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基于相干光相位产生与测量的量子信息处理

基于相干光相位产生与测量的量子信息处理

作者：苏石磊延边大学

学位级别：硕士

相干光鲁棒性比单光子更强,而且相干光资源比单光子资源更容易获取.正因为如此,相干光在量子信息处理中的应用受到越来越多的关注和研究.由于相干光具有近似正交性和超完备性,因此在量子信息处理任务中,相干光可以作为量子信息编码比特... 详细信息

相干光鲁棒性比单光子更强,而且相干光资源比单光子资源更容易获取.正因为如此,相干光在量子信息处理中的应用受到越来越多的关注和研究.由于相干光具有近似正交性和超完备性,因此在量子信息处理任务中,相干光可以作为量子信息编码比特.同时,由于相干光能够通过Kerr介质与单光子作用或者能够通过腔输入输出过程与原子作用,在最近的一些量子信息研究中,相干光更多的是被用作量子信息通道或量子信息处理媒介. 本文中所涉及相干光均做为量子信息处理媒介,所涉及模型包括Kerr介质和腔输入输出过程.主要机理均是通过测量和量子比特作用之后的相干光相位,使量子比特产生纠缠.主要研究内容为 (i) Kerr介质方面：提出两种方案制备四光子偏振纠缠Cluster态.第一个为循环方案,通过引用一个装置,将第一步的成功率极大提高,并且为别的方案提供了一种通过循环提高成功率的思想.第二个为经济可行方案,跟别的通过四个或六个Kerr介质制备四光子偏振纠缠态的方案相比,该方案只需要两个Kerr介质.而且不需要不容易获取的负角度Kerr介质条件相移,因此比以往的方案更加经济可行.紧接着,我们又构建了一个简化对称分析器,跟原来的对称分析器相比,我们构建的对称分析器要求资源更少,测量结果更精确,可行性更强,并在此基础上分别实现了Bell态和Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ)态非破坏性分析. (ii)腔输入输出过程方面：提出一个基于相干光相位光子数空间投影测量的原子态纠缠器,并分析了其成功率和保真度.由于该纠缠器是基于低Q腔中段耦合区域,仅仅通过测量有无光子就可以获得原子不同形式的纠缠态,因此对实验来说不算是一个挑战.基于该纠缠器分别实现了非局域Bell态分析,量子信息转移,四原子|χ>态制备,N原子Cluster态和GHZ态制备,量子控制非门.

关键词：相干光相位 Kerr介质腔输入输出过程态分析态制备

基于共振里德伯偶极-偶极相互作用的双反阻塞机制及量子逻辑门的实现

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物理学报 2021年第13期70卷 80-88页

作者：金钊李芮公卫江祁阳张寿苏石磊东北大学理学院物理系沈阳110819 东北大学材料科学与工程学院轧制技术与连轧自动化国家重点实验室沈阳110819 延边大学理学院物理系延吉133002 郑州大学物理工程学院郑州450001

里德伯原子由于具有较长的能级寿命和易于操控的特点已成为卓越的信息载体之一.近年来,关于里德伯原子性质的研究得到逐步的发展和完善,特别是基于里德伯原子间范德瓦耳斯力诱导的单能级里德伯阻塞和反阻塞效应.然而,随着原子间距离的改... 详细信息

里德伯原子由于具有较长的能级寿命和易于操控的特点已成为卓越的信息载体之一.近年来,关于里德伯原子性质的研究得到逐步的发展和完善,特别是基于里德伯原子间范德瓦耳斯力诱导的单能级里德伯阻塞和反阻塞效应.然而,随着原子间距离的改变,里德伯相互作用将导致更加复杂的动力学行为.本文主要研究在原子间距小于其特征长度的情况下,如何根据构建的里德伯反阻塞及双反阻塞机制一步实现两量子比特控制相位门和交换门,在此范围内的原子间相互作用将涉及多个能级的布居交换.数值模拟表明:里德伯阻塞与双反阻塞机制的解析和数值结果能够达到高度一致,理想情况下控制相位门和交换门的平均保真度分别为99.35%和99.67%,此结果对于抵抗高激发里德伯态的自发辐射具有一定的鲁棒性.希望本文的研究能够为里德伯原子系统中实现大规模容错量子计算提供必要的理论支持与实验依据.

关键词：里德伯原子反阻塞机制量子逻辑门偶极-偶极相互作用

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轧钢生产线多电机协调控制策略研究

轧钢生产线多电机协调控制策略研究

作者：苏石磊北京建筑大学

学位级别：硕士

随着我国钢铁行业的高速发展,冶金轧钢生产系统也在不断地演进和升级。特别是近几年来,钢铁工业对轧钢设备的自动化水平提出了更高的要求,以满足日益严格的工艺标准。传统的多电机控制系统已经不能完全符合现代化生产的要求,因此,应用... 详细信息

随着我国钢铁行业的高速发展,冶金轧钢生产系统也在不断地演进和升级。特别是近几年来,钢铁工业对轧钢设备的自动化水平提出了更高的要求,以满足日益严格的工艺标准。传统的多电机控制系统已经不能完全符合现代化生产的要求,因此,应用先进的控制理论和方法,研究高性能的多电机驱动系统的协调控制具有非常重要的意义。本文针对现有的多电机协调控制策略难以满足轧钢生产线智能化发展的需求,存在精度不高、稳定性不足以及抗干扰性和鲁棒性不强的问题,重点围绕协调控制中的算法和结构优化改进展开。其研究工作主要有以下几个方面:首先,以异步电机为研究对象,建立其数学模型,对比分析不同协调控制结构的优缺点,得出偏差耦合结构能较好的解决多电机协调控制问题。针对传统偏差耦合控制结构中PID控制器参数整定困难的问题,结合樽海鞘算法,利用改进的Tent映射,加入自适应权重因子和Levy飞行的混合策略等方法设计ISSA-PID控制器,更好地实现了算法的全局搜索、收敛速度和计算精度之间的平衡,为了验证ISSA算法的优越性,选取了6个基准测试函数进行测试并与其他算法相比较。在Matlab平台上搭建多电机仿真模型,实验结果证明,在偏差耦合结构的基础上与ISSA-PID控制器相结合的方法,能够针对电机在不同转速和负载扰动下作出快速响应,减少扰动对系统的影响,进一步提高了多电机运行时的控制精度。其次,为了解决ISSA-PID算法在高精度控制环境下同步误差较大的问题,在偏差耦合结构的基础上,结合滑模控制算法,提出改进型偏差耦合多电机协调控制策略。利用超扭曲算法改进趋近控制律,提高了滑模函数的收敛速度和动态调节性能,解决了系统中的抖振问题,同时缩短系统的响应时间;改进传统偏差耦合控制结构,设计误差因子速度补偿器,重新确定速度补偿信号,增强系统中各电机之间的耦合性,在受负载扰动后转速波动小,减小同步误差,提高控制精度,并构建了Lyapunov方程对系统进行稳定性判别分析。利用Matlab搭建系统模型进行协同控制仿真实验并分析,验证了所提出的新型控制策略的可行性和有效性。最后,搭建半实物仿真实验平台。以Links-RT实时仿真系统为核心,将在计算机上的控制模型与真实的硬件设备联接在一起进行试验。对实验平台进行了测试验证,证明研究的控制算法是正确的、有效的,为多电机协调控制的实验研究提供了参考。

关键词：多电机协调控制偏差耦合 ISSA-PID控制超扭曲滑模控制速度补偿器

Generating a four-photon polarization-entangled cluster state with homodyne measurement via cross-Kerr nonlinearity

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Chinese Physics B 2012年第4期21卷 308-314页

作者：苏石磊王媛郭奇王洪福张寿 Department of Physics College of ScienceYanbian UniversityYanji 133002China

We propose a protocol to generate a four-photon polarization-entangled cluster state with cross-Kerr nonlinearity by using the interference of polarized photons. The protocol is based on optical elements, cross-Kerr nonlinearity, and homodyne measurement, therefore it is feasible with current experimental technology, The success probability of our protocol is optimal, this property makes our protocol more efficient than others in the applications of quantum communication.

关键词： cluster state homodyne measurement cross-Kerr nonlinearity

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基于改进偏差耦合的多电机同步控制

组合机床与自动化加工技术 2023年第9期 102-105,111页

作者：苏石磊岳云涛刘东北京建筑大学电气与信息工程学院北京100044 中冶京诚工程技术有限公司电气与自动化工程技术所北京100176

针对多电机同步控制系统中动态响应速度差和同步控制精度低等问题,在偏差耦合控制结构的基础上,提出一种超扭曲非奇异滑模控制器与误差因子速度补偿器相结合的新型控制策略。将新型非奇异快速终端滑模函数与超扭曲算法结合,设计超扭曲... 详细信息

针对多电机同步控制系统中动态响应速度差和同步控制精度低等问题,在偏差耦合控制结构的基础上,提出一种超扭曲非奇异滑模控制器与误差因子速度补偿器相结合的新型控制策略。将新型非奇异快速终端滑模函数与超扭曲算法结合,设计超扭曲非奇异滑模控制器,利用其优良的动态调节性能,提升系统响应速度。引入误差因子概念,重新确定每台电机的速度补偿信号,增强系统中各电机之间的耦合性,在受负载扰动后转速波动小,减小系统同步误差。结果表明,新型控制策略的跟踪性提高了约33%,同步性提高了约40%,具有更好的跟踪性和同步性,可实现多电机的精密协同控制。

关键词：多电机滑模控制偏差耦合超扭曲算法同步控制

Efficient three-step entanglement concentration for an arbitrary four-photon cluster state

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Chinese Physics B 2013年第3期22卷 137-142页

作者：司斌苏石磊孙立莉程留永王洪福张寿 Department of Physics College of ScienceYanbian University Center for the Condensed-Matter Science and Technology Department of PhysicsHarbin Institute of Technology School of Physics and Optoelectronic Technology Dalian University of Technology

We propose an entanglement concentration protocol to concentrate an arbitrary partially-entangled four-photon cluster *** a pioneering three-step entanglement concentration scheme,our protocol only needs a single-photon resource to assist the concentration in each step,which makes this protocol more *** the help of the linear optical elements and weak cross-Kerr nonlinearity,one can obtain a maximally-entangled cluster state via local operations and classical ***,the protocol can be iterated to obtain a higher success probability and is feasible under current experimental conditions.

关键词： cluster state entanglement concentration cross-Kerr nonlinearity

Rydberg quantum controlled-phase gate with one control and multiple target qubits

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Chinese Physics B 2018年第11期27卷 397-403页

作者： S L Su School of Physics and Engineering Zhengzhou University Zhengzhou 450001 China

We propose a scheme to construct the multiple-qubit Rydberg quantum controlled-phase gate with one control and multiple target qubits. The proposed quantum logic gate works under the asymmetric-Rydberg-interaction-induced dipole blockade and can be implemented with three operation steps. The most prominent characteristic of the scheme is that the required operation time and steps keep invariant as the number of qubits increases. The Rydberg state leakage and some practical situations are considered. The Lindblad master equation is used to evaluate and verify the feasibility of the scheme.

关键词： Rydberg atom quantum logic gate Rydberg-Rydberg interaction

Nonadiabatic Holonomic Quantum Computation Based on Rydberg Ground State Blockade

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Chinese Physics Letters 2024年第4期41卷 25-31页

作者：苏石磊王琛宋佩瑶陈刚 School of Physics Zhengzhou UniversityZhengzhou 450001China

Quantum gates are crucial for quantum computation and quantum information processing. However, their effectiveness is often hindered by systematic errors and decoherence. Therefore, achieving resilient quantum gates to these factors is of great significance. We present a method to construct nonadiabatic holonomic single-and two-qubit gates in a Rydberg ground-state-blockade regime. Our approach utilizes a far-off-resonant technique for the single-qubit gate and a modified Rydberg antiblockade for the two-qubit gate. The reduction of the population of single-and two-excitation Rydberg states and the nonadiabatic holonomic process during the construction of the gates ensure robustness to decoherence and systematic errors, respectively. Numerical results demonstrate the fidelity and robustness of our scheme. The proposed scheme holds promise for future applications in quantum computation and quantum information processing tasks.

关键词： Rydberg quantum holds

Complete four-photon cluster-state analyzer based on cross-Kerr nonlinearity

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Chinese Physics B 2013年第9期22卷 263-266页

作者：王志会朱龙苏石磊郭奇程留永朱爱东张寿 Department of Physics College of ScienceYanbian University Center for the Condensed-Matter Science and Technology Department of PhysicsHarbin Institute of Technology

We propose a method to construct an optical cluster-state analyzer based on cross-Kerr nonlinearity combined with linear optics elements. In the scheme, we employ two four-qubit parity gates and the controlled phase gate （CPG） from only the cross-Kerr nonlinearity and show that all the orthogonal four-qubit cluster states can be completely identified. The scheme is significant for the large-scale quantum communication and quantum information processing networks. In addition, the scheme is feasible and deterministic under current experimental conditions.

关键词： cluster-state analyzer quantum information parity gate cross-Kerr nonlinearity