量子信息处理及其核磁共振实现（英文）

量子特性在信息领域中有着独特的功能,在提高运算速度、确保信息安全、增大信息容量和提高检测精度等方面可能突破现有经典信息系统的极限。我们以液态NMR技术实现量子信息处理中的应用主题开展研究,所取得的成果包括：1）利用NMR实验实现了两个无直接耦合自旋之间的量子密集编码和三个量子位之间的量子密集编码过程。实验结果表明：量子密集编码只需传送N-1个量子位便可以传递N个经典位的信息。2）利用NMR实验实现了三种多量子算法;提出了一种实现n阶耦合变换的理论方法,根据这种方法可实现任意量子位的Deutsch-Jozsa算法。3）提出了一种基于量子克隆的量子编码和纠错方案。该方案一方面说明了量子克隆与量子纠错存在一定程度上的联系,另一方面也反映出一些量子克隆过程本身具有一定的抗消相干的能力。4）提出用二维NMR中的多量子相干实现无消相干子空间（DFS）,并在实验上验证了该DFS的避错能力。本方法有效地利用了甲基中三个磁等价的氢核,把原本需要四个化学位移各不相同的核自旋构造的二逻辑位的DFS变成了只需两个化学位移各不相同的核自旋体系构造的二逻辑位的DFS,虽然用的核自旋数“更少”,却能避免更多的错误算符。用多量子相干作为量子计算中的量子位,是一种全新的概念,可以充分利用磁等价的原子核自旋来构造多个量子位,从而扩展了可利用的量子位的数目。     

量子纠缠态制备、操纵的实验研究

量子纠缠是量子信息学中最重要也是最为奇特的一个课题.在量子信息学中,量子信息的处理离不开量子态及其操纵,而量子纠缠态毫无疑问是各种各样的量子态中最重要的一种. 利用光子纠缠态开展了以下实验研究:(1)利用连续波激光束泵浦非线性晶体的自发参量下转换过程,制备出了双光子偏振纠缠态,具有较高亮度和纠缠度,并具有纠缠度可调谐的特点. 利用这种纠缠源,制备了量子信息学中一种重要的混合态——Werner态,采用的方案使得Werner态中纠缠的成分是可控制的.(2)利用线性光学元件以及路径比特概念的引入,在实验上用单光子实现了Buek-Hillery普适克隆机,实验结果表明,对任意的输入纯态,此克隆机输出的2份拷贝与初始态均达到5/6的保真度,与理论计算一致.(3)在实验上利用自发参量下转换系统制备的双光子偏振最大纠缠态及非最大纠缠态进行了CHSH不等式的检验,验证了对于2比特纠缠纯态,"纠缠"等价于"Bell不等式违背"这一结论.(4)除了局域隐变量理论之外,还有一种主要的隐变量理论——环境无关的隐变量理论(NCHV),关于这种隐变量,类似于Bell不等式,有一个Kochen-Specker理论,其主要内容是证明NCHV和量子力学的矛盾. 完成了一个用单光子实现的检验Kochen-Spcker理论的实验,实验结果证明了NCHV是不存在的.     

一种星地量子密钥通信仿真平台

针对星地量子密钥通信空间环境复杂、国内暂不具备实物实验条件的现状,提出一种用于量子密钥通信的计算机仿真平台设计.该平台具有仿真星地量子密钥通信中APT及单光子传输捕获过程的能力和自适应光学对传输畸变波前的修正能力.使用此平台,得到了星地量子密钥通信跟瞄精度、自适应光学对畸变波前的修正及单光子捕获概率、误码率的合理仿真结果,证明此仿真平台对实际系统的设计具有参考意义.     

无消相干子空间的几何量子计算方案

文章提出了利用超导量子干涉仪作为量子比特设计一个在无消相干子空间的几何量子计算的方案.该方案融合了无消相干子空间的量子计算对某些特定的噪声不敏感,而几何相位具有内秉抗随机噪声的容错能力的优点.     

基于一次一密的量子身份识别方案

给出一个基于Holevo定理的量子单向函数,并根据它构造了一个基于对称密码体制的量子身份识别方案. 该方案通过一次性的随机数隐藏了双方共享的密钥,且验证算法不依赖于所使用的随机数,从而保护了密钥,使该方案的安全性不局限于敌手的计算能力.     

关于 Yang-Baxter模和模代数的几个命题

设H是定义在域k上的一个Hopf代数,反极元s为双射.本文给出了一个Hopf代数是量子Yang—Baxter模的等价命题及一个Hopf代数是量子Yang—Baxter模代数的充要条件.     

基于腔QED的超导量子比特的非传统几何相位门

在一个高品质腔中植入两个超导量子干涉仪,并使腔与超导量子干涉仪发生大失谐作用来实现2个量子比特的非传统几何相位门.这里的量子逻辑门操作,其特点是利用几何位相的整体几何性质来避免某些局域的无规噪声的影响,从而可以获取在量子计算过程中的高保真度.最后,作为一个直接应用.讨论了采用所提出的非传统几何相位门来实现2个量子比特的Deutsch-Jozsa算法.     

介观LC电路中的量子效应

给出了介观LC电路在压缩真空态激发态下电荷和电流的量子零点涨落,并给出了该电路在绝对零度时的量子噪声。     

基于混态Bell态通道的量子远程态制备

提出一种利用混态纠缠态作为量子通道实现任意纠缠态的量子远程制备方案.混态是一个混合的Bell态,这在量子信息过程中比纯态作为量子通道更具有实际意义.我们从Lindblad主方程出发研究[L3z,L3,z]一型的噪声通道的量子远程态制备方案,并对这种量子远程态制备的保真度和概率进行讨论.     

用数值逼进法研究电场中量子势阱表面本征态效应

多重量子阱结构和光致发光的研究 ,对材料结构分析有着重要的意义。文章用数值逼进法研究了电场中量子势阱表面本征态效应 ,分析了极值的位置 ,定性、定量地解释了量子阱的光致发光     

自旋1/2量子受激转子中Planck常数调节的整数量子霍尔效应转变的有限尺寸标度分析

量子受激转子(quantum kicked rotor,QKR)是量子混沌研究中的重要模型之一。在自旋1/2的QKR中,调节等效Planck常数可以在动力学局域化相之间实现一系列相变,其形式与整数量子霍尔效应及其平台相变相似。研究这一相变的有限尺寸标度理论,并将其应用于自旋1/2的QKR模型。估计出相变的临界指数为ν=2.62(9),符合整数量子霍尔效应平台转变的普适类。     

基于弱测量的量子系统消相干控制

研究了弱测量的性质以及潜在应用.首先,针对所定义的一类特定的正定算子值测量,从线性赋范空间的角度推导出其为弱测量时的参数条件.其次,讨论了弱测量的适用性:弱测量不仅适用于大量全同量子系统,若任意的测量算符都能够被选择性地施加,则弱测量也能够对单个的量子系统进行测量.最后,考察了弱测量对不同的量子系统的影响:对于大量全同量子系统,连续的弱测量对状态产生的影响相当于一个消相位过程,而对于单个的二能级量子系统,弱测量能够被用来抑制消相位以及去极化过程.     

量子逻辑系统及其不相容性的解决

在经典的世界中使用的是布尔逻辑系统，在一个量子的世界中使用的是量子逻辑系统，它们的代数结构分别是布尔格和正交模格，本文详细讨论了这两种代数结构，说明了量子逻辑中的不相容性问题和两种解决的方法，并进行了比较分析。     

低温低密度费米气体的研究

利用赝势法求出无外势时低温、低密度量子费米气体的化学势、压强、熵、内能和定容热容等物理量的解析表达式,探讨了粒子间相互作用对系统低温性质的影响。     

重力场中受约束物体能级的解释性理论

根据量子现象解释性理论导出了单摆、竖直平面内的圆形光滑导轨上的滑块以及两块对接光滑斜面上的滑块的能级公式.由于量子现象解释性理论能够有效地减轻量子论的学习难度,所以它能让"在大学低年级甚至在高中定量讲授量子力学的一部分内容"这种构想变得更为现实.     

SiGe材料系自组织Ge量子点研究(英文)

在当今Si基光电子研究中,SiGe材料系自组织Ge量子点是最有希望对Si材料运用能带工程实现人工改性的途径之一。Ge在Si上 4.2 %的晶格失配可以制造大小尺寸不同的纳米结构,还可适应其他多种器件需要。对自组织Ge量子点的形成过程、形貌演化、光学和电学性质,以及提高量子点平面排布有序性的方法进行了系统的分析和研究,并着重介绍了实验中发现的新现象、新模型和新方法,其中包括量子点的反常形状跃迁、自覆盖效应、Ge/Si量子点的II型能带结构、Ge/Si量子点的载流子热弛豫模型和纳米尺寸的周期性图形衬底的全息制备方法.     

2×5×5纯态量子体系完全纠缠态的分类

基于"随机局域操作和经典通讯"对2×5×5纯态量子系统的完全纠缠态进行了分类,共得到34个不等价类.其中有3个类对应的纠缠态含有连续参数.对含参数类的参数进行了详细研究,发现其中有2个类只含1个独立参数;另外1个含有2个独立参数.而且这些独立参数并不完全任意,它们有确定的对称性.对于1个独立参数情形,得到该参数具有D₃群对称性.