量子信息科技的发展现状与展望

20世纪初,以原子能、半导体、激光、核磁共振、超导和全球卫星定位系统等重大技术发明为标志性成果的第一次量子革命,促进了物质文明的巨大进步,从根本上改变了人类的生活方式和社会面貌.自20世纪90年代以来,量子调控技术的巨大进步,使得以量子信息科学为代表的量子科技突飞猛进,标志着第二次量子革命的兴起.量子信息科技包括量子通信、量子计算、量子精密测量等方面,为保障信息传输安全、提高运算速度、提升测量精度等提供了革命性解决方案,可为国家安全和国民经济高质量发展提供关键支撑.经过近30年的发展,我国在量子信息科技领域整体上已经实现了从跟踪、并跑到部分领跑的飞跃,在量子通信的研究和应用方面处于国际领先地位;在量子计算方面牢固占据国际第一方阵;在量子精密测量的多个方向进入国际领先或先进水平.当前,需要根据国家战略需求和国际竞争态势,做好未来5—10年我国在量子信息领域的发展重点研判,率先建立下一代安全、高效、自主、可控的信息技术体系.     

中科大量子通信研究态势良好

由中国科大中科院量子信息重点实验室承担的“量子通信关键技术的研究”项目，日前通过由中科院高技术研究与发展局组织的中期评估．由刘颂豪院士等六位评审专家组成的评审组认为，项目研究人员实现了预期科研目标，取得了一系列突破性进展．     

2006-2007年度(首届)谢希德物理奖获奖者介绍

获奖人：谢常德（山西大学光电研究所） 谢常德教授长期从事光学方面的研究和教学工作，在量子光学研究领域作出了重要贡献，在连续变量量子信息等研究领域取得重要成果，由她主持的国家重点基金项目“连续变量量子通讯实验研究”，以具有原创性的方案，利用连续变量量子纠缠实现了无条件量子保密通信，受控密集编码量子通信及量子纠缠交换等，     

量子开系统理论及其应用

量子物理是当代科学发展的基石,多次引发高技术革命.它与信息科学结合,产生了交叉学科——量子信息,为突破计算机芯片的尺度极限提供了全新的解决思路.自1987年起,文章作者及其合作者对量子开系统理论、量子退相干及其相关的量子物理基本问题进行了系统的探索,契合了最近10年量子信息研究的快速发展.文章首先结合上世纪70年代末彭桓武先生关于量子开系统(阻尼谐振子的量子化)的重要研究工作,介绍了量子开系统的基本概念及其研究的科学意义,同时简略介绍了文章作者及其合作者在量子开系统理论及其在量子信息应用方面的系列研究工作.     

量子理论若干基本问题研究的新进展

本文结合最近的典型量子物理实验 ,如用冷原子Bragg散射实现的“which way”实验 ,量子退相干过程的微腔QED检验和C60 分子的量子干涉等 ,比较系统地介绍了量子理论基本问题若干研究的新进展 ,特别强调了处于其核心的量子测量问题及其相关的基本概念和基本思想 ,如EPR佯谬和Bell不等式 ,量子退相干和量子纠缠。从理论和实验结合的角度 ,本文阐述了被测系统和测量仪器的相互作用怎样导致量子测量的一般动力学过程。由此还讨论了外部环境和内部运动怎样诱导量子退相干和量子耗散 ,对“薛定谔猫佯谬”和“宏观物体空间局域化描述”给出了可能的物理解释。最后 ,通过具体例子 ,本文简单地讨论了量子物理基本问题的研究结果对量子信息的应用     

关于多比特电路量子动力学系统中光子自由度的消除方案研究

基于超导传输线和超导量子比特相互耦合的电路量子电动力学（quantumelectrodynamics,QED）系统,是研究固态量子信息和量子测量与控制的理想实验平台．本文在已有工作（单比特电路QED）基础上,进一步研究多比特电路QED系统．具体通过对两比特系统的量子测量和量子控制动力学的模拟,检验了“绝热消除”和“极化子变换”两种消除微腔光子自由度方法的适用条件．和单比特情况不同,我们特别检验了两比特系统Bell纠缠态的“确定性”制备问题．在量子路径水平上模拟发现,由于反馈操作引起量子比特状态翻转,使得极化子变换方法失效,它所导出的“有效测量算符”（其中含有非平庸的“宇称项”）此时也将变得没有意义．     

量子理论若干基本问题研究的新进展

本结合最后的典型量子物理实验,如用冷原子Bragg散射实现的“which-way”实验,量子退相干过程的微腔QED检验和C60分子的量子干涉等,比较系统地介绍了量子理论基本问题若干研究的新进展,特别强调了处于其核心的量子测量问题及其相关的基本概念和基本思想,如EPR佯谬和Bell不等式,量子退相干和量子纠缠,从理论和实验结合的角度本阐述了被测系统和测量仪器的相互作用怎样导致量子测量的一般动力学过程,由此还讨论了外部环境和内部运动怎样诱导量子退相干和量子耗散,对“薛定谔猫佯谬”和“宏观物体空间局域化描述”给出了可能的物理解释,最后,通过具体例子,本简单地讨论了量子物理基本问题的研究结果对量子信息的应用。     

基于四波混频过程产生介于锥形探针光和锥形共轭光之间的多模量子关联

多模量子关联与纠缠在基础科学研究以及量子信息处理、量子通信等领域有着重要作用.本文基于热铷原子系综中的四波混频过程,通过构建具有空间结构的锥形泵浦光和锥形探针光,在实验上产生具有量子关联的锥形探针光和锥形共轭光,并测量到量子关联光束之间的强度差压缩约–2.6dB.通过改变单光子失谐、双光子失谐、泵浦光功率和铷原子池温度等实验参数,研究量子关联光束之间的强度差噪声随实验参数的变化关系.除此之外,通过“整体衰减法”和“局部切割法”对量子关联光束进行不同方式的处理,不仅实验测量了量子关联随透射率的变化关系,而且深入研究了量子关联的多模特性.本文的实验结果在量子信息处理以及量子通信领域有着潜在的应用价值.     

具有原子运动的双光子J-C模型中量子力学通道与量子互熵

用量子信息理论研究具有原子运动的双光子Jaynes_Cumming模型动力学.给出了该模型中表示原子态变化的量子力学通道，导出了量子互熵和原子约化熵，考察了原子运动及场模结构对量子互熵的影响，以及原子量子力学通道“开启”与“关闭”状态和原子与场纠缠程度的关系.结果表明量子力学通道特性强烈依赖于原子运动、场模结构以及原子与场的纠缠. 关键词： 双光子J_C模型 原子运动 量子互熵 量子约化熵 量子学通道     

基于CHSH不等式几何解释的“X”态量子非局域关联检验

量子非局域关联现象是量子理论区别于经典理论的重要特征之一.“X”态作为一种典型的量子混合态,基于其进行的量子非局域关联的检验研究,不论对验证量子理论的正确性,还是在量子信息论的应用领域研究,都具有重要的意义.本文在基于传统Clauser-Horne-Shimony-Holt (CHSH)不等式进行量子非局域关联检验的基础上,提出了一种基于“X”态几何解释的量子非局域关联检验策略.利用“X”态的几何解释策略,可使物理图像更为直观地研究检验时最优化测量基选取,以及可获得的最大CHSH不等式检验值等.最后给出了基于CHSH不等式几何解释策略,“X”态成功进行量子非局域关联检验的参数范围.     

普朗克的第二次量子假设

1900年12月14日,德国理论物理学家马克思·普朗克在德国物理学会上公布了他的第一次量子假设,这一假设的提出大大改变了物理学的进程,人们习惯地把这一天称之为量子概念的诞生纪念日;而在1911年2月3日,普朗克又一次提出了量子假设,我们把它称之为第二次量子假设.量子假设使物理学发生了一场深刻革命,这是众所周知的,但许多人对普朗克的第一次量子假设做了大量研究,而对普朗克为什么提出第二次量子假设却很少有人问津,并存在一些误解,认为普朗克提出第二次量子假设的行动是一种退却行动,在量子问题上普朗克一直持保守态度.对此我不敢苟同,并…     

物理课程与信息技术课程的整合

我国教育部决定，从2001年起，用5到10年左右时间在全国中小学基本普及信息技术教育，开设信息技术必修课程，加快信息技术教育与其他课程的整合，全面实施“校校通”工程，现在，其它领域的信息革命几乎都发生了：办公室里都是自动化；电影屏幕上的背景由人工绘制发展为高科技制作；军事上，海湾战争就是一场电子战，各个领域几乎都在信息化，但到现在快二十年了，革命也没发生，学校里的计算机买了很多，利用率却不高；教学中计算机课排得满满的，但却只用于学打字，学语言，结果计算机没有对学校教育模式产生任何影响。这种状况必须改变，而且要真正迅速地改变，本从美国一个教师的教案-“影子”出发，论述了在信息化的社会里，在物理课的教育中应该培养学生的信息素养。     

量子计算机理论中的量子叠加和量子纠缠

讨论了量子计算、量子通讯与量子计算机中的核心问题 量子叠加和量子纠缠. 从量子态表示量子信息为出发点, 指出有关量子信息的所有问题都可采用量子力学理论来处理. 其中信息的演变遵从薛定谔方程, 信息的传输就是量子态在量子通道中的传送, 信息处理就是量子态的幺正变换, 信息提取则是对量子系统实行量子测量.     

量子态的可分性与纠缠度量

正1.引言量子纠缠是量子物理区别于经典物理的特征之一,量子纠缠态在量子信息处理中起到关键的作用,是许多量子信息处理过程中必不可少的资源~([1])。例如在量子隐形传态中,利用一对分别处于甲地与乙地的纠缠粒子,可以把一个未知量子态从甲地传到乙地。对量子纠缠理论及其应用的研究,已经把数学、物理、计算、信息等许多领域紧密地结合了起来。量子态的纠缠度的大小,与量子信息处理的成功     

多粒子GHZ纠缠实验中Fisher信息的保真度方法获取

保真度与Fisher信息在量子精密测量和量子纠缠判定中充当着非常重要的角色。本文从概率统计和量子力学的角度出发,阐明了两者之间的区别与联系,给出了保真度方法获取Fisher信息的数学表达式;基于量子测量中常见的宇称测量模型,我们对多粒子Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ)纠缠产生实验中Fisher信息的获取开展了保真度方法研究,通过对实验数据的蒙特卡洛模拟,二阶或高阶曲线拟合获取了系统的Fisher信息,并将其与理论计算结果进行对比,结果表明保真度方法可以有效地获取量子系统的Fisher信息,当体系粒子数目较少时,宜采用二阶拟合方法获取系统的Fisher信息,而当粒子数目较多时,需考虑高阶拟合项的影响。此外,我们还将多光子GHZ纠缠实验中Fisher信息的保真度获取结果与海林格距离方法的获取结果进行对比,发现二者是一致的,这也进一步验证了保真度方法获取Fisher信息的有效性。本文的研究也为开展与Fisher信息相关的量子拓扑学和量子相变的研究提供了新的途径。     

本科生量子信息教学几点体会

量子信息的概念和原理相当抽象,为了使学生更容易理解量子信息的基本概念和原理,在教学中提供一些通俗易懂的例题,将量子信息概念和原理通过实例具体化,这对学生深刻领会量子信息基本概念和原理有很大帮助,并取得了较好的教学效果.     

相干光场作用下量子纠缠态的动力学研究

量子纠缠态的制备、操纵在量子信息研究中起着重要的作用。用相干光操纵量子纠缠态的是研究量子信息的重要手段，因而研究相干光作用下量子纠缠态的演化过程是一个重要的问题。自发辐射对纠缠态的纠缠度的影响近期已有文献报道，但这依然是着重于库对纠缠态的作用。这里，我们从全量子理论出发，研究了相干光场与纠缠体系的相互作用，以深入理解量子纠缠体系的动力学过程与机理。     

量子信息学——源自量子力学的第二次信息革命

量子信息学是物理学的一个新兴分支学科,它将微观世界的量子态用作信息的载体,利用量子力学规律对信息进行传输和计算,可以完成经典信息技术所不能完成的任务.量子信息学主要包含量子通信和量子计算,量子通信已经走向产业化,量子计算也正在逐步走出实验室,它们将共同引领下一代信息技术革命.新兴的量子信息产业可为物理学专业毕业生提供更多的就业机会.     

上海市普通中学一年来物理教学概况

一年来上海市各级学校在党的领导下全面贯彻“教育为无产阶級政治服务、教育与生产劳动相结合”的教育工作方針,加强政治思想教育,加强生产劳动,改进教材內容和教学方法等等,做了各种尝試,取得了不少成績,也有不少經驗教訓,确实进行了一次深刻的教育革命。普通中學物理教材內容、教学方     

耦合原子与腔场多光子相互作用过程中的量子信息传递

建立了"多耦合原子--腔"系统的多光子相互作用模型. 利用腔量子电动力学理论, 研究了原子与腔场相互作用过程中量子信息传递的特性, 分析了原子间耦合作用对量子信息传递的影响. 结果表明: 在一定的相互作用时间内, 量子信息可以在腔场与原子间可逆传递或保持, 原子间的偶极作用导致量子纠缠信息非完全传递和非完全保持.