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量子弱测量下开放量子比特系统的非经典效应

量子弱测量下开放量子比特系统的非经典效应

作者：周宇湖南师范大学

学位级别：硕士

非经典效应是由于量子系统之间的相互作用而产生的一类奇特的量子效应,它不同于经典物理的特性。近年来,非经典效应受到了人们越来越多的关注,因为它在量子信息处理和量子计算中是实现各种任务的一种有效资源。而一个真实的量子系统不... 详细信息

非经典效应是由于量子系统之间的相互作用而产生的一类奇特的量子效应,它不同于经典物理的特性。近年来,非经典效应受到了人们越来越多的关注,因为它在量子信息处理和量子计算中是实现各种任务的一种有效资源。而一个真实的量子系统不可避免要与它周围的环境发生相互作用,破坏了量子体系的相干性,导致量子体系非经典效应的衰减甚至消失。因此,如何有效控制外界噪声环境对量子体系相干性的影响,提高或者保护量子体系的非经典效应,是当前量子光学研究领域所关注的重要课题。最近几年来,人们对量子弱测量和测量反馈进行了大量的理论研究和实验探究,发现它能够有效抑制由量子系统与环境相互作用而产生的退相干效应。那么,通过量子弱测量和测量反馈是否也能提高或者改善量子体系的非经典效应呢?本文运用量子弱测量的基本理论研究了开放量子比特系统的非经典效应,取得了一些具有创新性意义的结果。本文的主要研究内容和创新点如下:第一章介绍了量子测量以及弱测量的基本理论。具体给出量子测量的定义,介绍了几种典型的量子测量,叙述了量子弱测量以及相关量子测量反馈的基本概念。第二章描述了量子系统几种典型的非经典效应。具体介绍了量子系统的量子相干性及其度量方法、量子纠缠性、原子算符的压缩效应等主要量子系统的非经典效应。第三章简要介绍了开放量子系统的基本理论。首先给出封闭量子系统和开放量子系统的定义,然后详细给出了求解开放量子系统的主方程方法,最后介绍了几类常见的量子信道以及它们的算子和表示。第四章研究了量子弱测量和量子反馈测量下开放单、双量子比特系统的相干性以及二能级原子算符的压缩效应等非经典效应,考察了量子弱测量和量子反馈测量对开放量子比特系统非经典效应的影响。结果表明:量子弱测量和量子反馈测量能够提高或者保护量子体系的非经典效应。第五章对全文做了总结与展望。

关键词：量子弱测量开放量子系统非经典效应量子相干性量子纠缠原子算符的压缩

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基于量子弱测量理论的信息检索模型

基于量子弱测量理论的信息检索模型

作者：王天舒天津大学

学位级别：硕士

近些年来,如何构建有效的用户模型已经成为了信息检索领域的研究热点之一。自2004年量子力学的概念被引入信息检索领域以来,越来越多的研究人员使用量子理论来对用户在查询过程中的信息需求的变化进行建模。但到目前为止,对于一些特定... 详细信息

近些年来,如何构建有效的用户模型已经成为了信息检索领域的研究热点之一。自2004年量子力学的概念被引入信息检索领域以来,越来越多的研究人员使用量子理论来对用户在查询过程中的信息需求的变化进行建模。但到目前为止,对于一些特定的用户认知行为,量子标准测量理论仍然不能给出合理的解释。在这篇论文中,通过充分的用户实验我们发现了用户相似度判断过程与量子弱测量过程的众多相似之处。量子弱测量理论是量子标准测量理论的泛化,我们在信息检索领域中首次使用量子弱测量理论对用户在检索过程中认知状态的变化进行分析。同时,受量子弱测量过程的启发,我们还提出了一个拟量子弱测量信息检索模型。代替常用的余弦相似度或KL散度,我们的模型根据上下文信息,使用弱值公式对文档的相关度进行判定。在Session Search任务上的实验结果表明我们的模型效果优于经典的信息检索模型以及现有的量子信息检索模型。我们认为相比于量子标准测量理论,量子弱测量理论更适用于对检索过程中用户的认知行为进行分析和建模。

关键词：信息检索量子弱测量量子认知

利用功率循环提高量子弱测量系统信噪比的实验研究

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利用功率循环提高量子弱测量系统信噪比的实验研究

作者：胡刚华中师范大学

学位级别：硕士

量子弱测量广泛的应用于研究微小信号的放大与检测,如光束微小偏转角、相位偏移、时间延迟的测量等。但在弱测量过程中,由于后选择的原因,绝大多数光都被丢弃了,只有很少一部分光最后被探测器接收,这样就导致弱测量过程的信噪比不高。... 详细信息

量子弱测量广泛的应用于研究微小信号的放大与检测,如光束微小偏转角、相位偏移、时间延迟的测量等。但在弱测量过程中,由于后选择的原因,绝大多数光都被丢弃了,只有很少一部分光最后被探测器接收,这样就导致弱测量过程的信噪比不高。如何提高弱测量过程的信噪比就成为了一个亟待解决的问题。本文是以测量光束微小偏转角的实验为研究对象,利用功率循环技术,将未被后选择的光信号重新注入干涉仪,完成循环利用,从而提高信号检测的强度,实现信噪比的提升。我们在实验中利用部分透射镜搭建了功率循环腔;并从谐振腔理论出发,推导出实验结果信噪比的表达式;并在实验中采用PDH锁腔技术锁定腔长以保证实验过程的稳定性;最后在测量时采用单光子探测器替代位置探测器,从而消除了增益噪声给本实验带来的影响。采用功率循环技术之后,信号强度提高了2.40倍,最终的实验结果表明利用功率循环后实验系统的信噪比提高了并且超过了标准量子弱测量的信噪比极限。

关键词：量子弱测量弱值光束偏转量功率循环信噪比

基于量子弱测量技术的食品安全检测新方法研究 ——以加工鼠肉快检为例

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基于量子弱测量技术的食品安全检测新方法研究 ...

作者：冉迪佛山科学技术学院

学位级别：硕士

2019-n Co V（COVID-19）流行病警报表明,野生动物为大量病毒载体的中间宿主,野生动物的相关肉类检测方法的开发已成为一项紧迫任务。其中鼠类是许多疾病的宿主,而鼠肉掺假正在成为食品工业中的一个严重问题,尤其是对于难以检测到的熟... 详细信息

2019-n Co V（COVID-19）流行病警报表明,野生动物为大量病毒载体的中间宿主,野生动物的相关肉类检测方法的开发已成为一项紧迫任务。其中鼠类是许多疾病的宿主,而鼠肉掺假正在成为食品工业中的一个严重问题,尤其是对于难以检测到的熟鼠肉。本研究首先建立并实现了一个熟鼠肉蛋白检测的Rat-MIP量子弱测量系统。本系统以马赫曾德干涉仪为基础,利用诱导折射率变化的Rat-MIP对大鼠蛋白进行特异性捕获。通过实时检测,证明了该系统对熟鼠肉蛋白的可行性和特异性。通过MIP-QWM测量得到的熟鼠肉蛋白MIP的相应剂量反应动力学曲线显示了低浓度之间的线性关系（0～20μg/L）和波长变化的折射率变化。实验结果表明其对鼠肉蛋白的LOD为0.1μg/L,这表明老鼠蛋白检测有良好的精确度,利用流动的猪肉蛋白溶液通过测量通道的实验时因为折射率变化很小或没有变化,证实了这种Rat-MIP量子弱测量系统的特异性。本文同时建立了双位点ELISA法,可同时检测生、熟鼠肉,也适用于被鼠污染的拭子检测。实验表明这种ELISA法的LOD低至0.01μg/L,分析内和分析间的变异系数（CV）分别为5%和8%。回收率在90%～110%之间。结果表明,基于酶联免疫吸附试验的熟肉鉴别和污染检测方法具有较高的可靠性和鲁棒性。量子弱检测与传统的ELISA或其他方法相比,该方法无需标记,对大鼠蛋白检测具有较高的准确性和特异性。它不需要开发额外的试剂,具有一定的优越性。但是这个系统需要一些肉类样品的预处理,整个系统必须是透明的,光通过必须稳定。该系统对实时快速检测痕量鼠肉有一定的参考价值。

关键词：熟鼠肉蛋白量子弱测量食品安全 MIP

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基于量子弱测量的量子态操控研究

基于量子弱测量的量子态操控研究

作者：胡强新疆师范大学

学位级别：硕士

量子测量问题不仅是量子力学的基本问题,而且在量子操控和量子精密测量领域中占有重要的地位。我们通常使用的量子测量模型是强测量。在强测量模型中对量子态进行的测量会导致波包塌缩,因此很难应用到具有实际应用价值的科学问题中。上... 详细信息

量子测量问题不仅是量子力学的基本问题,而且在量子操控和量子精密测量领域中占有重要的地位。我们通常使用的量子测量模型是强测量。在强测量模型中对量子态进行的测量会导致波包塌缩,因此很难应用到具有实际应用价值的科学问题中。上世纪80年代末阿哈罗诺夫等物理学家们提出的量子弱测量不仅推广原来的测量理论而且对量子调控领域的发展提供了崭新的可行性方案。这30多年以来的大量理论和实验工作都证明量子弱测量理论在系统弱信号放大、精密测量以及在量子理论基础问题等研究领域中适用的潜在优势,有力地推动科学家们提出并完善微观粒子运动规律的新理论和实验方法。虽然,量子弱测量理论在基础研究和应用研究方面都取得了很不错的成就,但在量子控制论中的应用仍处于起步阶段,需要深入研究。此外,量子态的制备、优化及操控不仅在量子控制论中具有非常重要的地位,也是量子信息与量子通信的关键问题。虽然,基于量子强测量的态制备及操控方面已有很多创新性工作并已广泛应用到有关领域中,但基于量子弱测量的量子态制备、优化及操控问题还仍未详细地探究过。我们认识到问题的重要性并基于课题的前期工作,我们最近两年在基于量子弱测量的量子态制备与操控方面开展一些工作。这篇学位论文主要介绍我们最近的有关研究成果。首先简单的介绍就本文而言比较重要的几个光学器件或者仪器,主要从设计的理论光学模型出发,讲解了光分束器、Mach-Zehnder干涉仪和平衡零差检测器的工作原理与应用。然后介绍量子态操控的基础理论知识和不同的操作方法,以相干态和压缩态为指针态,在不同的操作条件下输出新的量子态,同时概述这些量子态不同于Fock态的特点和应用。对量子测量理论进行简单的描述,概述量子测量的分类,引出量子弱测量理论,从弱测量的提出,发展以及应用等几个方面讲述弱测量的背景,介绍弱测量的基础理论知识,以及弱测量中弱值的重要性与应用。在弱测量的基础上研究三波混合过程中,通过后选弱测量方法实施的状态制备过程:假设信号输入模式分别为真空态、相干态或压缩真空态,而闲频输入模式为弱相干态,通过具有二阶非线性磁化率特征的介质,实现测量系统与仪器之间的弱相互作用,然后对系统态进行后选择最终制备出非经典态。同时研究输出状态的压缩效应、二阶相关和维格纳函数等特性以及弱值的信号放大作用。在第二部分的工作中首先简单介绍Yiming Pan等人工作,以他们的工作为基础讨论相干态作为指针态,通过控制测量仪器与测量系统之间的耦合强度等相关参数来改变测量转换因子大小最终实现测量强弱的转换。计算制备态的位置和动量与初始态之间的偏移,通过对比弱耦合和强耦合期望值与计算结果绘制的曲线图,以及观察密度函数在相干态中期望值的函数三维图,得到了弱测量到强测量得过渡过程,并分析了其过程的可控参数。

关键词：量子弱测量后选择弱值量子态操控量子态制备

基于量子弱测量的手性分子种类及其反应参数测定研究

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基于量子弱测量的手性分子种类及其反应参数测定研究

作者：唐鹏湖南理工学院

学位级别：硕士

手性分子是指其镜像不相同、不能重合的具有构型的分子,不同种类的手性分子在生物体内承担的功能各不相同,从而探索手性分子种类识别以及化学反应参数的测定具有重要的应用价值。针对传统的纸层析法、茚三酮法、等电点法等手性分子识别... 详细信息

手性分子是指其镜像不相同、不能重合的具有构型的分子,不同种类的手性分子在生物体内承担的功能各不相同,从而探索手性分子种类识别以及化学反应参数的测定具有重要的应用价值。针对传统的纸层析法、茚三酮法、等电点法等手性分子识别方法会破坏样本以及常用旋光法仪器旋光计的测量精度较低等不足,本文基于量子弱测量系统提出一种便捷、非侵入、高精度的手性分子种类识别方法,并在此基础上实现手性分子化学反应动力学参数的高精度测定。这些结果为高精度地识别手性分子种类以及测定化学反应参数提供了理论指导,同时也拓展了量子弱测量的应用范围。取得的主要研究成果如下:第一,提出和实验论证了基于量子弱测量系统的高分辨手性分子种类识别方案,并探究了该系统分辨率的提升规律。该量子弱测量系统中,手性分子氨基酸的旋光角决定系统的后选择态,放大后光自旋霍尔效应位移作为探针识别氨基酸的种类,该系统的分辨率可以通过改变入射角得到提升。通过合适设计BK7-介质结构界面,系统的分辨率比单纯BK7玻璃界面有两个数量级的提升,可达9.7×10μm。这些研究将为手性分子种类的高精度识别提供理论基础,并拓展了量子弱测量的应用范围。第二,提出了一种基于量子弱测量的高分辨手性分子化学反应动力学参数测定方案,并对手性分子蔗糖在水解反应中的速率常数、半衰期、活化能和频率因子等动力学参数进行实验测定。在该方案中,量子弱测量的后选择态被蔗糖水解反应中的旋光角修正,放大后光自旋霍尔效应位移作为测定动力学参数的探针。通过监控不同温度以及催化剂浓度下蔗糖水解反应中旋光角随时间的变化,测定了速率常数以及半衰期。为了解释反应条件影响反应速率的具体机理以及探究如何控制反应速率,进一步测定了相应的活化能和频率因子。相比较旋光计而言,所提方案的分辨率高出一个数量级,达4.9×10μm,并且在监控过程中不需要对光学器件有任何的调制。这些研究结果为高分辨、实时、无标记以及操作便捷的化学反应动力学参数测定提供了新思路。

关键词：量子弱测量光自旋霍尔效应手性分子种类识别动力学参数

用基础物理知识诠释前沿科技——从斯特恩-盖拉赫实验到量子弱测量

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物理与工程 2022年第6期32卷 121-126页

作者：吴春旺张杰吴伟张婷国防科技大学理学院量子信息研究所湖南长沙410073

利用量子弱测量技术,可使很弱的相互作用引起显著的观测效应,在观测极弱物理效应、量子参量估计、量子态层析等方面发挥重要作用,已成为当前量子测量领域的研究热点。本文以斯特恩-盖拉赫(Stern-Gerlach)实验为切入点,利用大学物理范畴... 详细信息

利用量子弱测量技术,可使很弱的相互作用引起显著的观测效应,在观测极弱物理效应、量子参量估计、量子态层析等方面发挥重要作用,已成为当前量子测量领域的研究热点。本文以斯特恩-盖拉赫(Stern-Gerlach)实验为切入点,利用大学物理范畴的量子力学知识阐释了量子弱测量的物理图像,并进一步介绍了该领域的前沿进展。本文有助于加深物理教师对量子弱测量这一前沿问题的理解,帮助学生建立清晰的物理图像。在教学过程中引入前沿科技,也有助于激发学生主动探索和进一步研究的兴趣和热情。本文旨在基础物理原理和高新尖技术之间搭建桥梁,有益于大学物理教学拓宽思路、提升品位。

关键词：量子弱测量斯特恩-盖拉赫实验量子测量

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弱测量理论对三能级量子态共享的保真度分析

北京工业大学学报 2023年第6期49卷 609-620页

作者：胡文文周日贵南昌航空大学信息工程学院南昌330063 上海海事大学信息工程学院上海201306

量子态共享是量子密码学研究中的一个重要分支,而纠缠态分发是实现量子态共享方案的必要手段.噪声环境会导致量子纠缠态产生退相干,从而降低量子态共享方案的性能甚至出现失败的情况.基于三能级量子系统下三方量子态共享方案,研究了振... 详细信息

量子态共享是量子密码学研究中的一个重要分支,而纠缠态分发是实现量子态共享方案的必要手段.噪声环境会导致量子纠缠态产生退相干,从而降低量子态共享方案的性能甚至出现失败的情况.基于三能级量子系统下三方量子态共享方案,研究了振幅阻尼信道在4种不同配置下量子态共享的保真度问题.为提升共享量子态的保真度,采用量子弱测量方法对振幅阻尼噪声信道中纠缠态的分发进行保护,得到在量子弱测量方法辅助下振幅阻尼信道中量子态共享的保真度.最后,以特定形式的量子态为例,分析了在4种不同配置的振幅阻尼信道中量子弱测量方法对共享量子态保真度的改善效果.通过仿真实验表明,量子弱测量方法只对振幅阻尼信道中2种不同配置下的量子态共享保真度有改善作用,而对其他2种配置下量子态共享的保真度没有明显的改善效果,甚至会产生相反的效果.

关键词：量子态共享振幅阻尼纠缠态退相干量子弱测量保真度

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基于弱测量的量子通信过程的理论研究

基于弱测量的量子通信过程的理论研究

作者：杨瑞源华东师范大学

学位级别：硕士

本论文主要研究退相干环境下量子通信过程中量子态的保真度和量子Fisher信息,着重分析确定性远程态制备和量子隐形传态过程中弱测量对输出量子态的影响。一般来说,量子系统将不可避免与其周围的环境发生相互作用,从而导致量子体系相干... 详细信息

本论文主要研究退相干环境下量子通信过程中量子态的保真度和量子Fisher信息,着重分析确定性远程态制备和量子隐形传态过程中弱测量对输出量子态的影响。一般来说,量子系统将不可避免与其周围的环境发生相互作用,从而导致量子体系相干性的损失。保真度常被用于度量量子通信过程的输出态与初始态之间的接近程度。噪声环境下如何提高量子态传输的保真度是量子通信领域的一个重要课题。基于弱测量技术,本文探讨了退相干影响下如何提高确定性远程态制备过程的保真度。首先构造了以EPR态为量子通道的确定性远程制备任意单比特态的量子线路,接着导出了 EPR纠缠通道经历推广振幅退相干情况下的量子保真度,然后还分析了-采用弱测量和测量恢复方法提高远程制备过程中平均保真度的可行性。研究表明,在仅有粒子2经过退相干通道时,推广振幅退相干下远程态制备过程的平均保真度与普通振幅退相干情形下的平均保真度表达形式完全相同。对于大部分给定的退相干参数,弱测量与测量恢复相结合的方法可增大量子态传输过程的保真度。本文还研究了远程态制备和量子隐形传态这两种在遭受环境噪声影响下量子Fisher信息的传输过程,并采用弱测量操作和/或测量恢复操作来对这两种方案传送的量子Fisher信息进行优化。数值分析表明,弱测量和测量恢复操作均可促进量子Fisher信息的传送;进一步研究发现,量子弱测量和测量恢复操作是两个不对称的操作,在优化过程中测量恢复操作起到更重要的作用。

关键词：远程态制备量子隐形传态振幅衰减量子弱测量保真度量子Fisher信息