章節6
量子通信係統
量子通信係統的基本部件包括量子態發生器、量子通道和量子測量裝置。按其所傳輸的信息是經典還是量子而分為兩類。前者主要用於量子密鑰的傳輸，後者則可用於量子隱形傳態和量子糾纏的分發。
量子電子器件
量子電子器件是根據量子效應設計並製作的器件。當半導體超晶格與量子阱微結構的尺寸小於電子的德布羅意波長（50納米）時，電子的量子波動行為就會表現出來，此時可產生出各種量子效應，如量子尺寸效應、量子隧道效應和量子幹涉效應等。除隧道二極管之外，已投入使用的是一種超導量子器件，即約瑟夫遜器件。其他種類的器件還有待進一步研究，如利用量子細線中的高電子遷移率效應製備超高速邏輯器件，利用超微細結構中的隧道效應製作多值邏輯器件，利用量子箱結構製作大容量存儲器，利用相幹電子波的幹涉、衍射和反射現象設高速開關器件以及傳感器件，利用有效狀態密度的變化製作量子箱和量子點微結構激光器等。
量子糾纏
量子力學是非定域的理論，這一點已被違背貝爾不等式的實驗結果所證實，因此，量子力學展現出許多反直觀的效應。在量子力學中能夠以這樣的方式製備兩個粒子態，在它們之間的關聯不能被經典地解釋，這樣的態稱為糾纏態，量子糾纏指的是兩個或多個量子係統之間的非定域非經典的關聯。量子隱形傳態不僅在物理學領域對人們認識與揭示自然界的神秘規律具有重要意義，而且可以用量子態作為信息載體，通過量子態的傳送完成大容量信息的傳輸，實現原則上不可破譯的量子保密通信。
綠色計算機
綠色電腦是一種安全、節能型電腦。綠色是一種環保稱謂，其實質是將耗電量、原材料以及對健康和環境的危害力爭減少到最低限度。
電腦的設計和製造長期以來存在著忽視安全、健康、節能和低公害的傾向。自20世紀90年代起，由於電腦造成的辦公室汙染和操作人員電腦綜合症的出現，電腦與健康、電腦與生態環境的關係倍受人們關心和重視，特別是在能源缺乏的現代，隨著環保意識的增強，研製綠色電腦被提上議事日程。綠色電腦與普通電腦相比，有以下特點：
（1）主機的電源由56降為3.36。
（2）附加了停機時具有暫停功能的電源管理芯片，使顯示器和硬盤分開設置電源。具有這種功能後，電腦在工作時功耗為120～130瓦，而在不工作時功耗則降低到30～40瓦。
（3）采用節能並能防止電磁輻射的平板顯示器。
（4）主機的機箱采用金屬板屏蔽，以防止輻射從係統中逸出。遵循這些原則，美國環保局率先提出了“能源之星”計劃。這個計劃要求，每台個人電腦的耗電量從目前的150～300瓦，降到30～50瓦。符合這一標準的電腦，將被容許貼上“能源之星”的標識。在“能源之星”計劃的推動下，美國一些著名的電腦廠商相繼推出了綠色電腦。
藍牙技術
藍牙技術是一種短距離無線通信技術，利用“藍牙”技術，能夠有效地簡化掌上電腦、筆記本電腦和移動電話手機等移動通信終端設備之間的通信，也能夠成功地簡化以上這些設備與因特網之間的通信，從而使這些現代通信設備與因特網之間的數據傳輸變得更加迅速高效，為無線通信拓寬道路。說得通俗一點，就是藍牙技術使得現代一些輕易攜帶的移動通信設備和電腦設備，不必借助電纜就能聯網，並且能夠實現無線上因特網，其實際應用範圍還可以拓展到各種家電產品、消費電子產品和汽車等信息家電，組成一個巨大的無線通信網絡。
錄像機
1951年11月，美國克羅斯公司在馬林的帶領下，研製出第一台實用的磁帶錄像機。它是依據磁帶錄音的原理製作的，磁帶以每秒254毫米的速度通過多磁跡磁頭。這台錄像機性能很差，但仍然被譽為一項出色的技術成就。
同聲音信號相比，圖像信號的帶寬非常寬，因而在磁帶上記錄圖像信號便出現了困難。馬林在1951年製造的錄像機，其最大分解力僅為1/135的圖像高度。後來，英國廣播公司、美國通用電氣公司、美國無線電公司對這種錄像機加以改進。美國無線電公司於1953年11月展出了彩色電視錄像機，它采用寬1.27厘米磁帶，每秒鍾的帶速可達900厘米。這種錄像機被稱為縱向掃描磁帶錄相機。錄像機的磁帶通過磁頭的速率太高，美國安派克斯公司的工程師們想到，不增大磁帶在錄像機內的運轉速率，也能增加磁帶與磁頭之間的接觸速率。1956年4月，該公司展示了他們的新型錄像機。它裝有4個錄像磁頭，每秒鍾僅使用38厘米磁帶，而磁帶與磁頭的接觸速度達到每秒3 962厘米。他們讓磁頭旋轉，沿橫向越過磁帶的寬度。
早在1953年，日本的東芝公司就開始研製一種旋轉磁頭的錄像機。這種錄像機稱為螺旋掃描磁帶錄像機，磁帶以螺旋線形狀圍繞磁鼓，磁鼓上裝有水平旋轉的磁頭。日本的東芝公司在1960年開始供應螺旋掃描磁帶錄像機，采用寬度為5.04厘米的磁帶。磁帶輸送速率為每秒38厘米。螺旋掃描磁帶錄像機尺寸小，耗用磁帶少，而且能達到廣播質量要求。隨著錄像機的不斷改進，磁帶帶寬由5.04厘米改為1.27厘米，磁帶速率也從每秒38厘米降為每秒25.4厘米。後來，日本索尼公司開始生產家用錄像機係列，采用1.27厘米寬的磁帶，磁帶速率為每秒19厘米，價格僅為廣播用錄像機的幾分之一。以後，磁帶錄像機逐漸走入人們的家庭生活。
錄製三維圖像
1991年，英國的一家公司研製成功用一台普通的家用錄像機記錄和顯示三維圖像的技術。這一技術還能在同一盤錄像帶上同時錄製兩個不同的電視節目。歐洲的錄像機是以每秒50幀圖像的速度儲存或重放。用普通的家用錄像機記錄和顯示三維圖像的方法是：在磁帶上把圖像交替地記錄成左視圖和右視圖，當每幀圖像的信號離開錄像機時，就被饋入一個電子存儲器裏。這種存儲器臨時性地儲存每幀圖像，然後以1/50秒再次顯示出來，因此就能同時顯示左視圖和右視圖。這兩種視圖都以每秒50次的全速同時顯現，因此隻能把左視圖像和右視圖像饋到一個視頻投影儀上。這些投影儀使用的是偏振光，並以不同的偏振方向顯示每個視圖。觀看者佩帶上像太陽鏡那樣的偏振眼鏡，因左右眼受到的偏振度不同，左眼隻能看到左視圖，右眼隻能看到右視圖。交替的圖像在磁帶上仍然是完全分開的，所以在一個磁帶上可記錄兩套完全不同的節目。這樣，人們能同時錄下兩套電視節目，重放時又立刻能把它們分開。在保安方麵用兩台攝像機能同時對一個處於監視的地區錄下兩套圖像。體育教練也能使用這種技術拍下一名運動員在訓練中的兩套圖像。
立體電影
美國科學家帕維之最近發明一種立體影視旋轉銀幕。其製作原理是，借助於一係列處於不斷振動狀態的晶體，在計算機控製下，將激光光束分解為4萬多個光點，然後精確地投射在圓球內部，以構成三維立體圖像，與此同時，圓球仍以難以覺察的高速，形成連續與活動的畫麵。
立體電視
1991年6月，日本電報及電話公司研究和開發出能播放出立體影像的彩色電視機。立體電視可分為兩類。一類是觀看者需佩戴特殊眼鏡，才能得到立體圖像。因為簡單的雙像係統是用兩架攝像機拍出疊印的雙像，觀看時要使兩眼各看到一幅影像。還有一種水平視差係統，是用柱麵凸透鏡把物像分解成多組雙像後，利用光柵透鏡使左右眼分別接受到具有視差信息的影像。第二類為全視差係統，其典型代表為激光全息電視係統，這種方式能形成真正的三維立體圖像，它不需要裝設特製熒屏，觀眾也不必像看立體電影那樣戴上專用眼鏡，直接用肉眼就可以看出立體效果。它利用人類雙眼的立體視差效應，使觀看者能獲得具有深度感和現場感的三維圖像。立體電視是用一台看似錄相機的機器，先將節目錄下來，再用立體電視係統播放。立體彩色顯像器還可適用於電視電話、醫學訓練、監察遙控機器人，以及用於汽車業及建築物上的設計等。
立體集成電路
立體集成電路即三維集成電路。立體集成電路具有高密度、高速度、多功能和低功耗等特點，可作成大容量存儲器和高速信號處理器。SOI（矽/絕緣層結構）技術。隨著分子束外延、化學氣相澱積和原子搬移等超微加工技術的發展，在半導體芯片內部實現器件布局的立體化也將逐步實現，以製作出密度更高的立體集成電路。
雷達的產生
1900年，克羅地亞物理學家泰斯拉提議，可利用回波現象設計無線電探測儀。1904年，德國工程師許爾斯邁爾研製出航海用的自動探測儀並申請了專利。他的這個探測儀，可以說是雷達的前身，但它不能測出待測物體到探測儀的距離及移動方向。1922年，美國海軍實驗員泰勒和楊根據一次實驗中的偶然發現推測，大的金屬體會阻攔或反射短波無線電信號。於是，他建議海軍在兩艘巡洋艦上分別裝上無線電發射機和接收機，供在大海航行時搜索敵艦用。
1930年6月，泰勒和楊的同事海蘭在進行高頻無線電定向實驗時再次發現，如果上空有飛機飛過，他的無線電信號就會受到嚴重的幹擾。由此他建議海軍采用發射定向無線電波束的方法來搜索遠方的敵機。
30年代，美國、英國、法國、荷蘭和德國等國家對探測飛機的雷達進行了研究。很難分清誰是首創者，因此有人把它稱為是一種“同時的發明”。
1934年，英國物理學家沃森·瓦特帶領一批科學家，利用無線電技術對大氣層進行科學考察。他們使用的儀器有無線電發射機、接收機和陰極射線管。一天，當他們正對著陰極射線管的熒光屏觀察時，沃森·瓦特發現有一串小亮點，這引起了他的注意。經過多次試驗發現，這些亮點是從附近一幢大樓反射回來的電磁波信號。沃森·瓦特立即聯想到：既然大樓能反射電波，並在熒光屏上顯示出來，那麼，在遠處空中飛行的飛機不是也能反射電波，並從熒光屏上顯示出來嗎？
1935年1月，沃森·瓦特等人開始進行雷達的試驗、研製工作。他們首先製造出電波的發射裝置與接收裝置，隨後又把全部設備裝在載重汽車上。當試驗飛機從15千米之外起飛，朝載重汽車方向飛來時，汽車上的發射裝置發射出電波，碰到飛機後，電波迅速反射回來，被汽車上的接收裝置接收到。在試驗時，他們可以發現距汽車12千米遠的飛機。
1935年，沃森·瓦特向英國空軍提交了一篇名為《用雷達探測飛機》的文章，引起政府對軍用雷達的重視。英國物理研究所無線電實驗室在當年研製出使用波長為1.5厘米電磁波的飛機探測雷達裝置——CH係統，探測距離為90千米。同年，法國無線電電子學會，在“諾曼底”號郵船上，安裝了一台工作於分米波段的“目標雷達探測器”，這是最早的民用雷達。