信息技术与人工智能应用基础课件 量子计算+移动通信

信息新技术—量子科技与移动通信现代信息技术3.量子科技为何重要？1.有关概念4.影响我们生活的量子科技2.如何理解量子力学？目录5.量子科技第二次革命3.移动通信发展历程1.移动通信概念4.5G应用场景2.移动通信特点目录1.掌握量子的相关概念；2.了解学习量子知识的思维方法；3.了解量子科技的重要性；4、了解量子科技如何影响我们的生活；了解量子信息第二次革命的领域能够应用量子科技的有关知识，寻找量子科技的应用场景通过了解中国量子科技领域的成果，树立科技强国的信心！1.有思辨意识，学会辩证思维：2.具备科学精神：知识目标能力目标价值目标素质目标量子科技？——真有那么神奇？看视频，思考如下问题？1.自己买过“量子”产品么？2.量子这么高大上的科技，在哪些领域中有应用？3.量子科技第二次革命发生在哪些领域？3.中国在量子信息领域哪个方面是有优势的？量子科技？——回答下列问题看视频，思考如下问题？1.自己买过“量子”产品么？2.量子这么高大上的科技，在哪些领域中有应用？3.第二代量子科技革命发生在哪些领域？4.中国在量子科技领域哪个方面是有优势的？1.概念量子力学起源于20世纪初，是研究物质世界微观粒子运动的物理学分支1900年，德国物理学家马克思·普朗克第一次提出量子的概念。量子的本质是离散变化的最小单位量子是质量、体积、能量等各种物理量的最小单位，也就是说如果一个物理量存在最小的不可分割的单位，那么这个物理量是量子化的，而这个最小的不可分割的单元，就是量子量子物理学四大神兽之薛定谔的猫(佯谬）奥地利著名物理学家薛定谔（ErwinSchrödinger,1887年8月12日～1961年1月4日）提出的一个思想实验，是指将一只猫关在装有少量镭和氰化物的密闭容器里镭的衰变存在几率性，如果镭发生衰变，会触发机关打碎装有氰化物的瓶子，猫就会死；如果镭不发生衰变，猫就存活。根据量子力学理论，放射性的镭处于衰变和没有衰变两种状态的叠加，猫就理应处于死猫和活猫的叠加状态，也就是说打开盒子的一瞬间，猫可能处于既活着又死去的状态。2.如何理解量子力学？不确定性123相对性思辨性三个特征3.量子科技为何重要020103050604化学量子力学解释了化学。元素周期表、化学反应、化学键、分子的稳定性等，都是量子力学规律所致。天体力学天文现象，例如恒星发光、白矮星和脉冲星、太阳中微子的震荡、宇宙背景辐射等，量子力学规律都在起作用。 能源和材料学导体、绝缘体、磁体、超导体，都源于电子的量子行为。更重要的是，量子力学的研究让我们拥有了来自原子核能量这一新的能源信息学量子力学为信息革命提供了硬件基础：激光、半导体晶体管、芯片、磁盘和光盘的信息存储、发光二极管、卫星定位导航宇宙学从光到基本粒子，到原子核，到原子、分子以及大量原子构成的凝聚态物质，对这些物质的认识，都离不开量子力学哲学波尔为代表的“哥本哈根诠释”颠覆了传统的世界观世界的本质是概率的，而非决定论的；在观测前，被观测物的状态是不确定的，通过观测才能被确定；物理过程是非定域的，相隔很远的物体可以通过量子纠缠瞬间发生作用。4.影响我们生活的量子科技LED发光二极管LED的工作原理是使用半导体，即在铜线等良导体和玻璃等绝缘体之间导电的材料。这些半导体设计有孔，当电子通过电流穿过电子空穴时，它们会通过光子或光粒子释放能量。这种光的颜色由半导体内孔的大小决定，只有部分LED使用了量子技术激光激光（Lasers）也利用了量子物理学的特性。当具有高能级的原子与具有精确波长的光子相互作用时，激光就会工作，原子发射与第一个光子完全相同的第二个光子。在这里，原子的量子态随着它们发射光子而降低。如此循环，便会产生激光。从军用武器，枪支瞄准器、到显微镜，激光无处不在。全球定位系统GPS以原子钟（Atomicclocks）的形式使用量子技术。原子钟通过量子物理学的特性工作。使用铯或铷原子，这些时钟“滴答作响”，因为特定微波的振荡会驱动这些原子的两个量子态之间的跃迁。因此，原子钟非常精确，每37亿年才会产生1秒钟的误差。GPS的工作原理是使用来自多个原子钟的信号，查看来自不同卫星的不同到达时间，然后从原子钟和卫星获取数据以确定你的距离和目的地有多远。每次你需要导航时，GPS都会使用光速将原子钟给出的时间转换为距离，从而为人们提供精确的导航。核磁共振MRI机器通过使用氢原子工作，像所有原子一样，。这些自旋翻转是氢原子量子态的一部分，可以在量子水平上改变这氢原子的原子核在自旋上具有特定的排列。MRI机器使用精心布置的磁场翻转这些氢原子的自旋些原子之间的相互作用。使用这些翻转旋转，医生可以查看体内不同浓度的氢，看到X射线上看不到的东西。晶体管晶体管是微处理器中的基本硬件，它由称为半导体的材料制成，其中仅允许携带电荷的电子占据某些离散的能级，这基于量子物理学。随着更多电子的加入，它们会以规定的方式形成允许的“能带”。所产生的能量“能带结构”可以通过向连接到设备的导线施加电压来修改，从而产生了构建成基本的电器元件的开关行为。5.量子信息的发展趋势第二次量子科技革命——量子通信量子通信是利用量子叠加态和纠缠效应进行信息传递的新型通信方式，基于量子力学中的不确定性、测量坍缩和不可克隆三大原理提供了无法被窃听和计算破解的绝对安全性保证，主要分为量子隐形传态和量子密钥分发两种。2017年，“墨子号”圆满完成既定科学目标，在国际上率先实现了千公里级星地双向量子纠缠分发、千公里级星地高速量子密钥分发和千公里级量子隐形传态第二次量子科技革命——量子通信2017年，我国正式开通全球首个远距离量子保密通信骨干网“京沪干线”，贯穿济南、合肥，满足上万用户的密钥分发业务需求，可为沿线金融机构、政府部门等提供高安全等级的量子保密通信业务支持第二次量子科技革命——量子计算2020年我国研制的量子计算机“九章”使中国成为全球除美国之外的第二个证明“量子优越性”的国家。2021年，中国科学技术大学成功研制113个光子144模式的量子计算原型机“九章二号“，并实现了相位可编程功能，完成了对用于演示”量子计算优越性“的高斯玻色取样任务的快速求解第二次量子科技革命——量子测量量子精密测量技术将在下一代时间基准、精确导航、基本物理常数测量、粒子探测、核磁共振成像、远程目标识别、全球地形测绘、引力波或暗物质的感应探测等广泛领域发挥重要作用课外作业：寻找生活中的量子科技3.移动通信发展历程1.移动通信概念4.5G应用场景2.移动通信特点目录1.掌握移动通信概念2.了解移动通信的特点3.了解移动通信的发展历程4、了解5G的应用场景能够应用移动通信的相关知识，寻找5G移动应用的场景通过移动通信的学习，了解中国移动通信发展史从落后发到紧跟，再到追随，再到超越的过程，树立科技强国的信心！1.养成学以致用的学习习惯2.养成善于学习新技术的能力知识目标能力目标价值目标素质目标1.移动通信概念任何一个通信系统包括3个要素信源、信道和信宿。通信分为有线通信和无线通信信道有很多种介质，电缆、光缆、双绞线这类属于有线介质，而空气属于无线介质移动通信的概念移动通信，是指通信双方或至少一方处于移动状态下进行信息交换的通信方式，包括固定点与移动点（车辆、船舶、飞机）之间，移动体之间，移动的人之间的通信，都属于移动通信的范畴。移动通信2.移动通信特征用户的移动性1234电波传播条件复杂噪声和干扰严重系统和网络结构复杂特征2有限的频率资源3.移动通信发展历程知识目标技能目标素养目标第一代移动通信1978年，美国AT&T公司把网络和终端结合起来，建成开通了世界上第一个面向公众的多蜂窝移动通信系统，标志着世界通信史正式进入1G时代。中国第一代移动通信技术发展是滞后于欧美国家的，直到1987年11月，广州第一个移动通信网络建成，中国才正式进入1G时代。到1992年底，中国移动电话网的用户不到20万。1991年，爱立信和诺基亚率先在欧洲大陆上架设了第一个GSM（GlobalSystemforMobilecommunications）网络，标志着移动通信技术正式进入2G时代数字通信技术逐步取代饱受诟病的模拟通信技术1992年，原邮电部批准建设了浙江嘉兴地区GSM试验网。2001年5月，中国移动在全国启动了模拟网转网工作，并于l2月31日正式关闭了模拟移动电话网（1G），从此中国的移动通信进入了全数字的大发展时期（2G）技术标准有两个，一是欧洲的GSM（GlobalSystemforMobilecommunications）,二是美国的CDMA（CodeDivisionMultipleAccess,码分多址）第二代移动通信——数字通信代替模拟通信国际电联（ITU）制定的第三代移动通信的正式国际标准（IMT-2000），包含由中国制订的TD-SCDMA、美国制订的CDMA2000和欧洲制订的WCDM三种主流标准第三代移动通信系统（3G）把移动通信带入宽带移动通信时代3G时代是一个重要的分水岭，正是这一时期，我国的移动互联网产业开始萌芽并迅速壮大，一举摆脱了PC互联网时代的落后局面，实现了中国百年通信史上的“零突破”，在全球高科技领域发出了响亮的“中国声音”，并在国内首次建立完整的移动通信产业体系传输声音和数据的速度大幅提升，能够在全球范围内更好地实现无缝漫游，并处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务第三代移动通信——宽带移动通信时代4G网络把WLAN(WirelessLocalAreaNetwork,无线局域网)与手机网络相结合，到2015年，峰值下载速率可达300Mbit/S,有时甚至可以超过1Gbit/S,是3G网络的近百倍。两项先进的底层技术——OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,正交频分复用)技术和MIMO(Multiple-InputMultiple-Output，多输入输出)技术2012年1月，在世界无线电通信大会上，我国主导的TD-LTE-Advanced方案被正式确立为4G国际标准。2019年底，全国建成4G基站544万个。4G时代，中国抓住了稍纵即逝的时代机遇，实现了移动通信发展与世界的同步IEEE（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers）提出的宽带无线接入技术WiMAX；2004年12月，3GPP正式设立了LTE(LongTermEvolution，长期演进)项目，由欧洲主导.3GPP2推出UMB(UltraMobileBroadband,超移动宽带)标准第四代移动通信——无线局域网与手机网络相结合第五代移动通信5G改变社会5G，就是5thGenerationMobileNetwork（第5代移动通信网络），是4G的下一代演进技术，法定名称为IMT-2020,这个名称是2015年10月在瑞士日内瓦举办的ITU无线电通信全会上，由ITE正式确定的。2015年10月，在瑞士日内瓦召开了ITU2015年无线电通信全会。我国提出的“5G之花”中，9个技术指标有8个被ITU采纳。截至2019年4月，中国企业申请的5GSEP（Standards-EssentialPatents，标准必要专利）件数位居全球第一，占比34%。其中，华为名列第一，拥有15%的5GSEP。4.5G应用场景场景名称应用领域eMBB(enhancedMobileBroadband)增强型移动宽带服务于消费互联网，是4G移动宽带的升级。uRLLC(ultraReliable&LowLatencyCommunication)低时延、高可靠通信服务于物联网场景，例如车联网、无人机、工业互联网等对网络的时延和可靠性有很高要求的场景。mMTC(massiveMachineTypeCommunication)海量机器类通信服务于物联网应用场景，例如智能井盖、智能路灯、智能水表、智能电表等场景。3GPP定义的5G应用场景第五代移动通信5G宣传片/video/BV1Lb411J7RN?from=search&seid=13804656679881516853&spm_id_from=333.337.0.0中国移动