人为的干扰，也有自然的干扰（如雷电），有来自信息系统内部的干扰（如热噪声等），也有来自信息系统外部的干扰，使信宿不能原原本本、准确无误地收到信源发出的信息，因而导致传输质量劣化。严重时，信息甚至完全被噪杂音湮没，使信息传输无法进行。因此，如何同噪杂音作斗争就成为信息传输中的重要课题。

为了使信宿能从编码的码子序列中无失真的复制出原始信息，以最大限度地减少信息疑义度，信息论研究中提出了滤波理论。所谓“滤波”，通俗地说，是指从获得的信号与干扰的合成波中，尽可能将干扰波滤除掉，分离出所期望的信息。这与过滤嘴香烟能滤掉有害的尼古丁有点类似。

流星通信

流星是分布在太阳系空间里数不清的又小又暗的星际物质，小如米粒大似山，以每秒几十千米的速度绕太阳旋转。一旦同地球相遇就会以每秒16～80千米的高速在大气层中运动，使空气急剧电离，在它后面形成尾状离子云，直到它烧成气体和极微细的尘末。科学家们设想，无线电通信是把语言或数据转化成信号电波发送的。传输中的电波在与流星余迹相遇时，迅即被它反射到几百千米外的地面上，像手电筒光束那样扩展开，覆盖一大片区域；设在那里的地面站收到信号后，可以立即发射出回答信号，通过同一层流星余迹转送到原来发出信号的地面站，这样就可以实现流星通信了。

20世纪50年代初，加拿大科学家就开始着手这方面的实验。1954年，流星余迹正式用于通信事业。