量子计算及其在空气动力学中的应用前景综述

量子计算是最重要的后摩尔计算技术之一，拥有经典计算机无可比拟的超强计算能力，未来能够对各行业应用产生颠覆性的影响。针对量子计算给空气动力学带来的机遇和挑战，详细综述了量子计算机、量子算法、量子底层软件栈等方面的研究进展。结合空气动力学领域常用的基础方法，在综述量子计算线性方程组求解、插值操作、数值积分、优化搜索等最新进展的基础上，结合典型量子算法深入分析了量子计算在空气动力学领域的应用前景，并指出了需要重点关注的研究方向。     

量子科技在航空产业的应用前景

2019年1月,空客发起了一次全球量子计算挑战赛,邀请全球36个量子计算团队超过800位研究人员,与该公司联手打造航空航天领域的量子时代.这次比赛的目的在于借助量子计算解决当今世界上与飞行物理学相关的最困难和最复杂的问题,以测试和评估最新可用的计算能力,并进一步推动量子计算技术在航空航天领域落地应用.     

量子遗传算法在航空发动机PID控制中的应用

分析研究了量子遗传算法(Quantum Genetic A lgorithm-QGA)的原理及其优势,将有指导的群体灾变及多宇宙并行演化策略引入量子遗传算法,改善其收敛性。以理想二阶系统为参考模型,实际系统响应曲线与参考模型响应曲线误差积分为目标函数,使用量子遗传算法进行发动机PID控制器参数优化并进行了数字仿真。仿真结果表明,量子遗传算法具有较好的全局收敛能力,应用于PID控制器控制参数优化后,控制器的控制效果良好,其在发动机控制系统中有较高的应用价值。     

数字保密通信中的密码同步技术

介绍了数字保密通信中的密码同步技术，密码同步的性能与统计分析，以及密码同步技术在FDMA／SCPC／DAMA体制卫星通信系统中的应用。     

星基量子定位导航系统的测距、定位与导航

基于量子定位导航系统原理,设计并分析了基于3颗卫星的星基量子定位导航系统的测距与定位过程,包括星地光链路的建立、量子纠缠光的发射与接收、到达时间差的获取、量子定位导航系统的测距,以及用户坐标的计算与导航,并对量子定位导航系统中的每个过程的实现进行了详细的阐述。     

量子定位系统技术发展及其对导弹武器发展的影响

针对现有导航技术的不足,特别是天基卫星导航技术（如GPS）易受到干扰和破坏,美英两国相续进行了量子定位系统技术的研究。分析了量子定位系统产生的背景,阐述了量子定位系统的概念,对量子定位系统进行了分类,分析了其特点,重点梳理了量子定位系统的发展轨迹,继而分析了量子定位系统对导弹武器发展的影响,最后给出总结。     

本期文章点评

一百多年前由Planck能量子假设引发的“第一次量子革命”将人类的认知由宏观推向了微观,发现了更加广阔而深邃的科学领域,推动了探索和控制微观粒子技术革命的蓬勃发展。如今,量子技术已成为世界最重要的前沿科技领域之一,是“第二次量子革命”兴起的重要标志。与传统技术手段相比,量子技术具有获取信息更精确、信息丰裕度更高、传输更安全、处理速度更快和存储容量更大等显著特点,有望进一步改变人类获取和使用信息的方式与能力,已成为世界各国技术创新的重点和热点领域之一。     

基于实数编码量子进化算法和模态区间数学的航空发动机设计

本文将实数编码量子进化算法和模态区间数学相结合用于解决模态区间数学中的某些难以求解的问题。应用量子进化算法进行了模态区间数学方程组的求解和模态区间矩阵的求逆,将量子进化算法和模态区间数学用于航空发动机的设计,给出了基于模态区间数学的航空发动机总体性能设计方法。这种设计方法能够考虑设计的不确定性。并以某型涡喷发动机为例进行计算,设计结果更符合实际情况。     

量子重力梯度仪研究进展

重力梯度是重力位的二阶微分,对地球密度扰动具有更高的分辨率,能够更加精细、全面地反映重力位在空间上的变化。高精度重力梯度测量在地质调查、地球重力场测绘、惯性导航以及基础科学研究等方面发挥着重要作用。量子重力梯度仪是近年来快速发展的一种基于激光操控原子技术的新型高精度重力梯度测量设备,具有测量精度高、长期稳定性好等特点,尤其是对振动噪声具有良好的抑制效果。目前,量子重力梯度仪的最佳灵敏度可达4E/√Hz,与最先进的旋转加速度计式重力梯度仪灵敏度3E/√Hz的水平相当。本文介绍了量子重力梯度仪的基本原理和应用,并分析了其国内外研究现状,最后讨论了目前限制量子重力梯度仪灵敏度的主要因素以及未来发展方向。     

序言

随着量子光学、原子物理学等领域的飞速发展,惯性测量已经迈入量子时代,量子惯性测量已成为惯性测量技术的重要发展方向,在当今受到越来越广泛的关注。“惯性测量与量子技术”专栏,致力于探索利用量子效应进行惯性测量的物理机理,发掘超高灵敏量子惯性测量的方法,以促进量子惯性测量技术的发展。     

基于矩阵广义特征逆问题实现的具有数字签名功能的Hill密码体制

在研究矩阵广义特征逆问题的基础上,对Hill密码体制实施改进,实现了一种具有数字签名功能的Hill密码体制方案,并给出了该方案的详细实现过程.改进后的Hill密码体制具有数字签名功能,能够达到一次一密的效果.     

空间平台量子密钥纠错处理研究

空地量子通信受诸多因素的影响,量子密钥的原始码存在一定的误码率,需要通过空间平台与和地面之间的双向数据交互对错误的密钥进行纠正。受空间平台硬件设备限制,数据的传输速度、存储空间以及处理能力等均有限,对空间平台量子纠错算法提出了更高的要求。为此给出了一种适合空间平台环境的基于汉明码的Winnow纠错算法,这种纠错处理算法不仅容易实现,而且在空间平台资源受限的情况下可以兼顾运算效率和纠错效率。     

惯性技术发展历程回顾与展望

科学的进步推动了惯性技术新理论、新思维、新机理和新结构的发展,装备的竞争繁荣了惯性技术应用的新方法途径、新领域市场和新应用模式,惯性仪表性能精度快速提高.20世纪以来,两次量子技术革命方兴未艾,推动惯性技术突飞猛进地发展.世界惯性领域专家一直以需求为牵引,以提高精度为宗旨,积极推进基础惯性技术关键技术攻关,积极探索新机理,创新拓展新型功能应用.目前,在传统机械转子陀螺的基础上,总结积淀、升华跃迁,创新促成光学干涉、量子纠缠等多种新型惯性技术仪表的诞生.惯性技术又迎来了量子信息和大数据为基础的量子+人工智能的新时代,获得了复兴和繁荣的新机遇.本文分析了惯性技术的发展总历程及现状,并提出了一些认知和思考,供惯性领域不断探索的技术工作者商榷参考.     

近地航天器量子导航定位卡尔曼滤波算法研究

针对近地航天器量子导航定位系统,为了进一步提高其定位精度,利用滤波技术将QPS测量值结合航天器的运动模型进行状态量的滤波估计.给出了基于基线干涉原理的量子定位系统观测方程和以二体运动为主的航天器轨道运动模型,在此基础上详细推导了扩展卡尔曼滤波处理过程,并针对该模型进行了仿真.仿真结果表明,基于EKF的量子导航定位精度有明显提高.     

基于DES和RSA的网络数据安全系统

利用密码学的方法来解决网络数据传输的安全性问题。分析了密码学的2种密码算法———传统密码体制的代表DES算法和公开密钥密码体制的代表RSA算法各自的优缺点,提出了一种利用2种密码算法的优点而避免其缺陷的数据加密方式———DES和RSA的混合加密以保证网络数据安全。     

用于量子保密通信系统的偏振控制算法研究

量子保密通信是近年来逐渐发展成熟的一种新型保密通信机制,其安全性建立在量子力学基本原理上,被证明具有信息论条件下的绝对安全性。偏振编码光纤量子保密通信系统使用光子的偏振态进行信息编码。当环境变化时,光纤传输特性的改变将导致光子偏振态变化。因此,光子偏振态的补偿控制是光纤量子保密通信系统的一项关键技术,能否快速、准确的对偏振态进行补偿将直接影响系统的通信性能。本文提出一种基于光纤偏振控制器和扫描控制算法的偏振补偿方案。该方案通过控制光纤偏振控制器的电压大小,将量子误码率最小化,实现偏振光的补偿控制,满足量子通信系统自动控制的要求。     

CdSeS合金量子点的非线性组分效应研究

利用毛细管微反应装置实现了三元合金CdSeS量子点的高效、可控合成,并考查了合成温度、前驱体浓度等对CdSeS量子点性能的影响.通过对前驱体浓度的调控,实现了荧光发射波长在520 ～629 nm范围连续可调的CdSeS量子点的合成,并验证了合金量子点的非线性组分效应;利用高分辨透射电镜(HRTEM)、X射线衍射( XR...     

量子成像技术前沿进展与展望

量子成像技术作为一种物像分离、抗干扰能力强的成像技术,自1995年首次在实验上实现以来,现已得到深入的探索和广泛的应用.回顾了量子成像技术的起源及主要发展历程,综述了近8年纠缠光源和经典光源量子成像技术的主要进展,介绍了由光场调制技术而衍生出的单像素成像、单光子扫描成像及非视域成像等量子成像发展趋势,概述了非光子粒子的...     

量子成像关键技术及研究进展

量子成像从1995年利用纠缠光源实现至今已有20多年的历史.目前,量子成像已经与压缩感知传感、激光雷达、结构光照明等各个领域形成了多学科交叉.本文回顾了量子成像技术的发展历程,列出了量子成像的关键技术及研究进展,展望了量子成像技术的发展趋势.     

DR/GPS组合导航系统滤波技术研究

陆用航位推算系统（DR）的精度主要受到里程系数和航向误差的制约,其误差模型本质具有非线性,因此采用非线性滤波算法能显著提高里程系数和航向误差的估计精度。本文将粒子滤波应用到航位推算（DR）/GPS组合导航系统数据融合过程中,对航位推算 (DR) 与GPS组合导航系统中的里程系数误差和航向误差进行辨识估计,并对里程系数和航向进行修正。粒子滤波存在的主要问题是粒子的退化现象严重,本文将量子粒子群优化 (PSO) 算法与粒子滤波相结合,提出了量子PSO粒子滤波算法,该算法采用量子位对粒子进行编码,引入量子旋转门与变异操作保持了粒子集的多样性,通过量子PSO搜索寻优重新分配粒子,使粒子集有效地逼近真实的后验概率分布,从而有效地减轻了退化现象,提高了粒子滤波的精度。跑车实验结果表明,该算法有效地抑制了DR导航系统误差的增长,提高了组合导航系统的定位精度。