量子信息技术
专题论文汇编
量子磁力仪技术研究与应用
汪孟珂;白萱瑶;龙云;朱上果;蒲明博;罗先刚;量子磁力仪是一种利用量子效应进行高精度磁场测量的仪器。随着量子技术的进步和应用需求的增长，量子磁力仪在航空航天、地球科学、地质勘探、生物医疗和前沿探索等多个研究领域的重要性日益凸显。该文详细介绍量子磁力仪特别是基于热原子系综的原子磁力仪的工作原理、性能及前沿应用。为梳理各类磁力仪的性能特点，首先，从测量的物理过程出发对量子磁力仪分类介绍，简述各类型磁力仪的基本原理与特点；然后，归纳关键技术指标和性能提升方法；最后，对量子磁力仪的发展趋势进行展望。
基于冷分子的精密测量：电子电偶极矩与拓展研究进展
杨守康;颜波;冷原子物理极大推动了精密测量技术的发展，也开辟了冷分子领域。随着技术不断突破，激光冷却分子在过去二十年里取得长足发展，多种分子成功被激光冷却和囚禁，相空间密度和有效相互作用时间大大提高，为精密测量实验提供优越的硬件基础，基于冷分子的精密测量走上历史舞台。对于一些特定的物理量，尤其是和电场相关的量，基于冷分子的精密测量可以获得更高的精度。文章首先介绍用分子开展电子永久电偶极矩精密测量的方案，再以一氟化钡分子为例介绍激光冷却、囚禁极性分子的相关理论、技术和一些进展，并展望冷分子在精密测量方面的其他应用。
中红外量子频谱迁移研究进展及应用
李金澎;韩赵其智;李曜均;周志远;史保森;传统的中红外探测主要基于碲镉汞等窄带隙材料探测器，但此类探测器的高灵敏度探测需要依靠深制冷设备，且相较于成熟的硅基探测器性能差距较大。中红外量子频谱迁移可以将中红外信号上转换至硅基探测器的工作波段，以使用高性能硅探测器进行高效探测；该技术还可以将信号光子下转换至中红外波段，并在转换过程中完整保留光子信息，在中红外量子光场产生与调控领域发挥重要意义。文章系统介绍中红外量子频谱迁移的基本原理、主要参数和最新研究进展，并对其应用前景和研究方向进行展望。
连续时间晶体的前沿研究综述
李亭美;李鸿霞;陈宇辉;张向东;时间平移对称性表明系统在时间演化下具备不变的动力学特性。时间晶体是一种特殊的多体系统非平衡相态，其因时间平移对称性的自发破缺而表现出随时间周期性振荡。根据自发对称性破缺的类型，时间晶体可分为离散时间晶体和连续时间晶体。最近在超冷原子-腔系统、掺铒离子系统、里德堡原子、核自旋固态等不含时的哈密顿量系统中，都观察到连续时间平移对称性的自发破缺。文章综述近期连续时间晶体的实验成果，可为深入理解连续时间晶体的特性和潜在应用提供参考。
量子纠缠对单离子量子电池性能的影响
李月;杨万里;管桦;文章基于钙离子阱体系研究量子纠缠效应对单离子量子电池性能的具体影响。通过对冯纽曼熵、储存能量以及可提取功的数值模拟，分析并比较存在初始纠缠以及初始无纠缠的状态下，初始纠缠度对单离子量子电池储存能量以及可提取功的影响。研究发现量子电池的最大储存能量及最大可提取功都是随着初始纠缠度的增加而增加。该理论研究为实现离子量子电池，并使用纠缠资源提高其性能提供了新的思路。
外延量子点及其在光量子信息中的应用
雷霞;翟亮;通过分子束外延制备而成的Ⅲ-Ⅴ族半导体量子点具有发光快、亮度高、单光子纯度好、不可区分度强等特点，是构建包括单光子源、纠缠光子源等在内的确定性量子光源的理想载体。量子点是嵌于半导体中的纳米结构，其纳米尺度加之半导体特性使其能够利用现今成熟的微纳工艺完成微纳光子学结构的制备加工，实现量子点在量子光子学应用的多种功能。量子点还可束缚单个电子或空穴形成固态量子比特，固态量子比特可短暂存储飞行的光子比特所携带的量子信息，形成量子网络中的节点。量子点因此可以作为量子光源与光量子器件在光量子信息应用中发挥重要作用。随着量子点技术的飞速发展，突破性的成果不断涌现，该文聚焦量子点领域的发展前沿，从量子点的生长、测试技术出发，讨论基于量子点的量子光源、自旋比特的基本技术方法，突出强调近期实现的重要突破，结合量子计算、量子网络的发展要求展望量子点在光量子信息应用中的前景与挑战。
诱骗态环回差分正交相移量子密钥分发协议
林旭斌;黄昱;朱顺;胡飞飞;张思拓;吴彤浩;刘云;环回差分相移协议是一类特殊的高维相位编码的量子密钥分发协议，具有免参数监控和高误码容忍的两项独特优势。环回差分正交相移协议是该协议的一种改进协议，采用四种相位的编码方案代替原本的两相位编码方案，能够实现更好的协议性能。虽然环回差分相移类协议可以免参数监控运行，但是当采用参数监控方案时可以实现更高的性能表现。该文提出一种环回差分正交相移协议的诱骗态方案，通过监控不同强度脉冲串的计数率给出更加紧致的密钥率公式。根据的仿真结果，诱骗态的环回差分正交相移协议相比不使用诱骗态的协议具有明显的性能优势。
自发参量下转换和倍频的光谱对比研究
谢涛;汪湄湄;袁晨智;金锐博;自发参量下转换（SPDC）和倍频（SHG）是两种非常重要的非线性光学效应。但是在以前的研究中，二者是分别进行研究的，缺少对二者区别和联系的对比研究。该文从频域的角度入手，以周期极化磷酸氧钛钾（PPKTP）晶体和三硼酸锂（LBO）晶体为例，在实验和理论上对SPDC和SHG的光谱分布进行对比研究。理论计算和实验测量结果表明：二者的频谱分布函数都可以用泵浦包络函数和相位匹配函数的乘积来获得，但是，在SHG中，泵浦包络函数和相位匹配函数是单变量函数，其频谱调节范围有限；而在SPDC中，泵浦包络函数（PEF）和相位匹配函数（PMF）是双变量函数，频谱分布有更大的调节范围。该研究有助于人们对SPDC和SHG的光谱有更深刻的认识，也可以很精确地指导人们在实验中选取所需的频谱宽度。
氮化硅微环的共振锁定
张宇萌;文宇杰;何秉秀;成家霖;申恒;闫智辉;贾晓军;氮化硅微环是一种被广泛应用的集成光学器件，产生用于精密测量的光频梳及用于量子信息的光量子态。其中氮化硅微环的稳定锁定是实现实际应用的关键。该文利用氮化硅微环的热自稳定性与Pound-DreverHall(PDH)技术，实现了氮化硅微环的共振锁定。实验中结合高精度的激光波长调谐特性，将其稳定在微环共振波长附近，再通过PDH技术进行共振锁定。结果表明，该锁定技术在氮化硅自身的热自稳定性基础上通过精确锁定氮化硅微环，克服了扰动等影响，实现了不同功率的稳定输出。当输出功率约为38.9 mW时，对应的标准差为0.016 mW。该技术可为氮化硅微环在量子光学等领域的应用提供研究基础。
频谱可分辨的多光子干涉及应用研究进展
袁博欣;李其旗;李百宏;金锐博;多光子干涉现象通常是在时域中观测的，其干涉图像是通过记录符合计数作为时间的参数而获得。因此，其频谱信息被积分和丢失。频谱可分辨测量可以直接分辨每个光子的频率，去掉对频率的积分，从而获得频谱干涉的信息。由于其能观测到时域无法观测到的干涉现象，且测量时间短，测量动态范围大，因而具有很好的研究价值和应用前景。文章首先综述频谱可分辨的双光子（包括HOM干涉、N00N态干涉、Franson干涉）、三光子和四光子等多光子干涉的研究进展。然后介绍这些干涉在产生高维频率纠缠、时频网格态及其在量子精密测量中的应用。最后对这一领域作总结和展望。