级联四波混频系统中纠缠增强的量子操控

各类系统中的纠缠操控是量子信息科学的重要问题之一.本文研究了热原子蒸气的级联四波混频过程中产生的纠缠增强及纠缠增强的相位敏感特性.研究表明,该级联四波混频过程第二级输出的探针光和共轭光的量子纠缠较第一级明显增强,最大可达5 dB以上,且随着强度因子的增大可实现完美纠缠.文中还详细讨论了量子关联类型及纠缠大小与抽运光相位、非线性强度因子之间的变化关系,结果显示,由于纠缠增强及纠缠类型对抽运光相位的敏感性,通过控制相位和强度因子可改变光场噪声特性从而实现对探针光和耦合光之间纠缠增强、纠缠度大小、纠缠类型的量子操控.该理论研究对实验实现纠缠增强及双模压缩态压缩角、压缩度的光学参量操控具有重要的指导意义.

光子轨道角动量的量子操控与应用

光子轨道角动量具有光学涡旋结构和高维特性,在经典和量子领域都展示出巨大的应用潜力。基于本课题组的研究工作,综述了如何在实验上实现高维量子逻辑门,如三比特的Toffoli门和Fredkin门等,以及利用偏振和轨道角动量的超纠缠特性对不同模式的振幅和相位进行调制。进一步介绍了深度学习算法在坐标系未校准条件下进行光子轨道角动量模式精确识别的应用研究。此外,还介绍了利用量子隐形传态技术实现不同光学自由度间量子态传输以及四维光子轨道角动量贝尔态的制备方案。

基于时间演化算符的高保真度量子操控的逆向工程

为了克服不完美物理系统中存在的多个限制性因素对量子操控的影响,提出一种在三能级系统中创建非绝热高保真度量子操控的理论方案。其原理是基于一组辅助态构建系统的时间演化算符,同时在光脉冲中引入多个自由度参数,来逆向求解出系统的哈密顿量。该方案不仅可以消除量子比特能级之间的直接耦合微波场,而且可以通过优化自由度参数,使光脉冲对在一定频率范围分布的系综量子比特取得高保真度的量子操控,同时抑制对附近频域内其它量子比特的干扰激发。该方案适用于依靠频率寻址的量子系统。

华东师范大学原子-光子量子操控研究获重要进展

华东师范大学物理系系主任、精密光谱科学与技术国家重点实验室长江学者张卫平领衔的研究团队，在原子-光子量子操控领域取得重要的实验研究进展，最新成果日前发表在美国物理学会杂志《物理评论快报》（Physical Review Letters）上．

多量子比特核磁共振体系的实验操控技术

随着量子信息与量子计算科学的发展,量子信息处理器被广泛地用于量子计算、量子模拟、量子度量等方面的研究.为了能在实验上实现这些日益复杂的方案,将量子计算机的潜能转化成现实,需要不断提高可操控的量子体系比特位数,实现更复杂的量子操控.核磁共振自旋体系作为一个优秀的量子实验测试平台,提供了丰富而又精密的量子操控手段.近几年来在此平台上进行了不少的多量子比特实验,发展并积累了一系列的多量子比特实验技术.本文首先阐述了核磁共振体系多量子比特实验中的实验困难,然后结合7量子比特标记赝纯态制备以及其他有关实验,对多比特实验过程中应用到的实验技术进行介绍.最后对核磁共振体系多量子比特实验技术方向的进一步研究进行了总结和展望.

机械介导的声子-光子非互易量子界面

基于传统的腔光力与表面声学谐振腔构建了耦合体系,并利用该模型研究了非互易的声子-光子相干量子界面物理机制。研究表明,该体系实现非互易的量子信息交互的本质原因是干涉效应,且机械振子与辅助光学腔之间的耦合强度及其相位在非互易信息调控方面发挥最关键的作用。

NV色心磁场测量装置圆极化操控技术

由于金刚石氮空位(NV)色心的磁测量装置兼具高空间分辨率与高测量灵敏度的优点可用于半实物仿真暗室内弱磁场的测量。对金刚石NV色心磁测量装置的圆极化操控技术进行研究,设计圆极化谐振器,并结合高输出功率的射频放大器实现NV色心能级的选择性操控。通过光学检测磁共振(ODMR)与拉比振荡实验验证操控系统的性能,结果表明该系统的圆极化度高达93.24%,可实现高效的圆极化量子态操控。该技术有望在磁测量中去除线圈或永磁体提供的磁场偏置,缩小NV色心磁测量装置的体积,对暗室内弱磁场测量技术的发展具有重要意义。

面向固态电子自旋操控的紧凑Ω形微波辐射结构设计

设计了一种面向金刚石中氮空位(NV)电子自旋调控的紧凑Ω形印制电路板(PCB)表面贴装微波辐射结构,通过计算PCB上2.87 GHz微波的1/2波长长度限制整体结构尺寸,完成设计后加工,并进行测试表征。制备的微波辐射结构尺寸为20 mm×29 mm×0.16 mm,辐射强度高,能够方便地在金刚石附近放置射频线圈等部件进行核自旋调控。在测量过程中,不同磁场下的光探测磁共振谱表明,在2.7~2.87 GHz的范围内,光探测磁共振(ODMR)谱均具有很好的信噪比和对比度。使用Rabi信号表征了辐射结构的微波辐射能力,测量得到的Rabi频率可达3.5 MHz。最后在两个不同的磁场条件下,测量了金刚石样品的自旋回波信号。实验测试结果表明,设计的PCB上紧凑Ω形微波辐射结构具有很好的电子自旋操控能力,可为核自旋调控部件提供安装空间,能很好地应用在基于固态电子自旋的精密测量中。

高频高场电子顺磁共振技术在自旋量子态研究中的应用

电子顺磁共振(EPR)技术是研究具有未成对电子的顺磁性物质的电子结构与动力学信息的有效分析方法,广泛应用于生物医药、化学、材料科学、辐射检测与量子信息处理等领域。与传统的X波段(9.5 GHz)EPR相比,高频EPR具有更高的分辨率、灵敏度与初始化效率等诸多优势,在研究分子中电子自旋的量子性质方面具有重要应用价值。简要介绍了高频高场电子顺磁共振技术的发展、原理、特点与仪器构造等,重点介绍了其在自旋量子态研究中的应用,并对其未来进行了展望。高频高场电子顺磁共振技术可详细表征分子中电子自旋的磁能级结构并对其进行高效精准的量子相干操控,进一步可演示量子算法与逻辑门等。

操纵和测量单个量子态——2012年诺贝尔物理学奖简介

同为68岁的法国科学家塞尔日.阿罗什(Serge Haroche)与美国科学家大卫.维因兰德(David J.Wineland)分享了2012年诺贝尔物理学奖。他们的突破性研究,让原本神秘的量子世界不再"与世隔绝"。在量子世界中,粒子行为不遵从经典物理学规律,人类对量子的观测更是难上加难。通过巧妙的实验方法,阿罗什和维因兰德的研究小组成功地实现对单个量子态的测量和控制,颠覆了之前人们认为的其无法被直接观测的看法。

高Q值微腔中二能级原子演化的操纵和量子反演

通过求解系统演化的主方程,研究了在高Q值腔中两能级原子的量子演化及其操控,特别是数值计算了在不同的场情况下原子在导入π脉冲后的演化.研究表明,在弱场情况下,作用于第一个原子的π脉冲不仅导致了第一个原子的量子演化的反演,还导致了后续第2个原子可以再现第1个原子的演化规律,从而为实现操控原子演化的规律和量子信息的传递提供了一种有效的方法.另外还提供了一种简单、方便可研判微腔中光子数的方法.

科学家首次在固态体系实现保真度99.92%量子受控非门

近日,中国科学技术大学中科院微观磁共振重点实验室杜江峰院士、石发展教授等在量子操控领域取得重要进展。他们基于金刚石氮-空位(NV)色心量子比特,实现了保真度99.92%的量子CNOT门(量子受控非门)。相关研究成果发表于《物理评论快报》。

复合脉冲控制阶梯型多态量子系统的转移通道

提出了利用复合脉冲在阶梯型多态量子系统中操控量子态演化和粒子数相干转移的方法.首先通过Morris-Shore变换,借助二能级传播算子描述多态量子系统的演化.然后利用增加脉冲序列数且单个脉冲的相位可控的技术,抑制额外的转移通道,实现高效率高鲁棒性的量子态操控和粒子数转移.最后通过数值模拟研究了额外通道和转移通道的拉比频率比、脉冲面积的变化、单光子失谐偏离零点等因素对转移效率的影响.结果表明:常被用于二能级量子系统的复合脉冲操控方法也可被应用于多态量子系统.通过增加脉冲序列数,可有效减小相关参数的扰动,保持高效率的粒子数转移.多脉冲序列复合脉冲的技术可以解决偏振不纯、激光频率不纯、控制参数扰动等造成的量子态操控效率降低等问题.研究结果对构造量子门、量子模拟等相关研究具有重要意义.

走进单量子世界

因发明和实现突破性的实验技术和方法。使人们测量和操控单个量子系统成为可能，2012年度诺贝尔物理学奖颁发给巴黎高等师范学院的阿罗什和美国国家标准技术研究所的瓦恩兰。为了理解他们工作的科学意义。本文就量子世界发生的现象以及对这些现象的描述进行阐释。

基于两节点间信息互传的量子特性

运用全量子理论,对腔耦合系统构建的两个节点,考虑节点内腔模与量子位(qubit)的耦合,结合数值计算,用熵表示信源的不确定性,对信源发出的信息进行度量,研究了两个节点相互进行信息传输过程的熵演化.通过两能级粒子与腔模的耦合强度、腔-腔之间的跃迁耦合系数和失谐量三个参数对熵变化进行分析,结论表明在共振条件下,节点间相互传输信息过程中,耦合双腔构成的两个节点熵呈现准周期性坍塌与复苏振荡变化特征,节点1与节点2熵的峰值交替出现;两个节点之间用跳跃频率λ/2π的光子作为信息传送的数椐总线,失谐使两个节点内量子位的一个频率高,一个频率低,无论先操纵哪一个量子位,在系统稳定工作状态下,量子态演化的信息传递方向总是从频率快的量子位向频率慢的量子位传递,此特性可扩展至多量子位之间量子信息的传递.用于两个节点间的远程操控.

量子失谐与量子通道的联系

证明了量子操控椭球等同于量子通道椭球.建立了量子失谐与量子通道之间的密切联系.指出量子失谐的核心部分,即基于测量的量子条件熵,等价于量子通道的纠缠熵.

磁性分子的量子相干操控

在量子信息科技的发展中,以电子自旋作为信息载体的分子基材料因其突出的可设计性和可扩展性而被寄予厚望.基于系综的量子信息材料研究在分子设计和量子操控策略方面已有较多积累.本文从分子基量子比特的构效关系和分子设计、分子基多能级量子位的研究现状和应用潜力、多功能磁性分子等角度介绍了近年来国内外分子基量子信息材料研究的概况,并总结了该领域已取得的成果和现状,展望了今后实现突破的潜在方向和技术路线要求.我们认为,分子基量子信息材料的发展需要走向单自旋表征和操控的新阶段,并整合自旋化学与量子信息科技,以构建新的研究范式.

可用作量子比特的一种负价态V_(Si)O_N缺陷中心（英文）

γ相Si_3N_4是一种超硬氮基化合陶瓷材料,在其尖晶石结构中硅原子分别占据四面体于八面体配位格点.基于第一性原理计算,研究了这种材料之中一种氧空位复合体V_(Si)O_N缺陷中心的不同价态下自旋极化的电子结构以及能量稳定性,其中该缺陷中心由四面体配位的硅空位复合紧邻替位氧原子而成.发现负一价态的该缺陷中心V_(Si)O_N^(-1)在p型主体材料中是较为稳定的存在,并满足净自旋S=1的基态三重态,以及低激发能量的自旋守恒跃迁.通过平均场近似,将其在绝对零度下的自旋相干寿命估计为0.4 s,室温下可达毫秒量级.因此理论上表明了V_(Si)O_N^(-1)缺陷中心是可用作量子比特的相干操控的潜在候选者.

多引脚巨原子嵌套耦合于波导系统的电磁诱导透明现象

提出了一个由多引脚巨原子嵌套耦合到微波传输线的理论模型.利用该模型,计算模拟了光子通过波导的总透射率,由此得到巨原子与波导耦合点间的距离对光散射特性的影响.在此基础上,得到了类电磁诱导透明现象.该现象对光量子开关的理论研究和实验设计具有重要的意义.

金刚石氮空位中心的研究进展及应用

综述了金刚石中氮空位(NV)中心的研究进展及应用。金刚石中NV中心是由一个氮原子取代金刚石中的一个碳原子,然后捕获周围的一个空穴形成的,是一种独特的荧光光散射吸收光谱晶格缺陷。首先介绍了金刚石晶体中NV中心的晶体结构以及光学和电学等基本性质。系统综述了金刚石中NV中心的国内外研究现状,包括在物理和生物等领域的重要应用。分析了其在磁场测量、温度测量、角速率测量的超高灵敏度优势,生物标记应用上的稳定性优势以及其他方面的独特的应用前景。指出了金刚石NV中心存在的可扩展性需提高和物理机制需继续研讨等问题,并且展望了金刚石NV中心未来的发展趋势。