对《大学物理》论文“关于拉比强信号理论的疑问和思考解答”再讨论

本文对《大学物理》论文“关于拉比强信号理论的疑问和思考解答”中讨论的问题进行了重新讨论,其理论推导更简洁,物理解释更准确.通过本文我们再次强调,在量子理论中,描述状态的不是概率,而是概率幅.概率相同的状态,概率幅可以不同,从而状态不同.

量子存储性能及应用分析

在量子网络体系中,光是信息的最好载体.通过探讨光与物质的相互作用,可以进一步发展量子存储技术.这种技术能同步接收和按需获取光量子信息,是建立大规模量子计算和远距离量子通信的基础.但是,量子存储的性能直接影响了其实际应用价值和量子信息技术的进步.在过去的二十多年里,多种物理体系和量子信息协议中的量子存储已经得到了深入的研究,其存储性能也得到了显著的提升,而且其相关的应用也有了广泛的展示.本文系统梳理了最近十年来关于量子存储的所有性能指标的研究进展,并根据冷原子体系和固态掺杂离子晶体系的特性,详细探讨了存储效率、存储寿命、存储保真度和模式容量等方面的发展情况.同时,对近期量子存储在量子纠缠、存储辅助增强的多光子过程以及不同粒子量子干涉等方面的典型应用进行了介绍.最后,对量子存储的未来发展进行了展望和总结.

量子密钥分发系统的现实无条件安全性

量子密钥分发系统由于能够提供一种物理上安全的密钥分发方式,因此成为量子信息领域的研究热点,其中如何在现实条件下保证量子密钥分发的无条件安全性是该领域的一个重要研究课题。从经典保密通信系统中具有完善保密性的一次一密体制出发,介绍了量子密钥分发系统的应用模型和整体保密通信系统的安全性基础,以及自第一个协议被提出以来量子密钥分发现实无条件安全性的研究进展,重点介绍了针对现实条件安全漏洞的各种类型的量子黑客攻击方案、防御方式,以及最近两年被广泛重视的与测量设备无关的量子密钥分发系统的理论和实验进展。

基于混合编码的测量设备无关量子密钥分发的简单协议

测量设备无关量子密钥分发协议移除了所有测量设备的漏洞,极大地提高了量子密钥分发系统的实际安全性,然而,该协议的安全密钥率相比于其他量子密钥分发协议来说仍然是较低的.目前,利用高维编码来提升量子密钥分发协议的性能已经在理论和实验上都得到证明,最近有人提出了基于高维编码的测量设备无关量子密钥分发协议,但是由于所提出的协议对实验设备性能有更高的要求,所以在实际应用上仍然存在许多困难.本文提出一种基于偏振和相位两种自由度的混合编码测量设备无关量子密钥分发协议,并且利用四强度诱骗态方法分析该协议在实际条件下的安全性,最后数值仿真结果表明,该协议在实际条件下40 km和50 km处的最优安全码率相比于原MDI-QKD协议分别提升了52.83%和50.55%.而且,相比于其他基于高维编码的测量设备无关量子密钥分发协议来说,本文提出的协议只要求本地用户拥有相位编码装置和偏振编码装置,探测端也只需要四台单光子探测器,这些装置都可以利用现有的实验条件实现,说明该协议的实用价值也很高.

量子弱测量中纠缠对参数估计精度的影响

量子弱测量过程中适当的弱值可用于放大微弱物理参数并提高参数评估的精度,这种参数评估精度的提高可能来源于体系中的纠缠.本文借助Fisher信息研究了系统中的纠缠和系统与探针间的纠缠对弱测量过程中系统与探针间耦合参数的评估精度的影响.分析了系统初态分别为类GHZ态的纠缠纯态和受退极化噪声影响的纠缠混态的纠缠,以及系统和探针间的纠缠对参数评估的影响.研究表明,当系统初态为类GHZ态的纠缠纯态和受退极化噪声影响的纠缠混态时, Fisher信息随系统初态纠缠度的增大而增大,且系统初末态均为最大纠缠态时, Fisher信息和后选择概率均达到最大;但系统与探针的纠缠越弱,测量能获得的Fisher信息越多,参量估计的精度越高.此研究结果表明系统中的纠缠会提高参数评估精度,而系统与探针间的纠缠则会降低参数评估的精度.

路径积分传播子测量的研究进展

传播子在路径积分理论中扮演着核心角色,因此在路径积分理论可使用的多个现代量子物理领域中有重要价值.然而,由于其一直未能在实验中被直接测量,基于路径积分表述研究量子系统的实验进展受到了严重制约.最近,基于波函数直接测量方法,我们提出了传播子测量方案,并利用单光子实验首次成功实现了传播子的实验测量.此外,在这项研究中还首次演示了量子力学的最小作用量原理.该研究成功解决了路径积分实验研究中的技术难题.本文综述了此领域的研究进展,具体为简述波函数直接测量的基本概念和研究进展,并详细介绍传播子测量的理论模型、实验设计和实验结果.最后,介绍了一个重要的应用范例,即通过传播子测量实现最小作用量原理的实验演示.本文综述的传播子测量研究进展,将为今后使用该方法开展相关实验研究提供重要的参考.

超导-冷原子复合系统的研究进展

超导-冷原子复合系统因能够实现快速门操控、长寿命存储和光纤中长距离传输等特点,被认为是实现两台超导量子计算机光互联的最有潜力的复合体系之一.本文综述了近年来基于超导-冷原子复合系统实现两台超导量子计算机光互联的研究进展,包括超导芯片与冷原子相干耦合、微波光波相干转换和超导量子比特与量子转换器长程微波互联.对该复合量子系统的研究将为超导量子计算机之间的实用化光纤互联奠定物理和技术基础,有望在分布式超导量子计算机和杂化量子网络中获得广泛应用.

非厄米格点模型的经典电路模拟

量子模拟是研究和理解量子世界中奇异物理现象的重要手段.近年来,人们发现除了量子平台,经典系统(如光子晶体、声子晶体和机械振子等)也能通过类比薛定谔方程的方式模拟量子模型.其中,经典电路因具有成本低廉、技术成熟和易于扩展等特点,成为一个新兴的模拟平台,并成功模拟了许多重要的量子现象.与此同时,非厄米物理突破了传统量子力学中系统哈密顿量的厄米性,为人们理解量子系统,尤其是开放量子系统中的物理,提供了一种新的视角.非厄米系统由于展现出不同于厄米系统的新奇现象,在物理学的多个领域中成为新兴的研究对象.然而,许多非厄米现象所要求的奇异构型在量子平台上实现的技术门槛相对较高,例如非厄米趋肤效应通常需要系统具备非互易的格点间跃迁.因此,利用操控灵活的经典电路模拟非厄米物理成为一种自然的选择.本文旨在通过简要介绍非厄米物理的相关知识(包括数学基础和新奇现象)以及经典电路的模拟理论(包括对格点模型的映射理论、非厄米的引入和物理量的测量等),概述当前经典电路模拟非厄米格点模型的实验进展,为相关研究工作提供参考,以推动该领域的进一步发展.

高性能时不变LDPC卷积码构造算法研究

该文基于由QC-LDPC码获得时不变LDPC卷积码的环同构方法,设计了用有限域上元素直接获得时不变LDPC卷积码多项式矩阵的新算法。以MDS卷积码为例,给出了一个具体的构造过程。所提构造算法可确保所获得的时不变LDPC卷积码具有快速编码特性、最大可达编码记忆以及设计码率。基于滑动窗口的BP译码算法在AWGN信道上的仿真结果表明,该码具有较低的误码平台和较好的纠错性能。

基于双电平脉冲宽度调制的低功耗可见光通信技术

为降低可见光通信系统中的额外功耗,对可见光通信中发光二极管结电容充放电导致的额外功耗进行了理论分析,给出了通信速率、结电容和调制方式对额外功耗的影响.基于此,提出了新型的双电平脉冲宽度调制技术,从额外功耗、带宽需求和差错性能三方面对双电平脉冲宽度调制进行了理论分析,并与非归零开关键控调制、脉冲位置调制和数字脉冲间隔调制进行了对比。结果表明,双电平脉冲宽度调制和非归零开关键控调制误时隙率相同,但额外功耗仅为非归零开关键控调制的M/2,(M为调制阶数);虽然相比于脉冲位置调制和数字脉冲间隔调制,双电平脉冲宽度调制需要更高的信噪比,但额外功耗仅为脉冲位置调制和数字脉冲间隔调制的1/2,带宽需求也小于脉冲位置调制和数字脉冲间隔调制,在功耗和带宽敏感的可见光通信系统中有较大优势。

相对论多组态相互作用方法计算Mg^＋离子同位素位移

采用相对论多组态相互作用方法研究了Mg^+离子3s^2S_(1/2)—3s^2P_(1/2)和3s^2S_(1/2)—3s^2P_(3/2)两条跃迁谱线的特殊质量位移系数和场位移因子,并计算了中子数8≤N≤20的Mg^+离子的同位素位移.计算结果与其他理论的计算值符合得比较好,与最新的实验测量结果比较,相对误差在0.13%到0.28%范围,是目前最接近Mg^+离子同位素位移实验测量的理论计算结果.该计算结果可为Mg^+离子同位素位移实验和理论研究提供参考,能够用于Mg^+离子的短寿命同位素的光谱测量实验以及利用Mg^+离子开展幻中子数N=8和N=20附近的奇异原子核特性研究等.所用的计算方法和电子激发模式也可以推广到其他核外电子数为11的多电子体系,用于开展相应的原子光谱结构计算和同位素位移的理论研究.

关于随机误差处理的一点讨论

本文讨论了在《大学物理实验》教材中用于描述随机误差的若干概念(包括方差和标准偏差等)的物理意义,给出了关于随机误差处理的若干公式(包括贝塞尔公式和算术平均值的标准偏差公式等)的推导证明,纠正了一些教材中关于正态分布(高斯分布)的不自洽表述.

基于弱相干光源测量设备无关量子密钥分发系统的误码率分析

测量设备无关量子密钥分发系统可以免疫任何针对探测器边信道的攻击,并进一步结合诱惑态方法规避了准单光子源引入的实际安全性问题.目前实验中一般采用弱相干光源,但是该光源含有一定比例的空脉冲和多光子脉冲.本文针对弱相干光源的具体特性,采用量子力学的描述,将各个器件进行量子化处理,并同时考虑探测器的具体性能参数的影响,分别给出了通信双方各自发送的脉冲含有特定光子数时产生的成功贝尔态和错误贝尔态的概率公式,从理论上对相位编码和偏振编码测量设备无关量子密钥分发系统的误码率进行了定量分析,分别推导并模拟了通信双方采用的平均光子数对称和不对称时误码率随传输距离的变化情况,结果表明在偏振编码Z基中,多光子脉冲不会引起误码;在偏振编码X基和相位编码中,受多光子影响,产生的误码率较大.对于不同的编码方式,误码率均随传输距离的增加有不同程度的升高,长距离传输时,平均光子数越小,产生的误码率越大;在偏振编码X基和相位编码的短距离传输中,相对于对称,通信双方采用的平均光子数不对称时产生的误码率较大.

通过水热法合成的纳米铁酸镍/石墨复合阳极材料具有优异的电化学性能（英文）

作为锂离子电池阳极材料的铁酸镍及其相关材料,由于其具有较高的理论比容量,近来受到广泛关注。为了克服在充放电过程中的较低导电性与较大的体积膨胀等不良因素,通过水热法合成了纳米铁酸镍钉扎在石墨表面而形成的复合物。该纳米铁酸镍/石墨复合物表现出了较高的比容量以及优异的循环性能。其初始放电容量接近1478 mAh·g^(-1),并且在100 mA·g^(-1)的电流密度下循环50周之后,其可逆容量依然高达1109 mAh·g^(-1)。在1000 mA·g^(-1)的充电电流情况下,该复合材料的充电容量也能保持750 mA·g^(-1)。这优异的电化学性能主要归功于纳米铁酸镍能够稳定的钉扎在石墨表面上,这种特殊的结构增强了材料的导电性同时也增大了材料的表面比容量。

腔光力学研究进展

腔光力学研究光子与宏观机械振子的相互作用,目前已成为研究量子世界与经典世界之间的过渡以及研究非经典和非线性效应的重要领域。本文首先介绍该领域中的基本物理概念,包括辐射压力、光机械哈密顿量、海森堡–朗之万方程、方程的线性化等。然后综述近年来一些新奇光力学效应的发现和研究进展,包括光力诱导透明、非互易光传播、高阶边带产生、光机械纠缠等。最后提出了一些研究展望。

T型魔幻态纯化速度之研究

魔幻态(magic state)是一种单量子比特量子态,在容错量子计算中可以辅助Clifford操作在任意量子态上横向实现一个non-Clifford门,使得容错量子计算具有通用性。除此之外,魔幻态制备中的噪音可以通过Clifford操作纯化过滤,这个过程称为魔幻态纯化。具体来讲,魔幻态纯化指的是,当输入噪音量子态相对于魔幻态的保真度大于一个给定的纯化阈值,可通过Clifford操作从多份噪音量子态中提取出一份保真度被提高的量子态,通过多次重复纯化程序,最终可获得保真度接近于1的魔幻态。本文将研究T型魔幻态纯化程序的重复次数与输入的噪音量子态保真度之间的关系。

非线性光机械系统中的双稳性与纠缠

在含有克尔介质和光学参量放大器(OPA)的光机械系统中,腔中的光学双稳性与纠缠特性会受到这两种介质较大的影响。当调节非线性晶体与腔场的耦合常数时,OPA晶体的非线性增益对系统的双稳性影响与入射光强度对双稳性的影响是相似的,然而克尔介质的三阶非线性系数对系统双稳性却有着明显不同的影响。对系统纠缠特性的研究结果表明:OPA晶体的非线性增益系数对腔场与振动镜之间的纠缠有着增强的作用,而克尔介质的三阶非线性系数对纠缠却有着减弱的效果。

散射光声探测技术及其成像方法

为了实现强散射样品的光声显微成像,提出了一种散射光声显微成像新技术。利用散射光声效应原理,成功设计研制了散射光声探测器。散射光声探测器由散射光声腔、耦合腔、微通道以及微音器组成。利用该探测器探测样品的散射光声信号,然后结合共焦扫描成像技术实现了强散射样品的光声显微成像,获得了二氧化硅微球和口腔上皮细胞等各种不同散射样品的光声显微图像。实验结果表明,散射光声显微成像技术可以极大地改善图像对比度和增强图像边缘,对于工业、大气等方面的微粒直径测量具有重要的应用意义。

在光学系统中利用弱值放大模拟搜索算法

提出了一种在光学系统中利用弱值放大和后选择来模拟搜索算法的方案。该方案将数据库编码在入射光束的横向坐标上,在光束的偏振态上进行预选择与后选择。首先讨论了一般型入射光束并获得一些结果,然后对高斯型入射光束进行了分析。结果表明通过适当地选择辅助系统的后选择态并且利用弱值放大,有可能仅用一次迭代就实现对数据库的搜索。

双腔光力系统中机械振子的基态冷却

宏观机械系统的量子操控无论是在基础物理学还是在高精度测量和量子信息处理等的应用上都非常重要。其中关键的一步是将机械系统冷却到它的量子基态。本文提出了一个光力系统，该系统包含了两个光学模式和一个与这两个光学模式都发生相互作用的机械模式。此外，这两个腔模还分别由两束光驱动。通过对哈密顿量进行变换以及求解系统的海森堡一郎之万方程，得到了机械振子最终平均声子数的表达式。结合作图发现，这个系统的特殊结构可以实现在不可分辨边带情况下机械振子的基态冷却，所以系统对腔的品质因子要求降低，实验上更容易实现。另外还发现，通过调节驱动光的功率可使得冷却效果达到最好。