检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：陈弘彭长四郑新和贾海强周均铭中国科学院物理研究所苏州大学北京科技大学

项目属于电子与通信技术中的半导体材料领域。异质外延是微电子和光电子元器件制造的重要基础，其绝大多数都在晶格失配状态下进行的，然而，在生长超过临界厚度后，会产生大量位错，大大降低材料和器件的性能和可靠性。抑制位错是异质... 详细信息

标准号: 1700320241

项目属于电子与通信技术中的半导体材料领域。异质外延是微电子和光电子元器件制造的重要基础，其绝大多数都在晶格失配状态下进行的，然而，在生长超过临界厚度后，会产生大量位错，大大降低材料和器件的性能和可靠性。抑制位错是异质外延需要解决的一个关键科学问题。该项目对该问题及异质生长中产生的量子点制作新颖器及相关的表征手段进行了深入研究，取得了多项国际上有影响的原创性成果。主要科学发现如下：1)发现了利用高点缺陷密度层的高效阻挡位错独特方法：80年代贝尔实验室认为Si空穴迁移率低是限制集成电路频率的主要障碍，提出在Si衬底上生长SiGe使得在其上的Si薄膜发生应变，以增加空穴迁移率来提高频率，以实现下一代集成电路。在Si衬底上获得低位错密度、表面平整且无应力的SiGe层就成为关键问题。贝尔实验室用组分渐变方法来制备SiGe,被当时国际上认为最成功的技术，但其主要参数不能满足器件要求。该项目于1996年提出了在Si衬底上引入低温外延生长厚度仅50nm的高点缺陷密度Si层的独特高效位错阻挡方法，发现点缺陷可以吸收位错，加速在其上面生长的SiGe的应力释放。经诸研究单位和公司评估，认为该项目的生长方法获得SiGe薄膜的关键性能远优于贝尔实验室并满足了器件要求。现在应变Si已成为集成电路的主流。文章发表次年，著名学者Kasper在评论文章中就肯定了该方法。在之后的19年中，引用没有间断过，经受了时间的检验。2)用量子点实现了单芯片白光LED:市场上用蓝光LED加上黄色荧光粉合成白光作为新一代照明。但其有显色指数差、封装工艺复杂等缺点。该发现的关键点是在蓝光LED结构中，插入了InGaN应力予置层，从而促使量子阱InGaN发生相分离，形成富In的量子点。量子点发出黄光，其与量子阱的其它部分发出的蓝光混合成白光。金属有机化合物汽相淀积发明人***教授在评论文章中肯定了该工作的新颖和发展前途。3)提出了研究薄膜表面局部应力及计算膜中位错密度的新方法：在异质外延SiGe层表面的十字网格影响集成电路的制作，该项目组首次将微区喇曼光谱扫描成象定量分析结合原子力显微镜用于研究表面十字网格，判明了起因，澄清了国际上的争论,该测量方法已成为研究表面局部应力的普遍方法；提出了利用高倾角晶面X射线衍射摇摆曲线与Φ扫描曲线宽度平均值来测量GaN外延薄膜扭转角和位错密度的方法。避免了以往繁琐的计算和模拟，得到了国际上的认同和普遍使用。发表的20篇重要论文被SCI他引652次，其中8篇代表性论文被SCI他引389次。系列丛书SEMICONDUCTORS AND SEMIMETALS和十余篇综述文章引用肯定了该项目独特位错阻挡方法，对该研究成果的原创性和科学意义给予充分肯定。科学发现点2的工作发表后，立即被Compound Semiconductor杂志进行了专栏报道，并应邀在***.杂志上发表了综述文章。

关键词：半导体材料异质外延晶格失配外延位错抑制

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电子竞技与区域科技创新产业融合发展的战略思考

电子竞技与区域科技创新产业融合发展的战略思考

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第十一届全国体育科学大会

作者：刘飞平刘秋蕊武汉工程大学华中农业大学

当今高新科学技术发展迅猛,以人工智能、清洁能源、量子信息技术、虚拟现实以及生物技术为主的第四次工业革命不期而至,数字经济是本轮科技革命的主力军。党的十九大提出了要发展数字经济、加强建设数字强国和智慧社会,推动互联网、大... 详细信息

当今高新科学技术发展迅猛,以人工智能、清洁能源、量子信息技术、虚拟现实以及生物技术为主的第四次工业革命不期而至,数字经济是本轮科技革命的主力军。党的十九大提出了要发展数字经济、加强建设数字强国和智慧社会,推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合,共享经济,培育新增长点、形成新动能等战略要求,引起社会各界和行业领域的高度重视。电子竞技集计算机技术、通信技术、自动控制技术和人工智能技术之大成,是当今众多高新科学技术的首要实验田和应用场,电子竞技产业是信息产业与体育产业相互渗透、融合而产生的新兴产业形态,具有鲜明的体育与科技创新产业融合发展特征,能够联动科技产业、文化产业、体育产业和传媒产业等多个产业门类,产业间显著的关联特性可以产生巨大的联动效应,从目前已显示极其的产业发展前景和巨大的发展空间,被视为世界上增长速度最快的体育产业之一,我国文化、体育和科技等主管部门等纷纷出台相关政策支持发展电子竞技及相关产业。发展电子竞技产业能够推动互联网、虚拟现实、大数据、人工智能技术和实体经济深度融合,致力培育数字经济新动能,在区域内、尤其是大城市发展电子竞技产业与科技创新产业融合发展是当今必然趋势,能够与互联网、芯片、软件、可穿戴智能设备、文化、教育、传媒、健康、军工、智能制造等众多相关产业形成独特的电子竞技科创产业集群,形成区域产业发展的联动效应和较强的辐射力,打造经济发展新的增长极。在大城市发展电子竞技及相关科技创新产业,应做好科学的战略规划,以市场为导向,发挥高校、科研院所聚集和人力资源的优势,打造电子竞技科创产业全产业链服务平台,为电子竞技和相关信息技术产业建立产、学、研深度融合的技术创新体系,为创新型创业企业提供技术、专家、人力等资源支持,促进科技成果产业化,培育和支持高质量的信息科技类创新型企业的发展。通过发展数字经济带动实体经济中电子、信息、通信、文化、教育等领域相关产业的发展,从而全面提升大城市在区域内产业发展的引领地位,特别是超大城市加快实现引领地区、服务全国、链接全球的中心城市功能,助力城市品牌影响力提升和国际性城市打造。发展区域电子竞技与相关科创产业可依托大城市在区域拥有丰富的科教资源、大学生群体基数大和电子、信息、大数据、5G、人工智能产业的基础优势,以及创新能力明显的区位优势,遵循"创新、协调、绿色、开放、共享"的五大发展理念,牢固树立以科技创新驱动为引领,以融合发展为路径,促进电竞科创产业的发展壮大,加速形成区域经济发展的新支柱,打造国家级新经济金名片。重点方向在于:（1）以政府引导、社会为主体,打造有国际影响力的电竞赛事品牌;（2）加强电竞场馆建设,促进智慧化建设,主动打破线上和线下的壁垒,以场馆为承载,打造包括电竞科创文化节在内的多个线下原创IP品牌盛会。打造具有全球影响力的电竞赛事中心;（3）建设电竞大数据分析平台,利用互联网、大数据和区块链科学技术构建线上线下结合的电竞赛事和产业发展生态。（4）发挥电竞全产业链汇集高阶信息技术应用的优势,推动电子、软件、通信、大数据、云计算、人工智能、机器人、智能制造等现代高精尖产业发展,构建电竞科创新兴产业经济体;（5）推动数字创意在体育、虚拟现实、大数据、人工智能、教育服务等各领域的应用,大力发展电竞为特色的数字文化创意产业,提升创新设计水平,推进相关产业融合发展。（6）以省级城市为龙头,打造电竞数娱中心、电竞科技产业园,发挥区域优势,建设国内具有全球影响力的"电竞科创中心、电竞产业生态园",打造以电竞内容为核心,集科研应用、体育运动、文化娱乐、新传媒大汇聚,电子、软件、通信、AI大发展的新兴产业园区。（7）加强电竞及相关科技人才培养,建设相应的电竞人才的培养体系、职业认证体系以及教育体系都缺乏行业标准;（8）加强产业发展政策与支持,加强政府统筹协调、制定产业规划、出台配套产业扶持政策措施、营造发展环境,完善投融资政策体系,为资本与各类体育科技产业项目对接搭建平台。

关键词：电子竞技科技创新融合发展

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基于量子测量的量子控制基础理论及其应用研究

基于量子测量的量子控制基础理论及其应用研究

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作者：张明戴宏毅魏家华谢红卫陈平形中国人民解放军国防科学技术大学

量子控制是量子物理与控制科学交叉形成的新兴学科，旨在从控制论的角度研究具有量子效应系统的演化及其调控问题。随着量子信息学的迅速发展，迫切需要系统而深入研究具有量子效应系统的建模、分析、设计及实现理论，为量子通信和量子... 详细信息

标准号: 1700290045

量子控制是量子物理与控制科学交叉形成的新兴学科，旨在从控制论的角度研究具有量子效应系统的演化及其调控问题。随着量子信息学的迅速发展，迫切需要系统而深入研究具有量子效应系统的建模、分析、设计及实现理论，为量子通信和量子计算提供强有力的支榉。在科研实践过程中，人们认识到可以利用量子纠缠、量子相干性等新的物理资源来实现经典信息处理系统所不能完成的任务。如何利用量子资源以及操控量子系统，就成为量子控制的研究主题。鉴于量子测量既是提取量子信息的基本途径，又是操控量子系统的关键物理手段，该项目基于量子测量提出了多种量子控制方法，为操控量子系统提供了新的手段，为创造性地利用量子纠缠等资源拓展了思路，取得了一系列重要的科学发现。这些发现不仅丰富了量子控制基础理论，而且有利于推动量子信息技术的最终实现。主要科学发现和创新点有：基于量子特性的构造性操控方法。从相位消相干特性出发，首次将投影测量与跟踪控制巧妙结合，提出了全新的相干控制方法；从量子广义测量的物理本质入手，构造了一种基于量子广义测量的控制方法以有效操控量子开放系统；针对量子态给出了有明确几何意义的参数化表示，进而把量子工程控制策略归结为广义欧拉角的精确表达和Bang-Bang控制设计；从量子物理操作的角度切入，拓展了量子系统能控性的概念。该成果丰富了量子控制理论的内涵。不同纠缠资源下的量子隐形传态。针对量子隐形传态过程中发送者所进行的量子测试，多角度地研究了不同纠缠资源下的量子隐形传态及其物理实现问题，提出了各种概率隐形传送方案。这些研究不仅丰富了量子隐形传态的研究内容，拓展了纠缠资源的应用范围，而且拓宽了量子信息处理的研究领域。远程量子态制备及其经典信息代价计算。率先提出了一种利用von Neumann测量，概率性地远程制备三用户的两粒子纠缠态的方案，把它推广到远程制备多用户多量子比特的情况，首次计算了概率性远程量子态制备的经典信息代价，揭示了经典信息在量子信息处理中的作用，并提出用经典先验信息来提高远程制备量子态的成功概率。上述方法可用于量子存储和远程量子计算等。该项目的研究成果获得国内外同行的广泛引用和高度评价。项目组所提交的20篇主要论文共被SCI他引219次。8篇代表性论文共被SCI他引129次，2篇最高SCI他引超过30次，3篇论文的引用次数进入ESI排名前10%。他引论文广泛分布于包括控制科学顶级刊物IEEE. Trans. on Autom. Control, Automatica和物理学著名期刊Phys. Rev. A等在内的国内外学术期刊。课题组成员的博士学位论文获湖南省和军队优秀博士论文各1篇。课题组成员曾4次应邀在中澳量子控制高峰论坛等国际学术组织上作特邀报告。

关键词：量子控制基础理论相干控制方法量子信息学

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极端条件下的原子分子结构特性及动力学

极端条件下的原子分子结构特性及动力学

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作者：袁建民赵增秀曾交龙戴佳钰张栋文吕治辉中国人民解放军国防科学技术大学

稠密(-10g/cm)、高温(-10K)、强场(-10V/cm)等极端条件下的原子分子结构和动力学问题，是高能量密度物理领域的重大前沿课题，是激光惯性约束聚变、量子调控和天体演化的物理基础，对核武器小型化精密化以及极端条件下材料应用等国防科... 详细信息

标准号: 1700290012

稠密(-10<'3>g/cm<'3>)、高温(-10<'7>K)、强场(-10<'9>V/cm)等极端条件下的原子分子结构和动力学问题，是高能量密度物理领域的重大前沿课题，是激光惯性约束聚变、量子调控和天体演化的物理基础，对核武器小型化精密化以及极端条件下材料应用等国防科技发展具有重要意义。极端条件下的原子结构、动力学和辐射性质，涉及离子、电子、光子以及强驱动场之间的强耦合、强关联和非线性作用，呈现出丰富而新奇的特性。研究极端条件下物质的物态物性和能量输运过程，需要发展描述开放、复杂量子系统新的理论方法以及精确的实验探测与诊断技术，是极具挑战性的物理学前沿问题。项目组在基本物理理论、数值模拟方法和程序研制以及实验技术上对极端条件下的原子分子结构和动力学进行了深入探索和系统研究，取得了系列重要成果。主要科学发现包括：建立从低温凝聚态至高温稠密等离子体的物质结构及其动力学研究的统一理论框架：突破绝热近似，发展量子朗之万分子动力学模型，首次将第一原理方法推广到温度高达10<'7>K的高能量密度物理区域，揭示了复杂元素高温稠密状态下离子相与电子相分离的新机制；建立了耦合环境条件下多组分、多组态的原子结构模型：发展了细致谱项模型精密研究等离子体光谱的理论方法，实现了重元素辐射不透明度研究的突破，自主开发了计算软件，应用于惯性约束聚变实验的温度诊断；创建了原子分子强场电离及其新型辐射的动力学理论方法和独特实验技术：提出了强场环境下原子实动态极化的新概念，建立了多电子电离和高次谐波产生模型，创建了多谱段同步探测与调控技术，揭示了太赫兹辐射的新机制。在国家自然科学基金(杰青、重点、重大)、973计划、XX重大专项、军队863课题的资助下，项目组在物理学顶级杂志Physical Review Letters(PRL,影响因子7.512)发表4篇论文，20篇主要论文被发表在国际顶级杂志Nature Physics等期刊上的SCI论文他引170次。据统计，历年以湖南省内高校为第一位发表的Physical Review Letters文章共有12篇，该项目相关共5篇(2015年新增1篇)。项目研究成果具有系统性和可持续发展性，获得国际同行的广泛关注和高度评价，近年来先后被国际权威会议邀请作大会报告17次，尤其是多次作为中国代表被美国劳伦斯利佛莫尔国家实验室、洛斯阿拉莫斯国家实验室、圣地亚国家实验室三大国家实验室邀请参加其组织的国际重要学术会议并作大会报告。项目研究所获得的物理模型和计算方法已经成功应用到国家重大专项，成为国家点火重大专项的重要支撑，首次使中国在高温稠密等离子体辐射不透明度和状态方程方面具备了与美国同等精度的计算和评估能力。依托“原子与分子物理”国家重点学科，项目成果直接支撑“信息物理与高能量密度物理”军队重点实验室建设。项目支撑的研究生学位论文获得高度评价，2篇获得全国百篇优秀博士学位论文提名，5篇获得全军优秀博士学位论文或湖南省优秀博士学位论文，3篇获湖南省优秀硕士学位论文。

关键词：高能量密度物理原子分子结构特性数值模拟方法

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开放系统与自旋链系统中的量子信息理论研究

开放系统与自旋链系统中的量子信息理论研究

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作者：程俊青浙江大学

学位级别：博士

量子信息科学作为一个交叉学科,其涵盖了物理学、数学以及信息科学。它的理论基础来自于量子力学原理,与经典物理有很大的不同。量子力学作为过去一个世纪以来人类探索世界的智慧结晶,不仅帮助我们更深入地了解所生活的世界,更为未来科... 详细信息

量子信息科学作为一个交叉学科,其涵盖了物理学、数学以及信息科学。它的理论基础来自于量子力学原理,与经典物理有很大的不同。量子力学作为过去一个世纪以来人类探索世界的智慧结晶,不仅帮助我们更深入地了解所生活的世界,更为未来科学技术的发展奠定了基础。在这个信息爆炸的年代,人工智能、大数据以及互联网等都迎来了蓬勃发展的时期,对于计算机性能的需求以及信息传输安全性的渴望也随之变得更加强烈,然而计算机芯片的发展很快就会接近瓶颈,这就意味着经典计算机的性能将会达到极限。因此,探索新型计算机以及新的信息传输方式变得更为迫切。量子信息学作为最有发展前景的候选之一,已经引起了人们的广泛关注,近几十年在理论和实验研究上都取得了快速的发展,它承接着人们对下一代计算机与通信的憧憬。量子关联是实现众多量子信息任务中不可或缺的资源。然而,这些量子资源却很脆弱,容易被周围环境诱发的退相干效应所破坏,退相干就成为了实现量子信息任务中的主要障碍之一。从这层意义上说,研究开放量子系统中的量子关联动力学以及如何阻止或者减小环境噪声的干扰影响就变得非常有必要。另一方面,量子相变是凝聚态物理中的一种很重要的现象,吸引了很多研究者的注意。如何揭示量子多体系统的临界特性是一项非常有意义的任务,也逐渐成为凝聚态物理研究中的热点。传统的研究方法主要是关注序参量的确定以及对称破缺。近年来在量子信息理论方面的进展为量子相变的研究提供了一种新的视角,尤其是在没有事先知道序参量的情境下,保真度、量子关联和迹距离已经被成功地用来揭示量子相变的特性。在本篇论文中,我们首先利用蒙特卡罗波函数方法研究了在旋波近似和非旋波近似两种条件下,量子跳跃式反馈对单模腔中两个二能级原子间的量子谐错（quantum discord）的动力学演化的影响。发现反旋转波项有助于生成稳态,并且稳态的值可以通过量子反馈使其增加到接近最大值。还研究了整个系统和原子系统的平均激发数的时间演化,发现原子系统的平均激发数会通过量子反馈增加到比较高的值,从而导致高数值量子谐错稳态的产生。另一方面,我们研究了如何在欧姆型能谱的有限温度环境中控制量子比特的演化速度。结果表明::在弱耦合机制里,高温不仅能够导致加速演化还能导致减速演化,这与强耦合机制中只有加速演化是不同的,同时,欧姆参数在强、弱耦合机制里对量子演化速度的影响也不一样。通过添加Bang-Bang脉冲,实现了可控又稳定的量子演化速度,并讨论了热浴温度和欧姆参数在整个退相干过程中对量子演化速度的影响。此外,还利用无Born-Markov近似的级联方程研究了处于非线性环境中的量子比特的量子演化速度,发现量子速度极限在强、弱耦合机制中的表现有很大的不同。尤其是在强耦合情形中,量子演化速度会因为温度的升高而降速,这是一种与高温一直加速演化的常识相反的现象。本论文的另一个研究课题是利用量子信息科学中的度量来研究多体系统的量子相变。我们研究了一维各向异性的具有Dzyaloshinskii-Moriya（DM）相互作用的1/2 XXZ自旋链中的多体纠缠和迹距离,发现DM相互作用会影响纠缠的分布并增加多体纠缠在纠缠结构中的占比。借助于量子重整化群方法、多体纠缠和迹距离,还进一步探讨了一维具有DM相互作用的XXZ自旋链的量子相变。结果发现基态的多体纠缠和迹距离的一阶导数在临界点附近出现突然变化的现象,并且重整化的多体纠缠和迹距离在临界点附近服从普适的有限尺寸的标度率。最后,通过利用多体纠缠和量子相干性研究了更高维度的多体系统的量子相变,其中包括两维三角栅格和Sierpinski分形栅格上的横场量子Ising模型。结果表明多体纠缠和量子相干性的行为与高维模型的量子临界性有紧密联系,随着热力学极限的接近,多体纠缠和量子相干性的一阶导数存在奇异行为,对于每条栅格,我们从这些一阶导数中得到了结果互相吻合的有限尺寸的标度行为。从而表明多体纠缠和量子相干性能够很好地揭示三角栅格和Sierpinski分形栅格的量子相变。此外,还得到了关于这些模型的关联长度指数与临界指数的关系,发现在临界点附近,临界指数不仅与关联长度指数直接相关,与栅格的空间维度或者豪斯多夫维度也有关系。

关键词：量子关联量子控制量子速度极限多体系统量子相变

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最大化信干噪比的动态功率分配干扰对齐算法

引用

青海师范大学学报（自然科学版） 2016年第4期32卷 35-40页

作者：纪小红贾国庆青海民族大学物理与电子信息工程学院青海西宁810007

干扰对齐作为一种新颖的干扰处理方法,近些年来得到了学术界的广泛关注,其中分布式迭代算法由于实用性好而使得应用前景良好.传统的分布式迭代算法中并未考虑功率分配的问题,其算法性能有进一步提升的空间.为了进一步提高分布式干扰对... 详细信息

干扰对齐作为一种新颖的干扰处理方法,近些年来得到了学术界的广泛关注,其中分布式迭代算法由于实用性好而使得应用前景良好.传统的分布式迭代算法中并未考虑功率分配的问题,其算法性能有进一步提升的空间.为了进一步提高分布式干扰对齐算法的信干噪比性能,提出了一种基于功率分配和干扰对齐的联合迭代优化方法.该算法中通过建模得到多用户MIMO干扰信道的等效信道,根据信道矩阵的迹来计算分配功率,并通过最大化信干噪比的方法来得到预编码矩阵和接收滤波器矩阵.仿真结果表明,该方法与等功率分配算法相比,其平均信干噪比大幅提高,证明了所提方法的优势.

关键词：干扰对齐最大化SINR 动态功率分配联合优化迭代计算

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基于冷原子和腔QED的量子模拟和量子计算

基于冷原子和腔QED的量子模拟和量子计算

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作者：刘亚峰中国科学技术大学

学位级别：博士

量子力学展现出来了许多奇特的现象和有用的特性,与我们的常识性的经典世界不同,它有着自己许多独特的魅力。通过许多已在实验上实现的物理实在,像凝聚态物质、冷原子物理、核物理、以及腔QED,人们对量子世界有越来越深入的了解。在量... 详细信息

量子力学展现出来了许多奇特的现象和有用的特性,与我们的常识性的经典世界不同,它有着自己许多独特的魅力。通过许多已在实验上实现的物理实在,像凝聚态物质、冷原子物理、核物理、以及腔QED,人们对量子世界有越来越深入的了解。在量子世界中,这些领域都有着自己无法取代的作用和地位。随着研究的深入,一些基于量子力学的技术,已经开始尝试着应用到我们的日常生活中,量子信息技术就是对通信技术一次伟大的革新。相较于经典通信的易窃听、传输慢,量子世界的通信手段以其在保密性和传输效率方面的优势,吸引着人们进行更深入的研究。冷原子作为一个新兴的研究方向,以其易操控,无杂质,方便测量的特性吸引着人们越来越多的注意。在它不到20年的历史里,许多在凝聚态中无法实现的量子力学现象变成了可能。我们的工作就是通过玻色爱因斯坦凝聚体的特性,可以产生多原子的纠缠态,从而制备出EPR态,实现量子信息在冷原子领域的应用。腔量子电动力学(QED)是量子信息处理中的一个重要平台,通过研究光场与原子的相互作用,可以实现量子信息中所需要的各种硬件。对腔QED系统的研究,使量子信息中很多理论预测得到了验证。我们的工作是通过腔QED的纠缠特性实现宇称测量门操作。 1.光晶格中通过相干特性产生分离玻色爱因斯坦凝聚体间的纠缠 EPR态作为量子信息中一个重要的态矢,它在实现各种量子信息方案中起到了无法替代的作用,如贝尔不等式的验证,量子隐形传输等。我们的工作就是通过光晶格中玻色爱因斯坦凝聚体的相干特性,制备出EPR态,在此基础上扩展到N个晶格,可以制备出GHZ态。并在此基础上,检验了这个EPR态的特征。由于处于弱相互作用区域,这个方案具有可重复操作,成功率高,耗散小等特点。 2.基于线性光学的N个分离原子的宇称测量宇称测量是量子信息科学一项重要的实验技术,通过宇称测量可以实现各种受控门的操作。我们通过N个独立囚禁原子的腔,来实现这个方案。与直接通过原子间相互作用的方法不同,我们使用的是从腔中逃逸光子的相干特性。通过多个腔的级联,这个方案可以重复使用,直到宇称测量的成功率达到我们预期的效率。 3.冷原子系统的数值模拟计算作为多体系统一个重要的数值处理手段,密度矩阵重整化群(DMRG)在低维系统中求解的可靠度,已经被人们广泛接受。在多体强关联系统中,平均场理论无法再对系统进行正确的描述。为了探寻这个复杂系统的内部性质,得到可以和实验进行比较的结果,史蒂文.怀特(Steven White)于1992年发明这个算法,时至今日,这个算法已经被拓展到了准一维系统和含时DMRG,在多体问题的计算中,与蒙特卡洛算法一起,作为研究这个系统的主要工具。

关键词：冷原子腔QED 纠缠态玻色爱因斯坦凝聚密度矩阵重整化群

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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

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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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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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量子密钥分配系统实际安全性研究

量子密钥分配系统实际安全性研究

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作者：黄靖正中国科学技术大学

学位级别：博士

信息安全是现代通信中人们最为关注的问题。现代通信系统依靠密码体制保障数据的机密性、完整性和真实性。经典的密码体制,如RSA,DES和AES等,依赖其破解的计算复杂度在相当长的时间里为信息安全提供了良好的保障。即使经典计算机的计算... 详细信息

信息安全是现代通信中人们最为关注的问题。现代通信系统依靠密码体制保障数据的机密性、完整性和真实性。经典的密码体制,如RSA,DES和AES等,依赖其破解的计算复杂度在相当长的时间里为信息安全提供了良好的保障。即使经典计算机的计算能力已突飞猛进,要在短时间内破解经典加密算法仍非易事。然而随着技术的发展,量子计算机和量子算法的实现已非遥不可及。二者的结合将极大降低破解经典密码的难度,通信安全正面临新的挑战。唯一能应对强大计算力挑战的,是安全性与计算复杂度无关的“一次一密”加密方案。然而,这种加密方案要求通信双方共享相同的密钥,而且实时不断地更新替换。新密钥的安全分配成为实现一次一密方案的最大难题,传统方式无法保证密钥信息在信道传递过程中未被窃听复制。直到Bennett与Brassard在1984年提出量子密钥分配概念,为解决安全分配密钥难题迈出了关键的一步。经过了三十年的研究,人们已经在数学上严格地证明了量子密钥分配协议在最普适攻击下的无条件安全性,在实验上也不断地取得新的突破。早期的物理学家和密码学家关注量子密钥分配的协议安全性,而忽略了许多实际应用中存在的问题。如实际光源的多光子问题,单光子探测器对强光的响应等。随着量子密码技术日益成熟、应用越来越广泛,量子密钥分配系统的实际安全性成为了学科研究的一个新热点。本文总结了本人攻读博士学位期间在量子密钥分配系统实际安全性研究方面取得的主要成果,包括以下几项内容： (1)实际系统中光学器件的调制都存在某些误差,这些误差发生在安全区内,窃听者是无法掌握的,因此所引入额外误码在降低通信双方互信息量的同时也降低了窃听者的信息量。按照这个思路,我们分析了在光强调制器的有限消光比对实际量子密钥分配系统的影响,给出了修正后的安全密钥率生成公式。 (2)我们研究了光纤分束器分束比的波长相关特性,发现这个非理想特性能直接导致被动偏振编码的BB84系统测量基选择完全被窃听者控制。我们设计了一种针对被动编码BB84协议系统的波长攻击方案,通过实验验证了在该攻击下,窃听者可以在引入极小量额外误码的情况下窃取到全部安全密钥信息。 (3)前期的关于连续变量量子密钥分配系统的研究认为,只要添加光强检测就能消除信号光与本振光在信道中同传的安全性隐患。然而基于光纤分束器的波长特性,我们发现了外差分探测的一个新的安全性漏洞,无法用光强检测方法来修复。我们首次针对外差分探测型连续变量量子密钥分配系统提出了一套完整的攻击方案,从理论上分析了它的可行性,证明窃听者能够在不被通信双方发现的情况下窃取到全部的密钥信息。根据计算的结果,我们给出了相应的防御策略。 (4)比外差分探测型系统更常用的连续变量密钥分配系统是平衡零拍探测型系统。此前,人们已经发现了平衡零拍探测中的时钟同步漏洞,并提出一种实时真空噪声监测方案来进行修复。我们基于器件波长特性发现了一个新漏洞,设计出一套针对商用平衡零拍探测型连续变量量子密钥分配系统的攻击方案,可以使真空噪声监测失效。结合实测器件数据我们证明了该方案的可行性,并通过改进已有方案给出了一套能同时抵御目前已提出的多种针对连续变量系统的攻击,包括校准攻击、饱和攻击以及波长攻击等的新监测方案。

关键词：量子密钥分配协议安全性实际安全性波长攻击

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