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面向物理类专业

发布时间:2020-04-22

点击:871次

    针对本科物理类专业特点,我们提供量子信息基础课程平台,基础课程充分展示物理原理和量子物理中的基础实验现象,可与光学等本科基础物理课程相互融合。同时为高年级本科生提供创新实验课程与科研验证平台。




一、专业团队和平台保障  


    问天量子起源于中科院量子信息重点实验室,具有丰富的量子信息教学和科研经验,同时,依托省级量子安全工程技术研究中心、以及郭光灿院士团队、蔡吉人院士团队的院士工作站,融合多年的量子密码通信软硬件开发经验,保证了量子教学和科研平台的丰富性和专业性。


二、全流程一站式服务平台


    平台提供一站式服务,拥有丰富的课程体系和配套产品,同时可配合高校教师进行个性化定制。产品设计软硬件结合,在硬件实验装置的基础上研发虚拟仿真软件,旨在以丰富软件拓展课程覆盖宽度,同时以专业的硬件挖掘知识深度。产品体系可灵活自由配置,可以提供包含实验室环境建设、电子学测试测量体系 建设等在内的全流程技术支持。

     课程设计参考中国科学技术大学相关课程,课程体系设计充分考虑本科学生教育特点,知识层次上逐步递进,课程体系兼顾日常基础实验教学、高年级和研究生的创新探索实验。

     以下具体列出量子信息基础方面的叠加态制备实验和量子信息应用方面的的量子爆破实验的产品介绍。另外,在量子纠缠实验、量子保密通信实验可结合我司的Qlab,Qsim仿真软件和硬件平台,软硬结合地进行实验教学。

1.量子叠加态制备实验

量子叠加态是量子力学中的基本概念,著名的思想实验“薛定谔的猫”讨论的就是宏观物体能否处于量子叠加态的问题。量子叠加态是量子信息技术中的重要基础,如量子保密通信的安全性就依赖于量子叠加态在被窃听者测量后产生测量塌缩,从而导致窃听者可以被发现。量子计算中,一个量子比特可以同时处于0和1的叠加态,因此量子计算相比经典计算的计算能力随比特数量成指数型增长。

知识点:量子叠加态,测量塌缩原理,纯态和混态

涉及课程:量子力学、量子信息物理原理、光学、光电信息


实验内容

-光路搭建

-叠加态制备

-叠加态测量

-混态测量

实验原理:

通过405nm激光泵浦BBO晶体,发生参量下转换过程,一个泵浦光子分解成两个参量光子,通过两路单模光纤进行参量光收集,通过其中一路光子的探测(我们称为标记光),去预报另外一路光子(信号光)的产生,从而实现标记单光子源。在信号光路中,通过偏振分束器、波片等进行单光子偏振叠加态制备和测量实验。此外,可利用热光光源制备混态,同标记单光子源的纯态进行对比实验。


实验效果图:

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技术指标

-单通道计数率>20000c/s

-符合计数率>3000c/s

-HV基消光比>20:1

设备成套性标记单光子源模块,叠加态制备测量模块

必备设备符合计数仪

选配清单:混态光源

建议课时:2-3课时


2.量子爆破实验

“量子爆破”是以色列Tel-Aviv大学的两位物理学家Avshalom Elitzur 和 Lev Vaidman 提出的一个假想实验。它的假想场景是,存在一批炸弹,需要判断每一颗是“活性弹”还是“哑弹”。经典的方法只有每一颗都进行引爆,才能做出判断。量子的方法是通过在MZ干涉仪的一臂放入炸弹,假设炸弹上装有单光子探测器,探测到信号后会引爆。如果炸弹是哑弹,相当于光路中没有遮挡,MZ干涉结果是其中一个探测器(假设是D0)响应。如果是活性弹,则不发生MZ干涉过程,此时有25%的概率是D1响应。则这种情况下,我们可以在不引爆活性弹的情况下获知这颗炸弹是活性弹。

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“量子爆破”是演示量子与经典相比在解决某些实际问题时具有优越性的典型实验。

知识点:量子叠加态,单光子干涉

涉及课程:量子力学、光学、光电信息、量子信息原理

实验内容

-“量子爆破”光路搭建

-“哑弹”探测实验

-“活性弹”探测实验

实验原理:利用标记单光子源,在信号光路中搭建“量子爆破”实验装置。实验利用信号光路的单光子Mach-Zehnder干涉装置,通过在光路中加入或者不加入耦合头(后接单光子探测器),来模拟“活性弹”或者“哑弹”探测实验。通过两个探测实验中的符合计数可计算出不引爆并获知其为“活性弹”的概率。

实验效果图

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“活性弹”探测系统

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哑弹”探测系统

技术指标

-单通道计数率>20000c/s

-符合计数率>3000c/s

-HV基消光比>20:1

-MZ干涉干涉可见度>85%

设备成套性:标记单光子源模块,量子爆破模块

必备设备:符合计数仪

建议课时2-3课时








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