实用化量子随机数发生器研究进展

量子随机数发生器是一种从量子系统中提取量子力学固有不确定性并输出真随机数的一种仪器或者装置.最常见的一类量子随机数发生器根据光子经过一个分束器后的路径选择来产生随机数,其速率很低,无法满足大多数应用的需求.为了提高速率,提出并实现了一个实用且高速的基于光子相对于外部固定参考的到达时间的量子随机数发生器方案,其原始随机数据符合均匀分布,原始比特率达到了109Mbps.然而,对于某些应用场景,比如高速量子密钥分发系统,这个速率依然不够高.为了满足对超高速率的需求,实验实现了速率高达68Gbps的基于激光相位波动测量的量子随机数发生器方案.激光相位波动被干涉仪转化成亮度信息被高速光电探测器探测,然后量化为产生速率为80Gbps的原始随机数.为了满足干涉仪稳定性的需求,使用主动反馈技术代替了传统的温度控制来实现相位稳定控制.通过对系统建模分析,估算出原始数据中的量子随机性,经过Toeplitz矩阵提取之后得到最终的量子随机数,产生速率可以达到68Gbps.然而,对于一个实用的量子随机数发生器,速率的瓶颈在于非常低的随机性提取速率.为了关闭这个间隙,提出并在高速FPGA中实现了基于Toeplitz矩阵的流水线式的随机性提取算法.同时QRNG的所有组成部分被集成到一个紧凑的模块中.这个包括实时后处理与实时传输的QRNG模块,其最终的比特率达到了3.2Gbps.这一系列的研究进展表明高速量子随机数发生器已经走向了实用化进程.

光量子计算的实验研究进展

自从进入大数据时代,人们对于数据处理速度的需求越来越大,但是经典计算的发展却逐渐达到瓶颈,越来越难以满足这种需求.由于并行性,量子计算在诸多问题的处理上可以达到指数加速效果,有巨大的信息处理潜力,正好能满足人类对于数据处理速度的需求,被公认为是下一代信息技术的核心技术.围绕量子计算,最近实验演示了2种具有指数加速效果的量子算法：求解线性方程组量子算法和机器学习量子算法;其次介绍了最新实现的多自由度量子隐形传态.量子隐形传态是可扩展的线性光学KLM方案的重要组成部分.多自由度量子隐形传态实验打破了国际学术界从1997年以来只能传输粒子单一自由度的局限,为发展可扩展的量子计算奠定了基础.

二维自旋轨道耦合在玻色爱因斯坦凝聚态上的实现

激光诱导的超冷原子自旋轨道耦合为研究量子物理中各种现象提供了一个有效的平台.提出并且在实验上用^87Rb简并气实现了光学拉曼晶格的二维自旋轨道耦合和相应拓扑能带结构.该方案无需锁相和对晶格势的精细调节,并且可以在一维和二维之间可控地转换.研究了转换过程、自旋轨道耦合效应和非平凡拓扑能带等现象.该方案由于具有加热小、拓扑稳定等优点,为运用冷原子研究奇异量子相,包括拓扑超流等,开辟了广阔的前景.