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大尺度薛定谔猫态制备新方法

物理 2024年第4期53卷 265-267页

作者：张轩晨胡知遥刘永椿清华大学物理系低维量子物理国家重点实验室北京100084 西安交通大学物理学院西安710049 量子信息前沿科学中心北京100084

“薛定谔的猫”源于薛定谔在1935年提出的著名思想实验^([1])。在这一思想实验中,一只猫与一个由放射性元素控制的毒气瓶被关在一个密闭容器中,放射性元素的衰变会打破毒瓶,导致猫的死亡。由于衰变是一个概率性事件,量子力学理论表明:... 详细信息

“薛定谔的猫”源于薛定谔在1935年提出的著名思想实验^([1])。在这一思想实验中,一只猫与一个由放射性元素控制的毒气瓶被关在一个密闭容器中,放射性元素的衰变会打破毒瓶,导致猫的死亡。由于衰变是一个概率性事件,量子力学理论表明:放射性元素在测量前会处于衰变与未衰变的叠加态。

关键词：量子力学理论叠加态薛定谔放射性元素密闭容器概率性衰变

双波长圆偏振光场中分子电离动力学的研究新进展

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光学学报 2024年第2期44卷 10-23页

作者：郭振宁刘运全北京大学物理学院人工微结构与介观物理国家重点实验室北京100871 量子物质协同创新中心北京100871 极端光学协同创新中心山西太原030006

超短激光脉冲的出现为人们研究原子分子内电子的超快动力学过程提供了重要的技术手段。强激光诱导原子分子的光电离过程是光诱导物理过程的基石,也是目前强场物理领域的前沿热点之一。本文重点综述了双波长圆偏振光场中分子电离动力学... 详细信息

超短激光脉冲的出现为人们研究原子分子内电子的超快动力学过程提供了重要的技术手段。强激光诱导原子分子的光电离过程是光诱导物理过程的基石,也是目前强场物理领域的前沿热点之一。本文重点综述了双波长圆偏振光场中分子电离动力学的研究进展。首先,介绍了研究强场分子电离动力学的半经典模型,给出了电离电子波包的相位和振幅分布。然后,介绍了利用双波长圆偏振光场测量H2分子和CO分子的电离动力学的研究,发现电离电子的振幅结构以及隧穿后电子受到的长程库仑势都会影响电子的动力学过程。此外,电子波包的相位结构也会包含在光电子的发射角中,这个初始相位编码了电子吸收光子而电离过程中的时域信息。最后,对新型阿秒钟在分子光电离过程中的应用进行了总结,并展望了未来复杂分子体系的应用前景。

关键词：原子分子物理学强场光物理隧道电离多光子电离分子半经典模型

基于量子隧道效应的量子随机数发生器研究进展

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信息通信技术与政策 2024年第7期50卷 48-58页

作者：刘宇轩白玉明杨哲李俊林清华大学物理系低维量子物理国家重点实验室北京100084 首都师范大学物理系太赫兹光电子学教育部重点实验室北京100048

从2000年开始,量子随机数发生器(Quantum Random Number Generator,QRNG)逐渐受到广泛关注。与算法或经典物理系统随机数发生器相比,QRNG的量子随机源不由确定性的算法或方程描述,仅由波函数进行概率描述,具有内禀随机性。目前,QRNG方... 详细信息

从2000年开始,量子随机数发生器(Quantum Random Number Generator,QRNG)逐渐受到广泛关注。与算法或经典物理系统随机数发生器相比,QRNG的量子随机源不由确定性的算法或方程描述,仅由波函数进行概率描述,具有内禀随机性。目前,QRNG方案大多基于光子体系。近年来,基于电子体系的量子随机数发生器(electronic Quantum Random Number Generator,eQRNG)方案相继被提出。与光子QRNG相比,eQRNG没有电-光-电转换,有效避免了转换过程中经典噪声的影响,在随机性上具有更大优势,且结构简单、系统稳定,与半导体工艺兼容,具有可集成性。基于此,通过介绍基于量子隧道效应的eQRNG研究进展,包括基于隧道二极管的eQRNG、基于范德瓦尔斯异质结的eQRNG与基于雪崩光电二极管的eQRNG等,阐述了eQRNG在随机性与量子性上的独特优势。

关键词：随机数量子随机数发生器量子隧道效应

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超强超快激光物理与前沿应用

中国激光 2024年第11期51卷 40-71页

作者：吉亮亮王文涛田野姚金平郑颖辉王铁军王文鹏白亚林锦添孙海轶杜鹃张辉赵全忠刘鹏曾志男梁晓燕刘建胜沈百飞程亚冷雨欣李儒新徐至展中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室上海201800 张江实验室上海201210 国科大杭州高等研究院物理与光电工程学院浙江杭州310024 上海师范大学物理系上海200234 华东师范大学物理与电子科学学院上海200241

超强超快激光的出现与迅速发展开辟了原子分子物理、强场物理、等离子体物理等学科的诸多前沿方向,促进了物质科学、生命科学和信息能源等领域的创新发展。以超强超快激光的强度为尺标,首先介绍强激光驱动的非线性原子分子物理,其次是... 详细信息

超强超快激光的出现与迅速发展开辟了原子分子物理、强场物理、等离子体物理等学科的诸多前沿方向,促进了物质科学、生命科学和信息能源等领域的创新发展。以超强超快激光的强度为尺标,首先介绍强激光驱动的非线性原子分子物理,其次是更高光强下的超强激光与相对论等离子体物理,最后概述强场超快的交叉前沿应用。在每个领域的学科发展背景下,重点概述中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室长期深耕超强超快激光物理与前沿应用取得的系列进展与成果,主要包括小型化粒子加速与辐射、极端强场效应、高次谐波与阿秒物理、空气成丝与空气激光、超快激光加工、微纳激光技术等。

关键词：超快光学超强超快激光高次谐波阿秒脉冲激光粒子加速激光驱动次级辐射源强场量子电动力学飞秒激光微纳加工空气成丝

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一种态制备误差容忍的量子数字签名协议

物理学报 2024年第2期73卷 69-75页

作者：马洛嘉丁华建陈子骐张春辉王琴南京邮电大学量子信息技术研究所南京210003 南京邮电大学宽带无线通信与传感网教育部重点实验室南京210003

量子数字签名(quantum digital signature,QDS)能够以信息论安全保证签名消息的不可伪造性、不可否认性和可转移性,近年来备受关注与研究.其中,利用正交编码方式提出的信息论安全的实用化QDS协议,成为目前QDS研究的主流范式.然而,现有QD... 详细信息

量子数字签名(quantum digital signature,QDS)能够以信息论安全保证签名消息的不可伪造性、不可否认性和可转移性,近年来备受关注与研究.其中,利用正交编码方式提出的信息论安全的实用化QDS协议,成为目前QDS研究的主流范式.然而,现有QDS理论和实验都忽视了态制备过程中由于调制器件的不完美性可能引入调制误差.本文针对此问题提出态制备误差容忍的QDS协议.仿真结果表明,相比原来的QDS协议,本协议对态制备误差具有较好的容忍度,能实现更高的签名率和签名距离.另外,本协议在密钥产生阶段只需要制备3个量子态,降低了实验要求和难度.因此,本协议将对未来QDS的实际应用提供重要的参考价值.

关键词：量子数字签名态制备误差诱骗态

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高空巡航阶段飞机尾涡探测识别的仿真研究

激光与光电子学进展 2024年

作者：朱向南陶宗明郝祺量子材料与信息器件教育部重点实验室东南大学物理学院江淮前沿技术协同创新中心中国人民解放军陆军炮兵防空兵学院基础部物理教研室

飞机尾涡是由于气压不平衡而在机翼表面产生的旋转气流，它会在飞机后方持续一段时间，并随时间推移逐渐衰减。尾涡会引起空气运动，并导致反射波频率产生变化，因此理论上可以用多普勒激光雷达检测。但是由于信号强度十分微弱，对检测... 详细信息

飞机尾涡是由于气压不平衡而在机翼表面产生的旋转气流，它会在飞机后方持续一段时间，并随时间推移逐渐衰减。尾涡会引起空气运动，并导致反射波频率产生变化，因此理论上可以用多普勒激光雷达检测。但是由于信号强度十分微弱，对检测设备和检测方法的灵敏度提出了较高的挑战。本文对高空巡航阶段飞机尾涡的分布和探测可行性进行研究，分别以空客A330型客机和其他两款战斗机为例，计算了尾涡的强度衰减规律和空间位置分布特征。此外，本文讨论了基于激光雷达的尾涡探测模型，给出了尾涡特征与雷达回波信号之间的关系，从而实现尾涡的识别与判定。本文的成果为高空巡航阶段飞机的探测和飞行特征的识别提供了判定方法和依据。

关键词：数值计算尾涡高空巡航探测识别

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宇称-时间对称与反对称研究进展

物理学报 2022年第17期71卷 32-43页

作者：唐原江梁超刘永椿清华大学物理系低维量子物理国家重点实验室北京100084 教育部量子信息前沿科学中心北京100084

在标准量子力学中,描述物理系统的哈密顿量一般是厄米的,以保证系统具有实能谱及系统演化的幺正性.近些年来,研究发现具有宇称-时间(parity-time,PT)对称特性的非厄米哈密顿量也具有实能谱,并且在PT对称相和PT对称破缺相之间存在一个新... 详细信息

在标准量子力学中,描述物理系统的哈密顿量一般是厄米的,以保证系统具有实能谱及系统演化的幺正性.近些年来,研究发现具有宇称-时间(parity-time,PT)对称特性的非厄米哈密顿量也具有实能谱,并且在PT对称相和PT对称破缺相之间存在一个新奇的非厄米奇异点,这是厄米系统所不具有的.最近,人们在各种各样的物理系统中实现了PT对称和PT反对称的非厄米哈密顿量,并演示了新奇的量子现象,这不仅加深了对基本量子物理规律的理解,也促进了应用技术的突破.本综述将介绍PT对称和PT反对称的基本物理原理,总结在光学系统和原子系统中实现PT对称和PT反对称的方案,并回顾利用PT对称系统非厄米奇异点进行精密传感的研究.

关键词：宇称-时间对称宇称-时间反对称非厄米奇异点

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光纤时间频率同步技术及应用

仪器仪表学报 2024年第2期45卷 47-62页

作者：陈雨锋王波清华大学精密仪器系北京100084 时空信息精密感知技术全国重点实验室北京100084 光子测控技术教育部重点实验室北京100084 中国兵器工业导航与控制技术研究所北京100089

时间是人类目前测量和复现不确定度指标最高的物理量,代表了人类科技发展的最高水平。光纤时频同步技术经过几十年的发展,目前已广泛应用于量子计量、射电干涉测量、定位导航、现代通信、电力电网、高能物理、大地测量等诸多领域,成为... 详细信息

时间是人类目前测量和复现不确定度指标最高的物理量,代表了人类科技发展的最高水平。光纤时频同步技术经过几十年的发展,目前已广泛应用于量子计量、射电干涉测量、定位导航、现代通信、电力电网、高能物理、大地测量等诸多领域,成为人类社会高效运行的重要支撑。得益于光纤时频同步技术的高可靠性和高稳定度,综合原子时“分布式”和“实时性”这一长期存在的矛盾得到了解决。文章介绍了光纤时频同步技术的发展历史、各技术路径的研究现状,以及基于北京地区光纤时频同步网生成的分布式实时综合原子时。在此基础上,指出光纤时频同步的发展重点正从技术研究转为大规模网络化应用,开展基于光网络的多功能、多应用融合研究,实现一体化通信、感知、计算、测量、控制,将是未来的重要发展趋势。

关键词：光纤网络时间同步频率同步光载射频综合原子时

选区外延生长的PbTe-超导杂化纳米线:一个可能实现拓扑量子计算的新体系

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物理学报 2023年第23期72卷 86-93页

作者：杨帅张浩何珂清华大学物理系低维量子物理国家重点实验室北京100084 北京量子信息科学研究院北京100193 量子信息前沿科学中心北京100084 合肥国家实验室合肥230088

半导体-超导体杂化纳米线是用于研究马约拉纳零能模和拓扑量子计算的主要平台之一,而基于Ⅲ-Ⅴ族半导体InAs和InSb的纳米线则是当前此方向研究的主流材料体系.尽管经过多年制备技术的改进和优化,样品中过多的缺陷和杂质仍是阻碍此方向... 详细信息

半导体-超导体杂化纳米线是用于研究马约拉纳零能模和拓扑量子计算的主要平台之一,而基于Ⅲ-Ⅴ族半导体InAs和InSb的纳米线则是当前此方向研究的主流材料体系.尽管经过多年制备技术的改进和优化,样品中过多的缺陷和杂质仍是阻碍此方向进一步发展的核心问题.近年来,一个新的马约拉纳纳米线候选体系——Ⅳ-Ⅵ族半导体PbTe-超导杂化纳米线吸引了很大关注并获得了快速的研究进展.PbTe的介电常数巨大,且具有晶格匹配的衬底,这些优势使其有潜力突破纳米线样品质量提升的瓶颈,成为马约拉纳零能模的研究和拓扑量子计算实现的理想平台.本文将简单介绍最近几年在PbTe纳米线和PbTe-超导杂化纳米线器件的选区分子束外延生长、输运性质研究方面取得的重要进展,并对这种新的马约拉纳纳米线候选体系的优势、问题及基于其实现拓扑量子计算的前景进行讨论.

关键词：半导体纳米线马约拉纳零能模拓扑量子计算