层积云背景下量子干涉雷达最优平均光子数自适应策略

量子干涉雷达(Quantum Interference Radar,QIR)是以量子力学为基础,利用量子纠缠效应进行目标探测的一种新型雷达体制,QIR探测光子数的变化会对雷达分辨率和系统生存函数产生影响。为了降低层积云液态水含量对QIR探测性能的影响,提出了基于诱骗态量子密钥协议的最优平均光子数自适应(Photon Number Adaptive,PNA)调整策略。建立了层积云液态水含量、传输距离与最优平均光子数之间的关系,对自适应调整前后的QIR分辨率和信道生存函数进行了比较。理论分析和仿真结果表明,当脉冲信号波长一定,层积云粒子浓度为1.579×10^(4)cm^(-3),层积云液态水含量为0.5 g/cm3时,采用PNA策略之后,QIR角度分辨率值由1.289下降至1.028,QIR系统角度分辨率和空间分辨率均得到有效提高;当层积云液态水含量为0.1034 g/cm^(3)时,采用PNA策略之后,信道生存函数由0.2292提高到0.4167。因此,通过PNA策略自适应地调整系统发送端信号脉冲所含的平均光子数,能够提高QIR在层积云背景下探测的可靠性。

融合量子干涉信息的双重特征文本表示模型

在信息检索领域,量子干涉理论已应用于文档相关性、次序效应等核心问题的研究中,旨在建模用户认知引起的类量子干涉现象.文中从语言理解的需求出发,利用量子理论的数学工具分析语义组合过程中存在的语义演化现象,提出融合量子干涉信息的双重特征文本表示模型(Quantum Interference Based Duet-Feature Text Representation Model,QDTM).模型以约化密度矩阵为语言表示的核心组件,有效建模维度级别的语义干涉信息.在此基础上,构建捕获全局特征信息与局部特征信息的模型结构,满足语言理解过程中不同粒度的语义特征需求.在文本分类数据集和问答数据集上的实验表明,QDTM的性能优于量子启发的语言模型和神经网络文本匹配模型.

N,B原子取代调控M-OPE分子器件的量子干涉与自旋输运

采用第一性原理计算基础上结合非平衡格林函数方法,开展了N,B原子取代对间苯乙烯低聚物(M-OPE)分子器件量子干涉与自旋输运的调控研究.研究结果表明N,B原子在中心苯环不同位置取代对M-OPE分子器件原有的相消量子干涉抑制程度不同.因此,N,B原子在不同位置取代后的器件电导存在较大差异研究还发现B原子取代的器件自旋电流值要明显高于N原子取代的器件,且B原子在特定位置取代后,器件在负偏压下的自旋电流值要明显大于正偏压下的自旋电流值,呈现显著的自旋整流效应.本文得到的N,B原子取代对分子体系量子干涉和自旋输运调控的物理机制,可以为杂环芳烃在分子电子学中的进一步应用提供理论指导.

Bi_(2)O_(2)Se纳米线的生长及其超导量子干涉器件

Bi_(2)O_(2)Se是一种新型半导体材料,具有载流子迁移率高、空气中稳定和自旋轨道耦合强等优点,并且其合成方法多种多样,应用范围十分广泛.但已有研究大多集中在其二维薄膜,本文介绍一种使用三温区管式炉通过化学气相沉积生长Bi_(2)O_(2)Se一维纳米线的方法,研究了云母衬底处于水平方向不同位置以及竖直方向不同高度对Bi_(2)O_(2)Se纳米线生长的影响,并归纳出适于其生长的优化条件.之后,基于生长的Bi_(2)O_(2)Se纳米线构建了超导量子干涉器件,并观测到随磁场的超导量子干涉,为拓宽Bi_(2)O_(2)Se纳米线的应用提供了思路.

基于Python的超导量子干涉器件仿真优化方法

超导量子干涉器件的优化研究旨在提升其在微弱磁通变化探测中的性能;研究中建立了基于Python的仿真框架,使用SuperScreen、Numpy和Matplotlib库进行器件仿真及性能优化;该框架支持多种SQUID形状的模拟,包括设计了一个算法来模拟多边形;仿真分析了在非均匀外部磁场下SQUID超导薄膜的磁响应,计算了薄膜内外的矢量磁场;此外,通过网格化技术将连续空间转化为计算模型,为解算物理方程提供了可能;仿真结果表明,优化的SQUID能满足高精度磁场探测的需求,为超导器件的设计提供了理论和技术支持。

多个单光子间量子干涉获证

据报道,由奥地利维也纳大学菲利普·瓦尔特领导的一个国际研究团队在量子技术方面取得重大突破:成功利用一种新型资源高效平台展示了多个单光子之间的量子干涉。发表在最新一期《科学进展》上的这项研究代表了光学量子计算领域的一大进步,为开发更具扩展性的量子技术铺平了道路。光子之间的干涉是量子光学中一种基本现象,是光量子计算的关键。它涉及利用光的特性(例如波粒二象性)来诱导干涉图案,使编码和处理量子信息成为可能。

基于“干涉”主题的高中生量子论和相对论选修课程开发研究

探索基于“干涉”主题的“量子论和相对论”选修课程建设总体方案、教学任务设计,设计了从机械波的干涉分别向光的干涉、电子的双缝干涉、迈克耳孙干涉仪三个主题进阶的学习课程,其中每个进阶课程又分别设计了分进阶维度.在物理课程标准指导下,本文所提出的基于“干涉”主题和学科实践的选修课程建设方案,是国家课程向地方课程、校本课程落实转化的实践探索,对培养高中生量子观念和思维、爱因斯坦相对论时空观念,培养辩证唯物主义的世界观和科学的方法论,具有重要的意义.

基于SSA-BP网络模型的Hong-Ou-Mandel干涉时延测量研究及其在量子陀螺仪中的应用

作为航空航天导航系统的重要器件,高灵敏度的光学陀螺仪一直是国内外科研工作者的研究重点.经典光学陀螺仪因真空零点波动使其灵敏度受到散粒噪声极限的制约,无法满足日益发展的量子导航需求.本文提出了基于频率纠缠源及Hong-Ou-Mandel(HOM)干涉的量子陀螺仪方案,利用SSA-BP神经网络模型模拟不同的泵浦光和非线性晶体参数,以预测HOM干涉图谱的特性参量干涉可见度及干涉宽度.结合量子Fisher信息理论,获得时延差的最大量子Fisher信息可达1.999,计算得出时延差的不确定度与散粒噪声极限的最小比值为0.707,并依据量子陀螺仪时延差与旋转角速度的关系,验证出旋转角速度的测量灵敏度较经典光学陀螺仪提高了2个数量级.证明上述方案可以实现超越散粒噪声极限的测量灵敏度,能为后续量子陀螺仪的实验验证提供理论支持.

基于超导量子干涉仪的气体压力传感器芯片及其制备方法

申请号:202410620969.2【申请日】2024.05.20【公开号】CN118209244A【公开日】2024.06.18【分类号】G01L7/08;G01L9/00【申请人】北京量子信息科学研究院【发明人】李铁夫;孙换莹;王文彦【摘要】本申请提供一种基于超导量子干涉仪的气体压力传感器芯片及其制备方法,涉及半导体芯片技术领域。芯片包括:高阻硅基片,包括第一表面与第二表面,第一部分从第一表面凹入,第一部分的底面和第二表面中第一部分的正对部分形成为压力感知薄膜;超导线圈,形成在高阻硅基片的第二表面上,且位于第一部分对应区域的正上方;压力感知薄膜响应于第一部分侧的压力与第二表面侧的压力之间的压力差而产生形变,并且超导线圈随着压力感知薄膜的形变而发生形变;超导量子干涉仪,响应于超导线圈的形变而产生磁通量变化,通过磁通量变化指示第一部分侧与第二表面侧之间的压力差。本申请提供的气体压力传感器芯片结构简单、稳定,且探测灵敏度高。

基于双光子干涉的量子全息理论框架

Hong-Ou-Mandel干涉可以更好地抵抗相位噪声的干扰.近年来基于双光子干涉的量子全息提出,通过待测量子态和标准量子态的二阶干涉,可以将待测光子的波函数信息解译出来.为了更好地理解和发展该方法,本文建立了量子全息的理论框架.根据不同的待测态和参考态,分别研究了利用单光子态或相干态作参考,测量待测的单光子态和相干态.本文讨论的所有情况下,待测态的波函数信息以相似的数学形式反映在归一化的二阶关联函数中.通过简洁算法便可提取待测态波函数的信息.该量子全息也保持了Hong-Ou-Mandel干涉的鲁棒性,相位噪声并不影响测量结果.

基于压缩光与纠缠光的量子干涉精密测量及应用

量子精密测量技术以其突破标准量子极限(SQL)的优势,在众多领域中表现出了广阔的应用前景。介绍了基于压缩光与纠缠光的量子干涉测量的基本原理,主要包括基于Hong-Ou-Mandel(HOM)干涉测量以及Mach-Zehnder(MZ)干涉测量的原理。综述了目前量子干涉测量技术的主要应用方向,包括在微小位移与角度多参数同时测量、引力波测量、气体浓度检测以及量子成像等方面的应用,展望了量子精密测量技术的未来发展与应用前景,并对目前存在的问题及其未来的发展趋势进行了分析。

基于干涉量子雷达的远距离空中目标探测系统设计

空中目标探测对于空中交通管理与调度具有重要的参考意义,为了克服距离给空中目标探测工作带来的困难,利用干涉量子雷达技术,从硬件和软件两个方面优化设计远距离空中目标探测系统;加设干涉量子雷达探测器,改装雷达信号处理与成像装置,完成硬件系统的优化;利用干涉量子雷达技术生成空中目标雷达图像,通过杂波抑制、图像增强等步骤完成初始雷达图像的预处理;提取雷达图像的轮廓特征,测量空中目标距离,计算空中目标尺寸、位置等几何参数以及移动速度参数,最终通过特征匹配确定区域是否存在空中目标,输出空中目标探测结果;通过系统测试实验得出结论:与传统探测系统相比,优化设计系统的距离、尺寸和移动速度探测误差分别降低了5.15 m、4.85㎡和4.15 m/s,同时扩大了空中目标的探测范围。

量子干涉对石墨烯金属配合物复合结构电子性质的调控研究

文章旨在探索量子干涉对石墨烯金属配合物复合结构的电子性质的调控效应,通过调整干涉条件,观察到复合结构的电子能级、电导率和电子传输性质发生了显著变化。结果显示,在特定的干涉条件下,石墨烯金属配合物复合结构的能带结构发生调节,电导率得到增强或抑制,电子传输特性发生变化。进一步分析表明,这种调控效应与量子干涉引起的载流子浓度变化密切相关。该发现揭示了量子干涉对石墨烯金属配合物复合结构电子性质的潜在调控机制,为石墨烯金属配合物复合结构的电子器件设计和应用提供了新思路。

损耗SU(2)和SU(1,1)干涉仪中灵敏度过高估计的研究

基于损耗SU(2)和SU(1,1)干涉仪模型,以干涉仪中的相位估值的为研究方向,在理论上研究了与双参量相位估值相比,进行单参量相位估值的时候存在的高估量子Fisher信息(quantum Fisher information,QFI)的一般表达式;以相干态和压缩真空态输入为例,数值分析了高估QFI随损耗系数或分束比的变化,发现这时出现的高估QFI的消失和恢复现象是和分束比,增益因子以及压缩振幅具有一定的关系.通过调整分束比和损耗系数,可获得最佳的灵敏度,有利于在有损环境下进行量子精密测量.

中红外量子级联激光器1×16锁相阵列设计

针对中红外波段单管量子级联激光器存在输出功率有限的问题,提出相干阵列通过光放大后合束提升激光器功率的方法,研究波长为4.6μm的1×16量子级联激光器锁相阵列的结构设计与优化。通过设计低传输损耗、高光限制因子的单模波导确定器件各层材料外延厚度;通过设计由100%反射率和50%反射率的布拉格反射镜组成的种子激光器实现4.6μm单波长激光输出;通过设计由1×2多模干涉耦合器(MMI)和弯曲波导组成的1×16分束器实现低损耗均匀分束并锁相;通过设计输出端口的Al_(2)O_(3)增透膜厚度并利用电注入放大的方式实现激光器阵列的大功率输出。最终确定波导上GaInAs层厚度为0.25μm,下GaInAs层厚度为0.1μm,上包层InP厚度为3μm,下包层InP厚度为1μm。当单模波导宽度为5μm时,波导损耗为0.055 dB·cm^(-1),光限制因子为0.733。100%反射镜刻蚀深度为0.2μm,周期为728 nm,占空比为0.5,周期数为1000;50%反射镜刻蚀深度为0.2μm,周期为727 nm,占空比为0.1,周期数为690;当阵列间距为35μm时,分束器尺寸为3080μm×605μm,损耗为0.254 dB,其中MMI尺寸为19μm×126μm;出射端口采用0.7μm的Al_(2)O_(3)增透膜,透射率达到0.975。最后比较了不同放大器阵列间距的温度与远场分布,相关研究结论可为量子级联激光器锁相阵列的研制提供设计参考。

基于PbS量子点的可调谐高能量锁模光纤激光器

基于低维纳米材料的飞秒光纤激光器在光学开关、光纤传感和光通信领域中发挥着重要的作用。然而,低损伤阈值限制了其在高能量激光领域的实际应用。为了解决这一问题,实验中基于PbS量子点饱和吸收体,在近零色散区研究掺铒光纤激光器的飞秒脉冲输出特性,脉冲中心波长为1568.6 nm,光谱的3 dB带宽为11.4 nm,脉冲半高全宽为361 fs。利用多模光纤中的非线性多模干涉效应实现带宽可调的光谱滤波效应,调节偏振相关“基模”引起的群时间延迟量调控腔内总色散量,升高泵浦驱动电流达到饱和吸收体的反饱和吸收特性区域,实现从展宽脉冲到高能量耗散孤子共振脉冲的切换。由于局部的非同步色散波与孤子之间的相消干涉效应,导致耗散孤子共振脉冲光谱出现了dip型边带和Kelly边带不对称地分布在光谱两边的现象。通过调谐腔内脉冲的偏振状态和泵浦功率,高能量脉冲的半高全宽可以在7.7~23 ns之间调谐。当泵浦驱动电流达到800 mA时,腔内激光脉冲能量为34.8 nJ,其损伤阈值大于60 mJ/cm^(2)。该工作为实现高效、高能量飞秒光纤激光提供了新的解决方案。

中国科学技术大学构建国际首个基于纠缠的城域量子网络

中国科学技术大学潘建伟、包小辉、张强等首次采用单光子干涉在独立存储节点间建立纠缠,并以此为基础构建了国际首个基于纠缠的城域三节点量子网络。该工作使得现实量子纠缠网络的距离由以往的几十米整整提升了3个数量级至几十千米,为后续开展盲量子计算、分布式量子计算、量子增强长基线干涉等量子网络应用奠定了科学与技术基础。相关研究成果于5月15日在线发表在国际学术期刊《Nature》杂志上。

石墨烯金属配合物分子复合结构中的量子干涉效应分析和优化

石墨烯金属配合物分子复合结构中的量子干涉效应是一个引人注目的研究领域,其在电子传输、光学性质和催化活性等方面具有重要影响。文章通过实验验证和讨论了这一效应的存在,并提出了进一步优化的方向。研究表明,在石墨烯金属配合物复合结构中,电子传输性质呈现出非线性的温度依赖关系。光学性质的分析表明产生了特定的吸收峰和拉曼峰,与量子干涉效应相关。此次研究的结果对深入理解石墨烯金属配合物分子复合结构中的量子干涉效应具有重要意义,并为新型功能材料的设计和开发提供了指导。

国际首个基于纠缠的城域量子网络成功构建

据报道,中国科学技术大学潘建伟、包小辉、张强等首次采用单光子干涉在独立存储节点间建立纠缠,并以此为基础构建了国际首个基于纠缠的城域三节点量子网络。该工作使得现实量子纠缠网络的距离由以往的几十米提升至几十千米,为后续开展盲量子计算、分布式量子计算和量子增强长基线干涉等量子网络应用奠定了基础。相关成果于2024年5月15日在线发表于国际学术期刊《自然》上。基于量子网络,可以实现广域量子密钥分发,以及分布式量子计算和量子传感,构建量子互联网的技术基础。

中国科大构建国际首个基于纠缠的城域量子网络

近日,中国科学技术大学潘建伟、包小辉、张强等首次采用单光子干涉在独立存储节点间建立纠缠,并以此为基础构建了国际首个基于纠缠的城域三节点量子网络。通过量子态的远程传输来构建量子网络是大尺度量子信息处理的基本要素。基于量子网络,可以实现广域量子密钥分发以及分布式量子计算和量子传感,构成未来“量子互联网”的技术基础。