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AND代表“并且”；OR代表“或者”；NOT代表“不包含”；(注意必须大写,运算符两边需空一格)

检索范例：

范例一：(K=图书馆学 OR K=情报学) AND A=范并思 AND Y=1982-2016
范例二：P=计算机应用与软件 AND (U=C++ OR U=Basic) NOT K=Visual AND Y=2011-2016

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230 篇 学位论文
222 篇 期刊文献
60 篇 会议
18 篇 成果

馆藏范围

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
- 2 篇 地质学
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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排序：

冷原子量子存储中的激光稳频与锁相技术

冷原子量子存储中的激光稳频与锁相技术

引用

作者：江晓中国科学技术大学

学位级别：博士

量子信息是量子物理和信息科学交叉发展起来的新学科,主要包含了量子计算、量子通信和量子密码术三个方面。在理论上,量子计算机有超强的计算能力以及量子密码有绝对可靠的信息传输安全性。关于量子计算以及量子密码的理论工作已经很完... 详细信息

量子信息是量子物理和信息科学交叉发展起来的新学科,主要包含了量子计算、量子通信和量子密码术三个方面。在理论上,量子计算机有超强的计算能力以及量子密码有绝对可靠的信息传输安全性。关于量子计算以及量子密码的理论工作已经很完善,已经提出了很多原理甚至算法。然而在实用化进程中,量子计算以及量子密码都遇到了大难题。量子计算亟需解决量子存储的问题,以使系统的量子比特数更多。远距离乃至全球的量子密码通信需要解决量子中继的问题。这也需要一个量子存储器。要想实现量子存储,首先需要寻找一种适合用于量子存储的媒介。光子的高传播速度和低损耗使其非常适合作为量子信息的传输媒介。而冷原子的稳态性以及和环境的弱耦合,使冷原子十分适合作为量子信息的存储媒介。冷原子技术的进步有望给量子存储带来突破性进展,从而推进量子信息的实用化进程。冷原子指的是处于极冷状态的稀薄原子气体,一般温度只有数十μK的量级。这种状态下原子的热运动速度很小,对于87Rb原子来说最概然速度约为0.05m/s（作为参照,室温下这个速度约为250m/s,和客机的速度不多）。如此慢速的原子动能很小,可以很容易地被激光囚禁在一定的局域空间里,并且多普勒效应基本可以忽略。同时,冷原子的稀薄性使得原子间的相互作用力非常小,可以认为每个原子都是一个静止的孤立体系。这种孤立体系一直是科学家们梦寐以求的,是基础科学研究非常理想的载体。冷原子的获得很大程度上归功于室温原子的激光冷却技术以及冷原子的激光陷俘技术的进步。由于对激光冷却以及激光陷俘做出了巨大贡献,朱棣文等人荣获了1997年的诺贝尔物理学奖。这掀起了冷原子研究的热潮。不久后,2001年、2005年的诺贝尔物理学奖都是与冷原子有直接的关系。十多年了,激光冷却和俘获原子的技术得到了充分的发展,出现了各种各样的形式。但不管什么样的冷却和陷俘手段,基本上都对激光这一重要的工具有苛刻的要求,否则无法达到冷却和陷俘的目的。最重要的一个要求是很窄的线宽以及很高的频率稳定度。本论文第二章和第三章的工作就是分别为了解决这两个问题的,为冷原子实验平台构建了最基本的条件。第二章中,通过给激光器增加一个光栅型外腔反馈的办法,压窄了半导体激光器的线宽。第三章中,通过射频调制的饱和吸收稳频方法,使激光器的频率锁定到十分稳定的原子的超精细跃迁线上。论文中实现的稳频系统能直接替换从德国进口的昂贵系统。在第三章的内容里,详细分析了射频调制的饱和吸收稳频方法所需要的误差信号的产生机制,并给出了不同调制频率下误差信号的理论曲线。对误差信号产生机制进行了深入研究之后,本文提出了同时利用色散和吸收来产生误差信号的新算法,有望扩大频率锁定范围和压窄线宽。关于射频调制饱和吸收稳频的误差信号产生的内容国内所见的文献很少提及。这两章的工作为冷原子的获得提供了基础。冷原子独特的性质早使它深入到了各个领域特别是微尺度物质科学当中,这包括了量子信息学这一门新兴的交叉学科。为了能开展基于冷原子系综的量子存储实验,除了需要有获得冷原子的设施之外,还需要有能对冷原子系综进行量子操控的手段。比如像基于EIT现象的量子存储实验中,就需要两台频率相差一定的值并且有固定相位关系的锁相激光器系统。本论文第四章的工作是针对半导体激光器锁相的研究,分别设计了模拟OPLL（Optical Phase Lock Loop）和数字OPLL对两台激光器进行了相位锁定,为冷原子量子存储实验提供了必需的操作手段。设计的数字OPLL能够实现频差高达7GHz的两台激光器的相位锁定。类似的锁相研究在国内还未见报道。除了上面几项针对冷原子量子存储实验的工作外,本人还承担了城域量子电话网络中的交换节点的设计任务。实现了国内首个8用户的光量子程控交换机,使得方圆20公里内的8个用户能够两两进行量子级别的保密通话或者其它保密应用。该交换机的实现使目前的量子保密通信向实用化和网络化又迈进了一大步。综合以上所述,本论文的主要工作和创新点如下: 1.采用射频调制的饱和吸收稳频法,实现了对自制外延腔半导体激光器的高集成度稳频系统,为冷原子量子存储实验打下了基础。该稳频系统达到了德国进口的同类产品的性能。 2.采用数字锁相的办法,实现了频差高达7GHz的两台外延腔半导体激光器的锁相,并且有很宽的频率捕获范围,工作稳定性和复现性很好。为基于87Rb电磁诱导透明的量子存储实验做好了准备。国内目前还没有相关的锁相研究见报道。 3.设计和实现了国内首个8节点的光量子程控交换机,为保密通信向实用化和网络化发展打下了基础。

关键词：冷原子量子存储量子中继外延腔半导体激光器饱和吸收稳频原理调频光谱激光锁相量子交换机

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表面等离子体在信息处理中的应用

表面等离子体在信息处理中的应用

引用

作者：刘爱萍中国科学技术大学

学位级别：博士

光作为信息的载体，具有速度快，容量大的优势。但是由于存在衍射极限的限制，器件不能做得比波长更小，这就限制了集成器件的最大集成度。随着信息量的日益增长，对信息处理的集成度要求越来越高，必须寻找一种新的信息载体来进一步提... 详细信息

光作为信息的载体，具有速度快，容量大的优势。但是由于存在衍射极限的限制，器件不能做得比波长更小，这就限制了集成器件的最大集成度。随着信息量的日益增长，对信息处理的集成度要求越来越高，必须寻找一种新的信息载体来进一步提高器件的集成度。于是人们把目光转向了表面等离子体，因为它能够突破衍射极限在微纳结构中传输。将表面等离子体作为集成光学中的信息载体，可以有效提高器件的集成度。过去的十几年，人们对表面等离子体进行了大量的研究，不断探索如何将它应用到信息传输中，其中将表面等离子体应用到量子信息传输中是最具有吸引力的。新兴的量子信息处理技术不仅能够提高信息处理速度，而且还可以解决许多经典计算机所无法解决的问题。表面等离子体和量子信息技术的结合既提高了信息的集成度又提升了信息处理的速度。\n 在博士期间本人主要是通过近场的方式研究表面等离子体的性质，并将它应用到信息处理中。本文主要介绍本人在实验和理论上取得的一些研究成果:\n 1.表面等离子体在信息处理中的应用\n 将光子角动量信息编码到表面等离子体上。表面等离子体应用于信息处理中，必需能够将信息加载到表面等离子体中。在量子通信中，光子的自旋角动量和轨道角动量经常用于编码信息。我们通过实验证明了光子角动量信息能够加载到表面等离子体中，从而说明表面等离子体可以用于量子通信中作为信息传输的载体。通过表面等离子体，不仅可以将自旋角动量和轨道量分别用于编码信息，而且还可以将这两者组合成信息密钥对而提高信息传输的安全性，这在量子通信中具有重要意义。\n 用振幅干涉法测光子轨道角动量。由于等离子体透镜上激发的表面等离子体和直接透过的激发光之间发生相互干涉而导致横向场强分布的旋转，所以带有不同轨道角动量的光入射到等离子体透镜上，在其上方分布的电磁场强度图样不同，利用这一性质可以测量入射光的轨道角动量。文中通过实验和理论证明，用振幅干涉法测量光子轨道角动量，不仅可以测量轨道角动量的量子数大小，同时还可以得到它的符号，这体现了表面等离子体在信息处理中的优势。\n 自旋路径编码转换器。在自由空间光学中，一般用光子的自旋态来编码信息，而在集成光子学中，倾向于用路径编码信息。如果要在这两个光学系统之间进行信息传递，那么就需要对这两种方式编码的信息进行转换。本文根据激发表面等离子体时对偏振的依赖性设计了一种编码转换器，它可以将信息从自旋编码转换为路径编码。这个编码转换器可以工作在可见光波段，并且具有很宽的带宽。它的消光比可以达到120∶1，有利于降低信息传输过程中的误码率。自旋路径编码转换器提高了自由空间光学和集成光子学之间的兼容性，在量子信息发展中起到关键的作用。\n 2.表面等离子体的传播分析\n 表面等离子体相干性的研究。由于探针的针尖尺度（50～300nm）小于可见光波长，所以由它激发的表面等离子体，相当于从点源发出的，具有很高的相干性。实验中采用双探针近场扫描光学显微镜，将一个探针用于激发表面等离子体，另一个探针用于收集等离子体透镜上的表面等离子体干涉场分布。实验证明表面等离子体的相干性与激发探针的针尖直径负相关。\n 近场分析银纳米线上的表面波。银对表面等离子体的吸收损耗小，是一种优良的传输介质，被广泛作为波导用于传输表面等离子体。鉴于银纳米线的尺度小，采用近场探针激发能够有效提高表面等离子体的激发效率。但是在激发表面等离子体的同时，另一种表面波，即爬行波也被激发。虽然爬行波的传输损耗大，传输长度只有约1微米，远小于表面等离子体的传输长度，但是它的强度是表面等离子体的几十倍。而在集成光子学中，器件的尺度往往很小，这样就必须考虑爬行波的影响。本文通过两种不同的近场探测方法，即动态激发方法和静态激发方法，分别研究爬行波对两种不同表面等离子体模式的影响。实验和理论证明爬行波会对银纳米线上的表面波能量分布进行调制。银纳米线上的表面波研究为银纳米线在集成光学中的应用做了准备.\n 3.表面等离子体与单光子源的相互作用\n 表面等离子体和量子点相互作用的偏振性质。在量子通信中，为了提高信息传输的安全性往往采用单光子源。如果要将量子信息加载到表面等离子体中进行传输，就必须实现用单光子源激发出表面等离子体。本文介绍了CdSe量子点与银纳米线作用时对偏振的依赖性，CdSe量子点能级跃迁的能量可以与银纳米线上的表面等离子体直接相互转化，并且由于银纳米线本身就是一个开放的光学天线，会对CdSe量子点的荧光具有偏振调制作用。要想在表面等离子体上通过单光子源加载信息，那么就必须掌握单光子源与表面等离子体的相互作用的偏振特性，因为这不仅会影响转化效率还会对信息量本身产生影响。\n 制备可移动的单光子源。实现在确定位置激发表面等离子体对集成光学具有非常重要的意义。本文

关键词：表面等离子体近场扫描光学显微镜自旋角动量轨道角动量爬行波信息处理

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基于腔量子电动力学对量子点发光性质的研究

基于腔量子电动力学对量子点发光性质的研究

引用

作者：王碧莹中国科学技术大学

学位级别：博士

确定性的高品质单光子源是实现量子通信和量子计算的关键组件。理论上,衡量一个单光子源的品质主要有三个指标:单光子性,它用于衡量光源的光子数分布是否为单光子分布;全同性η,其用于定量保证光子之间可以进行有效的干涉;效率ε,它被... 详细信息

确定性的高品质单光子源是实现量子通信和量子计算的关键组件。理论上,衡量一个单光子源的品质主要有三个指标:单光子性,它用于衡量光源的光子数分布是否为单光子分布;全同性η,其用于定量保证光子之间可以进行有效的干涉;效率ε,它被定义为每个激发光脉冲后,能够收集到的光子数目。目前,量子点固态单光子源,由于其易于集成的优越性,成为了最具潜力的可拓展的光量子信息处理平台。但是,对于单独在块状材料中的量子点,受限于材料和空气界面的高折射率对比度,其收集效率会受到极大地抑制,被限制在～0.03。为克服这一问题,将量子点和光学腔结构耦合,利用Purcell效应来提高收集效率成为了研究的重点。这些光腔结构包括宽带的光学纳米线结构、环状靶眼结构以及窄带的微柱结构、滴漏结构等。而在理论方面,目前,可以用来计算微腔结构中量子点的光场分布的数值模拟方法主要有:有限时域差分法、有限元、格林函数积分以及傅里叶模式法。由于傅里叶模式法可以将腔模与其它背景模式区分开来,所以能够更容易地去研究不同光学结构背后的辐射物理机制。对于量子点发光的全同性而言,在量子点与光学腔模构成的系统周围,由于存在许多的环境干扰,比如声子激发和电荷噪声等,会造成光子的全同性降低。采用Master方程来研究环境对量子点发光全同性的影响是开放量子系统中经典的处理手段。在本论文中,我们分别采用了傅里叶模式法和Master方程来分析量子点体系的效率和全同性,致力于优化结构,从而提升量子点单光子源性能,为实验生长和工艺设计提供可能的帮助和理解。在本论文的开始,我们首先对量子点单光子源,数值计算收集效率以及全同性计算作背景介绍。具体地,在第1章中,我们先介绍了量子点的生长方法和发光性质等。然后,我们分别介绍量子点单光子源性能的三个指标—单光子性、效率以及全同性,包括它们的具体定义以及实验上的测量方法。在第2章中,我们详细介绍了利用傅里叶模式法进行光学建模从而能够计算量子点辐射电磁场在微腔中的分布以及收光效率的方法。接下来,在第3章中,我们介绍了利用Master方程微观建模来计算量子点的全同性的方法。其中,我们详细讲解了在声子影响下量子点与腔模系统的密度矩阵的求解方法。这些建模方法为我们接下来模拟实际问题提供了基础。在第4章中,考虑存在声子引起的non-Markovian的退相干的情况下,我们对微柱单光子源的效率和全同性做了数值的研究和模拟。特别地,我们用单模模型分析了限制/影响效率的物理机制。然后,通过计算效率和全同性的乘积εη对微柱设计参数的依赖关系,我们从而能够不分伯仲优化效率ε和全同性η。由于效率和全同性之间的原发性的互相制约的效应/影响,即使在理想的情况下,我们计算得到的εη依然被限制在～0.96。最后我们也考虑了实际的制造工艺缺陷以及Markovian的退相干效应对微柱最终性能的影响。在第5章中,我们进一步研究/模拟,通过抑制量子点自发辐射到背景辐射模式的耦合,从而提升微柱量子点发光性能。通过对无限长纳米线和微柱结构中背景光辐射的研究,我们揭示了微柱结构中背景光关于直径依赖的准周期式的增长行为。在背景光峰值处,效率会降低～20%左右。通过准确计算这些增长点的位置,我们的研究为工艺设计上避免这个损耗提供了一定的依据和帮助。最后,我们还分析了因为背景光辐射的不均匀而带来的实验上用寿命衡量Purcell因子的误差。

关键词：单光子源效率全同性量子点微腔微柱

来源：评论

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P2P文件共享系统中的副本技术研究

P2P文件共享系统中的副本技术研究

引用

作者：郭良敏中国科学技术大学

学位级别：博士

随着计算机和互联网技术的迅速发展,传统的网络应用模式已经不能适应发展的新需求,客户端/服务器式的计算模式不得不发生转变,从而使得新的网络计算模式——P2P网络得以产生。P2P网络的开放性使其自产生起,就得到了众多用户和业内人士... 详细信息

随着计算机和互联网技术的迅速发展,传统的网络应用模式已经不能适应发展的新需求,客户端/服务器式的计算模式不得不发生转变,从而使得新的网络计算模式——P2P网络得以产生。P2P网络的开放性使其自产生起,就得到了众多用户和业内人士的广泛关注,其应用也涉及了众多领域。 P2P文件共享就是P2P技术的一个主要应用,是其技术发展的动力源泉,也已成为互联网上的主要应用之一,对互联网的使用和流量产生了巨大影响。P2P文件共享系统通过对文件的复制传播将文件共享的两大开销——存储和通信分布到网络中的各个节点上,从而为文件共享提供高效、低成本的通信方式。数据复制技术(即副本技术)是P2P文件共享系统中一种常用的和重要的数据管理机制,它通过为系统中的文件增加副本来提高系统中文件的可用性和可靠性,从而提高系统的整体性能。因此,P2P系统中的副本技术是一项极具研究价值的课题,是保证系统高可靠性、可用性的关键,其中的副本创建问题、文件的频繁更新所引发的副本一致性维护问题以及副本删除问题仍然是尚未有效解决的难点。本文在深入调研和总结已有相关研究成果的基础上,从副本创建、副本一致性维护、副本删除三个方面对副本技术展开研究,激励节点主动提供存储资源保存副本,降低副本一致性维护的开销,充分利用有限存储空间,提高网络的整体性能。本文的主要研究工作如下: 首先,阐述了P2P网络的产生过程、定义以及所具有的特点,介绍了P2P网络的分类,并给出了其主要的应用领域。随后分析和讨论了P2P网络的动态性和节点的不合作性的具体表现,简述了副本技术的重要性,综述了副本技术的相关研究和现状,分析了现有副本相关技术所存在的不足。其次,针对副本创建问题展开研究。根据信息经济学中委托——代理关系的相关知识以及激励概念,提出基于激励机制的副本创建策略。利用合作效用来衡量节点愿意提供存储空间的合作程度,合作效用高的节点可以得到更好的服务,以此鼓励节点提供资源与服务,提高副本创建的成功率,从而提高系统的整体性能。在上述基于激励机制的副本创建策略基础上,本文进一步引入推荐节点,提出基于多级代理的副本创建策略。当某节点不是出于自私行为而是自身客观条件造成无法存放副本时,该节点可以作为推荐节点向委托节点推荐合作效用高的邻居或者已知节点,这样不仅可进一步提高副本创建的成功率,还可提高副本创建的效率。再次,针对副本一致性维护问题展开研究。为降低副本一致性维护的时间和消息开销,提出基于物理位置和布鲁姆过滤器(bloom-filter)相结合的副本一致性维护机制。利用复杂网络社团划分方法,将物理上相近的节点划分在同一个簇中,更新工作主要在各个簇内进行,以降低一致性维护的时间开销;通过引入冗余二级邻居优化已有的更新传播算法,以降低更新消息的冗余传播。最后,针对副本删除问题展开研究。为充分利用存储资源,需将无使用价值的副本进行删除和清理,本文提出了基于灰色预测和代价的副本删除策略。借鉴现有的灰色预测模型,利用累加变换对副本的使用价值(副本活跃度)进行预测,以提高预测的准确度;分析和量化副本删除的代价,综合预测结果、删除代价以及其他相关因素得出副本存活价值,用其决定副本的取舍,以防止副本的大量删除和减少“颠簸”现象。模拟实验验证的结果表明,本文提出的副本创建策略可以提高副本创建的成功率和效率,提出的副本一致性维护机制可以降低副本一致性维护的时间和消息开销,提出的副本删除策略可以选择更加合适的副本进行删除,并可避免副本的大量被删除,从而减少“颠簸”现象。

关键词： P2P网络文件共享系统副本创建副本一致性副本删除激励机制物理位置布鲁姆过滤器灰色预测

来源：评论

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超导量子计算低延时读出与实时反馈控制系统研究

超导量子计算低延时读出与实时反馈控制系统研究

引用

作者：郭成中国科学技术大学

学位级别：博士

在一些特定问题上量子计算机的性能远超经典计算机，例如量子计算中针对大数分解问题的SHOR算法和针对数据搜索问题的GROVER算法对比经典算法展现出了惊人的加速能力。量子计算机为解决特定问题提供了新的思路，其算力不受限于兰道尔极... 详细信息

在一些特定问题上量子计算机的性能远超经典计算机，例如量子计算中针对大数分解问题的SHOR算法和针对数据搜索问题的GROVER算法对比经典算法展现出了惊人的加速能力。量子计算机为解决特定问题提供了新的思路，其算力不受限于兰道尔极限，具备巨大的发展潜力，因此研制量子计算机已然成为大国科技角力的重要战场。　　在量子比特保真度足够的前提下，量子计算机的性能随着量子比特数量的增多而指数增强。然而在当前的嘈杂中型量子阶段，由于物理量子比特的本征退相干性质，量子比特的保真度被噪声限制。既然物理量子比特的噪声无法避免，提高保真度就需要依赖容错量子计算。容错量子计算利用多个物理量子比特(按功能分为辅助比特和数据比特)编码一个逻辑量子比特，其根据辅助量子比特的监视结果来实时纠正数据量子比特发生的错误，因此其要求测控电子学支持动态量子线路。另外，要实现足够高的逻辑比特保真度，测控电子学还要支持足够大的逻辑比特编码规模。为了实现容错量子计算，本文着重研究了支持动态量子线路的读出和反馈电子学，研究内容主要包括:　　1.开发测控管理软件。基于第一代电子学硬件缺乏对应测控管理软件的现状，本研究通过仪器虚拟化、信道校准和通信优化的方法，简化了系统扩展、提高了操控精度，并保证了实验效率，成功开发出能够匹配第一代电子学硬件的测控管理软件。　　2.提出分布式电子学测控架构。针对现有测控架构扩展性不足的问题，本文提出了分布式的测控架构。基于该架构的测控系统以机箱为单元扩展，在保证扩展性的同时，既提高了系统的集成度，也降低了连线的复杂度。分布式测控架构的处理节点采用FPGA来实现，能够同时集成读出和反馈电子学功能，为规模和功能扩展提供了极大的灵活性。　　3.设计并实现低延时读出电子学。为了在动态量子线路中实现低延时的闭环反馈，满足动态量子计算对延时性能和动态读出功能的需求，本文设计并开发了低延时的读出电子学。低延时读出算法基于多路并行和单指令多数据的思想设计，并为读出电子学引入了码字触发机制，从而实现了对动态量子计算的支持。此外，通过使用匹配滤波器来最大化输入信噪比，并提供2 GB的数据存储空间来缓解频繁通信造成的效率问题。　　4.设计并实现实时反馈电子学。为了满足动态量子计算中线路任意控制流的要求，本研究在RISC-V指令集的基础上，扩展了时序控制指令，并实现了用于动态量子线路的时序控制器。通过编程时序控制器，动态量子线路可以在确定的时序下被实时地控制。此外，还开发了低延迟反馈数据链路，为系统扩展提供了通信解决方案。　　测控管理软件的研究被应用到了2018年中国首台上线的云量子计算机中。新一代读出和反馈电子学的研究被成功应用到了基于重复直到成功策略的主动复位线路中，通过两比特的T1测量实验，验证了新一代测控系统对动态量子线路的支持。本论文的创新之处在于:　　1.提出了分布式的反馈架构。电子学采用了模块化的设计思想，通过组合不同的硬件能够实现不同电子学功能的集成。测控系统以机箱的形式集成，搭配机箱内的电子学模块可适应不同场景的量子计算。机箱间通过低延时数据链路进行级联，从而测控系统能够支持超过百量子比特规模的扩展。　　2.设计并实现了低延时读出电子学。读出电子学支持最大2 Gsps的采样率，600 MHz的输入带宽和低至～40 ns的电子学读出延时。读出电子学每次实验能够支持超过一千万次的读出，每次读出最大支持16个频点。读出电子学充足的性能为动态量子计算奠定了基础。　　3.提出并实现了用于控制动态量子线路的时序控制器。时序控制器包含用于算术、循环和跳转的经典指令，也包括用于量子比特操作的时序指令。时序控制器不仅可以在功能上支持动态量子线路，还能在性能上提升实验的效率。在基于重复直到成功策略的T1测试实验中，基于时序控制器的动态线路相比静态线路实现超过5倍的效率提升。

关键词：量子计算机超导量子计算低延时读出实时反馈控制

来源：评论

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量子纠缠和非局域幺正操作的理论研究

量子纠缠和非局域幺正操作的理论研究

引用

作者：王成志中国科学技术大学

学位级别：博士

量子力学的发现和信息理论的产生无疑是二十世纪极其重要的两个事件，前者打开了人们认识微观世界的大门，并且在以后的几年里得到了迅速发展。现在，量子理论被广泛地应用在物理学的各个分支以及其它学科中。而后者导致和促进了信息科... 详细信息

量子力学的发现和信息理论的产生无疑是二十世纪极其重要的两个事件，前者打开了人们认识微观世界的大门，并且在以后的几年里得到了迅速发展。现在，量子理论被广泛地应用在物理学的各个分支以及其它学科中。而后者导致和促进了信息科学和技术的快速发展。然而就信息科学而言，它仍面临着新的挑战。例如，计算机是否存在极限的运算速度?能否实现不可破译、不可窃听的保密通信?诸如此类的问题一直是数学家和电子技术专家们关注的重要课题。近年来，物理学家加入这个研究行列，他们成功地将量子理论和信息科学结合起来，提出许多令人耳目一新的概念、原理和方法，于是量子信息科学作为新兴的学科分支便应运而生。就技术而言，随着工艺技术的进步，各种信息器件的尺寸越来越小，当它的尺寸小到一定的程度后，量子效应就会呈现出来，这就要求人们在微观尺度上对粒子的状态进行调控，于是量子信息技术被提了出来。\n 量子信息科学是量子力学和信息科学相结合的产物，由于受量子力学规律支配，量子信息科学呈现出与经典信息科学截然不同的崭新面貌，在很多方面表现出明显的优势。比如，利用量子态的相干叠加性，人们提出了量子并行算法，用以解决诸如大数因式分解等经典计算无法解决的问题。又如，量子不可克隆定理使得量子信息不能像经典信息那样可以被任意复制，这使得人们能够建立起绝对安全的量子密码系统。再如，量子纠缠可以起到连接不同空间点的量子信道的作用，从而实现量子隐形传态。总之，量子信息科学的诞生，为未来的信息科学和技术注入了新的活力。\n 我们知道，量子力学的内容包括量子态和量子动力学两个方面。在量子信息处理中，量子态，特别是量子纠缠态，和量子动力学，特别是幺正操作(封闭量子系统的演化必须是幺正演化)，是两种不同的物理资源。信息编码在量子态上，为了对信息进行处理，就必须对量子态实施幺正操作以及其它方面的操作，使两者共同完成一个完整的量子信息处理过程。因此，对量子态和幺正操作的研究不但在理论上有意义，而且在实验上也是非常必要的。虽然这两者是量子力学的两个方面，但是它们并不是孤立的，对量子态的研究可以促进对幺正操作的研究，因为，幺正操作的一些性质能够通过它作用在量子态上显现出来，反之亦然。本论文对量子态的一个极其重要的内容-量子纠缠和幺正操作这两个方面作了初步的研究，主要研究成果如下：\n (1)研究了自旋链中的热纠缠和混度。在量子信息处理特别是量子计算的物理实现中，固体系统，由于其具有可扩展和易集成性，是最有希望进行大规模量子计算的物理系统。大量的文献表明，固体中的自旋链是实现量子计算和量子通讯的物理系统之一。在众多的实现方案中，往往需要量子纠缠这种物理资源及其控制纠缠的方法等。另外，对自旋链这类多体系统纠缠的研究有助于解释和发现新的物理现象。一个量子态可用纠缠度和混度这两个自由度来描述。在现实中，一个微观物理系统容易和周围的环境耦合，这样就导致该物理系统从一个纯态系统演化到一个混态系统，因此有必要考虑自旋链的混度。基于以上原因，我们研究了三个量子比特的自旋链热纠缠和混度，详细讨论了各种参数，例如温度，各向异性和外界磁场等对它们的影响，发现了一些规律，例如，混度随着温度的增加而单调地增大，而纠缠则不这样。在零温时，要完全区分基态，必须同时考虑纠缠度和混度。在混合态中，人们比较感兴趣的是最大纠缠混态。在我们考虑的系统中，我们发现，给定混度，通过改变参数，可以得到一个纠缠的上限，这个上限的一部分与最大纠缠混态给定的上限重合。这表明，在该系统中可以得到最大纠缠混态，我们给出了系统处于基态时，所得到的最大纠缠混态的形式。这些结果为制备最大纠缠混态提供了另一种途径。\n (2)我们讨论了一个量子光学系统中的纠缠分布。同经典关联不同，量子纠缠不能自由分布在各个子系统中。在2×2×2系统，这个问题得到了很好的解决。对于高维的情况，还未解决。在我们考虑的2×∞×∞系统里，单原子与充满克尔介质的双模光场通过双光子共振发生相互作用。通过数值计算，我们得到了光场的两个模式之间，原子和两个模式之间的纠缠规律。单原子和双模光场的相互作用导致两者之间纠缠，两者之间的纠缠破坏两个模式之间的纠缠。尽管两个模式之间不存在直接的相互作用，但可以通过与原子的作用来间接控制它们之间的纠缠。此外我们还讨论了克尔介质对纠缠分布的调制作用。\n (3)通过探讨正则幺正操作对混态纠缠的改变，我们提出了正则幺正操作下最大纠缠混态的概念。这些态具有这样的性质，即：在任何的正则幺正操作下，它们的纠缠度不会增加。我们还把这类态与最大纠缠混态进行了比较，并给出了这类态在实验上的一个可能应用。这里提到的最大纠缠混态是指在任何的幺正操作下纠缠度不会增加的态，与(1)提到最大纠缠混态是不同的。

关键词：量子纠缠量子信息量子动力学量子信息处理非局域幺正操作

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基于固态核磁共振体系的量子控制的研究

基于固态核磁共振体系的量子控制的研究

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作者：崔江煜中国科学技术大学

学位级别：博士

近年来,量子信息科学作为一个融合量子力学、信息科学以及数学多领域的一门交叉学科快速发展。由于量子力学的独特性质,量子信息科学在处理某些特定问题方面相比经典信息学具有巨大优越性,因此量子信息技术吸引了人们广泛的兴趣。目前,... 详细信息

近年来,量子信息科学作为一个融合量子力学、信息科学以及数学多领域的一门交叉学科快速发展。由于量子力学的独特性质,量子信息科学在处理某些特定问题方面相比经典信息学具有巨大优越性,因此量子信息技术吸引了人们广泛的兴趣。目前,多种物理实验体系为推动量子信息科学的进步竞相发展,其中液态核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance,NMR）体系由于成熟的控制技术和较长的退相干时间成为优质实现平台之一。然而,液态NMR的可扩展性问题成为其发展的短板。相较于液态NMR体系,固态NMR体系拥有如下三点优势:极化度可以通过动态核极化（Dynamic Nuclear Polarization,DNP）等方式提到到近似等于一;耦合强度大和操作时间短;比特可以重置。量子控制技术作为当前发展量子信息科学的核心问题,是当前需要重点发展的方向。为了更好的进一步提高和发展固态核磁共振体系内的量子控制技术,本人博士期间主要利用固态核磁共振体系进行量子控制课题,从液态系统到固态系统和从封闭系统控制到开放系统控制系统性的研究量子控制:第一章:简单介绍量子计算与量子模拟的背景、基本概念以及液态NMR量子计算的基本原理。第二章:着重介绍固态NMR的基本原理,包括动力学方程、相互作用的哈密顿量、弛豫理论、平均哈密顿量理论和常见的操控技术。第三章.:利用平均哈密顿理论对选择性脉冲线路中出现的误差进行综合分析,提出调整脉冲参数的有效校正规则,对选择性脉冲的照射频率、旋转角度和发射相位调整,以提高控制的保真度。数值仿真结果表明,对于给定量子线路采用我们的编译过程可以大大减少误差累积。第四章:利用平均哈密顿量理论,分析了一般的多脉冲序列,第一次理论上推导出同核固态核磁共振体系中多脉冲序列平均哈密顿量的可达集,并发展了一套通用的获得可达集中任意平均哈密顿量的多脉冲序列设计方法。利用这一方法进一步分析了基于固态回波的同核去耦脉冲序列,并设计出了一类新的同核去耦脉冲序列。新的同核去耦脉冲序列在有效消除同核偶极-偶极耦合的同时,能保持平均哈密顿量沿z方向（所谓z旋转）,化学位移窄缩因子能通过有限宽度脉冲的激发翻转角度而改变。新脉冲序列的特点和性能在15N标记的乙酰-戊氨酸（15N-acetyl-valine）晶体样品上得到了很好的实验验证。该工作为在复杂的量子系统进行相干控制提供了基础。第五章:通过分析固态NMR中交叉弛豫对极化度的影响,设计并实验实现了基于瞬态核奥弗豪泽效应（Nuclear Overhauser Effect,NOE）提高极化度的新型瞬态NOE序列和脉冲NOE序列。先从描述I-S体系自旋晶格弛豫过程的Solomon方程组出发,解析得到overshoot现象出现的条件,给出最大极化度增强与交叉弛豫以及I和S核的初始值的关系,最后设计出与交叉弛豫相关的极化度提高的新脉冲NOE序列,并在实验进行了比较和验证,实验表明瞬态NOE方法在S核T1比较大时候较其他提高极化度方法在动态系统中更有效,脉冲NOE方法较稳态NOE消耗的平均功率要小。同时基于这一套理论,设计出了消除交叉弛豫影响的T1测量的脉冲序列。

关键词：固态核磁共振交叉弛豫量子控制同核去耦平均哈密顿量理论

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基于量子点和自旋链的量子信息处理

基于量子点和自旋链的量子信息处理

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作者：杨颂中国科学技术大学

学位级别：博士

量子信息科学是上个世纪90年代中期兴起的物理、数学、计算机科学和工程学相互交叉的新兴学科。随着科学技术的飞速发展,电子元器件的尺寸越来越小,但是摩尔定律所预言的增长速度在近十年将会遇到瓶颈,预计2020年元器件的尺寸将达到10... 详细信息

量子信息科学是上个世纪90年代中期兴起的物理、数学、计算机科学和工程学相互交叉的新兴学科。随着科学技术的飞速发展,电子元器件的尺寸越来越小,但是摩尔定律所预言的增长速度在近十年将会遇到瓶颈,预计2020年元器件的尺寸将达到10几纳米的量级,这时一直以来统治经典信息世界的传统的经典力学将面临失效。当电子和原子产生的量子效应起到主导作用时,我们必须采用新的物理原理,如量子力学来进行描述。借助于量子力学的假设,量子信息有一些新特性,如量子态的线性叠加性和纠缠特性,它们在实现信息的计算、传输和存储等方面会优于经典信息。由于量子态的线性叠加性的存在,量子计算可以实现并行处理,大大提高运算速度,同时禁止了任意量子态被克隆的可能性,确保了量子密码的安全。由于纠缠特性的存在,可以完成隐形传态,密集编码以及远程量子态制备。量子信息科学有很多的优点,人们希望利用这些优点制造出功能强大的量子计算机,但是在迈向实际应用的进程中存在很多困难。比如,量子信息处理在光学系统、离子阱、量子点、超导电路等量子系统中有很大的发展,实验上可以实现对几个量子比特的操作,但是我们不知道到底在什么样的物理体系中可以实现包含成百上千个量子比特的量子计算机。这主要是量子比特与外界环境的耦合作用破坏了量子相干性和纠缠,当量子比特数目增多时,量子耗散越来越严重,无法完成量子操作。在这篇论文中,我们围绕基于量子点和自旋链的量子信息处理的若干问题展开研究,主要讨论了如何在量子点系统中制备多比特相位门、实现两体稳态纠缠,以及自旋链中的量子态传输的物理实现,并着重分析这些过程中存在的耗散对量子计算和量子态传输的影响。对于量子耗散,可以设计耗散辅助的方案来实现态制备,或者采取动力学退耦合脉冲序列来抑制体系中的耗散。具体地： 1.制备基于量子点系统的三比特相位门原理上,实现单比特旋转和两比特非局域门,就可以完成普适的量子计算。但是为了简化量子计算机的电路,研究多比特非局域门是相当重要的。利用量子点系统中天生的库仑相互作用,可以在激光的作用下一步实现三比特受控相位门。这个方案要求三个耦合的量子点具有相同的能级结构,并且每个量子点被注入一个外加电子,量子比特编码在量子点的外加电子自旋上。这个方案的优点有：(1)全光学控制；(2)无需对单个量子点独立寻址。我们考虑了位型、自发辐射和声子对方案的影响。我们发现温度和量子点阵列的位型是影响三比特相位门的保真度的主要因素,并且最佳的量子点位型是选择激光与线性排布量子点的低能级的单激子态共振。研究多量子比特排列的位型对量子计算的影响,为未来实现基于量子点的多比特量子计算提供了工艺和实验条件的理论指导,为未来的复杂的集成运算提供了参考。 2.耗散辅助下量子点系统中的稳态纠缠的制备方案一般来说,环境噪声是量子计算和量子通信的头号大敌,它破坏量子纠缠和量子操作的相干性。但是通过对量子系统的相干控制和量子噪声通道的精心选择,可以把耗散转化成一种资源。在这个工作中,我们利用光学泵浦的方法,在耗散的帮助下,系统经过一段时间演化到系统的暗态上,如果这个暗态是纠缠态,那么我们就实现了稳态纠缠的制备。这个方案的优点是：(1)无需初始化,因为这个方案可以同时完成初始化和纠缠制备；(2)产生确定性的纠缠,纠缠不需要通过测量手段生成；(3)生成的纠缠是稳定的态,不需要在实验中精确控制激光和量子点的耦合时间。我们也考虑了声子和电子隧穿对方案的影响,发现最重要的耗散是由InAs/GaAs量子点中的形变声子引起的。 3.无序噪声对基于量子点阵列的量子态传输的影晌我们分析基于量子点系统的量子态传输。量子点系统的电子自旋会受到周围体材料的核自旋的影响,引起超精细相互作用,对量子态传输有很大的破坏性。超精细相互作用可以用一个三维的有效磁场来模拟,但是当我们考虑对任意单比特纯态的量子态传输的平均保真度时,我们可以把超精细相互作用看做个静态的无序噪声,并且这个噪声使得系统的激子数守恒性遭到破坏,我们必须分析全Hilbert空间。同时,我们分析了量子点内由于量子势垒的控制引入的交换相互作用涨落,这是一个依赖于时间的1/f噪声。我们发现超精细相互作用对量子态传输的破坏是主要的。 4.提出一种基于强关联系统的新型态传输方案自旋链基于自旋之间的相互作用,可以作为一种天然的在原子量级的量子态传输信道。传统的量子态传输方案是将载有已知或未知的量子态信息的粒子外接入量子信道,借助动力学演化将信息传到信道的另一端。在这种态传输中,起作用的不是固有的纠缠,而是基态的对称性和系统的哈密顿量。在具有短程纠缠的强关联系统中,系统自身不能够直接传递一个未知态,或者远程制备一个已知态,或者实现密集编码。但是我们发现利用动

关键词：量子点稳态纠缠量子态传输动力学退耦合

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双场协议的实际安全性分析

双场协议的实际安全性分析

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作者：王瑞强中国科学技术大学

学位级别：博士

随着科技快速发展,保密通信变得越来越重要。现代密码系统基于计算复杂度确保信息的安全传输。然而近年来量子算法的出现以及量子计算机的研究给现代密码体系的安全性带来了严重威胁。借助于量子物理原理,研究者们提出了量子密钥分发。... 详细信息

随着科技快速发展,保密通信变得越来越重要。现代密码系统基于计算复杂度确保信息的安全传输。然而近年来量子算法的出现以及量子计算机的研究给现代密码体系的安全性带来了严重威胁。借助于量子物理原理,研究者们提出了量子密钥分发。量子密钥分发的安全性是基于量子力学的基本原理而非计算复杂度,因而具有信息论意义上的可证明安全性。通过与一次一密加密系统相结合,可以使通信双方进行保密通信。为了提升量子密钥分发的性能,学者们提出了多种量子密钥分发协议,在这些协议中双场协议尤为引人注目。双场协议依靠单光子干涉来成码,因而可以打破线性界并具有更长的有效通信距离。尽管双场协议的特性已被实验验证,但是对于双场协议实际安全性分析研究仍不完善,比如,如何改进已有的双场协议有限长理论?如何对双场协议的后处理进行优化?如何对离散相位随机化双场协议进行有限长安全性证明?本文总结了在双场协议的实际安全性分析中的研究成果,具体内容如下:1.提出改进的无相位后选择双场协议有限长分析理论。针对原有的有限长分析理论中的算符不等式对信息泄露估计量估计不紧致的问题,提出改进的算符不等式结合集中不等式给出了关于协议相位错误发生次数的更紧致的估计进而提升了协议在有限长情况下的的安全密钥率,改进的有限长分析理论适用于具有更多诱骗态的无相位后选择双场协议。2.使用算符不等式对四相位双场协议进行了有限长安全性分析。结合纠缠等价协议,使用算符不等式得出了有限长情况下协议相位错误发生次数的紧致的估计值,并对实际量子密钥分发系统中协议的密钥率进行了计算.计算结果证明了四相位双场协议在有限长情况下仍具有通信距离长的优势。3.提出离散相位随机化双场协议的有限长安全性证明理论。针对量子密钥分发系统中制备的相干态为离散相位随机化而非连续相位随机化的问题,通过构建纠缠等价协议,得出了该协议的相位错误发生次数的解析表达式。此外提出新的数学引理,并应用该引理推导出了该协议中相位发生次数上界的解析表达式,给出了协议的密钥率公式。并在协议中离散相位个数为八的情况下对协议的密钥率进行了计算。计算结果表明使用该引理可以在有限长情况下获得仍可以较高的密钥率。此外,该引理可以应用于离散相位情况下其他协议的有限长安全性证明。4.对双场协议的后处理进行了优化。将优势提取后处理方法应用于相位匹配协议中,提升了相位匹配协议的密钥率以及协议的通信距离。将优势提取方法与主动奇校验配对(AOPP)后处理方法结合并应用于发或不发双场协议中,提升了该协议的通信距离和密钥率。

关键词：量子信息量子密码双场量子密钥分发协议有限码长效应优势提取

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基于光子系统的量子测量与量子相干性实验研究

基于光子系统的量子测量与量子相干性实验研究

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作者：袁媛中国科学技术大学

学位级别：博士

由量子物理与信息技术结合而发展起来的量子信息技术引领了科技革命的新方向,以量子通信、量子计算、量子密码、量子精密测量等为代表的新技术具有经典技术无法比拟的优势,引起了科学家们的高度关注。量子测量则是实现这些量子技术与量... 详细信息

由量子物理与信息技术结合而发展起来的量子信息技术引领了科技革命的新方向,以量子通信、量子计算、量子密码、量子精密测量等为代表的新技术具有经典技术无法比拟的优势,引起了科学家们的高度关注。量子测量则是实现这些量子技术与量子任务中所必需的,也是连接经典世界与量子世界的关键,设计测量获取我们想要的信息,以及设计最优的测量获取更多的信息一直是我们所追求的。通过测量现在的系统追溯系统过去的信息在量子通信与量子密码中有广泛应用,因此研究不同的测量对过去信息提取的影响有重要意义。与量子测量相关的一个量子力学重要原理是不确定原理,两个不对易的可观测量不能同时被精确测量,测量精度存在一个固有限制,研究测量精度固有的限制对测量过程也具有理论指导意义。不仅量子测量在量子系统中扮演重要的角色,量子相干性也是量子系统一个最基本的显著特征,描述了量子态的叠加特性。作为量子系统基本的性质与重要资源,对其严格的量化和有效估计尤为重要。到目前为止,已经有各种各样的相干性度量提出来,关于相干性估计,一种可能的方法就是态层析,然而估计相干性并不需要知道量子态的所有信息,所以态层析的方法会有冗余信息,其他也有一些实验上估计相干性的方法,但这些方法都需要繁琐的优化过程与反馈,所以实验上高效地估计相干性依然是个挑战。此外,作为量子系统的一种基本性质,量子相干性在波粒二象性的研究中也有重要意义,相干性是干涉现象的基础与核心,因此用量化的相干性描述粒子的波动性,这将给波粒二象性的研究提供一个新视角。本论文围绕上述问题,进行了以下研究:1.我们实验上通过测量光子的末态追溯了光子经过双重干涉仪的轨迹问题。当光子经过双重干涉仪时,为了确定光子从哪个路径上通过,我们执行一系列POVM测量,因此通过测量光子的末态追溯的一系列测量结果可以认为是光子的轨迹。我们通过在光子的末态上执行不同的测量获取了部分轨迹信息和全部轨迹信息。此外,我们也观测了不同的POVM测量对轨迹信息提取的影响。2.不确定原理是与量子测量相关的一个量子力学重要原理,描述了不对易可观测量的测量精度存在一个固有的限制。我们实验上探究了在高维系统下的两个可观测量和多个可观测量的受控不确定关系,分析了直积受控不确定关系与直和受控不确定关系的区别。实验结果显示选择不同的非负Schur凹函数作为不确定性度量,两种受控不确定关系有各自的优势。3.我们提出了一个普适的方法,即用两拷贝集体测量直接测量未知量子态的相干性。我们将这个方法应用到单比特态和qutrit态,模拟了此方法的性能,比较了集体测量的方法和其他估计相干性方法的精度,发现集体测量的方法在很大参数范围内导致更高的精度。此外,我们在单比特情形下实验验证了集体测量的方法。4.作为量子系统的基本特性,相干性在波粒二象性研究中也扮演了重要角色。我们首次实验上验证了基于两种不同相干性度量的波粒二象性关系。用量化的l1 norm相干性和相对熵相干性度量波动性,用路径信息来度量粒子性。这个工作不仅加深了人们对量子相干性的理解,也给波粒二象性的研究提供一个新视角。

关键词：量子测量集体测量量子不确定关系量子相干性

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