量子信息革命引领未来科技革命

作为全球瞩目的新兴战略技术焦点,量子信息技术已经在量子计算与量子通信等领域取得了突破性进展。从科学史的角度来看,量子信息革命与发生在20世纪的第1次量子革命在原理和内涵等方面存在着显著区别,对未来的科技发展战略也有着直接影响。梳理了量子纠缠与量子信息技术的演变历程,分析了量子信息技术在科学、技术、哲学等多个层面的革命性特征,总结了量子信息革命对未来科技战略及科学发展模式的意义与启示。     

信息理论的新进展——量子信息论与量子神经计算

正如信息论是现有通信和信息处理的理论指导一样,基于量子力学原理的量子信息论将成为下一代通信模式———量子通信的理论基础,量子计算与神经计算相结合的量子神经计算将成为未来信息处理的重要手段。从量子信息基础出发,讨论量子信息论和量子神经计算两个方面,前者涉及量子信源编码、量子纠错编码、量子信道容量计算以及量子信息加密等内容;后者涉及量子神经计算基本原理。并就量子信息理论与现有信息论、经典神经网络与量子神经网络之间的异同之处加以比较。     

量子系统控制方兴未艾

 量子控制是量子力学理论与控制论交叉形成的新兴学科,研究的内容主要是从系统论和控制论的观点,探索量子体系动力学的演化规律、分析量子系统内部特性及研究量子系统状态和轨迹调控与实现的系统控制理论与方法。从本质上看,量子比特初态的制备、量子逻辑门的构造、量子消相干过程的抑制、纠缠态的制备和保持等都可以归结为控制问题。量子系统自身所具有的相干性及其消相干、测量的塌缩性、量子纠缠性及量子的不可克隆原理,都给量子系统控制理论的研究带来了与宏观控制理论完全不同的巨大的挑战。建立量子系统控制理论的过程本身就是一个系统工程,需要经过系统建模、系统综合与分析,其中包括可控性、可达性、稳定性等分析、收敛的控制器设计、系统仿真实验、参数优化等。由于量子系统除具有宏观系统的本征态外,还有大量宏观系统不存在的状态,如叠加态、混合态、纠缠态等等,另外对量子状态只能进行不确定的概率控制,所以需要分别对每一种类型的状态专门去设计出收敛的控制器。     

基于量子测量的量子计算模型综述

基于测量的单向量子计算是重要的通用量子计算模型,可以模拟一般量子计算任务。单向量子计算基于量子簇态作为计算资源,利用每个量子位的局部量子测量和经典通信执行一般量子计算。单向量子计算是与量子线路模型等价的量子计算模型。近年来,研究者们对单向量子计算的量子资源、纠缠度量、局部操作简化,以及量子通信等给出一系列研究成果,并基于光学平台开展了一些量子模拟实验。量子簇态与单向量子计算为一般量子计算提供非常好的量子任务处理方式,受到研究者们的广泛关注。该文主要总结基于测量的单向量子计算模型,包括重要的量子资源态、局部信息处理方式,以及与单向量子计算相关的研究;该文对单向量子计算存在的问题和前沿研究方法进行展望,为研究者提供借鉴。     

光子晶体的透射特性

首先, 用光的量子波动理论给出一维光子晶体的量子传输矩阵、 量子色散关系、 量子透射率和反射率; 其次, 通过数值计算分别给出一维光子晶体的量子色散关系、 量子透射率和反射率曲线, 并与经典的色散关系、 透射率和反射率进行比较. 结果表明, 其计算结果一致. 该方法可用于进一步研究光子晶体的量子Zak相、 量子陈数和量子边缘态等量子拓扑性质.     

量子点在生物医学中的应用

量子点系统研究是近年来的热门话题。本文总结了量子点的主要光学特性。重点综述了量子点在细胞标记、筛选药物、医学成像、疾病诊断与治疗等生物医学中的应用及其最新研究进展。同时讨论了量子点在应用中可能存在的细胞毒性等主要问题,最后对量子点在生物医学中的应用前景作了展望。     

量子纠错码的研究

以经典纠错码为基础阐述了量子纠错码的基本思想、基本原理、基本方案和量子编码定理等内容的研究与进展,提出了在量子信息学中理论与实现急需解决的问题。     

光子晶体的透射特性

首先, 用光的量子波动理论给出一维光子晶体的量子传输矩阵、 量子色散关系、 量子透射率和反射率; 其次, 通过数值计算分别给出一维光子晶体的量子色散关系、 量子透射率和反射率曲线, 并与经典的色散关系、 透射率和反射率进行比较. 结果表明, 其计算结果一致. 该方法可用于进一步研究光子晶体的量子Zak相、 量子陈数和量子边缘态等量子拓扑性质.     

基于量子中继的量子通信网络技术取得重大突破

<正>近日,我国在基于量子中继的量子通信网络技术方面取得重大突破,在国际上首次实现相距50公里光纤的存储器间的量子纠缠。中国科学技术大学、济南量子技术研究院、中科院上海微系统与信息技术研究所等单位的科学家合作,通过高亮度光与原子纠缠源、低噪高效单光子频率转换和远程单光子精密干涉等技术,成功地将相距50公里光纤的两个量子存储器纠缠起来,为构建基于量子中继的量子网络奠定了基础。     

量子纠错码的研究

以经典纠错码为基础阐述了量子纠错码的基本思想、基本原理、基本方案和量子编码定理等内容的研究与进展，提出了在量子信息学中理论与实现急需解决的问题。     

量子纠错码的研究

以经典纠错码为基础阐述了量子纠错码的基本思想、基本原理、基本方案和量子编码定理等内容的研究与进展,提出了在量子信息学中理论与实现急需解决的问题.     

能量转换量子系统的热力学特性及其研究进展

量子物理是理解微观粒子运动规律的现代物理学理论.它与信息、生命以及化学等学科相互联系日益紧密,引发了许多新技术革命,深刻影响着人类的生活,已成为社会经济发展的原动力之一.当前,量子物理和能源科学结合,正在产生新的学科生长点.本文主要概述多种类型能量转换量子系统的发展;结合国内外的研究现状,系统地阐明如何应用热力学理论研究量子体系的能量操控以及微观器件的优化设计;总结量子热力学循环、能量选择量子电子器件、量子点热管理器件等在理论和实验方面研究的代表性成果和进展;展望量子物理与能源科学交叉领域发展的新方向.     

氢原子的量子理论

阐述了表征氢原子内在属性的各种物理量的微观本质,证明氢原子系统的量子能量、系统内部电子的量子轨道动量及原子核和电子的量子相对距离均与原子系统所处的量子状态有关.当原子系统处于不同的量子状态时,上述量子物理量的取值完全不同.首次建立适合氢原子特性的量子算符代数理论.根据氢原子的量子哈密顿量表示,结合创新的量子算符代数理论,得到氢原子的能量、氢原子的基态能量、电子轨道角动量、氢原子的光谱常数等各种物理量的理论值.结果表明,氢原子的能量、氢原子的基态能量、氢原子的光谱常数均与氢原子中的原子核及电子的量子尺寸有关.氢原子的光谱常数与实验测定值完全符合.     

Clifford代数与量子逻辑门

以 Clifford代数为工具 ,讲座量子比特 ( Qubit)与量子逻辑门 (量子非门 ,Hadamard门 ,量子受控非门 ,Toffoli门等 )的有关性质。     

21世纪电子学的若干前沿课题

文章讨论了进入21世纪时物理学和电子学的现状和若干前沿课题，涉及真空能、电子负质量、量子势、虚粒子、超弦理论、快子，以及EPR思维实验、量子交缠与量子远距传物、量子信息学、量子计算机等方面的最新研究进展与成果。     

铁磁-超导体系中磁振子的非经典效应

性能互补的物理体系所构成的混合量子系统集合了不同量子体系的优势,比单一量子系统更适合执行特定的任务.近期,基于磁振子的混合系统以其独特的优势为量子信息科学提供了一系列优质平台.磁振子是磁性材料集体激励所产生的自旋波量子,具有高自旋密度、低耗散速率以及易于调控等优点,并且可以与微波光子、光学光子、声子、超导量子比特等不同的量子体系耦合,展现出良好的兼容性和可扩展性.磁振子与超导量子比特所构成的铁磁-超导系统,集合了磁振子与超导量子比特的互补优势,在理论和实验上得到了广泛研究.本文综述了量子光学领域中铁磁-超导量子系统的发展过程及研究进展,并对该领域的未来发展方向进行展望.     

量子稳定子码的码字纠缠

量子计算和量子通信是量子信息科学的两个重要组成部分.量子算法通常用到实系数等权重纯态,其中重要的一类是图态,图态的纠缠已经得到系统的研究.量子通信中不可避免地要用量子纠错码,其中最广泛使用的是与图态紧密相关的量子稳定子码,可以看作是由图态与经典编码两个要素构成的.本文将论证量子编码复杂度与量子码字纠缠的关系.为研究量子码字的纠缠,将证明几何测度、对数鲁棒纠缠和相对熵纠缠等纠缠测度对于量子稳定子码字而言是相等的,纠缠的上下界可由量子编码的生成元确定.用经典编码可以构造一类量子码,称为CSS码.其中最常用的是对偶包含法.对于CSS对偶包含码的码字,证明它的纠缠等于其经典生成元的个数.本文给出Gottesman码以及相关码的纠缠公式,还发展了迭代算法用来数值计算纠缠量.     

量子信息中的连续小波变换

介绍连续小波变换和量子信息的基本概念和基本理论,进而分析连续小波变换在量子信息处理中应用的可能性与及必要性。从定量与定性分析中发现,连续小波变换对明亮光束等连续量子信息的处理与分析、计算方法起著重要的作用,尤其是对量子信息理论和技术起到直接的作用。     

理想量子气体高温条件下的相对论熵变

在理想量子气体和相对论概念的基础上 ,根据相对论的态密度和量子统计的粒子数密度、能量密度的结论 ,通过严格的理论推导 ,得出理想量子气体在高温条件下的相对论性的状态方程、热容量以及等压、等容、等温三种过程的熵变 ;并将经典理想气体、非相对论理想量子气体、相对论理想量子气体在高温条件下的熵变相比较 ,指出非相对论理想量子气体与经典理想气体的差异在于描述微观体系的波涵数的对称性 ,相对论理想量子气体与非相对论理想量子气体的差异在于相应的态密度的不同 ;阐明高温条件下相对论理想量子气体的熵变在量子统计领域中的先进性以及对聚变核反应中高温电子气的应用前景     

外磁场中介观金属环的量子电流和能谱及其量子涨落

针对处于外磁场中的介观金属环系统,假设在电荷空间中具有变换的对称性,通过求解本征值方程给出系统的量子电流、能谱关系;利用最小平移算符的性质等,计算介观金属环中电流和能量的量子涨落.研究介观金属环中量子电流、量子能谱的性质,分析影响量子涨落的因素.结果表明,量子电流、量子能谱不仅与外磁场、介观金属环电参数有关,而且还明显地依赖于电荷的量子化性质.