具有电磁场的单圈量子宇宙波函数

本文运用有限维微扰方法，计算了在Bianchi-I型度规下电磁场的单圈贡献，给出了Hartle-Hawking单圈量子宇宙波函数。     

具有指数势的量子宇宙学暴涨模型

本文讨论了微超空间中具有最小耦合标量场的暴涨宇宙的量子宇宙学模型，暴涨势为运用Ｈａｒｔｌｅ－Ｈａｒｋｉｎｇ边界条件提案，我们得到了宇宙极早期时标度因子和标量场随时间的演化关系，以及为克服视界和平性问题所满足的约束条件．而且发现Ｈａｒｔｌｅ－Ｈａｗｋｉｎｇ波函数可以预言导致暴涨的初态．     

一种无大爆炸量子动态宇宙模型

依据圈量子引力,计算出空时跃迁体积膨胀和度量起伏的结果,同时给出了引力场的一种生成途径.利用量子群SU 2 q表示的有限性,提出了一种不存在空时奇点的量子动态宇宙模型,并将其与大爆炸宇宙模型做了某些比较.     

线性引力的宇宙波函数

本文研究了1+1维线性引力的量子宇宙学,关于宇宙边界条件的Hartle—Hawking提案也被推广到1+1维理论.我们发现:对于正的宇宙常数,标度因子的演化与四维欧氏空时相一致.波函数具有振荡行为;对于负的宇宙常数,会出现指数膨胀和收缩的宇宙,波函数是指数型的.     

自旋网量子跃迁引起的宇宙膨胀

利用圈量子引力中自旋网顶角定义的一种新的体积不变量,给出"2+1"维和"3+1"维空时单形跃迁的振幅.得到了自旋网跃迁过程中空间体积膨胀的结果.将这一结果引入空间编织理论之中,提出了一种基于空间跃迁中由于体积本征值改变的宇宙量子膨胀模型.同时利用量子四面体提供的量子信息,对引力场的产生提出了一种解释.     

基于学习的并行免疫量子进化算法及收敛性

提出了基于学习的多宇宙并行免疫量子进化算法,算法中将种群分成若干个独立的子群体,称为宇宙。宇宙内采用免疫量子进化算法,宇宙间采用基于学习机制的移民、模拟量子纠缠的种群交叉等信息交互方式,使得进化算法具有更好的种群多样性,更快的收敛速度和全局寻优能力。不仅从理论上证明了该算法的收敛,而且通过仿真实验表明了该算法的优越性。     

构成宇宙空间及万物的基本单元——斥量子

文章从客观的角度出发,根据自然界中各事物之间都是以相生相克的方式共同依存,不存在所谓的孤立系统。从而在针对热力学中的实验方式上打破了单系统实验的常规,以一组多个热力学系统间进行的热传递实验证实:①能量守恒定律在概念上是错误地将理想状态和条件下进行的能量间转换率为一比一的"等值"关系,定义为普遍性的"守恒"性质;②发现"热"不仅具有能量的转换性质,它还具有物质和力的性质。根据热的这种多重性质表现,发现并揭示了一种具有在能量转换过程中,总量值以增值性"繁衍"的超微元素"斥量子"的存在性。并证实斥量子就是当今物理界一直在寻找的物质结构中最基本的组成单元,同时也证实它的"繁衍性",就是促使宇宙加速膨胀的机制所在及所谓的暗能量、暗物质都是它的一种聚集态。并以这种聚集态充斥着整个宇宙,构成了目前的宇宙空间结构组织。更重要的是以目前的物理理论为基础,在能量、物质、基本力之间找到了一条由斥量子建立起的纽带机制,并将它们连接和贯穿,最终使当今的物理理论在观念上形成了统一的世界观认识。     

宇宙起源的量子理论

量子宇宙学理论是自大爆炸理论建立以来我们了解宇宙的最重要阶段。这一理论体现了如下观念:宇宙的边界条件就是宇宙没有边界,整个宇宙只由物理定律决定,不需任何初始条件。这一理论也为解决宇宙奇点疑难,宇宙的起源提供了一种可行的方案。     

新量子宇宙

本书为剑桥大学出版社出版的关于新量子宇宙的新著。量子力学不仅可以了解原子和原子核等微观物质，也可以了解星体等宏观物质和宇宙的本性。关于量子宇宙的首部著作出版于1987年。随着量子力学的新进展，也发展了量子宇宙学的一些新研究，为本书提供了新的资料。     

玻色子宇宙标度因子的量子限定条件

本文考虑有质量的标量场与时空的耦合,采用级数求解得到一个宇宙标度因子的量子限定条件。在无耦合时,得到一个与具体引力理论无关的限定关系。     

基于绝热量子演化的量子状态转换方法

量子算法成功的标志体现为实现了正确的量子状态转换,这一过程主要通过适当的量子算符来实现。然而,事实证明寻找合适的量子算符是非常困难的。之前大多数研究主要采用机器学习的方法解决这一问题,这些算法与以酉量子操作为特征的量子电路模型有较大差距,也难以分析其在量子计算机上的实现。提出利用绝热量子演化实现量子状态的转换,与标准量子计算模型相比,量子状态的转换更加直接,也不用考虑算符的酉性,因此是在量子计算及量子通信中值得借鉴的量子状态转化方法。     

Observation of entanglement between a single trapped atom and a single photon

An outstanding goal in quantum information science is the faithful mapping of quantum information between a stable quantum memory and a reliable quantum communication channel. This would allow, for example, quantum communication over remote distances, quantum teleportation of matter and distributed quantum computing over a 'quantum internet'. Because quantum states cannot in general be copied, quantum information can only be distributed in these and other applications by entangling the quantum memory with the communication channel. Here we report quantum entanglement between an ideal quantum memory--represented by a single trapped 111Cd+ ion--and an ideal quantum communication channel, provided by a single photon that is emitted spontaneously from the ion. Appropriate coincidence measurements between the quantum states of the photon polarization and the trapped ion memory are used to verify their entanglement directly. Our direct observation of entanglement between stationary and 'flying' qubits is accomplished without using cavity quantum electrodynamic techniques or prepared non-classical light sources. We envision that this source of entanglement may be used for a variety of quantum communication protocols and for seeding large-scale entangled states of trapped ion qubits for scalable quantum computing.     

量子网络研究进展

量子网络是通过量子节点来产生、处理和存储量子信息，利用飞行比特作为量子信道来传递量子信息的全量子信息处理与传输网络系统．量子网络不仅是实现长距离、网络式量子通信的基础，还可以实现可扩展的分布式量子计算机，并可应用于凝聚态多体系统的量子演化模拟．因此，量子网络是以量子通信、量子计算和量子模拟为中心的量子调控研究的核心课题．目前，选择合适的物理载体作为量子节点以及合适的相互作用形式以实现光子与光子、光子与量子节点以及不同量子节点间的相互作用是量子网络研究的重要课题．冷原子系综以及腔量子电动力学系统是实现量子节点的典型代表．文章将结合本实验室的研究来综述量子网络在以上2个物理系统中近期的部分研究进展，并在文末对量子网络的发展做一定展望.     

基于光开关的量子交换器

为了研究量子通信系统,提出了一种基于光开关的量子交换器,它是量子通信网络的节点．该量子交换器主要由交换模块、控制模块和输入输出模块组成．它在量子通信网络的发信者与收信者之间建立光子链路,为通信双方提供量子信道,用于传输量子信息．搭建了量子交换器平台,并用微弱光源对该量子交换器平台进行了测试,结果表明该量子交换器具备了量子通信网络中节点的功能,能够成功实现量子通信网络的功能．     

量子乘法器的设计及其实现方法

乘法器在数字信号处理和数字通信领域应用广泛,如何实现快速高效的乘法器关系着整个系统的运算速度。提出了一种新颖的量子乘法器设计方法,利用量子门设计一位量子全加器,并将n个一位量子全加器叠加在一起设计n位量子全加器,实现2个n位二进制数的加和;再利用2个控制非门设计置零电路,并使用置零电路设计量子右移算子;对二进制数乘法步骤进行改进,利用量子全加器和量子右移算子设计量子乘法器,同时设计实现此乘法器的量子线路。时间复杂度分析结果表明,本方法与目前最高效的量子乘法器具有相同的时间复杂度,并具有更简洁的实现方法。     

基于量子辐射场的大数据安全存储寻址算法

大数据存储过程面临着与日俱增的各种威胁,而传统数据存储算法难以有效应对这些新型威胁。以量子力学和量子遗传的关系为基础,构建量子辐射与量子遗传迭代的、双向可逆过程的数学函数和计算机程序,为流数据的大规模量子安全存储构建软件基础环境。在量子力学和量子遗传的映射关系下,将量子染色体的定义和交互作用通过量子比特和量子旋转门的计算实现,将量子染色体的交互通过量子引力作用和量子斥力作用的交互实现,将量子染色体动态过程的主要衡量指标通过引力和斥力的叠加态来计算产生。用量子引力和斥力来引导流数据的动态存储寻址、出入栈过程与路径,进而将大数据存储过程双向映射为量子辐射场和量子空间域问题,得到安全存储路径与存储地址。     

Quantum nature of a strongly coupled single quantum dot-cavity system

Cavity quantum electrodynamics (QED) studies the interaction between a quantum emitter and a single radiation-field mode. When an atom is strongly coupled to a cavity mode, it is possible to realize important quantum information processing tasks, such as controlled coherent coupling and entanglement of distinguishable quantum systems. Realizing these tasks in the solid state is clearly desirable, and coupling semiconductor self-assembled quantum dots to monolithic optical cavities is a promising route to this end. However, validating the efficacy of quantum dots in quantum information applications requires confirmation of the quantum nature of the quantum-dot-cavity system in the strong-coupling regime. Here we find such confirmation by observing quantum correlations in photoluminescence from a photonic crystal nanocavity interacting with one, and only one, quantum dot located precisely at the cavity electric field maximum. When off-resonance, photon emission from the cavity mode and quantum-dot excitons is anticorrelated at the level of single quanta, proving that the mode is driven solely by the quantum dot despite an energy mismatch between cavity and excitons. When tuned to resonance, the exciton and cavity enter the strong-coupling regime of cavity QED and the quantum-dot exciton lifetime reduces by a factor of 145. The generated photon stream becomes antibunched, proving that the strongly coupled exciton/photon system is in the quantum regime. Our observations unequivocally show that quantum information tasks are achievable in solid-state cavity QED.     

Experimental one-way quantum computing

Standard quantum computation is based on sequences of unitary quantum logic gates that process qubits. The one-way quantum computer proposed by Raussendorf and Briegel is entirely different. It has changed our understanding of the requirements for quantum computation and more generally how we think about quantum physics. This new model requires qubits to be initialized in a highly entangled cluster state. From this point, the quantum computation proceeds by a sequence of single-qubit measurements with classical feedforward of their outcomes. Because of the essential role of measurement, a one-way quantum computer is irreversible. In the one-way quantum computer, the order and choices of measurements determine the algorithm computed. We have experimentally realized four-qubit cluster states encoded into the polarization state of four photons. We characterize the quantum state fully by implementing experimental four-qubit quantum state tomography. Using this cluster state, we demonstrate the feasibility of one-way quantum computing through a universal set of one- and two-qubit operations. Finally, our implementation of Grover's search algorithm demonstrates that one-way quantum computation is ideally suited for such tasks.     

基于量子测量的量子计算模型综述

基于测量的单向量子计算是重要的通用量子计算模型,可以模拟一般量子计算任务。单向量子计算基于量子簇态作为计算资源,利用每个量子位的局部量子测量和经典通信执行一般量子计算。单向量子计算是与量子线路模型等价的量子计算模型。近年来,研究者们对单向量子计算的量子资源、纠缠度量、局部操作简化,以及量子通信等给出一系列研究成果,并基于光学平台开展了一些量子模拟实验。量子簇态与单向量子计算为一般量子计算提供非常好的量子任务处理方式,受到研究者们的广泛关注。该文主要总结基于测量的单向量子计算模型,包括重要的量子资源态、局部信息处理方式,以及与单向量子计算相关的研究;该文对单向量子计算存在的问题和前沿研究方法进行展望,为研究者提供借鉴。     

两硬币量子博弈

以单硬币量子博弈理论为基础,给出了讨论两可分辨硬币量子博弈的一种方法:将两硬币视作是两个独立进行量子博弈的单硬币的线性叠加.并得出对于两可分辨的量子硬币,量子策略同样比经典策略更具优越性,采用量子策略的游戏者可完全控制游戏的胜负.