当代计量学的现状和发展②——20世纪的度量衡,21世纪的量子计量学

介绍了新中国成立以来我国计量科学技术的发展和新取得的成就，并对21世纪的量子计量学作了展望和阐述。     

化学计量学的发展现状

简要讨论了化学计量学的历史，评价了它的现状，指出了存在的问题，并提出了一些改进化学计量学形象与地位的建议。     

当代计量学的现状和发展①——序言

度量衡在 2 0世纪中随着自然科学、技术科学和社会科学的发展不断的进步 .特别是当代物理学的飞速发展使度量衡在内涵与形式上与古代相比都有了彻底的更新 .自本期开始我们将开辟“当代计量学的现状和发展”连载栏目 ,请中国计量科学研究院顾问、前计量科学研究院院长、国际米定义咨询委员会委员赵克功研究员连续撰文 ,为我们介绍当代计量学的状况及其应用和 2 1世纪计量学在自然科学、技术科学和社会科学发展中的作用以及它们相互促进的关系 .本期发表的是这系列文章的序言 .     

当代计量学的现状和发展④——更新计量基本单位——质量"kg"定义的研究(续)

4 质量"kg"溯源到金原子质量上[15] 把质量"kg"溯源到金原子的质量上,其原理简单:一个离子源发射金离子到一个静电屏蔽器--法拉第笼内,然后与千克标准的质量m进行比较,如图7所示.因为离子带电,这样在离子源和离子储存器之间有带电金离子流过形成一个电流I(t),t为时间.这个电流值I(t)与流过的金原子数成正比.设收集到金离子从起始时刻到终止时刻(t0到tm)流过的总电荷为Q.     

当代计量学的现状和发展③——更新计量基本单位——质量"kg"定义的研究

国际计量单位制中的质量基本单位－kg是以放在巴黎国际计量局的千克原器定义的。质量“kg”基准的质量比平均每年0．5μg增长率在增长。它质量变化早已超过国际质量“kg”比对的精度。从20世纪50年代，科学家们对更新质量“kg”的定义进行了广泛深入的探索与大量的科学研究，有望21世纪初将会有所突破，利用基本物理常量或原子的物理特 性建立量子化质量“kg”新定义。本简要介绍这些科学研究的现状和展望。     

Towards quantum-enhanced precision measurements： Promise and challenges

Quantum metrology holds the promise of improving the measurement precision beyond the limit of classical approaches.To achieve such enhancement in performance requires the development of quantum estimation theories as well as novel experimental techniques.In this article,we provide a brief review of some recent results in the field of quantum metrology.We emphasize that the unambiguous demonstration of the quantum-enhanced precision needs a careful analysis of the resources involved.In particular,the implementation of quantum metrology in practice requires us to take into account the experimental imperfections included,for example,particle loss and dephasing noise.For a detailed introduction to the experimental demonstrations of quantum metrology,we refer the reader to another article’Quantum metrology’in the same issue.     

高速电视的发展现状

这一部分是本课题的一个重点，详细分析、论述了高速电视在靶场中的发展现状。细致地阐述了测量电视与捕获电视的技术特性，采用详实的计算方法从多个方面、多个角度加以论证说明两种电视的系统功能及优异性能，高速电视的设计、研制提供了一整套丰富的技术资料。同时，也为充分论证跟踪测量电视设备在靶场有广泛的应用价值提供极为重要的技术依据。     

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.     

通用量子计算机和容错量子计算——概念、现状和展望

量子计算技术近年来快速发展并受到广泛关注。文章将介绍一些量子计算的基本概念、现状以及远期和近期的主要挑战,使读者可以更准确地理解一些新近的进展,避免误解。通用量子计算机的主要应用之一是破解 RSA密码。没有量子纠错,我们很难实现密码破解规模的量子计算。因此,量子计算技术的一大挑战是如何实现有量子纠错保护的量子计算,也就是容错量子计算。通过介绍现有的实验技术,将发现目前已经可以在实验中实现错误率低于容错阈值的量子门,但容错量子计算离实际应用还有距离。主要的困难在于,量子容错需要数量巨大的低错误率的量子比特,超出了现有技术能达到的水平,需要进一步的发展。有噪声中等规模量子计算有可能在近期内成为现实,目前仍有一些理论和技术方面的瓶颈问题需要深入研究。在看到量子计算技术巨大潜在价值和长足进步的同时,有必要了解有哪些亟需解决的问题,直面关键、攻坚克难。     

量子信息科学在中国科学技术大学的兴起和发展

文章介绍了中国科学技术大学的量子信息科学研究是如何兴起和发展的;着重介绍了在量子信息的基础理论、量子密码、量子纠缠、量子隐形传态、量子处理器和量子信息的应用等方面所取得的研究成果.     

量子信息科学在中国科学技术大学的兴起和发展

文章介绍了中国科学技术大学的量子信息科学研究是如何兴起和发展的;着重介绍了在量子信息的基础理论、量子密码、量子纠缠、量子隐形传态、量子处理器和量子信息的应用等方面所取得的研究成果.     

基于金刚石NV色心的纳米尺度磁场测量和成像技术

纳米级分辨率的磁场测量和成像是磁学中的一种重要研究手段.金刚石中的单个氮-空位点缺陷电子自旋作为一种量子传感器,具有灵敏度高、原子级别尺寸、可工作在室温等诸多优势,灵敏度可以达到单核自旋级别,空间分辨率达到亚纳米.将这种磁测量技术与扫描成像技术结合,能够实现高灵敏度和高分辨率的磁场成像,定量地重构出杂散场.这种新型的磁成像技术可以给出磁学中多种重要的研究对象如磁畴壁、反铁磁序、磁性斯格明子的结构信息.随着技术的发展,基于氮-空位点缺陷的磁成像技术有望成为磁性材料研究的重要手段.     

论量子理论形成和发展的社会条件

 物理学的繁荣与良好的社会环境密不可分。换言之,没有特定的社会条件,物理学的长足进步就无从谈起。此点,量子理论建立发展过程中的有关事例能给予很好的说明。分析量子理论的形成,我认为它至少有以下几方面的独特社会背景：（一）在欧美特定的社会结构下社会成员手中拥有较多的财富（或称资本）;（二）社会开放、信息畅通;（三）重视自然科学研究的传统较为久远;（四）社会各界支持科学事业;（五）基督教唯理主义的大文化环境。近十几年来,我们懂得了知识就是力量、科技是第一生产力的道理。知识和科学技术从何而来,应该说在很大程度上取决于财富。孔夫子说过富而后教。我看科研事业的发展也是这样,是富而后有科学事业的发展。     

基于量子测量的Fock态制备和自相位调制的影响

提出一种制备Fock态的新方案研究在包含有自相位调制的Kerr介质中两束光的相互作用,信号光场和探测光场初始处于相干态,经由非线性相互作用后演化成为纠缠态.若对探测光场的正交位相分量实行第一类量子测量,信号光场的光子数分布会受到调制.重复上述过程,发现信号光场最终演化成为一个纯的Fock态.这种制备Fock态的原理是基于互相位调制,而自相位调制则起着阻碍Fock态形成的作用.     

基于六粒子纠缠态和Bell态测量的量子信息分离

通过介绍六粒子纠缠态的新应用研究,提出了一个二粒子任意态的信息分离方案.在这个方案中,发送者Alice、控制者Charlie和接受者Bob共享一个六粒子纠缠态,发送者先执行两次Bell基测量|然后控制者执行一次Bell基测量|最后接受者根据发送者和控制者的测量结果,对自己拥有的粒子做适当的幺正变换,从而能够重建要发送的二粒子任意态.这个信息分离方案是决定性的,即成功概率为100%.与使用相同的量子信道进行二粒子任意态的信息分离方案相比,本文提出的方案只需要进行Bell基测量而不需要执行多粒子的联合测量,从而使得这个方案更简单、更容易,并且在目前的实验室技术条件下是能够实现的.     

基于六粒子纠缠态和Bell态测量的量子信息分离

通过介绍六粒子纠缠态的新应用研究,提出了一个二粒子任意态的信息分离方案.在这个方案中,发送者Alice、控制者Charlie和接受者Bob共享一个六粒子纠缠态,发送者先执行两次Bell基测量;然后控制者执行一次Bell基测量;最后接受者根据发送者和控制者的测量结果,对自己拥有的粒子做适当的幺正变换,从而能够重建要发送的...     

马尔科夫量子主方程的热和功: 概念, 涨落定理和计算

马尔科夫量子主方程的确立将近半个世纪,它们经常被用于不可逆热力学的研究。然而,在 过去相当长的一段时间里,这些研究几乎只关注了系综平均的结果,量子系统的随机热力学一直未 受到重视。由于过去二十年里各种经典和量子涨落定理的发现,这种状况才有了明显地改变。在本 文中,我们采用两种不同的策略系统总结了当前对马尔科夫量子主方程的随机的热和功的理解。策 略之一是把量子系统和其周围的热库当成是一个封闭的量子系统,在含时总哈密顿量的控制下,这 个系统发生幺正演化,对该复合系统做两次能量投影测量得到的能量本征值之差被定义为热和功。 另一种策略是首先把量子主方程分解成随机的量子跳跃轨迹,然后在轨迹上定义随机的热和功。我 们以尽可能详尽的方式介绍这些重要的物理概念、数学技术以及不同描述层次的涨落定理。我们也 用模型具体地说明这些结论。     

三代微光夜视技术的最新发展和应用前景

在简要回顾了微光夜视技术发展的历程后指出，“三代微光”作为一种涉及超高真空、半导体、微电子和光电子等学科的基础性高新技术，是目前微光夜视技术研究的工作重点和未来的发展方向。说明了三代微光技术的特点和优势，论证了“发展三代微光与手持式热像仪”和“发展三代微光与发展超二代微光”间的相互关系和策略。     

我国粒子加速器的现状和发展

文章对我国主要的粒子加速器－－北京正负电子对撞机（ＢＥＰＣ）、兰州重离子加速器（ＨＩＲＦＬ）、合肥国家同步辐射装置（ＮＳＲＬ）３台机器以及 第三代光源－－上海同步辐射装置项目的现状进行了简要介绍,另外,对应用低能加速器也作了扼要问题。     

医学超声影像产业现状和发展

本文结合超声影像产业的现状，分析了国内产业基础、市场需求，新技术发展趋势及提出有关新产品、新技术开发和产业发展的建议。其中包括重视原创产品的研究；开发有自主知识产权的新产品；调整产品结构，适应医疗体制改革和医疗保险制度；产业的发展应遏制医疗费用的膨胀，促进我国医学模式的转变等。