摘要：经典区块链中拜占庭容错共识机制使用的公钥数字签名在量子计算机的指数级加速下暴露出脆弱性,存在一定的安全风险。针对拜占庭容错共识机制不具有量子安全性的问题,提出了基于HotStuff的高效量子安全拜占庭容错共识机制EQSH(Efficient Quantum-Secured HotStuff)。首先,为解决现有无条件安全签名(Unconditionally Secure Signatures,USS)通信复杂度高的问题,提出了一种高效的多方环形量子数字签名(Efficient Multi-party Ring Quantum Digital Signatures,EMRQDSs)方案,该方案基于一种环形量子网络,在保证量子安全性、不可伪造性、不可抵赖性以及可转移性的同时,通信复杂度为O(n)。其次,为了消除量子敌手对门限签名的安全威胁,对HotStuff中使用的门限签名进行替换,提出了一种基于密钥分发中心的签名收集方案,该方案可以实现与门限签名同样的效果,通信复杂度为O(n),同时保证了量子安全性。最后,将上述两个方案相结合,应用于HotStuff中,提供了量子安全性;设计了一个起搏器保证了活性;简化了共识信息格式,使用流水线共识流程提高了共识效率。EQSH中没有使用量子纠缠等成本较高的技术,可在现有技术条件下实现,实用价值较高。相较于HotStuff,EQSH具有量子安全性。相较于其他非纠缠型量子安全拜占庭容错共识机制,EQSH首次将通信复杂度降为O(n),具有更佳的性能表现,且对于客户端量子线路数量的需求更低,有利于降低量子网络的架设成本。

摘要：在变分量子算法中,参数化量子线路拓扑结构的选择对算法性能具有重要意义.目前已有的拓扑结构存在一些问题,如全连接拓扑结构所需量子门数量较多,环型拓扑结构的表达能力与纠缠能力略有欠缺.为了解决以上问题,本文提出了一种新型的区块环(Block-Ring,BR)拓扑结构,在保障良好性能的同时减少参数规模(即量子门数量),降低线路复杂度.在BR拓扑中,n个量子比特被等分为多个区块,每个区块包含m个量子比特,区块内部所有量子比特两两连接,区块之间采用环型结构进行连接.为了构造BR拓扑结构的参数化量子线路,设计了一种多层线路生成算法,可自动生成由单量子比特门Rx、Rz和双量子比特门CRx或CRz构成的量子线路.IBM Q模拟实验表明,相较于环型拓扑结构,无论单层、双层以及三层BR拓扑结构的表达能力和纠缠能力均有不同程度的提升;相较于拥有最高表达能力与纠缠能力的全连接拓扑结构,BR拓扑结构呈现接近的性能指标,且线路复杂度显著降低,即参数数量与双量子比特门数量均从O(n2)降低为O(mn),线路深度从O(n2)降低为O(n/m+m2).

摘要：最小公倍数是解决很多数学问题的基础工具,在隐私保护的情况下如何对其进行多方协同计算具有一定的研究价值.部分经典安全多方计算协议虽然能够求解该问题,但计算复杂度为指数级.本文通过将最小公倍数问题转化为求多个周期函数的连接函数的周期,提出了一个基于量子周期查找算法的最小公倍数协议,将复杂度降为多项式级.在协议中,发起方对每个参与方发送一个粒子.每个参与方对粒子施加一个Oracle操作,其中Oracle函数的周期即各自的私有整数.然后,发起方通过运行量子周期查找算法来计算出连接函数的周期,即各自整数的最小公倍数.为了防御共谋和伪造攻击,采用星-环混合拓扑结构对粒子发送方进行诚实性检验.由于量子周期查找算法存在一定的失败概率,设计了一个量子匿名输出检验协议来检验最小公倍数结果的正确性.安全性分析表明了该协议在恶意模型下具有无条件安全性,且协议的计算复杂度和通信复杂度分别为O(n^(3)m^(2)log(nm))和O(n^(2)mlog(nm)),均为多项式级.此外,该协议具有较好的扩展性,可应用于安全多方最大公约数计算、有理数求和、最值计算等问题.

摘要：基于目前超冷原子系统中模拟能带拓扑和动力学量子相变的有关实验进展,设计出一个时间周期驱动的一维拉曼晶格系统来模拟动力学拓扑现象.利用振幅周期调制的拉曼光束耦合类碱土^(171)Yb原子的{^(1)S_(0),^(3)P_(1)}能级可以实现所需要的周期驱动拉曼晶格系统.时间周期系统的单带紧束缚近似哈密顿量通过特定变换可以解析求得有效Floquet哈密顿量和微动算符(micromotion operator),从而可以在一维晶格系统中研究任意驱动频率下Floquet动力学量子相变和动力学斯格明子结构出现的条件.结果表明,拓扑非平庸的有效Floquet哈密顿量是系统出现Floquet动力学量子相变的充分不必要条件,并且可以保护Floquet微动过程中的动力学斯格明子结构.

摘要：针对一类参数严格反馈型不确定非线性系统,考虑存在外界干扰的情况下,设计一种基于反推方法的自适应滑模区域到达控制器,提高系统对非匹配不确定性及未知干扰的鲁棒性。与传统的设定点控制或位置控制不同,区域到达算法的控制目标是一个以期望点为中心的目标区域。所设计控制器综合了人工势场法、自适应控制、反推技术、滑模控制和Lyapunov方法。利用人工势场法设计目标势能函数,将区域误差引入势能函数中,结合Lyapunov方法,可以实现对目标区域的到达跟踪控制。采用基于反推的区域控制思想,将高阶整体模型分解为低阶子系统,并分别设计相应的滑模面,同时在前n-1步中结合自适应律,能够在线估计非线性系统的不确定参数项,增加所设计控制器的适用性。基于Lyapunov理论证明闭环系统的全局渐近稳定性,仿真结果表明:所设计控制器有效。

摘要：分析了孤子微梳泵浦能量转换效率低的原因,介绍了目前已提出的几种提高孤子微梳泵浦光能量转换效率的技术方案,包括激发孤子晶体光梳利用多孤子结构、正常-反常色散双腔耦合泵浦光循环存储结构、微腔-光纤/波导环泵浦光反馈耦合干涉结构、主-副微环腔耦合超模谐振峰劈裂结构等,并分析了这些方案的优缺点。在此基础上,给出了本课题组对反馈耦合腔的优化设计,仿真模拟结果显示,单孤子微梳的泵浦光转换效率可超过25%。最后,对孤子微梳的低能耗产生方案作出总结和展望,为微腔孤子光频梳泵浦能量转换效率提高技术的发展与应用提供理论参考。

摘要：由于加工生产、发射振动以及空间温度交变等因素,星上载荷的安装接口会出现一定的形位误差,进而激光测高仪的光轴指向发生偏差。为了减小机械接口对载荷的影响,基于运动学安装的原理,设计了测高仪的支撑结构。在接口刚度匹配性分析的基础上,对支撑结构进行了设计优化。采用蒙特卡罗统计方法对星上接口的误差分布进行了分析,确定了载荷安装点的误差输入。通过分析与试验验证发现:所设计的支撑结构的一阶基频达到88 Hz,激光收发光轴安装时引起的光轴总偏离量约为8.5μrad,力学振动引起的光轴总偏离量为30μrad。热光试验表明,高低温边界处的光轴稳定度为8.5μrad。所设计的支撑结构能够满足测高仪的使用指标要求。设计思路与试验结果对星载激光类载荷接口设计具有一定的参考性。

摘要：重力梯度仪在资源勘探、地球物理研究、自主导航等领域有重要的应用价值。原子干涉重力梯度仪是一种新型的高精度测量仪器,小型实用化是其实现广泛应用需要解决的核心问题。本文设计实现了1套可测量水平分量的小型高精度原子重力梯度仪。该仪器采用全石英材料真空腔体与附件框架相结合的技术方案,使得探头部分的体积降低到105 L,采用模块化双面光路结构,使得光学单元的体积降低为36 L,因而具有十分优良的可搬运性能。在实验室条件下,该原子重力梯度仪的测量灵敏度为320 E/√Hz,测量分辨率为3.3 E@4800 s(1 E=1×10^(-9)s^(-2))。