基于光学参量放大的量子干涉仪

文章综述了基于光学参量放大的量子干涉仪。高灵敏度干涉仪是实现精密测量的一种重要仪器，它的灵敏度受限于探测光场的真空起伏所决定的标准量子极限。构建新型结构的量子干涉仪可以实现突破标准量子极限的微弱信号测量。一方面，利用光学参量放大器作为非线性分束合束器，可以构建非线性迈克尔逊干涉仪，在保持噪声水平不变时将相位信号放大，使其灵敏度超越标准量子极限。另一方面，在基于光学参量放大器的量子马赫-曾德尔干涉仪中，干涉仪两臂中光学参量放大器产生的相位压缩态直接用作相敏量子态，通过同时压缩散粒噪声和放大相敏场强，能够实现突破标准量子极限的微弱信号测量。基于光学参量放大器的量子干涉仪为量子精密测量的实用化发展提供了参考。     

在量子信息分裂中利用局部测量提高量子参数估计

我们利用多体量子纠缠信道在环境噪声中实现了关于量子相位参量的信息分裂.这个量子信息分裂方案是指从一个发送端,人们将含有信息的任意量子态传输到多个接收端,然后利用么正测量在任意一个接收端上还原量子参量信息.我们发现,在退振幅阻尼噪声通道下,合理引入局部测量能提高量子参量估计精度.当环境表现为马尔科夫性时,经过量子信息分裂,量子参量估计精度的动力学演化会呈现单调衰减趋势.当环境具有一定记忆效应时,其演化会呈现振荡起伏行为.     

冲破“标准量子极限”——中国科技大学郭光灿量子光学小组实现高精度量子相位测量

日前,中国科技大学中科院量子信息重点实验室郭光灿院士领导的量子光学小组实现了高精度的量子相位测量,冲破了“标准量子极限”。并十分接近于量子力学的理论极限——海森堡极限。这种新颖的相位测量方案原则上突破了因测量引发光子数损耗的局限,可望在其他物理量的高精度测量中得到重要应用。     

高性能导航增强测试信号模拟器技术研究

高性能导航增强测试信号模拟器集中反映了国家卫星导航系统建设与应用的技术水平,课题涉及导航卫星轨道高精度仿真、导航信号精密生成、载波相位精确控制和传输误差仿真等许多高精尖技术,是国际卫星导航领域争夺的战略制高点之一,其性能水平将直接影响我国卫星导航终端产品参与国际市场竞争的能力。随着我国北斗二代卫星导航系统建设和应用产业化的推进,测量型、高动态型、抗干扰型等用户终端检测已经成为我国GNSS高端用户终端研制与应用的瓶颈难题。国外一直将高端高性能导航增强测试信号设备作为制约我国卫星导航系统建设和发展的重要手段并一直对我国禁运。研究具有独立自主知识产权的高性能导航增强测试信号模拟器及标校技术,有利于提升我国卫星导航系统的国际竞争能力,促进我国卫星导航终端产品研制水平,加速我国导航设备示范应用产业化进程具有极其重要的意义。课题从研究途径来看可以划分为多体制和高性能两个关键点,其中"多体制"是实现多星座多体制卫星导航信号和地面导航增强信号仿真;"高性能"是要在既有信号模拟技术基础上进一步突破高精度模拟的性能瓶颈;最后为了充分发挥检测系统的测试作用,提高系统可用性,需要研究相关测试理论及实现技术。研究涉及的算法模型与技术包括多体制高性能GNSS模拟器数学仿真技术、精密信号时延控制与高质量信号生成技术、高精度高动态GNSS射频信号模拟技术、GNSS仿真信号高精度校核与可信度评估技术等。     

干涉式量子定位辅助卫星导航周跳探测与修复方法

快速准确对周跳进行探测与修复是卫星导航高精度定位必须解决的关键问题。干涉式量子定位系统达到高精度必须具有良好PDOP(位置精度因子),但是受基线布置的影响,在整个覆盖区的PDOP并不能保证都是理想的。提出了利用干涉式量子定位某个方向高精度测距信息辅助卫星导航,进行周跳探测与修复方法。推导了干涉式量子定位与卫星导航网络RTK两者结合的定位方程,在新的定位模型下,采用Household变换以及LAMBDA算法,充分利用量子高精度测距所提供的信息,逐历元计算出卫星导航RTK测量中双差的整周模糊度,从而根据该模糊度的变化进行周跳的探测与修复。仿真分析表明:该方法可以在单历元内检测到周跳的存在,并在后续的短历元内正确地修复周跳。     

量子因果序在量子信息过程中的应用

量子信息研究旨在利用量子资源实现超越经典极限的通信安全、计算能力和测量精度。一种新的量子资源即量子因果序被提出并被证明在一些量子信息过程中可以提供独特的优势。概述了量子信息中的量子资源，回顾了量子因果序在量子信息中的应用，并重点阐述其在量子精密测量任务中所能提供的超海森堡极限精度。未来这种新的资源可以在更多量子信息处理中带来本质的提升。     

基于广义卡尔曼-布西滤波的压缩光相位自适应估计方法

应用量子理论获取导航测角中的相位参数,有望获取超越经典理论极限的定位精度.在利用量子零拍探测测量相位压缩光的相位时,本振相位与待测相位在正交的前提下得到的零拍电流受到散粒噪声的影响最小.为了保证本振相位能够时刻满足此条件,并考虑到导航系统非线性和实时性的特点,基于广义卡尔曼-布西滤波设计了零拍锁相环,对本振相位进行实时的反馈控制,进而实现对压缩光相位的实时估计.理论分析以及仿真结果表明,利用压缩光作为信号场获取相位参数时能够突破散粒噪声的限制,提高导航测角系统的定位精度,并且在最优压缩度处相位估计精度最高,最优压缩度取决于压缩光强度以及测量系统的相位稳定性.      

简析量子定位技术及应用前景

传统的卫星导航定位系统技术,其定位精度由于受限于电磁波脉冲的能量与带宽存在着一定的极限.随着量子力学的发展,利用具有量子纠缠特性的激光脉冲来取代电磁脉冲信号,可以实现趋近于物理极限的高定位精度,这就是量子定位技术.概述了量子定位的基本原理和特点优势的基础上,浅析了其关键技术及未来广阔应用前景.     

关于量子超光速通信的一个理论设想

本文深入分析了拟议中的量子超光速通信理论,提出了实现量子超光速通信的原理与技术方案。此外,本文还讨论了适用于量子超光速通信的新的时空变换,并提出了两种检测特惠Lorentz参照系的实验方法。     

多铁材料

正多铁性材料同时具有铁电、反铁磁等多种铁性序,不同序参量间耦合作用可产生磁与电间的交叉调控,有望实现铁电性与磁性集成的新一代多功能器件,如新型磁电传感器件、自旋电子器件、高性能信息存储器件等。研究新一代多铁性磁电材料中各种相互作用和有序规律,利用材料基因组计划发现新的量子现象和调控方法,不仅是材料和物理学科自身发展的需求,并可能成为今后对人类社会经济发展有重大影响的基础科学问     

基于遥感影像的车辆导航研究

针对当前车辆导航系统均以二维矢量地图为工作底图,不够直观、精确,同时现实性较差,不能实现小区内的导航,提出一种基于遥感影像的车辆导航技术思路,利用高精度遥感影像作为工作底图,从GPS接收机中得到相关定位信息,将定位点导入经过校准后的遥感图像上.同时为了提高定位精度,在遥感图像上进行道路提取,实现地图匹配,从而达到车辆导航的目的.实验证明,该技术具有较高的直观性和形象性,能满足目前导航需求.     

量子遥感信息机理研究

研究了量子遥感提出的背景和需求以及目前量子信息技术的发展现状;阐述了量子遥感的基本概念,并研究了量子遥感和遥感的对应关系;详细论述了量子遥感信息机理,并进行公式推导;辐射场经过量子化之后,变成了由光子组成的系统,从而在量子层次上解决了遥感理论中黑体辐射的问题,从本质上研究了象元的辐射方向性问题。     

基于波段可调关联光子源的量子效率测量系统研究

随着单光子探测器应用领域的拓展,其覆盖波段不断增加,为满足不同波段探测器量子效率定标的需求,研究基于波段可调关联光子源的量子效率测量系统意义重大。设计了角度相位匹配的波段可调关联光子源,计算了多波段晶体的相位匹配曲线,搭建了光源系统及符合测量平台。测量了参考通道和符合通道的光子数,分析实验数据,完成了信号光通道探测器量子效率的测量。单光子探测器在1550 nm波段的量子效率为9.42%,与出厂数据在相应波长处量子效率偏差为0.58%,验证了方法的可行性,为进一步发展高精度的多波段量子效率测量系统奠定了基础。     

基于光场调控的光学图像相关处理:原理与技术进展

光学图像识别以信息处理容量大、运算速度快(基本上接近光速)和高度并行处理能力等特点得到研究人员的广泛关注,在成像、生物医疗、国防军事等领域均具有广阔的应用前景.近年来,随着空间光场调控技术的发展,人们对结构光场的认识愈加深入,使得光学图像识别这一领域焕发出新的生命力.本文从范德·拉格特相关器(Vander Lugt Correlator, VLC)和联合变换相关器(Joint Transform Correlator, JTC)这两大主要光学图像识别相关器的基本原理出发,介绍了光场调控在光学图像相关识别及处理应用中的物理原理与技术进展.从线性光学、非线性光学以及量子光学这三个角度分别介绍不同领域如何通过光场调控实现全光型的光学图像相关处理.     

非绝热、非周期演化量子相位特征与测量研究

以二能级原子系统为模型, 细致地研究了非绝热演化量子相位特征. 基于量子干涉原理, 提出了一种测量非绝热演化量子相位的新方法. 且阐述了这种测量方法的物理机理, 利用这种方法在原子态布居几率的干涉条纹中可直接获得量子相位的分布信息.     

能量转换量子系统的热力学特性及其研究进展

量子物理是理解微观粒子运动规律的现代物理学理论.它与信息、生命以及化学等学科相互联系日益紧密,引发了许多新技术革命,深刻影响着人类的生活,已成为社会经济发展的原动力之一.当前,量子物理和能源科学结合,正在产生新的学科生长点.本文主要概述多种类型能量转换量子系统的发展;结合国内外的研究现状,系统地阐明如何应用热力学理论研究量子体系的能量操控以及微观器件的优化设计;总结量子热力学循环、能量选择量子电子器件、量子点热管理器件等在理论和实验方面研究的代表性成果和进展;展望量子物理与能源科学交叉领域发展的新方向.     

基于 MEMS 辅助的单基线北斗融合测姿算法

载体的姿态信息是导航的重要参数,随着北斗卫星导航系统（Beidou navigation satellite system,BDS）和微机电系统（micro-electro-mechanical systems,MEMS）惯性传感器的发展与完善,高精度、低成本、自主化的融合测姿技术具有广阔的应用前景,因此,提出MEMS辅助单基线北斗融合测姿算法。根据MEMS惯性传感器解算出的姿态信息确定基线向量的搜索范围,从而辅助模糊度函数法（ambiguity function method,AFM）减小整周模糊度搜索空间,提高整周模糊度快速求解的成功率和计算效率。将BDS输出的姿态角信息作为观测信息,对MEMS陀螺仪解算出的姿态信息进行实时校正,实现BDS和MEMS传感器二者的数据融合算法。通过实测数据仿真验证,该算法能够解决信号失锁带来的整周模糊度求解困难的问题,并且测姿系统能在遮挡和动态等复杂环境下提供高质量姿态测量结果。     

超导量子比特中的Landau-Zener-Stckelberg干涉

超导量子比特是人工固态量子系统,在低温和弱耗散条件下,具有量子化的能级结构.这些能级之间的间隔可以随外加偏置电磁场连续变化,不同能级在某些偏置场可能形成量子系统中所特有的免交叉.最近研究成果表明,利用这些免交叉,可以在固态量子比特中实现Landau-Zener-Stckelberg（LZS）干涉,为测量系统的能谱、表征系统与环境的耦合、实现量子逻辑门、产生量子纠缠等提供了一个便捷的新手段.