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2024年08月05日
- 全部过刊
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2024, 73 (18): 180301.
出版时间: 2024-09-20
摘要 +
大规模广域量子网络的构建需要在量子节点之间进行纠缠交换及量子中继等过程, 基于自发拉曼散射过程在冷原子中制备空间复用、时间复用以及多模式复用的光与原子纠缠界面为实现量子中继提供有效技术途径, 其中读出效率的高低具有至关重要的作用. 通过设计可扩展型脉冲光制备技术及能级的合理选择, 本文构建了具有高效率的六路时间复用的光与原子纠缠源. 实现纠缠源纠缠产生概率5.83倍的增强, 同时读出效率约38%, 对应Bell参数约为2.35. 本研究成果为长距离量子通信及广域大规模量子网络构建提供有效资源及技术支撑.
摘要 +
目前, 基于纠缠态的量子秘密共享(quantum secret sharing, QSS)方案未充分利用纠缠态的概率振幅潜力. 然而, 纠缠态的概率振幅是量子信息学的一个关键特性, 在量子计算和量子通信等领域有着广泛的应用潜力. 值得注意的是, 纠缠态可以通过矩阵乘积态(matrix product state, MPS)有效表达. 利用MPS对纠缠态进行表征, 能够准确地揭示与概率振幅相关的纠缠特性. 本研究证明利用MPS表征纠缠态, 可以将一个W态压缩为一个单光子和一个矩阵, 展示一种新的技术路径. 此外, 本研究还提出MPS与秘密共享方案之间的创新互操作性, 即通过压缩允许量子份额与共享的量子态之间形成非一对一的映射关系. 这种方法可能提供一种更高效的方式来实现量子信息的编码和传输, 对于量子秘密共享尤为重要. 同时, 我们提出的QSS方案具有动态特性, 能够根据需要轻松地添加或移除参与者, 以更好地适应参与者需求的变化, 并在实际应用场景中展现出更高的实用性和适应性. 本文的方案能够在保持高效纠缠利用的同时, 满足系统的多元需求, 包括但不限于通信安全性、数据传输率和系统的可扩展性.
摘要 +
基于局部有源离散忆阻器构建一种能够产生任意数量共存吸引子的分数阶忆阻Henon映射. 该映射的不动点数量由忆阻器内部参数控制, 实现可控的同质多稳定性, 适合基于混沌的工程应用. 通过相图、分岔图、最大Lyapunov指数和吸引盆等方法揭示该映射的复杂动力学行为. 数值模拟结果表明, 该分数阶映射能够产生各种周期轨道、混沌吸引子和倍周期分岔等现象. 随后使用ARM数字平台实现该系统, 实验结果验证其物理可实现性. 最后, 基于该映射设计一种视频加密算法, 并通过安全性分析验证该加密算法能够有效保证视频的安全传输.
摘要 +
Pre-Bötzinger复合体是哺乳类动物呼吸节律起源的关键部位. 外周化学感受器可通过监测血液中氧气和二氧化碳浓度的变化, 显著影响呼吸节律. 本文基于pre-Bötzinger复合体神经元, 同时考虑运动池、肺容积、肺氧、血氧以及化学感受器等因素, 建立了电磁感应驱动的闭环呼吸控制模型. 研究发现, 在不同电磁感应驱动下, 系统的缺氧反应受到磁流反馈系数的控制. 通过分岔分析和数值模拟, 揭示了磁流反馈系数对呼吸节律的恢复能力具有显著影响, 并阐明了产生不同缺氧反应的动力学机制. 此外, 研究发现在电磁感应驱动下, 闭环系统中混合簇放电节律能够自动恢复的条件为缺氧扰动前后的分岔结构完全相同; 而当缺氧扰动前后的分岔结构不同, 系统中混合簇放电节律则不能自动恢复. 对于较轻电磁感应驱动下不能自动恢复的情形, 适当增大磁流反馈系数能使系统自动恢复, 这与Hopf分岔、极限环的鞍结分岔密切相关. 本研究有助于理解呼吸中枢与外周化学感受反馈的相互作用对呼吸节律的影响以及外部感应对缺氧反应的控制作用.
摘要 +
针对一类具有更复杂动力学行为的忆阻混沌系统, 本文基于新型幂次趋近律设计两种滑模控制协议分别实现了系统的有限时间、固定时间同步. 首先对于有限时间同步问题, 基于Lyapunov稳定性理论和有限时间稳定性理论, 推导了实现全局有限时间同步的充分条件, 得到了与系统初始条件有关的稳定时间上限, 并证明了系统的稳定性. 对于固定时间同步问题, 利用固定时间稳定性理论, 推导得到不随系统初始值变化的收敛时间上确界. 最后, 通过设置两组对照实验, 比较了两种滑模控制律对系统同步状态的影响, 其仿真结果与数值分析相符, 从而验证了本文的有效性和可行性.
摘要 +
针对机载探测系统的小型化、多角度、多高度、快速同时获取大气多污染物的技术需求, 研制了一套融合多传感实现不同高度和不同方位角的轻量化、低成本的小型差分光学吸收二维机载观测系统, 并将其搭建于旋翼无人机平台上应用于大气环境污染物的观测. 本文详细介绍了研制的旋翼无人机平台和机载差分光学吸收系统构成, 开展了系统稳定性研究, 机载设备偏航角、翻滚角以及俯仰角的角度偏差均值分别为0.07°, –0.13°, –0.12°, 满足监测稳定性要求. 将机载系统与商用地基差分光学吸收系统进行比对观测实验, 比对结果显示二者监测数据相关系数均大于0.92. 最后利用该机载系统开展外场飞行实验, 机载差分系统分别飞行距离水平面至30, 60, 90 m高度进行观测, 观测时仰角设置为0°, 方位角从0°到360°每隔30°进行一次测量, 获得了不同方位角以及不同高度下的NO2, SO2, HCHO浓度分布信息. 研究结果表明该研发系统满足大气多污染物同时快速多角度多高度的探测技术需求.
摘要 +
设计了一种由椭圆介电柱子组成的正方晶格光子晶体结构. 通过调节椭圆柱子的大小和放置角度, 在布里渊区中心同时实现两个不同频率的双重偶然简并, 并获得两个不同波段的半狄拉克锥. 更有趣的是, 这两个半狄拉克锥沿椭圆柱子长轴和短轴两个方向表现出的线性和非线性色散关系正好相反,
${\boldsymbol{k}} \cdot {\boldsymbol{p}}$
微扰理论也进一步证实了这种奇异的色散关系. 数值计算结果表明在两个半狄拉克点频率附近, 本文所设计的正方晶格光子晶体在线性色散所在方向上等效为阻抗匹配的双零折射率材料, 而在非线性色散所在方向上只能等效为单零折射率材料, 即沿椭圆柱子长轴和短轴两个方向的等效零折射率展现出差异性. 而两个不同波段的半狄拉克锥所对应的这种等效零折射率的各向异性截然相反, 因此可利用“Y”型光子晶体板将两种不同频率的电磁波成功分离.
摘要 +
末态粒子的平均横动量
$\langle p_{\mathrm{T}}\rangle$
是高能重离子碰撞实验中的一个重要观测量. 它反映了软质强子的特性和热核物质的性质, 对其研究有助于获取碰撞系统的演化信息与规律. 基于相对论重离子对撞机(RHIC)上的STAR、PHENIX实验组和大型强子对撞机(LHC)的ALICE实验组提供的金核-金核(Au+Au)和铅核-铅核(Pb+Pb)碰撞中心快度区实验数据, 唯象公式能很好地描述不同碰撞能量下, 鉴别粒子平均横动量
$\langle p_{\mathrm{T}}\rangle$
随碰撞中心度、每核子对的平均碰撞次数、每核子对平均产生的带电粒子多重数赝快度密度及每次碰撞平均产生的带电粒子多重数赝快度密度的依赖关系. 结果表明, 鉴别粒子平均横动量
$\langle p_{\mathrm{T}}\rangle$
与碰撞中心度呈线性关系, 而与每核子对的平均碰撞次数
$ {2N_{{\mathrm{coll}}}}/{N_{{\mathrm{part}}}}$
、每核子对平均产生的带电粒子多重数赝快度密度
$\dfrac{2}{N_{{\mathrm{part}}}}\dfrac{{\mathrm{d}}N_{{\mathrm{ch}}}}{{\mathrm{d}}\eta}$
及每次碰撞平均产生的带电粒子多重数赝快度密度
$\dfrac{1}{N_{{\mathrm{coll}}}}\dfrac{{\mathrm{d}}N_{{\mathrm{ch}}}}{{\mathrm{d}}\eta}$
呈幂律关系. 同时, 发现鉴别粒子平均横动量
$\langle p_{\mathrm{T}}\rangle$
与碰撞中心度以及每核子对的平均碰撞次数唯象公式中的拟合参数与碰撞能量呈现非常好的幂律函数关系. 因此, 碰撞中心度及每核子对的平均碰撞次数是研究鉴别粒子平均横动量的优选物理量. 本文结果可用于对实验上在其他碰撞能量下鉴别粒子平均横动量的预测.
摘要 +
磷化铟作为重要的第二代半导体材料, 具有禁带宽度大、电子迁移率高、光电转换效率高、抗辐照性能强等优点, 是制备航天器电子器件优良材料之一. 但空间辐射粒子在磷化铟电子器件中会产生点缺陷, 导致其电学性能发生严重下降. 本文采用第一性原理方法对磷化铟中点缺陷的稳态结构进行研究, 并计算了最近邻位点的缺陷迁移能. 通过构建不同电荷态点缺陷的稳态结构, 发现了4种稳态结构的铟间隙和3种稳态结构磷间隙. 研究空位点缺陷的迁移过程, 发现磷空位比铟空位迁移能高, 同时带电空位点缺陷迁移能高于中性空位. 对于间隙点缺陷迁移过程的研究发现, 相较于空位点缺陷, 间隙点缺陷迁移能更小. 在不同电荷态的铟间隙迁移过程计算中, 发现了两种不同的迁移过程. 计算磷间隙的迁移过程, 发现了特殊的中间态结构引起多路径迁移情况. 研究结果有助于深入了解磷化铟材料中缺陷的形成机制和迁移行为, 对于设计和制造空间环境中长期稳定运行的磷化铟器件有重要意义.
2024, 73 (18): 183301.
出版时间: 2024-09-20
摘要 +
使用溶胶-凝胶法在单晶硅衬底上制备一批不同Zn2+成分调节的TiO2薄膜, 观测Zn2+和TiO2合金化过程中光学和光催化性能的变化. X射线衍射光谱仪用于观测在合金化过程中薄膜的晶体结构变化并追踪ZnTiO3化合物的形成. 扫描电子显微镜、原子力显微镜用于观测合金化过程中因TiO2晶格对Zn2+溶解度有限而导致薄膜表面出现大量孔洞的现象. X射线光电子能谱和光学带隙用于观测Zn2+与TiO2合金化过程中电子结构层面的变化. 最后, 通过降解亚甲基蓝(MB)溶液, 表明少量Zn2+掺杂完全溶解在TiO2中, 并破坏TiO2结晶质量. 在Zn2+的成分占比继续提高至15%的过程中, XPS峰形拟合结果验证了TiO2对Zn2+的溶解度有限, 导致薄膜出现大量孔洞结构, 薄膜的活性比表面积得以提升, 同时Zn2+可以有效地捕获光生e–/h+. 为了继续观察Zn2+浓度对TiO2的影响, 将Zn2+的浓度提升至40%, 观察Zn2+与TiO2合金化过程中的现象. 表明化合物ZnTiO3的出现可以充当e–/h+的复合中心以及TiO2占比的大幅下降导致合金化之后的薄膜光催化效率逐渐下降.
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