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明亮压缩态光场的操控及量子层析

物理学报 2021年第15期70卷 105-113页

作者：李庆回姚文秀李番田龙王雅君郑耀辉山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室太原030006 山西大学极端光学协同创新中心太原030006

连续变量量子态的制备与操控是进行量子通信、量子密钥分发以及量子网络构建的重要基础.本文基于二阶非线性过程,利用周期极化磷酸氧钛钾晶体构成的简并光学参量放大腔,在实验上实现了1064 nm波段明亮压缩态光场的制备,所制备的明亮压... 详细信息

连续变量量子态的制备与操控是进行量子通信、量子密钥分发以及量子网络构建的重要基础.本文基于二阶非线性过程,利用周期极化磷酸氧钛钾晶体构成的简并光学参量放大腔,在实验上实现了1064 nm波段明亮压缩态光场的制备,所制备的明亮压缩态光场在泵浦光功率为310 mW、分析频率为3 MHz处的压缩度为-11.6 dB.当注入50 mW泵浦光时,实现了压缩度为-6 dB,纯度为98.5%的压缩态光场;在此基础上,利用光电调制器进行明亮压缩态光场的线性光学操控,并基于平衡零拍探测系统的直流信号准确判断压缩态光场时域信号对应的相位,之后结合极大似然估计算法实现压缩态的量子层析,得到量子态的密度矩阵及相空间的Wigner函数,从而获得量子态的光子数分布等全部信息.

关键词：明亮压缩态量子层析 Wigner 函数极大似然估计线性操控

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基于量子层析的量子态测量方案及其仿真

控制与决策 2009年第11期24卷 1625-1628,1634页

作者：吴庆林陈宗海张陈斌中国科学技术大学自动化系合肥230027

为解决量子态信息获取问题,基于量子层析理论,深入分析了单量子比特和多量子比特的层析理论,设计了利用量子态层析进行量子态测量的实验方案,并通过计算机仿真技术对单量子比特层析实验进行了模拟.在理论分析和仿真实验的基础上得到如... 详细信息

为解决量子态信息获取问题,基于量子层析理论,深入分析了单量子比特和多量子比特的层析理论,设计了利用量子态层析进行量子态测量的实验方案,并通过计算机仿真技术对单量子比特层析实验进行了模拟.在理论分析和仿真实验的基础上得到如下结论:通过适当选取测量次数,量子层析技术可以较为精确地重构量子态密度矩阵,获取量子态信息,同时可以兼顾实验效率.

关键词：量子层析量子态测量量子系统仿真

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量子系统辨识与参数估计

中国科学：数学 2024年第5期54卷 785-822页

作者：王元龙肖水鑫余其董道毅中国科学院数学与系统科学研究院北京100190 School of Engineering Australian National UniversityCanberraACT 2601Australia Centre for Quantum Dynamics Griffith UniversityBrisbaneQLD 411lAustralia

量子信息的飞速发展对人们调控量子系统的能力提出了更高的要求,而对量子系统进行辨识与参数估计是进行量子控制的基本且重要的环节.本文综述量子系统辨识和参数估计这一方向,侧重于量子度量学、量子层析、量子滤波和量子噪声谱学4个分... 详细信息

量子信息的飞速发展对人们调控量子系统的能力提出了更高的要求,而对量子系统进行辨识与参数估计是进行量子控制的基本且重要的环节.本文综述量子系统辨识和参数估计这一方向,侧重于量子度量学、量子层析、量子滤波和量子噪声谱学4个分支,介绍其问题建模、分析工具、求解方法及不同的应用等.

关键词：量子系统量子度量学量子层析量子滤波量子噪声谱学

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量子层析中几种状态估计方法的研究

系统科学与数学 2014年第12期34卷 1532-1546页

作者：杨靖北丛爽中国科学技术大学自动化系合肥230027

量子层析是对量子状态进行估计的标准技术,由于量子态测量的随机性,以及实际应用中测量次数的限制,必须通过随机优化算法来获得量子态的估计.文章介绍了量子层析中的几种量子状态估计方法,从量子比特层析方法的原理与步骤,到基于量子层... 详细信息

量子层析是对量子状态进行估计的标准技术,由于量子态测量的随机性,以及实际应用中测量次数的限制,必须通过随机优化算法来获得量子态的估计.文章介绍了量子层析中的几种量子状态估计方法,从量子比特层析方法的原理与步骤,到基于量子层析状态估计的最小二乘法,最大熵估计法,极大似然估计法,贝叶斯估计法,重点研究了各种优化方法的应用条件,并通过性能对比分析讨论了各自的特点与优劣.

关键词：量子层析量子状态估计优化算法.

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基于弱值的量子精密测量与量子层析研究进展

激光与光电子学进展 2021年第10期58卷 41-61页

作者：胥亮张利剑固体微结构国家实验室智能光传感与调控技术教育部重点实验室人工微结构科学与技术协同创新中心南京大学现代工程与应用科学学院江苏南京210093

为了描述对前、后选择的量子系统进行弱测量的测量结果,Aharonov、Albert和Vaidman在1988年提出了弱值的概念。可观测量的弱值在取值上可以突破可观测量的最大本征值,甚至可以取复数,为弱值在量子力学基本原理和发展新型量子技术的研究... 详细信息

为了描述对前、后选择的量子系统进行弱测量的测量结果,Aharonov、Albert和Vaidman在1988年提出了弱值的概念。可观测量的弱值在取值上可以突破可观测量的最大本征值,甚至可以取复数,为弱值在量子力学基本原理和发展新型量子技术的研究中提供了丰富的物理内涵。本文主要回顾了弱值在量子精密测量和量子层析中应用的进展情况。弱值在量子精密测量中的应用被称为弱值放大,弱值放大可以实现对微小物理量的放大测量,因而在精密测量领域获得了广泛关注。由于信号的放大伴随着后选择成功概率的降低,因此弱值放大技术的.测量精度是否优于传统的测量方式一直是一个有争论的话题。本文先回顾了弱值放大和传统测量方式在测量精度方面的比较,阐述了弱值放大方案在特定条件下的精度优势;之后回顾了经过改进的弱值放大技术的最新进展。弱值在量子层析中的应用被称为直接量子层析,“直接”指的是该层析方案能够通过测量复数的弱值实现对量子态波函数概率幅的直接测量。本文还回顾了直接量子层析技术被推广并被应用到各种形式的量子态、量子过程、量子测量表征的理论和实验方案,分析了直接量子层析技术的准确度、精度,并回顾了提高直接层析技术效率的最新进展。最后,本文总结了基于弱值的这两项技术的发展状况,并提出了未来可能的发展方向。

关键词：量子光学弱测量弱值量子精密测量 Fisher信息量子层析

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从狄拉克表象到量子层析教学研究

大学物理 2014年第3期33卷 1-2,10页

作者：陈锋方保龙合肥学院数学与物理系安徽合肥230601

介绍利用表象变换理论及有序算符内的积分技术(IWOP)构造的高斯积分理论,提出表象理论的新应用,即通过表象变换提出如何从狄拉克表象引入量子层析概念的方法和捷径.

关键词：狄拉克表象量子层析正规乘积反变换

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量子过程层析与量子探测器层析的应用研究

量子过程层析与量子探测器层析的应用研究

作者：欧阳意南京大学

学位级别：硕士

量子信息技术的蓬勃发展为我们更深入地认识和了解世界带来了新的视角。从1916年爱因斯坦提出受激辐射的原理到如今已过去百年,随着人们对于光的本质认识的不断加深,量子光学这一领域逐渐升温并在近年来迅速发展,基于光子的量子信息技... 详细信息

量子信息技术的蓬勃发展为我们更深入地认识和了解世界带来了新的视角。从1916年爱因斯坦提出受激辐射的原理到如今已过去百年,随着人们对于光的本质认识的不断加深,量子光学这一领域逐渐升温并在近年来迅速发展,基于光子的量子信息技术也走入人们的视野。一个单一封闭量子系统的量子状态我们是无法获得其完整的信息。但激光光源可以看成最基本的量子态—相干态,这样就确保了激光的量子态在不同的时间点可以处在完全相同的状态下,通过对每个副本上进行不同的测量,那么我们可以估计一个系统的未知量子态,这类技术就是量子层析。量子态层析(QST)、量子过程层析(QPT)和量子探测器层析(QDT)都是量子层析技术的分支。这三种量子层析技术也是相互关联,可以让我们构建一个完整的数学模型来表述我们获得的信息,并把这些技术推广到我们的应用中去。本论文从对量子态层析这个方向出发,最后到对量子过程层析和量子探测器层析的应用上。表面等离激元由于其新颖的传播特性以及在纳米光子学中巨大的应用前景,成为经典光学领域近年来的研究热点之一,而对光与表面等离激元耦合过程的理解,特别是量子层面的理解,仍然较为缺乏。针对量子过程层析,本文将光与表面等离子激元耦合这一现象作为一个量子过程,构建了低光子数的实验测量平台,通过实验首次对表面等离激元的量子特性进行了完整的表征。通过对这一问题的研究,可以看到量子过程层析确实能够获取更多的信息,也体现出量子过程层析的应用前景。量子探测器是连接量子世界和经典世界的桥梁,因此对一个探测器的量子属性进行标定有着至关重要的地位,对探测器的量子属性进行全面的表征也会让我们对这些量子探测器在未来的应用中提供了依据。针对量子探测器层析,本文提出了基于双模压缩真空态的量子探测器层析改进方案。这个改进的方法并没有使用复杂的手段,只是在双模的一边加上了一个高分光比的分束器,用以提高量子探测器层析的保真度。这个应用可以让我们对测量的次数不变的情况下获得更加准确的表征,或者也可以说在同样的表征精度条件下需要的测量次数更少。我们将对量子过程和探测器的理解应用于量子精密测量的研究。测量时候的测量值与实际值总会有一个误差,而增加测量次数会让误差变小,由于我们测量的次数是不可能无限多次所以测量存在一个精度上限。因此,如何在有限的测量次数中提高测量精度就是一个很重要的事情。本论文讨论了在使用双模压缩态来做光源情况下,扣除或者增加光子的办法来提高Mach-Zehnder干涉仪相位估计的灵敏度和分辨率。我们计算出来分辨率是达到了海森堡极限,而且增加光子的双模压缩态效果是最好的。

关键词：量子过程量子探测器量子层析

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量子密钥分配中层析技术研究

量子密钥分配中层析技术研究

作者：方茜中国科学技术大学

学位级别：硕士

信息安全一直以来都是人们关心的问题,它涉及个人隐私、商业机密以及国防安全等方方面面。密码学即是一门用于信息保密的科学,其最基本的任务就是通过加密方法提供安全保密性。二战之后,人们对密码学的研究更加重视。经典的密码系统主... 详细信息

信息安全一直以来都是人们关心的问题,它涉及个人隐私、商业机密以及国防安全等方方面面。密码学即是一门用于信息保密的科学,其最基本的任务就是通过加密方法提供安全保密性。二战之后,人们对密码学的研究更加重视。经典的密码系统主要分为公钥密码系统和私钥密码系统。公钥密码系统的安全性未被严格证明,如今量子计算机正在不断发展,将对其安全性造成严重挑战。私钥密码系统抗计算能力强、理论上存在绝对安全性,但是密钥的安全分配问题是一个重大难题。量子密钥分配技术的出现解决了密钥分配的难题,它的安全性基于量子不可克隆定理、海森堡不确定性原理、测量塌缩原理等量子学领域中的基本定理。1984年Bennett和Brassard首次提出BB84协议,随后其理论安全性也被证明。虽然理论上证明QKD的协议安全性,但实际实验装置不可避免的存在光源、通信信道及探测器等非理想特性。本文主要完成以下几个工作:首先介绍了密码学发展过程以及量子密钥分配的研究现状。然后介绍了量子密钥分配技术中最著名的BB84协议,并且分别论述了量子密钥分配技术的协议安全性和实际安全性。随后给出相应的解决方案,即最新提出的参考系和测量设备双无关的量子密钥分配系统(RFI-MDI-QKD)。最后给出本人提出的一种新的量子层析方法来估计RFI-MDI-QKD协议中的渐近安全密钥率。我们提出一种新的层析方法来估计RFI-MDI-QKD协议中的渐近安全密钥率。根据渐近安全密钥率的数值模拟,我们证明了层析方法在理想情况下等同于传统的RFI-MDI-QKD方法,并且当参考系未校准时,随着传输距离增加,层析方法具有略高的渐近安全密钥率。

关键词：量子密钥分配参考系无关协议测量设备无关协议量子层析

基于InGaAs/InP低噪声GHz单光子探测器研究(特邀)

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红外与激光工程 2023年第3期52卷 64-71页

作者：龙耀强单晓武文梁焰上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093

InGaAs/InP雪崩光电二极管(APD)体积小、功耗低、响应速度快,被广泛应用于近红外单光子检测。文中分析了APD雪崩及噪声信号的频谱分布特征,提出了正弦门控结合低通滤波级联方案,噪声抑制比超过40 dB,实现了1~2 GHz高性能探测。当工作速... 详细信息

InGaAs/InP雪崩光电二极管(APD)体积小、功耗低、响应速度快,被广泛应用于近红外单光子检测。文中分析了APD雪崩及噪声信号的频谱分布特征,提出了正弦门控结合低通滤波级联方案,噪声抑制比超过40 dB,实现了1~2 GHz高性能探测。当工作速率为1.5 GHz,探测效率设置为20.0%时,后脉冲概率为6.6%,暗计数率仅为6.7×10^(-7)/gate。此外,集成了APD高速门控产生及延时调节模块,温度反馈稳定控制模块,实现了单光子探测器12 h稳定运行,计数标准差仅为1.0%。最后,为了更完整的描述探测器的量子特征,引入量子探测器层析技术进行标定,重新构建了其正值算符测度矩阵以及对应的Wigner函数,为其在量子通信、量子计算等量子信息技术的应用中提供支撑。

关键词：单光子探测器雪崩光电二极管低通滤波量子层析