超导量子比特耦合与测控的物理原理

把多个超导量子比特耦合起来并实现对它们的测控是实现超导量子计算的重要一步。作为“物理前沿介绍——超导量子计算”系列的第四篇,本文系统阐述超导量子比特耦合,操控与测量的物理原理,并给出了一套基本的量子操控与测量的流程。作为例子对新近一些超导量子比特实验的设计方案进行讨论,最后对超导量子比特测控基础表征过程给出统一的流程图,并对超导量子计算进行了展望。本文旨在帮助广大高校物理专业教师、高年级本科生、研究生以及对超导量子计算感兴趣的理工科背景读者系统了解操控与测量超导量子比特的物理原理。     

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。     

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 .     

通向通用量子计算机之路

量子计算机对信息的处理和计算与经典计算机相比有很大的优越性 .可编程量子计算器件是建造通用量子计算机的一个重要部分 .文章介绍了可编程量子计算中的一些主要结果 ,其中包括 :建造通用可编程量子计算器件的困难 ;两类解决方案 (概率的和精确的可编程量子计算器件 ,确定的和近似的可编程量子计算器件 ) ;通过量子软件控制的量子测量方案 .最后简要介绍了量子计算机物理实现的几个主要方向和未来的展望     

宏观人工原子相关的量子相干操纵

文章着重介绍作者及其合作者于2005年8月份发表在Physical Review Letters的2篇文章及其相关的系列研究工作．其中包括：（1）利用超导电荷量子比特的“Bang—Bang”控制，去冷却与之相耦合的纳米机械谐振器件，使之接近基态，以展示其丰富的量子效应；（2）具有△型能级结构超导人工原子的物理实现及其绝热量子操纵的奇异特性．为了深入了解这些工作的物理和潜在的应用背景，文章同时也介绍了超导量子比特物理实现及其相关的“全固态系统腔量子电动力学”研究的新进展，强调了基于超导人工原子的强耦合量子光学结构形成的物理机制．     

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。     

弱测量对四个量子比特量子态的保护

廖湘萍等(Chin.Phys.B 23 020304,2014)指出弱测量和弱测量反转操作可以保护三个量子比特的纠缠,提高保真度.本文将弱测量方法推广至四个量子比特的情况,研究了几种典型四个量子比特量子态的演化.结果表明:在振幅阻尼通道中,弱测量方法能够有效地提高系统量子态的保真度.分析了影响量子态保真度的各种因素,对比了不同量子态的演化特征,划分了量子态保真度提高的敏感区域.最后,对弱测量方法抑制量子态衰减的内在机制做了合理的物理解释.     

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.     

应用相敏光放大器的非零色散位移光纤通信系统中的ISI限制距离研究

本文分析了1.55μm信号波长,采用强度调制/直接检测(IM/DD)方式的单信道级联相敏光放大器(PSA)非零色散位移光纤传输系统的性能.应用非线性薛定谔方程(NLSE),通过对信号传输后眼图劣化度的计算,得到了光纤传输系统的码间干扰(ISI)限制距离.由于PSA的相敏特性,其对光纤色散具有一定的补偿作用,因此级联相敏光放大器光纤通信系统可以实现信号高比特率长距离传输.然而,随着信号速率的提高,对长距离传输,必须减小光纤色散值和PSA的间距.当光纤色散值大到一定程度,要进行信号的高速率传输,就必须附加其它的色散补偿方法.     

激光驱动高压状态方程实验中的绝对测量方法

 介绍了X射线侧向照相技术和飞片三台阶靶技术,以及利用它们进行激光驱动高压状态方程绝对测量的基本原理和实验的主要结果,并作了一些讨论。     

CDS器件在TDI-CCD视频信号处理中的应用

本文是对国家863-2计划中某项目的部分工作所做的总结。文中对CCD的噪音和新型TDI-CCD输出视频信号的特性进行了分析,提出了对于各种噪音的处理方法,尤其详细介绍了采用相关双采样(CDS)技术处理kTC噪音和复位噪音的方法,并通过实验进行了验证,最后分析了系统的信噪比。     

HDPE在冲击压缩下的结构变化

 为了调查聚合物在冲击波作用下的结构变化,对HDPE受冲击样品进行回收,并分析了其晶体结构和熔融过程。发现冲击波的主要效应体现为对晶粒的破碎、细化和取向作用,对晶格结构几乎没有影响。样品的热行为可由晶体形态的变化解释。     

爆轰产物物态方程（II）—爆轰的ZND理论不成立吗？（下）

用Ｊｏｎｅｓ公式检验爆轰的ＺＮＤ理论是另一种检验方法。这种检验方法不需要知道爆轰产物物态方程的形式,只需知道其存在即可,百密一疏,美国科学家用这种方法检验得出的结论是ＺＮＤ理论不成立。更稹密地运用这种方法得出的检验结论是爆轰的ＺＮＤ理论成立。     

Quantum integrable models of interacting bosons and classical r-matrices with spectral parameters

Using the technique of classical $r$-matrices with spectral parameters we construct a general form of quantum Lax operators of interacting boson systems corresponding to an arbitrary simple (or reductive) Lie algebra. We prove quantum integrability of these models in the physically important case of $\mathfrak{g}=gl\left(n\right)$ and “diagonal” in the root basis classical $r$-matrices. We consider in detail two classes of non-skew-symmetric classical $r$-matrices with spectral parameters and obtain the corresponding quantum Lax operators and quantum integrable many-boson hamiltonians that generalize Bose–Hubbard dimer hamiltonians.     

On Particle Phenomenology Without Particle Ontology: How Much Local Is Almost Local?

Recently, Clifton and Halvorson have tried to salvage a particle phenomenology in the absence of particle ontology within algebraic relativistic quantum field theory. Their idea is that the detection of a particle is the measurement of a local observable which simulates the measurement of an almost local observable that annihilates the vacuum. In this note, we argue that the measurements local particle detections are supposed to simulate probe radically holistic aspects of relativistic quantum fields. We prove that in an axiomatic (Haag-Araki) quantum field theory on Minkowski spacetime, formulated in a Hilbert space $\mathcal{H}$ , there is no positive observable C, with norm less than or equal to 1, satisfying the conditions: (1) the expectation value of C in the vacuum state Ω is zero, (2) there is at least one vector state Ψ in $\mathcal{H}$ in which the expectation value of C is different from zero, and (3) there exists at least one spacetime region $\mathcal{O}$ such that the non-selective measurement of C leaves the expectation values of all observables in the local algebra of that region unaltered regardless of the state the system is in. The result reveals a tension between intuitions regarding localization and intuitions regarding causality: to save “particle phenomena” in the absence of particle ontology, one has to feign “particle” detectors with “good” properties as to locality but “bad” behavior as to causality.     

Electronic transport through a Majorana bound state coupled to a T-shaped quantum-dot system with Coulomb interaction

Using the Green’s function technique, we respectively investigate the electron transport properties of two spin components through the system of a T-shaped double quantum dot structure coupled to a Majorana bound state, in which only one quantum dot is connected with two metallic leads. We explore the interplay between the Fano effect and the MBSs for different dot-MBS coupling strength λ, dot-dot coupling strength t, and MBS-MBS coupling strength ε_M in the noninteracting case. Then the Coulomb interaction and magnetic field effect on the conductance spectra are investigated. Our results indicate that G_↓(ω) is not affected by the Majorana bound states, but a “0.5” conductance signature occurs in the vicinities of Fermi level of G_↑(ω). This robust property persists for a wide range of dot-dot coupling strength and dot-MBS coupling strength, but it can be destroyed by Coulomb interaction in quantum dots. By adjusting the size and direction of magnetic field around the quantum dots, the “0.5” conductance signature damaged by U can be restored. At last, the spin magnetic moments of two dots by applying external magnetic field are also predicted.     

Zur Frage der Gültigkeitsgrenzen der Quantenmechanik

In recent discussions two different views concerning the rôle of processes of observation and measurement in quantum mechanics have been put forward. One of these (Ludwig) assumes the theory of measurement to be connected with macrophysics, and macrophysics to stand still outside the frame of pure quantum mechanics. Other considerations too supporting the idea that quantum mechanics is not yet the last step in necessary generalisations of classical physics the author reports shortly about his endeavour to recognise mathematical possibilities for further generalisations, starting especially fromNeumann-Birkhoff's “quantum logic”.