宣布式可控波形单光子的产生和应用

在时域上操控单光子的波形不但可以应用到基础量子物理研究,也可以应用到量子信息处理.窄线宽纠缠光子对的成功产生让时域上操控单光子的波形成为可能.本文首先介绍了利用四波混频和慢光技术在大光学厚度的冷原子系综中产生窄线宽纠缠光子对,进而获得宣布式可控波形单光子的工作.在此基础上,本文进一步介绍了宣布式可控波形单光子波形的操控.然后介绍宣布式可控波形单光子在基础量子物理和量子通信方面的应用,具体包括:(1)单光子光前驱波;(2)宣布式可控波形单光子与二能级原子相干相互作用;(3)宣布式可控波形单光子差分相位编码量子密钥分发.     

量子关联及其应用

量子关联是量子系统具有的一种重要的非经典性质,被普遍研究的量子纠缠就是量子信息处理中重要的量子关联.随着研究的深入,最近发现了很多不需要纠缠的非经典现象在量子信息中扮演了关键角色.文章介绍了基于量子失协及其相关的非经典量子关联,讨论了各种量子关联在量子信息模型中各种物理解释与应用.     

基于半导体量子点的单光子源:原理、实现和前景

确定性和高度不可分辨的单光子源是实现线性光学量子计算和固态量子网络的重要前提条件.半导体自组装量子点,具有良好的稳定性,易于集成于高品质因子的纳米微腔中,可获得超高亮度的单光子源.同时量子点可以作为光子—自旋比特的接口,可扩展的量子网络的结点.近年来共振激发技术的发展以及微腔加工技术的进步大大地提高了半导体量子点单光子源的品质,而成熟的半导体技术为这种单光子源的实用化奠定了基础.本文首先介绍单光子源的产生原理、性质以及在量子信息量子计算等领域的应用,然后介绍基于半导体量子点单光子源的技术发展和微腔量子点的进展.最后,讨论量子点单光子源未来的发展趋势.     

实用化光纤量子加密电话网络和高速数据传输系统——现场应用与安全管理

本文以如何应用量子通信技术满足现场应用和安全管理需求为出发点,以国内最近完成的一个在现场光纤网络上搭建的多节点量子加密电话网络和高速数据传输系统为实例,具体分析了为满足现场应用和安全管理的需求,实用化光纤量子通信系统所采用设计方案,并简单介绍了该系统实施和长期运行情况.该系统满足了重要事务对于不同应用形式及高安全等级通信的需求,并验证了实际应用环境下的可靠性和易用性,具有很好的代表性.本文也对量子通信系统应用于公共管理提出了建议.     

量子安全线路评估

鉴于经典安全线路评估存在的问题, 提出了一个量子解决方案. 在该方案中, 冗余纠缠态粒子插入法和量子签名协议被用来保证协议的安全性. 理论分析证明, 该协议对于经典攻击和量子攻击均具有很高的安全性.     

上转换单光子探测器最新进展

单光子探测器的研制是量子光学和量子信息领域的一个重要研究课题.本文提出了一种基于长波泵浦频率转换技术和多模光纤耦合接收方法的新型上转换单光子探测器,有效的解决了上转换单光子探测器所面临的高噪声和系统不稳定等问题,成功获得最高量子效率为27%,噪声仅2800Hz的实验结果.该方法不仅降低传统上转换探测的噪声,并且大大提高了系统的稳定性,为实用化上转换单光子探测器提供了可能.     

量子系统科学的重要分支:量子控制论

本文针对量子通信和量子计算等量子信息学的发展趋势,全面阐述量子系统科学的重要研究方向——以研究微观世界系统量子态的控制问题的新兴边缘学科--量子控制论.文中先从量子信息论引出量子控制论,进而对量子控制的定义、特点、研究现状、研究内容进行了系统的阐述,并提出了一些新的研究思路。     

基于逻辑函数的量子纠错码构造

本文给出了利用逻辑函数构造p-态量子码的一种方法.利用文中的构造方法,对于任意APC距离d′≥2的逻辑函数,均能构造参数为((n,K,d))p的量子纠错码.对任意的2≤d≤d′,得到K的一个下界.进一步地,文中给出了构造的量子纠错码的一组基态,以及利用此方法能够构造达到量子Singleton界的量子码的充分条件.给出了[[1,3]]_p,其中p是素数,[[6,0,4]],[[6,2,3]]_p,其中p>2是素数和[[2n,2n-2,2]]作为利用此方法构造的例子.     

面向近期量子处理器的量子神经网络研究进展

近年来,人工神经网络在各领域得到了广泛的应用,展现出强大的计算智能.与此同时,量子计算硬件也得到了飞速发展,近期量子处理器已具备较稳定的计算能力和抑制退相干能力,多家商用云量子计算机公司已能够为世界各地的学者们提供在线量子计算实验平台.在诸多技术领域的迅猛进展下,量子神经网络这一交叉领域也重获科学界的关注,涌现出了大量新的研究思路并取得了重要的实验进展.本文首先对早期量子神经网络的研究思路作简要阐述,然后对基于近期量子处理器的量子神经网络的数据编码、算法流程和量子电路设计等进行综述分析,最后总结量子神经网络领域的数个关键科学问题,对未来研究方向做出展望.     

量子遥感的中远红外实验研究

首先介绍了量子遥感的概念和量子遥感与遥感的区别.然后概要阐述了中远红外在遥感和量子遥感中的应用、量子遥感中远红外实验过程及其结果,并对其进行详细的分析,最后得出三条实验结论.该实验为量子遥感基础研究提供了重要依据.     

编者按

正在量子理论和技术近百年的发展进程中,在对量子规律进行被动观测的基础上,对量子规律宏观体现这种"自上而下(top-down)"的应用,已使得人类在物质科学、信息科学和生命科学等领域获得了空前的发展,从根本上改变了人类的生活方式和社会面貌,促进了物质文明的空前进步.     

量子信息领域的国家战略布局与研发态势分析

近年来,以量子计算、量子通信和量子测量为代表的量子信息领域持续活跃,已经成为基础研究探索、颠覆性技术创新以及未来产业变革的重要发展方向,因此明晰量子信息领域的发展态势,对于我国建设世界科技强国具有重要价值。本文首先介绍了量子信息领域的相关概念与研究现状,其次分析了美国、欧盟、英国、日本、中国的量子战略布局,最后结合论文与专利的多维度计量分析,展示了量子信息领域的研发态势。研究发现：当前量子信息领域正处于迅猛发展阶段,国际科技强国都高度重视在该领域的政策布局、资金投入、人才引育和国际合作等,其中美国最具优势;中国在量子通信及量子计算领域基本跻身核心位置,未来还需要加速实施量子信息领域战略部署、积极引聚育留量子信息科技人才、深度推进量子领域产学研协同创新等。     

量子技术2.0热点迁移动向分析

<正>"量子技术2.0"作为一项新技术,可用于准确控制量子状态、进行量子纠缠和量子干涉等量子力学特性的测量、通信和信息处理等,代表性研发方向有量子传感器、量子通信、量子密码、量子计算机和量子模拟器等。目前,美国、欧洲和中国政府都在扩大对量子技术2.0的研发投资,日本从2018年12月开始,将其作为"推动创新的三大领域"之一。2019年4月9日,日本科学技术振兴机构(Japan Science and Technology Agency,J     

快速构建量子稳定子码的最小网格图

量子网格图顶点集的大小影响译码算法的效率,减少网格图的顶点数可以提高译码算法的效率.本文基于标准化的稳定子群校验矩阵,给出了构造面向网格图的稳定子群生成元的方法,据此可以构造顶点集最小的量子网格图.此外,本文通过分析差错算子与稳定子群生成元各个量子位的对易关系对两算子之间对易关系的影响,给出了一种快速生成量子稳定子码网格图的方法.现有构造方法对各顶点集分别独立计算,没有利用已有的计算结果,所以运算量大,这限制了译码的规模和速度.本文方法是在已有顶点集的基础上,利用迭代法构造新顶点集,该方法计算复杂性更小、算法效率更高,从而能适应规模更大和对时间要求更高的应用.     

精密测量中的量子极限

给定一个物理装置,对于一个物理可观察量能够得到的测量精度是什么?为了回答这一问题,本文以最近量子精密测量的发展为主线,量子参数估值方法为核心,介绍单粒子(线性耦合)体系和多粒子(非线性耦合)体系物理量测量精度的量子限制.作为例子,对光学量子精密测量中如何突破标准量子极限,甚至海森堡极限做了简明阐述.特别总结了非线性精密测量在突破海森堡极限方面的最新进展.最后,探讨了量子精密测量未来发展的可能趋势.     

量子传感与测量领域国际发展态势分析

作为量子信息技术的重要发展方向之一,量子传感与测量可实现跨越式的超高精度测量,并在特定环境抵御噪声干扰,在地质勘测、空间探测、惯性制导和材料分析等重要领域具有广阔的发展和应用前景.本文梳理了近年来欧美等主要科技强国在该领域的重要战略规划与项目部署;并就量子传感与测量五大子领域的发展现状与趋势进行深入分析;最后,对我国提...     

基于经典Goppa码的非对称量子稳定子码构造

自从Calderbank等人建立了从经典纠错码构造量子纠错码的CRSS构造法以来,人们利用经典纠错码构造了大量的性能良好的量子纠错码,称为量子稳定子码．最近的物理实验表明,大多数量子力学系统中发生量子比特翻转错误的概率远小于量子相位翻转错误的概率,针对这一情况所构造的纠错码称为非对称量子纠错码．本文分别基于嵌套包含Goppa码与对偶包含Goppa码构造了一系列新的非对称量子稳定子码．在基于嵌套包含Goppa码构造非对称量子码时,首先对Goppa码的选取做一定的限制．以便解析构造量子码．对于一般情况下的构造,则是借助于数学软件Matlab计算Goppa码对偶码的最小距离进行的．在基于对偶包含Goppa码的构造中,所构造量子码的纠错能力主要体现在纠正Z类型错误上．     

基于室温单自旋磁共振技术的量子精密测量

实现深及单个量子系统的测量技术,能够揭示出在传统宏观测量中被系综统计所平均掉的独特的个体信息.金刚石中的氮–空位色心(NV色心)在室温下具有超长的相干时间,并可以通过光探测磁共振的方式进行单量子体系的操控和读出,已经成为实现量子精密测量和量子信息处理的重要平台.尤其在测磁学方面,朝向单分子成像的研究正在全力进行.本文回顾了基于NV色心的量子精密测量研究,介绍了其在测量磁场、电场、力学系统、温度等方面的相关进展,讨论了本领域今后可能的发展方向.     

量子点能带宽调控研究新进展

能带宽决定着量子点的光电性能,由于量子限域效应,量子点的能带宽可以随粒子大小的改变而改变.然而,通过改变粒子大小来调控量子点的能带宽仍然存在一系列问题,如极小尺寸量子点的不稳定性、大尺寸结构对量子点-生物分子结合体功能的影响等.因此,近年来开发新技术用于量子点的能带宽调控具有重要的实际意义.本文综述了量子点能带宽调控相关领域的最新研究进展,包括合金量子点、核壳量子点以及掺杂量子点等,并对其研究趋向及应用进行了展望.     

辫群上的共轭链接问题及基于辫群的数字签名方案的新设计

量子计算的发展给经典公钥密码系统的安全性构成了严重威胁,因此探索新的公钥密码平台、设计新的可抵抗量子攻击的密码方案成为信息安全理论的前沿课题.辫群密码系统是具有抵抗量子攻击潜力的密码系统之一.本文分析了基于辫群的密码学的研究现状,提出了辫群上的新密码学难题——共轭链接问题.基于此问题,本文构造了一种新的基于辫群的数字签名方案.该方案不仅高效,而且在随机预言模型下具有可证明安全性.本文亦将基于辫群的签名方案与基于RSA的签名方案做了对比.结果表明:基于辫群的签名方案的签名效率要远远高于基于RSA的方案,但是签名的验证过程较慢,因此适合于那些签名需要迅速完成而验证可以相对延迟的应用场景(如离线电子货币系统).此外,基于辫群的密码系统的密钥长度较大——私钥约2K比特位,公钥约12K比特位.相对于模指数等运算而言,辫群运算非常简单,因此可以考虑在那些计算能力相对较低而存储空间不太紧的设备上使用.最后,本文也从隐藏子群问题的角度对辫群密码系统抵抗现有量子攻击的能力进行了讨论.