研究压缩真空环境下二能级系统的相位参数估计,考察压缩态参数N和相位参数取值的不同对量子Fisher信息的影响,重点讨论提高参数估计精度的办法。结果表明:二能级系统相位参数估计的量子Fisher信息随时间衰减,随压缩相位参数周期性变化。当压缩参数N取值较大时,量子Fisher信息衰减缓慢,二能级系统的相位估计精度高。

激光测距技术在**、航天、工业等领域发挥着不可替代的作用。光电探测器作为测距系统的核心部件之一,可以探测到极微弱的光信号,并在系统中完成光电转换。本文分析了传统的激光测距方法与其对应的光电二极管和新兴的光子计数技术与其对应的单光子探测器,并对未来激光测距系统中探测器的发展前景进行了总结和展望。

光斑的边缘检测算子对一幅激光光斑的质量有着重要的影响,是激光光斑的后续图像处理和分析的前提。目前,在国内外应用比较广泛的边缘检测算子主要有Roberts算子、Prewitt算子、Sobel算子、Gaussion-Laplace算子和Canny算子。本文在总结几种典型边缘检测算子的基础上,对比分析了各个算子的优点和不足,对未来算子的改进方向做出展望。

利用基于光纤的便携式偏振纠缠光子对源作为检测光源,搭建了使用单模光纤进行耦合的量子椭圆偏振光测量装置。实验测量了氧化层厚度为100 nm的氧化膜硅片样品,通过将偏振纠缠光子对中的一路经由氧化膜硅片样品进行反射,然后借助双光子符合计数方法测量反射后的量子态,得到了样品的椭圆偏振参数。当入射到样品上的光子波长为1 558.17 nm,入射角为30°时,通过三次实验所得的椭圆偏振参数(ψ,Δ)的平均值分别为40.23°和173.10°,标准差分别为0.046°和0.403°,测量结果的相对标准偏差小于1％,同时该结果与仿真模拟值相符。

针对量子节点间建立链路所消耗纠缠资源的差异,使用权重数值来量化现实环境对各个量子节点的影响,并根据权值确定纠缠粒子的分发。在此基础上提出一种针对量子无线多跳网络的路由协议,该协议以纠缠利用率作为路由度量条件,通过基于最大权重值的纠缠粒子分发方式和并行纠缠交换建立量子信道,实现量子态的传输。仿真分析表明,使用该路由协议可以精确找出网络中符合度量条件的量子链路,同时该路由协议中使用并行纠缠交换的交换方式降低了量子态传输的时延,在节点数为15时,并行交换比串行交换的平均时延降低了50％,而且随着链路中节点数的增加,两者的时延差异将会越来越大。为方便分析各仿真节点的权重值均设置为1至15的随机整数,通过对5节点的链路进行多次仿真发现使用基于最大权重值纠缠粒子分发方式能够传送的量子态的平均个数为14,基于串行的分发方式能够传送的量子态的平均个数为7。

首先以单硬币量子博弈理论为基础,结合经典同或门的逻辑关系,研究并给出量子同或门的定义;据此进一步利用单硬币量子博弈模型,提出了实现量子同或逻辑关系的理论方案,并将量子的逻辑位与经典逻辑位进行对比,从而给出了具体操作方法:两相互独立的单硬币量子博弈过程可用作量子同或逻辑功能。

以6-311++G(3df,3pd)为基组,采用B3LYP方法研究了不同外电场(-0.05～0.05 a.u.)对CHF=CHF基态分子的几何参数、总能量、电偶极矩、电荷分布、最高占据轨道(HOMO)能级、最低占据轨道(LUMO)能级及能隙的影响,在优化构型的基础上,使用相同的基组和同等强度的外电场,采用CIS-DFT方法研究了CHF=CHF分子前8个激发态的激发能 、跃迁波长和振子强度。结果表明:CHF=CHF的几何参数随电场强度大小及方向变化明显。电场由-0.05 a.u.变化至0.05 a.u.时,体系的总能量先增加后减少;偶极矩先减少后增加;HOMO能级不断减小,而LUMO能级先增大后减少;能隙先增加后减少。激发态的激发能、跃迁波长和振子强度随电场变化较为复杂。

提出了一种利用原子系统的关联相位涨落调控量子干涉的方法。原子之间的碰撞以及原子与外界热库的耦合会导致原子能级产生随机的相位涨落。研究了不同能级的相位涨落的强度和他们之间的关联对原子相干性和量子干涉的影响。结果表明,正关联相位涨落可以增强相消量子干涉(探针光的吸收减弱),而反关联相位涨落可以增强相长量子干涉(吸收增强)。在特定条件下量子干涉消失,原子对探针光的响应由Autler-Townes分裂决定。最后,研究了耦合光Rabi频率对量子干涉的影响。当耦合光较弱时,可以利用原子能级的关联相位涨落有效地调控量子干涉;当耦合光很强时,量子干涉非常弱,可以被忽略。

采用密度泛函B3LYP方法在6-311++G基组下优化基态CF4分子,计算出CF4分子键长、偶极距、Mulliken电荷布居分布、分子前线轨道能量和红外光谱等数据,并且在此基础上采用杂化CIS方法计算CF4分子前9个激发态,得到分子激发能、波长和振子强度。研究得出随着电场强度的增加(电场范围在-0.04~0.04a.u.),CF4分子F2—C1键长随着电场强度增加而增大,其余键长减小,分子偶极距先减小后增加,C1电荷布居数先减小后增大,F2电荷布居数线性减小,F3、F4和F5电荷布居数线性增大,分子能隙逐渐减小,在外电场作用下CF4分子结构对称性破坏,红外光谱吸收峰数量增多,吸收峰吸收强度发生不同改变。分子前9个激发态受电场影响明显,激发能随着电场的增加大致呈现先增大后减小的趋势,激发态波长基本为先发生蓝移现象,后呈现红移现象,振子强度变化剧烈,为从光谱方面研究激发态做出理论计算。

我们通过计算机模拟得到相位抖动情况下“光学薛定谔”猫态的正交分量测量集,利用极大似然估计进行量子态重构,获得“光学薛定谔”猫态的Wigner函数。研究了“光学薛定谔”猫态的保真度及Wigner函数相空间原点值W(0,0)随相位抖动的变化,发现保真度随相位抖动幅度的增大而降低,而W(0,0)值则对相位抖动不敏感。另外,我们在不同的输入态压缩纯度和压缩度下,分析了相位抖动对“光学薛定谔”猫态保真度的影响,结果表明:压缩纯度越大,相位抖动对保真度的影响越小;压缩度越大,保真度对相位抖动越敏感。

本文研究了一维锯齿晶格中自旋轨道耦合与Zeeman场驱动的双组分费米气体的拓扑性质。我们理论计算了系统的能谱,利用矩阵乘积态(MPS)数值研究了多个物理量(系统的边界态、冯诺依曼熵、纠缠谱和激发能隙),并据此分析了系统的拓扑性质。发现在填充因子为半填充时,边界态的存在可以用来表征系统的拓扑性。而填充因子为1/4(或3/4)时,虽然系统存在边界态,但该系统并不具备一般拓扑态的其他特征,该类边界态不能用于表征拓扑态。

本文研究含有一个费米子杂质的玻色爱因斯坦凝聚体在光学微腔作用下的隧穿动力学性质,探讨腔对单粒子隧穿过程的影响。从光学微腔与双阱中玻色子-费米子混合凝聚体耦合体系的哈密顿量出发,推导出与光学腔耦合强度有关的粒子隧穿基态能级差的解析表达式以及相对粒子数差的期望值。研究结果表明:光学腔与原子的耦合强度能够影响优先隧穿的粒子种类以及粒子隧穿的阶梯图形。

我们提供了基态和多极(偶极和三极)光束在非局域程度呈垒型分布的非均匀非局域介质中传输的动力学演化行为。在非局域垒的影响下,基态光束会发生周期性振荡,其振荡周期和振荡程度可以由非局域垒的系统参数进行调控。然而,多极光束在非局域垒的影响下会分裂成相应数目的基态光束,分裂形成的各基态光束在传播过程中发生周期性碰撞;通过调控系统参数,其碰撞周期和振荡程度可以被有效控制。

为了实现二维平面上以单光子的灵敏度探测光强分布,提出了一种基于多阳极光电倍增管的阵列型光子计数器。并通过高频甄别技术和等幅放大技术实现对光电脉冲的低噪声恒定放大、解串扰技术消除相邻像素间的串扰影响,最终完成了8×8阵列型光子计数器的研制。测试结果表明,本阵列型光子计数器的单像素的最大计数率为100MCPS,峰值光子探测效率约21.2％,帧频最高可以达到10 kHz,在1.8 m望远镜平台上可以稳定探测10等星以内的暗弱天体。

设计并研制了一台激光二极管端面泵浦的全固态连续单频可调谐1 542 nm激光器。通过设计谐振腔的镀膜参数调控Er,Yb:YAB激光器的增益谱,实现了1 542 nm波段的激光振荡。在此基础上,通过优化激光晶体的厚度和谐振腔的输出耦合镜透射率等参数,并利用扭摆模腔选择单纵模技术,获得了最大输出功率为420 mW的连续单频1 541.9 nm激光运转。输出激光在3小时内的功率稳定性优于±3％,激光强度噪声在分析频率3 MHz处即达到散粒噪声极限。通过内腔电光晶体和电光标准具调控谐振腔的腔长,实现了激光器在1 541.959 nm~1 542.014 nm的波长范围内的准连续波长调谐。