量子光学与量子信息领域中的中国

林宏宇

摘 要：量子光学与量子信息是20世纪末期兴起的，极具发展空间的新兴学科，量子光学本身的量子特性能够满足信息传播过程中所需的保密性好、存储量大、精确度高等特点。各个国家都在竭力发展该项技术，在一定程度上，量子通信已经实现了商业应用并极具发展前景，本文主要通过文献统计、情报分析等方法研究量子光学以及量子信息领域下中国的发展态势，研究该领域的试验成果以及发展方向，以求更好地为国家服务。

关键词：量子光学;量子信息

一、前言

近年來，量子通信技术在距离和速率方面都有了飞跃式的提升，同时小型规模的量子通信试验网的建成表明该项技术的发展已经有了初步的成效，验证量子信息技术的可能性与未来发展的无限潜能。在我国科学技术发展计划中，因为量子光学在各个领域所研究出的重大影响以及新的突破，“量子光学”被列为优先发展对象之一。同时，研究发现，量子光学在量子信息领域中的能够发挥极大的优势，各国的物理学家正在就现有技术对“量子通讯”、“量子计算机”等全新技术进行研究，各国政府都对该研究领域极度重视并给予了大力的支持。

量子光学与量子力学的发展前景是不可限量的，有大量的未知的领域等待开发，是充满了挑战性的科学领域，中国的科学家在该方向的研究已经获得了一定的认可，具备一定的科学竞争力。本文采用文献以及文献分析的方法分析量子力学与量子信息领域的研究方向，帮助我国科学家关注国际上的该方向的发展。

二、量子光学发展速度分析

早在20世纪初，普朗克和爱因斯坦就提出了光量子假说，对黑体辐射谱分不以及光电效应进行了成功全面的解释，确定了光具有波粒二象性的基本思想。尽管如此，光的量子理论并没有为经典电磁辐射理论对大多数物理光学实验现象的完美解释而得到进一步的发展，这一现象直到1970年后，被激光与光电子技术的进步所打破，因为一些经典理论无法解释的光学效应被人们慢慢发现，出现了未知的领域，这一领域就是量子光学。到20世纪90年代，全球兴起了量子光学的研究热潮，所以，研究量子光学的发展速度，既是从侧面表现一个国家的科技力量以及该学科的发展规律。

三、量子光学论文的增长斜率

增长斜率是数量增长曲线中表明事物发展的重要指标，斜率越大，表明事物的发展速度就越快，没有一项事物的发展速度是均速的，事物的发展会受到内外部条件变化的影响，研究发现量子光学领域自1991年起逐步迈向快速发展阶段。量子光学的发展可以分为13个分支，包含有相干光学效应、强场过程、压缩态、量子涨落，驰豫和噪声、激光器的全量子理论、多光子过程、光子统计、脉冲传播和弧子、量子探测器、量子电动力学、量子光学、超辐射，超荧光、非稳态和浑沌这些领域。总的来说，通过增长斜率来看，这13个领域的增长趋势可以分为3种态势：持续增长、“V”字型增长，但是整体呈现出增长态势、持续下降趋势。经文献调查研究，其中压缩态、激光器的全量子理论、量子点动力学已经发展为重点研究领域。

四、单项指标TOP10总体水平比较

通过对大量论文的研究分析，对TOP10国家的发展进行对比，发现前10分别为美、德、日、俄、英、法、中、意、加拿大、澳大利亚（按论文发表数量排名）这10个国家。美国仍然是稳居榜首，同时与排名第二的德国拉开了较大的差距，但是随着各国的发展，削弱了美国队长世界量子光学的贡献。

五、量子光学各学科分支的国家优势比较

通过对相关文献的研读以及数据的收集，美国在量子光学领域的地位仍然是排在第一位的，但是其他国家受到国家条件的限制，在量子光学的领域选择部分领域进行研究，不能全面发展，这种情况是非常常见的，所以就形成了各有所长的局面。研究显示，美国在各个分支上都显示出了绝对的领导地位，在13个分支中，除了超辐射，超荧光以外，其他分支的论文数量以及被引频次均排名第一，并且在各个分支的排名遥遥领先。引人注目的是，法国和意大利的论文数量虽然没有很多，但是其论文的被引频次却排在第三、第七位，彰显了其国家实力，不容小觑。

同时，中国也有着良好的表现，在量子光学领域的论文数量排名相对靠前，但是我国的论文的被引频次却是排名最低的，这个现象需要引起人们的注意，为何文章的被引频次与排名不能达到相对平衡的一个关系。在相关文献中表明，TOP10国家对于量子光学的贡献占全部的93%，其他国家占6%，其中中国占6%。必须承认的是，我国在此领域的发展贡献方面相对较弱，在此领域还有很大的发展空间，应该通过各方面的学习和对比，找到我国可进行的发展方向以及可提高的可能性，提升自身实力。

六、量子光学领域的科研机构分析

科研机构是反映国家综合实力的重要因素，在量子光学领域，能进入全球TOP50的机构即表明有实力与潜力为未来的发展贡献极大的力量，这50个机构中，美国包揽了近54%的位置，德国、日本紧随其后，各国都有相对优秀的科研机构进入TOP50的范围内，在这之中，中国的表现差强人意，虽然能够有自己的位置，但是相对其他强势机构来说影响力还是不够的。我国进入前50名的科研机构有：中国科学院、中国科学技术大学、清华大学、南京大学、中国台湾国立大学，我国的量子光学的力量是以中国科学院为主，并且研究力量分布并不均衡，相对其他国家来说科研力量较为集中，对于有资质有实力的机构数量较少这一现象，是不利于我国在量子光学领域的发展的。

七、结论

量子光学与量子信息学科是极具生命力的一门学科，它为人类提供了认识、了解、利用自然新的道路，开辟了解决相关问题的新方法。以量子光学为基础进行发展扩散的量子信息技术是各国发展综合实力的新路径，量子光学的发展势必会引起一场新的革命。随着我国的开放包容，对科学技术发展的重视以及投入不断增加，在量子光学领域的研究走到了重大突破的前夜。各国科学家也在不断努力着，为了自己国家科技力量的不断进步，德国诺贝尔物理学奖获得者提阿多？汉斯就是这样一个鲜明的例子，远赴美国求学，学成后回到德国拿到诺贝尔奖，这对于各国的科学家都是一个非常好的榜样。在中国科学家中，也有优秀人士，潘建伟小组通过实验成功刷新了光子纠缠和量子计算两个领域的世界纪录，同时，潘建伟小组的论文也是中国论文中被引数量最多的，这表明他们的工作得到了国际上的认可。表明我国的科学家在本土也能进行很好地研究，量子光学特定领域的研究成果终将到来。

参考文献：

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