量子密码分发系统样机研制成功

美国国家标准与技术研究所表示，利用具有较强降噪能力的新型探测系统，他们研制出了高速量子密码分发系统样机。该系统能够对视频信号进行实时加密、传输和解密，传输距离达10公里。此外，由于量子密码分发系统采用一次一密分组加密方案，从理论上讲具有不为外人破密的特点。[第一段]     

量子混沌与折叠算法的图像加密系统

本文提出一种量子混沌与折叠算法相结合的图像加密系统。该系统的主要思想是通过量子混沌映射和二维Logistic映射分别进行Arnold变换,得到两个由伪随机数组成的与灰度图像大小相等的矩阵Q、E,然后利用这两个矩阵对图像分别进行以下操作:一是利用矩阵Q对图像从4个方向进行"折叠操作",二是使用前一个像素值与当前像素值进行异或,然后将异或得到的值加上E对应的值,以对当前像素值进行修改,从而达到图像扩散的效果,增加差分攻击的难度。利用MATLAB对测试图像进行模拟仿真分析,结果显示,经该加密系统加密后的图像,其水平、竖直和对角线方向像素值的相关性分别为0.001 006、0.000 152、0.000 789,信息熵H(s)=7.997 3。一系列的实验结果表明该加密系统具有很高的安全性和随机性。     

LED中荧光材料量子效率测量系统的设计

LED作为新兴光源,与传统的白炽灯光源相比,具有很大的优势。衡量其荧光材料发光性能的一个重要参数就是量子效率。为了准确地测量荧光材料的量子效率,提出了一种基于半积分球装置的量子效率测量系统。该系统采用了中心波长为465nm的蓝光LED芯片作为激发光源,与直径为150mm的半积分球和直径为150mm、中心孔直径为8mm的平面反射镜搭配使用,运用光纤和线阵CCD光谱仪采集光谱数据,并进一步计算出量子效率。为了验证系统的有效性,分别采用两种不同的荧光材料对测量系统进行测试,测量结果与厂商所给的数值基本一致。实验结果表明,该测量系统能有效地评估LED中荧光材料的发光性能。     

通用量子门神经网络在齿轮故障诊断中的应用

为进一步提高齿轮故障诊断能力,结合目前神经网络机理的研究进展,建立了一种基于通用量子门的量子神经元模型,提出了通用量子门神经网络(universal  quantum  gate neural network,UQGN)算法。首先,该算法将转换后的量子态训练样本作为输入。然后,利用量子旋转门和通用量子门完成旋转、选择、翻转和聚合等一系列操作,并完成网络参数的更新。最后,将训练后的结果输出。在数学上,证明了UQGN算法的泛化能力。利用该算法对齿轮的正常、齿面磨损、齿根裂纹和断齿4种情况进行了模式识别。实验结果表明,与普通神经网络和普通量子神经网络相比,UQGN算法在泛化性能、鲁棒性、准确率和执行时间等方面具有较好的效果。     

基于量子点检测Cu2+的荧光传感器系统设计

针对农业中重金属污染检测的环境和成本要求,文章设计了一种检测Cu2+的荧光传感器系统。首先介绍了量子点检测原理,然后描述了系统的硬件设计方案并进行了实验分析。实验数据表明荧光变化与浓度范围在5 nmol/L～500 nmol/L的Cu2+浓度对数(log10[Cu2+])成直线关系,线性度为0.987。该荧光传感器系统可对农业中寻求低成本,简单快速,小型化Cu2+及重金属离子的检测仪器提供参考。     

碳量子点的润滑机制及其作为润滑添加剂的研究进展

碳量子点作为一种新型的零维碳基纳米材料,具有体积小、可设计性强、生物相容性高、分散性和稳定性好、合成方式多和成本低等优势,被认为是一种绿色、高效的润滑材料。许多研究已证实碳量子点作为润滑添加剂具有出色的摩擦学性能。综述碳量子点作为润滑添加剂的润滑机制、功能化的研究进展,总结碳量子点作为润滑添加剂在水基润滑剂、润滑油、润滑脂以及水凝胶中的应用研究现状,展望碳量子点作为新型润滑添加剂的前景和研究方向。充分利用分子动力学模拟技术来探究碳量子点作为润滑添加剂的润滑机制,同时强化碳量子点的多功能性研究,并探索碳量子点与其他添加剂之间的兼容性,是未来的研究重点。     

量子BP神经网络在发动机故障诊断中的应用

为了解决普通BP神经网络收敛速度慢、分类正确率低等问题,提出一种量子BP神经网络算法。该算法在普通BP神经网络中引入了量子算法,量子BP神经网络结构由输入层、隐含层和输出层组成,其中,量子神经元的输入和传递函数均由量子比特表示,输出结果为实数。首先,该算法将实数值训练样本变换为量子态训练样本,从而作为算法的输入。然后,通过传递函数,计算量子态权值并更新网络参数以达到训练效果。最后,利用训练好的网络进行故障诊断,并将结果以实数值输出。将该方法应用于发动机故障诊断,实验结果表明,与普通BP神经网络相比,量子BP神经网络算法在收敛速度、分类正确率和执行时间等方面具有明显的优势。     

融合量子密钥真随机性的二值图像水印

目前多数水印算法将伪随机数列作为水印,算法设计时多偏重于提高水印隐蔽性和鲁棒性,但忽略了水印自身的安全。本文提出了一种基于量子密钥真随机性的,可进行篡改定位的、面向安全通信的空域水印算法来提高水印的安全性。该算法使用基于BB84协议原理、通过量子密钥分发机制生成的具有真随机性和绝对安全性的量子密钥制备二值图像水印,并结合首次提出的量子密钥矩阵模型与8-邻域随机定位理念,将量子水印动态随机地嵌入到载体图像中。传输完成后,接收方可以快速提取水印信息,精确判断水印图像完整性及传输过程安全性,并能够对篡改进行定位。对算法进行了隐蔽性、鲁棒性以及篡改定位测试,结果表明:提出的算法简单,具有高安全性和隐蔽性,同时兼顾鲁棒性,篡改定位精度达3pixel×3pixel,可以广泛应用于数字图像的安全传输中。     

高频高场电子顺磁共振技术在自旋量子态研究中的应用

电子顺磁共振(EPR)技术是研究具有未成对电子的顺磁性物质的电子结构与动力学信息的有效分析方法,广泛应用于 生物医药、化学、材料科学、辐射检测与量子信息处理等领域。 与传统的 X 波段(9. 5 GHz)EPR 相比,高频 EPR 具有更高的分 辨率、灵敏度与初始化效率等诸多优势,在研究分子中电子自旋的量子性质方面具有重要应用价值。 简要介绍了高频高场电子 顺磁共振技术的发展、原理、特点与仪器构造等,重点介绍了其在自旋量子态研究中的应用,并对其未来进行了展望。 高频高场 电子顺磁共振技术可详细表征分子中电子自旋的磁能级结构并对其进行高效精准的量子相干操控,进一步可演示量子算法与 逻辑门等。     

自由空间量子密钥分配系统中接收端设计改进

对自由空间量子密钥分配系统中接收端设计进行改进研究。采用琼斯矩阵方法分析了系统误码率和接收端光学元件光学特性的关系。分析表明,用来随机选择测量基的器件——偏振无关分束器(NPBS)的偏振相移特性的误差是系统误码的重要来源。提出对光路布置的设计改进方案,在这一方案中,只对NPBS的透射p光与s光的相移差有性能要求,可以降低接收端NPBS的偏振相移误差对误码率的影响。采用改进后的NPBS和普通商品NPBS进行了室外200m量子密钥分配的对比实验。实验结果与理论预期符合基本一致,改进NPBS的设计及接收端光学系统的光路布置使系统误码率降低了2.6%,证明了对接收端设计方案改进的有效性。     

基于CPLD的旋转联接部件信号传输控制系统设计

针对固定部分的控制器与外部旋转执行机构之间的信号传输问题,对旋转联接部件信号传输控制系统的电路构成、控制模块与信号通信编解码等方面进行了研究,对旋转联接部件中的光通信过程进行了归纳,提出了一种以大规模可编程控制芯片CPLD为通信控制硬件核心,以激光作为数据通信载体的包含了控制信号接收、信号编码、光电转换、信号解码、信号反馈等多个功能模块的高速双向数据传输系统,并搭建了旋转联接部件实验平台对其中的旋转过程中信号传输的数据正确率和光信号传输的损耗率进行了测试。研究结果表明,基于大规模可编程控制技术的旋转联接部件信号传输控制器具有结构简单、工作性能可靠、光信号损耗小等优点,具有很强的实际应用价值。     

单组分染料浓度光量子隧穿软测量模型研究

针对基于Lambert-Beer定律的分光光度计测量深颜色,高浓度染液存在的精度低,结果不稳定等问题,提出一种软测量模型,将单色光看作光量子,将染料分子视为一维谐振子势垒,应用薛定谔方程求解出光量子隧穿染液的透射率,得到吸光度与染液浓度,测试光波长的数学模型.在测试光波长400～700 nm范围内对模型进行简化,并由最大吸光度及对应的波长得到染液浓度与最大吸光度的软测量模型,用最小二乘法确定具体染料的模型系数,实现由最大吸光度测量染料浓度.本文的单组分染料浓度光量子隧穿软测量模型从光量子与染料分子的微观作用解释了Lambert-Beer定律的选择吸收性,对于深颜色,高浓度染液的浓度预测有更好的效果,扩大了分光光度计对染液浓度的测量范围,提高了测量精度.     

国产绝对荧光量子产率测量系统的研制

为实现物质荧光量子产率的绝对法测量,研制了一套绝对荧光量子产率测量系统。系统主机采用国产荧光分光光度计,激发和发射波长范围均为200～900 nm。光路设计采用积分球技术,保证了样品的散射和发射光线被充分收集,具备进行绝对法荧光量子产率计算的基础。光谱校正采用罗丹明B量子计数器和标准钨灯相结合的方式,确保测量结果的准确性。研制的荧光量子产率分析软件具备自动光谱校正和自动计算量子产率功能。测试结果表明,系统的测量准确性较高,可满足大部分荧光物质的测试要求。     

Electron microscopy of quantum dots

This brief review describes the different types of semiconductor quantum dot systems, their main applications and which types of microscopy methods are used to characterize them. Emphasis is put on the need for a comprehensive investigation of their size distribution, microstructure, chemical composition, strain state and electronic properties, all of which influence the optical properties and can be measured by different types of imaging, diffraction and spectroscopy methods in an electron microscope.     

CdTe量子点分子印迹传感器对水中磺胺类药物残留的检测

磺胺类抗生素被广泛应用于水产养殖,会对环境造成危害。为了检测水环境中该类药物的浓度,本研究合成了磺胺类药物量子点分子印迹传感器,用于快速检测水样中的磺胺类抗生素。在CdTe量子点表面,以磺胺嘧啶为虚拟模板,采用溶胶-凝胶法合成了具有良好光学性质的分子印迹荧光传感器。通过红外光谱(FT-IR)、透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)对传感器进行了表征,并测试了pH值对测定条件的影响,分析了传感器对不同药物的选择性。印迹聚合物成功接枝在了量子点表面,在pH为8.0时,具有最佳荧光吸收。在该条件下,当磺胺嘧啶在2~10μmol/L的浓度范围内,CdTe@SiO2@MIPs的荧光猝灭率(F0/F)随体系中磺胺嘧啶的浓度变化关系符合SternVolmer方程(R2=0.982 7,n=5)。加标回收率显示,磺胺嘧啶的回收率范围为90.0%~104.4%,相对标准偏差不超过14.7%。实验结果表明制备的CdTe@SiO_2@MIPs可快速灵敏地检测水样中磺胺类药物的残留。     

Coplanar stripline antenna design for optically detected magnetic resonance on semiconductor quantum dots

We report on the development and testing of a coplanar stripline antenna that is designed for integration in a magneto-photoluminescence experiment to allow coherent control of individual electron spins confined in single self-assembled semiconductor quantum dots. We discuss the design criteria for such a structure which is multi-functional in the sense that it serves not only as microwave delivery but also as electrical top gate and shadow mask for the single quantum dot spectroscopy. We present test measurements on hydrogenated amorphous silicon, demonstrating electrically detected magnetic resonance using the in-plane component of the oscillating magnetic field created by the coplanar stripline antenna necessary due to the particular geometry of the quantum dot spectroscopy. From reference measurements using a commercial electron spin resonance setup in combination with finite element calculations simulating the field distribution in the structure, we obtain a magnetic field of 0.12 mT at the position where the quantum dots would be integrated into the device. The corresponding π-pulse time of ≈0.5?μs meets the requirements set by the high sensitivity optical spin read-out scheme developed for the quantum dot.     

卫星光通信天线系统轴向间隔的精确调试方法研究

在卫星光通信系统中，光学天线是影响激光信号发射和接收的关键子系统，干涉仪则是实现其精确装调的有效工具。由于实际使用的干涉仪的波长与光学天线的工作波长通常并不相等，此时利用干涉仪只能完成垂轴像差的调整，而不能完成轴向间隔的精确调试。为实现单波长干涉仪对不同波长光学天线轴向间隔的高精度装调，必须考虑由干涉仪和光学天线的波长差异引入的间隔偏差。根据光学天线在干涉测量装置中的光程差表达式，建立了由波长引起的光学天线物镜和目镜的轴向间隔偏差与干涉条纹变化量的关系式，并据此提出了精确调试光学天线轴向间隔的方法。模拟仿真结果表明，利用该关系式能较精确的完成光学天线轴向间隔的调试，其模拟调试误差小于15%，基本满足卫星光通信终端对光学天线的装调要求。