检索结果-内蒙古大学图书馆

中国交叉科学学会第15届学术年会

作者：张广财许爱国卢果北京应用物理与计算数学研究所国家级计算物理重点实验室理论物理国家重点实验室(中国科学院理论物理研究所) 北京大学应用物理与技术研究中心和高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室

本文提出一种用路径积分方法描述非协调塑性变形中的位移场的方法。该方法可以给出包含位错和向错等缺陷结构的非协调纯塑性变形的直观图像,用于推导应变场、弯扭场、位错密度场和向错密度场等之间的关系。更进一步,该方法有望用于超导... 详细信息

本文提出一种用路径积分方法描述非协调塑性变形中的位移场的方法。该方法可以给出包含位错和向错等缺陷结构的非协调纯塑性变形的直观图像,用于推导应变场、弯扭场、位错密度场和向错密度场等之间的关系。更进一步,该方法有望用于超导、超流、电磁场、量子Berry相等领域中多值场的描述。

关键词：塑性变形非协调变形路径积分位错向错

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外电场对InGaAsP/InP量子阱内激子结合能的影响

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物理学报 2013年第23期62卷 308-312页

作者：王文娟王海龙龚谦宋志棠汪辉封松林山东省激光偏光与信息技术重点实验室曲阜师范大学物理系曲阜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 中国科学院上海高等研究院上海201203

在有效质量近似下采用变分法计算了InGaAsP/InP量子阱内不同In组分下的激子结合能,分析了结合能随阱宽和In组分的变化情况,并且讨论了外加电场对激子结合能的影响.结果表明:激子结合能是阱宽的一个非单调函数,随阱宽的变化呈现先增加后... 详细信息

在有效质量近似下采用变分法计算了InGaAsP/InP量子阱内不同In组分下的激子结合能,分析了结合能随阱宽和In组分的变化情况,并且讨论了外加电场对激子结合能的影响.结果表明:激子结合能是阱宽的一个非单调函数,随阱宽的变化呈现先增加后减小的趋势;随着In组分增大,激子结合能达到最大值的阱宽相应变小,这与材料的带隙改变有关;在一定范围内电场的存在对激子结合能的影响很小,但电场强度较大时会破坏激子效应.

关键词：激子 InGaAsP InP量子阱结合能电场

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量子超纠缠及测量扰动关系物理性质研究

量子超纠缠及测量扰动关系物理性质研究

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作者：杜琨中国科学院大学

学位级别：博士

在20世纪初所建立起来的量子力学是物理学的一个极大进步。它主要研究微观粒子的运动规律，不仅与相对论共同构成现代物理学的理论基础，同时也被广泛应用于生物学、化学、材料学以及信息科学等领域。经过近百年的研究，人们发现量子力... 详细信息

在20世纪初所建立起来的量子力学是物理学的一个极大进步。它主要研究微观粒子的运动规律，不仅与相对论共同构成现代物理学的理论基础，同时也被广泛应用于生物学、化学、材料学以及信息科学等领域。经过近百年的研究，人们发现量子力学是描述微观粒子相互作用的正确理论，可以算作是被验证的最严密的物理理论之一。迄今为止，所有的实验数据均无法推翻量子力学，促进了量子力学及其在众多相关学科上应用的快速发展。尽管如此，量子力学依然存在着一些缺陷，例如量子力学与广义相对论之间的矛盾使得寻找万有引力的量子理论十分困难，同时量子力学中的若干基本概念也存在一些还未明确的问题。\n 本文我们主要关注量子非定域性和不确定性原理这两个量子力学的基本原理，它们都是量子力学与经典力学相区别的最本质特性。被Einstein称作“幽灵般的超距作用”的量子非定域性，是当今量子信息处理中的研究热点，与其密切相关的量子纠缠现象在量子计算、量子隐形传态、量子超密编码以及量子保密通信等方面都有广泛应用。由于实验上得到多体纠缠的复杂性和困难性，从而制约着量子态所能够携带的信息量。高维纠缠和超纠缠作为新的纠缠形式，提供了解决这个问题的两个途径。利用现有实验技术和光学器件，我们提出了两个不同超纠缠态的制备方案，分别基于二维和四维量子系统。同时，也从理论上研究了超纠缠在检验定域实在论与量子力学之间矛盾上的优势。\n 量子纠缠在量子信息任务中的应用始终是近几十年的研究热点。例如，在保密通信中，通过量子信道传输的信息是否安全取决于所分发密钥的安全性。但是Shor大数因子化量子算法的出现，极大地威胁了经典加密体系的安全性。不过量子力学给现有保密通信带来破坏的同时，也提供了相应的解决方法。人们发现量子力学的基本原理能够保证量子信息在传输过程中的绝对安全性。于是发展出了各种各样的量子密钥分配协议，并在实际应用上也不断取得重大进展。我们通过结合高维纠缠和超纠缠的特性优势，提出了一个基于高维超纠缠态的量子密钥分配协议。在量子信息的传输过程中，环境噪声对量子系统的影响同样不可忽视。只有高质量的量子态才能保障信息的使用和信道的安全，所以纠缠纯化和纠缠浓缩逐渐成为量子信息领域的另一个研究重点。到目前为止，人们基于不同技术和原理，提出了许多纠缠纯化和浓缩方案。我们针对超纠缠这个新兴资源，提出了能够对超纠缠态同步完成纯化和浓缩任务的方案。\n 不确定原理构成了整个量子理论的基础。Heisenberg不确定关系已被严格证明和广泛接受，但由其延伸而来的Heisenberg测量扰动关系则自提出以来受到了长期的讨论与质疑。最近十年，关于测量扰动关系的研究成果如雨后春笋般涌现出来，物理学家们提出了各种改进的测量扰动关系。同时随着实验技术的进步，已经对Heisenberg以及一些改进的测量扰动关系进行了实验检验。但是目前的实验大多采用弱测量技术，其适用的量子系统有限，而且对于复杂系统，实验过程将十分困难。我们研究了测量扰动关系与量子关联之间的联系，并提出了利用量子关联来检验测量扰动关系的实验方案。

关键词：量子超纠缠扰动关系物理性质

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自旋及其环境的量子调控与开系统理论问题研究

自旋及其环境的量子调控与开系统理论问题研究

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作者：杨立平中国科学院大学

学位级别：博士

量子力学的诞生，带领人们进入了一个崭新的世界。而自旋作为量子世界独有的产物，对自旋的研究在量子力学的建立和发展的过程中起到至关重要的作用。Stern-Gerlach关于自旋的实验明确地告诉人们世界确实是量子化的。近年来，随着实验... 详细信息

量子力学的诞生，带领人们进入了一个崭新的世界。而自旋作为量子世界独有的产物，对自旋的研究在量子力学的建立和发展的过程中起到至关重要的作用。Stern-Gerlach关于自旋的实验明确地告诉人们世界确实是量子化的。近年来，随着实验技术的发展，首先实现了单电子自旋的探测。到现在人们已经成功制备了单电子自旋的纯量子态，这为利用电子自旋实现量子计算和量子通信打下良好的基础。然而，如何实现电子自旋的相干操控将成为下一个需要攻克的难题。\n 世界虽然是量子的，然而要看到世界量子化的一面绝非易事。因为任何一个真实的物理系统都不是孤立的，它必然会跟一个自由度非常大的环境发生相互作用，进而导致系统的热化和退相干。\n 量子相干性是量子器件最大的特性。如何降低环境对量子系统的影响，延长量子系统的相干时间，是实现未来量子计算必须要解决的问题。虽然现在对一些特殊的系统可以采用无退相干子空间、动力学解耦等方法去消除环境对系统的影响，但是也许只有依靠对量子开系统自身动力学行为的研究，才能从根本上为解决这一问题铺平道路。\n 本文主要研究小环境中自旋的动力学演化以及对它的相干调控和量子开系统中的一些新效应。第一章介绍了文章的研究背景，主要包括大自然的某些生命过程中可能存在的量子效应，人工量子点系统中单电子自旋量子态的一些新进展和环境导致的量子系统的退相干效应。在第二章中，我们从N-V中心自旋系统和生命过程中一个可能的微观化学反应过程入手，研究了核自旋环境对系统自旋动力学的影响。第三章研究如何在自旋-轨道耦合系统里利用电场对单自旋进行精确相干操控。第四章，我们研究一个简单的量子开放系统的非马尔可夫动力学过程和一个非平衡体系的长时间稳态行为。最后一章对全文进行了总结，并对未来的工作提出了一些展望。

关键词：单电子自旋量子相干操控退相干量子开系统纯量子态

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物联网宏编程关键技术研究

物联网宏编程关键技术研究

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作者：邱杰凡中国科学院大学

学位级别：博士

随着无线通信技术、电子技术以及微机电技术的飞速发展，物联网作为连接物理世界与信息空间的桥梁越来越多的融入到我们的日常生活中。通过物联网相关技术，真实的物理世界将被网络化、信息化、智能化，物理世界中存在的物体也被映射到... 详细信息

随着无线通信技术、电子技术以及微机电技术的飞速发展，物联网作为连接物理世界与信息空间的桥梁越来越多的融入到我们的日常生活中。通过物联网相关技术，真实的物理世界将被网络化、信息化、智能化，物理世界中存在的物体也被映射到虚拟的信息空间中，从而实现任何时间、任何地点和任意物体之间的交互，即无所不在的计算以及无所不在的控制。然而在当前的物联网应用中，网络通常由具体的单位或个人所拥有，其上构建的应用也是由网络的拥有者根据自己的需求指定。换言之，网络的拥有者与应用的构建者是统一的。随着物联网的进一步发展，可能导致两个具有因果关系的趋势即:专用私有网络向公用共享网络的转化以及网络拥有者与应用构建者的分离。在这两种趋势下，如何从降低编程难度的角度出发，通过简单的编程手段高效地利用普适的物联网是当前物联网研究的重点内容之一。\n 当前的研究表明，物联网感知网络中的宏编程（macroprogramming）技术通过将网络中的功能实体进行抽象，极大降低了编程的门槛以及编程的复杂度。在实际物联网宏编程技术研究过程中，由于受到物联网设备之间的异构性、感知网络的动态性以及感知节点低功耗需求等多方面因素的影响。因此针对物联网的特点，面向物联网的宏编程技术亟需从以下三个方面展开研究:(1)从软件编程角度，如何降低编程的难度和复杂度，帮助应用构建者以较少的编程代码量在设备异构的物联网中构建复杂的应用;(2)从应用程序执行角度，如何提高应用程序在物联网前端感知网络中执行的稳定性;(3)从可执行代码加载角度，如何以较低的能量开销完成对物联网资源受限设备的代码更新。\n 本文的创新性工作主要体现在以下三个方面。\n 1.针对异构物联网编程复杂的问题，本文提出了一种支持资源运行时组合的编程抽象方法EasiSMP，其核心思想是将宏函数的定义开放给应用构建者，由熟悉异构设备的应用构建者通过统一的编程抽象方法实现设备基本功能的宏函数定义，后来的应用构建者基于前人构建的宏函数可以完成对设备以及其上功能的复用，以此来消除网络中设备异构性对于编程的影响。然而在具体实现上，需要考虑以下两方面的问题:(1)从降低编程难度的角度出发，如何通过统一的编程抽象在编程层面屏蔽设备异构性;(2)从降低编程复杂度的角度出发，在屏蔽异构性的基础上，如何对现有设备或功能实体实现更高层面的复用。针对第一个问题，EasiSMP将面向资源的软件架构风格思想融入感知网宏编程技术中。将网络中的功能实体抽象为可以通过URI访问的虚拟资源，并通过虚拟资源管理器实现对虚拟资源的运行时管理。针对第二个问题，EasiSMP通过设计合理的编程范式，在编程阶段定义对虚拟资源的复用行为，在运行时阶段由资源管理器完成对资源的动态组合，从而实现了区别于传统的代码复用和设备复用的应用层面复用。换言之，应用构建者通过运行时的资源组合，实现了宏函数的运行时定义。通过对具体的应用程序分析表明，应用构建者能够以较少的代码量构建复杂应用。与现有针对物联网的编程抽象方法相比，EasiSMP在部署开销方面较传统方法降低了27％。\n 2.针对物联网前端感知网络动态性导致的应用程序执行不稳定问题，本文提出了一种基于时空属性的任务迁移方法EasiSNP。该方法的核心思想是由网络自主的完成任务在不同节点上的迁移，以替换执行任务节点的方式提高应用程序整体执行的稳定性。在传统编程方法中，针对感知网络的动态性，一般需针对每个节点，设计复杂的冗余策略来确保单个任务的可靠执行，进而提高应用程序整体执行的稳定性。这不仅会加重应用构建者的编程负担，而且需要考虑各种突发情况定制专门的策略。在宏编程的相关技术中，可供参考的解决思路是通过定义某些任务执行需要满足的条件，由网络完成任务在不同具体设备之间的迁移。考虑到感知节点在存储和计算资源方面受到的严格限制，复杂任务迁移过程可能并不适用。而另一方面，由于物理世界中事件的发生通常与时间和空间密切相关，为此EasiSNP设计了基于时空属性的任务定义方法。并通过一套任务自适应加载机制，实现了任务以任务块(task block)的形式在不同感知节点上的迁移，尽量消除网络动态性给程序执行带来的影响。实验表明，EasiSNP在存储开销和通信开销方面能够适用于资源受限的节点，此外，我们将EasiSNP应用于太湖蓝藻打捞感-执系统后，将应用程序执行不稳定导致的数据延时下降了32％。\n 3.针对代码更新过程中的重组能量开销过高的问题，本文提出了一种基于重组优化的代码更新方法。问题来自于在使用增量式代码更新的过程中，需要修改原始代码镜像并保存新镜像，这两个步骤会引起大量对非易失性存储的读写操作。为了减少这种读写操作，我们分别对重组过程中的代码修改和代码保存进行了优化。首先，针对代码修改，我们提出了基于原地修改

关键词：物联网宏编程任务迁移可执行代码

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基于含时密度泛函理论的激发态方法发展

基于含时密度泛函理论的激发态方法发展

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作者：刘杰中国科学技术大学

学位级别：博士

在本论文中,我展示了我在攻读博士学位期间所做的一些工作。工作主要集中于基于含时密度泛函理论发展有效的理论方法去研究复杂分子或处于开放环境中的体系的激发态性质,例如力和力常数(激发态能量对核坐标的一阶和二阶导数),或者偶极... 详细信息

在本论文中,我展示了我在攻读博士学位期间所做的一些工作。工作主要集中于基于含时密度泛函理论发展有效的理论方法去研究复杂分子或处于开放环境中的体系的激发态性质,例如力和力常数(激发态能量对核坐标的一阶和二阶导数),或者偶极矩和静态极化率(激发态能量对电场的一阶和二阶导数)。通过发展有效的方法得到体系激发态的结构以及动力学性质,从理论上对有机分子,生物体系以及自然的或者人工的光合作用体系中的光化学和光物理过程给出合理的解释以及更深入的理解,这些对能源、环境科学以及光电器件的设计领域都非常重要。本论文的具体工作主要有以下几个方面：(1)基于TDDFT,发展了线性标度方法去解析计算激发态能量梯度,为利用TDDFT研究大分子的激发态结构和动力学提供了可能性。(2)发展了快速有效的计算方法去计算激发态能量对核和电场微扰的二阶导数,为研究复杂体系激发态的振动以及热力学性质,例如熵和自由能,以及红外和拉曼光谱的分析提供了有效的理论工具。(3)为考虑溶剂化效果,我们结合了TDDFT与连续介质模型(PCM),发展了基于PCM-TDDFT的理论计算方法去计算激发态能量对核和电场微扰的一、二阶导数,它为研究复杂体系在溶液环境下电子激发,结构弛豫以及激发态振动等性质提供了有效的理论工具。所有的方法都是基于Q-CHEM量子化学软件包发展的。其中,主要的研究成果如下： 1.从密度矩阵形式的运动方程出发,在非正交的Gaussian原子轨道基函数下发展了基于含时密度泛函理论的解析的激发态能量一阶导数的方法。类似于分子轨道基函数下解析一阶导数的方法,在原子轨道基函数下基于约化单电子密度矩阵重新得到了Z矢量方程。从而为人们应用密度矩阵的量子局域性以及避免在分子轨道和原子轨道基函数下矩阵转换,实现线性标度激发态算法提供了一种可能。 2.在含时密度泛函理论框架下,发展了解析激发态能量对核坐标二阶导数的方法。应用这种方法研究了一系列分子的激发态振动频率,与有限差分、单电子激发态的组态相互作用等理论方法得到的结果以及实验值做了比较,测试了方法的精度。同时通过对基态及激发态振动频率计算所需CPU计算时间的比较展示了激发态能量解析求导方法的计算效率。更进一步地我们比较了基于Tamm-Dancoff近似的TDDFT方法与full TDDFT在激发态频率计算上的差别,并确定了激发态频率计算标度因子。 3.结合溶剂的连续介质模型,在含时密度泛函理论的框架下,发展了快速有效的计算处于溶液中分子的激发态方法。通过对激发能,几何机构优化以及振动频率的计算证明了方法数值实现的正确性。接下来,这种方法用来分别研究了4-hydroxybenzylidene-2,3-dimethyl-imidazolinone (HBDI)(?)(?)9-Fluorenone分子的共振拉曼光谱和红外光谱。对上面发展的这些方法的大量测试以及实际应用显示了方法的正确性和有效性。可以期望这些方法将给激发态性质和动力学过程的研究提供一种非常有效的计算手段。

关键词：含时密度泛函理论解析导数线性标度激发态性质连续介质模型

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安全多方量子计算理论与应用研究

安全多方量子计算理论与应用研究

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作者：何立宝中国科学技术大学

学位级别：博士

安全多方计算是现代密码学的重要组成部分和热门研究领域,其主要目标是完成以下计算任务：在一个互不信任的分布式网络中,两个或多个用户能够在不泄露各自隐私数据的前提下合作计算某个约定函数并获得计算结果。安全多方计算在数据挖掘... 详细信息

安全多方计算是现代密码学的重要组成部分和热门研究领域,其主要目标是完成以下计算任务：在一个互不信任的分布式网络中,两个或多个用户能够在不泄露各自隐私数据的前提下合作计算某个约定函数并获得计算结果。安全多方计算在数据挖掘、科学计算、电子交易、信息检索以及计算几何等多个领域有广泛的应用前景。量子信息学是信息学与物理学的交叉科学,它将量子理论应用于通信、计算以及密码学等领域,构成量子通信、量子计算、量子密码术等三个重要分支。量子信息学在通信效率、运算速度以及安全性等方面均有优于传统信息学的表现。安全多方计算与量子信息学的相互融合产生了新兴的热门研究领域一安全多方量子计算。与经典环境下的安全多方计算协议相比,安全多方量子计算协议引入了量子信息技术的优异特性,所以其在健壮性、安全性以及通信效率等方面均有很大的提高,尤其是窃听检测方面,后者相对前者具有绝对的优势。本文在国家自然科学基金项目的支持下,开展了安全多方量子计算理论与应用方面的研究。本文的主要研究内容及相关创新点如下： 1.重新审视了安全双方量子计算的局限性,借助Yao模型并结合具体协议论证了标准模型下不存在无条件安全的比特承诺和茫然传送协议。 2.从通用协议和基础协议两个角度探讨量子安全函数计算,指出通用协议在双方计算环境中的局限性,并进而引入非串谋的第三方构建出一种安全实用的双方量子点积协议。此协议具有很强的扩展性,可以作为一般安全双方函数计算问题的通用解决方案。 3.借鉴经典环境下盲签名和多代理签名模型,提出一种安全高效的量子多代理盲签名协议。此协议基于量子纠缠和量子纠缠交换,实验上易于实现。 4.从密码分析角度探讨量子盲签名的安全性。针对WW09QBS协议提出一种有效的攻击方案,并进而论证了WW09QBS协议客观存在的安全缺陷一不具备签名的不可伪造性,最后对协议进行了改进。 5.从密码分析角度探讨量子密封拍卖的安全性。针对ZNZ10QA协议提出一种有效的攻击方案,并进而论证了ZNZ10QA协议客观存在的安全缺陷—不能抵抗多个投标者的合谋攻击,最后对协议进行了改进。

关键词：安全多方计算量子信息量子密码比特承诺茫然传送量子签名量子拍卖

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量子集成光学芯片器件的研究

量子集成光学芯片器件的研究

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作者：邹长铃中国科学技术大学

学位级别：博士

在传统的电子集成芯片领域,纳米加工技术、量子隧穿效应、功耗和散热等方面制约着基于电子芯片的信息技术的进一步发展。量子信息科学应运而生,基于量子态的叠加原理、量子不可克隆原理和量子精密测量、有望实现高效的量子计算、高速而... 详细信息

在传统的电子集成芯片领域,纳米加工技术、量子隧穿效应、功耗和散热等方面制约着基于电子芯片的信息技术的进一步发展。量子信息科学应运而生,基于量子态的叠加原理、量子不可克隆原理和量子精密测量、有望实现高效的量子计算、高速而安全的量子信息传输,并能够突破经典噪声和不确定性原理的限制实现更加精确的测量。经过近三十的努力,量子信息在很多物理体系中取得了卓有成效的进展,包括电子和空穴自旋、核自旋、光子、机械振子、超导约瑟芬结、原子和离子阱。其中,光子具有多重自由度、室温环境下的退相干小、信息传输速率高以及技术成熟等多方面的优势,因此人们已经在基于光子的量子态的量子信息处理方面取得了众多突破性的进展。然而,传统光学元件尺寸较大并且光路受到环境温度、气流和振动的影响非常大,限制了光子量子信息处理的进一步扩展。在集成光学芯片上,固态介质组成的光学元件和光路性能稳定、能耗更小可扩展性强,因而是光子量子信息处理的必然发展趋势。本论文致力于研究集成光学芯片上的量子信息处理。一方面,研究各种集成光学元件的基本性质,与实验结合设计各种新的器件,并开发新的材料和物理体系来提高器件的性能,从而实现对量子态的制备和操控。另外一方面,光的传播可以类比量子态的演化,因而赋予集成芯片的光学研究新的内涵和物理,可以利用集成光学芯片模拟量子模型或者基于量子力学原理设计新颖的集成光学元件。本论文具体的研究内容包括以下几个方面： 1.集成光学芯片器件基本性质集成光学芯片上最基本的组成部分是光子的载体,即波导和微谐振腔。波导可以传输光子,连接不同的集成器件;谐振腔可以局域光子,增强光子与物质的相互作用,基于两者可以实现各种不同功能的光学器件。我们研究小组深入研究了各种波导结构和回音壁模式微谐振腔的基本性质。结合过去几年我们小组的实验进展,本论文详细介绍了回音壁模式光学微腔的基本性质、实际的材料和制备方法。本人在理论上研究了回音壁模式的耦合模式理论,研究了其与近场波导的平行和垂直耦合,对实验中的回音壁模式的高效激发和收集提供理论支持。为了避免在低温腔内进行实验时对微腔近场操控的限制,本人还研究了非对称的回音壁模式微腔的方向性发射。首次给出高Q单向性发射的回音壁模式的基本原理,并基于此设计和优化了实用的方向性发射微腔。另外还首次给出远场激发回音壁模式微腔的自洽理论,为自由空间耦合高Q回音壁模式微腔提供理论指导。 2.集成芯片上光子与二能级体系相互作用二能级原子是最简单的量子体系,利用光子与其作用,可以实现单光子光源、原子媒介的光子光子相互作用以及光子媒介的原子原子相互作用,从而用于量子纠缠、量子态的制备和存储等应用。我们小组致力于实现固态量子点和微腔的强耦合实验,希望基于此构造固态量子信息处理器。因此,本人开展了这个方面的理论研究。在波导和回音壁模式微腔附近,由于局部的电磁场模式密度的改变会造成原子自发辐射速率的改变。基于此,我们提出利用纳米光纤和表面等离子体的复合结构,实现高效的单光子源。实验上已经观测到了回音壁模式腔对量子点荧光寿命的调制效应。我们提出了各种改进的实验方案来帮助解决在单个量子点和回音壁模式微腔的强耦合实验中遇到的一些困难。例如,通过用混杂有量子点的聚合物包裹微腔表面,可以实现更加高效和稳定的强耦合。 3.光与机械相互作用本人将机械振子这样一个新的元素引入到集成光学芯片上,从而实现更多实用的光学器件和量子信息处理。光机械作用的一个特点就是任意波长的光子携带的动量都可以转移到机械体系上,光与机械相互作用无需频率共振。本人的研究包括两个方面：(1)用经典的光力控制机械振子的运动从而实现对光路的调制。在集成芯片上,微纳结构的质量和弹性系数非常小而更容易变形,利用波导和微腔对光的束缚,可以在输入光能量很小的情况下调节机械振子的状态。利用这种光机械相互作用使得光与光间接地相互作用,可以实现相位和能量的调制器,具有全光特性和低功耗的优势。(2)利用简谐振子的量子态实现量子信息处理,包括量子纠缠和光子频率转换等。我们首次提出了一种室温下实现光机械量子纠缠的实验体系。该体系由一个高机械品质因子(Qm)的机械谐振子和高光学品质因子(Qo)的微盘腔组成,均由Si3N4材料制备,与其它光学集成器件兼容。在这个体系中,如果固定其他参数不变,纠缠只与温度和机械Qm的比值有关,也就是说Qm越高,量子纠缠就能在越高的温度下存在。机械体系其独有的性质有望在集成光学芯片量子信息处理中发挥重要的作用。 4.集成光学量子模拟利用集成光学芯片,可以构造特定的结构来模拟和类比其他物理体系,实现对某些量子物理问题的模拟研究。本人利用集成光学芯片模拟了量子开放体系,并研究了系统与环境相互作用的马尔科夫、非马尔科夫动力学过程。通过直接观测电磁场的能量分布和演化,可以直观的理解系统与环境相互作用的内

关键词：集成光学波导回音壁模式量子信息处理量子模拟腔量子电动力学光机械

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量子隐李雅普诺夫控制方法及相关应用研究

量子隐李雅普诺夫控制方法及相关应用研究

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作者：孟芳芳中国科学技术大学

学位级别：博士

完善的量子控制理论对于量子计算、原子物理、选键化学、量子光学、纳米材料、量子通信等领域的飞速发展具有重要的意义。在众多量子控制方法中,基于李雅普诺夫稳定性理论的量子控制方法的设计较简单,可以得到解析的控制律,且基于该控... 详细信息

完善的量子控制理论对于量子计算、原子物理、选键化学、量子光学、纳米材料、量子通信等领域的飞速发展具有重要的意义。在众多量子控制方法中,基于李雅普诺夫稳定性理论的量子控制方法的设计较简单,可以得到解析的控制律,且基于该控制方法的控制系统至少是稳定的,所以是一种比较常用的量子控制方法。在量子系统的特性及其控制的研究中,封闭量子系统的特性及其控制的研究是开放量子系统的特性及其控制的研究基础。从控制的角度看,对封闭量子系统的控制主要包括状态转移和轨迹跟踪两个方面。目前,为实现封闭量子系统的状态转移所采用的量子李雅普诺夫控制方法的研究主要集中在处于退化情况的量子系统。然而在实际中,很少有量子系统处于非退化情况,而大多数量子系统是处于退化情况。所以本论文主要研究的是采用隐李雅普诺夫控制方法来解决封闭量子系统退化情况下的任意两个态之间的完全状态转移控制问题,其中包括任意的本征态、叠加态和混合态。并研究量子控制在实际中的一个应用：相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)相邻能级的选择激发。首先,对于薛定谔方程,通过在控制律中引入隐函数微扰控制项和分别选取基于状态间距离、状态间偏差和虚拟力学量均值的隐函数李雅普诺夫函数解决了控制系统退化情况下从任意纯态初始态到任意本征态目标态的完全转移,也就是收敛性问题。又通过在控制律中引入常值扰动控制项解决了目标态为叠加态时的收敛性问题。并根据拉萨尔不变原理分别证明了在三种隐李雅普诺夫控制方法下控制系统的收敛性。分析了如何使收敛条件成立。通过数值仿真实验来验证所提出控制方法的正确性和有效性。并分析了三种隐函数李雅普诺夫函数的关系和三种隐李雅普诺夫控制方法的优缺点,对比三种控制方法的控制效果。第二,对于刘维尔方程,通过在控制律中引入隐函数微扰控制项,并选取基于虚拟力学量均值的隐函数李雅普诺夫函数解决了控制系统退化情况下从任意初始态到与内部哈密顿对易的目标态的收敛性问题。又通过在控制律中引入常值扰动控制项,解决了目标态为非对易与内部哈密顿的态时的收敛性问题。根据拉萨尔不变原理证明了基于该控制方法的控制系统的收敛性。分析了如何使收敛性条件得到满足,从而提出了便于设计的显式的虚拟力学量设计原则。通过几个数值仿真实验来验证所提出控制方法的正确性和有效性。第三,在实际的应用中,飞秒CARS用于探测物质能谱的灵敏度较高,被广泛应用到许多领域。飞秒CARS相邻能级的选择激发是CARS的一个重要的研究方向。目前实现CARS相邻能级选择激发的方法主要集中在实验上,分析和总结较少。本论文采用Silberberg提出的控制方法,在一系列参数调整实验的基础上,总结了各可调参数对选择激发效果的影响。并根据相关理论,定性分析了该方法的内部控制机理,分析了最佳可调参数能够实现相邻能级选择激发的原因,以及最佳可调参数的大致范围。从而总结出了实现相邻能级选择激发的参数调控方法。

关键词：隐李雅普诺夫控制封闭量子系统状态转移退化情况收敛性 CARS相邻能级选择激发

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基于纠缠光源的量子成像理论与实验研究

基于纠缠光源的量子成像理论与实验研究

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作者：郑名扬中国科学技术大学

学位级别：博士

量子成像自二十世纪九十年代被发现后,由于其新奇的非局域特性引发了物理学界极大的兴趣。量子成像是新兴的量子信息与成像光学的交叉前沿热点,在生命科学、信息技术、国防军事等领域有着广阔的应用前景。近年来可见光波段经典热光场的... 详细信息

量子成像自二十世纪九十年代被发现后,由于其新奇的非局域特性引发了物理学界极大的兴趣。量子成像是新兴的量子信息与成像光学的交叉前沿热点,在生命科学、信息技术、国防军事等领域有着广阔的应用前景。近年来可见光波段经典热光场的量子成像已有大量的研究工作并取得了重要的进展。另外,量子成像的研究一方面向着短波的方向推进,如基于X射线的量子成像;另一方面费米子的量子成像也吸引了大量的关注,如热中子、电子等。量子纠缠是存在于多子系量子系统中的一种奇妙现象,即对一个子系统的测量结果无法独立于对其他子系统的测量参数。以纠缠双光子为例,无论两个光子相距多远,它们都保持着特别的关联性,即当其中一个被操作而状态发生变化时,另一个也会即刻发生相应的状态变化。量子纠缠无论对于一些基本物理问题的检验,还是对于实际应用,如量子通信、量子计算,都有着极其重要的意义。自发参量下转换是制备纠缠双光子源最常用的手段,它利用非线性晶体的二阶非线性效应,可以产生极化纠缠、角动量纠缠、时间-能量纠缠。自发参量下转换过程中,满足能量守恒和动量守恒,因此产生的两个光子在时间和空间上有着一定的关联性质。经典光学成像空间分辨率受制于瑞利衍射极限,即受光学设备及波长限制。理论计算表明：在量子成像架构下,当使用N光子纠缠源时,成像的空间分辨率比起经典光学提高N倍。随着超高亮度多光子纠缠源制备技术的发展,多光子量子成像成为可能。本论文研究了纠缠双光子源的量子成像,从理论和实验上深入探讨了纠缠光源性质及成像架构对量子成像的影响。为将来三光子甚至四光子纠缠源量子成像实验进行相关理论及技术准备。论文的主要研究内容及创新点如下： 1.从理论上分析了纠缠光源特性对量子干涉成像的影响。对于自发参量下转换方法制备的纠缠光源,针对相位匹配提出并分析了两种数学模型。通过数值模拟发现对于实际量子成像所用非线性晶体,两种模型是等价的。 2.设计基于Ⅱ型非共线参量下转换纠缠光源的量子成像实验平台,包括量子纠缠光源的制备、数据采集系统以及量子成像架构。基于自发参量下转换双光子纠缠源,从实验上研究了补偿装置对量子几何成像的影响：分析了物体——光阑距离对量子干涉成像的影响;探索了泵浦光聚焦对量子几何成像的影响。 3.实验结果表明补偿系统对量子几何成像并无明显影响;在量子几何成像中,随着物体-光阑距离的增大,干涉图样对比度变大,成像质量有明显提高。当泵浦光被聚焦时,纠缠光子对的空间分布会因为聚焦而改变。

关键词：量子成像纠缠光源符合测量自发参量下转换泵浦光聚焦单光子探测器

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