量子外差精密测量及微弱信号感知技术综述

单光子探测技术和激光外差探测技术是探测微弱光信号的重要手段,通过微弱光信号提取目标多维信息是目前激光感知的重要领域。但是在实际应用中背景噪声以及信号光的退相干,会严重影响单光子探测技术以及外差探测技术对于目标多维信息的感知。在探测微弱光信号时的这些问题通过传统方案很难被有效的解决。量子外差精密测量方法是在单光子探测的基础上结合外差探测的一种新测量方法,可以解决单光子探测探测灵敏度受背景噪声限制的缺点。并且量子外差对本振光强度要求极低,可以有效降低大阵列外差探测对于本振强度的要求。文中进一步总结并分析了量子外差精密测量方法的研究动态。通过现有研究成果的梳理和分析有助于深入理解和把握目前量子外差精密测量方法的研究现状和问题,为量子外差精密测量方法未来发展奠定基础。     

基于超导差分加速度测量原理的微推力测量方案

随着微推进技术的快速发展,微推力器推力的测试与标定也日益困难。为实现微推力的精密测量和动态特性测试,通过分析超导重力梯度仪的差分加速度测量原理、仪器的构成和原理电路等,提出了一种基于高温超导差分加速度测量原理和SQUID检测技术微推力测量方案,其推力测量范围为10^-7-10^-2N、测量频带从直流至4Hz。根据检验质量的动力学方程和超导回路磁通量守恒方程,导出了推力与输出差分电流的传递函数,分析了影响测量的主要噪声。方案可应用于微推力的测量,并有进一步提高推力测量精度的潜力。     

用于焦耳天平的两种直流互感测量方法的比较分析

我国焦耳天平方案联系磁能量差和重力势能差来建立量子质量基准,直流互感的精密测量是此方案最为关键的技术之一.针对这一难题,近几年分别提出了低频交流外推法和标准方波补偿法来精确得到互感的直流值.在分析互感频率特性的基础上分别介绍了两种方法的测量原理,并对两种方法的测量结果进行了比较,同时分析指出了两种方法可能存在的问题和相应对策.目前初步实验结果表明,两种方法的一致性达到1.1×10-6.     

电镜图像的量子衍生增强算法

在量子信息处理框架下,从像素灰度归一化、像素量子态表示、量子测量、测量结果映射等方面,总结了现有量子衍生图像增强算法的处理流程。以 SARS-CoV-2 新冠病毒电镜图像增强为样本,结合实验分析,改进了量子衍生增强算子的加权方式,提出了灰度变换可调参数优化值的非迭代式确定算子。实验结果表明,量子衍生增强算法综合考虑了电镜图像的全局与局部信息,兼顾了对电镜图像对比度与亮度的调节,图像细节清晰、明暗适宜。     

基于悬浮光力学的惯性传感颠覆性技术

悬浮光力学是光力学与量子光学结合的产物,为微纳机械振子的控制和测量提供了一种全新的量子方法,这种方法具有前所未有的观测精度,可接近甚至突破标准量子极限,具有广阔的发展和应用前景。目前国际上已在室温下利用此系统实现了力、力矩、位移、加速度等多个物理量的极高灵敏度测量。本文综述了悬浮光力学的研究现状及国内外在精密传感与测量方面的进展。作为近年来发展起来的一种前沿技术,悬浮光力学已逐渐从基础研究走向应用,特别是对惯性传感与精密测量领域有重要的应用前景。最后提出了发展基于悬浮光力学的惯性传感颠覆性技术的建议,为我国惯性传感与量子精密测量技术发展规划的制定提供参考。     

精密测量和加工中的激光技术

激光具有高方向性、高单色性、高相干性以及普通光源达不到的能量密度等优点。近年来,由于激光技术具有高准确度、非接触、稳定性好等独特优点,在精密加工和测量领域受到了广泛关注。本文综述了激光技术在精密测量和加工领域的应用现状,并根据其测量原理和应用场景的不同进行分类和总结。在现有发展现状的基础上,对激光技术在精密测量和加工领域的发展趋势进行了分析和展望,为进一步推动激光技术在精密测量和精密加工领域的应用提供参考。     

基于衍射光学器件的芯片尺度激光冷却原子研究

冷原子系统为量子精密测量过程提供了一种接近于静止的测量介质,从而避免了热原子工作介质中存在的频移和展宽,使得测量结果更加精确。但是目前量子精密测量系统中原子冷却部分体积庞大、结构复杂,不利于实现可分发量子计量标准系统的小型化。为了解决现有磁光阱系统复杂的问题,采取衍射光栅芯片与原子冷却俘获相结合的方案,通过线性光栅对单束入射光波进行相位调制,成功实现芯片尺度下原子的冷却。微小型化磁光阱核心芯片的制备,搭建了光学结构简单的磁光阱系统,为未来进一步实现磁光阱整体系统微小型化奠定了坚实基础。     

计量,你往何处去？

测量科学－计量已经成为工业化国家基础技术的核心部分。在ＢＩＰＭ协调下，国家计量研究院负责对国际单位制的实现，保存与传递为用户提供有效的精密测量。宏观量子效应的发现向我们展开邮复现某些电学单位的方法，用这种方法获得的不确定度明显小于按ＳＩ定义电学单位直接实现得到的不确定度。可见，对单位进行复现已成为提高ＳＩ单位的保存和传递质量的最重要手段。本文着重介绍它的优点：这种方法通常，也必将扩展到除电学单位以     

磁感应强度基准技术评述

从不确定度和应用情况等方面介绍了当前磁感应强度量值单位的几类基准,包括基于计算线圈的实物基准、基于核磁共振原理的量子基准和基于质子旋磁比的基本物理常数基准。量子精密测量领域近年来发展迅速,出现了比传统核磁共振基准的准确度更高的原子磁共振量子基准、可以进一步拓展核磁共振基准的量值下限的超导-核磁共振技术等新进展。重点评述了现有的磁感应强度的量子基准,并介绍了一些有望进一步拓展磁学计量前沿的新进展。     

美国生产出99.9999%最高纯度硅可为量子计算铺路

正继去年获得纯度高达5个9(99.9998%)的硅后,美国国家标准与技术研究院的团队又一次刷新纪录:他们使用一项相对简单的技术,生产出了可能是目前纯度最高的硅,该材料99.9999%以上的成分为硅28,仅有不到百万分之一为不确定的同位素硅29。许多量子计算方案需要同位素纯硅,比如用作衬底,在其上嵌入量子位(存储信息的量子比特)。项目负责人、该研究院物理测量实验室量子工序和计量学组的乔希·波默罗伊表示,"眼下面临的真正挑战是如     

基于里德堡原子的微波功率精密测量

提出一种基于里德堡原子量子相干效应的功率测量新方法。将装有铷蒸气的低电磁扰动原子气室置于特定的导波系统中,基于里德堡原子量子相干效应将对导波电场测量转化为对原子吸收光谱的探测,利用功率和导波电场的解析量化关系,实现一种全新的可溯源至普朗克常数的微波功率测量。在10.22GHz频率处与传统功率测量进行比较,-40dBm至-20dBm的功率范围内两者平均偏差为0.08dB(1.86%)。这种全新的微波功率量子测量方法具有灵敏度高、动态范围大、测量不确定度小等优势,有望形成新一代可直接溯源至国际单位制(SI)的微波功率基准。     

电磁计量学研究进展评述

2019年5月20日,国际单位制(SI)实现了7个基本单位均以基本物理常数为基准,计量体系迎来“计量单位量子化”和“量值传递扁平化”重大变革。电磁计量在计量学领域中占据极为重要的地位,开展电磁计量研究对保持我国量值传递先进性、促进计量学新发展具有重要意义。介绍了电磁计量的基本特性,综述了其在量子标准及芯片、能量天平、交流电量计量、交流阻抗及比率计量、高压计量、磁参量计量等方面的国内外发展现状,对电磁计量科学技术的发展趋势进行了展望。     

物理学与计量学—21世纪的计量学

回顾物理学与计量滨发展历史，指出建立在经典物理学基础上的计量单位制存在的问题。分析２１世纪物理学的研究重点及其与计量学密不可分的关系，并讨论了高新技术的发展对量子计量学的需求，以及计量学对地社会安全与安定所起的重要作用。     

当代计量科学发展的新趋势

回顾了计量科学在日常生活和科学研究方面的重要性,指出以实物计量基准建立的计量单位制存在的问题.分析了以基本物理常数(真空光速值c0,元电荷e,普朗克常数h,波尔兹曼常数kB和阿伏加德罗常数NA)和原子的物理特性(约瑟夫森效应和量子霍尔效应)进行计量基本单位量子化研究的重要性和紧迫性.介绍了长度、质量、电学量、温度和时间等计量基本单位量子化研究的新趋势.简单介绍了欧盟计量科学研究计划新动向.     

System approach to metrology of quantum multiparticle systems

Features of the metrology of quantum multiparticle systems in connection with general system theory and representational theory are considered. Quantitative characteristics of the periodic system of elements (PSE) are introduced and studied, including property correlation, and also system hierarchies are considered leading to its analysis and possible application of nanosystems and quantum computers. __________ Translated from Izmeritel’naya Tekhnika, No. 4. pp. 3–7, April, 2008.     

普朗克常数精密测量的历史和现状

普朗克常数是量子世界和可观测量子效应的基本标志。作为物理学中基本物理常数之一,它的精确测定对于质量计量的物理基准建立、量子效应精密测量及早期宇宙大爆炸物理特性研究等都有重要意义。经过一百多年来各种间接和直接方法测量,普朗克常数的精确值2019年才被定义。系统地回顾了这一历史进程,并展望普朗克常数精密测量领域的未来发展。     

关于计量单位向量子基准发展的趋势

本文从计量学的基本特性出发,讨论了计量单位由实物基准向量子基准发展的必然性,提出了 SI 的几个单位建立量子基准的初步构想,最后还指出了基本物理常数及共组合与计量单位的对应关系以及精测这些常数的重要性。     

石墨烯在量子霍尔电阻中的应用

基于砷化镓的量子霍尔电阻自然基准需要在约1.5K的温度条件下运行,存在成本高和操作复杂等诸多问题。随着石墨烯材料独特电性能的发现,因其可以在约4.2K的温度复现量子霍尔效应而成为制作量子霍尔电阻的理想材料。各国专家围绕石墨烯在电学计量领域的应用开展了大量的工作,取得了可喜的进展。对当前石墨烯在量子霍尔电阻中应用的进展和存在的问题进行了总结,并对未来的发展进行了展望。     

Roundness inspection strategies for machine visions using non-linear programs and genetic algorithms

This study proposes the inspection strategies of computational metrology for roundness measurement and roundness feasibility analysis with respect to ANSI Y14.5M-1994 standard. The roundness measurements are formulated as constrained non-linear programs, and optimization techniques are applied to locate the optimality. Through reformulating the geometric conditions and adding further constraints to the roundness measurement problems, the analysis of roundness inspection can be made by only investigating the feasibility of the constrained non-linear programs instead of advancing to the optimality. Two approaches of computational metrology based on genetic algorithms (GAs) are proposed to explore the optimality of roundness measurements and the roundness feasibility analysis, respectively. Finally, real data generated from machine visions and simulation data generated from analytical curves are used to test the proposed GA-based roundness assessment approaches. The experimental results indicate that the proposed algorithms are practical for on-line implementation to the roundness measurement and roundness feasibility analysis. Furthermore, the proposed computational strategy for the roundness feasibility analysis performs efficiently if the tolerance size is adequately specified and the process capability is stable.