核磁共振量子信息处理研究的新进展

过去的二十年中,量子信息相关研究取得了显著的进展,重要的理论和实验工作不断涌现.与其他量子信息处理系统相比,基于自旋动力学的核磁共振系统,不仅具有丰富而且成熟的控制技术,还拥有相干时间长、脉冲操控精确、保真度高等优点.这也是核磁共振体量子系统能够精确操控多达12比特的量子系统的原因.因此,核磁共振量子处理器在量子信息领域一直扮演着重要角色.本文介绍核磁共振量子计算的基本原理和一些新研究进展.研究的新进展主要包括量子噪声注入技术、量子机器学习在核磁共振平台上的实验演示、高能物理和拓扑序的量子模拟以及核磁共振量子云平台等.最后讨论了液态核磁共振的发展前景和发展瓶颈,并对未来发展方向提出展望.     

Nuclear magnetic resonance for quantum computing: Techniques and recent achievements

Rapid developments in quantum information processing have been made, and remarkable achievements have been obtained in recent years, both in theory and experiments. Coherent control of nuclear spin dynamics is a powerful tool for the experimental implementation of quantum schemes in liquid and solid nuclear magnetic resonance(NMR) system,especially in liquid-state NMR. Compared with other quantum information processing systems, the NMR platform has the advantages such as the long coherence time, the precise manipulation, and well-developed quantum control techniques,which make it possible to accurately control a quantum system with up to 12-qubits. Extensive applications of liquid-state NMR spectroscopy in quantum information processing such as quantum communication, quantum computing, and quantum simulation have been thoroughly studied over half a century. This article introduces the general principles of NMR quantum information processing, and reviews the new-developed techniques. The review will also include the recent achievements of the experimental realization of quantum algorithms for machine learning, quantum simulations for high energy physics, and topological order in NMR. We also discuss the limitation and prospect of liquid-state NMR spectroscopy and the solid-state NMR systems as quantum computing in the article.     

Synchronization of noise-perturbed generalized Lorenz system by sliding mode control

Synchronization of a noise-perturbed generalized Lorenz system by using sliding mode control method is investigated in this paper. Two sliding mode control methods are proposed to synchronize the noise-perturbed generalized Lorenz system. Numerical simulations are also provided for the illustration and verification of the methods.     

二氯苯3种同分异构体及其阳离子的红外光谱研究

用从头算理论,在B3LYP/6-31G（d）基组水平上对二氯苯3种同分异构体及其阳离子进行了优化计算,得到其稳定构型,从而得到它们的红外振动光谱;计算结果显示,二氯苯的3种同分异构体的电离是对二氯苯中氯原子的电离。通过对所得红外光谱的分析得到,二氯苯3种同分异构体及其阳离子的红外振动谱有很大的差别,氯的位置的不同对偶极矩变化的大小有很大的影响;而且,分子的电离对振动偶极矩的变化产生了较大的影响。     

氨水团簇H2O（NH3）n（n=1-6）结构的密度泛函理论研究

用密度泛函理论（DFT）的B3LYP方法,对氨水团簇氢键体系H2O（NH_3）n（n=1-6）进行了研究,计算得到了氨水团簇H2O（NH3）n（n=1-6）的各种稳定构型,并对氨水团簇的结构特点做了进一步分析。最后利用二阶差分理论讨论了不同尺寸氨水团簇的生长规律。     

激光烧蚀Al等离子体与甲醇团簇反应中(CH3OH)nCH3O-的形成

激光烧蚀一分子束(LA-MB)法是研究金属离子与分子团簇反应的有效方法.在气相条件下,用飞行时间质谱观测到激光烧蚀Al等离子体与脉冲分子束超声膨胀产生的甲醇团簇碰撞反应生成的(CH30H)nCH3O-(n=3～23)团簇负离子.实验发现,此序列的团簇负离子主要生成于烧蚀激光作用于脉冲分子束的后段,(CH3OH)3CH3O-离子强度始终远远大于其后的离子,并且这些离子随尺寸大小的分布变化平缓.结合量化计算,在133LYP/6-31G(d)水平上得到(CH3OH)nCH3O-(n=1～4)的可能几何构形,并推断(CH3OH)3CH3O-为-幻数结构.     

532nm丙酮和丁酮的多光子电离解离研究

利用激光质谱法,通过分析丙酮和丁酮的多光子电离飞行时间质谱,对其532 nm多光子电离机制进行了研究.结果发现丙酮相干吸收若干光子跃迁到高能超激发态,再继续吸收光子产生各种碎片离子,而丁酮先解离后电离,两质谱中都有质荷比为4、6、8的离子,原则上是高价离子.但在相似条件下未见相关报道,因此对离子出险原因及确认尚待进一步研究,实验中丁酮发生异构现象,其异构体电离解离出较强的C2H3O (m/e=43).丙酮没有相关离子产生.     

激光烧蚀Al等离子体与甲醇团簇反应中 (CH3OH)nCH3O－的形成

激光烧蚀-分子束(LA-MB) 法是研究金属离子与分子团簇反应的有效方法。在气相条件下,用飞行时间质谱观测到激光烧蚀Al等离子体与脉冲分子束超声膨胀产生的甲醇团簇碰撞反应生成的(CH3OH)nCH3O－(n=3~23)团簇负离子。实验发现,此序列的团簇负离子主要生成于烧蚀激光作用于脉冲分子束的后段,(CH3OH)3CH3O－离子强度始终远远大于其后的离子,并且这些离子随尺寸大小的分布变化平缓。结合量化计算,在B3LYP/6-31G(d)水平上得到(CH3OH)nCH3O－(n=1~4)的可能几何构形,并推断(CH3OH)3CH3O¯为一幻数结构。     

用密度泛函理论研究氨质子化团簇(NH_3)_nH~+(n=1～8)的结构

运用Gaussian 03W程序中的密度泛函B3LYP方法,在6-31 G(d)基组水平上对氨质子化团簇(NH3)nH (n=1～8)的可能的几何构型进行了结构优化,得到了该系列团簇的稳定结构及其对应的总能量.结果表明,氨质子化团簇的稳定结构是质子与一个氨分子结合形成一个NH 4离子核,其它氨分子通过氢键作用形成氨链后与该离子核的四个氢以氢键结合形成的,它们之间的结合力均为中强氢键.另外,我们还利用能量的二阶差分理论对团簇的稳定性进行了研究,并计算了团簇的平均束缚能,发现随着团簇尺寸的增大,团簇的平均束缚能逐渐减小.     

离子迁移谱系统的优化设计及其在甲苯检测中的应用

以对痕量甲苯的检测为例,研究了以激光作为电离源的离子迁移谱对痕量物质进行检测的方法.对离子迁移谱系统进行了优化,得到了最佳的迁移管长度和管内电场强度;同时研究了迁移信号和样品浓度的关系.结果表明,该方法行之有效,并能取得极高的灵敏度.