量子成像及其发展与应用

量子成像是基于量子涨落的非局域成像技术,亦称"鬼成像",与传统成像相比,其具有非局域成像、单像素成像、无透镜成像等诸多优点,在高分辨率成像、非相干成像、恶劣条件下成像等方面具有广阔的应用前景。量子成像不限定成像光源必须是纠缠光源,可模拟纠缠光源的角度和空间关联特性的经典光源同样可以实现"量子"成像。量子成像通过两路探测器的符合关联实现最终成像,虽然计算鬼成像(GI)只使用一路单像素桶探测器就完成了量子成像,但其本质上仍是通过桶探测器与SLM之间的符合关联才实现最终成像的。目前,量子成像由于不能记录光源的瞬时强度且成像时间较长,还主要停留在理论实验阶段,距离实际应用尚有较大差距。     

量子点在生物医学中的应用

量子点系统研究是近年来的热门话题。本文总结了量子点的主要光学特性。重点综述了量子点在细胞标记、筛选药物、医学成像、疾病诊断与治疗等生物医学中的应用及其最新研究进展。同时讨论了量子点在应用中可能存在的细胞毒性等主要问题,最后对量子点在生物医学中的应用前景作了展望。     

压缩感知理论(CS)在弱信号量子测量与蛋白质结构计算中的应用

压缩感知(Compressive Sensing, CS)理论自2006年被提出至今已15年有余,在许多领域如单像素相机、CT扫描成像、雷达等经典系统中获得了成功应用与充分的发展,但在量子和生物系统中还有很大的发展空间.本文首先简单回顾了CS的基本知识及其应用的发展历史,然后重点介绍了北京理工大学量子技术研究中心多年来将CS(以及它的新发展理论)应用于量子精密测量和生物系统上取得的研究成果,具体包括极微弱光信号下的测量与成像、利用CS理论进行多体量子态层析密度矩阵的计算以及根据由CS理论发展的矩阵填充理论进行蛋白质结构计算等方面,说明CS理论不论是在弱信号探测还是量子计算甚至在生物大分子研究方面都具有极大的应用前景和优势,最后对CS理论的应用和发展进行总结和展望.     

量子密码术的实验进展

量子密码术具有较好的应用前景.回顾了理论与实验的发展,重点讨论了实验和技术上的问题.     

荧光碳量子点的合成与生物成像应用及生物安全性研究进展

荧光探针在生命科学领域被广泛应用于生物成像领域.随着纳米技术的迅速发展,一些新类型的纳米荧光探针应运而生.荧光碳量子点(carbon dots)以其良好的生物相容性、优异的的抗光漂白能力、长荧光寿命和宽荧光光谱区域,在生物成像方面有广泛的应用前景.重点关注近年来碳量子点在合成、生物成像以及生物安全性方面的进展,对开发成更安全和更灵敏的碳量子点探针进行了探讨.     

集成成像技术的发展与应用

集成成像技术是利用微透镜阵列来记录和再现物空间三维信息的一种真3D立体显示技术.因其具有无需助视设备、无视疲劳、无苛刻环境要求等诸多优点,集成成像技术具有非常广泛和诱人的应用前景.本文将介绍集成成像技术的发展及其在3DTV立体显示和信息处理领域中的应用.     

量子信息技术

量子特性在信息领域有着独特的功能,在提高运算速度、确保信息安全、增大信息容量和提高检测精度等方面有望突破现有经典信息系统的极限。量子信息科学正是由量子力学与信息科学相结合的一门学科。近年来量子信息在理论、实验和应用领域都取得重要突破。量子通信在一定程度上已经实现了商业应用并具有广阔的市场应用前景;量子计算机具有目前的计算机从原理上所不可能具有的无与伦比的威力,但目前尚未真正意义上的量子处理器的技术实现,基于量子光学和固态体系的量子处理器的研究大有可为。     

石墨烯量子点的制备及其在生物医学领域的应用

石墨烯量子点（GQDs）是一种零维碳纳米材料,具有尺寸小、无毒性、生物相容性好、光稳定性好、荧光可调及水溶性好等优点,通过对GQDs进行不同杂原子的掺杂修饰,可以赋予其如生物成像、声敏性、光热性能等不同功能,使其在生物医学领域具有广阔的应用前景.本文简述了几种GQDs的制备方法,及其在生物医疗方面的应用.     

太赫兹单光子探测器

太赫兹波探测技术在天文、国防、安检以及生物等领域发挥着越来越重要的作用.随着技术的发展,太赫兹探测器的灵敏度在不断提高,目前已经发展到单光子探测水平.在太赫兹频段,由于光子能量低,传输损耗较大,太赫兹单光子探测器的研制开发面临极大的技术挑战.本文首先介绍了太赫兹单光子探测器的基本原理、主要指标和测试系统并提出了实现太赫兹单光子探测的基本要求.然后,介绍了几种常见的太赫兹单光子探测器,包括半导体量子点探测器、量子阱探测器以及超导量子电容探测器,并对这些器件的发展历史、工作原理和性能指标进行了概述.半导体量子点探测器以及量子阱探测器可以实现10-21W/Hz1/2量级的噪声等效功率,并且具有很大的电流响应以及动态范围,但是其量子效率较低.超导量子电容探测器目前已实现1.5 THz的单光子探测,其噪声等效功率优于10~(-20)W/Hz~(1/2)并且探测效率可达90%.此外,纳米测热辐射计等太赫兹探测器也展现了太赫兹单光子探测的前景,本文对其工作原理和发展现状进行了介绍.结合目前国际上的重大研究项目以及报道的应用实例分析了太赫兹单光子探测器在太赫兹成像、天文观测、量子信息等领域的应用前景,阐述了太赫兹单光子探测器在这些应用中的优势.最后,对太赫兹单光子探测器的性能指标进行了总结并对未来的发展趋势进行了展望.     

基于金刚石体系的固态量子计算

量子计算科学是近年来物理学领域最活跃的研究前沿之一,其开拓了与经典方式具有本质区别的全新的信息处理模式.量子计算研究的根本目标是建造基于量子力学基本原理的量子信息处理技术,能在许多复杂计算问题上大大超越经典计算性能的新型计算模式.量子计算需要一个良好的量子体系作为载体.基于自旋的量子体系由于其实用的可操作性,成为量子计算载体的优秀候选.自旋的所有量子性质表现在自旋的叠加态、自旋之间的纠缠和对自旋的量子测量上.基于系综的量子计算演示实验已经被多次实现,但是系综体系在可扩展性上有其原理上的缺陷.要实现可扩展的大规模室温固态量子信息处理和量子计算的突破,实现单量子态的寻址和读出是一个最重要的前提.在已经提出的单自旋固态量子计算载体中,比较突出的一类是基于金刚石中的氮-空位色心单电子自旋体系.金刚石中的氮-空位色心单电子自旋量子态可以在室温下初始化、操控与读出,成为室温量子计算机载体的优良候选者.我们首先回顾金刚石氮-空位色心单电子自旋体系作为量子计算机载体的重要进展;然后讨论了该体系在纳米尺度灵敏探测和成像方面的重要应用;最后,描述了此领域的前景.     

模式识别在失效分析中的应用现状与前景

简要介绍模式识别在失效分析中应用的基本情况，概括了几个主要的应用领域，展望了它的应用前景。从中可以看出，模式识别技术在失效分析中的应用具有重要的研究价值。     

一种新的生物组织质谱成像方法及仪器集成

介绍了一种免标记质谱分子成像新技术，即红外激光解析/真空紫外激光后电离质谱成像方法. 与传统的Matrix assisted laser desorption ionization (MALDI) 等质谱成像方法相比，本成像方法具有样品前处理简单，无需人为添加基质等优点. 同时，这种成像方法还可以在时间和空间上独立优化两束激光的波长，强度以及延迟时间来获得最佳的质谱成像探测条件. 首次应用该实验技术成功地探测抗癌药物吖啶黄素在小鼠肾脏组织切片中的空间分布，其空间分辨率低于100 m，单一成像点检测灵敏度可达0.1 pmol. 这种新型的质谱成像技术在临床医学和药物开发领域具有很好的应用前景.     

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.     

基于量子粒子群的人脸特征融合识别算法

人脸识别是机器视觉、模式识别等领域的研究热点,具有重大的科学意义和广阔的应用前景.为了提高人脸识别率,提出了基于量子粒子群(QPSO)的人脸特征融合识别算法.首先,采用快速主成分分析、奇异值分解和multi-block局部二进制模式3种特征提取方法,分别提取人脸主成分特征、奇异值特征和LBP直方图统计特征;其次,利用QPSO对提取的特征进行加权处理;最后,采用支持向量机(SVM)对人脸进行识别.在Feret和AR人脸数据集上进行实验,结果表明提出的方法具有较高的识别率和鲁棒性.     

利用超导量子电路中的宏观量子相干性测量弱磁场

超导量子电路可以被等效地看作人造原子,其内部能级结构随外磁场而变化.这里根据这些超导量子电路中的宏观量子相干性,设计了一种新型的磁强计.这种磁强计不仅体积小,而且具有低耗散和高灵敏度的优点.正因为此,它在读取诸如超导磁通量子比特等量子纳米设备方面,具有很大的应用前景.     

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.     

量子点材料的制备及应用

由于量子点的量子尺寸效应、表面效应、量子隧道效应等,具有优良的可见光区荧光发射性质,且激发谱连续分布、荧光峰位和峰强可调。近些年,随着量子点制备技术的不断提高,量子点在生物、医学研究中展现出极大的应用前景。本文着重对量子点材料的制备方法进行综合比较,并对量子点材料的应用进行分析和展望。     

贵金属纳米材料用于生物成像研究进展

 贵金属纳米材料在光稳定性、光信号强度、生物兼容性等方面具有其他材料无法比拟的优势,已成功应用于各科学研究领域,尤其是在生命科学与生物医学研究等方面具有广阔的应用前景。本文简介贵金属纳米材料在荧光成像、拉曼成像、暗场成像的成像原理及优缺点,综述贵金属纳米材料在生物成像方面的最新研究进展。随着纳米合成技术的快速发展及检测手段的提高,贵金属纳米材料将会从基础的科学研究领域更全面地走向实际应用。而单分子光谱和光学显微成像技术取得了长足的进步,很有可能带给生物成像表征手段一次全新的革命。     

量子常循环码的构造研究

量子纠错码是实现量子通信和量子计算的有效编码方案，如何构造高性能的量子纠错码是量子纠错理论最基本的研究课题之一.量子常循环码具有良好的代数结构，可以通过量子线性移位寄存器进行编译，在未来量子通信系统中有着广泛的应用前景.本综述将介绍量子常循环码的构造方法，揭示经典常循环码与量子纠错码之间的联系，阐述经典常循环码在量子MDS码和纠缠辅助量子MDS码中的应用.     

文字识别领域中模式识别技术的应用

随着科学信息技术的不断发展,计算机技术也得到了快速地发展和广泛地应用,同时也促使模式识别技术在文字识别领域得到广泛的应用。近些年来,模式识别技术的发展和应用也得到了广大专家学者和社会的关注和重视。该文主要从模式识别技术的发展历史和现状出发,对文字识别的基本原理进行阐述,对其统计决策及字句结构等基础识别方法及在文字识别领域的相关应用进行研究分析和总结,并对模式识别技术领域的前景和未来做出展望。