核磁共振中分子间多量子相干及其应用

源自核自旋远程偶极相互作用的分子间多量子相干(iMQC)以其独特的性质在核磁共振领域引起了广泛的关注.与常规的单量子相干信号相比,iMQC信号具有下列特性:iMQC信号与实验可控的偶极相关距离为半径的空间区域内的自旋粒子数相关;iMQC信号与局域磁场分布或局域磁化率效应相关;iMQC信号具有独特的弛豫和扩散特性.这些性质使iMQC在核磁共振波谱和成像领域得到了广泛的应用.本文简要介绍了iMQC现象的研究历史以及相应的理论解释,对我们小组这10几年来在iMQC领域的研究进行了系统的阐述,包括对iMQC性质的研究及其在不均匀不稳定场中高分辨核磁共振谱和成像方面的应用研究.     

拓扑量子材料的合成、性质及应用（英文）

拓扑量子材料因其潜在的奇妙物性和在电子器件上的应用，已成为凝聚态物理领域研究的前沿和焦点。目前在拓扑量子材料中，拓扑超导材料和拓扑磁性材料是两类极具吸引力的体系。尽管对这些材料的研究已取得很大进展，然而对其合成、性质及应用，尤其是在合成方面，仍缺乏系统性的综述。因此，本文重点介绍了两类典型拓扑量子材料的实验制备，并简要介绍了他们潜在的物理性质及应用。最后，我们对拓扑量子材料体系的研究现状和未来发展提出了自己的思考。     

核磁共振量子计算中有效纯态的制备方法

核磁共振可以作为实现量子计算的实验手段之一. 而进行核磁共振量子计算研究的初始态是"有效纯态". 有效纯态的制备方法已引起人们广泛的研究. 概述了目前主要的几种制备有效纯态的方法,并将它们作了比较,在具体实验中应根据不同的实验情况选择合适的制备有效纯态的方法.     

环形陈绝缘体的边界态与量子输运

为了探索具有特殊几何结构的拓扑量子体系,基于Haldane模型设计了一种具有环形几何结构的陈绝缘体系统,并利用量子输运模拟探究了尺寸效应、杂质效应对该系统边界态的影响.结果显示:很小的环的宽度或导线宽度均会对量子化电导平台造成破坏,平台中被破坏的部分是来自环形几何结构的内圈边界态的贡献,而平台完好的部分展现的都是外圈边...     

玻色-爱因斯坦凝聚体量子模拟实验技术进展

玻色爱因斯坦凝聚体（BEC）的最初理论在1925年由爱因斯坦和玻色提出,直到1994年才通过激光冷却原子气体的方法在实验室实现,并于2001年获得诺贝尔物理学奖。BEC具有宏观量子特性并且具有较长的相干时间,因此是开展量子模拟研究的重要平台。随着光阱、光晶格、微结构光阱和量子气体显微镜等技术的发展,基于BEC的量子模拟器不仅能够用于研究凝聚态物理中已有的基本模型,而且能够探索自然界中不存在的新奇量子物理现象和量子物态。甚至在非平衡和动力学演化研究方面,BEC量子模拟器可以用来研究当前物理实验中无法观测的快速量子物理现象。     

量子纠缠控制的核磁共振实验演示

量子纠缠在量子信息领域中有着极重要的应用,是当前人们研究的热门课题之一[1-2].量子纠缠控制是一种量子相干控制,即系统的量子力学进程在我们的控制之下,并使之产生期望的结果[3-4].我们在一个3量子位的核磁共振量子计算机实现了2个方面量子纠缠控制:纠缠互换与存储.我们使用赝纯态作为系统的初始状态.通过赝纯态,系统的微观性质可用宏观信号表述出来.     

基于可控量子隐形传态的代理签名方案

提出了一种量子代理签名方案.基于可控量子隐形传态,采用3粒子纠缠态作为量子信道,不同于经典的基于计算复杂性的代理签名方案,本方案利用量子隐形传态的物理特性来实现签名及验证,具有无条件安全性.     

一维非幺正PT对称量子行走的拓扑特性

分离时间量子行走包含硬币旋转算符和条件平移算符两种相继作用.文章在这两种算符中分别引入一个可控的参数,同时加入增益损耗算符,构造满足PT对称的一维非幺正量子行走模型.通过计算Zak相位和平均位移来表征系统的拓扑特性,给出系统在参数空间的拓扑相图,并说明用实验可测量平均位移能够判断量子行走的拓扑特性.     

一个量子代理多重签名方案

提出了一个基于可控隐形传态的量子代理多重签名方案。选择四粒子团簇态作为量子信道,利用可控量子隐形传态的物理特性来实现代理、签名及验证,方案还采用了量子密钥分配和一次一密算法。不同于基于计算复杂性的经典代理多重签名方案,本方案的安全性不受攻击者计算资源的影响,即具有无条件安全性。     

量子系统控制方兴未艾

 量子控制是量子力学理论与控制论交叉形成的新兴学科,研究的内容主要是从系统论和控制论的观点,探索量子体系动力学的演化规律、分析量子系统内部特性及研究量子系统状态和轨迹调控与实现的系统控制理论与方法。从本质上看,量子比特初态的制备、量子逻辑门的构造、量子消相干过程的抑制、纠缠态的制备和保持等都可以归结为控制问题。量子系统自身所具有的相干性及其消相干、测量的塌缩性、量子纠缠性及量子的不可克隆原理,都给量子系统控制理论的研究带来了与宏观控制理论完全不同的巨大的挑战。建立量子系统控制理论的过程本身就是一个系统工程,需要经过系统建模、系统综合与分析,其中包括可控性、可达性、稳定性等分析、收敛的控制器设计、系统仿真实验、参数优化等。由于量子系统除具有宏观系统的本征态外,还有大量宏观系统不存在的状态,如叠加态、混合态、纠缠态等等,另外对量子状态只能进行不确定的概率控制,所以需要分别对每一种类型的状态专门去设计出收敛的控制器。     

分子内和分子间双量子相干信号随预备期的变化规律

设计简化的三脉冲序列,研究高极化液体核磁共振中同核自旋体系中的分子内与分子间双量子相干信号随预备期的变化规律,有助于更深入地理解分子内与分子间双量子相干的性质与机理,为分离检测二者提供理论和实验依据.首先对普适的同核二自旋IpSq (p,q = 1,2,3,…)体系进行理论推导,得到分子内与分子间多量子相干信号与预备期的关系表达式,并利用6种不同的自旋体系进行实验验证,实验结果与理论推导结果相当吻合.这种方法还可以扩展到异核自旋体系中,对分子结构的研究具有重要的意义.     

量子纠缠科研平台反哺实验教学的探索

量子纠缠是量子信息处理中一种重要的物理资源，其广泛应用于量子通信、量子计算、量子精密测量等领域。本文介绍了一种基于线性光学系统的量子纠缠科研平台，该平台可以实现双光子偏振纠缠态的制备、操控和测量。作者在开展科研活动的同时，秉持科研反哺实验教学的理念，对科研实验做了教学化设计和改造，开发了两项适用于本科教学的实验项目：量子纠缠态制备和纠缠特性测量。这是提升课程高阶性、培养学生创新实践能力的有效探索和尝试。     

不对称外磁场下两量子比特系统的几何相

研究了不对称旋转外磁场下具有XXZ型海森堡相互作用的两量子比特系统的几何相。考虑体系的绝热条件,利用数值模拟的方法得到量子比特系统的4个本征态的Berry相,研究了外加旋转磁场的极角以及量子比特之间相互作用的各向异性参数对4个本征态的Berry相的影响。研究结果表明:当极角保持不变,各向异性参数由0增加至无穷大的过程中,系统的哈密顿量由一种极限下的含外场的XX模型经过中间的海森堡模型,逐渐演化为另外一种极限下的Ising模型。4个本征态的Berry相都有各自独特的变化规律,且极角越小几何相趋于稳定越快。通过对系统Berry相的研究,可以得到系统在不同参数区间对应的模型的转化,并对本征态的几何性质有更进一步的认识。     

反铁磁链中的自旋奇偶效应

在大自旋和强各向异性极限下,研究了拓扑相因子对双轴各向异性量子反铁磁链中宏观量子相干的影响.结果表明:有限温度下,在有限长度的量子反铁磁自旋链中,由于拓扑相因子的存在,简并Neel真空态之间隧穿幅的性质将取决于自旋是整数还是半整数.     

量子可控离物传态研究进展

简单的介绍了量子离物传态和量子可控离物传态研究进展,以一个基于纯纠缠态的任意d维量子可控离物传态模型为实例,介绍了一个量子可控离物传态模型.     

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.     

量子系统中纯态和混合态量子芝诺效应研究

当不稳定量子系统被频繁地测量时,此系统的状态保持不变,量子芝诺效应就会发生.现实存在的量子系统由于与环境相耦合而不可避免地处于混合态.然而,人们对量子芝诺效应的研究基本上只针对纯态量子系统.故研究量子系统中混合态量子芝诺效应将更加具有实际意义.可以证明,量子系统中纯态和混合态均存在量子芝诺效应.     

二维晶体中的高温超导与量子格里菲斯奇异性

超导体因其零电阻与完全抗磁性等性质,已成为凝聚态物理与材料科学领域最重要的研究方向之一.近年来,随着单晶薄膜制备工艺的提高,二维晶体超导体逐渐发展为新的前沿热点,其中出现的一些新奇物理现象,如高温超导和量子相变等,得到了学术界的广泛关注.简要介绍了二维晶体超导体的研究背景和基本特性,并分两个部分重点介绍了二维晶体中高温超导和量子相变两类重要现象.第一部分总结性回顾了二维高温超导体单原胞层铁硒/钛酸锶(FeSe/STO)的发现和验证,实验中发现的基本性质并探讨了其可能的超导机理.第二部分着重介绍量子相变和量子格里菲斯奇异性,包括其理论模型、在二维晶体超导中的实验发现和相应的分析.最后总结全文,并对相关领域的发展进行了展望.     

中国科大首次实验实现量子纠缠态自检验

正中国科学院院士、中国科学技术大学教授郭光灿团队在量子信息领域研究中取得新进展,该团队李传锋、陈耕等人在测量设备不可信条件下实验获知了未知量子纠缠态保真度信息,首次在国际上实现了量子纠缠态的自检验。该研究成果于12月13日发表在国际期刊《物理评论快报》上。量子纠缠是量子信息领域的重要资源。学术界通常采用量子态层析的办法来测定量子纠缠态,这种方法类似于医院中的CT扫描。通过量子态层析可以重构出纠缠态的形式,进而获得纠缠态的保真度等重要信息。然而量子态     

量子计算与量子电路仿真技术

采用量子计算研究中最具代表性的电路模型模拟量子计算过程,实现Deutsch算法和量子Fourier变换的演算,构建了量子信息与计算的仿真平台雏形.实验平台采用量子寄存器结构作为存储媒介,在空间上优于矩阵形式,运算过程采用位操作避免了大量乘法运算的时间,实验结果可直接被其他重要量子算法所引用.采用新型结构减少了时间和空间耗费,运算过程更加简单直观,为平台的进一步完善提供了基础.