FAST——脉冲星观测研究的利器

 2016年9月25日落成的中国自行设计建造的500 m口径球面射电望远镜（FAST）是目前全世界最大口径的射电望远镜。在调试期间已成功发现了脉冲星,实现了国内设备发现脉冲星的零突破。脉冲星是宇宙中的一类奇妙天体,是验证强引力场、强磁场和高密度等极端物理环境下物理规律的"天然实验室"。作为脉冲星研究的利器,预计FAST大规模巡天能够大幅提高已知的脉冲星数目。FAST还将在低频引力波探测、脉冲星物理、星际和星系际介质探测、脉冲星时间尺度建立及脉冲星导航等领域取得突破性进展。在上述研究中,国内天文设备取长补短、相互补充,有望实现中国脉冲星观测研究跨越式发展。     

脉冲星发现55年：中国天眼展望

 脉冲星的发现是人类认识宇宙的重要里程碑之一。介绍了脉冲星自发现至今55年来的研究进展，包括引力波与广义相对论的验证、毫秒脉冲星、脉冲星周期跃变、脉冲星射电辐射效率、快速射电暴与河外脉冲星等方面。展望了中国天眼（FAST）未来发现新的特殊类型脉冲星的潜力，如黑洞脉冲星系统/亚毫秒脉冲星/新型双脉冲星系统，依此实施更高精度验证引力波实验；利用FAST的高灵敏度、高精度研究脉冲星辐射的精细结构，深入了解其物理机制。     

媒体纵览

正"天眼"FAST接收到脉冲信号近日,FAST科研人员通过一次试验性观测,成功接收到来自1351光年外一颗脉冲星发出的脉冲信号。由于脉冲星在自转时速度会逐渐变慢,其转动快慢之间的能量差就会转化为辐射,从而被FAST望远镜所接收。目前接收到的这颗脉冲星并没有明显的特征,因此为了方便进行科学研究,它被命名为"J1921正2153",这也是这颗星所处的位置坐标     

天眼刷“锅”记

正现有一口锅,锅面由11万余块薄到毫米级别的蜂窝状金属薄板组成。用这口锅盛满蛋炒饭,可够全世界人民吃一天。没错,这口又大又薄的锅就是FAST (500毫米口径射电望远镜)。自建成至今,FAST已工作三年多,发现90多颗脉冲星。现在有个棘手的问题摆在FAST面前:这么大口"锅",究竟要怎么刷?     

脉冲星发现50年

 脉冲星自1967年发现以来,50年的观测和理论研究取得巨大进展,期间曾2次获颁诺贝尔物理学奖。脉冲星以其高度致密和强引力场堪称宇宙天然实验室,可用来验证爱因斯坦广义相对论及进行引力波探测,推动了天文学与物理学研究的发展。本文简介了脉冲星的发现及其性质,并综述了脉冲星导航以及最近建成的500 m口径球面射电望远镜（FAST）的脉冲星探测研究进展。     

从宋代“客星”到中国“天眼”中的脉冲星——“李约瑟难题”试答

 研究和分析了中国古代天文学的辉煌成就与当今中国“天眼”--500 m口径球面射电望远镜（FAST）科学目标--脉冲星的关系。针对宋朝天文学家记录的客星与FAST正在进行的脉冲星观测，详述了宋代客星记录在世界科技史上的贡献；介绍了脉冲星发现历史与基本天体物理特征，以及脉冲星作为FAST科学目标的意义。以客星到脉冲星的千年追寻为线索，探索和尝试回答“李约瑟难题”，认为现代科学是人类文明共同体的长期探索结晶，中国在科学早期的发育过程中播撒了创新火种，而西方在文艺复兴运动中不断完善了科学体系，其中东西方科技的交流与传播得益于蒙古帝国在丝绸之路的远征与开拓。     

脉冲星单脉冲与闪烁分析软件设计

射电脉冲星天文学中,单脉冲与闪烁研究探求脉冲星辐射机制与星际电离介质属性。这两个领域的研究为五百米口径球面射电望远镜(FAST)的规划内重要科研项目。作为FAST脉冲星数据处理软件平台建设的一部分,本工作运用国际通用PSRFITS折叠模式数据操作软件PSRCHIVE的共享库,设计完成程序,PEM(Pulse Energy Measurer),PDA(Pulse Drifting Analyzer)和PSA(Pulsar Scintillation Analyzer)。这些程序可分别用于单脉冲能量分布,子脉冲漂移和衍射式强闪烁领域的数据分析,将用于FAST开展相关领域的研究。     

原子系综在二次方相互作用演化下多体纠缠特性

利用平均量子Fisher信息度量了在二次方相互作用下体系的相互纠缠的特性,同时也考虑了加上线性相互作用项后体系多体纠缠演化的特点,结果表明在线性和非线性共同作用下自旋体系的多体纠缠保持的时间更久。考虑了体系在噪声影响下的纠缠产生过程,发现即便是有噪声的情况下,原子体系也还具有很高的纠缠度。这对于量子多体纠缠在量子精密测量和量子通信中的应用都有着极其重要的作用。     

阻挫自旋梯子的纠缠与量子相变

对于具有阻挫作用的反铁磁自旋梯子,采用多体格林函数方法并结合Jordan-Wigner变换,计算系统中近邻双格点的纠缠,分析纠缠的奇异性与量子相变之间关系.发现随着外磁场的变化,纠缠出现奇异即发生量子相变,但在量子相变点纠缠不一定出现奇异,这说明纠缠奇异与量子相变并非一一对应,此外纠缠平台与磁化平台一一对应.     

锂原子系统的量子相变与量子纠缠

运用矩阵对角化的方法研究了锂6原子系统中的量子相变和量子纠缠．通过计算该量子系统的冯诺依曼熵发现纠缠度与量子相变存在关联．计算结果表明,量子纠缠只存在于量子相变之前,当磁场超过相变临界点,纠缠现象随即消失．     

建设FAST数据国际开放云平台

正FAST在观测中取得重要进展,发布了最新发现的201颗新脉冲星。天眼不仅是贵州的天眼,也是中国的天眼,更是世界的天眼。2021年2月5日,习近平总书记在贵州接见FAST相关人员时曾说过:"中国天眼,这是国之重器,党中央一直都是关心的,支持推动的,我在前一段时间就此也做了批示,我一直关注天眼建设运行和你们持续做的这些科研工作。FAST要向国际开放,进行国际合作。"     

非均匀磁场作用下四量子比特海森堡自旋链中的热纠缠

研究在外加非均匀磁场作用下的四量子比特海森堡XX模型中的纠缠特性,并得到具有周期性边界条件系统中纠缠度量的解析表达.发现能得到较高的成对纠缠,这意味着系统中的磁不均匀性可以提高某些量子比特对的热纠缠度.     

量子关联研究综述

由EPR佯谬,薛定谔“猫态”等超越直观的纯量子现象产生的量子纠缠理论从其概念提出以来一直被人们认为既是量子理论最为重要的概念之一,也是在量子通讯中实现“稠密编码”和“隐形传态”的关键。然而,最近研究结果显示,量子纠缠并不能够完全解释量子关联所有特性。人们发现,除了纠缠以外,还存在对量子信息和量子计算具有极其重要意义的其它非经典关联,如量子失协是一个纯量子比特确定性量子计算机具有计算效率的原因。这说明,量子失协完全可以成为量子计算新的一种资源。文章介绍了非经典关联（包括量子纠缠）的基本概念及其度量方法,对量子失协在各类模型中表现出的量子关联特性进行分析和与量子纠缠,经典关联比较,从而体现出在各类量子体系中对量子失协进行研究的意义,同时引导理论和实验研究者去研究量子失协的潜在研究价值。     

相互作用的量子比特在不同环境下的共生纠缠度和量子失协分析

研究了初始纠缠的量子比特在不同的环境下共生纠缠度和量子失协的动力学演化.在所研究的几种模型中,发现共生纠缠度强烈地依赖于初始环境,并在演化过程中发生纠缠死亡现象.共生纠缠度和量子失协在演化过程中均出现坍塌和复苏效应,但当量子比特间的相互作用为零时,坍塌和复苏效应消失.可无论在何种情况下,量子失协均不会减小到零,即仍能反映量子比特和系统间的量子关联,显示量子失协比量子纠缠具有更强的抗退相干能力.因此量子失协可作为获得有效量子信息的一种更有效的量子资源.     

一维XXZ环形自旋链中的量子关联

研究了系统尺度L=8的一维XXZ环形自旋链中的两体和多体量子纠缠以及两体量子失协，在这个过程中，充分考虑了温度和粒子间隔对纠缠和量子失谐的影响．结果发现，同种情况下，三体和四体纠缠比两体的更加“强壮”，且在低温条件下，利用多体纠缠可以探测到系统发生量子相变的临界点．与纠缠相比，量子失谐可以在较高温度下存在，且在相变点处总是表现出尖峰行为，这使得量子失谐在探测相变点方面更具优越性．     

PRESTO搜寻脉冲星中候选体识别效率的提高

随着大型射电望远镜及配套超宽带接收机设备的建设和使用,脉冲星巡天数据进入PB时代,由此产生的脉冲星候选体数量将是千万量级。这其中,零色散量信号(干扰信号)占比高达70%,候选体识别和筛选已成为制约脉冲星科学研究的主要因素之一。基于脉冲星搜寻开源软件套件PRESTO,针对FAST特定参数空间,优化了PRESTO脉冲星候选体图像输出,新增零色散比对子图像和判读曲线,并将参数值记录至数据库中。实验表明本方法强化了脉冲星候选体的特征。     

量子网络,美丽新世界

互联网的出现,仿佛让人们进入了一个美丽的新世界。也许不等我们对这个新世界做进一步的了解,另一个神奇的世界又将展现在我们面前,它就是量子网络。量子理论研究者很早就发现了开启量子通讯的钥匙——量子纠缠。量子纠缠描述了这样一个现象:两个微观粒子位于宇宙空间中的两边,不论相隔多远,只要这两     

脉冲星衍射式闪烁观测研究进展

介绍脉冲星星际闪烁效应产生的机制,简要描述衍射式闪烁的观测研究方法,并总结了近些年衍射式闪烁观测研究的进展,主要包含使用闪烁效应限制星际介质电子密度涨落谱、估算脉冲星切向速度、分辨脉冲星射电辐射区尺度、获取脉冲星双星轨道参数、搜索脉冲星的非脉冲射电辐射等,以及总结了国内一些射电望远镜对脉冲星闪烁观测研究工作及FAST观测预期.     

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。     

新方法促光子进行多维度量子纠缠

美国加州大学洛杉矶分校的电气工程师发现了使光子发生多维度纠缠的新方法,这一方法可以使光子的数据传送量实现数倍提升。相关研究发表在最新一期《自然·光子学》期刊上。爱因斯坦曾把量子纠缠描述为“幽灵般的超距作用”,因为这一现象看起来十分不可思议:在纠缠态中,即使两者距离很远,一个粒子发生了什