反事实量子调控研究进展

随着时代的进步发展,量子科学技术在国家安全,社会经济高质量发展中的重要性逐渐显露.如何操控量子态来储存、传递和处理信息一直是量子计算、量子通讯等量子信息科学研究中的关键性问题.有别于传统认知,量子系统允许某些在经典世界中不存在的控制方式,反事实量子调控便是其一.作为一种非局域的量子调控方式,在反事实量子调控的过程中,没有任何实际物质粒子、能量在调控方和被调控方之间输运交换.通过对反事实量子调控的研究,人们不仅深入理解了非局域量子现象,也发现了其在样本无伤成像和隐身探测技术等应用上的重大潜在价值.本工作介绍了反事实量子调控的基本概念,回顾了相应的理论证明,也对相关的实验验证、非局域性研究以及应用性探索做了阐述.     

基于腔QED系统实现多种量子克隆

在腔QED中,基于原子与腔场的相互作用,它提出了一个通过控制原子与场相互作用的时间实现多种量子克隆的方案。例如,对于任意的输入量子态,可以实现普适的最优量子克隆;对于赤道输入量子态,通过参数调控,可以实现非对称性的1→2相位协变克隆和最优的非对称性的经济型的1→3相位协变克隆。在整个克隆过程中,由于原子与大失谐模式的腔场相互作用,所以该方案不受腔损和热场的影响。     

基于腔QED中实现多种量子克隆

在腔QED中,基于原子与腔场的相互作用,提出了一个通过控制原子与场相互作用的时间实现多种量子克隆的方案.例如,对于任意的输入量子态,可以实现普适的最优量子克隆;对于赤道输入量子态,通过参数调控,可以实现非对称性的1→2相位协变克隆和最优的非对称性的经济型的1→3相位协变克隆.在整个克隆过程中,由于原子与大失谐模式的腔场相互作用,所以该方案不受腔损和热场的影响.     

数态光场与3个两能级原子相互作用系统的保真度

根据量子信息保真度理论,研究了数态光场与初始处于GHZ态的3个两能级原子相互作用系统中量子态保真度的演变规律.对系统中原子和场取迹后不同量子态保真度的变化规律和场的初始光子数对系统中不同量子态保真度的影响进行了分析与研究.结果表明,初始光子数越大,量子态保真度随时间振荡频率越大.     

一类两体非X-型量子态的量子失谐

量子失谐是近年来被发现的除量子纠缠外很重要的一种量子关联,是量子信息中两种表达式的差异.针对两体X-型量子态的量子失谐的研究有很多,但对两体非X-型量子态的研究较少.讨论一类含4个参数的两体非X-型量子态的量子失谐.通过对量子测量进行酉变换,得到经典量子关联.最后运用拉格朗日乘数法来求其量子失谐的极值,给出这类两体非X-型量子态量子失谐的解析解.     

整形飞秒激光耦合静电场导致的分子取向增强研究

为了进一步提高分子在复合场中的取向度,提出采用整形飞秒激光耦合静电场取向分子.飞秒激光采用3次方相位调制整形,整形后的激光脉冲类似于缓慢上升快速下降的激光脉冲,但是与后者相比,整形后的激光场更加利于分子取向,能够有效提高分子取向度.这种脉冲上升沿变化导致的取向增强有助于进一步分析复合场的取向机制,并且改变整形参数、电场强度和分子转动温度,可以进一步提高分子取向度.     

二项式光场与负二项式光场对超导量子比特读出电流的影响

研究了二项式态光场和负二项式态光场与耦合超导量子比特相互作用下的超导电流的时间演化规律.研究结果显示:在确定的二项式态或负二项式态光场中,耦合超导量子比特的初始量子态对穿过自身的超导电流的动力学行为几乎没有影响;但光场的量子态,尤其是光场参数对超导电流的动力学行为具有调控作用.因此,通过测量超导量子比特的输出电流,能够探测量子光场的统计性质.     

局域表面等离激元-量子复合体系中量子干涉的理论研究

局域表面等离激元与量子发射体构成的复合体系具有比其单个子单元更丰富的性质和功能.本文从理论上研究了量子干涉效应对复合体系吸收和散射性质的影响以及对原子体系非线性效应的调控.首先,由于存在不同跃迁通道之间的干涉,体系支持暗表面等离激元诱导的无布居数反转增益和光强依赖的吸收谱效应.其次,结构开放性诱导的干涉使复合体系能够在纳米尺度、中等强度耦合下调控散射场的光子统计性质.最后,基于表面等离激元的各向异性珀塞尔系数,在纳米尺度演示了对于克尔非线性的调控.这些发现丰富了该复合体系的吸收和散射性质以及原子体系的非线性性质,并且有可能用于量子态制备、带通滤波器、折射率传感、光子统计调控、片上的全光非线性器件等方面.     

硅基光量子芯片上量子调控技术和量子信息应用

硅基集成光量子芯片是研究光量子信息技术与前沿应用的重要平台之一,具有高集成度、高稳定性、强可控性、易扩展性等显著优点.近年来,硅基光量子芯片在多自由度、高维度、多光子、大规模可重构等关键的量子调控器件和技术上,取得了一系列重要的科学进展,并为光量子计算、量子模拟和量子通信等前沿应用的研究,提供了强有力的硬件和技术支撑.本文简要总结硅基光量子芯片上量子调控技术及其量子信息应用的前沿进展.     

量子的半保留克隆

目的提出一种使得量子可以完全克隆的机制——量子半保留克隆机制。方法比较量子的克隆机制与DNA的半保留机制,研究量子的半保留克隆机制。结果通过各种条件的对比研究,获得量子的半保留克隆机制。结论存在任意一个未知的、具有空间对称的量子态,不需要正交条件,其可以在量子克隆机作用下以任意一个基矢为模板,按照空间同步的或者空间异步的方式,克隆出另外一个基矢;在空间的对称操作下产生分离,形成了两个与初始量子态完全等价的量子态;两个量子态各半保留了其初始量子态的基矢。     

分子体系温度和入射激光能量对O_2分子取向影响的物理机制

从形成分子转动波包的过程中,参与转动跃迁的分子转动态布居情况出发,理论上详细地研究了单脉冲分子取向中,分子体系温度和入射激光能量对O2分子体系取向的影响.结果表明:增加分子体系的转动温度,会使参与转动跃迁的转动能级数目增加,但是与此同时,各个转动态的参与几率却大幅度的下降.而增加激光能量也会使参与转动跃迁的分子转动能级数目增加,但不同于增加分子温度的是,这时候参与转动跃迁的各个分子转动能级的参与几率并没有降低.因此,增加分子的转动温度和增加激光脉冲的能量都会增加分子参与转动跃迁的能级数目,但增加分子的转动温度会降低分子的取向度,而增加激光脉冲的能量(小于分子电离的激光能量)会增加分子的取向度.     

俄物理学家发现了一种新的量子态

<正>目前,俄科学家正在继续研究奇异拓扑量子态,并开发对其模拟建模的方法。据圣彼得堡国立信息技术机械与光学大学高级研究员,项目执行人之一马克西姆·戈尔拉齐(Maxim Gorlach)介绍,为了占据理论前沿,俄科学家正在研究未来可能发生的量子实验中的微妙效应。     

激子极化激元光子学研究进展

研究光与物质相互作用是腔量子电动力学的一个重要方向.早在20世纪50年代,黄昆先生就提出了固体环境中的光子与晶格连续作用的时间演化图像,并指出光子-声子时间上连续不断的相互转化会在物质中形成声子极化激元波,从理论上计算了声子极化激元波的色散关系.Hopfield把这种图像推广到半导体环境中的光子-激子作用上.随后人们在微腔中实现了单原子、单量子点激子的真空拉比振荡.随着半导体微腔生长和微纳加工工艺的提高,激子极化激元的凝聚、超流、涡旋等宏观量子态被实验证明.通过控制微腔结构和光场调控的手段,人们进一步实现了对宏观量子态的相干调控.有机半导体、钙钛矿、二维半导体等新材料体系展现了极大的激子束缚能,有望实现室温量子器件的制备.微腔激子极化激元的研究进入了黄金时代.本文首先从激子极化激元的基本图像入手,详细介绍激子极化激元的概念、色散关系以及常见的激子极化激元体系.其次,总结了研究微腔激子极化激元的材料体系和实验方法,详细介绍了平板微腔和微纳材料自构型微腔的工作原理和具体实例,以及共焦显微荧光光谱和角分辨荧光光谱.第三,对激子极化激元的量子调控进行了总结.详细介绍了激子极化激元的重要宏观量子态以及通过微纳加工和光场调控的方式对宏观量子态的操控.具体分析了两个量子态操控的实例,包括氧化锌超晶格中多重量子态的制备以及凝聚体的参量散射过程.第四,对新型材料中激子极化激元的研究进行了总结,包括二维半导体、有机半导体和钙钛矿.最后,对本文进行总结,并且从理论、实验的角度分别预测了该领域的发展趋势.     

利用V型三能级原子传送N-qubit未知原子态

实现量子态的隐形传送,尤其是多比特的量子态的隐形传送在量子信息领域中具有非常重要的作用.利用全量子理论,对简并V型三能级原子与单模相干态的相反态腔场之间的Raman相互作用进行了详细研究.在此基础上,提出了利用简并V型三能级原子与腔场之间的Raman相互作用来隐形传送N-qubit未知原子态的新方案.     

三晋视点

山西量子光学研究直达国际前沿近日,在北京举行的国家973计划和重大科学研究计划2009年项目实施会上,山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室王海教授为首席科学家的基于光场量子态的量子信息研究项目     

单分子的新奇物性及其调控

随着电学器件的尺寸逐渐减小,分子电子学,即将单个分子作为电路的组成元件,逐渐成为一个前沿研究领域.在分子电子学领域中,这种单分子器件不仅为未来电路器件的微型化提供了潜在的解决方案,更是由于其独特的纳米尺度而蕴含着大量新奇的物理性质.本文在简要介绍单分子器件的构筑方法后,详细介绍了单分子器件在电学、磁学和量子方面的部分新奇物性以及相应的调控方式,并对单分子科学在器件制备方法、测试手段和机制研究等方面进行简要的总结与展望.     

利用V型三能级原子与相干态腔场的拉曼相互作用来传送三比特的未知原子态

实现量子态的隐形传送,尤其是多比特的量子态的隐形传送在量子信息领域中具有非常重要的作用。本文提出了一种用一个三原子和相干态腔场的纠缠态作为量子信道,隐形传送三比特的未知原子态的方案。     

多色连续变量量子态

光场量子态的制备在量子光学及光量子信息科学领域具有重要的地位.多组份多载波(多色)的非经典光场量子态,特别是载波位于光通信与原子吸收线等波段的量子态,在量子通信、量子计算等方面存在着潜力巨大的应用前景.文章介绍了该方面研究现状与研究动态.     

利用V型三能级原子与相干态腔场的拉曼相互作用来传送N-qubit的未知原子态

实现量子态的隐形传送,尤其是多比特的量子态的隐形传送在量子信息领域中具有非常重要的作用。主要提出利用V型原子与单模│α）相干态腔场之间的Raman相互作用,实现N-qubit未知原子态的量子隐形传送。     

量子系统自测试研究

量子系统自测试研究如何利用量子系统本身来测试其可信性,即根据量子设备的经典输入输出之间的统计关系来确认设备中所制备的量子态和所执行的量子测量.在经典世界中,要实现这种"设备自己测试自己"的目标并不可行,但量子力学中的非局域性却使这种自测试成为可能.量子系统自测试是设备无关量子密码协议的理论基础.综述了量子系统自测试领域的研究进展.具体来说,首先详细介绍了由两粒子最大纠缠态(即单态)及相应量子测量所构成的两方量子系统的自测试,包括测试1对量子态的CHSH方案、Mayers-Yao方案、(2,2,2,2)通用方案、(N,N,2,2)链式Bell方案,和测试2对量子态的双CHSH方案、魔方方案等.在此基础上,简要介绍了两方部分纠缠态及多方量子系统的自测试方案.最后对量子系统自测试未来的发展进行了展望.