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 .     

量子计算赋能百业

一百年前,第一次量子技术革命开始兴起,几十年来促成了半导体、电子显微镜、激光、集成电路芯片等重大发明,推动信息技术时代的发展.当前,以量子计算为代表的新兴非冯?诺伊曼计算架构涌现,第二次量子技术革命正在进行,以变革性的方式实现信息编码、存储、传输和操纵,将催生可确保无条件安全的量子通信,计算能力随量子比特数呈指数增加的...     

量子速度极限研究进展

研究量子速度极限不仅有助于理解量子力学基本问题,而且在量子模拟、量子非平衡热力学等领域亦有重要意义.本文首先介绍了封闭系统中两个重要的量子速度极限——Mandelstam-Tamm界和Margolus-Levitin界以及封闭系统的量子速度极限统一界.在开放量子系统中,由于系统与环境相互作用,量子系统一般不能实现正交态演化,研究开放系统量子速度极限需要考虑初态与末态之间测地线的度量方式.本文讨论了基于不同几何度量所建立的量子速度极限以及开放系统的量子速度极限统一界.基于量子力学的规范不变特性,我们建立了一个新的量子速度极限界,将量子系统演化速度与几何相位关联起来,说明量子速度极限对量子热力学、几何操控量子系统动力学演化具有重要意义.此外,基于半经典Wigner函数表示,我们也建立了量子速度极限界.最后,本文回顾了外部环境与量子系统动力学过程对量子系统演化速度极限的重要影响,并对量子速度极限的下一步研究作出展望.     

关于几率流体的熵

引入了几率流体熵的定义,讨论了定态中几率流体熵的性质,并分析了熵在波包扩展与编缩过程中的变化.最后研究了测量过程中熵和能量的变化,并试图把测不准关系和热力学第二定律联系起来,以便从一个特殊的侧面揭示量子过程在两个时间方向上的非等同性.     

非绝热和乐量子计算研究进展

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两个主要挑战是克服系统的控制误差和环境噪声.几何相仅依赖于系统的演化路径而与演化速度等细节无关,因此基于几何相设计的量子门具有对控制误差的鲁棒性.特别是,基于非绝热非阿贝尔几何相设计的非绝热和乐(holonomic)门具有完全的几何性质并且不受绝热条件的限制,受到了人们的广泛关注.自2012年首次提出以来,非绝热和乐量子计算取得了很大的进展:人们逐步改进了非绝热和乐量子计算的设计理论,使得非绝热和乐门的设计不断优化;发展了抗退相干的非绝热和乐量子计算,使得量子门既能抵抗控制误差又能抵抗退相干;构建了基于各种具体物理系统的非绝热和乐量子计算方案,并且在实验上成功演示了非绝热和乐门.本文回顾了非绝热和乐量子计算的主要理论进展,并简要介绍了物理实现和实验工作.     

量子测量的态关联与波包扁缩的动力学模型

最近,由于介观物理中部分相干性和量子宇宙学的研究,量子测量理论又重新引起人们的重视.在新的研究中,人们不再限于无休止的哲学争论,而是从具体的模型出发.逐步逼近现实测量的动力学理论描述.最近,本文作者之一(孙昌璞)在Hepp的量子测量动力学模型基础上成功地建立了同时描述经典和宏观仪器导致的波包扁缩的综合模型.然而与原来的Hepp模型及其推广一样.这一模型仍然不能恰如其份地描述测量过程的典型特     

书讯

《量子信息物理原理》作者:张永德出版:科学出版社2006年1月定价:59元本书系统介绍了量子信息论的物理原理.全书内容包括量子测量问题、双态系统、量子纠缠与纠缠分析、Beli型空间非定域性及分析、退相干分析、纯化与相干性恢复、不可克隆定理与量子Zeno效应、量子态超空间转移、量子门与简单量子网络、量子算法、量子误差纠正与保真度、量子信息论等.重点在于阐述物理原理.每章后均附有相关文献和习题,全部习题均给出了详细解答.     

量子非局域、量子纠缠及其可能揭示的新物理

爱因斯坦等人提出的EPR佯谬和Bell隐变量理论揭示了量子力学两个相互关联的重要特性:非局域性和量子纠缠.它们使得微观量子系统之间可以建立非局域的超越经典的关联.非局域性和量子纠缠是量子力学最本质的特征.这些性质的发现不仅为解决量子力学的基本问题提供了可能,同时也揭示了量子力学不同于其他力学的根本所在,为研究量子力学与经典力学、相对论之间的关系与融合提供了新的洞察.量子非局域性和量子纠缠还提供了研究多体物理(新的拓扑相)的新工具.     

利用中国VLBI网实现对“火星快车”的测定轨

为满足我国深空探测发展的需要,上海天文台组织中国VLBI网对欧空局在轨火星探测器"火星快车"进行了测定轨实验.利用自主研发的具有频谱高分辨率的VLBI软件相关处理机及高精度多普勒测量系统,在国内第一次获取到了距离最远至3.6亿千米的火星探测器VLBI和多普勒测轨数据,并利用自主研发的定轨软件系统对测轨数据进行了分析处理.分析结果表明,国内已经初步具备对火星探测器的测定轨能力,5s积分三程多普勒测量噪声约0.3mm/s,与欧空局水平相当.利用约一个圈次8h三程多普勒数据定轨,定轨结果与欧空局重建轨道位置差约几百米.分析结果还表明在当前测量精度水平下,定轨精度主要取决于多普勒数据.由于"火星快车"目前的下行信号为窄带信号,所以VLBI的时延测量精度限于纳秒量级.要提高VLBI数据对千米量级定轨精度的贡献,其测量精度需提高一个量级.     

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.     

多功能固态量子存储器取得新突破

<正>由于不可克服的光纤传输损耗,目前地面上的安全量子通信被限制在百千米量级.如何实现千千米量级的长程量子通信是量子通信领域面临的重要难题之一.目前物理上的解决方案有两种:第一种是基于量子中继~([1]),利用短程的量子纠缠和量子存储器实现长程的量子纠缠,再利用     

非等温模型下多量子势垒结构对LED性能的影响

引入了多量子势垒结构作为发光二极管的电子阻挡层来提高其性能.在非等温多物理场耦合模型下,对芯片的内量子效率、发热特性、光谱特性、以及光电转换效率做了系统分析.结果表明:发光二极管的内量子效率及光电转换效率得到显著改善,光谱强度明显升高,且多量子势垒结构的引入保证了芯片的热稳定性和发光稳定性.原因主要是由于多量子势垒结构的引入改善了电子阻挡层的能带结构,减少了漏电流,显著增强了活性区中载流子浓度.     

更加安全的量子密码技术

在IBM的华生实验室里,量子计算领域的创始者之一班奈特根据量子力学的原理,正在发明一种新的加密技术———量子密码技术,这一技术将使未来的密码使用更安全。在这个实验里,他们让光子在一个昵称为“马莎阿姨的棺材”的光密盒里走了30厘米。光子振荡(偏振化)的方向,代表一连串量子位里的0与1。量子位是构成密码的“钥匙”,可以对信息加密或解密。窃听者之所以刺探不到“钥匙”,是由于海森堡的测不准原理——这是量子物理的基础之一。当我们在测量量子态的某个性质时,会使另一个性质受到扰动。在量子密码系统里,任何窃取者在偷看光子束时都…     

七量子位D-J算法和精确受控相移门的NMR实验实现

首次报道通过液相核磁共振(NMR)实验实现七量子位D-J (Deutsch-Jozsa)量子算法和精确受控相移门的实验研究结果. 实验表明: 使用不同脉冲序列实现了七量子位D-J算法中的U_f变换, 只对U_f变换进行一次评估就可以判断所执行的变换中函数f的性质. 此外, 提出了实验上简单可行、设计精确、任意相移的受控相移门的实验方法. 所得结果将有助于解决多量子位NMR信号的灵敏度变差问题, 由于使用大量选择性脉冲序列而增加的实验复杂性问题和由于选择性脉冲的不完善使得实现逻辑门的误差增加的问题. 并且, 可以应用于多量子位和更复杂的算法(例如量子Fourier变换和Shor算法).     

大数据与量子计算

大数据技术的迅猛发展对计算效率提出了更高的要求.由于量子系统的独特性质,量子计算具有经典计算不具有的量子超并行计算能力,能够对某些重要的经典算法进行加速.人们发现,除了大数分解算法,量子计算的更多用途是对量子体系的仿真计算和在数据分析领域的应用.近年来,大数据和量子计算开始融合.虽然实际使用的量子计算机尚未建成,量子计算在大数据的应用在理论上已经取得了一些重要的进展.实验上也有了一些发展.本文首先介绍量子计算的基本原理和Grover量子算法.随后以量子机器学习作为切入点,介绍了量子计算在数据挖掘领域的应用.     

弯曲时空中超流He的孤子解

随着低温技术的发展,超流引力天线的提出和量子干涉仪的应用,利用超流He的量子效应测引力波的实验设计出来。八十年代Anandan研究了Gross-Pitaevski方程     

水的核量子效应研究进展

"水的结构是什么"这是Science杂志在创刊125周年的特刊中提出的21世纪125个亟待解决的科学前沿问题之一.水的结构之所以如此复杂,其中一个很重要的原因就是源于水分子之间的氢键相互作用.人们通常认为氢键的本质为经典的静电相互作用,然而由于氢原子核质量很小,其量子效应在室温下都会非常明显,氢核的量子隧穿和量子涨落将减弱经典势垒对氢原子的限制,从而增强或减弱氢键相互作用强度,改变氢键网络构型,甚至影响氢键体系的宏观物性.该综述首先概述了核量子效应的起因和表现,然后介绍核量子效应研究的传统实验手段,以及新兴的基于扫描隧道显微镜和非接触式原子力显微镜的高分辨成像和谱学技术.然后,本文总结了水中氢核量子隧穿和量子涨落的最新研究进展,尤其是深入到原子尺度的核量子效应研究,最后对核量子效应研究所面临的问题和挑战以及未来发展方向进行评述.     

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.     

非绝热量子动力学模拟方法及其在凝聚态体系中的应用

密度泛函理论(density functional theory, DFT)可以准确地预测由电子和原子核组成的普通物质的基态电子结构,而当涉及量子体系含时演化的模拟时,比如模拟超快激光与分子或凝聚态体系相互作用的激发态动力学过程,就需要发展实时密度泛函理论(real-time time-dependent density functional theory, rt-TDDFT)和非绝热动力学相结合的新颖计算方法.本文介绍了基于rt-TDDFT的Ehrenfest动力学方法,并结合路径积分分子动力学提出了RPTDAP量子动力学方法. RP-TDAP方法引入了非绝热效应和原子核的量子效应,可以对电子波函数和原子核波包构成的耦合系统进行量子化动力学模拟.这些方法使我们不仅可以准确地理解激发态电子结构、电声相互作用、光致电荷传输、光化学反应等非绝热过程的内在机理,而且可以超越平均场理论给出一个全新的视角来描述原子核的量子行为.本文还应用这些方法研究了几个重要的非绝热动力学现象,说明这些方法可以广泛地用于复杂体系的量子激发超快动力学研究.     

一般测不准原理与质量─—信息关系

本文从香农－维纳（Ｓｈａｎｎｏｎ－Ｗｉｅｎｅｒ）公式推导出一般测不准原理,海森伯（Ｈｅｉｓｅｎｂｅｒｇ）测不准原理是一般测不准原理的特殊情况．从一般测不准原理得到质量与信息的关系式,以及能量与信息的关系式。在一般测不准原理的基础上,本文还提出“信息量子”、“信息寿命”、“信息长度”的新概念和新公式,进而分析了引力波的“信息量子”及探测引力波困难的原因．