Quantum control based on machine learning in an open quantum system

Designing robust control schemes in n-level open quantum system is significant for quantum computation. Here, we investigate two quantum control strategies based on supervised machine learning to suppress the quantum noise in an open quantum system. One is controlling state distance and the other is governing the average of a Hermitian operator. In this process, the dynamics of the system is mapped to a neural network where the control fields correspond to the weights. Besides, the system is transformed into the coherence Bloch space without using superoperator thus the complications are reduced largely. As an example, the two control protocols are demonstrated in a two-level and four-level systems, respectively. By applying these examples, the results show that the state of the system transfers to the target state and the average of a Hermitian operator to its minimum value in a given time despite disturbed by various types of noise.     

基于连续量子级联激光器的1103.4cm–1处NH3混叠吸收光谱特性研究

由于NH3在大气气溶胶化学中具有重要作用,所以快速和精确反演NH3浓度对环境问题非常重要.本文以9.05μm的室温连续量子级联激光器(quantum cascade laser,QCL)作为光源,采用波长扫描直接吸收可调谐二极管激光吸收光谱(tunable diode laser absorption spectroscopy,TDLAS)技术,研究了QCL在1103.4 cm–1的光谱特性,获得了激光器控制的温度电流与波长的关系.设计了QCL二级温控的低压实验平台,测量氨气在1103.4 cm–1处的6条混叠吸收线,在降低压强的情况下谱线展宽变小,使混叠光谱分离,由此计算各条吸收线的线强,进一步对测量不确定度进行分析.针对混叠严重的光谱提出了低压分离单光谱精确反演气体浓度的方法,并进行了实验验证.通过与HITRAN数据库进行结果对比,得出氨气在1103.4 cm–1的实验测量线强值与数据库偏差为2.71%-4.71%,实验测量线强值的不确定度在2.42%-8.92%,极低压条件下反演浓度与实际值的偏差在1%-3%.     

复杂势场量子弹球中疤痕态的量子化条件

量子疤痕是波函数在经典不稳定周期轨道周围反常凝聚的一种量子或波动现象.人们对疤痕态的量子化条件进行了大量研究,对深入理解半经典量子化起到了一定的促进作用.之前大部分研究工作主要集中在硬墙量子弹球上,即给定边界形状的无穷深量子势阱系统.本文研究具有光滑复杂势场的二维量子弹球系统,考察疤痕态的量子化条件及其重复出现的规律,得到了与硬墙弹球不一样的结果,对理解这类现象是一个有益的补充.这些结果将有助于理解具有无规长程杂质分布的二维电子系统的态密度谱和输运行为.     

交错跃迁Hofstadter梯子的量子流相

为玻色Hofstadter梯子模型引入交错跃迁,来扩展模型支持的量子流相.基于精确对角化和密度矩阵重整化群计算发现,无相互作用时,系统中包含横流相、涡旋相和纵流相;横流相来自均匀跃迁时Hofstadter梯子模型的Meissner相,纵流相是交错跃迁时才可见的流相.强相互作用极限下系统的超流区也包含横流相、纵流相和涡旋相,但存在更多的相变级数;超流区的横流相、纵流相之间存在相变但Mott区的不存在,把Mott区的"横、纵流相"称为Mott-均匀相,在Mott区只存在均匀相和涡旋相.跃迁的交错会压缩涡旋相存在的区域,使Mott区最终只剩下均匀相;跃迁的交错不仅能驱动Mott-超流相变,还使磁通的改变也能够驱动系统的Mott-超流相变.对这一系统的研究丰富了磁通系统中的量子流相,同时为研究拓扑流特性提供了模型支持.     

全无机钙钛矿量子点的合成、性质及发光二极管应用进展

近年来,全无机铯铅卤素钙钛矿(CsPb X 3,X=Cl,Br,I)量子点由于其色纯度高、具有可调谐的发射波长(410~760 nm)、窄的半峰宽(12~42 nm)和较高的荧光量子产率(最高可达95%以上)以及可全溶液处理等优势而受到人们的高度关注,在显示和照明领域有着较为广阔的应用前景。本文首先介绍了近年来发展起来的全无机钙钛矿量子点的液相合成方法,如高温热注射法、一步反应法、阴离子交换法和过饱和重结晶法等;其次介绍了全无机钙钛矿量子点的形貌、尺寸和晶型调控及材料组分、反应温度和杂质离子对其发光性能的影响,进而总结了无铅全无机钙钛矿量子点的研究进展;然后介绍了全无机钙钛矿量子点在发光二极管方面的应用进展;最后概述了全无机钙钛矿量子点在未来发展中存在的挑战和机遇。     

碳量子点/曙红Y比率型荧光探针测定L-抗坏血酸

以天然生物质去皮的蓖麻为碳源,采用一步水热法合成了荧光性能优良的绿色荧光蓖麻碳量子点(CO-CQDs),对其形貌和发光性能进行了表征。通过将该CO-CQDs与荧光极强的卤代荧光素染料曙红Y(EY)复合,二者可形成荧光发射峰相距较远的新型CO-CQDs/EY复合物。在pH=4.00的Na2HPO4-柠檬酸缓冲溶液中,在320 nm的激发波长下,CO-CQDs/EY复合物于405 nm和540 nm处显示出两个独立的荧光发射峰。在该体系中加入Cr(Ⅵ),405 nm和540 nm两处的荧光信号均显著猝灭。L-抗坏血酸(L-ascorbic acid,AA)的加入可使复合物于540 nm的荧光信号恢复,而405 nm处的荧光强度基本不变。据此建立了一种以CO-CQDs/EY复合物为比率型荧光探针测定AA的新方法。实验测定了荧光信号恢复的最佳条件和影响荧光恢复的因素,初步探讨了反应机理。在优化的实验条件下,该探针于540 nm/405 nm两处的荧光强度比值与AA的浓度在5.0×10^-8~4.0×10^-6 mol/L范围内呈良好线性关系,检出限为3.7×10^-8 mol/L。该探针用于检测药物、水果和蔬菜中AA的含量,结果满意。     

量子垒生长速率对InGaN基绿光LED性能的影响

利用MOCVD技术在图形化Si(111)衬底上生长了InGaN/GaN绿光LED外延材料。在GaN量子垒的生长过程中,保持NH3流量不变,通过调节三乙基镓(TEGa)源的流量来改变垒生长速率,研究了量子垒生长速率对LED性能的影响。使用二次离子质谱仪(SIMS)和荧光显微镜(FLM)分别对量子阱的阱垒界面及晶体质量进行了表征,使用电致发光测试系统对LED光电性能进行了表征。实验结果表明,垒慢速生长,在整个测试电流密度范围内,外量子效率(EQE)明显提升。我们认为,小电流密度下,EQE的提升归结为量子阱晶体质量的改善;而大电流密度下,EQE的提升则归结为阱垒界面陡峭程度的提升。     

光纤中基于双布里渊增益线的受激布里渊散射快光

为了解决受激布里渊散射快光在高吸收区产生损耗的问题,通过分析普通单模光纤中双线泵浦产生的双布里渊增益线特性及在增益峰间实现脉冲的超光速传输理论,利用有限元法数值模拟了双布里渊增益线处受激布里渊散射引起的快光特性。结果表明,当频率分离因子大于0.596时,可以观察到双增益峰;当频率分离因子在1~5.25范围内时,两个泵浦波产生的双增益峰之间可以明显地产生快光;当频率分离因子为1.75时,在双布里渊增益线之间的最大时间提前可达25 ps。当频率分离因子为2.42时,三阶色散所对应的归一化色散长度为无穷大,三阶色散可以得到完全补偿;当频率分离因子大于2.464时,脉冲展宽因子趋近于1,可以实现无畸变传输,但时间提前量小于13.52 ps。本文的研究结论对于在布里渊增益区实现快光具有一定的理论意义,并对设计基于受激布里渊散射快光器件具有理论指导作用。     

基于锑化物二类超晶格的多色红外探测器研究进展

近年来InAs/GaSb二类超晶格红外探测器在材料晶体结构生长、器件结构设计与成像应用方面取得了飞速发展。尤其在多色红外探测方面,二类超晶格材料以其具备的带隙可调、暗电流小、量子效率高、材料均匀性高,以及成本低等优越性能,使其逐步成为第三代红外焦平面探测器的优选材料。本文阐述了锑化物窄带隙半导体研究中心的锑化物多色红外探测器研究进展。本团队成功实现了低噪声、高量子效率以及低光学串扰的短/中、短/长、中/长、长/长、中/长/甚长波等多种高性能多色红外探测器研制。     

基于混合表面等离子体弯曲波导的紧凑型宽带偏振分束转换器的设计研究

设计了一种宽带的基于混合表面等离子体弯曲波导的偏振分束转换器, 使用有限元法计算硅波导、混合表面等离子体波导的模场分布和有效折射率, 为器件建模仿真分析提供了依据. 使用时域有限差分法优化器件结构, 以获得最佳的性能参数. 由于混合表面等离子体波导的双折射增强, 设计获得的偏振分束转换器具有超小尺寸和宽带的工作特性. 仿真结果表明 在1550nm的中心波长处消光比大于23dB, 插入损耗小于0.8dB; 在80nm的带宽上, 横磁偏振光转换为横电偏振光的偏振转换效率大于95％.