《信息技术（基础模块）》教案 第21课 了解量子信息.docx

课题任务四了解量子信息课时2 课时(90 min )教学目标知识与技能：(1) 了解量子言息的基本概念(2 )了解量子信息的研究领域(3 )了解量子信息的应用场景思政育人目标：通过本书的理解与学习，体验量子信息在生活中的应用，增强信息意识以及对量子信 息的情感体验，从而产生兴趣,拓展学生思维。教学重难点教学重点：体验量子信息的独特魅力，了解其应用领域和实用价值教学难点：客观认识量子信息技术对社会的影响。教学方法讲授法、问答法、讨论法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学设计第1节课：考勤(3 min )一问题导入(5min )一学习新知(30 min )一课堂互动(5min ) f平价修止(2 min )第2节课：问题导入(7 min )一学习新知(30 min )一课堂互动(5min )一任务布置 (3 min )教学过程主要教学内容及步骤设计意图第一节课考勤(3 min )【教师】清点上课人数，记录好考勤【学生】班干部报请假人员及原因培养学生的组 织纪律性，掌握学 生的出勤情况问题导入(5 min)【教师】导入新课从古至今，便捷安全的通信一直是人类不懈的追求。我们的 祖先曾用鸿雁传书寄托美好期许，也曾快马加鞭传递信笺尺素； 19世纪，电报、电话的发明让人类实现了 天涯若比邻；到了 21世纪的今天，互联网更是将世界联结成了 地球村。人类对 更快速、更安全通信的追求是永无止境的。然而，每一次通信革 命，都需要最先进信息技术的支持。那么，支撑人类下一次通信 革命的技术是什么呢？答案就是量子信息。【学生】聆听、思考通过一个生动 的案例，激发学生 的动机，告知学习 的目标，引起学生 对量子信息的学 习兴趣，激发主观 能动性【教师】播放视频结合视频简单介绍墨子号学生兴趣进而引出新知识量 子信息【多媒体】播放教材252页视频了解墨子号量子科学实验卫星的重要意义量子隐形传态(Quantum teleportation )，又称量子遥传、 量子隐形传输、量子隐形传送、量子远距传输或量子远传，是一 种利用分散量子缠结与一些物理讯息(physical information ) 的转换来传送量子态至任意距离的位置的技术。是一种全新的通 信方式。它传输的不再是经典信息而是量子态携带的量子信息， 在量子纠缠的帮助下，待传输的量子态如同经历了科幻小说中描 写的超时空传输，在一个地方神秘地消失，不需要任何载体 的携带，又在另一个地方神秘地出现【学生】聆听、思考学习新知(30 min)墨子号量子科学实验卫星(见图6-26 )是中科院空间 科学战略性先导科技专项中首批确定的5颗科学实验卫星之一， 也是世界首颗量子科学实验卫星。2016年8月16日凌晨1时 45分，搭载着墨子号量子科学实验卫星的长征一号丁运载 火箭在酒泉卫星发射中心发射升空。这次发射任务的圆满成功, 进一步扩大了我国在量子通信领域的国际领先地位，也为我国建 立卫星与地面远距离量子科学实验平台打下了坚实基础，对于推 动我国空间科学卫星系列发展具有重大意义2017年1月18日，墨子号量子科学实验卫星正式开 展科学实验，先后进行了星地双向量子纠缠分发和非定域性检验、 星地量子密钥分发和地星量子隐形传态三大预定量子科学实验， 并取得了圆满成功(1)量子纠缠分发是把制备好的两个纠缠粒子(通常为光 子)分别发送到相距很远的两个点。通过观察两个点的统计测量 结果，可以验证量子力学非定域性的存在。星地双向量子纠缠分 发通过墨子号量子科学试验卫星，将两个纠缠的光子分发到 地面相距数千公里的两个接收点，其统计测量结果在空间尺度下 严格满足爰因斯坦定域性条件的量子力学非定域性检验。这 一重要成果是我国在空间量子物理研究方面取得的重大突破，为 未来开展大尺度量子网络和量子通信实验研究，以及开展外太空 广义相对论、量子引力等物理学基本原理的实验检验奠定了可靠通过讲解，让 学生了解什么是 量子信息,了解量 子信息的研究领 域的技术基础(2)量子密钥分发是指通过量子态的传输向身处遥远两地 的用户发送共享量子密钥，利用该密钥对信息进行一次一密的严 格加密，由于量子具有不可分割、不可克隆的特性，量子密钥理 论上无法窃听，这也保证了用量子密钥所加密信息的绝对安全。 早在星地量子密钥分发之前，我国科学家就基于光纤实现了百公 里级的量子密钥分发，而星地量子密钥分发方式使得量子密钥的分 发摆脱了光纤的限制，将卫星作为可信中继，实现了地球上任意两 点的密钥共享,量子密钥的分发范围由此扩展到覆盖全球,这使构 建全球量子加密通信网络成为可能(3)量子隐形传态是指利用量子纠缠将物质的未知量子态 精确传送到遥远地点，而不用传送物质本身。远距离量子隐形传 态是实现分布式量子信息处理网络的基本单元。地星量子隐形传 态实现了超远距离的量子隐形传态，倘若在同样长度的光纤中重 复这一工作，则需要3 800亿年(宇宙年龄的20倍)才能观测 到1个事例墨子号量子科学试验卫星三大预定量子科学实验的成 功，使我国成为国际上率先完成三大量子通信实验的国家，标志 着我国在国际量子通信领域达到了全面优势地位，为我国在未来 继续引领世界量子通信技术发展和空间尺度量子物理基本问题检 验前沿研究奠定了坚实的科学与技术基础 【学生】聆听、思考 【教师】提出问题通过上述讲解简单说说你认为的量子信息是什么？ 【学生】聆听、思考.回答问题 【教师】总结学生观点、介绍量子信息概念一、量子信息是什么量子信息是一种由量子力学与信息技术相结合的新型技术， 通过运用量子力学中的理论知识进行信息的采集、处理和传输。 【教师】播放视频帮助学生进一步了解量子信息【多媒体】播放此链接视频 【学生】聆听、观看、思考 【教师】提出问题既然量子信息如此厉害，那么它的主要研究领域有哪些呢？ 【学生】聆听、思考 【教师】结合教材254页视频量子计算机“九章”讲解量子 信息的研究领域当下,量子信息存在众多细分领域，但总的来说，它主要致 力于量子通信和量子计算两个方面。(1)量子通信。量子通信是利用量子叠加和量子纠缠进行 信息传递的新型通信方式，它基于量子力学中的量子测量坍缩、 不可分割、不可克隆二大原理提供无法被窃听和计算破解的绝对 安全性保证，主要分为量子密钥分发和量子隐形传念两种 【学生】聆听、思考 【教师】结合视频帮助学生进一步了解量子通信 【多媒体】播放此链接视频 o/BVlS64ylx7og?from=search&seid = 1221068344 4329657941 【教师】提出问题通过观看视频，想一想视频中将量子通信用到了哪个领域？ 【学生】聆听、思考、回答问题(2)量子计算。量子计算是一种利用量子力学基本原理进 行计算的新型计算模式，主要研究方向为量子计算楣口量子算法。 从可计算性的角度来看，量子计算机只能解决传统计算机所能解 决的问题，但从计算效率上看，由于利用了量子叠加效应，量子 算法的计算效率要远高十传统计算机算法 【学生】聆听、思考【教师】列举量子计算应用案例简单介绍L量子计算&生物医药通过量子计算机模拟可以得到分子相互作用以及化学反应 的原理，从而发现新材料，研制新型药物。量子计算技术还可以对基因进行排序和分析。通过大规模的分析和机器学习,它们可 以帮助人们阐明基因的表达,以及具体的突变如何产生2 .重子计算&航天航天量子计算机可用于解决航空航天工业中的问题，比如包括分 类和分析卫星传输的图像，为飞机制造新颖、超耐用的材料等作为新一代信息技术，量子信息实现了7寸现有信息技术软硬 件的优化和革新，突破了传统信息技术软硬件系统的极限，开辟 了信息技术发展的新方向。一旦量子信息获得广泛应用,人类社 会将迈入一个全新的阶段。因此，人们将量子信息的诞生称作第 次量子革命"【学生】聆听、思考课堂互动(5 min )【教师】提出问题，给学生分组，让他们分组讨论1.讨论量子计算与普通计算机计算以及超级计算机的区别 【学生】分组、思考、讨论 【教师】随机选择几组学生，让他们回答问题，阐述观点 【学生】阐述观点通过师生的交 流、讨论、反馈、 矫正、总结，加深 对知识点的理解， 提高学生思维、分 析和总结能力评价修正(2 min)【教师】点评学生的回答，并总结、巩固知识点【学生】聆听、思考、记忆通过形成性检 测进行强化矫正第二节课问题导入(lOmin)【教师】播放视频、提出问题【学生】观看、思考、回答问题【教师】总结学生的发言，引入新课，带领学生了解价值互联通过提问、讲 解，吸引学生关 注，激发学生的 学习兴趣学习新知(30min )【学生】聆听通过讲解，让学 生了解区块链与 价值互联网和区 块链的应用场景课堂互动(5 min )【教师】提出问题通过练习题巩 固所学知识，加深【学生】思考、回答问题对知识点的理解任务布置 (3 min)【教师】布置任务【学生】聆听、观看、思考、整理进一步了解区 块链