本文關鍵詞：仿真技術在量子通信教學中的研究與應用，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著仿真技術的迅速發(fā)展和仿真軟件的普及,利用計算機仿真來輔助教學已經(jīng)顯示了明顯的優(yōu)勢,它改變了傳統(tǒng)的教學手段和教學模式,大大推動了教育的發(fā)展。量子通信是借助于量子的特性來進行信息傳遞的通訊方式,是量子力學和傳統(tǒng)信息科學相結合的新的研究領域。為了讓量子通信從理論走到現(xiàn)實,近三十年以來,國內外科學家做了大量的研究工作。隨著量子通信的進一步發(fā)展和應用,相信這門學科的內容勢必會普及到課堂教學。在課堂教學中,由于量子通信過程中存在很多不理想的因素,同時也受到實驗條件的限制,從而導致了課堂氣氛壓抑,教學效果低下。因此,研究如何將仿真技術應用到量子通信的課程教學中,改變傳統(tǒng)的教學手段和教學模式已是勢在必行。本論文通過對建構主義理論和仿真技術的深入研究,分析了量子通信課堂教學中普遍存在的問題,在尋找到教學理論和仿真研究的契合點的基礎上,提出將仿真技術引入到量子通信課程中的解決思路,并將探索如何將仿真技術運用到量子通信的課堂教學、實驗教學以及學生自主學習等環(huán)節(jié)中。本論文的主要工作如下:1.針對量子通信課堂教學中普遍存在的問題,尋找教學理論和仿真技術的契合點,提出將仿真技術運用到量子通信課程教學中的方法。2.針對量子通信教學中使用的光學元件工作原理抽象、不具有觀察性等問題,運用FLASH技術對其基本光學元件進行了模擬研究。學習者能夠從多個角度觀察光子通過基本光學元件前后的狀態(tài)變化,加深對量子通信中基本光學器件的感性認識。3.在MATLAB和FLASH環(huán)境下,分別對基于單光子系統(tǒng)的通信協(xié)議和基于多光子系統(tǒng)的通信協(xié)議進行了仿真研究。將仿真技術應用于量子通信的教學過程,我們不僅可以觀看到完整的通信過程,還可以將仿真的結果用于教學。4.在建構主義教學思想的指導下,結合仿真實驗和量子通信課程教學的特點,設計了量子通信教學流程圖,編寫了以“基于EPR對的量子安全直接通信”為內容的教學設計。
【關鍵詞】：仿真 量子通信 建構主義 教學設計
【學位授予單位】：重慶師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：G652;TN911-4
【目錄】：

• 中文摘要5-6
• 英文摘要6-8
• 目錄8-10
• 1 緒論10-15
• 1.1 研究的背景及意義10
• 1.2 發(fā)展歷史及現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 仿真技術在教育領域的應用現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 量子通信的快速發(fā)展11-13
• 1.3 論文的主要研究內容及研究方法13-15
• 1.3.1 主要研究內容13
• 1.3.2 論文的章節(jié)安排13-14
• 1.3.3 研究方法14-15
• 2 仿真技術應用于量子通信教學的理論基礎15-22
• 2.1 建構主義理論15-17
• 2.1.1 建構主義教學理論15-16
• 2.1.2 教學理論與仿真研究的契合點16-17
• 2.2 傳統(tǒng)量子通信教學中存在的問題17-19
• 2.2.1 量子通信的理論基礎17-18
• 2.2.2 量子通信教學中存在的問題分析18-19
• 2.3 仿真技術在教學中應用的優(yōu)勢19-21
• 2.3.1 FLASH技術和MATLAB仿真技術20
• 2.3.2 仿真技術用于量子通信教學中的優(yōu)勢20-21
• 2.4 本章小結21-22
• 3 仿真技術在單光子安全通信中的應用22-31
• 3.1 量子通信教學中基本光學元件模擬22-25
• 3.1.1 光子的制備模擬實現(xiàn)22-23
• 3.1.2 基本光學元件模擬實現(xiàn)23-25
• 3.2 仿真技術在單光子傳輸協(xié)議中的應用25-30
• 3.2.1 BB84協(xié)議的通信原理26-27
• 3.2.2 BB84協(xié)議通信過程模擬27-29
• 3.2.3 BB84協(xié)議優(yōu)缺點分析29-30
• 3.3 本章小結30-31
• 4 仿真技術在多光子安全通信中的應用31-43
• 4.1 基于EPR對的兩步通信方案模擬實現(xiàn)31-37
• 4.1.1 光子糾纏對的制備模擬31-33
• 4.1.2 基于EPR對的Two-Step QSDC過程模擬33-35
• 4.1.3 模擬結果分析35-37
• 4.2 基于四粒子團簇態(tài)的QSDC方案模擬實現(xiàn)37-42
• 4.2.1 四粒子團簇態(tài)的制備模擬37-39
• 4.2.2 基于四粒子團簇態(tài)的QSDC過程模擬39-41
• 4.2.3 模擬結果分析41-42
• 4.3 本章小結42-43
• 5 基于建構主義的量子通信教學實例設計43-50
• 5.1 教學設計思想和教學流程43-44
• 5.2 量子通信教學實例設計與分析44-49
• 5.3 本章小結49-50
• 6 總結與展望50-51
• 6.1 總結50
• 6.2 存在的問題及今后的研究方向50-51
• 參考文獻51-55
• 附錄A：作者攻讀碩士學位期間發(fā)表論文及科研情況55-56
• 附錄B：MATLAB程序源代碼56-60
• 致謝6

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