量子雷达及其研究进展

量子雷达是近年来发展起来的一种新体制雷达,诞生之初便引起了国内外众多学者和研究机构的浓厚兴趣.本文首先从量子雷达技术特点出发,精炼了量子雷达的科学内涵,给出量子雷达基本概念与分类方法,指出其相对于传统雷达的性能优势;然后着眼于量子雷达起源、发展和现状,综述了量子雷达发展历程,总结归纳其具备突破传统雷达在探测、测量和成像等方面性能极限的应用潜力;最后,展望量子雷达的发展前景,提出了量子雷达走向实际应用的若干开放性问题.     

量子雷达探测目标的基本原理与进展

量子雷达作为一种新概念雷达,对经典雷达理论进行了扩展,并具备突破传统雷达在探测和成像等方面性能极限的应用潜力.在量子雷达的众多应用中,实现目标有无的探测是最核心的功能.目前,量子雷达主要包括干涉式量子雷达、接收端量子增强激光雷达和量子照射雷达三种类型.首先通过对量子雷达原理的介绍,梳理量子雷达与经典雷达的关系;然后对三种不同类型量子雷达的优缺点进行分析;最后对量子雷达未来发展中的关键技术进行梳理.     

量子雷达研究进展

量子雷达是一种利用量子资源提升探测性能的新体制雷达,它能够突破传统雷达的性能极限,具有广阔的应用前景。文中从量子雷达的概念内涵出发,阐述了量子雷达的系统架构,并介绍了在量子雷达体制研究、量子态调制技术、量子态传输与散射特性、量子检测技术等方面已开展的工作,最后提出了量子雷达进一步研究亟需解决的关键问题。     

量子通信基本原理简介和BB84协议

量子通信是研究量子力学的基本原理和特性在传统通信领域中应用的一门学科。量子通信具有高效、大容量、远距离和几近绝对安全的特点,是国际量子物理和信息科学研究的热点。文章介绍了量子通信的基本原理及BB84协议。展望了量子通信的未来。     

量子通信与量子计算

量子信息学是物理学目前研究的热门领域，它主要包括量子通信和量子计算，文章简要介绍了量子通信和量子计算的理论框架，包括量子纠缠、量子不可克隆定理、量子密钥分配、量子隐形传态、量子并行计算、Shor以及Grover的量子算法，并介绍该领域的研究进展。     

量子雷达技术发展与展望

量子雷达是一种利用量子现象进行目标状态感知与信息获取的远程传感设备。通过引入量子增强策略,量子雷达的测量可以突破标准量子极限并逼近Heisenberg极限。首先,探讨量子力学在信息获取、传播和处理过程中的推进作用和量子远程传感器的应用需求;随后,着重介绍量子雷达的基本概念和原理,包括量子干涉测量、量子激光雷达和量子照明,对3种量子雷达体制的性能进行了分析;此外,分析量子雷达的技术要点,如量子纠缠源、量子信号的调制与检测、量子雷达的结构以及未来发展方向。     

量子雷达探测中的目标特性

量子雷达具备与经典雷达不同的探测原理和特征,有望为经典雷达探测中面临的难题提供新的解决途径,因此具有重要的应用潜力。目标特性是影响雷达探测效果和获取目标信息的重要研究内容,在量子雷达的探索过程中,对量子探测中目标特性的研究,目前还处在早期,缺少系统的研究。文中尝试对量子探测中的目标特性研究进行初步讨论:基于量子探测中的目标特性概念,讨论量子雷达中量子态信号检测下的目标特性,并对偏振态、纠缠态和压缩态等信号下的量子目标特性进行分析,为以后的研究工作提供参考。     

目标照射雷达

目标照射雷达target illumination radar用来对指定目标提供电磁波照射的富达，以使使该目标的反射波能被另外的传感器接收利用，它的典型应用例子是导弹寻的。在防空系统中，常常是目标跟踪制导雷达的发射波束用于“照射”目标，以使拦截导弹上的半主动雷达能利用被照射目标反射回来的信号实现末端寻的制导。目标照射雷达可以是一个窄波束单目标跟踪雷达，或者是多个能够发射信号并随动于另一跟踪雷达的系统。     

量子雷达应用述评

量子雷达是一种利用量子现象进行目标状态感知与信息获取的远程传感设备,采用微波量子或光量子进行探测,利用量子特性提高其探测、识别和分辨目标的能力。作为一种新概念雷达,量子雷达可以突破标准量子极限并逼近海森堡极限,具有突破传统雷达在探测和成像等方面性能极限的潜力。总结了量子雷达基本概念、研究进展等情况,综合分析了目前研究的初步结论,预测了当前可能的应用方向,最后梳理了量子雷达的重点研究方向。     

信息理论的新进展——量子信息论与量子神经计算

正如信息论是现有通信和信息处理的理论指导一样，基于量子力学原理的量子信息论将成为下一代通信模式－－量子通信的理论基础，量子计算与神经计算相结合的量子神经计算将成为未来信息处理的重要手段。从量子信息基础出发，讨论量子信息论和量子神经计算两个方面，前者涉及量子信源编码、量子纠错编码、量子信道容量计算以及量子信息加密等内容；后者涉及量子神经计算基本原理。并就量子信息理论与现有信息论、经典神经网络与量子神经网络之间的异同之处加以比较。     

在第三方控制下实现量子隐形传输

提出了一种利用两粒子最大纠缠态和三粒子部分纠缠态作为量子通道,成功实现量子隐形传态的方案,其中作为通道的三粒子部分纠缠态可以由一般的GHZ态经过一个H门和CNOT门得到,并且与以往一般的三粒子通道相比,它可以传输更多的信息给接收者。发送者Alice在以Bell基为底的基础上对手中的粒子进行测量,然后把测量结果通过经典信道告诉控制者Charlie,Charlie以非最大纠缠Bell基为底,对粒子进行测量,把结果告诉接收者Bob,最后Bob对粒子进行相应的幺正变换,即可得到最初态。此方案采用非最大纠缠态作为量子通道,在Charlie的控制下,有可能实现传输概率100%的完美传输。     

七位量子信道编码与纠错

在量子网络的两个站点间通信时,一旦数据帧中出现误码就需要重新发送数据帧,此举虽然能够保证数据的正确性,但是在一定程度上增加了信道的压力、降低了通信效率。为了缓解信道压力,从量子态的复制、隐形传送的过程出发,针对现有的量子纠错电路进行分析和改进,设计出了七粒子纠缠态的量子纠错线路,七粒子纠缠态量子纠错可以纠正不多于3位量子态出现的位反转或者位相翻转错误。并对改进前后协议的效率、信道的利用率进行对比,发现改进后的纠错电路能有效提高数据传输的效率,为以后多粒子纠错提供可参考的依据。     

量子信息中的腔QED方案简介

在量子信息领域，腔量子电动力学(Cavity—QED)方案被认为是最有效的量子信息方案之一。随着技术的发展，越来越多的量子信息处理过程可通过腔-QED方案在实验上实现，例如，纠缠态的制备和量子逻辑门的实现。这里，我们将腔-QED的发展作一综述。腔-QED方案的核心就是腔场和原子的相互作用。根据原子的跃频率和场模频率的关系，我们可以将上述相互作用分为两大类：共振相互作用(原子的跃迁频率等于场模频率)和失谐相互作用(原子的跃迁频率与场模频率的失谐量很大)。从这两不同的方案出发，我们都可以实现；纠缠态的制备、未知量子态的隐形传输和量子逻辑门的构建。但是在共振相互作用中，量子信息处理过程对腔的Q值要求很高，这就使得实验实现很困难。而大失谐相互作用对腔的Q值要求大大降低，使得实验实现成为可能。通过比较，我们认为，大失谐方案为量子信息处理开辟了广阔的前景，使量子网络和量子计算机在不久的将来成为可能。     

量子色散消除的研究进展

非局域色散消除是量子纠缠光源的非经典效应之一,在量子信息科学中有着重要的应用。详细介绍了非局域色散消除的概念、研究意义以及近几年国内外的发展状况。对频率纠缠光源的非局域色散消除、Franson干涉仪中的非局域色散消除、Hong-Ou-Mandel干涉仪中的局域色散消除等3种情况的研究进展进行了对比分析。在此基础上,对量子色散消除的研究前景进行了展望。     

V型三能级原子与双模奇偶纠缠相干光场相互作用的量子态保真度

研究了V型三能级原子与双模奇偶纠缠相干光场相互作用系统的量子态保真度,运用数值计算的方法讨论了失谐量、双模光场的强度和原子分布角对量子信息保真度的影响.结果表明:原子的量子态保真度优于系统的或光场的量子态保真度,原子初始处于基态时,原子的保真度好于激发态或叠加态的情况;原子的保真度随着失谐量或双模光场强度的增大而增大;系统的和光场的保真度时间演化特性是相似的.失谐量、双模光场的强度和原子的分布角都对量子态保真度的时间演化曲线的频率有影响.     

量子保密通信系统的分析与研究

对国际上量子保密通信的研究现状进行了概述和分析;介绍了几种具有代表性的量子保密通信系统;分析、比较了各种系统的优缺点,并提出了一种新的实验系统;指出了未来量子保密通信系统的发展方向。     

利用一个两粒子纠缠态实现三粒子GHZ纠缠态的隐形传态

提出利用一个两粒子纠缠态传送N粒子GHZ纠缠态的方案,首先考察三粒子GHZ纠缠态在量子信道是最大纠缠态时情形,然后进一步考察量子信道是非最大纠缠态的情形,发现通过对某些粒子执行H操作和von Neumann测量,并引进两个辅助比特,在非最大纠缠态时还需构造一个幺正变换矩阵,可实现三粒子GHZ纠缠态的隐形传态,最后推广至N粒子,该方案相比其它方案最大的优点是节约了量子信道纠缠资源。     

正则变量的量子隐形传态

利用位置和动量、相位和粒子数这两对正则共轭可观察量,研究了两种不同类型的量子隐形传态方案,把连续变量和分离变量的量子隐形传态统一到正则量子隐形传态的框架中.正则共轭可观察量在量子隐形传态中扮演了三重角色:首先,两个对易的正则可观察量,如相位差和粒子数和的共同本征态提供了一个两系统间的量子通道;其次,对另外两系统的一对正则可观察量进行了Bell基测量;最后,由单个系统的正则共轭观察量构成了两个局域的么正变换以恢复这个未知的量子态.     

利用囚禁离子实现量子博弈

提出了一个利用热囚禁离子来实现两人量子囚徒困境的方案.用双色激光同时照射两个离子,振荡模处于虚激发状态,所以系统对热场不敏感.此外,由于量子博弈中基本的逻辑门可以直接构造,方案相对简单.     

自由空间量子密码术的发展状况

综述了自由空间量子密码术的发展状况。其中包括自由空间量子密码术协议和量子密钥分配过程,以及自由空间量子密码术实验分析。