第二讲宇宙微波背景辐射

简单介绍了近年来关于宇宙微波背景辐射在观测上取得的重大进展，以及有关它的解释、理论和意义．宇宙微波背景是我们了解宇宙奥秘的一个至关重要的窗口．在未来几年，它还将扮演更加重要的角色．     

普朗克卫星与宇宙微波背景辐射

目前对于宇宙起源的认识主要来自于热大爆炸宇宙理论。根据这一理论,在宇宙的极早期,物质以高温高密的等离子体形式存在,并且处于热平衡状态。由于大量自由电子会与光子频繁发生散射,使得光子的平均自由程很短,宇宙处于不透明的状态。     

宇宙微波背景辐射的发现

一、Penzias和 Wilson检测到 多余的天线温度 1963年初,在美国贝尔实验室,两位年青人把一台通讯接收设备改为射电望远镜,开始了他们的射电天文学事业.一位是来自哥伦比亚大学的A.APenzias,另一位是来自加利福尼亚理工学院的R.W.Wilson.两人都是在1962年取得博士学位的. 他们原来的计划是测量银河系内高纬星系的银晕辐射[1].他们的射电望远镜由天线和辐射计组成.采用的20ft喇叭型天线是该实验室于1960年为接收从“Echo”卫星上反射回来的信号而建造的,包括一个逐渐扩展的方形波导管(喇叭)和一个扇形旋转抛物面反射器.喇叭的顶点跟抛物面…     

有关宇宙微波背景辐射的最新报告

2006年3月15日在普林斯顿大学的一个记者招待会上，WMAP^＊（威尔金森宇宙微波各向异性探测卫星）小组发布了他们关于宇宙大爆炸后辐射残留的最新报告．报告提供了首张偏振宇宙微波辐射图谱，其内容有助于了解字宙诞生10埘秒之后的情况，也使标准宇宙模型通过了目前最严格的数据检验．他们还宣称我们生活在一个扁平状的宇宙中，这个宇宙仅含有4％的常规物质，但有22％的暗物质和74％的暗能量，这些结果与宇宙标准模型相吻合．WMAP成员Lyman Page说：     

第二讲 宇宙微波背景辐射

简单介绍了近年来关于宇宙微波背景辐射在观测上取得的重大进展,以及有关它的解释、理论和意义.宇宙微波背景是我们了解宇宙奥秘的一个至关重要的窗口.在未来几年,它还将扮演更加重要的角色.     

中尺度沙尘暴对量子卫星通信信道的影响及性能仿真

中尺度沙尘暴是美国内华达州、我国北部及中东国家等地沙尘天气的常见形式.为了研究中尺度沙尘暴对量子卫星通信信道的影响,首先分析了沙尘暴的物理特性,根据中尺度沙尘暴的扩散模型,提出了中尺度沙尘特性与量子纠缠度的关系;然后仿真了沙尘特性对量子卫星信道参数的影响.结果表明,如果沙尘扩散时间为12 h,中尺度沙尘粒子半径分别为1和25μm,则量子卫星信道的纠缠度依次为0.6和0.4,信道的利用率分别为0.9和0.8,信道容量分别为0.95和0.8.由此可见,量子信道的各种参数与沙尘暴的特性密切相关.因此,为了提高量子卫星通信的可靠性,应根据沙尘灾变程度,自适应调整卫星信道的各种参数.     

遗迹引力波对宇宙微波背景辐射极化的影响

根据宇宙大爆炸理论的预言,宇宙经历了由暴涨阶段到辐射阶段到物质阶段再到如今的加速膨胀阶段.在辐射阶段所残留的退耦的自由光子便形成了现在人们所观测到的宇宙微波背景辐射.如果没有扰动,微波背景辐射将是各向同性的,但是在宇宙形成的初期存在各种各样的扰动,因此宇宙微波背景辐射呈现各向异性.针对由遗迹引力波对微波背景辐射极化所产生的各向异性的影响,重点讨论电场型极化和磁场型极化. 关键词： 遗迹引力波 微波背景辐射 极化各向异性     

微波背景辐射谱和宇宙的结构

 2000年公布了宇宙学领域中的一项重大观测结果,这就是Ｂｏｏｍｅｒａｎｇ和Ｍａｘｉｍａ两实验组利用毫米段微波望远镜较准确地测得了宇宙微波背景辐射(ＣＭＢＲ)功率谱,特别是其第一峰。微波望远镜是一个由液氦三超低温冷却并由氮化硅微网吸收器组合的阵列辐射仪,被吊挂在巨型探测气球之下。以Ｂｏｏｍｅｒａｎｇ组为例,气球于1998年底在38千米高空沿南纬80度线绕南极一圈巡航了10天,多遍扫描了占全天空3%的南极天区,经漫长的数据处理后,直到2000年4月才公布了部分数据的处理结论。2001年,两实验组又有更精确的观测数据问世。1964年被首次观测到的ＣＭＢ     

宇宙重新加热能标对微波背景辐射效应的研究

研究了暴涨宇宙学中重新加热能标ρ_reh的不确定性对原初谱和宇宙微波背景辐射(CMB)的效应,并着重指出了在谱指数跑动大的模型中CMB观测可以给出ρ_reh一个很强的限制.     

纠缠辅助下三方通信复杂度问题及其量子线路的研究

我们设计了一个实现纠缠辅助下计算特定布尔函数的三方通信复杂度问题的量子线路,该问题中输入变量分布在通信三方。计算分析表明如果通信三方没有分享纠缠态,需要四比特经典通信才能完成计算任务。有纠缠辅助下,仅通过三比特经典通信能够以一定概率完成任务,成功概率与纠缠态的具体形式有关,当选择合适的纠缠态时,成功概率最高可达100%。     

利用量子纠缠态确定性地降低通信复杂度

文章提出一种确定性地降低两体系系统中的通信复杂度的方案，它利用了一组处于任意纠缠纯态的粒子对。在这个方案中，对于一个任意的两变量布尔函数，一个被通信双方事先分享纠缠态可以使通信复杂度降低。与只通过经典通信或双方仅仅通过交换经典信息相比较而言，利用本方案其通信复杂度降低了一个比特。     

冰水混合云对量子卫星通信性能的影响

根据冰-水混合云中冰晶和水滴粒子的谱分布函数及消光因子,得到冰-水混合云的冰水含量比例与量子卫星通信信道之间的衰减关系;针对比特翻转信道和退极化信道,分别建立冰水含量比例与信道容量、信道保真度之间的方程;分析了冰水含量比例对信道建立速率的影响.仿真结果表明:当冰水含量比例分别为1∶2和1∶9时,比特翻转信道、退极化信道的容量分别为0.65和0.92、0.59和0.95;当信源字符的概率为0.9时,比特翻转信道、退极化信道的保真度分别为0.60和0.83、0.89和0.95;当传输距离为2km,纠缠粒子对保真度为0.8时,信道建立速率分别为7.40 Hz和15.57 Hz.因此,当量子卫星信号出现较大衰减时,应根据冰-水混合云的冰水含量比例,自适应调整量子卫星通信系统的各项参量,以提高量子卫星通信的可靠性.     

低轨道量子卫星通信星上交换算法及仿真

量子卫星通信能够解决量子移动通信在航海、航空领域中对于远距离和大范围的需求,而星上交换是量子卫星通信的关键技术之一.本文以低轨道量子卫星通信星上交换为研究对象,提出了一种新的星上交换算法——终端测距法.利用该算法测得终端到相邻小区中心的距离,并将测得的数据上传给当前服务卫星系统,再由卫星系统通过比较距离大小决定终端是否切换.数学分析和仿真结果表明,该算法可靠性高、操作方便,能够在各卫星之间实现平稳切换.     

低轨道量子卫星通信星上交换算法及仿真

量子卫星通信能够解决量子移动通信在航海、航空领域中对于远距离和大范围的需求,而星上交换是量子卫星通信的关键技术之一.本文以低轨道量子卫星通信星上交换为研究对象,提出了一种新的星上交换算法—终端测距法.利用该算法测得终端到相邻小区中心的距离,并将测得的数据上传给当前服务卫星系统,再由卫星系统通过比较距离大小决定终端是否切换.数学分析和仿真结果表明,该算法可靠性高、操作方便,能够在各卫星之间实现平稳切换.     

陆地量子移动通信最优纠缠多址中继方案

为了解决EPR纠缠通过大气空间在通信终端之间的分发问题,使量子移动用户之间及时建立纠缠,提出了一种新的陆地量子移动通信网络的量子纠缠多址中继方案和分区服务模型.分析比较了基于量子受控非门和极化分束器的两种纠缠纯化方法.结果表明:即使在量子移动终端之间没有共享EPR纠缠对的情况下,通过纠缠纯化和量子多址中继,仍然可以完成量子态的无线传输,并且其传输时延与所经过的链路距离和基站数目无关|因此,从数据传输时延的观点来看,该方案是最优的.本研究对于构建大规模量子移动通信网具有一定的奠基作用.     

An Improved Quantum Information Hiding Protocol Based on Entanglement Swapping of χ-type Quantum States

In 2011, Qu et al. proposed a quantum information hiding protocol based on the entanglement swapping of χ-type quantum states. Because a χ-type state can be described by the 4-particle cat states which have good symmetry, the possible output results of the entanglement swapping between a given χ-type state and all of the 16 χ-type states are divided into 8 groups instead of 16 groups of different results when the global phase is not considered. So it is difficult to read out the secret messages since each result occurs twice in each line (column) of the secret messages encoding rule for the original protocol. In fact, a 3-bit instead of a 4-bit secret message can be encoded by performing two unitary transformations on 2 particles of a χ-type quantum state in the original protocol. To overcome this defect, we propose an improved quantum information hiding protocol based on the general term formulas of the entanglement swapping among χ-type states.     

Effect of Induced Transition on the Quantum Entanglement and Coherence in Two-Coupled Double Quantum Dot System

Studying quantum properties in solid-state systems is a significant avenue for research. In this scenario, double quantum dots appear as a versatile platform for technological breakthroughs in quantum computation and nanotechnology. This work inspects the thermal entanglement and quantum coherence in two-coupled DODs, where the system is exposed to an external stimulus that induces an electronic transition within each subsystem. The results show that the introduction of external stimulus induces a quantum level crossing that relies upon the Coulomb potential changing the degree of quantum entanglement and coherence of the system. Thus, the quantum properties of the system can be tuned by changing the transition frequency, leading to the enhancement of its quantum properties.     

Reliability of Digitized Quantum Annealing and the Decay of Entanglement

A banged‐digital‐analog simulation of a quantum annealing protocol is performed in a two‐qubit nuclear magnetic resonance (NMR) quantum computer. The experimental simulation employs up to 235 Trotter steps, with more than 2000 gates (pulses), and a protocol success above 80% is obtained. Given the exquisite control of the NMR quantum computer, the simulation is also performed with different noise levels. Thus, the reliability of the quantum annealing process is is analyzed, and it is related to the level of entanglement produced during the protocol. Although the presence of entanglement is not a sufficient signature for a better‐than‐classical simulation, the level of entanglement achieved relates to the fidelity of the protocol.     

空间尘埃等离子体对量子卫星通信性能的影响

为了研究尘埃等离子体中带电尘埃的粒子半径、粒子浓度和带电荷数对量子通信性能的影响,首先根据Mie散射理论得到单个带电尘埃粒子的光散射截面;然后通过粒子浓度求出总的消光截面,得出链路衰减的数学模型,提出了带电粒子特性与量子纠缠度的关系;针对退极化信道,当单个尘埃粒子所吸附带电粒子的个数为50时,给出了尘埃粒子半径、粒子浓度与信道容量和量子误码率的定量关系.仿真结果表明,当量子信号的传输距离为10km时,尘埃粒子浓度从1×10~(10) m~(-3)增加到10×10~(10) m~(-3),信道容量从0.6726降低到0.1075;尘埃粒子半径从0.1μm增加到10μm时,量子误码率由1.334×10~(-3)增加到5.309×10~(-3).由此可见,尘埃等离子体中带电尘埃粒子的半径和浓度对量子卫星通信性能有显著的影响.因此,为确保量子通信的可靠性,应根据所探测到的等离子体环境的状况,调整卫星通信系统的各项指标参数.