量子电子学报杂志

量子电子学报杂志2021年第1期

• 基于分层聚类二维视点合成的集成成像系统

  邢毓华,胡晓龙,杨琛∗

  提出了一种基于分层聚类二维视点合成的集成成像系统。在该集成成像系统中, 采用电动平移台结合单个相机的视点采集方式采集稀疏视点图像; 为提高视点采集效率, 使用基于分层聚类二维虚拟视点合成方法实现图像间的虚拟视点合成, 并利用合成的多视点图像通过像素映射得到微单元图像阵列; 利用像素映射得到微单元图像阵列, 实现计算重建过程。实验结果表明该系统不仅可以满足高效率的三维信息采集, 而且在保证合成视点质量的同时还提高了分辨率质量, 增加了集成成像应用的灵活性。

• 小损耗介质中非相干耦合光束的传输特性

  王锦丽钟春晓任喜梅李蓉

  研究了非相干耦合光束在损耗介质中的传输特性。采用变分法导出了介质损耗条件下非相干耦合光束的振幅、间距、相位、传播速度等参数演化方程组, 在此基础上经变换得到了两空间光孤子的相互作用势能和相互作用力表达式, 并结合画图分析了介质损耗对孤子的传输及相互作用的影响。研究表明介质损耗减慢了孤子相位的变化速度; 介质损耗还使孤子相互作用随传输距离呈现指数型衰减, 长距离传输可能会导致孤子对的变形崩溃;孤子间的相互作用存在最大值, 当孤子间距大于某一定值时, 两孤子会互不干扰地独立传输。

• 相干接收机色散补偿FIR滤波器设计

  朱旭飞,陆叶∗,李传起∗,武康康,陈东,孔一卜

  提出了一种用于相干接收机色散补偿的FIR 滤波器, 使用神经网络训练抽头系数, 在平方误差最小时频率响应最优, 同时利用脉冲成型滤波器限制了信号有效带宽的原理, 可以在窄频带中设计滤波器。利用MATLAB 设计仿真系统, 通过数值仿真分析了滤波器在QPSK、16QAM 及64QAM 系统中的误码率性能。结果表明: 在相同条件下与时域均衡算法对比, 当抽头数相同时, 该滤波器具有更好的补偿效果, 且增加抽头数时不会出现补偿效果劣化的现象; 通过在窄频带中设计滤波器, 在补偿效果相同的前提下, 抽头数能减少37.5% 以上, 降低了滤波器硬件实现复杂度和滤波器延迟。

• 拉盖尔-高斯光束调控冷原子 自旋织构的数值分析

  沈星,孔令冉,李睿宗,张东方,高天佑,江开军,∗

  超冷原子旋量玻色-爱因斯坦凝聚体中存在诸多具有不同拓扑属性的自旋织构, 可以为凝聚态物理、粒子物理等领域中拓扑结构的研究提供理想的量子模拟平台。拉盖尔-高斯光束具有特定的空间结构且携带确定的轨道角动量, 可用于研究冷原子中的自旋织构。通过数值模拟讨论拉盖尔-高斯光束驱动F = 1 三能级原子系统的双光子拉曼过程, 在光斑尺寸与原子团大小可比拟的情况下, 分别从初态处于铁磁相和极化相的凝聚体中得到斯格明子结构, 并据此提出一种精确获取光斑尺寸的方法, 用于标定拉曼耦合强度, 为后续实验提供参考。

• 高维不对称受控隐形传态方案及优化

  刘芷仪,柏明强∗,肖钧匀,李文靖

  利用高维最大纠缠量子态作为信道, 提出一种不对称受控双向隐形传态方案。通信双方Alice、Bob 和控制者Charlie 事先秘密共享纠缠态, 用于构建量子信道。通信开始后, 根据纠缠粒子的分发方式以及对测量基的不同选择, 通信双方Alice 和Bob 可以在控制者Charlie 的监督下, 以一定概率分别将一个高维单粒子态和一个高维二粒子态传送给对方, 进而通过对测量基的优化进一步提升传输成功概率, 使得传输成功概率从1/d 提升到1, 最终实现完美隐形传态。所提出方案中只使用广义贝尔基测量及单粒子测量, 在物理上容易实现。改进后的方案中, Charlie 可以对两条信道进行控制, 提高了方案的安全性。

• 基于弱相干态光源的相位匹配诱骗态量子密钥分配方案

  虞味周媛媛周学军

  基于弱相干态光源, 提出了一种相位匹配三诱骗态量子密钥分配方案, 对相关计数率和误码率进行了估计, 并采用切诺夫界的统计分析方法对该方案在有限数据长度条件下的传输性能进行了分析。仿真结果表明: 相位匹配三诱骗态量子密钥分配方案最大安全传输距离可达521 km, 趋近于无穷诱骗态相位匹配协议的理论极限值536 km; 随着数据长度的下降, 方案传输性能有所下降, 但是即使数据长度下降至107, 其最大安全传输距离仍然可达502 km。

• 新型设备无关量子密钥分配协议研究

  叶萌,徐立坤,黄观金,李建辉,刘云∗

  设备无关量子密钥分配协议是近年来量子信息领域的重要问题之一, 其安全性不依赖于理想的量子态制备和测量, 从而可以有效避免强光致盲攻击和波长攻击等, 因此具有更高的安全性。设备无关量子密钥分配协议的安全性基于贝尔不等式的违反, 当违反值大于经典值时才可以产生安全密钥。基于α−CHSH 不等式, 在比特翻转信道模型下研究了设备无关量子密钥分配协议安全性, 并给出了安全密钥率与α−CHSH 不等式违反值之间的关系。

• I_{3322}不等式的量子违背研究

  郭梦琪,巩龙延∗

  量子非定域性是量子信息处理的重要资源。最近, I3322 不等式作为判别量子非定域性的标准引起了广泛关注。考虑实际检验过程中的非理想因素, 利用MATLAB 数值仿真方法, 详细研究了单一纠缠态、混合纠缠态以及噪声信道等对该不等式量子违背的影响。研究发现对单一纠缠态, 当纠缠度大到一定程度, 不等式才能被违背; 对混合纠缠态, 在较大参数范围内, 不等式也能被违背; 得到两Kraus 算子表示的信道影响下不等式违背与不违背在噪声参数空间的相图。这些结果对基于I3322 不等式的量子信息处理技术的应用有一定理论意义。

• 基于三粒子类GHZ态的受控量子安全直接通信协议

  余松,柏明强,唐茜,莫智文,∗

  考虑到协议的安全性及控制方的必要性, 提出了一种新颖的受控量子安全直接通信协议。协议中由控制方制备和分发信道粒子, 并决定是否通信, 且控制方的信息对协议的运行起着很大的作用。利用加密后编码操作和引入辅助粒子的方式提高协议的安全性和信息传输量, 信息接收方根据处理后的消息进行酉操作, 并根据约定的加密规则逆向解码获取秘密信息。所有公布的信息与秘密信息无直接的关联, 避免了信息泄露问题。分析结果表明该协议能够抵抗第三方和窃听者的攻击, 且量子通信效率为28.75%。

• 基于十粒子纠缠态的三方受控联合远程态制备

  彭家寅

  为进一步研究三方远程态制备(TRSP), 提出了一种不同于已有TRSP 类型的新方案。该方案为受控三方循环远程态制备的一个推广, 且可修改为一个双向与一个单向受控远程态制备的混合方案。该方案给出了十粒子纠缠信道的产生方法, 并指出在监控者的控制下, 三方中的任何两方都能联合为第三方制备一个任意单粒子态。所提方案融合了受控远程态制备和联合远程态制备的思想, 有较高的安全性, 且所采用的前馈测量策略使得其成功的概率为100%。此外, 该方案所涉及的受控非门、Hadamard 门和Pauli 门以及单粒子测量在现代技术下是可以物理实现的。

• 基于预评价的量子电路线性最近邻综合算法

  王艺臻,管致锦,∗,管海宇

  线性最近邻(LNN) 量子电路是一种重要的量子电路架构, 它为量子电路的物理实现奠定了基础。为了构造LNN 量子逻辑电路, 提出了一种基于预评价的量子电路线性最近邻逻辑综合算法。该算法首先对部分非近邻量子电路进行全局换线; 接着启发式地对换线后的量子电路进行评价, 通过求解最小混乱值找到最近邻代价最小的量子电路集; 最后添加交换门, 以最少的量子代价将该量子电路转换为最近邻结构。该算法通过预评价, 一方面可以准确计算出量子电路中是否具有可删除的冗余交换门并删除之; 另一方面使每一个非近邻量子门转化为LNN 量子门时添加交换门的数量最小, 进而得到量子代价最小的量子电路。实验结果表明, 与已知算法相比, 该算法能以更低的量子电路平均门数、更高的量子代价优化率适用于更广范围内的量子电路近邻化。

• 高速QKD系统的随机数源及实时自检方案研究

  唐世彪∗,程节,栗帅

  量子密钥分发(QKD) 是一种新型对称密钥分发技术, 其采用随机数编码产生发射端的量子信号。目前高速QKD 技术不断发展, 对随机数源的速率及可靠性提出了更高的要求, 详细梳理了高速QKD 系统随机数源的整体需求, 提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA) 的10 Gbps 高速随机数源及实时自检方案。其中随机数源采用相位抖动原理实现, 通过叠加128 个振荡器实现单个随机数源, 再并行例化产生10 Gbps 高速随机数, 数据符合《GM/T-0005-2012 随机性检测规范》。并依据QKD 系统对随机数的独特使用需求, 设计实现了10 Gbps处理带宽的实时全0 全1 自检模块, 保障了QKD 系统所使用高速随机数的可靠性, 为高速QKD 系统的研制提供了支撑。

• 熔石英损伤特性原位测量方法研究

  李文彩,马玉良,陈坚

  为建立完善的熔石英元件吸收缺陷检测体系, 有效提升熔石英元件的抗激光损伤阈值, 设计了一套熔石英损伤特性原位测量装置, 包括光热扫描测量与拉曼光谱测量两部分。实验表明, 该装置不仅可以对熔石英样品的定点损伤特性进行测量, 同时可以通过二维光热扫描测出样品的吸收特性和缺陷分布。此外, 通过该装置的显微拉曼光谱测量模块可实现在辐照过程中对缺陷所致拉曼带的原位测量, 获取激光辐照过程熔石英材料改性的信息, 对有效控制和评价熔石英激光损伤特性具有重要意义。

• 6H-SiC基 MPS二极管正向双势垒特性研究

  郑丽君刘春娟汪再兴孙霞霞刘晓忠

  势垒高度 和理想因子n 是混合肖特基/PIN (MPS) 二极管正向输运下的重要参数, 而软度因子是MPS反向恢复能力的衡量指标之一。对6H-SiC 基MPS 二极管进行结构模拟仿真, 验证了双势垒的存在, 并研究了温度对正反向特性的影响。结果表明: 正向偏压下, 温度升高, 势垒高度1 下降, 势垒高度2 增大, n1 和n2 均随温度升高而下降。势垒1 区域存在多重复合输运机制, 势垒2 区域主要以热电子发射输运为主。反向偏压下, 反向恢复峰值电压、峰值电流均随温度的升高而增大, 但软度因子逐渐趋近于1。

• 掺杂对新型二维材料磷烯光电性质的影响

  张忠政,,张春红,闫万珺,覃信茂,

  利用第一性原理赝势平面波方法计算了杂质(X=C, Al) 掺杂新型二维材料磷烯的结构参数、能带结构、Mulliken 布居分析、差分电荷密度以及光学性质。结果表明杂质掺杂后磷烯材料的结构发生了畸变, 但是掺杂体系的结构是稳定的。C 掺杂后, 费米能级进入价带中, 带隙变窄, 变为0.826 eV 的直接带隙; Al 掺杂后, 体系变为间接带隙半导体, 带隙略有展宽, 带隙为0.965 eV。Mulliken 布居分析和差分电荷密度的分析都表明掺杂后体系的电荷分布发生了转移, C 原子附近出现了电荷积累, 而Al 原子附近出现了电荷消耗。在(1 0 0) 极化方向上的光学性质计算表明: 在红光及红外线的范围内, C 掺杂后磷烯材料储存电磁能的能力有所减弱, 而Al 掺杂后储存电磁能的能力有所增强; C 掺杂后折射率n0 减小, Al 掺杂后折射率n0 增大; 吸收系数和反射率峰值均降低; 掺杂前后磷烯材料都可作为光储存材料。以上结果说明采用不同杂质掺杂可以调制磷烯材料的光电性质。