检索结果-内蒙古大学图书馆

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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量子通信若干理论研究

量子通信若干理论研究

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作者：富尧中国科学技术大学

学位级别：博士

随着量子力学的深入发展,在二十世纪八十年代产生了一门新兴的交叉学科——量子信息学,它是量子理论与经典信息论相结合的产物。态叠加原理和不确定性关系是量子力学的基本公设,也是量子信息学的重要资源和安全基石。量子信息学主要包... 详细信息

随着量子力学的深入发展,在二十世纪八十年代产生了一门新兴的交叉学科——量子信息学,它是量子理论与经典信息论相结合的产物。态叠加原理和不确定性关系是量子力学的基本公设,也是量子信息学的重要资源和安全基石。量子信息学主要包括量子计算与量子通信。量子计算是当前的研究热点,它利用量子态相干叠加原理可以实现指数级增长的计算能力。利用不确定性关系可以确保量子态在执行量子通信的任务时能够抵御攻击者的各种干扰,从而以量子的方式实现了无条件安全的通信任务。多粒子的量子态叠加形成的量子纠缠是量子计算与量子通信重要且不可缺少的资源。量子纠缠被爱因斯坦称为鬼魅般的超距作用,基于量子纠缠的贝尔不等式是检验量子力学是否完备的最重要基础理论。从量子纠缠扩展开来的各种量子关联(量子引导关联quantum steering、量子失协quantum discord)是量子力学的基本物理理论与性质,他们将分别在不同的量子任务中起到核心的作用。1964年,从Bell推导出第一个不等式,把关于量子力学完备性的争论从抽象理论诠释变为实际的实验检验开始,各种各样形式的贝尔不等式层出不穷地出现,其中包括离散变量类型、连续变量类型、熵类型等。从1982年Aspect完成第一个贝尔不等式的实验检验至今,已经有上百个实验检验各种各样的不等式,但是源于这些实验很难将效率漏洞、局域漏洞和随机漏洞同时关闭,直到2015年初都没有一个实验能够明确肯定量子力学表述是完备的。基于计算复杂度的经典通信任务即加解密(密钥分发)、数字签名、秘密共享、密码会议(多方加解密)等在后量子时代面临着重大的安全挑战。于是,基于量子力学基本原理的各种量子通信任务应运而生,但是到目前为止只有加解密的量子版本——量子密钥分发进入了实际应用的阶段,其他通信任务都还仅限于一些理论方案和原理型演示实验,其主要原因在于,量子密钥分发属于两个参与方的通信任务,较为简单,然而量子数字签名、量子秘密共享、量子密码会议等属于多个参与方的多方量子通信任务。在经典密码学通信任务中,加解密、数字签名和秘密共享这三类是最基本和应用最广泛的任务,因此,发展像量子密钥分发一样具有实用化前景的量子数字签名和量子秘密共享协议成为了量子通信领域的研究热点和难点。本论文作者在博士期间的主要工作包括无漏洞的量子力学基本问题检验理论、具有实用化前景的量子秘密共享理论、具有实用化前景的量子密码会议理论以及具有实用化前景的量子数字签名理论等。在量子力学基本问题检验方面,我们提出了一个基于熵的贝尔不等式,利用双模压缩真空态形成的连续变量系统作为纠缠源,结合粗粒化技术检验局域实在论。连续变量纠缠源系统可以较为容易地关闭局域漏洞,同时,我们采用探测效率接近100%的零拍差分探测系统有望关闭效率漏洞,从而在当前技术条件下使一个无漏洞的熵贝尔不等式实验成为可能。在实用化量子秘密共享和量子密码会议理论方面,我们提出使用后选择GHZ纠缠态结合诱骗态的方案,利用简单量子态制备和投影符合测量实现了百公里量级的量子秘密共享和量子密码会议的理论方案。我们克服了以前理论方案的苛刻条件,即需要制备高度纠缠的多粒子GHZ纠缠态同时进行远距离的高保真纠缠分发。我们利用纠缠纯化思想结合量子纠错码技术证明了该理论方案的无条件安全性,并得到了现实条件下随距离变化的安全秘密共享和安全密码会议的成码率。在该协议中,我们使用纠缠交换思想实现了抵御针对探测器方面的所有攻击,实现了现实条件下的高安全性方案。在实用化量子数字签名理论方面,我们提出使用非正交态编码的四态和六态的量子数字签名协议首次成功实现了在不安全量子信道中实现安全的数字签名。利用诱骗态理论,泊松分布的激光源作为量子态同样可以实现安全的量子数字签名。利用多份复制非正交编码量子态的纠缠纯化思想和量子纠错码技术证明了该协议可以抵御不安全量子信道中的伪造攻击。我们通过随机选样公开比对技术结合统计涨落分析方法,证明了该协议可以抵御抵赖攻击。

关键词：熵贝尔不等式多方量子通信量子秘密共享量子密码会议量子数字签名

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几类荧光蛋白的双光子吸收及分子光学信号的表面增强行为的理论研究

几类荧光蛋白的双光子吸收及分子光学信号的表面增强行为的理论研...

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作者：叶传香中国科学技术大学

学位级别：博士

光谱是用来特征物质与场的相互作用,特征物质的结构和动力学特性的重要手段。当物质受到电磁辐射的作用后,物质会对场产生一个响应,响应量随波长的变化关系就成了谱图。电磁辐射与物质存在许多不同的相互作用方式,由此产生了诸如吸收、... 详细信息

光谱是用来特征物质与场的相互作用,特征物质的结构和动力学特性的重要手段。当物质受到电磁辐射的作用后,物质会对场产生一个响应,响应量随波长的变化关系就成了谱图。电磁辐射与物质存在许多不同的相互作用方式,由此产生了诸如吸收、发射、反射和散射等光谱技术。不同的光谱技术适用于研究和检查不同的物质及过程。在现代化学中,光谱方法已经变成了确定分子结构及性质的主要工具。光谱图可以通过实验谱仪获得,也可以通过理论计算得到。但实验光谱并不能直接提供物质的结构及动力学信息。同时,热涨落和分子环境以及系统本身内在性质都会对光谱产生复杂的影响,单凭实验技术去分离和评估它们的作用是比较困难的。于是,人们将几种实验光谱技术结合起来同时引入光谱的理论计算来分析,通过理论与实验谱的比对,及参考在理论计算时产生的微观信息,人们可以更深入地理解实验光谱中所包含的物理结构、动力学信息和外部环境的作用效果。当今这种理论与实验相结合的方式正逐步成为最强大和可靠的方式。因为理论计算不仅可以支持和补充实验结果,确定目标分子的初、末结构,电-声耦合强度,预测分子性能：同时理论计算还可以分析和定量不同效应在给定分子/超分子系统的光谱性质中的贡献。出于这些原因,计算光谱正迅速变为标记实验谱和解释基本物理化学过程的基础工具。然而尽管用于分子光谱计算的理论早已建立,分子光谱的计算方法也取得了很大的进展,但一个强大的和用户界面友好的多频虚拟分子光谱计算工具并不存在。特别是将现代理论光谱方法用于计算当前科学及其技术感兴趣的分子和超分子体系的光谱时,人们面临更大的挑战。随着现代技术的发展,研究者需操纵越来越复杂的体系,如：生物分子,纳米材料,分子-界面复合体,以非共价键弱相互作用力键合起来的复杂有序、且有特定功能的分子聚集体等。传统的从头算量子化学方法和量子动力学方法都无法用来模拟这类复杂体系,其障碍在于计算时间随分子尺度成高阶幂地急剧增加。理论计算光谱的难度不仅仅是因为要计算分子基态或/和激发态几何结构、电子结构及动力学过程,同时还需要考虑分子所处的实际复杂环境,比如：溶液、蛋白质微环境,半导体及金属界面等。荧光蛋白的双光子吸收光谱在生物成像、在医学中作为生物标记和生物传感器、甚至在通讯领域都有着重要的应用。荧光蛋白已经被广泛应用于双光子激光扫描显微技术,这种显微镜的穿透深度更深,并且对样品细胞的损伤更小。因此,科学家们目前正进行大量的实验去寻找发光最亮和发光波长最长的荧光蛋白。但是,在高能实验中,常常会出现受激发射和散射等这样竞争的光学过程,所以很难在实验上测量绝对的双光子吸收截面：并且在生物学系统中,有着额外的校准困难,导致报道出来的绝对双光子吸收截面的测量值与真实值之间存在着显著的差异。因此从理论上去计算双光子吸收微分截面十分重要,理论计算可以帮助实验去描述微观的激发态动力学过程,帮助解释实验结果以及设计带有理想非线性光学性质的新型材料。分子与纳米粒子组成的杂化体系,已经常见于纳米器件、光伏太阳能电池及表面增强光学信号仪等,在这样的体系中分子或半导体的激子(exciton)与贵金属纳米粒子产生的等离子激元(plasmon)相互作用,从而产生许多新奇的现象,比如非线性的Fano效果,Rabi振荡等。等离子激发产生的表面偶极可以极大地增强吸附分子的光学信号,加强半导体或分子与纳米粒子间的能量传递,同时吸附在表面附近的分子也可以用来调控纳米粒子间Plasmon的传导行为。比如当今广泛应用的SERS技术,正是利用了贵金属纳米粒子的plasmon对吸附分子的光学信号有增强作用。对表面增强现象的机理理解,实验与理论学家已经达到共识,将其增强机理归为两类：一类是电磁场增强,一类是化学增强。目前,这种表面增强光学信号,已经广泛应用到了信号检测、分子识别和太阳能电池的制造等领域。但是由于分子-金属纳米粒子-光三体相互作用的复杂性,理论上始终没有找到一种unified方法能同时很好地描述各种增强机理,并能定量电磁加强与化学加强的贡献。当然相较于化学增强效果的描述,电磁增强效果的描述是相对容易的,因为人们已经发展了一系列计算有效的电动力学数值方法去计算表面局域,和联立求解含时密度泛函或含时Hartree-Fock理论和Maxwell方程的组合方法。对于化学增强效果的描述,理论上人们通常采用两种方法去处理,一种是人们假设分子吸附在一个小的金属团簇上,这样成熟的描述分子光谱的计算方法可以用于计算molecule-cluster的光谱,但小的金属团簇与真实的体系相差太远,其计算结果无法与实验测量进行比较；另外一种方式就是利用Anderson-News哈密顿量去描述发生于分子-金属纳米粒子的电荷转移,但后一种方法涉及与系统关联的经验参数。因此,发展适用于真实开放电子体系的第一性原理方法对生物技术与信号检查,能

关键词：荧光蛋白发色团单光子吸收双光子吸收电荷转移共振拉曼光谱干涉

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固态体系的消相干效应和量子调控

固态体系的消相干效应和量子调控

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作者：秦晓科中国科学技术大学

学位级别：博士

量子力学一百年来促进了科学技术的迅猛发展,随着量子计算和量子信息的理论探索和实验进展,量子系统展现出了巨大的潜力。由于相干性带来的并行性,其能力远超过经典计算机。但是实现量子计算和量子信息的要求是非常苛刻的,固态体系因为... 详细信息

量子力学一百年来促进了科学技术的迅猛发展,随着量子计算和量子信息的理论探索和实验进展,量子系统展现出了巨大的潜力。由于相干性带来的并行性,其能力远超过经典计算机。但是实现量子计算和量子信息的要求是非常苛刻的,固态体系因为具有可集成性和可调节性的优点,成为重要的物理平台,主要包括超导系统、量子点系统等。同时,控制参数的噪音和系统与外界环境的耦合,引起了系统的消相干。用于精确量子调控的Berry相位中几何退相位的出现,也破坏了几何相位的可观测性。而衡量量子系统性能最重要的指标便是在相干时间内能够进行多少个量子逻辑门操作。提高相干时间的方法有量子纠错码、消相干自由子空间、动力学去耦合等。本论文针对这些热点,主要围绕固态体系的消相干效应和量子调控展开,主要包括以下几个方面内容：1.简单介绍了量子计算和量子信息的基本单元量子比特和相应的逻辑门操作。总结了常见的量子计算机的物理实现平台,尤其以固态量子体系为重点,介绍了其量子化方法。对于开放量子系统,分别给出了马尔科夫主方程和非马尔科夫主方程的推导。本论文中还要用到几何相位的概念,这里主要阐述了Berry相位以及对其的推广。对于本文中用到的基础知识和相关背景我们进行了一定概括。2.固态体系电荷量子比特会在简并点(甜蜜点)处表现出最好的相干性质,但是最近在双量子点的实验中除了观测到甜蜜点之外,还在大偏置区实现了比甜蜜点更长的消相干时间。为了揭示其中的机制,我们将体系扩展到三能级,考虑其中一个量子点中的更高能级。利用自旋玻色模型描述体系与环境的相互作用,发现偏置较大时两个低能态位于同一个量子点中,能级弛豫和纯退相位都会消失。但是在甜蜜点,噪音算符与能量较低的两个态的子空间存在σx型耦合,引起了额外的弛豫过程,从而使此处的相干性质不如大偏置区。通过数值模拟相干控制过程,得到的计算结果和实验数据非常吻合,验证了我们对消相干物理机制分析的有效性。绝热冲击模型可以把整个控制过程简化为光学干涉设备,进而讨论了脉冲形状对振荡可见度的影响和利用帽子型脉冲提高可见度的方法。3.经典波动场导致动力学相位的随机分布,从而引起量子系统的动力学退相位。对于实现Berry相位的控制过程,它也会引起闭合环路的扰动,从而产生几何退相位。传统的动力学去耦合序列可以抵消动力学相位并且有效抑制动力学退相位,但是对几何退相位并没有效果。我们设计了Berry相位控制过程中的两种动力学去耦合序列,可以抑制残留的几何退相位,其可行性经过了数值计算的验证。并且随着几何退相位的抑制,量子系统的相干性提高,Berry相位也会得到恢复。当经典波动场的关联时间变短时,抑制效率会降低。我们还说明了π脉冲的宽度比较窄时,实际控制不会破坏设计序列的抑制效果。4.利用超导传输线振子可以构成耦合振子阵列,人造二能级原子与相邻的两个传输线振子耦合,由于干涉可以形成控制单光子输运的量子开关,其开关状态由量子比特处于自旋向上还是自旋向下决定。在耦合阵列中,我们预先调节与二能级原子耦合的传输线振子的特征频率,单光子输运开关的保真度可以极大提高。如果二能级原子处在叠加态,量子开关的作用类似于分束器,单光子反射波包和透射波包,也会携带着量子比特状态信息传播到远处。

关键词：三能级系统消相干量子调控固态体系动力学去耦合几何退相位 Berry相位单光子输运

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量子点单光子源在量子信息中的应用及量子维度的研究

量子点单光子源在量子信息中的应用及量子维度的研究

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作者：孙永南中国科学技术大学

学位级别：博士

目前量子点单光子源已经取得了很大的进展,例如量子点的光谱范围已经由紫外扩展到近红外,这是一个很大的进步。除此以外,量子点光子的偏振控制、室温下量子点发光性质的操作、电学方式激发量子点以及实验上产生高纯度的单光子源等方向... 详细信息

目前量子点单光子源已经取得了很大的进展,例如量子点的光谱范围已经由紫外扩展到近红外,这是一个很大的进步。除此以外,量子点光子的偏振控制、室温下量子点发光性质的操作、电学方式激发量子点以及实验上产生高纯度的单光子源等方向都取得了巨大进步,人们对于量子点激发过程以及量子点的相干时间的了解更加深入,这些突破使得自组织量子点单光子源更加实用。现在人们更加关心量子点中单光子的不可分辨性及量子点辐射光子的收集效率。另外,人们越来越重视微腔等纳米结构对量子点发光的影响,例如可以利用微腔来提高量子点发射光子的收集效率。高效率和错误率低的单光子源在量子通信和量子计算领域有着广泛的应用前景。本文主要研究了自组织量子点的一些基本光学性质和能级结构,并利用量子点单光子源完成了一系列的研究。本文主要内容有：1.半导体自组织量子点的光学性质及激发方法。激发量子点的方式有很多种,其中最简单的方式就是使用带上激发(above-bandgap pumping),即实验中使用一束能量高于GaAs带隙的激光来激发量子点样品,激光会在GaAs材料中产生自由的电子空穴对,这些自由的电子空穴对会随机地被量子点捕获,落入量子点的能级中,电子空穴对会通过释放声子的方式弛豫到量子点的s壳层,这时它会通过辐射光子的方式回到基态。当然,量子点的激发方法很多,如近共振激发,即激光的能量等于p壳层激子的能量,这种情况下电子和空穴将直接产生在量子点p壳层上,p壳层激子会通过释放声子的方式弛豫到s壳层,最终复合产生光子。准共振激发在实际应用中有很多优势,例如,量子点系综中有很多尺寸不一样的量子点,它们对应的能级结构也不相同,采用准共振激发就有可能只激发样品中的某个特定的量子点。在测量子点能级寿命时,利用准共振激发可以让激子快速弛豫到s壳层。最后,s壳层的电子空穴对也可以直接用激光激发出来,这样的激发模式称为共振激发。最后,说明一下量子点中的两个重要的概念,即激子和双激子。当量子点中的电子被激发时,会在价带上留下一个空穴,这个电子和空穴会通过库仑力相互作用,形成一个整体,我们称之为激子。激子态会通过电子与空穴复合发光而回到基态。同理,如果量子点中有两个电子被激发,则会产生两对电子空穴对,它们通过库仑力相互作用,形成双激子。2.量子点中Leggett-Garg不等式的违背。由我们熟悉的经典世界到奇异的量子世界的过渡是理解这个世界的最基本的问题之一,Leggett-Garg不等式提供了一个判据来区分量子系统和经典系统,并且可以用来证明宏观叠加态。我们根据量子点双激子态中的级联辐射过程,建立了量子点四能级跃迁模型。由于量子点系统中发射的光子和量子点本身具有强烈的关联,我们可以通过研究辐射的光子态来实现量子点系统状态的研究。我们在量子点系统中理论模拟了LG不等式的违背,发现当量子点的精细结构劈裂、背景噪声和温度很小时,我们可以轻易地实现LG不等似的违背,而且我们可以看到LG不等式确实可以作为一个判定量子和经典的依据,即可以看到量子点系统由量子到经典的过渡。3.首次通过Franson型干涉的方法测量了量子点双激子态的非均匀展宽。在单原子系统中,由于原子周围的环境可以被限制和控制,因此一个孤立的原子级联辐射过程具有尖锐的光谱特征,即光谱展宽是均匀的。然而,量子点中强烈限制的电子空穴对(双激子)会被周围的环境影响,因此量子点的光谱具有非均匀展宽的特征。量子点中频谱展宽会阻碍人们研究系统的固有性质,且对级联辐射的纠缠光子对的质量有很大影响。尽管在单量子点中双激子态的频谱展宽效应是很重要的,但是目前关于双激子频谱展宽效应的研究仍然很少,这里,我们使用Franson干涉的方法来研究双激子态的频谱展宽效应。实验中我们通过Franson干涉的方法测出量子点双激子态能级的频谱总展宽,包括均匀展宽和非均匀展宽,均匀展宽可以通过测量双光子的互关联函数得到,这样我们就可以得到量子点双激子态的非均匀展宽。实验结果发现,和量子点激子态能级展宽相比,双激子态的能级的非均匀展宽要小很多。4.实验上验证了基于态可分性的维度见证方案,可以判定任意的未知系统的维度,在给定系统维度的情况下,可以分辨未知系统是量子系统还是经典系统。在量子力学中,系统的维度是一个非常重要的概念,建立理论模型时,我们通常会对物理系统的维度做一个最基本的假定。这就涉及到一个很根本的问题是否可以通过实验结果来反推出一个未知系统的维度。这是一个和量子信息密切相关的问题,因为系统的维度可以看作是量子信息传输中的一种重要资源。高维系统可以用来实现更有效和更强大的方案。本文验证了一类新型的维度见证方案,该方案适用于任意维度的未知的经典和量子系统的维度见证,这种方案是利用量子态的可区分性来判定一个未知系统的维度。并且在给定系统维度的情况下,还能区分经典系统和量子系统。另外

关键词：半导体自组织量子点单光子源级联辐射 Leggett-Garg不等式 Franson干涉非均匀展宽维度见证

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Ket-Bra纠缠态方法及其在开放量子系统中的应用

Ket-Bra纠缠态方法及其在开放量子系统中的应用

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作者：任益充中国科学技术大学

学位级别：博士

在上世纪末量子力学与信息技术、计算科学的结合催生了一门全新的交叉学科——量子信息,甫一出世量子信息便由于其潜在的应用价值和物理前景吸引了物理学界的注意力;量子相干与量子纠缠作为一种重要资源在量子通信、量子调控和量子计算... 详细信息

在上世纪末量子力学与信息技术、计算科学的结合催生了一门全新的交叉学科——量子信息,甫一出世量子信息便由于其潜在的应用价值和物理前景吸引了物理学界的注意力;量子相干与量子纠缠作为一种重要资源在量子通信、量子调控和量子计算等领域有着举足轻重的地位,这是因为系统的相干性和纠缠性是实现量子并行算法和量子通信的基础。然而,真实的量子系统总是会随着时间的演化逐渐丢失其相干性和纠缠性最终导致系统退化到彻底的混态或可分离态,此外这种演化过程一般是非幺正的不可逆的,因此这种过程是量子计算和量子通信实用化的最大障碍。理论上讲,孤立封闭的量子系统遵循幺正演化,然而不可能有量子系统与外界彻底隔绝,系统与外界环境间总存在着各种相互作用,因此其在演化过程中不可避免的受到来自外界周围环境的影响；这种来自外界的影响将导致量子系统的非幺正演化,使系统逐渐丢失其相干性、纠缠性等量子特性蜕化为经典的混态；而量子信息、量子计算在很大程度上依赖量子操作的幺正性,正是退相干这一原因极大的阻碍了量子通信和量子计算的进步。为了真正实现量子通信和量子计算等技术,人们对开放量子系统开展了全面而深入的研究；一般而言开放量子系统将整个体系分为系统和环境两部分,而后从体系的整个哈密顿量出发利用海森堡方程给出整个体系的演化方程,最后利用Born-Markov近似并对方程两端环境部分求偏迹即可得到关于系统部分的约化密度算符主方程。主方程从数学形式看是一种复杂的算符方程,为了求解主方程人们发展出了若干种方法,主要可以分为C-数方法和超算符(Super-Operator Method)方法两大类,然而无论C-数方法还是超算符方法都有着难以克服的缺点,例如C-数方法将主方程转化为F-P方程后求解困难、繁琐且其解并不适用于任意初态,超算符方法则依赖于主方程本身的的Lie代数结构,因此若主方程不具有Lie代数结构则超算符方法不再适用,这一缺点大大限制了超算符方法的应用范围。综上所述,我们选择了主方程的求解作为研究开放量子系统的切入点,经过大量的推导计算后,我们提出了新的Ket-Bra纠缠态方法(Ket-Bra Entangled Stste KBES Method)用于求解主方程；Ket-Bra纠缠态方法能够将主方程转化为类薛定谔方程(Schrodinger-like Equation)并求解,与C-数方法和超算符方法相比,Ket-Bra纠缠态方法有如下优点：1. Ket-Bra纠缠态方法方法应用范围广,理论上能求解任意有限维能级系统的主方程；而超算符方法则依赖主方程的Lie代数结构,即使主方程的细微改变即可导致超算符方法不再适用。2. Ket-Bra纠缠态方法求解过程简单方便、物理意义清晰明了其解适用于任意初态,且主要计算可以通过计算机完成：3. Ket-Bra纠缠态方法能够将主方程转化为薛定谔方程,这使得求解薛定谔方程的成熟方法同样可用于求解主方程,例如演化算符法、定态方法、微扰法、不变算符法等方法都可通过Ket-Bra纠缠态方法求解主方程,尤其定态方法更能直接给出主方程的最终稳定态。随后我们利用此Ket-Bra纠缠态方法求解了若干开放量子系统的主方程,包括含时外场中的二能级原子的耗散主方程、三能级的V型原子耗散主方程、2-Qubit XYZ型开放自旋链的主方程、N-Qubit XXZ型开放自旋链主方程等,并对这些系统的退相干过程和退纠缠过程进行了研究,研究结果显示系统内部的相互作用会导致其在纠缠演化过程中出现纠缠死亡(Entanglement Sudden Death简称ESD)和纠缠复活(Entanglement Sudden Birth简称ESB)现象,且这种来自系统内部的子系统间的相互作用能在一定程度上抑制系统的退相干和退纠缠过程,尤其对2-Qubit XYZ型开放自旋链的研究更显示即使在t→∞时,系统仍能保持一定的纠缠。对含时外场中二能级原子研究发现,即使在马尔科夫近似下且系统内部不存在任何相互作用,通过对系统施加含时外场仍然可以使系统出现纠缠复活现象；这些研究表明通过系统内部的相互作用或对系统施加外场来抑制退相干的方案在理论上具有一定的可行性,有助于人们在退相干问题的研究上取得更大突破。

关键词： Ket-Bra纠缠态方法开放量子系统量子退相干纠缠演化开放自旋链

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完美涡旋光场的研究进展

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激光与光电子学进展 2017年第9期54卷 67-74页

作者：王亚军李新忠李贺贺王静鸽唐苗苗汤洁王屹山聂兆刚中国科学院西安光学精密机械研究所陕西西安710119 河南科技大学物理工程学院河南洛阳471023 广东工业大学物理与光电工程学院广东广州510006

完美涡旋光场具有亮环半径不随拓扑荷值改变而改变的优点,在微粒操纵及量子通信等领域具有重要的应用价值,已成为近年来光场调控领域的研究热点。介绍了产生完美涡旋光场的三种典型方法,综述了完美涡旋光场的调控技术及表征方法,并对其... 详细信息

完美涡旋光场具有亮环半径不随拓扑荷值改变而改变的优点,在微粒操纵及量子通信等领域具有重要的应用价值,已成为近年来光场调控领域的研究热点。介绍了产生完美涡旋光场的三种典型方法,综述了完美涡旋光场的调控技术及表征方法,并对其应用进行了总结。

关键词：物理光学光场调控完美涡旋

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退相干效应对J-C模型演化问题的影响研究

退相干效应对J-C模型演化问题的影响研究

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作者：黄艺漫华东师范大学

学位级别：硕士

量子理论是二十世纪科学发展进程中最重要的物理理论之一,其对推动现代科学技术的进步作用不言而喻。利用量子理论来研究和设计量子元件,进而制造量子器件已成为当今重要的研究方向。原子与光场相互作用体系具有易于制备、品质优良的特... 详细信息

量子理论是二十世纪科学发展进程中最重要的物理理论之一,其对推动现代科学技术的进步作用不言而喻。利用量子理论来研究和设计量子元件,进而制造量子器件已成为当今重要的研究方向。原子与光场相互作用体系具有易于制备、品质优良的特点,使其成为实现量子计算、量子通信和量子计量的重要平台之一。在这些研究中,实现精密的量子测量、制备高精度的量子比特等,离不开量子力学的根本特性——相干性的运用。实验表明,在实际操作中不存在绝对孤立于环境的量子系统,量子系统在制备、演化、处理的过程中,总是会无法避免地与环境发生相互作用,进而导致退相干效应,如何抑制腔场对原子体系的相互作用而导致的量子退相干效应便成为量子技术实际运用成败的关键。所以,研究退相干时间演化以及其对体系带来的影响,对于量子技术的研究和运用,具有十分重要而深远的意义。本文是从量子光学中的二能级原子与单模光场相互作用模型——即JaynesCummings模型出发,在假定不同初态的情况下考虑其演化过程中子系统的各类误差翻转,主要采用Kraus求和方法与主方程方法,去推导其退相干演化。我们发现,对于子系统与环境存在相互作用时,系统的末态密度矩阵会出现非对角元衰减的情况,而封闭系统的定态演化不会使末态的密度矩阵发生变化,证实了开放系统中的量子退相干效应对量子态存在影响。在此基础上,我们还尝试对比了封闭系统定态演化与开放系统退相干后的一些量子态的特性变化情况,分析了量子系统的von Neumann熵、量子态的保真度在两种演化下的变化差异,我们发现,初态基矢的概率分布不同时,即使存在相同的误差翻转,von Neumann熵和保真度的变化数值也存在差异。但是相同的是,随着误差翻转概率的增加,这两者都会衰减至零。而对于选择固定初态,在有无退相干演化的情形下分析保真度和von Neumann熵,也得到了类似的结论,随着时间演化,非退相干的定态演化仍然维持着规律振荡,而发生退相干效应的演化下保真度会发生振幅改变的周期振荡,von Neumann熵则会发生振幅减小的振荡直至稳定。

关键词： J-C模型退相干保真度 von Neumann熵

来源：评论

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Ge基InAs/GaAs量子点发光结构探究

Ge基InAs/GaAs量子点发光结构探究

引用

作者：王建桓中国科学院大学(中国科学院物理研究所)

学位级别：硕士

光信号作为信息传递的媒介与传统的电信号相比具有传输速度快、通信容量大、低损耗等特点,目前已经在中、远距离通讯取得了辉煌成果,光纤通讯已经成为了21世纪通信技术的支柱之一。除了中、远距离通讯,像数据中心、超级计算机等超近程... 详细信息

光信号作为信息传递的媒介与传统的电信号相比具有传输速度快、通信容量大、低损耗等特点,目前已经在中、远距离通讯取得了辉煌成果,光纤通讯已经成为了21世纪通信技术的支柱之一。除了中、远距离通讯,像数据中心、超级计算机等超近程信号通讯领域,光通讯也具有极大的发展空间,这也是硅基光电炙手可热的原因。在Si芯片上实现光互联,目前面临的瓶颈问题就是在芯片上实现高质量的激光器。Ⅲ-Ⅴ材料作为直接带隙半导体具有非常高的发光效率,因此Ⅲ-Ⅴ材料在Si衬底上外延生长被认为是解决该问题的最佳方案。但是在Si上面外延Ⅲ-Ⅴ材料面临着晶格失配、反相畴以及热膨胀系数差异,导致在Si上制备高质量的Ⅲ-Ⅴ材料十分艰难。相对Si而言,Ge与Ⅲ-Ⅴ族材料Ga As的晶格常数几乎匹配,且目前在Si上外延生长Ge薄膜已经相对成熟,因此选择利用Ge作为中间过渡层来实现Si上面Ⅲ-Ⅴ族的外延生长相对容易。本文围绕Ge衬底上外延实现高质量Ga As薄膜展开一系列实验工作,并取得了以下主要成果:1.我们系统研究了Ge同质外延生长,研究分析脱氧后的表面对于外延Ge薄膜的影响,并且发展了“两步法”生长模式,大大拓宽了外延生长原子级平整表面的Ge薄膜的窗口。2.我们系统研究了GaAs薄膜在Ge衬底上的生长模式,并研究了斜切衬底反相畴自湮灭效应以及双原子台阶效应对减少反相畴的不同作用,实验通过高温退火的方法在Ge表面产生高密度双原子台阶,从而在Ge衬底上实现超薄、高质量Ga As薄膜的外延生长。3.在此基础上,我们分别实现了Ge基1.3μm波段和1.55μm波段量子点发光结构的制备,通过室温光致发光光谱表征,证明我们获得了高质量的发光结构。

关键词：硅基光电反相畴双原子台阶量子点

来源：评论

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基于量子神经网络的水淹层识别方法

引用

地球物理学进展 2019年第5期34卷 1971-1979页

作者：赵娅王伟李盼池东北石油大学计算机与信息技术学院黑龙江大庆163318 广东石油化工学院石油工程学院广东茂名525000

针对油藏测井解释中的水淹层计算机自动识别问题,本文首先提出一种基于量子神经网络的识别方法.首先构造了一个量子神经网络模型,该模型可以接收多维离散序列样本,隐层为量子神经元,输出层为普通神经元.采用梯度下降法设计了该模型的学... 详细信息

针对油藏测井解释中的水淹层计算机自动识别问题,本文首先提出一种基于量子神经网络的识别方法.首先构造了一个量子神经网络模型,该模型可以接收多维离散序列样本,隐层为量子神经元,输出层为普通神经元.采用梯度下降法设计了该模型的学习算法.然后设计了基于量子神经网络的水淹层识别方法.该方法精选了描述水淹级别的九个特征,直接采用这些特征的离散数值构造训练样本,实施网络训练,训练后的网络即可用于同类地区的水淹层识别.最后以辽河油田某区块258个地层样本为例,进行了水淹层识别处理,识别率可达88%.实验结果揭示出,量子神经网络对于水淹层自动识别问题具有良好的适应性和实用性.

关键词：水淹层识别量子计算量子神经网络测井解释

来源：评论

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