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微波学报 2018年第1期34卷 36-41页

作者：杨颖朱秋明陈小敏李伟东陈应兵南京航空航天大学江苏省物联网与控制技术重点实验室南京211100 英国赫瑞瓦特大学工程与物理科学学院爱丁堡EH144AS英国中国电子科技集团公司第四十一研究所青岛233006

提出一种三维移动-移动场景的非平稳多输入多输出（multi-input multi-output,MIMO）信道模型,该模型改进了不同信道状态之间衰落相位的连续性,可保证输出多普勒频移的正确性。同时,针对该新模型研究了非平稳衰落特性引起的时变空时相关... 详细信息

提出一种三维移动-移动场景的非平稳多输入多输出（multi-input multi-output,MIMO）信道模型,该模型改进了不同信道状态之间衰落相位的连续性,可保证输出多普勒频移的正确性。同时,针对该新模型研究了非平稳衰落特性引起的时变空时相关性,并针对收发端信号角度谱服从通用Von Mises Fisher（VMF）分布情况,详细推导了归一化空域互相关函数和时域自相关函数的表达式。最后,针对低速和高速移动两种场景的仿真结果表明,获得的理论结果与数值仿真具有很好的拟合度,但能极大地减低计算复杂性,进而有效提高了分析和仿真复杂动态场景下MIMO通信系统的效率。

关键词：非平稳信道多输入多输出信道移动-移动场景空时相关性

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利用周期性泵浦耗散制备里德堡原子最大纠缠态

利用周期性泵浦耗散制备里德堡原子最大纠缠态

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作者：刘斐东北师范大学

学位级别：硕士

二十世纪初,量子力学的出现标志着世界开始从经典物理学向量子物理学过渡,随着科学技术的蓬勃发展,量子物理也延伸出了许多分支学科,例如量子光学、量子场论、量子信息等。有关量子领域的许多概念也吸引了人们广泛的兴趣,例如纠缠态,它... 详细信息

二十世纪初,量子力学的出现标志着世界开始从经典物理学向量子物理学过渡,随着科学技术的蓬勃发展,量子物理也延伸出了许多分支学科,例如量子光学、量子场论、量子信息等。有关量子领域的许多概念也吸引了人们广泛的兴趣,例如纠缠态,它在量子计算、量子隐形传态、量子通信和量子密钥分发中发挥着非常重要的作用,在未来也有着非常好的发展潜力。本文研究的是有关在开放量子系统中如何确定性的制备两原子的最大纠缠态。由于现实中不存在完全封闭的量子系统,因此我们将幺正动力学与耗散相结合,使它们共同成为制备纠缠态的有用资源,具体内容如下:首先,我们简要介绍了在过去几年里分别通过幺正动力学和耗散动力学制备量子纠缠态的几种方案,并且为了选取本文工作中制备纠缠态的载体,我们调研了里德堡原子与其他物理系统相比,具有在空间上易于排列、能级寿命长、里德堡长程强相互作用等优良的特性,决定选择以此作为操作对象。其次,我们发现在之前科研者提出的基于连续驱动非传统里德堡泵浦结合耗散的方案中,虽然能够制备双原子的二维与三维纠缠态,但其中的各物理参数之间存在着相互制约的关系,并且耗散也非常小,这就使得制备时间比较长。最后,为解决连续驱动机制下的不良之处,我们提出了自己的方案,将连续驱动方案中涉及到的相干泵浦和耗散动力学过程分成三部分构成一个循环,第一部分是由非传统里德堡泵浦提供的从原子基态到激发态的单光子跃迁过程;第二部分通过引入外部经典场耦合里德堡态与寿命较短的光学态,加速从里德堡态向基态的自发辐射速率;第三部分通过基态之间的微波耦合来调节原子的布居,经过多次循环后最终可实现高保真度的双原子二维与三维最大纠缠态。本文创新之处:与连续驱动方案相比,由于经典场、受控耗散、微波场三个过程分别独立进行,参数之间不会相互制约。因此只要在实验允许的范围内,可将每个过程中的参数任意调大,从而能够极大缩减制备纠缠态所需的时间。我们还从数值模拟中发现周期调制方案下纠缠态保真度的鲁棒性很强,当引入高斯波形的脉冲替换矩形脉冲时,可进一步提升在时间误差下保真度的鲁棒性。

关键词：周期调制连续驱动里德堡原子非传统里德堡泵浦受控耗散

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全球量子保密通信网络发展研究

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计算机科学与应用 2018年第10期8卷 1628-1641页

作者：陈非凡胡鑫煜赵英浩胡勇战闫争争李宏欣中国人民解放军战略支援部队信息工程大学河南洛阳郑州审计中心河南郑州密码科学技术国家重点实验室北京

随着国际互联网技术的普及和量子信息技术的飞速发展,量子保密通信网络建设受到了广泛关注,发展量子保密通信技术的战略意义越来越重要。本文对近十年来美国、欧盟、日本和中国等全球主要量子研发国家和地区的量子保密通信网络发展建设... 详细信息

随着国际互联网技术的普及和量子信息技术的飞速发展,量子保密通信网络建设受到了广泛关注,发展量子保密通信技术的战略意义越来越重要。本文对近十年来美国、欧盟、日本和中国等全球主要量子研发国家和地区的量子保密通信网络发展建设情况进行详细的介绍和分析,研究对比了典型量子保密通信网络建设采用的关键技术,总结和展望了未来量子保密通信网络的发展趋势和特点。

关键词：量子密码量子保密通信量子通信网络量子密钥分发

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外场对InPBi量子阱中激子结合能的影响

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量子电子学报 2017年第1期34卷 117-122页

作者：陈丽王海龙陈莎李正李士玲龚谦曲阜师范大学物理工程学院山东曲阜273165 中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室上海200050

在有效质量近似下运用变分法计算了InAlAs/InPBi/InAlAs量子阱中的激子结合能随阱宽、Al组分、Bi组分的变化情况,分析了外加电场和磁场对激子结合能的影响。结果表明:激子结合能随阱宽增大呈现先增大后减小的趋势;随Al、Bi组分的增大,... 详细信息

在有效质量近似下运用变分法计算了InAlAs/InPBi/InAlAs量子阱中的激子结合能随阱宽、Al组分、Bi组分的变化情况,分析了外加电场和磁场对激子结合能的影响。结果表明:激子结合能随阱宽增大呈现先增大后减小的趋势;随Al、Bi组分的增大,激子结合能也逐渐增大;外加电场较小时对激子结合能的影响很小,外加电场较大时破坏了激子效应;激子结合能随外加磁场增大呈现单调增大的趋势。计算结果对InAlAs/InPBi/InAlAs量子阱在光电子器件方面的应用有一定指导意义。

关键词：光电子学激子结合能变分法 InAlAs/InPBi/InAlAs量子阱电场磁场

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Ⅲ-N半导体光电探测器的载流子输运和材料生长研究

Ⅲ-N半导体光电探测器的载流子输运和材料生长研究

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作者：杨浩军中国科学院大学(中国科学院物理研究所)

学位级别：博士

基于Ⅲ-N化合物材料的光电探测器在光通信、烟雾报警、生物化学物质检测等方面有着广泛的应用潜力。近年来,Ⅲ-N化合物光电探测器取得了巨大的发展,但也还面临着许多问题。到目前为止,基于AlGaN的紫外探测器还无法实现商业化,主要原因... 详细信息

基于Ⅲ-N化合物材料的光电探测器在光通信、烟雾报警、生物化学物质检测等方面有着广泛的应用潜力。近年来,Ⅲ-N化合物光电探测器取得了巨大的发展,但也还面临着许多问题。到目前为止,基于AlGaN的紫外探测器还无法实现商业化,主要原因之一是很难获得高质量的高Al组分材料,因而限制了器件性能的进一步提高。本论文以探索提高Ⅲ-N化合物光电探测器性能的方法为出发点:一方面,以现有材料为基础,从探测器光电转换的基本物理过程入手,研究了P-i-N量子阱结构在共振激发模式下的光吸收及载流子输运问题,为量子阱探测器提供了理论依据;另一方面,从改善材料的晶体质量入手,提出一种半面进气(spatial separated source delivery:SSSD)生长模式,用以获得高质量的高Al组分材料,为AlGaN探测器性能的提高提供了材料上的保障。本工作的主要内容分为以下两个方面:1)P-N结量子阱中载流子输运性质的研究。将量子阱引入P-i-N结构之中,并与N-i-N结构进行对比,研究了在共振激发模式下P-i-N量子阱中载流子的输运问题。研究表明:即使入射光子能量小于量子垒带隙宽度,P-iN结构在短接或反向偏压下,量子阱中产生的光生载流子大部分从阱中逃逸,而不是弛豫到基态进行复合发光。而对N-i-N结构施加偏压,却只能使少部分光生载流子从阱中逃逸,达不到与P-i-N短接相类似的效果。同时,计算表明P-i-N结构中量子阱材料的光吸收也得到了加强。因而,P-N结在载流子从量子阱逃逸的过程中起到了一种特殊的作用,加强了光的吸收和载流子的提取作用。这为将量子阱应用于P-i-N型探测器中来提高器件性能提供了理论基础。2)针对传统进气模式在制备AlGaN材料上遇到的问题,提出一种半面进气模式。通过对反应室流量法兰和源输运管路的精心设计,使得不同反应源在反应室中空间分离。该进气模式可以减少不同反应源在气相中的接触,使得气相反应从传统进气模式中的混合反应转变为气相中的热分解反应和固相界面的合成反应,从而有效的抑制了预反应的发生。通过系统地研究半面进气模式对AlGaN材料体系生长的影响后发现:对于Ga N的生长,半面进气模式可以提高其生长速率和源的利用率;而对于AlGaN材料来说,半面进气模式不仅可以改善材料的晶体质量,还能大幅提高材料中的Al组分。最后,通过优化生长参数,获得了电学均匀性良好、高质量的高Al组分材料。这为AlGaN探测器性能的提高,提供了材料上的保障。

关键词：量子阱探测器半面进气MOCVD技术 AlGaN材料

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Cd_(1-x)Mn_xTe/CdTe量子阱中电子-LO声子散射率

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量子电子学报 2017年第1期34卷 94-98页

作者：陈莎王海龙陈丽李正龚谦曲阜师范大学物理工程学院山东曲阜273165 中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室上海200050

基于费米黄金法则,理论计算了Cd_(1-x)Mn_xTe/CdTe量子阱中第一激发态到基态的电子-LO声子的散射率,讨论了平均散射率随阱宽、温度及Mn组分的变化规律。结果表明:电子-LO声子的散射率随总初态能的增大逐渐减小;散射率和平均散射率随阱... 详细信息

基于费米黄金法则,理论计算了Cd_(1-x)Mn_xTe/CdTe量子阱中第一激发态到基态的电子-LO声子的散射率,讨论了平均散射率随阱宽、温度及Mn组分的变化规律。结果表明:电子-LO声子的散射率随总初态能的增大逐渐减小;散射率和平均散射率随阱宽增大先增加后减小,最大值出现在20 nm阱宽附近,当阱宽大于等于20 nm时散射会发生"中断";散射率和平均散射率随温度的增加逐渐增大,温度较低时平均散射率的变化不明显,温度较高时变化显著;量子阱中电子-LO声子的平均散射率随Mn组分的增大逐渐减小。

关键词：光电子学散射率费米黄金法则 Cd1-xMnxTe/CdTe量子阱声子

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原子微波测量技术

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时间频率学报 2018年第3期41卷 171-178页

作者：孙富宇马杰侯冬黄显核电子科技大学自动化工程学院时频测量与控制研究中心成都611731 中国科学院国家授时中心西安710600 中国科学院时间频率基准重点实验室西安710600

近年来,基于原子精密谱的微波测量引起了极大关注,由此诞生了原子微波电场计、原子微波磁场计和原子微波功率标准等。原子微波探测技术是一种本质上的新技术,它把微波场强通过基本物理常量与拉比频率直接联系起来,进而实现电磁量的国际... 详细信息

近年来,基于原子精密谱的微波测量引起了极大关注,由此诞生了原子微波电场计、原子微波磁场计和原子微波功率标准等。原子微波探测技术是一种本质上的新技术,它把微波场强通过基本物理常量与拉比频率直接联系起来,进而实现电磁量的国际单位制溯源。这种新型微波测量技术的最大优势在于不需要校准,且其理论测量准确度远高于传统电子微波测量技术。主要综述了基于不同量子理论的微波场测量技术的基本原理、测量方法和研究现状,并简要地讨论了其未来发展方向。

关键词：原子微波测量拉比频率微波电场计微波磁场计

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基于核自旋实现海森堡自旋模型的量子模拟研究

基于核自旋实现海森堡自旋模型的量子模拟研究

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作者：周辉中国科学技术大学

学位级别：博士

随着量子系统尺度的增加,经典计算机需要消耗指数增加的资源才能实现对量子系统的精确模拟。针对这一问题,费曼等人创造性地提出了量子模拟的概念,之后量子模拟一直就是量子信息领域的研究热点之一。通过量子模拟可以帮助我们洞察量子... 详细信息

随着量子系统尺度的增加,经典计算机需要消耗指数增加的资源才能实现对量子系统的精确模拟。针对这一问题,费曼等人创造性地提出了量子模拟的概念,之后量子模拟一直就是量子信息领域的研究热点之一。通过量子模拟可以帮助我们洞察量子现象的本质、处理经典计算机不能有效解决、或者实验实现起来比较困难的问题。目前量子模拟的应用已经深入渗透到信息、能源、材料、化工、生物等多个领域。由于具有较长的退相干时间以及成熟的操控技术,核磁共振成为最早被用来进行量子模拟的物理体系之一。本人在博士期间主要围绕“基于核自旋实现海森堡自旋模型的量子模拟研究”这一课题开展工作。海森堡自旋模型作为量子信息和凝聚态物理领域重要的研究模型,围绕其进行量子模拟方面的研究是非常有意义的,本论文主要包括以下内容：第一章阐述了量子计算机兴起的背景,以及量子计算机在量子模拟领域的巨大应用,并介绍了实现量子计算与量子模拟的不同物理体系以及应用前景。第二章介绍了核磁共振的基本原理以及如何完成量子计算与量子模拟任务。第三章介绍了在伊辛模型中如何利用全局控制方法制备量子纠缠态。在量子信息领域中,信息的存储,操作和读出都需要对量子态进行操作。借助于独特的量子关联特性,量子纠缠在量子计算,量子远程通信,量子密码学等领域都有着至关重要的作用,因此说研究纠缠态的制备有着很大的现实意义。在系统尺度增大时,通过单自旋操控来制备纠缠态是一件困难的事情,因此我们尝试把系统作为一个整体进行控制,即全局控制方法制备量子纠缠态。实验中,我们用核磁共振模拟器模拟了一个3自旋的伊辛系统,并成功制备了两种常见的纠缠态：W态和GHZ态,这种方法为制备量子纠缠态提供了新的思路。第四章介绍了利用核磁共振模拟器如何在实验中观测了XY模型基态几何相位。几何相与量子相变都是物理学领域的一个非常重要的研究方向,它们之间有着密切的关联。我们设计了一个绝热周期演化路径来产生几何相,在实验上成功地观测到系统的几何相,发现产生的几何相在系统的量子相变处会发生突变,这加深了我们对于几何相位和量子相变关系的理解。第五章介绍了利用核磁共振模拟器如何探测铁磁伊辛系统中的李杨零点。李杨零点完全决定了系统自由能的解析性质,对于研究多体系统的相变有着重要意义。然而由于本身是非物理实在的,直接观测李杨零点是非常困难。引入一个与系统耦合的探测自旋,此时该探测比特量子相干的零点和该系统李-杨零点存在一一对应的关系,我们可以通过探测自旋观测到被探测系统的李杨零点。在实验上,我们成功模拟了9个自旋伊辛系统,第一次成功观测到李杨零点,并研究了该系统的热力学性质。我们的实验对于研究参数复数域内的其他物理现象提供了一种新的思路和实验的可能性。第六章是总结和展望。

关键词：量子模拟核磁共振海森堡模型量子控制几何相李-杨零点

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基于高保真度多光子纠缠源的量子关联实验研究

基于高保真度多光子纠缠源的量子关联实验研究

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作者：张超中国科学技术大学

学位级别：博士

对量子关联的研究一直是量子信息物理学的核心问题,其不仅有助于我们对量子理论的理解,而且量子关联也是实现量子信息方案的核心资源。比如量子纠缠是量子通信和量子计算的核心资源,量子非局域性是仪器无关量子信息方案的必要资源,量子... 详细信息

对量子关联的研究一直是量子信息物理学的核心问题,其不仅有助于我们对量子理论的理解,而且量子关联也是实现量子信息方案的核心资源。比如量子纠缠是量子通信和量子计算的核心资源,量子非局域性是仪器无关量子信息方案的必要资源,量子相干性是量子精密测量的核心资源等。如今对两体系统的量子关联研究已经很成熟,然而对多体系统的量子关联还有很多问题没有搞清楚。对低量子位系统的量子模拟以及量子关联的研究,线性光学系统无疑是最便捷最成熟的实验平台。本文的主要内容包括：1.设计并实现了一种“三明治”型纠缠光子源,这种新型纠缠源具有更高的亮度和符合效率,利用该纠缠源我们制备出了高保真度的六光子GHZ态（88.4%）,并首次验证了六光子GHZ类型的非局域性,刷新了实验中非局域光子个数的记录。此外我们还提出了多体GHZ悖论的普适构造方法。2.对原有制备四光子线性簇态的方案进行了改进,大幅度提高了态制备的成功几率,并在实验中对该方案进行了验证,此外我们的方案还可以扩展到制备任意长的簇态链。3.实验验证了两类三粒子纠缠态在信号不可超光速框架下的真多体非局域性。在二值输入二值输出的情况下,这两类态均很难展示出Svetlichny定义的真多体非局域性。因此从资源角度讲,新定义的真多体非局域性适用范围更广。4.在量子相干性方面开展的两项工作：实验验证一种不需要量子态层析,通过对两份未知态拷贝做贝尔基测量便可得到其量子相干性下限的方案;实验验证了一类复合系统在遭受特定方向的马尔科夫噪声时其相干性仍然保持的现象。

关键词： “三明治”型纠缠源多光子纠缠量子非局域性线性簇态量子相干性

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基于自旋体系的量子关联的实验研究

基于自旋体系的量子关联的实验研究

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作者：金芳洲中国科学技术大学

学位级别：博士

量子系统中的最显著的非经典特征之一是存在非定域性,即没有经典对应的关联。近几十年来,量子信息理论中的核心问题便是研究怎么量化系统中关联的经典和量子部分,以及应用这种关联发展超越经典情形的技术。在以往关联的度量方式中,量子... 详细信息

量子系统中的最显著的非经典特征之一是存在非定域性,即没有经典对应的关联。近几十年来,量子信息理论中的核心问题便是研究怎么量化系统中关联的经典和量子部分,以及应用这种关联发展超越经典情形的技术。在以往关联的度量方式中,量子纠缠应用的最为广泛。然而,存在一些非纠缠的量子态仍可以表现出非定域行为,因此,量子纠缠并不能完整地刻画出系统中的非经典关联。量子失谐作为一种新的度量量子关联的方式,旨在度量系统中的所有量子关联（包括可分离态中的量子关联）,近些年来受到了广泛的关注和研究,并被演示作为一种量子资源来实现一些量子信息处理的任务,如DQC1量子算法、远程态制备、纠缠分发和量子度量学等。另一方面,自旋体系在量子计算和量子度量学中有很好的应用前景,实验研究自旋体系中的量子关联具有实际的意义。这篇博士论文便是基于自旋体系对量子关联进行实验研究。首先从量子力学的发展入手,介绍了量子力学中的概率性、不确定性及非定域性等几个非经典性质,引出量子关联的概念和定义。然后介绍自旋磁共振的实验体系,包括核磁共振、电子自旋共振和金刚石固态单自旋体系。第三章介绍在开放量子体系中量子关联动力学的实验,对量子失谐动力学的实验研究且用动力学去耦的方式对其加以保护,这对在真实噪声环境中应用量子失谐做量子信息处理有着重要的意义。紧接着,在第四章介绍量子关联用于刻画敝Z模型的能级交错点,研究表明在没有纠缠的情况下,量子关联可以刻画两量子比特XXZ模型中的能级交错点。在第五章中,介绍非惯性系中量子关联的变化行为,以及用核磁共振的方法实现对此过程的量子模拟,并揭示了量子关联在Unruh效应下可以从经典关联态中产生。第六章介绍最近的一项实验工作,在金刚石中单电子自旋态上对玻恩规则的实验检验,得到的结果在误差范围内与玻恩规则预测一致。

关键词：量子信息量子关联量子失谐自旋磁共振

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