二次量子化中单体和两体算符的一种启发式推导

二次量子化是研究生和高年级本科生量子力学课程中的重要内容.如何从一次量子化中的多粒子哈密顿量及波函数出发,自然地导出二次量子化中由产生和湮没算符表示的单体和两体算符,是一个既关键且又使初学者较难理解的步骤.以全同费米子系统为例,本文给出该步骤的一种自然且具有启发性的推导方法.该方法仅依赖于:多粒子波函数的对称性假设,Fock空间中“真空填充”的概念,以及全反对称多粒子波函数与Fock态的等价性.

多块合并压缩感知实时成像

中长波红外成像探测器成本高昂,成为该波段高分辨成像和实时显示的巨大挑战。本文提出一种高效合并分块压缩感知方法(Multi-block Combined Compressed Sensing,MBCS),适用于基于焦平面阵列的压缩成像系统,它结合了并行采样和快速重建优势,可通过低分辨红外探测器实现低分辨并行测量和高分辨图像快速重建。与传统的基于压缩感知超分辨成像相比,该方法可提升高分辨图像重建的质量,同时实现高速重建。本文对光学系统原型和MBCS重建模型测量矩阵构建过程进行了研究,讨论了合并块大小对重建性能的影响,发现存在最优块大小使重建速度与重建质量都最优。此外,本文还实现了基于GPU加速的MBCS重建算法,用于进一步改进并行成像系统的图像重建速度。仿真和光学实验验证了该光学系统并行采样和快速重建策略的有效性,512×512分辨率成像与显示速度可达到5 Hz。

量子成像技术前沿进展与展望

量子成像技术作为一种物像分离、抗干扰能力强的成像技术,自1995年首次在实验上实现以来,现已得到深入的探索和广泛的应用。回顾了量子成像技术的起源及主要发展历程,综述了近8年纠缠光源和经典光源量子成像技术的主要进展,介绍了由光场调制技术而衍生出的单像素成像、单光子扫描成像及非视域成像等量子成像发展趋势,概述了非光子粒子的量子成像这一量子成像新方案,并对量子成像技术的发展前景进行了展望。

压缩感知理论(CS)在弱信号量子测量与蛋白质结构计算中的应用

压缩感知(Compressive Sensing,CS)理论自2006年被提出至今已15年有余,在许多领域如单像素相机、CT扫描成像、雷达等经典系统中获得了成功应用与充分的发展,但在量子和生物系统中还有很大的发展空间.本文首先简单回顾了CS的基本知识及其应用的发展历史,然后重点介绍了北京理工大学量子技术研究中心多年来将CS(以及它的新发展理论)应用于量子精密测量和生物系统上取得的研究成果,具体包括极微弱光信号下的测量与成像、利用CS理论进行多体量子态层析密度矩阵的计算以及根据由CS理论发展的矩阵填充理论进行蛋白质结构计算等方面,说明CS理论不论是在弱信号探测还是量子计算甚至在生物大分子研究方面都具有极大的应用前景和优势,最后对CS理论的应用和发展进行总结和展望.

可恢复相干性中心自旋模型结构设计及精确动力学

中心自旋不可避免地与周围核自旋发生相互作用,发生退相干,这也是量子信息和量子计算领域长久以来面临的严峻挑战之一。我们提出了一种可以完美且长久保持中心自旋量子位相干性的结构,该结构由一个自旋-1/2中心自旋通过XXZ型超精细相互作用耦合上一个由非均匀耦合相互作用的自旋链构成,其在中心自旋为叠加态、浴自旋为反铁磁态为初态及浴内为较强耦合的情况下,中心自旋可近似维持原有相干性,进一步去除xy方向超精细耦合,可完美保持相干性。中心自旋作量子位,将此结构应用于量子计算,或可实现无损耗量子计算。我们用浴自旋模拟环境,应用基于XX链中自旋算符矩阵元解析表示的运动方程方法,系统地研究了环境对于中心自旋退相干动力学的影响,着重研究了浴自旋间非均匀耦合影响下的中心自旋相干因子的动力学特性。在从最小到最大调控浴自旋间非均匀耦合过程中,中心自旋相干动力学大致呈现出了六个阶段,展现了丰富的量子动力学特性,并为日后研究中心自旋动力学提供了两个重要参考标志:相干因子的长时平均值的极值可以作为区分不同相的标志;相干因子长时演化的平衡可以作为竞争平衡中耦合关系对等或之间的倍数关系的标志。