摘要：Non-Clifford操作不能在量子纠错码上自然横向实现,但可通过辅助量子态和在量子纠错码上能横向实现的Clifford操作来容错实现,从而取得容错量子计算的通用性.非平庸的单量子比特操作是Non-Clifford操作,可以分解为绕z轴和绕x轴非平庸旋转操作的组合.本文首先介绍了利用非稳定子态容错实现绕z轴和绕x轴旋转的操作,进而设计线路利用魔幻态容错制备非稳定子态集,最后讨论了运用制备的非稳定子态集模拟任意非平庸单量子比特操作的问题.与之前工作相比,制备非稳定子态的线路得到简化,成功概率提高,且在高精度模拟任意单量子比特操作时所消耗的非稳定子态数目减少了50%.

摘要：非线性光学效应在光通信、光探测、量子信息等领域发挥着举足轻重的作用,然而天然材料的光学非线性响应通常很弱.本文利用氧化铟锡(ITO)薄膜激发的介电常数近零模式,与金属-介质-金属结构激发的间隙表面等离激元发生强耦合,在近红外波段实现宽带(约1000 nm)的增强非线性光学效应,其非线性折射率n_(2)的最大值可达3.02 cm^(2)/GW,与之前报道的单层ITO薄膜的非线性折射率相比,增大了接近3个数量级.因此,可在低功率光照下得到显著的折射率变化,可望应用于全光存储、全光开关等纳米光子器件的设计.

摘要：由高折射率介质材料制备的亚波长人工结构,通过电磁谐振效应为在纳米尺度操控光提供了一种有效方法.这类结构的吸收损耗通常较低,然而辐射损耗降低了其非线性响应的效率.通过连续域束缚态(bound states in the continuum,BICs)可望解决这个问题.BICs是一种处于连续域内而保持局域的非常规光学态,存在于光锥线以内并且具有无限大的Q值.本文提出通过破坏硅纳米颗粒阵列原胞的对称性将BIC转变成准BIC,使得结构的透射谱中出现高Q的窄共振谷,当调节泵浦波长至共振波长时,非线性响应显著增强,三次谐波激发的强度提高了6个数量级,转化效率可提升至约2.6×10^(-6),该结果有望应用于硅基光学非线性器件的设计.

摘要：亚铁磁畴壁在角动量补偿点附近具有非零净磁化强度,同时具有超快动力学性质,有望应用于未来的自旋电子学存储和逻辑器件中.探寻低能耗和高效驱动畴壁的手段和机制可以为实验设计和器件开发提供重要参考.本文使用理论分析和微磁学模拟研究了亚铁磁畴壁在正弦微波磁场驱动下的动力学行为,表明了微波磁场在一定的频率范围内可有效驱动畴壁运动,使得人们可通过调制不同频率的微波磁场来调控畴壁动力学.本文详细分析和解释了正弦微波磁场驱动亚铁磁畴壁的物理机理,探讨了双轴各向异性等参数对畴壁运动速度的影响,表明了磁各向异性和外加微波磁场频率等参量对不同净自旋角动量亚铁磁畴壁的调控行为.

摘要：光纤信道由于受环境影响产生的随机双折射等物理效应使得在其中传输的光信号具有敏感的偏振变化,严重影响了偏振编码量子密钥分发系统的性能.本文提出了一种利用单光子计数作为反馈信号的低噪声光纤信道波分复用实时偏振补偿系统,该系统通过探测共轭参考光的光子计数得到光纤信道偏振变化信息,设计补偿算法控制电动偏振控制器实时校准对应偏振基下量子信号光的偏振态,成功实现了稳定的光纤信道偏振补偿.为验证补偿系统的有效性,进行了传输距离为25.2 km的基于BB84协议的量子密钥分发测试,在实验室环境和模拟城域网地埋光纤环境下得到了长达8 h的稳定测试结果,平均量子比特误码率分别为0.52%和1.25%.该实验结果表明本系统可在城域网地埋光纤环境下保障偏振编码量子密钥分发的稳定工作.

摘要：基于移动设备的自由空间量子密钥分发系统能够为实时全覆盖多节点网络提供有效的解决方案,然而该系统目前依旧存在着稳定性不足的问题,偏振编码器的抗扰动性在移动设备应用中非常重要.在扰动情况下保偏光纤的偏振保持特性将受到很大程度的影响,进而使得基于该特性的编码器的稳定性也随之受到影响.为解决扰动情况下偏振编码的稳定性问题,本文提出了一种双向差分调制模式,该种调制模式可以使基于双向回路的偏振编码器即使在扰动情况下依旧能够实现稳定编码.为此设计了双向差分调制的原理验证实验,实验在250 MHz的重复频率下进行,并使用200 Hz的振动来模拟实际扰动环境,在实验最后使用了商用雪崩型单光子探测器进行了持续2 h的测试,得到了在扰动情况下系统的平均量子比特误码率为0.36%,误码率波动范围不超过0.2%.

摘要：非厄米的引入扩展了传统厄米量子系统中的概念并诱导出许多新奇的物理现象,比如非厄米系统所独有的非厄米趋肤效应,这使得对非厄米量子模型的模拟成为大家关注的热点.相比于量子平台,经典系统具有成本低廉、技术成熟、室温条件等优势,而其中的经典电路系统则更加灵活,原则上可以模拟任意维度、任意格点间跃迁、任意边界条件下的量子紧束缚模型,已经成为模拟量子物态的有力平台.本文利用经典电路通过SPICE成功模拟了一个重要的非厄米量子模型——非互易Aubry-André模型——的稳态性质,此模型同时具有非互易的格点跃迁和准周期的格点在位势.以此为例,详细介绍了如何建立经典电路的拉普拉辛形式与量子紧束缚模型哈密顿矩阵在不同边界条件下的映射,尤其是如何利用电流型负阻抗变换器构建模型的非互易性.然后,根据电路的格林函数,通过AC电流驱动并测量电压响应的方式,用SPICE模拟了周期边界条件下的复能谱和相应的能谱缠绕数,以及开边界条件下的趋肤与局域模式的竞争.其中,为了使电路的响应不发散,本文还解析地给出辅助元件的设置原则.结果显示,SPICE模拟与理论计算很好地符合,为进一步的实验实现提供了详细的指导.由于本文电路设计与测量方案的普适性,原则上可以直接应用于其他非厄米量子模型的电路模拟.

摘要：铁电体中极化拓扑畴(如涡旋畴)有望带来一系列新颖物理现象、新性能和新应用前景(如存储器件应用),从而引起了广泛兴趣.尤其是近年来在铁电纳米结构中发现了一系列有趣的新奇极化拓扑畴态,例如涡旋、中心畴、斯格明子、麦韧(Meron,也有称半子)等,引发了新一轮探索热潮.这些发现为进一步探索其中蕴含的丰富多彩的物理现象创造了条件,也为调控和设计高性能材料和器件提供了新的基元和序构,从而形成拓扑电子学的概念.过去十年,这一领域经历了快速发展,成长为铁电物理领域的前沿热点.本文将回顾近年来在铁电纳米结构中奇异极化拓扑畴的研究新进展,并简要讨论了该领域所存在的问题和潜在发展方向.

摘要：在光纤中传输的光信号,其偏振态(SOP)会受到外界环境的影响而发生随机变化,因此在偏振复用光纤通信系统、偏振编码光纤量子密钥分发(QKD)等系统中,需要插入光纤信道偏振补偿模块对光纤中随机双折射效应引起的偏振态变化进行实时补偿,以保证相应通信系统能够正常工作。根据波分复用光纤信道偏振补偿的理论模型,实现了偏振态相互共轭的两路参考光的制备,采用集成化的偏振探测器对实时变化的偏振态进行检测。在此基础上,提出了一种可以实时补偿光纤信道偏振变化的实验系统,该系统可以应用于偏振复用的光纤通信系统中,也可应用于光纤QKD系统中。实验数据表明,所设计的实验系统可以保障QKD在5 km传输距离下连续稳定运行8 h以上,量子比特误码率为1.96%。

摘要：铁电和多铁材料作为未来高性能信息媒介引起广泛关注.其中铁电畴的形态及演化特征可显著影响材料电导、光伏、磁电耦合等诸多物理性能以及器件功能,尤其是新奇拓扑畴带来诸多新颖物性,使得通过畴调控方法设计材料及器件性能成为可能.深入理解铁电畴及其微观物性调控规律有望为后摩尔时代信息技术带来新的器件设计方案.本文主要介绍通过多功能扫描探针显微镜研究铁电和多铁材料的微观畴结构和相关物理性能,及其调控规律和机制,并在此基础上构筑新原理信息器件.