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Vol.74 No.19
2025年10月05日
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实现国家标准时间的自主可控在当前的国际形势下具有重要现实意义. 本文通过研究基于自研铯基准钟和国产光抽运守时小铯钟, 产生一个独立的、不依赖于外部参考的时间尺度. 具体做法是将铯基准钟作为频率参考, 用于预报光抽运守时小铯钟的频率漂移. 通过分析光抽运守时小铯钟的噪声特性, 建立了原子钟的状态方程, 基于Kalman滤波算法估计光抽运守时小铯钟的状态. 时间尺度的计算是基于原子钟的频率状态估计和频率漂移状态估计作为预报值, 通过权重算法实现. 研究了基于预测误差的权重算法和噪声特性的权重算法, 结果表明利用Kalman滤波状态估计的情况下, 基于预测误差的权重算法显著提升了独立时间尺度的准确度. 选用铯基准钟作为频率参考, 计算得到的独立时间尺度的准确度和长期稳定度明显优于时间尺度本身作为频率参考的情况. 以国际标准时间UTCr为参考得出独立时间尺度的准确度保持在15 ns以内. 取样间隔为1 d的频率稳定度为1.57×10–14, 取样间隔为15 d的频率稳定度为4.29×10–15, 取样间隔为30 d的频率稳定度为2.87×10–15. 可满足当前国家用时需求.
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目前基于激光振镜的结构光三维测量技术已经在焊装车间机器人抓取、搬运、上下料等工业场景中得到广泛应用. 然而, 在实际测量场景中存在凹陷、重叠、遮挡等复杂测量结构, 光在微面间易形成多重反射现象, 造成微面区域内的强度信息混叠, 最终导致该测量区域点云缺失. 为解决复杂结构区域测量过程中的点云缺失问题, 本文提出一种以激光振镜作为关键投射模组的双目点云传感器, 在不增加硬件的条件下实现两种不同模式的图像投射, 其中本文所提出的抗多重反射投图模式, 通过调控关键器件之间的时序配合关系, 完成了复杂结构位置的测量, 解决了多重反射干扰下的测量点云缺失问题. 最后, 在实际场景下进行多组实验, 验证所提策略的可行性. 结果表明, 在存在多重反射干扰的测量场景下, 本文所提出的抗多重反射投图模式测量黑件点云的完整性达到98.03%, 较常规测量模式提升18.98%, 有效解决了存在多重反射干扰场景内测量点云的缺失问题.
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光子晶体因其独特的能带结构在光子学领域具有重要应用前景, 而准确预测其能带结构对于光子器件的设计与优化也至关重要. 鉴于此, 本文应用视觉变换器(vision transformer, ViT)模型, 探索高效、准确的光子晶体能带结构预测方法. 首先, 通过传统数值仿真方法得到光子晶体的能带结构数据, 构建了训练和测试数据集; 其次, 利用数据集对ViT模型进行训练, 训练过程中模型展现出良好的学习能力, 损失函数值持续下降, 最低可至4.42×10–6; 最终, 测试结果表明, ViT模型预测平均均方误差(MSE)低至3.46×10–5, 决定系数(R2)达到0.9996, 表明ViT模型具有极高的预测精度和良好的泛化能力. 研究表明, ViT模型能够有效预测光子晶体的能带结构, 为光子晶体相关研究和应用提供一种新的高效预测工具, 有望推动光子器件设计的进一步发展.
2025, 74 (19): 190301.
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多体系统的纠缠判定与分类是当前量子信息领域人们研究的重点课题. 本文利用量子Fisher信息(quantum Fisher information, QFI)可以判定多体纠缠这一特性, 对多量子比特$W{\overline{W}} $态在白噪声环境下的量子纠缠进行了判定与分类研究. 在局域操作下, 结合已知量子态的信息, 给出了判定真正多体纠缠和含有量子纠缠的可见度判据. 特别地, 对于5比特$W{\overline{W}} $态和6比特$W{\overline{W}} $态, 由于拆分结构态的QFI最大值大于其本身的QFI, 所以无法严格地给出判定其真正多体纠缠的判据, 但给出了判定其可能是哪种纠缠结构的范围. 另外, 研究还发现随着量子比特数目的增加, 判定$W{\overline{W}} $态真正多体纠缠的条件变得越来越严苛, 而判定其含有纠缠的条件变得相对宽松. 考虑实验上对多体系统进行局域操作时, 紧邻量子比特间容易发生串扰现象, 本文借助Lipkin-Meshkov-Glick模型对不同多量子比特$W{\overline{W}} $态的纠缠分类进行了研究, 发现随着相互作用强度的增加, 即使在白噪声占比较大的情况下, 不同量子比特数的$W{\overline{W}} $态也可以区分, 解决了局域操作下区分困难的问题, 且随着相互作用强度的增大, 纠缠分类越容易实现. 这一点也充分展现了非局域操作相较于局域操作在纠缠分类方面的优势.
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量子通信基于量子力学基本原理实现信息的安全传输. 光子是量子通信中重要的信息载体. 基于光子的量子通信协议需要在通信双方传输光子, 但传输过程中由于环境噪声的存在不可避免地会发生光子传输损耗. 光子传输损耗极大地降低了长距离量子通信的通信效率, 甚至威胁通信安全, 成为实现长距离量子通信的主要障碍. 量子无噪声线性放大(noiseless linear amplification, NLA)是抵御光子传输损耗的重要方法, 它通过局域操作和后选择, 可有效地提高输出态中目标态的保真度或平均光子数, 且完美保留目标态的编码信息. 因此, 在量子通信中使用NLA技术可有效克服光子传输损耗, 延长通信距离, 对于实现远距离量子通信具有重要意义. 近年来, 研究人员提出了许多NLA方案, 并完成了部分方案的实验演示, 证明了NLA的可行性. 本文重点介绍在离散变量和连续变量量子系统中针对不同量子态的NLA方案, 并总结了几个具有代表性的NLA实验, 最后, 对NLA技术进行总结和展望. 本综述可为未来长距离量子通信网络的实用化发展提供理论支持.
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本文以旋转自旋-轨道角动量耦合玻色-爱因斯坦凝聚体为对象, 通过数值求解单粒子定态Schrödinger方程和具有平均场相互作用的Gross-Pitaevskii方程, 研究了自旋-轨道角动量耦合与旋转对单粒子基态性质和平均场相互作用基态性质的影响, 发现旋转将导致角动量空间中单粒子能谱的二重简并消失, 单粒子能谱不再是关于零点角动量左右对称, 单粒子基态和平均场基态为占据单个角动量的涡旋态, 其角动量大小与旋转频率、激光强度和自旋-轨道角动量耦合有关. 当旋转频率小于临界值时, 基态涡旋的角动量大小不受旋转频率的影响. 当旋转频率超过临界值时, 基态涡旋的角动量大小将随着旋转频率的增加而增加.
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超窄线宽π相移光纤布拉格光栅在光纤传感领域发挥着重要的作用, 但是这种超窄线宽π相移光纤布拉格光栅对输入光强度非常敏感, 输入光在光栅内部产生光热效应会引起频率移动, 降低了光栅的测量精度, 同时激光器自身的频率漂移也会增大测量误差. 本文提出使用超窄线宽π相移光纤布拉格光栅进行高精度应变测量的方法, 采用单光子调制技术锁定激光频率到38 MHz超窄线宽π相移光纤布拉格光栅, 同时消除了光栅内部光热效应和激光频率起伏对应变测量的影响, 对于0—30 με范围的外部应变实现了测量精度为0.05 με的高精度测量, 该方法在航空航天、土木工程、能源工程等领域具有重要应用价值.
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近年来, 29Ne作为$N=20$“反转岛”核区的关键核素, 其基态价中子组态表现出与传统壳模型预期(${\mathrm{f}}_{7/2}$轨道主导)相悖的${\mathrm{p}}_{3/2}$轨道主导特征, 并可能具有晕核结构. 本文基于相对论框架下的复动量表象(CMR)方法, 系统分析了29Ne在四极形变($\beta_2$)影响下的单粒子能级演化、轨道占据概率及径向密度分布. 计算结果表明: 在球形极限($\beta_2=0$)下, $2{\mathrm{p}}_{1/2}$和$2{\mathrm{p}}_{3/2}$能级显著下移至$1{\mathrm{f}}_{7/2}$能级下方, 形成典型的壳层反转; 当$\beta_2 \geqslant 0.58$ 时, 价中子占据由$1{\mathrm{f}}_{7/2}$分裂而成的$3/2[321]$轨道, 但其主要组分为${\mathrm{p}}_{3/2}$(占比68%), 且径向密度分布显著弥散, 符合晕核特征. 这些结果揭示了29Ne的p波主导机制与形变协同作用对晕结构形成的影响, 为反转岛核区的壳层演化提供了新的理论依据.
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本文提出了一种用于计算原子核α衰变能($ Q_{\text{α}} $)的类液滴模型公式. 为了改进类液滴模型公式计算$ Q_{\text{α}} $的精度, 我们发展了神经网络结合类液滴模型公式的方法, 计算了原子核的$ Q_{\text{α}} $值. 通过分别对比类液滴模型计算的$ Q_{\text{α}} $值和神经网络结合类液滴模型公式的方法计算的$ Q_{\text{α}} $值与实验测量值的均方根偏差(RMSD), 发现类液滴模型计算的$ Q_{\text{α}} $值与实验值之间的RMSD从663.5 keV下降到神经网络结合类液滴模型公式的89.2 keV. 进而采用改进的$ Q_{\text{α}} $结合统一衰变公式计算了α衰变的半衰期. 虽然没有直接考虑原子核的壳效应, 但神经网络方法预测出了相应的超重核区双幻核的位置, 这与目前理论预测的超重双幻的位置非常接近, 从而给出了超重核区α衰变的稳定区域, 进一步证实了超重核稳定岛的存在.
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中国散裂中子源大气中子辐照谱仪中子能量覆盖meV—GeV, 1 MeV以上能区的中子能谱及注量评估对开展大气中子单粒子效应极为重要. 依托LANSCE WNR的ICE束线中子能谱实测数据, 探索了适用于中高能中子能谱、注量计算的物理模型、计数方式、截面文件等, 生成并验证了用于中子能谱和注量评估的具有能量分布、角度分布和空间分布的二次源项. 基于此获得的中子能谱和注量, 结合国际上现有同类装置及JESD89A参考中子能谱, 从谱型、勒谱和辐射效应等维度评估, 认为中国散裂中子源大气中子辐照谱仪可能是同类装置最接近自然条件大气中子能谱的装置; 同时结合Xilinx Ⅱ代FPGA大气中子实验, 证实中国散裂中子源大气中子辐照谱仪测试结果与国际同类装置上的测试结果具有很好的一致性. 为此, 基于中国散裂中子源大气中子辐照谱仪开展的大气中子单粒子效应研究与工程加速试验结果可直接应用于航空、航天、军事、民用等高可靠性领域, 助力新质生产力的发展.
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