量子信息学——源自量子力学的第二次信息革命

量子信息学是物理学的一个新兴分支学科,它将微观世界的量子态用作信息的载体,利用量子力学规律对信息进行传输和计算,可以完成经典信息技术所不能完成的任务.量子信息学主要包含量子通信和量子计算,量子通信已经走向产业化,量子计算也正在逐步走出实验室,它们将共同引领下一代信息技术革命.新兴的量子信息产业可为物理学专业毕业生提供更多的就业机会.

量子通信:知我者唯你

1876年,贝尔发明了电话,从此人类可以利用导体中的电流来传输信息.1966年,华人物理学家高锟发明了光纤,随后激光光纤通信逐渐取代电流,成为了人类目前主要的有线通信手段.英国著名物理学家麦克斯韦在1865年整合了前人的电磁学定律,提出了名垂史册的麦克斯韦方程组,并据此方程组预言了电磁波的存在.1887年,德国物理学家赫兹在实验中发现了电磁波.在随后的10年里,意大利的马可尼、俄罗斯的波波夫和美国的特斯拉各自实现了电磁波的通信.马可尼的团队更是勇敢地将电磁波发射上天空,实现了横跨大西洋的电磁波通信.今天电磁波成为了人类最主要的无线通信手段.

杨振宁:“我知道我没有变”

杨振宁认为自己是近代中国与西方两种文化的冲突和协调的产物,又认为最重要的贡献是帮助改变了中国人自己觉得不如人的心理作用。杨振宁一直是中华民族的优秀成员,一直感到对中国的责任、为中国做贡献。从离开中国赴美留学、工作、加入美国籍,到回到中国定居、工作、退出美国籍,杨振宁一直没有变。

星地量子通信光链路的建立与在轨验证

星地高精度光链路的建立是进行星地量子通信科学实验的必要条件,相比常规激光通信,星地量子科学实验卫星需解决量子光和信标光能量差异极大,卫星要同时和两个地面站建立高精度光链路等特殊要求.论文基于星地量子通信的科学需求,提出了卫星对站指向和载荷自主寻的相结合的一星两站光链路建立的总体方案,采用凝视–凝视的捕获方法,实现星地的快速捕获;采用粗跟踪和精跟踪相结合的多级跟踪架构,满足星地高精度光学跟踪的需求;采用星地联合扫描和系统修正的方法,实现了星地量子光束的高精度对准.最后论文给出墨子号量子科学实验卫星在轨验证结果,实验数据表明量子科学实验卫星光链路建立的各项指标均达到和超过预期要求.

新型X波段多功能EPR谱仪的设计与性能

本文设计和研制了一款新型X波段多功能电子顺磁共振(electron paramagnetic resonance,EPR)谱仪,并为其开发一款新的控制和读出系统(control and readout system,CRS)来操控微波脉冲的产生和信号的采集,提高了系统的集成度和可扩展性.该谱仪可实现常规的连续波EPR(continuous-wave EPR,cw-EPR)、脉冲EPR(pulsed EPR)和瞬态EPR(transient EPR,trEPR)实验,并装配了6~300 K的无液氦变温装置,以及兼具平行模式与垂直模式的新型双模连续波谐振腔和用于脉冲EPR及trEPR的介质腔.针对新型EPR谱仪和新谐振腔,本文利用双模连续波、脉冲和瞬态三个不同方式的EPR实验,对其功能进行了验证.