玻色-爱因斯坦凝聚的量子操控

玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）是当前原子分子物理的一个国际前沿课题。自从1995年在激光冷却的基础上实现玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）以后,全世界已有几十个研究小组成功地获得了BEC,并取得了一批引人注目的成果。研究玻色凝聚体的动量操控是超冷量子气体研究的重要研究方向,北京大学研究小组于2004年在实验上获得铷原子玻色凝聚以来,在玻色凝聚体的超辐射散射方面作了一系列研究工作,本文主要介绍该研究组近五年来利用超辐射散射在铷原子玻色凝聚动量操控方面的研究工作。     

纳米量子点能级以及能隙计算和修正

用一个简单模型分析了量子点产生能级的原因,推导出能级与量子点尺寸的表达式。根据量子点表面势垒为有限值的特点以及表面存在衰减波,提出量子点内电子波函数不完全满足驻波条件的观点,在量子点的能级表达式中引入一个修正系数。结合量子点表面衰减波的特征,给出量子点修正系数的计算方法。通过理论计算表明：量子点的能级以及能级之间的能量差（间隙）不但与量子点的尺寸有关,而且与其边界条件有关。特别是对于非光滑的表面,其表面势垒对量子点的能级与能隙影响非常大。     

基于四粒子Ω纠缠态实现双向隐形传态

提出了一种利用四粒子Ω纠缠态作为量子信道,实现单量子比特、双量子比特以及受限三量子比特的双向隐形传态方案。当纠缠的粒子个数大于3时,会呈现出与一般两粒子纠缠时不同的特殊性质。这种由多个粒子纠缠在一起的纠缠态,被称为团簇态。选用四粒子Ω纠缠态作为量子信道。距离很远的通信双方事先共享制备好的两对四粒子Ω纠缠态。通信开始时,通信双方把各自待传的粒子放到量子信道上,形成系统的初态。通信开始后,只要通信双方选择合适的正交完备基分别对自己拥有的部分粒子做量子投影测量,把测量结果通过经典信道传送给对方,双方根据对方的测量结果,选择相应的幺正变换可以得到对方待传的未知的量子态。     

利用量子比特间交换衰减实现无退纠缠的量子信息传输

在量子信息传输过程中,环境的作用会导致退相干与退纠缠。利用不同类型量子比特的优点,构成杂化量子比特系统是克服退相干效应,实现量子信息传输的一个有效方案。本文指出：将耦合量子比特之间信息交换过程中存在的能量损耗(量子比特间的交换衰减),与外部环境的退相干效应有机的结合起来,可以实现无退纠缠效应的量子信息传输。给出了实现无退纠缠效应信息传输,交换衰减率与退相干时间匹配的约束关系。     

量子密钥分发技术的机遇与挑战

量子密钥分发（QKD,quantum key distribution）具有理想的理论安全性,近十年来得到了快速发展.但是,理论上被证明完美的技术并不意味着一定能够实现完美的应用.一方面,越来越多的研究表明,旁路攻击将是QKD系统的一个主要威胁,而且针对实际QKD系统的旁路攻击才刚刚开始.另一方面,由于量子信号的传输不像经典电磁波那样具有很大的灵活性,致使QKD很难与传统通信网络进行无缝对接,也很难在广域网中得到广泛作用.另外,QKD也不能解决身份识别和数据存储安全等问题.因此,构建一个完善的QKD系统安全及其测评体系将是QKD得到实际应用的重要因素,而构建一个完善的抗量子计算的新型密码理论体系将是确保未来信息安全的关键.     

科学家研发能“自我反省”的量子计算机

正据报道,西班牙和奥地利的物理学家们密切合作,对分布在一些粒子之间的量子纠缠态进行了实验性量子比特(qubit)编码,并首次对它进行了简单的计算。这个七量子比特的量子寄存器可以被用作量子计算机的基本建构单元,后者能够对任何类型的错误进行纠正。计算机也是会出错的,最细微的干扰都可能改变已保存的信息并篡改计算结果。为了克服这些问题,计算机会运行特定的日常活动以持续地检测和纠正错     

基于量子粒子群算法的电力系统负荷多目标优化分配

针对电力系统经济负荷优化分配问题,提出了一种基于量子粒子群的多目标优化算法.该算法通过将改进后的量子进化算法融合到粒子群中,采用量子位对粒子的当前位置进行编码,用量子旋转门实现对粒子最优位置的搜索,用量子非门实现粒子位置的变异以避免早熟收敛.这种搜索机制能够遍历解空间,增强种群的多样性,并能用量子位的概率幅将最优解表述为解空间中的多种表述形式,从而增强全局最优的可能性.最后,通过算例进行仿真分析,结果表明算法的搜索能力和优化效率均优于普通粒子群算法.     

Rashba效应下三角量子阱中弱耦合束缚极化子的性质

利用线性组合算符和幺正变换相结合的方法,推导出三角量子阱中弱耦合束缚极化子的基态能量。并讨论了耦合常数,库仑束缚势和电子面密度对极化子基态能量的影响。通过对GaAs材料的数值计算,最后结果显示：由于电-声子耦合作用和Rashba效应的存在,弱耦合束缚极化子的基态能量由四部分组成,而且弱耦合束缚极化子的基态能量随耦合常数,库仑束缚势和电子面密度都发生了分裂。     

通信新技术解决深空通信问题研究

随着探测技术的不断发展,深空探测距离越来越远,深空通信面临的问题越来越突出。分析了利用激光通信技术和天线组阵技术解决深空通信中的路径损失问题,利用行星际网络解决深空通信的断续通信问题,利用量子通信解决深空通信的大时延问题,通过对通信新技术的研究能够充分解决深空通信面临的问题,进一步提高深空通信系统保障深空探测的能力。     

基于谷胱甘肽配体的ZnSe量子点对pH响应的时间分辨荧光光谱特性

当前,有关量子点pH响应方面的研究主要集中在含Cd（镉）类量子点,且都是研究其稳态荧光光谱对pH值的响应。然而,Cd类量子点对生物体系具有一定的毒性,且稳态荧光光谱法由于受浓度等因素的影响具有一定的不稳定性,因此应用于生物体系中作为pH探针具有明显的缺点。基于以上分析,通过水相合成法,我们制备出了基于谷胱甘肽配体的水溶性ZnSe量子点,该量子点具有毒性小,生物兼容性好等特点,适合被应用于生物体系中。利用所制备的ZnSe量子点,采用时间相关单光子计数技术,结合紫外可见吸收光谱和稳态荧光光谱,对pH值在5~11不同环境下的ZnSe量子点荧光动力学进行了系统性的研究。ZnSe量子点荧光衰减具有两个寿命组分,拟合得到分别为4和24 ns。通过采集不同探测波长下ZnSe量子点荧光衰减曲线,发现其长寿命组分随探测波长的增加而增加,而短寿命组分基本不随探测波长的改变而改变,结合有关报道分析判断,短寿命和长寿命组分分别来源于核内非局域载流子复合和表面态局域载流子复合。实验发现,处于不同pH值的环境下的ZnSe量子点具有不同的荧光寿命,其荧光寿命与pH值的变化呈负相关。通过比较ZnSe量子点两种荧光寿命组分随pH值的变化关系,发现ZnSe量子点的荧光寿命对pH值的响应主要来源于长寿命组分即表面态寿命,且在不同pH值范围内响应的灵敏度不同,在6~8的pH值范围内响应最为显著,表现为长寿命组分随pH值的增加出现一个较大幅度的衰减。实验进一步发现,ZnSe量子点两个寿命组分的比值在不同pH值范围内具有较好的线性相关性,但在不同pH值范围内斜率不同,通过比较,最大值在pH值为6~8的范围内。另外,与金属钠离子相互作用实验及相关报道表明,金属离子对ZnSe量子点荧光寿命的影响较小。以上研究表明,ZnSe量子点在生物体系pH值检测中具有良好的应用前景。