运动参考系中量子Fisher信息

量子参数估计中的基本理论--量子Cramér-Rao不等式指出,参数估计的方差由量子Fisher信息的倒数决定,量子Fisher信息越大,参数估计的方差就越小,估计精度也就会越高.在非相对论量子力学中,量子Fisher信息已被广泛研究,但考虑相对论效应对量子Fisher信息影响的研究相对较少.本文采用粒子态的相对论变换方法,数值计算和分析了运动参考系中单粒子态、双粒子态振幅参数θ和相位参数φ的量子Fisher信息.结果表明,在运动参考系中,无论是使用单粒子态还是双粒子态,量子Fisher信息都会降低.对于相位参数,双粒子态的量子Fisher信息比单粒子态降低得更加显著.然而,对于振幅参数,双粒子态的量子Fisher信息相对于单粒子态有所提高,该研究结果为在相对论效应的影响下提高参数估计精度提供了有价值的参考.

超导约瑟夫森结物理参数的实验推算

超导约瑟夫森结是实现超导量子计算和微波单光子探测的核心器件,其物理参数很难直接测定.与之前常用的测量结微波激励效应估计方法不同,本文通过实验测量低频电流驱动下的约瑟夫森结Ⅰ-Ⅴ曲线及其跳变电流统计分布,并与基于标准电阻电容分路结模型数值模拟进行比对,推算出了约瑟夫森结的临界电流I_(c)、电容C、电阻R及阻尼参数β_(C)等物理参数.结果表明,所推算的参数值与基于微观理论推导所得到的Amb-gaokar-Baratoff公式基本符合,可供约瑟夫森结的器件参数按需设计和制备工艺的参数设置等参考.

超导动态电感探测器的噪声谱分析

动态电感探测器容易频域集成,作为一种新兴的超导探测器件在(亚)毫米及光学波段的天文探测和阵列成像中得到了初步应用.在单像素层面,动态电感探测器的暗噪声水平是关键指标之一.本文详细介绍了一种适用于动态电感探测器的噪声功率谱分析方法,可以较好地平衡噪声频谱分辨率与方差性能,准确且高效地进行噪声谱分析.利用此方法,研究了两种工艺的超导铝动态电感探测器,发现在铝膜上下两层镀氮化硅膜的样品的频率噪声约为裸铝样品的25%—50%.基于这种双层氮化硅工艺,进一步研究了多种几何设计的集总结构铝动态电感探测器在不同微波功率和温度下的噪声特性,实验结果与典型的二能级系统噪声行为相符.本文的研究为动态电感探测器的噪声谱表征提供了一种标准方法,并为研制低噪声的超导铝动态电感探测器奠定了基础.

中国超导电子学研究及应用进展

超导体的发现距今已有近110年了,高温超导体的发现也已经有30多年了.超导材料的电子学应用在最近一二十年取得了突破性进展.高温超导微波器件显示了比传统微波器件更优越的性能,已经在移动通信、雷达和一些特殊通信系统中取得了规模化应用.超导量子干涉器件以其磁场和电流测量的超高灵敏度,成为地质勘探、磁共振成像和生物磁成像等领域不可替代的手段.包括超导隧道结混频器、超导热电子混频器、超导转变沿探测器及超导单光子探测器等在内的超导传感器/探测器可以探测全波段的电磁波及各种宇宙辐射,具有接近量子极限的超高灵敏度,在地球物理、天体物理、量子信息技术、材料科学及生物医学等众多前沿领域发挥越来越重要的作用.超导参量放大器已经成为实现超导量子计算的关键器件.超导集成电路技术已被列入国际器件与系统技术路线图,成为后摩尔时代微电子领域的前沿阵地之一.在计量科学中,超导约瑟夫森效应及约瑟夫森结阵器件被广泛应用于量子电压基准和国际单位制基本单位的重新定义中.在当前的量子信息技术热潮中,超导电子学扮演重要角色,同时量子热潮也大力推动了超导电子学的发展.本文主要对近几年我国超导电子学研究和应用的现状与进展进行概括总结.

共面波导型超导微波功分器: 设计、制备和测试

功分器是将信号按照一定比例进行功率分配的微波器件,广泛应用于微波电路.鉴于超导功分器是超导量子计算电路和超导微波光子探测器的重要器件单元,本文首先采用奇偶模方法分析三端口微波网络传输特性以获取无隔离电阻功分器的参数,其次通过商用电磁仿真软件HFSS设计了中心频率为5 GHz、功分比为等分的共面波导型超导微波功分器.然后利用微加工技术在硅基上制备了该原型器件,并在极低温平台对其功分特性进行了实验测试.结果表明,所制备的功分器在5-5.5 GHz频段内的功分参数与设计参数一致.因此,本文工作可推广应用于超导微波电路中其他无源器件的设计和制备.

超导动态电感单光子探测器的噪声处理

噪声是影响弱信号检测器件性能指标的主要因素之一,而最优滤波算法是白噪声背景中自适应提取弱有用信号的一种常见处理方法.本文针对极低温环境下微波动态电感探测器(microwave kinetic inductance detector,MKID)光子弱信号响应的噪声特性,在改进噪声模型的基础上利用最优滤波算法改进了探测信号的噪声处理.结果表明,经过改进噪声模型的算法处理,MKID的能量分辨(单光子探测器的主要性能指标之一)得到了15%左右的提升,实现了0.26 eV的红外单光子能量分辨.

运动坐标系中的光子几何相位

在量子力学中光子和电子的几何相位已经得到良好的定义,如果考虑了相对论效应,量子几何相位可能会展现出新的特征,在我们的工作中,我们考虑了粒子的相对论变换规律在几何相位效应中是如何出现的。我们考虑了电子自旋以及光子螺旋度状态在相对论变换下的改变,我们发现电子几何相位的实验体系在洛伦兹变换下是不变的,而光子的螺旋度的状态取决于观测者的速度和速度的方向。

应用于弱光探测的热敏超导谐振器

近几十年来,超导单光子探测技术被越来越广泛的应用于量子保密通信与线性光量子计算等重要领域中.其中,基于超导共面波导谐振器的单光子技术以其结构简单,高探测效率及可分辨光子数目等特性吸引了人们越来越多的关注.随着科研工作者对样品制备工艺的不断改进,对选用超导薄膜材料的不断优化,以及对相关背景理论的深入研究,共面波导谐振器单光子探测技术在近几年中取得了巨大的突破.本文将从共面波导谐振器单光子探测器的工作原理,相关理论研究,样品参数设计等方面出发,结合本实验室近期测试得到的实验结果,对共面波导谐振器单光子探测技术的发展近况进行简要的综述.

基于空间光调制器的高质量螺旋光束制备

空间光调制器(SLM)使用波长范围较窄、衍射效率不高,限制了高质量螺旋光束研究的开展。鉴于此,提出一种有效的SLM优化方法,可极大地提高基于SLM制备螺旋光束的光束质量。以650nm波长激光为例,制备了具有不同轨道角动量值的螺旋光束。通过实验分析螺旋光束的强度分布、衍射效率等特征,证明了该优化方法的有效性。