作者单位
摘要
1 北京计算科学研究中心,北京 100084
2 安徽大学物理与光电工程学院,安徽 合肥 230601
作为经典随机行走在量子世界的对应,量子行走在量子相干性和纠缠的作用下,能够以更快的速度使行走者遍历所有位置,可以应用于实现各类算法,加速解决各类问题。此外,作为描述微观粒子动力学演化的有效模型,量子行走还可以作为普适的平台实现所有幺正演化,实现量子态制备、量子逻辑门操作和量子测量等,进而实现信息处理中所有关键步骤。近年来,量子行走中的新机理和新应用的研究成为了人们普遍关注的焦点。首先介绍量子行走基本模型,再结合近年来本课题组在量子行走方向上取得的相关研究成果,介绍量子行走在实现量子通信、量子计算和量子测量方面的研究进展。
量子光学 量子信息处理 量子行走 量子通信 量子计算 量子测量 
光学学报
2024, 44(2): 0200001
张瑞 1,2,*徐承雨 1,2王志斌 1,2,3唐维平 1,3[ ... ]李孟委 2,3
作者单位
摘要
1 中北大学 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心, 山西 太原 030051
2 中北大学 前沿交叉科学研究院, 山西 太原030051
3 中北大学 仪器与电子学院, 山西 太原030051
为了实现航空航天发动机尾焰、燃烧、爆炸等高温温度场的非接触高精度测量,对静态干涉型高温温度场探测方法展开研究。首先,设计静态干涉型高温温度场探测系统,理论分析高温温度场测量原理,研究高温干涉信号强度最低点光程差与温度的关系;其次,针对常用温度范围及可见光面阵探测器的响应波段,设计静态干涉具Savart棱镜,结合一维扫描实现温度场成像;最后,设计光学系统,拟合获得干涉最弱光程差与温度的对应关系,并获得线性拟合公式,仿真验证温度场经过系统后到达面阵探测器的干涉信号图像。结果表明,该静态干涉型高温温度场探测方法可实现1000 K−3000 K温度的高精度探测,且在线性区域,温度测量分辨率为1.4 K,温度测量相对误差优于0.8%。本文研究为军民领域的高精度高温温度场成像提供参考。
高温温度场 干涉信号 静态干涉具 温度分辨率 high-temperature temperature field interference signal static interferometer temperature resolution 
中国光学
2023, 16(4): 796
刘政杰 1,3,4薛鹏 2,3,4,*陈媛媛 1,3,4刘燕霖 1,3,4[ ... ]张瑞 1,3,4
作者单位
摘要
1 中北大学 信息与通信工程学院,山西 太原 030051
2 中北大学 电气与控制工程学院,山西 太原 030051
3 中北大学 前沿交叉科学研究院,山西 太原 030051
4 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心,山西 太原 030051
针对目前常见广义椭偏仪变角结构多采用双电机驱动,且存在结构复杂、变角后光路存在偏离等问题,论文提出一种单电机驱动广义椭偏仪新的变角结构。该结构采用固定起偏臂,利用同步齿轮传动单电机驱动方式使载物台和检偏臂同步旋转,实现椭偏仪多角度测量。在传统卧式结构广义椭偏仪变角结构基础上,设置样品载物台和检偏臂1∶2同步传动,并通过Inventor运动仿真验证了本结构的可行性。论文提出的单电机驱动变角结构变角后不仅维持了变角前后的准直,而且其整体结构简单,极大地优化了椭偏仪变角的复杂度,在广义椭偏仪工程化进程中有比较重要的应用价值。
单电机驱动 广义椭偏仪 变角结构 同步齿轮 穆勒矩阵 single motor driving generalized ellipsometer variable angle mechanism synchronous gear Mueller matrix 
应用光学
2023, 44(3): 507
徐跃 1,3,4薛鹏 2,3,4,*张瑞 1,3,4陈媛媛 1,4
作者单位
摘要
1 中北大学 信息与通信工程学院,山西 太原 030051
2 中北大学 电气与控制工程学院,山西 太原 030051
3 中北大学 前沿交叉科学研究院,山西 太原 030051
4 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心,山西 太原 030051
研究了基于波长调制的螺旋形塑料光纤(plastic optical fiber, POF)表面等离子体共振(surface plasmon resonance, SPR)折射率传感器。采用机械热压和扭曲法将塑料光纤制备成螺旋形,在螺旋形POF上通过磁控溅射蒸镀一定厚度(约50 nm)的金属薄膜来激励SPR效应,从而形成螺旋形POF-SPR传感器。通过对螺旋形POF-SPR传感器的结构进行修饰,研究不同结构参数对折射率传感特性的影响。实验结果表明:由厚度为500 μm扁平形POF扭制、螺纹数为4的螺旋形POF-SPR传感器具有较好的线性度和折射率传感特性,在折射率为1.335~1.400范围内测得的灵敏度为1 262 nm/RIU。该传感器具有成本较低、制备简单、结构稳定等优点。
塑料光纤 螺旋形 折射率传感 表面等离子体共振 plastic optical fiber spiral refractive index sensor surface plasmon resonance 
应用光学
2023, 44(1): 226
Author Affiliations
Abstract
1 Beijing Computational Science Research Center, Beijing 100084, China
2 School of Physical Science and Technology, Ningbo University, Ningbo 315211, China
3 State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, School of Physics and Electronic Science, East China Normal University, Shanghai 200241, China
We experimentally demonstrate a method for detection of entanglement via construction of entanglement witnesses from a limited fixed set of local measurements (M). Such a method does not require a priori knowledge about the form of the entanglement witnesses. It is suitable for a scenario where a full state tomography is not available, but the only resource is a limited set of M. We demonstrate the method on pure two-qubit entangled states and mixed two-qubit entangled states, which emerge from photonic implementation of controllable quantum noisy channels. The states we select are motivated by realistic experimental conditions, and we confirm it works well for both cases. Furthermore, possible generalizations to higher-dimensional bipartite systems have been considered, which can potentially detect both decomposable and indecomposable entanglement witnesses. Our experimental results show perfect validity of the method, which indicates that even a limited set of local measurements can be used for quick entanglement detection and further provide a practical test bed for experiments with entanglement witnesses.
Photonics Research
2022, 10(9): 2047
Author Affiliations
Abstract
1 Beijing Computational Science Research Center, Beijing 100084, China
2 School of Physics and Optoelectronics Engineering, Anhui University, Hefei 230601, China
3 CAS Key Laboratory of Quantum Information, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
4 CAS Center for Excellence in Quantum Information and Quantum Physics, Hefei 230026, China
5 Department of Physics, Capital Normal University, Beijing 100048, China
6 e-mail: wyiz@ustc.edu.cn
7 e-mail: sjran@cnu.edu.cn
Quantum machine learning aspires to overcome intractability that currently limits its applicability to practical applications. However, quantum machine learning itself is limited by low effective dimensions achievable in state-of-the-art experiments. Here, we demonstrate highly successful classifications of real-life images using photonic qubits, combining a quantum tensor-network representation of hand-written digits and entanglement-based optimization. Specifically, we focus on binary classification for hand-written zeroes and ones, whose features are cast into the tensor-network representation, further reduced by optimization based on entanglement entropy and encoded into two-qubit photonic states. We then demonstrate image classification with a high success rate exceeding 98%, through successive gate operations and projective measurements. Although we work with photons, our approach is amenable to other physical realizations such as nitrogen-vacancy centers, nuclear spins, and trapped ions, and our scheme can be scaled to efficient multi-qubit encodings of features in the tensor-product representation, thereby setting the stage for quantum-enhanced multi-class classification.
Photonics Research
2021, 9(12): 12002332
作者单位
摘要
北京计算科学研究中心 北京 100084
量子关联是量子体系区别于经典的重要特征之一, 如何量化与利用量子关联不仅是量子信息论中的核心问题, 也是量子热力学中比较关心的话题。对于经典体系来说, 能量总是自发从高温物体流向低温物体, 即封闭系统的熵只能增加或保持, 永远不会减少, 同时随着时间增加, 能量耗散增加, 但整个体系始终未表现出较强的关联性。在量子体系下, 子系统间往往存在关联, 在此情况下, 上述结论并不总是成立, 甚至由于整体熵值减小导致能量反向流动, 这种非经典的特性表明仅使用冯?诺依曼熵表征系统熵的变化是不完备的, 因此需要对经典热力学第二定律进行完善。基于该定律, 本文研究了在孤立体系下, 量子关联与能量、熵之间的关系, 表明子系统间的量子关联会导致能量反向流动或加速能量正向流动, 可以视为制冷或热加速过程, 初始时不同的关联决定了之后的能量流动情况, 两者高度相关。为了解释这种现象, 引入了相对熵等热力学参量来解释关联对量子系统热力学性质的影响, 结果表明, 当相干项不为零时, 表征系统关联的互信息总是随着演化先降低再增加, 因而导致了与经典不同的特性。基于以上现象, 提出了基于光学体系的实验方案, 用来验证理论的正确性。
量子热力学 量子关联 互信息 制冷 热加速 quantum thermodynamics quantum correlation mutual information cooling thermal acceleration 
量子光学学报
2021, 27(2): 130
苗昕扬 1,2,3,*刘学聪 1,3陈梦溪 3陈思同 3[ ... ]赵昆 1,2,3
作者单位
摘要
1 中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室, 北京 102249
2 中国石油大学(北京)新能源与材料学院, 北京 102249
3 中国石油大学(北京)石油和化工行业油气太赫兹波谱与光电检测重点实验室, 北京 102249
准确认识不同种类的岩石特征对地质构造、 结构与年代的判断至关重要。 常规光学显微手段虽然可以对岩石的颜色与表面形貌进行直接观测, 但是对岩石种类的判断往往凭靠经验, 一些颜色相近的矿物容易混淆, 所得结果并不准确。 光谱方法能够在不同频段给出样品的多个光学参数信息, 通过建立光学参数与样品自身物性的联系, 可以从多个维度确定样品的性质, 从而有望实现对不同矿物成分与含量定性、 定量评价。 太赫兹光谱具备一定的穿透能力, 能够透过一定厚度的岩石, 是研究岩石物理性质的合理手段。 基于太赫兹光谱技术, 对取自不同地区的花岗岩、 灰岩、 砂岩和油页岩样品进行测试, 分别计算得到每个样品的等效折射率n、 衰减系数a, 并以a为横坐标、 n为纵坐标作图, 结果表明, 相同岩性岩石的n与a基本呈线性相关关系, 而对于不同类型的岩石, 其n随a的线性变化趋势存在明显区别。 进而研究了岩石中的组成、 结构等信息与其太赫兹光谱响应的联系, 分析了不同岩性岩石的光谱响应机制, 结果表明: 花岗岩与灰岩的结构较为致密, 其矿物组成是影响太赫兹光谱响应的主要因素, 利用太赫兹参数能够估算岩石中铁、 镁元素的相对含量; 砂岩的成分较为单一, 太赫兹光谱响应受孔隙度的影响; 而对于油页岩来说, 由于有机质具有强吸收、 低折射率的特点, 其有机质含量越高, 折射率越低, 对太赫兹吸收越强。 结果表明, 太赫兹光谱技术有望成为岩石物理性质现有研究手段的合理补充, 为其评价、 分析提供新技术、 新指标, 有着极其光明的应用前景。
岩石 太赫兹光谱 矿物 孔隙度 含油率 Rock THz spectroscopy Minerals Porosity Oil yield 
光谱学与光谱分析
2021, 41(4): 1314
作者单位
摘要
1 中国民航大学工程技术训练中心, 天津 300300
2 中国民航大学航空工程学院, 天津 300300
3 中国民航大学中欧航空工程师学院, 天津 300300
为了提升TC4表面摩擦学性能,利用通快4002同轴送粉光纤激光器,在TC4表面制备了TC4+Ni60+Ni-MoS2多元复合自润滑耐磨涂层,并分析研究了涂层组织和摩擦学性能。结果表明,熔覆层中无裂纹产生,但存在少量气孔缺陷,涂层生成相主要包括TiC、Ti2Ni、Ti2SC以及α-Ti;各生成相在涂层中的分布均匀致密,其中Ti2SC与Ti2Ni形成了Ti2SC-Ti2Ni镶嵌结构复合相, (001 )Ti2Ni晶面与 (01 1ˉ0 )Ti2SC晶面间的错配度为3.18%,两相形成了共格界面关系;涂层的显微硬度较基材得到显著提高,Ti2SC-Ti2Ni镶嵌结构复合相有效改善了涂层的减摩、耐磨性能,涂层磨损机制为磨粒磨损。
激光技术 激光熔覆 TC4 Ti2SC-Ti2Ni复合结构相 二维错配度 自润滑 摩擦学性能 
光学学报
2020, 40(11): 1114001
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Physics, Southeast University, Nanjing 211189, China
2 Beijing Computational Science Research Center, Beijing 100084, China
Quantum walks, a counterpart of classical random walks, have many applications due to their neoteric features. Since they were first proposed, quantum walks have been explored in many fields theoretically and have also been demonstrated experimentally in various physical systems. In this paper, we review the experimental realizations of discrete-time quantum walks in photonic systems with different physical structures, such as bulk optics and time-multiplexed framework. Then, some typical applications using quantum walks are introduced. Finally, the advantages and disadvantages of these physical systems are discussed.
quantum walk linear optics integrated photonics time-bin encoding single photon 
Chinese Optics Letters
2020, 18(5): 052701

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