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230 篇 学位论文
222 篇 期刊文献
60 篇 会议
18 篇 成果

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530 篇 电子文献
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日期分布

学科分类号

415 篇 工学
- 110 篇 光学工程
- 108 篇 电子科学与技术（可...
- 89 篇 计算机科学与技术...
- 71 篇 网络空间安全
- 51 篇 仪器科学与技术
- 42 篇 材料科学与工程（可...
- 33 篇 信息与通信工程
- 32 篇 软件工程
- 28 篇 控制科学与工程
- 17 篇 机械工程
- 14 篇 化学工程与技术
- 12 篇 地质资源与地质工...
- 5 篇 航空宇航科学与技...
- 4 篇 动力工程及工程热...
- 4 篇 电气工程
- 3 篇 建筑学
- 3 篇 土木工程
- 3 篇 兵器科学与技术
- 3 篇 生物医学工程（可授...
- 3 篇 公安技术
303 篇 理学
- 270 篇 物理学
- 20 篇 数学
- 11 篇 化学
- 6 篇 系统科学
- 3 篇 天文学
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56 篇 军事学
- 56 篇 军队指挥学
34 篇 管理学
- 33 篇 管理科学与工程(可...
3 篇 经济学
- 2 篇 应用经济学
3 篇 医学
2 篇 教育学
2 篇 艺术学
1 篇 文学
1 篇 历史学

主题

25 篇 量子密钥分发
24 篇 量子计算
22 篇 量子纠缠
18 篇 量子信息
17 篇 量子通信
17 篇 量子密码
14 篇 量子模拟
13 篇 量子网络
11 篇 量子信息处理
10 篇 轨道角动量
9 篇 纠缠态
8 篇 单光子源
8 篇 量子密钥分配
8 篇 自发参量下转换
8 篇 量子点
7 篇 开放量子系统
7 篇 核磁共振
7 篇 量子隐形传态
7 篇 量子存储
6 篇 多光子纠缠

机构

197 篇 中国科学技术大学
65 篇 中国科学院大学
14 篇 北京邮电大学
13 篇 清华大学
11 篇 中国科学院上海微...
9 篇 中国科学院上海微...
9 篇 西安电子科技大学
8 篇 东南大学
8 篇 曲阜师范大学
7 篇 青海民族大学
7 篇 山西大学
6 篇 北京交通大学
6 篇 南京大学
6 篇 上海交通大学
6 篇 中国海洋大学
6 篇 中国科学院信息工...
6 篇 中国科技大学
5 篇 福建师范大学
5 篇 北京电子科技学院
5 篇 华东师范大学

作者

13 篇 龚谦
12 篇 王海龙
10 篇 郭光灿
10 篇 gong qian
7 篇 贾国庆
6 篇 尤立星
5 篇 温巧燕
5 篇 jia guoqing
5 篇 wang hai-long
5 篇 wang hailong
4 篇 薛国强
4 篇 周建钦
4 篇 林秀
4 篇 you li-xing
4 篇 胡学龙
4 篇 杨宇光
3 篇 俞重远
3 篇 卢晓春
3 篇 张亮
3 篇 封松林

语言

530 篇 中文

检索条件"机构=中国科学技术大学物理系和量子通信与量子计算开放实验室!合肥"

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开放量子系统非马尔科夫动力学与延迟选择实验

开放量子系统非马尔科夫动力学与延迟选择实验

引用

作者：孙君中国科学技术大学

学位级别：博士

量子力学从原子尺度上描绘了我们存在的自然界。它的理论包含了很多与人们日常经验相违背的概念与语言,比如量子纠缠,量子导引,互补性原理。薛定谔方程描绘的是孤立量子系统的演化。然而现实中大多数的量子系统都不是完全孤立的,它们都... 详细信息

量子力学从原子尺度上描绘了我们存在的自然界。它的理论包含了很多与人们日常经验相违背的概念与语言,比如量子纠缠,量子导引,互补性原理。薛定谔方程描绘的是孤立量子系统的演化。然而现实中大多数的量子系统都不是完全孤立的,它们都会与外界环境相互作用,这些非孤立的系统被称作开放系统。开放系统与环境的相互作用会引入退相干和耗散效应,这对于系统的量子特性(比如纠缠)是不利的。在量子信息和量子计算理论中,量子相干性和量子纠缠都是信息处理的基本资源。然而,量子系统与环境的相互作用最终会导致存储在量子态中的信息的完全流失。这种现象被称为退相干,它是成功地实现量子信息处理过程中的一个难对付的绊脚石。如何防止退相干过程带来的负面效应成为了当今量子力学中的最重要的问题之一。它不仅仅影响到量子信息和量子计算领域,很多其他的物理领域也难逃魔掌。解决这一问题的关键是在能够完成量子态存储和量子态操控所必须的时间内保护系统的相干性不被它周围的环境所影响。这也正是开放量子系统非马尔科夫动力学所要研究的问题。光的波粒二象性问题要追溯到爱因斯坦用光的量子特征解释光电效应以及德布罗意波的物质波理论。不确定原理是量子力学理论的核心。惠勒延迟选择实验的提出回答了爱因斯坦与波尔关于实在论与互补性的争论,自此它推动了量力学理论与相关实验技术的进展。本文阐述了开放量子系统非马尔科夫动力学以及延迟选择理想实验的理论背景与实验进展,并简要地概括了作者在这两个领域所做的以下两篇工作：1.离散Q比特非马尔科夫动力学实验。虽然系统与环境相互作用会导致退相干,但是往往利用量子调控可以让流失到环境中的信息回流到系统中。本文提出了一个离散Q比特开放系统的模型,通过局域操控可以改变系统与环境之间的相互作用。我们在线性光学体系内实验验证了这一模型并证明了如何通过仅仅局域地调控开放系统实现一个马尔科夫过程向非马尔科夫过程转变。2.波动性与粒子性经典叠加的延迟选择实验方案。类似于Ionicioiu提出的量子延迟选择方案,本文提出了一个在一次干涉实验中,波动性与粒子性处于经典叠加态的延迟选择方案。通过调节相应的参数可以观察到波动行为向粒子行为转变的实验现象。这一方案同时说明了一个问题,随着探测仪器的分辨率越来越高，一次测量过程中人们可以选择在粒子时间分布的波包内某一时刻进行探测,选择不同的时刻会影响最终测量的结果。

关键词：开放量子系统非马尔科夫动力学退相干量子信息处理波粒二象性延迟选择实验

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远程光纤量子密钥分配的理论与实验研究

远程光纤量子密钥分配的理论与实验研究

引用

作者：桂有珍中国科学技术大学

学位级别：博士

保密通信不仅在军事、国防等领域发挥独特作用,而且在经济和私人通信等方面也日益重要.密码术作为保密通信手段中的一项重要技术措施,它的安全性主要取决于密钥的安全性.因此,如何安全可靠、迅速高效地在通信双方之问分配密钥就成为保... 详细信息

保密通信不仅在军事、国防等领域发挥独特作用,而且在经济和私人通信等方面也日益重要.密码术作为保密通信手段中的一项重要技术措施,它的安全性主要取决于密钥的安全性.因此,如何安全可靠、迅速高效地在通信双方之问分配密钥就成为保密通信的一个重大课题.现代密码学有公钥密码和私钥密码两大体系,它目前面临一种两难困境:一方面公钥密码体系的安全性没有得到严格证明.它的安全性是基于计算复杂度.然而随着计算速度的提高、计算方法的进步以及量子计算机研究的飞速发展,公钥密码体制的安全性受到根本性的挑战;另一方面私钥体制的密钥分配问题无法解决,原因在于经典的信息载体可以被任意的复制而不会被发现.量子密码学作为量子力学与密码学相结合的产物,巧妙的克服了上述的两难困境:第一,它的安全性是建立在量子力学的基本原理基础上:不可克隆定理和海森堡不确定性原理.也就是说,只要量子物理的基本原理正确,量子密码体系的安全性就能得到保障;第二,密钥分配过程可以在公开信道中进行而不担心被窃听.因为量子力学的基本原理保证了窃听的可检测性.自从Bennett等人提出第一个量子密钥分配协议之后,量子密钥分配这一新兴的交叉学科如雨后春笋般的发展起来,目前仍在蓬勃发展中.这是作者将其作为博士学位研究的重要原因.至今,量子密码学刚好走过了20年的发展历程,经过大批量子物理学家的努力,量子密码已经接近成为商用技术并在信息安全领域得到应用.

关键词：量子密钥分配自由空间网络远程光纤

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碳化硅色心的制备与量子调控

碳化硅色心的制备与量子调控

引用

作者：李强中国科学技术大学

学位级别：博士

碳化硅是一种广泛应用于微电子、航天航空、大功率器件等行业的宽禁带半导体材料。碳化硅具有成熟的单晶生长、微纳加工和掺杂等技术。近几年,碳化硅色心因具有近红外荧光辐射、长自旋相干时间以及易于集成等优点吸引了越来越多的关注,... 详细信息

碳化硅是一种广泛应用于微电子、航天航空、大功率器件等行业的宽禁带半导体材料。碳化硅具有成熟的单晶生长、微纳加工和掺杂等技术。近几年,碳化硅色心因具有近红外荧光辐射、长自旋相干时间以及易于集成等优点吸引了越来越多的关注,并得到快速发展。与金刚NV色心一样,碳化硅色心可以在量子计算、量子通信、量子精密测量等方面有重要的应用价值,并且基于碳化硅色心的量子器件在基于光纤传输的量子网络、活体生物结构探测、大规模集成、与现有半导体工艺兼容性等方面更具有优势。本人研究生期间主要进行碳化硅色心的制备、相干操控以及应用的实验研究。本文所取得的主要研究成果如下:1.室温高亮单光子源的制备,及其在量子信息方面的应用。我们实验上实现了基于4H-碳化硅中碳硅反空位(CSiVC)色心的可见光波长的室温单光子源、基于3C-碳化硅的近C-波段通信波长的高温稳定的单光子源和基于氮化镓的覆盖可见光和近红外波长的室温单光子源。并将上述室温单光子源应用于基础物理研究,我们实验上利用单光子源和线性光学器件构造开放系统,并实现了其哈密顿量满足反PT-对称的非幺正的洛伦兹变换,实现了超流系统中玻色子-波戈留波夫准粒子的动力学演化的实验模拟。2.碳化硅中单个硅空位色心的可控制备及其缺陷系综的相干操控。我们实验上通过电子束曝光、离子注入以及真空退火等技术,实现了单个硅空位色心的可控制备,硅空位色心的产率高达80%,是目前固态系统中己报道的最高记录。并研究了单色心在室温环境下的光学性质;进一步制备高浓度硅空位色心系综的碳化硅样品,并实现高灵敏度的磁场量子精密测量。3.碳化硅中硅空位色心纳米级精度的深度控制。我们实验上通过反应离子刻蚀实现了对碳化硅表面纳米级精度的选择性刻蚀,并证明该过程对近表面硅空位色心的影响很小;利用反应离子刻蚀和共聚焦显微成像实现了对不同能量和种类的离子注入所产生的硅空位色心深度分布的重构;研究了深度对浅层硅空位色心的自旋和光学性质的影响,为其在体外自旋探测和磁共振成像方面的实际应用打下基础。4.碳化硅中单个双空位色心的可控制备以及室温下的自旋相干操控。我们实验上可控制备了基于4H-碳化硅的单个双空位色心阵列,并首次实现了单个双空位色心的电子自旋在室温环境下的相干操控,其ODMR对比度以及单色心荧光强度均为目前室温下碳化硅中单个自旋缺陷的最高纪录,可以与金刚石NV色心相媲美,这也是继金刚石NV色心之后发现的第二个在室温下同时具有高自旋读出对比度和高单光子亮度的固态色心;还实现了单色心电子自旋与近邻29Si核自旋的耦合,这将有助于制备光-电子自旋-核自旋的复合纠缠态,促进碳化硅色心体系在量子信息的应用方面的发展。

关键词：碳化硅色心自旋量子比特自旋相干操控量子传感量子模拟

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基于原子系综的高维量子态制备和长时间存储

基于原子系综的高维量子态制备和长时间存储

引用

作者：曾雷中国科学技术大学

学位级别：博士

量子信息自诞生以来发展迅速,对于量子信息里各个领域的实用化,人们充满期待。为了实现基于量子中继器协议的远距离量子通信,世界各国的研究者们在理论分析和实验验证上做了大量工作,并取得了一系列突破性成果。量子纠缠不仅是量子力学... 详细信息

量子信息自诞生以来发展迅速,对于量子信息里各个领域的实用化,人们充满期待。为了实现基于量子中继器协议的远距离量子通信,世界各国的研究者们在理论分析和实验验证上做了大量工作,并取得了一系列突破性成果。量子纠缠不仅是量子力学里的重要概念,同时也是量子信息里的重要实验资源,对纠缠态的研究不仅加深了对量子力学的理解,同时还促进了量子信息实验技术的发展。量子存储器是量子中继方案的核心组成部分,实现性能优良的量子存储器至关重要。光作为稳健可靠的信息载体,其众多自由度给信息的编码提供了便利。量子存储器的实现需要有物理介质,由于原子系综具有光谱一致性以及集体增强效应,容易与光之间产生相互作用,能够满足各种实验需求,因此原子系综已成为重要的实验介质。高维量子态在量子力学的基础研究和实验技术推进中发挥了重要作用,更高的维度对应着更高的通信容量和更强的抗噪声能力,因此它吸引了研究人员的关注。已经有许多研究团队基于铷原子系综,在高维态制备上做了大量的工作。在光的自由度中,轨道角动量(OAM)理论上可以编码至无限维,且在实验上可以很容易产生,因此基于OAM自由度制备高维纠缠态是其中的热门方向。不过这些工作涉及到的OAM纠缠态都是基于拉盖尔高斯模式的非最大纠缠态,难以直接应用于确定性量子计算等应用,需要对产生的非最大纠缠态进行后续操作将其变为最大纠缠态。如果能选用合适的模式,产生强度分布拓扑荷数无关的纠缠态,则无需后续操作就可以得到最大纠缠态。实现长时间存储,是研究人员一直以来试图攻克的目标。在研究过程中,发展出的譬如磁不敏感态制备,光偶极阱和动力学退耦等实验技术,显著延长了高斯模式光的存储时间。和高斯光相比,高维态具有更复杂的空间结构,其在存储过程中也更易受到退相干的影响,实现基于铷原子系综的高维量子态长时间存储,仍是一个需要攻克的难题。本论文基于铷原子系综,对高维量子态的制备以及高维OAM叠加态的长时间存储进行了实验探索研究。实现无需后选择操作的高维纠缠态和高维量子态的长时间存储,对于未来长距离量子通信实用化具有重要意义。本论文的主要研究内容如下:1.使用空间光调制器及透镜等光学元件,在实验上依次制备了携带有不同OAM拓扑荷数的完美庞加莱态,在冷铷原子系综里,基于电磁诱导透明方案,实现了 121个携带不同OAM拓扑荷数的完美庞加莱态的存储。2.基于自发四波混频,使用铷原子系综产生纠缠光子对,然后将纠缠源编码到完美涡旋光场(POV)模式,由此产生的纠缠态的OAM谱在拓扑荷数-5到5的范围内是拓扑荷数无关的,然后使用纠缠见证方法对其纠缠维数进行了验证。3.分析了造成高维OAM叠加态存储时间短的主要因素,针对影响高维OAM叠加态存储时间的系综自由膨胀、环境非均匀磁场等退相干因素,采用了相应的实验技术来抑制存储过程中的退相干,将三维OAM叠加态的存储时间延长到了 400 μs。本论文的特色和主要创新点如下:1.在拓扑荷数-5到5的范围内,依次制备的完美庞加莱态相比拉盖尔高斯等模式,其束腰尺寸与拓扑荷数无关,这是实现拓扑荷数无关的等效率存储的基础,在这基础上我们在实验上演示了多达121个不同的携带有任意拓扑荷数的完美庞加莱态的存储。相比于空间分布拓扑荷数依赖的传统庞加莱态,我们的工作在很大程度上扩展了信息编码的灵活性,在经典信息处理和量子通信领域具有应用前景。2.本文成功制备了拓扑荷数-5到5的范围内OAM谱分布拓扑荷数无关的高维纠缠态,相比制备到拉盖尔高斯模式的高维纠缠态,本工作无需对产生的纠缠态进行强度分布后选择操作。通过使用纠缠见证方法对产生的纠缠态检验,结果表明纠缠态的维度至少有6维,这结果有利于直接制备OAM高维最大纠缠态。3.完成了基于铷原子系综的高维OAM叠加态的长时间存储,在存储过程中,通过同时抑制横向和纵向上的退相干,实现了存储时间的延长。实验结果清楚地表明,在存储时间400 μs后,系统对OAM模式的存储仍然可以超过经典界限,相比之前铷原子系综里高维OAM叠加态存储的工作来说,这一存储时间提高了两个数量级。

关键词：铷原子系综 EIT存储高维纠缠态长时间量子存储完美庞加莱态

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光子数可分辨超导相变边缘单光子探测器特性研究

光子数可分辨超导相变边缘单光子探测器特性研究

引用

作者：耿悦中国科学技术大学

学位级别：博士

红外天文是用电磁波的红外波段研究天体的一门学科,已成为当代天文学的重要分支,在低温、隐蔽天体的观测、天体物理化学性质研究与追溯早期宇宙演化等前沿科学研究中起到了重要推动作用。针对遥远天体的微弱光信号进行红外成像与光谱巡... 详细信息

红外天文是用电磁波的红外波段研究天体的一门学科,已成为当代天文学的重要分支,在低温、隐蔽天体的观测、天体物理化学性质研究与追溯早期宇宙演化等前沿科学研究中起到了重要推动作用。针对遥远天体的微弱光信号进行红外成像与光谱巡天探测,需要高效率、低暗计数的红外单光子探测器。另外,在量子通信等前沿科学领域,对高性能单光子探测器的需求也日趋旺盛。超导相变边缘(TES)单光子探测器是一种新型的超导单光子探测器,与传统半导体单光子探测器相比,超导TES单光子探测器在近红外和可见光波段具有探测效率高、暗计数率低等特点,特别是超导TES单光子探测器还具有卓越的光子数分辨能力,使其成为近红外和可见光波段单光子探测器的热门选择。目前,国内外对超导TES单光子探测器的研究处于快速发展阶段。面对红外天文观测、量子科学、生物成像等前沿领域的应用需求,仍需进一步探索超导TES单光子探测器的物理模型并提高探测效率等特性。基于上述背景,本文围绕超导TES单光子探测器,开展了如下研究:基于超导薄膜的相位滑移理论,探索并扩展了超导TES的二流体模型计算方法。通过将相位滑移理论中的相位滑移数连续化处理(即将Cl和CR看作变量),根据二流体模型拟合得到超导TES的关键参数:电阻-温度灵敏系数α与电阻-电流灵敏系数β,从而完成对超导TES直流特性、热容、热导与响应特性的完整计算仿真。基于上面描述的扩展二流体模型,对不同尺寸的超导TES单光子探测器进行了分析比较研究,得到超导TES单光子探测器的电声耦合常数、热容系数、能量转换效率等钛超导TES单光子探测器参数,计算出超导TES单光子探测器响应时间与能量分辨率随超导转变温度与偏置点的变化趋势,并预测了超导TES单光子探测器的性能极限。探究了超导TES单光子探测器探测效率的影响因素。围绕单模光纤正面对准耦合方式,理论计算出光纤对准的误差允许范围,通过二维位移平台配合倒置红外显微镜成像的方式,实现了稳定可靠的高效率器件封装。设计并制备出针对1550 nm波长的光学腔体,探究了光学腔体对超导薄膜特性的影响,优化了常低温光路中的光纤传输损耗,最终实现了 90%以上的系统探测效率。探究了超导TES单光子探测器的噪声与暗计数率特性。分析了超导TES单光子探测器的理论噪声与实测噪声,并计算出理论能量分辨率,与实测结果吻合;分析了杂散光与黑体辐射对超导TES单光子探测器暗计数的影响,结合理论分析与实验对比,采用常温光纤遮蔽与低温光纤绕圈的方法抑制暗计数的产生,实现了低于100 Hz的暗计数率。

关键词：单光子探测超导相变边缘探测器光子数可分辨探测效率

来源：评论

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动力学退耦合方法在生成簇态和自旋压缩态中的应用

动力学退耦合方法在生成簇态和自旋压缩态中的应用

引用

作者：张纪英中国科学技术大学

学位级别：博士

由量子力学和信息科学相结合而产生的量子信息科学主要包括量子计算、量子度量学、量子模拟、量子通信和量子密码这五个领域。因为量子信息科学包含量子物理的特性,所以其在很多方面都表现出了巨大的优势,如具有强大并行计算能力的量子... 详细信息

由量子力学和信息科学相结合而产生的量子信息科学主要包括量子计算、量子度量学、量子模拟、量子通信和量子密码这五个领域。因为量子信息科学包含量子物理的特性,所以其在很多方面都表现出了巨大的优势,如具有强大并行计算能力的量子计算的计算速度远快于经典计算,能胜任很多经典计算所不能完成的任务;量子度量的精度在一些领域也已经突破了经典物理极限,甚至逼近了海森堡极限(量子力学极限)。在这篇论文中,我们介绍了量子信息科学包含的五个主要领域的基本知识,其中重点介绍了量子计算。量子退相干现象是实现量子计算所必须要克服的一个主要障碍,我们介绍了克服量子退相干的三种方法：量子纠错码、消相干子空间和动力学退耦合,其中重点介绍了第三种方法。应用动力学退耦合的方法我们有效的消除了量子比特之间的次近邻相互作用因而大大提高了生成的簇态的保真度。另外,应用动力学退耦合方法的思想我们成功的将单轴自旋压缩态转变成了压缩性质更加优良的双轴自旋压缩态。我们还可以将制备自旋压缩态过程中的非线性噪声有效的消除掉。具体如下： 1.通过分析已经提出的制备链状簇态的方法,我们发现量子比特间的长程相互作用会导致生成簇态的保真度大大的降低。为了解决这一问题,我们提出了应用动力学退耦合方法来消除量子比特间次近邻相互作用的方案,其中我们分别在XY和Ising模型中研究了这一问题。我们提出的方法最终将不想要的次近邻相互作用有效的抑制掉了,因而大大提高了生成簇态的保真度。 2.我们提出了一个将单轴自旋压缩哈密顿转变成双轴自旋压缩哈密顿的方案,其中我们是依据Trotter-Suzuki近似展开理论完成的上述方案。和Liu等人提出的将单轴自旋压缩转变成双轴自旋压缩的方法[Y. C. Liu et al., Phys. Rev. Lett.107,013601(2011)]相比,我们将外加脉冲对数从1000多减少到了50,这在实验上更容易实现。另外,和文章[C. Shen et al., Phys. Rev. A87,051801(2013)]中的方法相比,我们的方法不依赖于系统中的粒子数而且需要的演化时间也比较短。我们在文章中也给出了Trotter-Suzuki近似展开方案的误差分析。 3.我们提出了一个在制备单轴自旋压缩态过程中既可以保护又可以加强压缩性质的方法,此方法是借助于外加脉冲序列来实现的。这里,“保护”是指系统演化过程中不受平方项的非线性噪声的影响,“加强”是指可以将单轴自旋压缩态转化成双轴自旋压缩态。保护自旋压缩是通过将二次项的噪声算符转化成总角动量算符的平方,进而应用总角动量算符的平方的守恒性实现的。加强自旋压缩也是借助于总角动量算符的平方的守恒性。通过数值模拟结果我们发现此方法的效果非常好,当外加脉冲足够多时,外加脉冲就能够将非线性噪声完全抑制掉,并同时将单轴自旋压缩态转化成双轴自旋压缩态。

关键词：量子计算量子退相干动力学退耦合簇态自旋压缩态

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量子信息处理优越性的实验研究

量子信息处理优越性的实验研究

引用

作者：彭礼超中国科学技术大学

学位级别：博士

量子力学提供了全新的信息检测、计算和传输的方式。基于量子叠加和量子纠缠等特性,量子设备在原理上可以实现超越传统经典设备能力的信息处理,即实现量子优越性。但量子信息处理对噪声非常敏感,受限于对量子系统可主动操纵的规模以及精... 详细信息

量子力学提供了全新的信息检测、计算和传输的方式。基于量子叠加和量子纠缠等特性,量子设备在原理上可以实现超越传统经典设备能力的信息处理,即实现量子优越性。但量子信息处理对噪声非常敏感,受限于对量子系统可主动操纵的规模以及精度,此前的量子信息处理实验研究还处于原理验证阶段。在实验上无条件展示量子信息处理的优越性,从而探索经典信息和量子信息的边界是当前量子信息研究的核心问题。光量子物理体系由于其可抗退相干、移动性等特点,在量子计算、量子通信以及量子精密测量中发挥重要的角色。本论文研究持续提升对光量子体系的操纵能力,在实验上探索量子计算和量子信息传输的无条件优越性。在量子计算方面,我们通过发展高品质的压缩光源和大规模相位稳定的光量子线路探索实现基于高斯玻色采样的量子计算优越性;在量子通信方面,基于高效率的量子纠缠光子对,我们探索量子网络技术在信息传输和广播可能提供的优越性和限制。本文的研究工作主要包括: 1.发展同时具有高效率、高亮度、高全同性的压缩真空态光源,利用路径-偏振编码构建12模式干涉仪,首次实现了高斯玻色采样的原理验证实验,并验证其在图论问题中的量子加速。 2.设计和实现了 100模式和144模式的全连通、低损耗、相位稳定的光量子干涉仪,采用25个双模压缩态光源输入和100（144）个超导纳米线单光子探测器进行高斯玻色采样任务,最大探测到76（113）个光子,采样速率比最快的超级计算机快1014(1024)倍,首次在光学量子体系展示量子计算优越性。 3.基于高保真度的量子纠缠光源,首次在实验上实现了量子纠缠态的近似克隆。实验证明一份最大纠缠态通过双边最优普适克隆后还保持纠缠性质,拓展了量子不可克隆定理的研究范围。 4.实现了一种全光学高效率预报纠缠生成方法,验证了 15-dB链路损耗下的预报量子纠缠态制备,测量的预报效率为82%。并且基于这种共享的预报纠缠态,我们首次实现了量子态传输成功率无条件地超越经典直接传输方法的量子隐形传态优越性。

关键词：量子信息处理量子计算优越性单光子玻色采样量子纠缠量子克隆量子隐形传态

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量子密码术和量子纠缠度量的有关研究

量子密码术和量子纠缠度量的有关研究

引用

作者：曹娅中国科学技术大学

学位级别：博士

量子信息物理与信息科学相结合时导致一门新兴交叉学科-量子信息学的诞生。量子信息与计算科学在基础科学研究方面有着深远的意义，它的目标之一就是增进人们对量子力学基础的理解;随着实验技术的发展，量子信息与量子计算研究从最初的... 详细信息

量子信息物理与信息科学相结合时导致一门新兴交叉学科-量子信息学的诞生。量子信息与计算科学在基础科学研究方面有着深远的意义，它的目标之一就是增进人们对量子力学基础的理解;随着实验技术的发展，量子信息与量子计算研究从最初的学术兴趣对象，变成对计算机科学，密码技术，通信技术以及国家安全，商业应用都有潜在重大影响的领域，引起国内外的广泛关注。其中量子纠缠作为量子通信和量子计算的重要资源，吸引了众多物理学家的巨大兴趣。针对量子纠缠的研究十分广泛，从最基本的定义到量子纠缠的应用以及量子信息处理方案的实验实现等等。我们以量子纠缠为重要研究对象，开展了以下两个方面的研究。第一方面研究了如何利用不同类型纠缠态实现安全高效量子密钥分发。通过使用EPR对控制有序重排协议来进行量子密钥的分发，我们提出了使用N量子比特和N-qutrit的推广的控制有序编码协议，并且具体的通过3-qubit和2-qutrit最大纠缠基态来表示它们。更为重要的是我们对使用qutrit的方案用量子协变克隆机来进行安全性的分析。尽管推广的方案的使用需要进一步的研究，推广的控制有序重排编码协议有更强的能力和更高的效率。此外，我们使用非最大的纠缠W类态概率的进行控制有序重排编码协议，这个协议具有完全的效率。我们比较了这个协议与原始协议的相似处和不同之处。最后我们使用这类W态来进行信息的密钥分离，这个方案具有抗退相干性。第二个方面研究量子纠缠定量上的度量和定性上的分类。我们提出一种推广几何纠缠度的方式，称之为修订的几何纠缠度。通过修订的几何纠缠度，我们定量了两粒子量子系统两参数类态，两粒子高维的最大纠缠混态，各项同性的态包括n粒子d能级的情况和多粒子束缚纠缠态。结果表明修订的几何纠缠度是合理的纠缠度量。除了用修订的几何纠缠度来研究了两粒子高维特殊态系的纠缠程度，我们进一步用它研究多方系统和连续变量系统的纠缠程度。给出了一些多部分对称纯态包括GHZ、W态的修订几何纠缠度，这也包括了多部分噪声中推广的Smolin态。同时，我们得出了连续变量两模式压缩热态的修订几何纠缠度。令人满意的是我们仍得到了关系E≤E最后我们推广几何纠缠度的概念到连续变量系统中来，给出纠缠单调子高斯几何纠缠度。定性的研究上，我们从两种角度(代数和几何)对四量子比特进行SLOCC等价类的划分，给出23类，构成四层偏序的分类结构，给出判断任意给定态所属类的方法，并重新从2×2×2，4×4角度对4-qubit进行分类，计算给出了4-qubit的一些纠缠单调子。最后阐述分析了不同三量子比特纯态分类的不同方法，得出我们的结论。本文分为四章：第一章介绍量子密码术的研究进展和量子纠缠的相关概念。第二章给出推广的控制有序重排密钥方案，使用W态的概率控制有序重排方案和密钥分离方案。第三章，我们提出修订的几何纠缠度，并讨论了离散和连续变量的的纠缠态系。第四章，我们讨论了四量子比特纯态的分类。第五章是全文总结。

关键词：量子密码量子纠缠纠缠度量量子信息学

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原子系统中的绝热布居传输

原子系统中的绝热布居传输

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作者：何军中国科学技术大学

学位级别：博士

在对微观体系的研究中,比如和原子、分子相关的研究领域,包括量子光学、量子通信和量子计算、原子物理、原子光学、分子物理、凝聚态物理、高能物理、材料科学等诸多领域,量子相干叠加态是最基本的物理资源,是微观体系各种奇怪现象区别... 详细信息

在对微观体系的研究中,比如和原子、分子相关的研究领域,包括量子光学、量子通信和量子计算、原子物理、原子光学、分子物理、凝聚态物理、高能物理、材料科学等诸多领域,量子相干叠加态是最基本的物理资源,是微观体系各种奇怪现象区别于经典宏观世界现象的最本质因素。而把微观体系制备在我们需要的特定的量子相干叠加态中,无论对我们研究相干叠加态的各种性质还是把它的某些性质转化成可以应用的技术,比如电磁感应透明(EIT),无反转激光,反射系数增强,绝热布居传输技术,激光冷却技术,原子干涉仪,受激拉曼绝热通道技术(STIRAP),部分受激拉曼绝热通道技术(Fractional STIRAP)等,都具有十分重要的意义。微观体系中的相干叠加态描述的是微观系统可以同时以一定概率地处于几个状态,表现为在不同的能级结构上都同时存在小于1的布居数。制备不同的相干叠加态实际上就是利用外部驱动力量改变微观体系不同能级的布居数,也就是布居传输过程。经过几十年的发展,布居传输方法已经从最开始的利用非相干光源发展到上世纪60年代以后的利用相干光源-激光,从开始的非绝热的量子态制备方法发展到后来的效率几乎100%的绝热制备方法。微观体系也越来越容易地被外部驱动场精确调控到特定的相干叠加状态。我们知道原子具有一个个分裂的能级,如果一束激光的频率与原子某两个分裂能级的跃迁频率共振的时候,原子就会吸收激光发生跃迁。但是如果原子处于某种特定的相干叠加态,在某些特殊情况下,即使满足共振跃迁条件,原子却不会发生跃迁,对入射光完全没有响应,那么这时候原子就处于某个暗态。第一章将会系统地介绍布居传输方法的发展历程,从一开始非相干的光学泵浦过程,直到目前广为运用的利用系统暗态的受激拉曼绝热通道技术,布居传输的效率越来越高,可以调控的程度越来越高。不同的研究领域有很多不同的布居传输方法,我们这里只介绍一些很常用的原子、分子领域的方法。第二章介绍一种新的暗态-谐振暗态。在一个典型的三能级原子系统中,运用一定的外部激光场,迫使原子向这个稳定的周期性的相干叠加状态演化。在满足绝热演化条件之后,无论系统开始处于什么状态,最后总能被外部激光场强行演化到谐振暗态之中。利用谐振暗态可以进行变相的受激拉曼绝热通道布居传输,同样因为没有高能级的布居而不会出现自发辐射所带来的损失。第三章介绍了利用一种扩展的受激拉曼绝热通道技术用于制备N分量的量子相干叠加态。在绝热近似条件满足后,系统的明态和暗态之间退耦合。如果开始系统处于某一个暗态,那么只需考虑由暗态作为基矢展开的暗态子空间中不同暗态之间的非绝热耦合即可。不同于以往任何制备相干叠加态方法,我们采用逆向思维把需要制备的相干叠加态作为系统演化的起点,逐步运用激光场把这个叠加态不断演化到系统的某一个单态。这个演化过程是时间上可逆的,完全相反的激光场序列下出现完全相反的布居传输过程。所以在实际实验中,完全相反的激光场序列将会把系统从这个单态逆向逐步演化到需要制备的相干叠加状态。原则上,利用这种布居传输方法可以制备N任意大的相干叠加态。同样因为没有高能级激发态的布居出现,整个传输过程不会有自发辐射损失。

关键词：量子相干叠加态布居传输暗态受激拉曼绝热通道绝热演化条件谐振暗态时间可逆演化

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超远距离量子密钥分发实验研究

超远距离量子密钥分发实验研究

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作者：方啸天中国科学技术大学

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随着量子信息和计算机领域的高速发展,其学科交叉产生的结晶,量子通信,成为了近年来相关领域的研究热点。其中,量子密钥分发(QKD)作为量子通信的关键方向,在量子力学的基础上,为保密通信提供了理论上的解决方案。因此,与传统通信方式相... 详细信息

随着量子信息和计算机领域的高速发展,其学科交叉产生的结晶,量子通信,成为了近年来相关领域的研究热点。其中,量子密钥分发(QKD)作为量子通信的关键方向,在量子力学的基础上,为保密通信提供了理论上的解决方案。因此,与传统通信方式相比,量子密钥分发具有物理本质上的先天优势,极适合应用于政府机关、金融机构、学校等需要高安全性的保密通信环境中,成为未来网络安全通信建设中不可缺少的一环。早在1984年,BB84协议作为世界上第一个QKD协议就已经被提出。自此以后,QKD领域在理论和实验角度,向着更高成码率、更远安全传输距离的方向日新月异地发展,成为了量子通信领域中实用化程度最深,覆盖范围最广的方向。目前,随着商用QKD系统的应用及相关网络建设的日益成熟,我国已经成功测试并投入使用了合肥网、济南网、量子京沪干线,以及“墨子号”量子实验卫星。与此同时,QKD系统的发展仍然存在着不少问题。例如,在理论上,基于BB84协议的若干方案,由于其安全性是建立在单光子的基础上,对信道损耗非常敏感,使其点对点通信距离较短。而测量设备无关的QKD协议(MDIQKD),虽然理论上可以将通信距离增加一倍,并且可以完美克服测量端的安全性漏洞,但是实用过程中,其对通信双方发送的双光子干涉有较高的要求,所以实际成码率不高。从实验的角度来看,目前偏振编码方式在诸多QKD协议中广泛使用,然而其难以保证长距离传输之后偏振编码的保真度,而相位编码方式虽然在长距离传输中,对环境的抗性有优势,但是由于其采用干涉解码的方式,使得光信号存在3dB的损耗,这些问题都阻碍了 QKD实用化进程的推进,亟待解决。本论文作者在博士期间主要针对光纤环境的QKD系统目前存在的问题进行研究,主要集中在更高速率、更高成码率、更远安全传输距离的QKD系统,以及相关新型理论方案和协议分析。本文主要分析了基于MDIQKD结构的相关理论基础、实验技术,介绍了本人参与的系统设计和搭建以及实验过程。其中,相关理论基础包括时间比特-相位编码的MDIQKD理论、双场QKD理论(Twin-Field QKD,TFQKD)、发送选择 QKD 理论(Sending or Not Sending QKD,SNSQKD)、相位匹配QKD理论(Phase Matching QKD,PMQKD),并且本人通过对协议的实用化改进,使得相关理论可以在实际中应用。在实验和系统方面,文中报告了本人参与的QKD系统的技术设计、系统搭建的过程,克服了超远距离系统中的相位扰动问题,实现了超远距离系统中的单光子干涉,从而完成了高速、高性能、高稳定性、结构简便的适用于相关新型理论的通用型QKD系统,并成功完成了PMQKD协议的实验。该实验是首次实现了世界最远距离室内的QKD实验,突破了 QKD理论成码率极限。该工作创造了量子通信安全传输的世界纪录,大大推动了 QKD的实用化进程,为未来的量子通信网络建设提供了技术参考和技术积累。

关键词：量子密钥分发测量设备无关 PMQKD协议成码率极限超远距离

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