量子导航定位系统中的捕获和粗跟踪技术

量子导航定位系统需要借助于空间量子卫星信息通信系统来进行信号的捕获、跟踪和对准(acquisition,tracking and pointing,ATP).ATP系统是空间量子卫星信息通信的重要组成部分,涉及到量子通信链路的建立以及中断通信链路的恢复;粗跟踪和精跟踪的相互配合,可以确保通信双方处于通信状态,达到期望的信号跟踪性能.本文详细阐述用于量子导航定位系统的空间量子卫星通信的捕获阶段和粗跟踪的相关技术,重点分析捕获阶段中的初始指向技术、扫描技术、捕获阶段的精度及其性能,以及粗跟踪阶段的精度及其性能指标等关键技术.     

中国科学家成功实现反事实量子通信

正相比传统的通信方式,量子通信以超高的安全性成为未来通信发展的一大方向。与我们熟知的基于纠缠原理的量子通信不同,中国科学家以一种更古怪的形式——反事实通信——实现了量子通信。这种不发送粒子传输量子态的效应也被称作量子芝诺效应。量子芝诺效应发生在不稳定的量子系统被反复测量时。中国科技大学的研究人员成功在不发送任何物理粒子的情况下     

基于先进量子测量技术的雷达发展动态

传统雷达方案是基于电磁波信号传输理论,通过探测空间中物体反射的电磁波回波信号,来实现目标定位及其他参数的测量。相比于传统雷达方案,量子技术框架下的量子雷达方案旨在提高雷达探测精度和反应速度,同时在抗干扰能力和反隐身功能等方面也具有更加明显的优势。该雷达发展动态研究阐述了量子技术的原理、发展及量子测量技术在雷达中的应用研究动态,着重叙述国内现有最新基于先进量子测量技术的三种量子雷达技术方案,通过案例分析其原理,为未来量子雷达的进一步发展提供可以借鉴的新思路。     

墨子号在国际上率先实现千公里级量子纠缠分发

<正>中国科学院网站2017年6月16日报道,墨子号量子科学实验卫星在国际上率先实现了千公里级星地双向量子纠缠分发,并在此基础上实现了空间尺度下严格满足爱因斯坦定域性条件的量子力学非定域性检验,在空间量子物理研究方面取得重大突破,这一成果以封面论文的形式发表于Science。星地量子纠缠分发作为卫星的三大科学实验任务之一,是国际上首次在空间尺度上开展的量子纠缠分发实验。墨子号量子科学实验卫星过境时,同     

量子通信技术发展现状及应用

信息的安全传递是人类千百年来的梦想之一,但计算能力的迅猛提升已经让传统加密技术变得越来越脆弱。特别是20世纪70年代以来,量子计算概念的提出及其初步演示验证,更如同在传统密码安全性上方高悬的"达摩克利斯之剑",随时威胁着传统通信系统的安全。量子通信的问世,重新点燃了建造"绝对安全"通信系统的希望。以美国为代表的世界主要军事强国把量子科技列为国家战略性发展领域,视其为继微电子信息之后,极有可能引发军事、经济、社会领域又一次重大革命的关键技术。     

两飞行器间无线数据链通信区域建模

为实现两飞行器在飞行过程中的正常通信,需建立一套通信区域的计算模型.基于空地无线数据链通信,从其实现正常通信的条件出发,考虑通信链路中的发射机、接收机、收发天线、传输空间及地球曲率、飞行器姿态角以及飞行器的空间位置关系等因素,分析研究了飞行器间无线数据链通信区域,建立了两飞行器间无线数据链通信区域的数学模型,包括天线、飞行高度、两飞行器空间位置关系、通信区域模型等.该模型已成功应用于某型号,为分析建立在无线数据链通信方式基础上的空地无线传输系统通信区域提供了参考,也适用于飞船、卫星等其它空空、空地无线数据通信系统.     

基于双量子比特态测量的量子自适应中值滤波

为了进一步增强去噪时对图像细节的保护能力,并同时提高算法实时性,提出了基于双量子比特态测量的量子自适应中值滤波算法,该算法首先将待处理图像像素转化为量子叠加态,然后依据量子测量原理对此叠加态进行量子测量,最后将测量后的坍缩态转化为输出图像.该算法使用双量子比特态来描述单像素,拓展了单量子比特态与单像素的对应关系.双量子比特态的4个叠加基态增加了被描述像素的信息量,可以更精确地对像素进行操作.该算法根据噪声特点设计双量子比特态的概率密度公式,并根据测量坍缩态自适应地调整滤波窗口尺寸.实验证明,该算法与标准中值滤波和经典自适应中值滤波相比,具有更好的综合滤波能力,既可以有效地滤除噪声点,很好地保护图像细节,又具有很好的实时性.     

部分可观Petri网故障的量子贝叶斯诊断

针对故障本身构建量子贝叶斯Petri网模型算法，并利用该子网模型进行Petri网系统故障分析。对于部分可观Petri网模型中的不可观故障，根据可达标识图分析变迁点火路径不能判断系统状态，建立量子贝叶斯子网模型，通过不确定路径引起的量子干涉重新标定变迁的条件概率表得到量子概率振幅表。根据故障变迁的前置集合并结合量子贝叶斯推理计算变迁触发的先验概率，由后置集合中的可观变迁修正后验概率，由最大后验概率估计系统所处状态，当故障变迁不唯一时，选取最大概率的故障作为故障源。以实际故障系统建立部分可观Petri网模型，结合可观标签概率序列信息和量子贝叶斯概率估计，对系统不可观部分进行故障诊断验证算法的有效性。      

用于海洋磁测的芯片量子干涉磁力仪

随着海洋环境探测工作的发展,海域磁测对磁力仪在微小型化、高精度方面提出了新的需求.在介绍了几个常见的弱磁场测量仪器后,重点分析了一种基于双光场量子干涉效应的磁力仪.根据在磁场中光与原子相互作用的物理机制,阐析了利用量子干涉效应进行高精度磁场测量的基本原理.在此基础上,分析了在芯片上实现量子干涉磁力仪的可能性,详细讨论了芯片量子干涉磁力仪的一种设计方案,并给出了芯片量子干涉磁力仪的性能预期以及其在海洋磁测领域的应用前景.     

量子定位系统中符合计数与到达时间差的获取

基于MATLAB图形用户界面接口（GUI），采用软件设计方式，实现量子纠缠光信号的采集，以及对采集到的两路量子纠缠光信号的符合算法。通过对符合算法中不同的符合门宽、采集时间和延时增加步长3个重要参数的性能实验，优化和确定各参数的选值。通过对量子纠缠光符合计数与到达时间差（TDOA）的研究，完成地面数据获取与信息处理模块的设计与实现。设计并实现了时间差拟合的仿真平台。实验结果达到了期望的精度和效率的需求。      

Link budget and background noise for satellite quantum key distribution

Optical quantum communication exploiting satellites is the most promising field to enable global quantum communication.     

Nonlinear quantum ion acoustic shock wave dynamics with exchange-correlation effects

The dynamics of linear and nonlinear electrostatic shock excitations is studied in homogeneous, unmagnetized, unbounded and dissipative quantum plasma consisting of electrons and ions. The dissipation in the system is taken into account by incorporating the ion kinematic viscosity. The system is modelled using the quantum hydrodynamic equations in which the electrons are significantly affected by the quantum forces, viz., the quantum statistical pressure, the quantum Bohm potential and electron exchange-correlations due to electron spin. In the weakly nonlinear limit, using reductive perturbation method deformed Korteweg-de Vries Burgers’s (KdVB) equation, which elegantly combines the effects of nonlinearity, dispersion and dissipation is derived. It is found that the present model predicts the existence of both nonlinear oscillatory and monotonic shock structures. The temporal evolution, stability and phase-space dynamics of nonlinear ion acoustic shocks are investigated numerically to elucidate the effects of quantum diffraction, electron exchange correlation and ion kinematic viscosity.     

基于LabVIEW的单光子探测器量子效率测控软件设计

介绍了利用相关光子法测量单光子探测器量子效率的原理和测量系统,开发了一套用于该系统的测控软件。软件采用LabVIEW的标准状态机结构,使用 VISA串口程序库、ActiveX控件和报表生成器,编写了激光器控制、符合光子测量、测试报告生成等分支程序,实现控制状态机分支的切换,和其他各项功能的调用。实际应用表明,该软件测控系统运行可靠、界面友好,满足单光子探测器量子效率测量的要求。     

交流量子化霍尔效应的研究与应用

电阻有频率变差,电阻在交流状态下的溯源是计量领域的难题,以往采用交直流差可计算电阻实现了交流电阻的溯源,但存在稳定性和一致性较差的问题,当前采用交流量子化霍尔效应作为交流电阻标准成为计量领域的研究热点。其中需要解决交流量子化霍尔电阻及其向实物标准电阻传递的准确度问题。本文介绍了采用分裂式屏蔽结构克服交流量子化霍尔电阻频率误差的方法,研制10-8量级高准确度四端对电桥满足交流量子电阻的传递需求,研制完全等电位屏蔽结构的交流电桥校准装置保证四端对电桥的准确度,并介绍了交流量子电阻基准的应用领域。     

基于节点连通度的水下通信系统生存性研究

在水下通信系统中，仅仅考虑节点的强度来描述水下通信系统中各个节点的重要性是片面的，为了更好地对水下通信系统的节点重要性进行评估，提出了节点连通度这一指标对水下通信系统进行描述。对节点连通度的定义和方法进行了说明，并对水下通信系统节点重要性和失效方式进行了计算推导，得到水下通信系统节点信息被获取的概率的计算方法。通过对一个水下通信模型进行仿真，验证了节点连通度指标可以描述水下通信系统的生存性。      

Quantum Science Satellite

Quantum Science Satellite is one of the first five space science missions, slated for launch in the framework of Chinese Academy of Sciences (CAS) Strategic Priority Research Program on space science. The project aims to establish a space platform with long-distance satellite and ground quantum channel, and carry out a series of tests about fundamental quantum principles and protocols in space-based large scale. The satellite will be launched at Jiuquan and on orbit for 2 years. The orbit will be circular and Sun-synchronous with an altitude of 600km. It crosses the descending node at 00:00LT. The satellite is under early prototype development currently.      

电学前沿计量技术在航天型号保障中的应用

针对航天器中电学基准的长期稳定性、多种传感器输出电信号的线性度、电脉冲测量的时延等多个航天电测领域的难题,提出采用电学量子计量技术和计算基准技术的解决方案,可以10^-9量级的不确定度测量航天器中电阻基准短期变化量,从而推算出长期变化量,对航天器的稳定控制具有重要作用;可以极小的不确定度校准多种传感器输出的毫伏、微伏量级电压的线性度,对航天传感器测量准确度具有重要意义;可在10^-9秒量级确定电脉冲测量中电阻引入的时延,对航天器电推进系统的控制具有重要作用。     

Progress of the Quantum Experiment Science Satellite (QUESS) Micius Project

The Micius satellite was successfully launched on 16 August 2016, from Jiuquan, China, orbiting at an altitude of about 500 km. The main scientific goals, including satellite-to-ground quantum key distribution, satellite-based quantum entanglement distribution, ground-to-satellite quantum teleportation, and satellite relayed intercontinental quantum network, were achieved in 2017. As a starting point, the Micius satellite has become a platform for quantum science experiments at the space scale. Here, we introduce the latest experimental achievements (in 2018-2020) based on the Micius satellite.      

电学前沿计量技术在航天型号保障中的应用

针对航天器中电学基准的长期稳定性、多种传感器输出电信号的线性度、电脉冲测量的时延等多个航天电测领域的难题,提出采用电学量子计量技术和计算基准技术的解决方案,可以10^-9量级的不确定度测量航天器中电阻基准短期变化量,从而推算出长期变化量,对航天器的稳定控制具有重要作用;可以极小的不确定度校准多种传感器输出的毫伏、微伏量级电压的线性度,对航天传感器测量准确度具有重要意义;可在10^-9秒量级确定电脉冲测量中电阻引入的时延,对航天器电推进系统的控制具有重要作用。