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高中阶段量子教学相关案例：量子世界中的必威体育官网网址通讯

（TeachingCaseonQuantumTopics:SecureCommunicationintheQuantumRealm）

邢帆李振鹏*

（天津市英华实验学校，天津301799）

01课程概况

本课程从量子力学发展史入手，让学生逐步了解量子，学习量子计算。高中阶段是培养学生主动学习和自主探究能力、逻辑思维和物

理建模能力的关键时期，学生能够在学习中了解到部分科学研究方法，具有初步的科学思维，增强科学探究意识，学习专业的科学研究方

法。

在深入探索中，能让学生认识到数学语言在物理学和计算机领域的重要性，对数学和物理的连通融合有跟直接且深刻的认知。最后可

以让学生站在信息安全的角度，应用之前学到的知识，探索如何利用量子设计新的信息必威体育官网网址方案。同时，也能让学生感受到量子计算在未

来科技发展乃至国家发展中的重要性。

以物理学为主，量子计算与量子通信是在量子力学的基础上，交叉融合了数学和信息技术。探索微

·课程领域

观领域下对量子态的研究学习与应用。

·课时与配置要求10～15课时。

02课程实施设计

问题导向任务分解学生活动

什么是量子力学？了解量子力学的基本概念（如量子态、叠加态、测1.观看量子力学相关视频

量），理解量子力学与经典物理的区别2.双缝干涉实验光电效应实验

3.借助硬币和球理解量子叠加态

理解向量、向量空间、线性变换等基本概念，能看懂简1.从特殊的物理量认识向量

如何用数学语言描述量子的世界？2.探究向量的运算过程

单的量子计算过程

3.如何用合适的数学语言描述向量的运算？

什么是量子计算？通过对比经典计算与量子计算，帮助1.了解经典比特和逻辑门

它与经典计算有什么不同？学生理解量子计算的基本概念。2.使用量子计算模拟工具观察量子比特的叠加态

3.使用金刚石量子计算教学机实现一个简单的量子并行计算

通过从古典密码到现代密码的过度，1.亲自尝试古典密码的加密和解密方式

量子计算怎么冲击了现代密码体系？2.观看恩尼格玛机视频思考破解方式

了解算力提升对加密体系的冲击。

3.了解现代加密体系及量子计算对其的冲击

1.光的偏振片叠加实验

量子密钥分发（QKD）如何保证通过实验和讨论，帮助学生理解量子

2.讨论量子叠加和测量坍缩要如何应用到通信安全中

通信安全？密钥分发的原理及其安全性。3.了解BB84协议实验，并进行模拟实验

4.BB84协议有没有可以改