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Vol.73 No.23
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2024年11月20日
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Vol.73 No.21
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2024年10月20日
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摘要 +
寻找尺寸小、稳定性高和易操控的纳米磁结构——磁斯格明子(magnetic skyrmion), 是发展下一代高密度、高速度和低能耗非易失性信息存储器件核心存储单元的关键. 磁性斯格明子根据其拓扑产生机制, 可以由非中心对称结构诱导的DMI (Dzyaloshinskii–Moriya interaction)作用项产生. 二维Janus结构具有两个不同面的原子层, 可以形成垂直内建电场, 打破中心空间反演对称性. 因此寻找具有本征磁性的二维Janus材料是研究新型磁存储的基础. 本文基于晶体材料数据库Materials Project中的1179种六角晶系ABC型Janus材料数据, 以其元素组分信息为特征描述符, 构建了随机森林、梯度提升决策树、极端梯度提升和极端随机树等四种机器学习模型, 基于上述模型对晶格常数、形成能和磁矩分类进行了预测, 并采用十折交叉验证法对模型进行了评估. 梯度提升决策树在磁矩分类预测显示出最高的精度和泛化能力. 最后, 基于上述模型对尚未发现的82018种二维Janus材料进行了预测, 筛选得到4024种具有热稳定性的高磁矩结构, 并基于第一性原理的方法对其中随机抽样的13种高磁矩结构进行了计算验证. 本研究为二维Janus材料磁矩分类和高通量筛选训练了有效的机器学习模型, 加速了二维Janus结构磁性的探索. 本文数据集可在https://doi.org/10.57760/sciencedb.j00213.00072 中访问获取.
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热反射技术是测量块体和薄膜材料热物性的重要工具, 但参数间复杂的相互关系为数据解析带来挑战. 本文以频域热反射法(FDTR)为例, 利用奇异值分解(SVD)对热反射信号进行了深入分析, 系统地揭示了不同变量之间的关联, 并提出了热反射实验中的关键组合参数. 这种方法不仅厘清了变量间的关系, 还明确了实验中可提取的最大参数数量. 作为应用实例, 本文对铝/蓝宝石样品进行了测量和信号分析, 发现相较于常规仅拟合衬底热导率和界面热导两个参数的做法, 最佳拟合FDTR信号能够同时确定金属膜热导率、衬底热导率、衬底比热容和界面热导四个参数. 拟合结果与文献参考值和其他方法测量结果进行了对比, 验证了该方法的有效性. 本研究深化了对热反射现象的理解, 为热表征技术和材料研究的进一步发展提供了有力支持.
摘要 +
量子密钥分发(quantum key distribution, QKD)技术因在确保通信安全方面的潜力而备受关注, 但其在大规模网络中的应用受限于量子资源的稀缺性和低效的利用率. 尤其在Ekert91协议中, 尽管利用了纠缠对进行密钥生成, 实际参与密钥生成的纠缠对数量有限, 导致资源利用率不高. 为了克服这一挑战, 本文提出一种基于多尺度纠缠重整化假设(multiscale entanglement renormalization ansatz, MERA)的QKD优化方案, 以提高纠缠资源的利用效率. 该方案利用MERA的分层结构和多体态压缩特性, 有效减少量子存储需求, 并显著提升纠缠对的利用率. 实验模拟显示, 在相同的加密请求(1024比特)和物理条件下, 与传统方法相比, 本文的方案节省了124151对纠缠资源, 既显著提高了资源的利用效率, 又未降低密钥生成过程的安全性, 有助于推动QKD技术在资源受限的环境中进一步发展和应用.
摘要 +
量子谐振子模型在量子光学和量子信息中具有十分重要作用, 一直以来是相关领域研究的热点问题之一. 在单模谐振子和双模纠缠态表象的基础上, 构造了一种新的双模耦合谐振子模型. 与以往报道的双模耦合谐振子不同, 本文提出的模型不仅具有新耦合系数的坐标和动量两个耦合项, 而且其能量本征值和波函数不需要消除耦合项便可直接求解, 这简化了有关的量子计算. 此外, 进一步分析了双模真空态在此谐振子作用下, 输出量子态的非经典特性, 如正交压缩性质、相空间Q函数、粒子数空间分布和量子纠缠等. 研究表明, 此双模耦合谐振子对输入真空态具有很强的耗散作用. 输出光场不仅呈现超泊松分布和强关联的特性, 而且光子具有较高的量子纠缠度. 因此, 本文提出的双模耦合谐振子是成为实现连续变量量子纠缠态的典型方案之一.
2024, 73 (23): 230303.
出版时间: 2024-12-05
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在连续变量量子密钥分发的实验系统中, 由于调制器受限于分辨率有限的驱动电压, 理想的高斯调制会退化成离散极化调制, 进而引发系统性能的下降. 本文提出并研究了线性光学克隆机改进的离散极化调制连续变量量子密钥分发方案. 在接收端插入线性光学克隆机能够有效地补偿由幅度和相位离散化产生的综合效应所造成的系统性能损失, 实现整体性能的提升. 本文推导出了所提方案在非理想外差探测下可组合安全密钥率的表达式, 并进行数值仿真. 仿真结果表明, 所提方案不仅能够通过灵活调谐线性光学克隆机的相关参数, 优化安全密钥率、提升过量噪声抗性, 还能有效克服有限码长效应对安全性的影响, 为推动连续变量量子密钥分发的实用化发展提供了切实有效的方法.
摘要 +
随着量子信息技术的发展, 多用户量子纠缠密钥分发网络受到越来越多的关注. 其中, 多波长量子光源是建立多用户连接的关键器件. 尽管近年来在多波长量子光源的研究上取得了显著的进展, 但受限于非线性光学器件的设计和制备技术, 增加量子光源的输出波长数仍然具有挑战性. 本文系统分析了氮化硅微环谐振腔的色散和尺寸等关键参数; 设计并制备得到了自由光谱范围为20 GHz的氮化硅微环谐振腔, 实验测试了氮化硅微环腔中量子关联光子对的产生和输出特性. 实验结果表明, 该光源在25.6 nm的波长范围内实现了71对波长上的关联光子对产生.
摘要 +
针对联合作战战役行动中平台聚类编组问题, 本文提出了一种基于量子K-means的量子增强求解方法. 该方法首先分别对经典K-means算法中的聚类类别数目设定和聚类中心点选择两部分进行了优化处理; 其次, 该方法针对聚类数据样本与各聚类中心点之间的欧氏距离构建对应的量子线路; 然后, 该方法针对聚类数据集的误差平方和构建对应的量子线路. 实验结果表明, 所提方法不但有效解决了此类行动规模下的平台聚类编组问题, 与经典K-means算法相比, 算法的时间复杂度和空间复杂度都有较大幅度降低.
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稀释制冷机作为一种可以获取10 mK以下极低温度的制冷技术, 广泛应用于量子计算、凝聚态物理等领域, 已经成为极低温区的主流技术. 目前国际上干式稀释制冷机的研究和应用已经较为成熟, 但是对其他类型的稀释制冷机研究较少, 研究工作还不够全面系统. 本综述围绕稀释制冷技术的研究现状, 系统介绍了其根本机理和制冷原理, 梳理了稀释制冷机的多种实现形式, 讨论了各种形式的优缺点和研究进展. 基于地面应用的典型稀释制冷机, 结合实际情况, 系统总结并分析了影响其制冷性能的内在、外在因素, 为稀释制冷技术研究提供技术参考.
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在MeV能段脉冲中子测量中, 塑料闪烁体是应用最为广泛的一种材料, 其中子能谱响应是脉冲中子能谱测量所需的关键数据. 基于中国散裂中子源白光中子束线, 使用飞行时间法测量了0.5—10 mm共5种不同厚度塑料闪烁体ST401对0.5—100 MeV能段的中子能谱响应曲线, 分析了束内伽马、伽马闪产生的闪烁体慢成分和中子源脉宽对中子能谱响应的影响. 受有限体积闪烁体边界效应影响, 不同厚度中子能谱响应曲线形状接近对数曲线, 质子逃逸是闪烁体能谱响应曲线偏离线性的主要原因, 闪烁体越厚, 偏离线性的中子能量越高.
2024, 73 (23): 232402.
出版时间: 2024-12-05
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大面阵、高分辨率碲镉汞红外焦平面阵列图像传感器可用于航天遥感、高精度卫星成像等领域, 我国下一代气象卫星将全部应用此类图像传感器. 然而, 空间高能质子会对碲镉汞红外焦平面阵列探测器造成位移损伤效应, 同时亦会在其像素单元金属氧化物半导体(MOS)管引入电离总剂量效应. 本文以近年来广泛应用于图像传感器的55 nm制造工艺碲镉汞红外焦平面阵列图像传感器为对象, 基于超大面阵设计时所用的2 pixel×2 pixel基本像素单元, 构建了Geant4仿真模型, 并且进行了不同质子入射注量下的仿真研究, 获得了不同注量下的位移损伤情况, 包括非电离能量损失、离位原子数等. 结果表明, 空间高能质子累积注量为1013 cm–2时, 除了考虑碲镉汞红外焦平面阵列图像传感器位移损伤效应外, 亦需关注其像素单元MOS管电离总剂量效应. 与此同时, 结合仿真结果对其空间应用环境中的损伤情况进行了初步评估. 该研究可为未来超大面阵碲镉汞红外焦平面阵列图像传感器空间应用提供关键数据支撑.
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