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.     

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     

《辐射和光场的量子统计理论》

本书内容大致分为两部分：一是有关光场和电子场（相对论性）的量子化，光子的基本性质（如自旋、宇称、动量和角动量、能量等），狄拉克方程的物理内涵和正反电子对的概念，量子电动力学的基本方程组，洛伦兹条件问题，散射算符和费曼图，原子对光子的吸收，电多极辐射和磁多极辐射，原子在强光下的拉比振荡，共振荧光等；二是光场的相干态和挤压相干态，光场的量子统计描述，光学测量与光场的相关函数，原子和光场与库的作用，耗散与涨落的量子统计理论（主方程和量子朗之万方程），激光的量子理论等．     

固态量子存储

实用化量子网络的构建依赖于量子存储器的物理实现, 利用量子存储器还可获得确定性的单光子源和纠缠光源, 为量子计算实现量子比特操作的时间同步. 基于稀土掺杂晶体的固态量子存储器, 自2008年首次实现单光子存储后, 实验技术迅速突破, 已成为国际上性能最优秀的量子存储器件之一. 本文介绍量子存储器性能的评价指标, 回顾近5年固态量子存储的实验进展, 并讨论固态量子存储器作为一种可灵活编程的介质在光学及基础物理理论检验等领域的应用.     

量子信息技术纵览

量子信息技术经过近三十年突飞猛进的发展,在理论和技术方面已经获得了举世瞩目的成就.本文主要对量子信息技术各个热点研究分支的发展进行了概括性的介绍,涉及到量子密码、量子通信、量子计算、量子模拟、量子度量学、量子信息物理基础等各个领域.此外,也讨论了原子、分子和光物理、固体物理的各个分支(超导约瑟夫森结系统、半导体量子点自旋系统、金刚石氮-空穴色心系统)、离子阱、核磁共振系统等各种物理体系在量子信息技术中的应用和发展.通过对量子信息技术的研究和积累,人们调控微观世界的能力获得了显著的提高.量子密码技术已经接近实用化,长程量子通信的原理性验证也不存在原则上的障碍.量子模拟技术快速发展,已经接近经典计算机可以模拟的极限.同时,量子度量学也获得了快速的发展.本综述不仅反映了国际量子信息技术发展的状况,而且也提炼了近年来中国量子信息科学技术在国际上取得的成就.这些成就表明,中国已经成为量子信息世界版图中一股不可或缺的力量.     

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     

量子密码学的理论基础

世界上有两门学问公认比较难:一门是密码学,一门是量子物理.难的原因完全不同:密码学难是因为世界上有人太聪明,难在巧夺天工的构造和叹为观止的分析;量子物理难是因为大自然深奥难测,其微观规律远离人们的直觉,难在真正的理解和把握.玻尔(N.Bohr)曾经说过:一条深刻真理的反面可能是另一条深刻的真理.这句话集中体现了量子物理的辩证本质.量子密码学要把两者结合起来,其难度可想而知.     

量子点与分子器件中的近藤效应

近藤效应是低温凝聚态物理研究的重要领域, 指的是低温下稀磁合金电阻随温度降低而反常增加的多体现象. 在量子点系统中, 其表现为低温下电导随温度降低而升高. 本文重点描述了量子点系统中平衡近藤效应、非平衡近藤效应, 以及当单态与三重态发生简并时含有偶数个电子的量子点产生的近藤效应的基本特征和物理原理. 并指出基于有机材料的单原子/单分子晶体管为近藤效应的研究提供了全新的途径.     

电子动量关联谱奇异finger结构的微观物理机制

电子间的关联体现在从同一个原子电离出来的两个光电子倾向于以相同速度沿场的同一方向发射,从而在动量关联谱中聚集出两个鸡蛋形的亮斑.随着实验精度的提高,发现动量关联谱实际上表现为finger结构,其物理机制不清楚.北京大学应用物理与技术研究中心刘杰与合作者发展了一套半经典模型,巧妙地将量子隧穿和经典再散     

超流体转变与量子计算

据英国Nature,2002,415:25报道,物理学家发现,超冷原子可以从超流体态转化为绝缘态,该成果可用来进行量子计算,进一步帮助人们研制量子计算机.     

让光子在空间起舞:星地量子通信的原理与应用

正量子通信是一种以量子为信息载体,并利用其特性来实现信息传递的全新通信方式。它具有绝对保密和高效率等优点,近年来已迅速成为国际信息科学的研究热点,中国也正在该领域悄然崛起。随着当今世界信息技术的迅猛发展,以微电子技术为基础的信息技术即将达到物理极限,而以量子效应为基础的量子通信,则正在逐步成为引领未来科技发展的重要领域,即将开启一次新的技术革命。量子通信是一种利用量子力学基本原理、量子系统特有属性以及量子测量方法来实现信息传递的通信技术。目前     

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。     

激光和量子电子学

量子电子学隶属物理学,它和应用技术领域的关系密切,激光是其实用性应用的基础.光电子学或电子光学随着激光的实用化进展而分化并继续发展.无疑量子电子学本身是物理学的分支,而激光光谱学则成为基础物理应用中的重要部分.以下将讨论今后激光和量子电子学的发展.     

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.     

超冷量子费米气体研究与应用简介

强相互作用的超冷费米气体是研究复杂多体强关联物理的理想系统,可以用来研究高温超导超流、夸克-胶子等离子体、中子星以及宇宙的早期演化等多体强关联物理。通过精确控制原子间的相互作用以及外加的俘获势,可以探索超冷量子物质的奇异物相,研究强耦合系统中的量子非平衡热力学、超冷碰撞和多体物理。文章介绍了华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室超冷量子气体研究组近期在标度不变的费米气体中的一些研究进展,如Efimovian膨胀动力学等新奇动力学和多体量子热机等。     

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     

半导体超晶格与量子微结构研究30年

半导体超晶格与量子阱系指对电子具有一维量子限制作用的多层超薄异质结人工材料,量子微结构泛指对电子具有二维和三维量子约束性质的量子线与量子点介观系统.这类低维体系的研究是近30年来半导体科学技术中,尤其是半导体物理学领域内一个发展最迅速的活跃前沿.它的研究兴起,不仅对信息科学技术,而且对低维物理、材料科学以及纳米技术的发展,正在产生着革命牲的影响.本文着重回顾与评述了30年来半导体超晶格与量子微结构在材料生长工艺、体系维度变化、物理效应产生以及新型器件应用等方面所取得的一系列重大进展,并对其在21世纪的发展作了初步展望.     

掌握原子的"语言"

物理学家们已经能够让超冷原子在先进的磁或光势阱中进行量子特技表演 ,而一种能够把原子陷获在微芯片上的方法又给这方面的发展带来了新的希望     

一个半经典模型是如何成为经典的——纪念玻尔原子模型诞生100年

正玻尔原子模型的创立,改变了传统的物理学思维方式,开启了物理学的量子时代。在科学发展史上,1913年是一个值得纪念的年份。意气风发,获得博士学位才两年的丹麦物理学年轻学者玻尔(Niels Bohr,1885—1962)在英国著名科学期刊《哲学杂志》     

一种定量分析量子秘密共享方案安全性的新方法

由于量子加密的无条件安全性和窃听的可检测性,在过去的二十多年里,量子加密引起了国内外科学界和工业界的研究热潮,并已成为计算机科学和物理中的一个重要研究方向.量子加密将量子力学和经典密码学相结合,利用量子物理的客观规律来保证通信的安全.量子秘密共享