量子测量问题的研究及应用

文章结合最近完成的量子测量实验（如用冷原子Ｂｒａｇｇ散射实现的“ｗｈｉｃｈ－ｗａｙ”实验和用Ｃ６０分子完成的小系统量子干涉实验）,比较系统地介绍了量子测量问题及其相关的基本概念和基本思想,如量子相干、量子退相干和量子纠缠,从理论和实验结合的角度,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,由此探讨了“薛定谔猫佯谬”和“宏观物体空间局域化描述”的物理解释,最后,文章简单地描述了量子计算和量     

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     

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。     

固态量子比特的量子测量

文章介绍了作者用介观输运器件[如量子点接触（QPC）或单电子晶体管（SET）]测量固态量子比特的原理和特性，特别着重地介绍了作者最近在处理被测量子比特和介观测量仪器之间的关联方面的新进展。     

超冷原子系综的非高斯纠缠态与精密测量

量子精密测量是基于量子力学的基本原理对特定物理量实施测量,并利用量子效应提高测量精度的交叉科学.随着超冷原子实验技术的发展,超冷原子为量子精密测量提供了一个优异的研究平台.利用发展成熟的量子调控技术,人们可以基于超冷原子系综制备一些新奇的非高斯多粒子纠缠态.基于多体量子干涉,利用这些非高斯纠缠态作为输入,可以实现超越标准量子极限的高精度测量.本文简要综述这一研究领域的进展.     

贝尔不等式的量子违背及其实验检验——兼议2022年诺贝尔物理学奖

2022年诺贝尔物理学奖授予法国、美国和奥地利的三位科学家阿兰·阿斯佩、约翰·弗朗西斯·克劳泽和安东·塞林格,以表彰他们利用纠缠光子实验检验贝尔不等式以及在开拓量子信息科学方面做出的卓越贡献。贝尔不等式在量子力学基本问题和量子信息研究中都有着不可或缺的地位,它的违背直接揭示了量子力学的基本特征——量子非定域性。文章在讲清楚基本科学概念的基础上,简要介绍了贝尔不等式理论的建立及验证其违背的实验研究的科学历程。为了解决EPR佯谬,基于玻姆的定域隐变量理论,约翰·贝尔提出了关于纠缠态上的关联测量满足的基本不等式——贝尔不等式。他还发现,量子力学关于关联的计算结果违背贝尔不等式,可以在类空距离上展现出“鬼魅”的长程量子关联。这种长程关联看似有超光速的“超距作用”,但这只是人们明显或潜在地使用了“波包塌缩假设”。EPR文章明显地采用这个假设推断远方客体共存的物理实在要素,由此对量子力学完备性提出质疑。文章评述了阿斯佩、克劳泽和塞林格荣获诺贝尔物理学奖的关于贝尔不等式违背的判定性实验,介绍了华人物理学家在纠缠态和贝尔不等式研究方面的基础性贡献,包括早年吴健雄利用正负电子湮灭产生EPR光子的先驱性实...     

量子芝诺效应的物理诠释探讨

本文试图从基本的量子力学规律出发，对测量问题中的量子芝诺现象进行分析和讨论，并分别结合一些经典实验和某些学派的解释，着重于动力学退相干模型，对其本身作出物理层面的诠释.     

基于量子Fisher信息的量子计量进展

量子计量是超冷原子气体研究中的一个热点领域.超冷原子体系独特的量子性质(量子纠缠)和量子效应有助于大幅度提高待测物理量的测量精度,这已经成为量子精密测量中的共识.量子Fisher信息对该领域的发展起了非常重要的作用.本文首先介绍量子Fisher信息的基本概念和量子计量的主要内容;然后简要回顾这些理论在提高测量精度方面的应用,特别是多粒子量子纠缠态的产生及其判定;再介绍线性和非线性原子干涉仪的相关进展;最后论述量子测量过程中的统计方法的研究进展.     

半导体量子结构中量子力学新效应

量子力学波函数的相位、相干性与退相干,正成为当前物理学研究的一个热点,半导体材料及其低维量子结构,以其制备工艺的精良和物理研究的透彻而成为最佳研究对象,对于半导体量子结构中载流子相位和关联的实验研究,主要遵循两路线：（1）使系统特征尺度与相干长度可比,研究介观系统与小量子系统输运过程中量子相干效应;（2）发展超短脉宽激光器与超快探测技术,研究与相干时间可比的时间尺度内的动力学,文章结合笔者的研究工作,着重介绍半导体及其量子结构中超快光学过程研究,包括电声子散射的量子动力学,直流与THz交流电场驱动的半导体超晶格激子态、吸收光谱与四波混频谱,动力学Fano共振和多体相互作用中超越平均场近似的重要性。     

基于线性与非线性干涉仪的量子精密测量研究进展

量子精密测量根据量子力学的基本原理,利用光、原子、磁之间的相互作用对待测物理量进行测量.随着实验条件和技术的成熟,如何利用干涉仪进一步提高位相信号这一物理量的测量精度从而打破散粒噪声的限制、突破标准量子极限并逼近海森伯极限成为研究的前沿课题.本文阐述了利用线性干涉仪(包括原子/光子干涉仪)与非线性干涉仪调用不同阶段的量子资源在测量过程中提高参数评估精度的几种方法,通过向干涉仪中输入非经典态来实现高精度测量,如压缩态、双数态、NOON态等,还介绍了为直接观测量子态而发展出的弱测量及其在非厄米系统中的应用和为消除参数之间精度制衡而提出的多参数测量.最后,对几种测量方法进行了分析比较,并展望了量子精密测量的发展前景.     

量子信息与计算

量子信息与计算是物理学目前研究的热门领域 .本文简要地介绍量子计算的一些基本概念 :量子纠缠、量子位、量子寄存器、量子并行计算和量子纠错 .并介绍两种典型的量子信息技术 :量子密码和量子传物 .     

Science as social history

Quantum states of light, such as squeezed states or entangled states, can be used to make measurements (metrology), produce images, and sense objects with a precision that far exceeds what is possible classically, and also exceeds what was once thought to be possible quantum mechanically. The primary idea is to exploit quantum effects to beat the shot-noise limit in metrology and the Rayleigh diffraction limit in imaging and sensing. Quantum optical metrology has received a boost in recent years with an influx of ideas from the rapidly evolving field of optical quantum information processing. Both areas of research exploit the creation and manipulation of quantum-entangled states of light. We will review some of the recent theoretical and experimental advances in this exciting new field of quantum optical metrology, focusing on examples that exploit a particular two-mode entangled photon state – the High-N00N state.     

量子计算与量子模拟

量子计算和量子模拟在过去的几年里发展迅速,今后涉及多量子比特的量子计算和量子模拟将是一个发展的重点.本文回顾了该领域的主要进展,包括量子多体模拟、量子计算、量子计算模拟器、量子计算云平台、量子软件等内容,其中量子多体模拟又涵盖量子多体动力学、时间晶体及多体局域化、量子统计和量子化学等的模拟.这些研究方向的回顾是基于对现阶段量子计算和量子模拟研究特点的考虑,即量子比特数处于中等规模而量子操控精度还不具有大规模逻辑门实现的能力,研究处于基础科研和实用化的过渡阶段,因此综述的内容主要还是希望管窥今后的发展.     

Non-commutative Low-dimension Spaces and Superspaces Associated with Contracted Quantum Groups and Supergroups

Quantum planes, which correspond to all one-parameter solutions of Quantum Yang-Baxter Equation (QYBE) for the two-dimensional case of GL-groups, are summarized and their geometrical interpretations are given. It is shown that the quantum dual plane is associated with an exotic solution of QYBE and the well-known quantum h-plane may be regarded as the quantum analog of the flag (or fiber) plane. Contractions of the quantum supergroup G L _q (12) and corresponding quantum superspace C _q (12) are considered in Cartesian basis. The contracted quantum superspace C _h (12);) is interpreted as the non-commutative analog of the superspace with the fiber odd part.     

量子关联简介

量子纠缠作为一种非局域的关联,是一种重要的资源而被广泛应用于量子信息处理。然而,最近的研究结果发现,可分态中也可以存在非经典的关联,量子纠缠只是量子关联的一部分;非纠缠的量子关联在一些量子通信和量子计算任务中扮演着重要的角色。文章简要综述了量子关联的基本概念,描述了几种常见的量子关联度量,并介绍了量子关联在量子信息处理中的作用以及一些最新动态。     

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.     

Alternative New Notation for Quantum Information Theory

The notation [Li, Song, and Luo (2002) Physics Letters A 297, 121] has been generalized to quantum information theory. By this notation,we present three useful criteria for bipartite entanglement, a formula for general quantum swapping, and a formula for quantum teleportation of bipartite state by two EPR pairs.     

基于六光子量子避错码的量子密钥分发方案

量子信道中不可避免存在的噪声将扭曲被传输的信息,对通信造成危害。目前克服量子信道噪声的较好方案是量子避错码（QEAC）。将量子避错码思想用于量子密钥分发,能有效克服信道中的噪声,且无需复杂的系统。用六光子构造了量子避错码,提出了一种丛于六光子避错码的量子密钥分发（QDK）方案。以提高量子密钥分发的量子比特效率和安全性为前提,对六光子避错码的所有可能态进行组合,得到一种六光子避错码的最优组合方法,可将两比特信息编码在一个态中,根据测肇结果和分组信息进行解码,得到正确信息的平均概率为7／16。与最近的基于四光子避错码的克服量子信道噪声的量子密钥分发方案相比,该方案的量子比特效率提高了16．67％,密钥分发安全性足它的3．5倍。     

Quantum Key Distribution Protocol Optimization

Quantum key distribution is a practically implementable cryptographic communication methodology from the hardware and software point of view. It is an information‐theoretic secure method for transmitting keys to remote partners practicing quantum communication. After examining various protocols from the most basic on, BBM92, DPSK, SARG04 and MDI (Measurement Device Independent) protocols are described in view of targeting the longest possible communication distance with the highest secret key bitrate. How any protocol can be optimized with respect to distance is discussed by analyzing the various steps impacting hardware and software that are developed, starting from the underlying assumptions proper to every protocol and ending with the corresponding performance in each case.