孫仕海

(1. 中山大學(xué) 物理與天文學(xué)院，廣東 珠海 519082；2. 中山大學(xué) 電子與通信工程學(xué)院，廣東 深圳 518100)

相比于基于經(jīng)典力學(xué)和經(jīng)典香農(nóng)信息論的經(jīng)典信息技術(shù)，基于量子力學(xué)和量子信息論的量子信息技術(shù)[1]在計(jì)算速度[2]、通信安全性和帶寬[3，4]、精密測(cè)量靈敏度[5，6]等方面具有更為優(yōu)越的表現(xiàn)，被認(rèn)為是下一代信息技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，因而受到廣泛關(guān)注，并得到快速發(fā)展.當(dāng)前，各國都針對(duì)量子信息技術(shù)制定了相應(yīng)的促進(jìn)計(jì)劃，比如美國的《國家量子促進(jìn)法案》[7]、英國的“Quantum hub”[8]、歐盟的《量子旗艦計(jì)劃》[9]等，我國也在《第十四個(gè)五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議》中將量子信息技術(shù)列為了重點(diǎn)支持方向[10].

為應(yīng)對(duì)量子信息技術(shù)所帶來的挑戰(zhàn)，并在未來科技競(jìng)爭(zhēng)中保持優(yōu)勢(shì)，具備量子信息技術(shù)背景的專業(yè)人才培養(yǎng)就成為了重點(diǎn).美國在《國家量子促進(jìn)法案》中明確提出“具備量子物理背景的學(xué)生、工程師培養(yǎng)是未來人才儲(chǔ)備的戰(zhàn)略性任務(wù)”，今年我國教育部也新設(shè)了“量子信息科學(xué)”本科專業(yè)[11].

但是，由于量子信息技術(shù)具有抽象性、交叉性、前沿性和復(fù)雜性等特點(diǎn)，針對(duì)本科生開展量子信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)具有一定挑戰(zhàn)性.首先，作為量子信息技術(shù)的基礎(chǔ)，量子物理的部分概念具有較強(qiáng)抽象性和反直覺性，本身就是教學(xué)難點(diǎn).其次，量子信息技術(shù)還涉及信息論、固態(tài)物理、光學(xué)、電子學(xué)等多學(xué)科知識(shí)的綜合理解與應(yīng)用，對(duì)學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)具有更高要求.再次，量子信息技術(shù)本身屬于前沿研究，很多內(nèi)容尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)復(fù)雜、操作困難，并不適合作為本科生的教學(xué)內(nèi)容.

因此，如何針對(duì)本科生開展量子信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為亟待解決的問題.雖然部分研究者已針對(duì)量子密鑰分發(fā)等實(shí)驗(yàn)開展了探討[12-16]，但這些討論主要還集中在對(duì)教學(xué)知識(shí)點(diǎn)的介紹和講授，對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程中所面臨的困難和解決方案尚缺乏研究.針對(duì)此問題，筆者所在中山大學(xué)物理與天文學(xué)院從2018年開始針對(duì)高年級(jí)本科生開設(shè)了“量子密鑰分發(fā)”和“量子糾纏光源制備和測(cè)量”兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，在該方面進(jìn)行了初步探索實(shí)踐.希望通過這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，開闊學(xué)生視野，加深學(xué)生對(duì)量子力學(xué)基本原理的理解，使學(xué)生了解量子信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)信息技術(shù)的影響.同時(shí)，幫助學(xué)生熟悉量子光學(xué)實(shí)驗(yàn)相關(guān)儀器的原理，具備開展簡(jiǎn)單量子光學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本技能.

本文以筆者“量子密鑰分發(fā)”實(shí)驗(yàn)為例，介紹課程設(shè)置和教學(xué)情況，以及存在的不足.希望通過本文的討論，能夠?qū)Ρ究屏孔有畔⒓夹g(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作提供借鑒，促進(jìn)我國在量子信息方面專業(yè)人才的培養(yǎng).

1 量子密鑰分發(fā)簡(jiǎn)介

本課程采用量子密鑰分發(fā)中最成熟的BB84協(xié)議來開展教學(xué)，該協(xié)議由Bennett和Brassard于1984年提出，基本原理如下[17]：

(a) 發(fā)送方采用一個(gè)單光子源作為信源，并使用2個(gè)隨機(jī)數(shù)比特將每個(gè)光子的偏振態(tài)隨機(jī)制備為0°、90°、45°和135°四種線偏振態(tài)之一，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示.其中0°和90°稱為⊕基，并且0°和90°分別表示比特0和1；45°和135°稱為?基，并且45°和135°分別表示比特0和1.

表1 量子態(tài)制備編碼規(guī)則

(b) 發(fā)送方通過公開信道將光子發(fā)送給接收方，然后接收方使用一個(gè)隨機(jī)數(shù)比特隨機(jī)進(jìn)行⊕基或?基測(cè)量，以判斷發(fā)送方所發(fā)送光子的偏振狀態(tài).

(c) 發(fā)送方和接收方通過公開信道比較發(fā)送和測(cè)量所使用基的信息(⊕基或?基)，如果基一致則保留對(duì)應(yīng)的比特?cái)?shù)據(jù)，否則就丟棄該比特?cái)?shù)據(jù).

(d) 發(fā)送方和接收方在保留數(shù)據(jù)中隨機(jī)取出部分?jǐn)?shù)據(jù)計(jì)算誤碼率.如果誤碼率高于給定閾值，則放棄此次通信，反之，則通過經(jīng)典糾錯(cuò)和私密放大來提取無條件安全的密鑰.

2 課程情況介紹

2.1 課程基本情況

“量子密鑰分發(fā)”實(shí)驗(yàn)歸屬于近代物理實(shí)驗(yàn)I，開設(shè)對(duì)象為本科三年級(jí)上學(xué)期，學(xué)時(shí)為8學(xué)時(shí).對(duì)于三年級(jí)本科生而言，其剛完成“量子力學(xué)”的學(xué)習(xí)，對(duì)量子物理的基本概念和物理圖像具有基本了解.同時(shí)，學(xué)生已完成“薄透鏡焦距基本參數(shù)的測(cè)量”“激光散斑實(shí)驗(yàn)”等基本光學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，初步具備光學(xué)儀器操作能力.因此，此時(shí)具備開展量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)的前提條件.

課程以安徽問天量子科技有限公司的“空間偏振量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”為教學(xué)平臺(tái)[18](圖1).該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰、簡(jiǎn)單，且光路器件均為常規(guī)光學(xué)器件，便于學(xué)生理解和操作.系統(tǒng)光路原理如圖2所示，發(fā)送方通過控制電路隨機(jī)觸發(fā)四個(gè)激光器中的一個(gè)激光器發(fā)光，然后結(jié)合偏振分束器和1/2波片來實(shí)現(xiàn)四種偏振態(tài)制備；每個(gè)激光器后放置一個(gè)可調(diào)衰減器，以保證光脈沖輸出量子態(tài)制備模塊時(shí)具有相同的光強(qiáng)；光脈沖進(jìn)入量子信道前，其幅度通過可調(diào)衰減器衰減至單光子水平.接收方采用分束器實(shí)現(xiàn)測(cè)量基的隨機(jī)選擇，然后采用1/2波片和偏振分束器實(shí)現(xiàn)偏振態(tài)的區(qū)分，并進(jìn)入相應(yīng)的單光子探測(cè)器測(cè)量.

圖1 量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)裝置圖

圖2 實(shí)驗(yàn)裝置光路原理圖

2.2 教學(xué)目的和教學(xué)設(shè)計(jì)

本課程的整體目標(biāo)是以量子密鑰分發(fā)為出發(fā)點(diǎn)，使學(xué)生了解量子密鑰分發(fā)基本原理，熟悉基本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)操作，并使學(xué)生了解量子信息技術(shù)的基本概念和研究思路，從而達(dá)到貼近前沿、開闊視野的目的.

不過也需注意到，雖然量子密鑰分發(fā)相對(duì)于其它量子信息實(shí)驗(yàn)略微簡(jiǎn)單，但對(duì)本科生仍具有一定挑戰(zhàn)性.首先是概念理解上，雖然學(xué)生已完成“量子力學(xué)”課程，但在概念和物理圖像的理解上尚不深刻，同時(shí)缺乏信息論和電子學(xué)等交叉學(xué)科知識(shí)，對(duì)部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容仍難以理解.其次是光路調(diào)節(jié)上，雖然課程已盡量簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且都是常規(guī)光學(xué)器件，但仍涉及較多光路校準(zhǔn)、耦合等操作，需要較強(qiáng)的動(dòng)手能力.

針對(duì)教學(xué)目的和困難，課程從理論講解和實(shí)驗(yàn)過程兩方面采取了如下課程設(shè)計(jì).

概念講授上，課程確定了三步教學(xué)設(shè)計(jì)來保證學(xué)生對(duì)概念的理解(見圖3).通過課前預(yù)習(xí)和思考題，使學(xué)生熟悉并加深對(duì)已知概念的理解，并對(duì)理解稍難的概念具有初步思考；通過課堂串解，從學(xué)生已知的物理概念和圖像出發(fā)，將量子信息中常用概念串聯(lián)起來，通過討論講清學(xué)生理解中的難點(diǎn)；通過課后思考題，對(duì)部分概念進(jìn)行進(jìn)一步地推廣，調(diào)動(dòng)學(xué)生思考的積極性.

圖3 三步式概念講解模式示意圖

實(shí)驗(yàn)操作上，課程采用分部實(shí)施和模塊化操作相結(jié)合的教學(xué)設(shè)計(jì)，將整個(gè)實(shí)驗(yàn)劃分為四個(gè)子實(shí)驗(yàn)(見圖4).實(shí)驗(yàn)1主要熟悉量子態(tài)的特性，特別是理解量子態(tài)相位的重要性，并能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單的單比特量子態(tài)制備和操控.實(shí)驗(yàn)2重點(diǎn)掌握光的波動(dòng)性和粒子性，并能夠進(jìn)一步深入理解波粒二象性.實(shí)驗(yàn)3熟悉單光子探測(cè)器的原理和操作，并能夠擴(kuò)展到對(duì)量子投影測(cè)量的理解.實(shí)驗(yàn)4則是前三個(gè)實(shí)驗(yàn)的綜合應(yīng)用，即完成量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn).為了降低學(xué)生的操作難度，課程將量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行了部分模塊化處理.如圖2所示，量子態(tài)制備模塊和量子態(tài)測(cè)量模塊，主要實(shí)現(xiàn)四個(gè)偏振量子態(tài)的制備和區(qū)分，這兩個(gè)模塊的光路由老師在課前調(diào)節(jié)好，學(xué)生僅需知道其作用和原理即可，而無需手動(dòng)調(diào)節(jié).

圖4 四階段實(shí)驗(yàn)內(nèi)容示意圖

2.3 教學(xué)安排

根據(jù)上述教學(xué)目的和設(shè)計(jì)，課程做了以下教學(xué)安排.

1) 概念講授安排

課前講解：在實(shí)驗(yàn)前1周下發(fā)預(yù)習(xí)講義，對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)地介紹.首先，從香農(nóng)保密通信模型出發(fā)，介紹經(jīng)典密碼系統(tǒng)所存在的問題；然后以光的偏振為例，介紹量子密鑰分發(fā)的發(fā)展歷史和基本原理，并結(jié)合單光子、態(tài)疊加、測(cè)量等概念簡(jiǎn)單說明量子密鑰分發(fā)為什么安全，使學(xué)生對(duì)量子密鑰分發(fā)具有整體地認(rèn)識(shí)；其次，介紹實(shí)驗(yàn)所需主要光學(xué)器件，對(duì)單光子探測(cè)器等重要器件，要求學(xué)生調(diào)研了解其基本原理；最后，對(duì)所有實(shí)驗(yàn)的流程和步驟進(jìn)行詳細(xì)介紹，使學(xué)生能夠?qū)?shí)驗(yàn)有整體把握.

課堂講解和討論：時(shí)間約20～40分鐘.通過講解和討論，從簡(jiǎn)單物理圖像出發(fā)，幫助學(xué)生將所學(xué)知識(shí)和量子密鑰分發(fā)的原理結(jié)合起來.首先，從光的波粒之爭(zhēng)出發(fā)，串聯(lián)人類對(duì)光認(rèn)識(shí)的不斷發(fā)展，進(jìn)而引出光子的概念；然后，結(jié)合經(jīng)典光學(xué)中起偏器、檢偏器等光學(xué)器件，將光子偏振的概念和量子力學(xué)的態(tài)疊加、測(cè)量等基本原理結(jié)合起來，形成較為直觀的物理圖像；其次，結(jié)合光的偏振來介紹量子密鑰分發(fā)的安全性基礎(chǔ).

課后思考：除實(shí)驗(yàn)報(bào)告外，課程在量子態(tài)相位、探測(cè)器噪聲、單光子模型、誤碼率和信道模型五個(gè)方面設(shè)置了5個(gè)開放性思考題，以加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果的理解.

2) 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排

實(shí)驗(yàn)1中，通過制備線偏振光和混合偏振光，幫助學(xué)生理解“相位”在量子密鑰分發(fā)和整個(gè)量子信息領(lǐng)域中的重要性，加深對(duì)“經(jīng)典是量子特例”含義的理解.實(shí)驗(yàn)中使用45°線偏振光來模擬二維量子態(tài)的疊加，使用混合偏振態(tài)來模擬二維完全混合量子態(tài)(經(jīng)典概率混合).由于該實(shí)驗(yàn)光路簡(jiǎn)單，僅需兩個(gè)偏振分束器和兩個(gè)1/2波片就可以完成，因此由學(xué)生自行完成光路搭建和數(shù)據(jù)測(cè)試.

實(shí)驗(yàn)2中，通過理論計(jì)算來估計(jì)單光子能量，并通過調(diào)節(jié)衰減器來衰減激光器強(qiáng)度，從而制備出“近似單光子”(指光脈沖中以Pn的概率出現(xiàn)n個(gè)光子，且其平均光子數(shù)約為1).同時(shí)，實(shí)驗(yàn)3中，通過單光子探測(cè)器探測(cè)效率的標(biāo)定，幫助學(xué)生理解單光子探測(cè)器的操作、參數(shù)的意義，以及單光子的粒子性.由于單光子制備和探測(cè)器效率標(biāo)定是量子密鑰分發(fā)的基礎(chǔ)，因此這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中，不要求學(xué)生自己搭建光路，而是在量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)平臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試.如圖2所示，僅打開一個(gè)激光器，然后通過量子態(tài)制備模塊光路損耗標(biāo)定，以及調(diào)節(jié)激光器后衰減器的衰減系數(shù)來保證輸出量子態(tài)制備模塊的光脈沖平均強(qiáng)度為0.1，以作為近似單光子脈沖.同時(shí)，通過量子態(tài)測(cè)量模塊光路損耗標(biāo)定，以及單光子探測(cè)器計(jì)數(shù)率值來推導(dǎo)單光子探測(cè)器的效率.

最后，在完成單光子制備和探測(cè)器效率標(biāo)定基礎(chǔ)上完成量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn).由圖2可看出，雖然實(shí)驗(yàn)所需光學(xué)器件不多，但對(duì)本科生而言，光路校準(zhǔn)和搭建仍然具有一定挑戰(zhàn).因此，課程將量子態(tài)制備和測(cè)量光路進(jìn)行了模塊化處理(圖2虛線框所示)，由老師在課前搭建好該部分光路，學(xué)生僅需了解這部分光路的作用即可.學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中主要完成對(duì)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)采集，以及基于數(shù)據(jù)來分析誤碼率等系統(tǒng)參數(shù).

3 教學(xué)效果

從總體看，大部分學(xué)生都能夠達(dá)到預(yù)期學(xué)習(xí)效果，能夠了解量子信息技術(shù)的基本概念以及量子密鑰分發(fā)的基本流程.圖5給出了學(xué)生反饋的收獲情況，可以看出65.79%的學(xué)生表示通過實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)收獲較大或很大，僅6.58%的學(xué)生表示收獲很小或沒有收獲.

圖5 學(xué)習(xí)效果統(tǒng)計(jì)情況

首先，通過實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)，學(xué)生基于光偏振等已知光學(xué)知識(shí)重新梳理了光子、量子態(tài)疊加、量子態(tài)測(cè)量等基本概念，獲得了更為直接的物理圖像.比如，實(shí)驗(yàn)1中，對(duì)于具有確定相位的偏振純態(tài)，學(xué)生都能夠測(cè)得20 dB以上的消光比(理論值是無窮大)，而對(duì)于偏振混合態(tài)，消光比都在0.5 dB以下(理論值是0).同時(shí)，對(duì)于思考題“純態(tài)和混合態(tài)的本質(zhì)區(qū)別是什么”，學(xué)生也都能夠根據(jù)兩種量子態(tài)的產(chǎn)生方式來解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并得出“區(qū)別在于是否考慮相位”這一結(jié)論.這說明學(xué)生對(duì)于“相位”這一概念具有了更為深刻地理解，達(dá)到了教學(xué)目的.

其次，開闊了視野.通過量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)了解到量子信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，以及如何將基礎(chǔ)理論應(yīng)用到實(shí)際前沿研究中，這就幫助學(xué)生打開了思路.比如對(duì)于量子信息中經(jīng)常出現(xiàn)的量子糾纏，通過實(shí)驗(yàn)課程，學(xué)生能夠結(jié)合已學(xué)的量子態(tài)疊加和量子態(tài)測(cè)量等知識(shí)來理解糾纏的特性，為下一步開展量子糾纏實(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ).

但是，教學(xué)反饋也表明，由于量子信息技術(shù)的前沿性，實(shí)驗(yàn)存在知識(shí)點(diǎn)多、操作難度大等特點(diǎn)，大部分學(xué)生需要較多時(shí)間才能完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)課程.圖6給出了學(xué)生在課前預(yù)習(xí)、完成實(shí)驗(yàn)和課后復(fù)習(xí)三階段所需時(shí)間的反饋統(tǒng)計(jì).可以看出，對(duì)于中間水平的學(xué)生而言，大概需要14小時(shí)以上才能完成課程(預(yù)習(xí)4小時(shí)、實(shí)驗(yàn)8小時(shí)、課后2小時(shí))，課上和課下時(shí)間基本相等，這也符合課程預(yù)期.學(xué)生課下所需時(shí)間偏多，主要原因包括：

圖6 實(shí)驗(yàn)各階段完成時(shí)間統(tǒng)計(jì)

首先，預(yù)習(xí)階段涉及較多新知識(shí)和新概念，除量子態(tài)疊加、量子測(cè)量、單光子等量子物理基本概念外，還涉及量子態(tài)相位、相干態(tài)等概念的深入理解，以及單光子源、單光子探測(cè)器等新實(shí)驗(yàn)設(shè)備原理的了解.同時(shí)，還需要將知識(shí)點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)過程結(jié)合起來.

4 存在的問題及改進(jìn)

從前面的討論可以看出，通過學(xué)習(xí)，大部分學(xué)生對(duì)量子信息技術(shù)具有了初步了解，學(xué)習(xí)效果符合課程設(shè)置預(yù)期.但是，也需要看到，由于量子力學(xué)部分概念難以理解，以及量子信息技術(shù)的前沿性，教學(xué)過程中仍存在較多的問題亟待解決.

首先，量子信息技術(shù)屬于物理學(xué)、信息學(xué)、電子學(xué)等多學(xué)科的交叉，實(shí)驗(yàn)中除涉及量子態(tài)等量子物理基本概念外，還涉及雪崩二極管等電路知識(shí)，以及熵等信息論知識(shí).這些概念的交叉融合對(duì)學(xué)生背景知識(shí)儲(chǔ)備提出了較高要求，而在當(dāng)前本科教學(xué)中，這些背景知識(shí)尚無法完全通過前期課程學(xué)習(xí)來滿足.比如，對(duì)于物理專業(yè)的學(xué)生而言，他們雖然對(duì)量子力學(xué)的知識(shí)較為了解，但對(duì)信息論的知識(shí)卻較為缺乏.因此，老師需要針對(duì)學(xué)生的知識(shí)背景在課程中對(duì)很多概念進(jìn)行補(bǔ)充介紹，但從前期教學(xué)效果看，尚不是特別理想，主要存在兩方面問題：其一，受教學(xué)時(shí)間限制，課堂所能夠介紹的擴(kuò)展概念無論從廣度還是深度上都有限；其二，學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)接收較多新概念時(shí)在理解上也具有較大挑戰(zhàn).因此，在開展量子信息實(shí)驗(yàn)課程前，開設(shè)符合本科特點(diǎn)的綜合性理論課程，則可能是更好的解決方案.

其次，本實(shí)驗(yàn)采用的自由空間偏振編碼量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)為完整系統(tǒng)，雖然系統(tǒng)整體較為完善，但對(duì)于三年級(jí)本科生而言，操作難度仍然較大.雖然在教學(xué)過程中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了模塊化處理，并且對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了分階段處理，但這在一定程度上影響了教學(xué)效果.特別是對(duì)于部分優(yōu)秀學(xué)生而言，限制了他們的能動(dòng)性.因此，如何在系統(tǒng)模塊化和學(xué)生可操作性之間尋求平衡，以及不同層次學(xué)生間尋求平衡，進(jìn)而達(dá)到最優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)效果，尚有待進(jìn)一步在教學(xué)中進(jìn)行思考和解決.

再次，本課程僅開展了量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，該實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生知識(shí)背景要求相對(duì)簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)操作也相對(duì)簡(jiǎn)單.但是，對(duì)于量子糾纏、雙光子干涉等量子信息領(lǐng)域其它更為復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)而言，則要求學(xué)生具備更高的基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力.因此，如何擴(kuò)展量子信息相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程，涉及教學(xué)設(shè)備開發(fā)、教學(xué)內(nèi)容整體設(shè)計(jì)、教學(xué)組織形式優(yōu)化等多方面的問題.這些問題都需要在下一步的教學(xué)中仔細(xì)思考，予以解決.

5 總結(jié)

基于量子信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)的重要性，筆者所在的中山大學(xué)自2018年開始開設(shè)了“量子密鑰分發(fā)”和“量子糾纏光源制備和測(cè)量”兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，在該方面進(jìn)行了初步探索.本文以筆者量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)為例，從課程設(shè)置、學(xué)習(xí)效果方面介紹了課程情況，并就遇到的困難進(jìn)行了探討.

總體來說，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，大部分學(xué)生對(duì)量子態(tài)疊加和測(cè)量、量子相位、單光子等基本概念具有了更深入的理解，熟悉了單光子探測(cè)器等設(shè)備的原理和操作，也對(duì)量子密鑰分發(fā)具有了初步了解.但也要看到，由于量子信息技術(shù)尚屬于前沿研究，課程無論是在基礎(chǔ)背景知識(shí)和操作等課程設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性和輔助性、實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器的模塊性和操控性，還是在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的擴(kuò)展性等方面都還亟待改善，這都是課程下一步改進(jìn)的方向.

總之，筆者希望通過本文的闡述，能夠?qū)α孔有畔⒓夹g(shù)的教學(xué)工作提供一定的借鑒，推進(jìn)我國在量子信息技術(shù)方面專業(yè)人才的培養(yǎng).

6 致謝

特別感謝教研室何振輝老師對(duì)本文寫作的耐心指導(dǎo)和幫助，感謝趙芳老師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中的幫助，感謝趙圓圓老師實(shí)驗(yàn)前期的幫助.同時(shí)，特別感謝安徽問天量子科技公司在系統(tǒng)安裝、調(diào)試和人員培訓(xùn)方面所給予的大力幫助.