基于测量的量子线路

量子线路模型是使用最广泛的量子计算模型,它对于量子算法的构造和量子计算机的物理实现提供了一个基本框架.利用测量演算和分布式量子计算的基本思想,提出了测量量子线路模型(measurement quantum circuits model).测量量子线路主要考虑测量结果对酉运算的影响,测量结果和酉运算之间的关系以及测量基量子线路的在纯态和混合态上的作用.讨论了2个基元运算的并运算,以及连接运算,它们都是封闭的.基于此,定义测量量子线路的基本运算元,并证明任何一个测量量子线路是一个量子运算并举例得以说明.     

基于无线传感器网络的管道检测精确定位

为了对大范围的工业管道检测装置进行精确定位,采用无线传感器网络,在工业管道外布置磁传感器模块来测量管道检测装置的磁信号.每个磁传感器模块由磁传感单元、处理单元、收发单元、电源单元等功能模块组成.磁传感器模块的测量数据由无线传感器网络传送到处理中心.处理中心依据无线传感器网络发回的磁信号数据,由磁定位算法计算得到管道检测装置所处的精确位置,从而实现管道检测位置的精确定位.     

量子点生物传感器及其在生物医学分析检测中的应用

综述了基于新型半导体纳米材料—量子点(QDs)的各种生物传感器如荧光生物传感器、微流控芯片生物传感器、光纤生物传感器、适配体生物传感器、分子马达生物传感器等的原理、特点,并对其在生物医学分析检测中的应用与其发展的局限性与发展前景进行了综述.     

量子结构光电传感器读出电路的成像系统

针对目前国内CMOS量子结构光电传感器件调测、应用技术的缺乏与不足,设计了一种由低维量子结构光电传感器读出电路、ARM和通用计算机成像软件3部分模块组成的光电成像系统;利用单片ARM实现对读出电路模块的控制和数据采集,以USB方式通信,在通用计算机上编写设备驱动和成像软件呈现光电传感器所对景象的灰度图像;系统硬件简洁,可通过计算机图形化界面灵活,精确地控制光电传感器件积分时阃、偏压等参数,并有效获取传感器输出值;应用结果表明,系统为光电传感器的测量、调试以及应用开发提供了极大便利.     

基于触须传感器的风速测量研究

动物触须能够很好地感知外部环境,包括气流的信息.借鉴动物触须系统,用PSD作为位置检测元件设计了触须传感器以弥补现有风速测量装置存在的不足,并将其用于风速测量实验.将触须传感器置于不同强度以及不同方向的风速场中进行实验,结果表明,触须传感器不仅能够很好地测量风速的大小,而且在测量风速方向方面也具有很好的效果.     

基于量子坍缩形态算子的椒盐噪声去除算法

为解决以均方差为量子测量算子构造的量子坍缩形态滤波器去除高密度椒盐噪声的不足,提出一种基于量子坍缩形态算子的椒盐噪声去除方法.基于椒盐噪声的特点,构造一个简单的噪声检测算子;由噪声检测算子生成的标记图像构造新的量子测量算子;为更好地保留图像的细节信息,只对可能噪声点进行量子坍缩形态滤波.仿真结果表明,该方法能有效去除高浓度的椒盐噪声,相比其它滤波算法,具有更强的噪声去除能力和更短的处理时间.     

基于电容传感器的高精度液位检测装置设计

设计了一种使用电容传感器的液位检测装置。检测装置采用TI的电容传感器FDC2214进行多通道电容检测,检测出的电容数字量经I2C总线送下位机换算出当前液位高度后发送至上位机LabVIEW显示。该装置采用容器与电容极板相分离的非接触测量设计,能快速便捷地检测不同液体的液位。实验结果表明,该装置应用场合广泛,能测量0～100 mm液位高度,测量相对误差为4%,为非接触测量液位提供了参考方案。     

压电传感器在动平衡测量系统中的设计与应用

传感器是动平衡测量系统中的重要元件之一,是一种将不平衡量产生的振动信号不失真地转变成电信号的装置.利用压电式力传感器作为动平衡测量系统中的敏感元件来测量不平衡质量引起的振动.重点阐述了该压电式力传感器的结构设计、安装位置设计及振动信号检测中的关键问题.同时,详细分析了该传感器的信号调理电路特点.现场实验结果表明,设计的压电式力传感器在动平衡测量中的性能良好.     

基于四粒子W态的量子密钥分配协议

量子的纠缠特性可以有效并且安全地应用于量子秘钥分配协议。提出一个基于四粒子W态的密钥分配协议。利用量子W态在量子比特丢失后拥有较强鲁棒性的特点,通过使用不同的测量基把检测信道和生成密钥的粒子区分开来,经贝尔测量和与运算使通信双方生成一致的密钥。除了用于信道检测的粒子外,其余的粒子都参与了最后密钥的生成,使得粒子的利用率较高。最后,对提出的四粒子W态的密钥分配协议的安全性进行了分析。     

光纤振动传感器

介绍一种能测量微机械结构振动频率的光纤振动传感器.较详细地介绍了该传感器的工作原理和结构特点,并对其线性检测范围进行了理论分析.这种传感器能检测振幅为1μm的振动.     

量子态估计简介及其在超导电路电动力学系统中的应用

量子态估计是量子计算以及量子调控的基础,一般分为量子态层析,即对未知量子态(或过程的初态)进行估计,以及量子滤波,即对量子态进行实时的估计.本文首先介绍了近年来量子态层析技术新的进展,内容包括极大似然方法,压缩感知方法和线性回归方法,并分析了它们的适用范围及各自的优缺点.进一步,基于量子计算的成熟载体超导电路电动力学系统,介绍了基于连续弱测量对量子态进行实时估计的贝叶斯方法,并分析了贝叶斯估计的适用情形.进一步,通过仿真实现了量子贝叶斯估计,可以很容易发现贝叶斯方法能够精确地实时追踪量子态的演化.     

基于QDP的蝶形量子网络编码方案

当前已有的蝶形量子网络方案多数只能完成量子态经公共信道进行交叉传输,并且为实现蝶形网络的量子态无损传输,通常需要消耗纠缠资源。结合量子直接传态方案中态传输的方法,提出一种在蝶形网络中传输任意已知单量子态的网络编码方案。利用处于基态的单粒子作为量子寄存器,实现每个接收节点均能同时接收到来自全部发送节点发送的不同量子态。整个通信过程不需要使用纠缠资源和测量操作,仅通过各节点执行相关酉操作即可完成通信。并且将该方案扩展至采用多种形式的量子态作为寄存器以及发送节点和接收节点个数更多的情况。     

How Do Two Observers Pool Their Knowledge About a Quantum System?

In the theory of classical statistical inference one can derive a simple rule by which two or more observers may combine independently obtained states of knowledge together to form a new state of knowledge, which is the state which would be possessed by someone having the combined information of both observers. Moreover, this combined state of knowledge can be found without reference to the manner in which the respective observers obtained their information. However, we show that in general this is not possible for quantum states of knowledge; in order to combine two quantum states of knowledge to obtain the state resulting from the combined information of both observers, these observers must also possess information about how their respective states of knowledge were obtained. Nevertheless, we emphasize this does not preclude the possibility that a unique, well motivated rule for combining quantum states of knowledge without reference to a measurement history could be found. We examine both the direct quantum analog of the classical problem, and that of quantum state-estimation, which corresponds to a variant in which the observers share a specific kind of prior information. PACS: 03.67.-a, 02.50.-r, 03.65.Bz     

基于GHZ态的无酉操作多方量子秘密共享方案

为了简化多方量子秘密共享协议,利用Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）态和互补基特性,提出了一种简单高效的多方量子秘密共享方案。该方案无需进行任何酉操作,发送方和多个接收方之间只需一次量子通信,并使用互补基进行测量即可完成信道安全检测和秘密共享。除去少量用于检测量子信道安全的粒子,其余每个GHZ态粒子共享一个比特的经典信息。安全性分析表明该方案是安全可靠的。     

Performance Analysis for Brandt’s Conclusive Entangling Probe

The Fuchs–Peres–Brandt (FPB) probe realizes the most powerful individual attack on Bennett-Brassard 1984 quantum key distribution by means of a single controlled-NOT gate in which Alice’s transmitted qubit becomes the control-qubit input, Bob’s received qubit is the control-qubit output, and Eve supplies the target-qubit input and measures the target-qubit output. The FPB probe uses the minimum-error-probability projective measurement for discriminating between the target-qubit output states that are perfectly correlated with Bob’s sifted bit value when that bit is correctly received. This paper analyzes a recently proposed modification of the FPB attack in which Eve’s projective measurement is replaced by a probability operator-valued measurement chosen to unambiguously discriminate between the same two target-qubit output states. PACS: 03.67.Dd, 03.67.Hk, 03.65.Ta.     

Quantum probabilistically cloning and computation

In this article we make a review on the usefulness of probabilistically cloning and present examples of quantum computation tasks for which quantum cloning offers an advantage which cannot be matched by any approach that does not resort to it. In these quantum computations, one needs to distribute quantum information contained in states about which we have some partial information. To perform quantum computations, one uses state-dependent probabilistic quantum cloning procedure to distribute quantum information in the middle of a quantum computation. And we discuss the achievable efficiencies and the efficient quantum logic network for probabilistic cloning the quantum states used in implementing quantum computation tasks for which cloning provides enhancement in performance.     

基于对称W态和身份认证的安全量子通信协议

由于W态纠缠的强鲁棒性,它被认为是更适用于量子信息处理和量子安全通信的信息载体。针对4粒子W态或3粒子非对称W态量子直接通信效率低下或物理实现困难等缺陷,利用3粒子对称W态和量子身份认证机制,提出了一种新的确定型安全量子通信协议。该协议由认证码生成、量子态准备、量子态分发、安全检测与身份认证和消息通信五阶段组成,通信双方只需进行两粒子Bell基、单粒子Z基或X基测量,通信效率也有所提高,即1个3粒子W态传输1经典比特信息。安全分析证明该协议能有效抵抗各类窃听者Eve攻击和伪装攻击,具有较好的安全特性。     

Topical Review: Optimum Probe Parameters for Entangling Probe in Quantum Key Distribution

For the four-state protocol of quantum key distribution, optimum sets of probe parameters are calculated for the most general unitary probe in which each individual transmitted photon is made to interact with the probe so that the signal and the probe are left in an entangled state, and projective measurement by the probe, made subsequent to projective measurement by the legitimate receiver, yields information about the signal state. The probe optimization is based on maximizing the Renyi information gain by the probe on corrected data for a given error rate induced by the probe in the legitimate receiver. An arbitrary angle is included between the nonorthogonal linear polarization states of the signal photons. Two sets of optimum probe parameters are determined which both correspond to the same optimization. Also, a larger set of optimum probe parameters is found than was known previously for the standard BB84 protocol. A detailed comparison is made between the complete and incomplete optimizations, and the latter simpler optimization is also made complete. Also, the process of key distillation from the quantum transmission in quantum key distribution is reviewed, with the objective of calculating the secrecy capacity of the four-state protocol in the presence of the eavesdropping probe. Emphasis is placed on information leakage to the probe. PACS: 03.67.Dd; 03.67.Hk; 03.65.Ta     

基于两步测量方法及其最少观测次数的任意量子纯态估计

量子状态层析所需要的完备观测次数d~2(d=2~n)随着状态的量子位数n的增加呈指数增长,这使得对高维量子态的层析变得十分困难.本文提出一种基于两步测量的量子态估计方法,可以对任意量子纯态的估计提供最少的观测次数.本文证明:当选择泡利观测算符,采用本文所提出的量子态估计方法对d=2n维希尔伯特空间中的任意n量子位纯态进行重构时,如果为本征态,那么所需最少观测次数memin仅为memin=n;对于包含l(2 6 l 6 d)个非零本征值的叠加态,重构所需最少观测次数msmin满足msmin=d+2l..3,此数目远小于压缩传感理论给出的量子态重构所需测量配置数目O(rd log d),以及目前已发表论文给出的纯态唯一确定所需最少观测次数4d..5.同时给出最少观测次数对应的最优观测算符集的构建方案,并通过仿真实验对本文所提出的量子态估计方法进行验证,实验中重构保真度均达到97%以上.     

量子衍生自适应中值滤波

受量子信息处理理论的启发,提出了一种基于量子测量和量子态坍缩的自适应中值滤波原理。在提出的中值滤波中,移动窗内的图像像素采用量子叠加态表示,通过由窗内像素特征生成的测量算子对窗口图像的作用调整中值运算窗口的大小和形状。一种测量算子的生成方法被提出。计算机仿真表明,所提出的中值滤波器与传统的中值滤波器相比,具有更好的滤波效果。