相干态的激发态及其非经典特性

非经典光场态的研究,无论是在理论上还是在实验上都是十分引人注目的。业已证明,尽管相干态光场的行为是经典的,但在原子——场的非线性相互作用过程中,相干态光场的幺正或非幺正演化可以产生的各种非经典光场态,如压缩态及Schrodinger猫态等。本文利用最近Metha引入的并由范洪义给出严格表述的玻色算符的逆算符a~（-1）及a~（ -1）,讨论光场的另一个非经典态即相干态|Z>的k光子激发态a~（-k）|Z>,它可以通过强度相关耦合Jaynes-Cummings模型的连续多次非幺正演化过程来产生。通过计算其二阶相关函数及     

微激光的量子模式理论

在激光发展中开腔模式理论起了很重要的作用。激光开腔模式理论是一种半经典理论,激活介质中的原子用量子力学描述,而辐射场则服从经典的Maxwell方程,场的量子化已被忽略了。故开腔模式理论也未能给出激光模式中光子的统计分布。只是后来的全量子激光理论才证明了,由于原子的自发辐射,腔的损耗,以及作为光泵的激活原子的无规注入,在阈值上的单模激光光子服从Poisson分布,其量子噪音满足     

量子计算、量子优势与有噪中程量子时代

文章用通俗而准确的语言，简要介绍了有关量子计算的相关概念，包括量子比特、量子态、基矢态或基本量子态、量子测量、概率幅、幺正变换、量子态不可复制、量子计算、量子门、量子算法、退相干或量子噪声、量子纠错、有噪中程量子技术、量子优势等，并对有噪中程量子时代和量子优势研究的前景进行了展望。     

揭秘量子密码、量子纠缠与量子隐形传态

以光子的偏振态为例,对量子力学、量子态、量子密码、量子纠缠和量子隐形传态作简要通俗而又力求准确的介绍。首先通过与经典物理的对比,引进量子力学的基本思想和量子态的基本涵义;接着介绍量子密码的BB84量子密钥分配方案;然后介绍量子纠缠,强调它不违反相对论。在此基础上,介绍了量子隐形传态,强调了经典通信在这个过程中的必不可少。     

光子纠缠和量子计算领域的两项世界纪录

据国家自然科学基金委员会2007年2月8日报道．中科大微尺度物质科学国家实验室的工作人员潘建伟和同事杨涛、陆朝阳等，最近通过实验成功制备出国际上纠缠光子数最多的薛定谔猫态和可直接用于量子计算的簇态，刷新光子纠缠和量子计算领域的两项世界纪录。该项研究成果以封面标题的形式发表在最新一期英国胁ture子刊Nature Physics上。审稿人评价其是“光学量子计算领域至今最先进的实验工作”，“为量子计算、量子纠错和量子力学基本问题的研究铺平了道路”。     

一类普适的量子密码相干光源

提出了普适量子密码相干光源的概念. 在量子密码领域, 弱相干态(WCP)和标记单光子态(HSPS)是目前最为常用的量子光源. 但是, 利用这两种光源和诱骗态(Decoy)方法相结合进行量子密钥分配时, 在密钥传输的最大安全距离及中短距离密钥生成率上各有优劣. 本文证明了利用标记配对相干态(HPCS)进行诱骗态编码, 在保证密钥最大安全传输距离的同时, 还可以提高中短距离的密钥率. 另外还证明了这种特性并不局限于所使用的具体密码协议, 对于BB84协议和SARG协议, HPCS+Decoy方案均可以提供比较理想的密钥生成率. 最后, 给出了一个有效可行的基于HPCS源的“1信号+2诱骗”的诱骗态编码方案.     

用控制非(CNOT)门组合法制备核自旋系综的有效纯态

核磁共振（NMR）是研究量子计算的实验方法之一，大多数用核自旋系综实现的量子算法的初始态均为有效纯态，因而制备出有效纯态是进行核磁共振量子计算的基础，迄今为止，如何制备有效纯态已提出了多种方案，根据控制非（CNOT）门组合法的理论，分析了奇数位和偶数位量子体系制备有效纯态的特点，并设计了制备4量子位核自旋体系有效纯态的脉冲程序，在实验上获得了实现，这种方法减少了实验的复杂程度，并具有较高的信噪比。     

量子测量及其进展

本文阐述了量子测量的本质 ,测量对微观粒子的影响 ,以及测量假说在量子力学中的地位 ,强调了量子退相干是量子测量引起量子纠缠的必然结果 .文章还为路径实验的干涉条纹消失找到了主因 ,也为量子退相干可能是一个渐进演化过程以及测量并不一定破坏量子相干性提供了证据 .　　文章讨论了量子测量与量子力学基本问题的关系 ,并认为解决这些问题依然是任重而道远的 .     

超导与量子计算

基于量子力学态叠加性和纠缠性的量子计算，以其指数级增长的庞大计算空间和更高级的信息抽象能力，为计算提供了新的范式。这一新技术有可能解决一些经典计算无法解决的计算难题，同时解决经典计算的功耗问题。超导效应作为一种宏观量子效应，为量子态相干操控提供了绝佳的无损耗环境，而约瑟夫森结为构建量子比特提供了必要的能级分立性和非线性。经过二十余年的高速发展，基于超导量子电路的量子计算技术已经在退相干时间、量子态操控和读取、量子比特间可控耦合、中大规模扩展等关键技术上取得大量突破，成为构建通用量子计算机和量子模拟机最有前途的候选技术路线之一。文章就这一技术做一个简要的介绍和梳理，以令读者了解整个技术脉络为目标，尽可能不涉及复杂的符号和公式。最后，还简要讨论了超导量子计算发展的未来，并指出其中部分关键技术难点。     

半导体量子点与谐振腔杂化系统的强耦合

量子比特的可扩展性是实现实用量子计算机的前提.利用微波谐振腔中的光子作为媒介实现非局域量子比特间的长程耦合与信息交换,为固态量子计算提供了一种重要的大规模扩展方案.然而由于外界噪声大、耦合强度弱等各种因素限制,在前期实验中半导体量子比特一直未能实现与微波光子间的有效信息交换,亦即未能实现比特与光子间的强耦合.近年来,随着实验上半导体量子比特的性能优化及高阻抗微波谐振腔的应用,利用微波谐振腔耦合半导体量子比特取得一系列重要突破,电荷和自旋量子比特与腔的强耦合均已实现,量子比特间的耦合距离也得到极大扩展.本文围绕半导体量子点-微波谐振腔杂化系统,简要介绍实现量子比特与微波光子强耦合的原理、实验实现及进展.     

任意依赖强度耦合的Jaynes-Cummings模型与薛定谔猫态

线性叠加原理是量子力学的基本特征之一.物质波的量子干涉正是此原理作用的结果.最近,人们对两个或多个不同相干态的叠加即薛定谔猫态作了许多研究.研究表明,由于量子相干性,叠加的相干态具有完全不同于原有相干态的性质.例如,高阶压缩特性以及亚泊松分布和振荡光子数统计,还有反聚束效应等等.由于这些非经典效应的出现,使得对薛定谔猫态的研究具有深刻的意义.对于它的产生已有许多不同的方法.本文则研究了如何利用共振和大失谐两种情况下的任意强度耦合的Jaynes-Cummings模型以产生薛定谔猫态.一般产生量子态的方法有两种.一种是给定一个合适的哈密顿和初态,利用么正演     

基于原子-腔系统的非绝热和乐量子计算

量子计算的实际应用依赖于高保真度的量子门,而获得高保真度量子门所面临的主要挑战之一是系统的控制误差.几何相具有仅依赖系统演化路径而与演化速度大小等细节无关的特点,因此基于几何相设计的量子门具有抵抗系统控制误差的抗噪声性.特别是,基于非绝热非阿贝尔几何相设计的和乐量子门具有完全的几何性质,并且不受绝热缓慢演化条件的限制,受到了人们的广泛关注.本文提出了利用原子-腔系统实现非绝热和乐量子计算的方案.以四能级原子的基态作为逻辑量子比特编码空间的基矢,在激光脉冲的操控下,通过公共腔模交换虚光子产生双原子基态和辅助状态之间的跃迁,实现了两比特非绝热和乐受控相位门,它与通过激光脉冲操控单原子实现的任意单比特非绝热和乐门一起组成了非绝热和乐量子计算的通用量子门.     

与原子相互作用的量子光场的位相特性

关于量子光场位相的研究,可追溯到Dirac按通常的量子化规则通过类比经典谐振子的们相而对量子场的消灭算符进行极角分解而给出的位相算符的定义。然而,这种简单的类比导致了Dirac的量子场位相理论的不自恰性。后来,许多人试图从不同角度来探讨场的量子位相特性,但这些讨论并没有定义出厄米位相算符,而对位相的一些基本属性也不能给     

简并三能级原子在绝热极限下的量子非破坏测量

由于微弱信号的测量,如量子宇宙学中引力波的探测给实际测量提出了新的要求,Braginsky等人提出了量子非破坏测量的概念(quantum-nondemolition measurement 简称QND测量)即第一次测量对被测物体的待测力学量没有扰动,再次进行观测能重复第一次的测量结果的测量称为量子非破坏测量.正是由于它的这个性质引起了很多实验和理论物理学家的关注.本文通过研究一个简并的三能级原子与光场的相互作用,由精确解计算给出在绝热     

中国科学家利用量子模拟证实“任意子”服从分数统计

1月23日出版的《物理评论快报》上发表了中国科技大学潘建伟教授和他的同事陈增兵、陆朝阳等的研究论文,在国际上首次通过操纵多光子纠缠态和量子模     

量子力学的光辉八十年(三)

五、量子理论与相对论的结合、抵牾、互动从量子力学一量子场论一量子统一理论的八十年光辉历程,相对论始终是其渐次拓展的原动力之一;虽然它是经典物理理沦,与量子理论在思想观念和概念基础上相抵牾。况且,尽管种种量子理论都不是时空模型理论,但描绘原子和亚原子现象、描绘一切     

用正交对称化方法产生非经典光场态

研究非经典光场的一个重要的、行之有效的途径就是尽可能多地构造出一些量子力学所允许的光场态,即量子光场态,然后研究它们的量子统计性质,从而使我们有可能发现新的迄今尚未发现的非经典效应以及找到光场的各种非经典效应之间的关系。 本文提出了一种我们称之为正交对称化(Ortho-symmetrization)的方法。用这种方法,     

光伏双色GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器

GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器是基于量子阱导带内子能带间或子能带到扩展态间的光电子跃迁对红外辐射的吸收特性而研制成的新型红外探测器.它具有响应速度快(皮秒量级)、量子效率高、波长和带宽可调、热稳定性好、抗辐射能力强等特点,有利于制成大面积焦平面列阵红外探测器.近年来为了充分利用GaAs/AlGaAs量子阱材料的特点和优势,研究和探索新结构新器件的工作一直不断,其中光伏和双色红外探测器具有重要价值.光伏型探测器与信号处理电路易于集成,结构简单,功耗小,工作温度也较高,因而有利于发展焦平面列阵技术;3～5μm和8～12μm两个波段是重要的大气传输窗口,能同时工作在此波段的双色器件在军事、民用上有着特殊应用前景.本文的工作就是试图在理论上提出一种集光伏双色于一体的量子阱红外探测器结构.1 器件设计理论最近,AT＆T Bell实验室Capasso小组证实,在量子阱层中,波函数的局域化也可以发生在大于势垒高度的连续态中.在主量子阱结构两旁的垒区中引入方势阱叠层,这些方势阱称作Bragg反射阱,由于Bragg方势阱宽度接近主量子阱连续态电子de Broglie波长的1/4,故反射相干作用可使主量子阱区的连续激发态密度集中于某些能量处,从而增加基态到这些准束缚态的跃迁振子强度,这对于实现器件光电吸收     

高效率单光子量子存储

<正>量子存储是量子信息领域的关键技术之一,在量子通信和量子计算等方向均有重要应用[1].比如,量子中继是实现长程量子通信的重要方案,而量子存储器则是构成量子中继的基本元件之一.经典信息的基本单元是比特,只有0和1两种状态,而量子信息的基本单元是量子比特,可以处于量子叠加态.光子具有传输速度快、与环境耦合     

对掺杂磷的硅单晶中电子自旋的动力学解耦

量子相干是量子计算所利用的主要资源.由于与周围嘈杂环境的耦合,量子比特会遭受退相干效应.动力学解耦(DD)技术是对量子比特进行快速反转操作,可以有效消除量子比特与环境之间的耦合.而最优动力学解耦就是用最少数目的脉冲消除一定阶数的退相干效应.本文首先介绍了我们最近的工作进展,即保持γ辐照丙二酸单晶中电子自旋相干,并分析了...