量子通信技术及应用研究综述

量子通信技术自20世纪80年代诞生以来,获得了突飞猛进的发展。文章将量子通信技术及应用研究划分为量子通信协议研究、量子通信工程技术研究以及量子通信应用研究等三方面。在对量子密钥分发、量子秘密共享、量子隐形传态和量子安全直接通信等量子通信协议的技术原理、应用领域和研究进展进行分析对比的基础上,对量子光源产生、量子随机数发生、量子纠缠编码和单光子探测等量子通信工程技术的研究现状进行了总结,并对当前世界各国在量子通信链路构建、量子通信网络构建和量子通信系统构建等方面的主要研究进展进行了介绍,指出了量子通信当前存在的通信速率低、传输距离近、制造成本高等问题,明确了未来的发展方向,可以为量子通信技术和应用相关研究提供一定的参考。     

一种SRAM-FPGA在轨重构的工程实现方案

针对航天器电子系统在实际工程中要解决的星载资源受限、长寿命、高可靠等特殊问题,文章提出了一种基于静态随机存取存储器型现场可编程门阵列(SRAM-FPGA)在轨重构的方法及工程实施方案,对如何保证数据可靠传输与可靠存储等关键问题进行了讨论,并且给出了在某卫星工程中的具体设计方案和在轨验证情况。结果表明,采取的重构设计圆满完成了目标FPGA的功能升级以及在轨实时刷新,工作稳定正常,可以为其他航天器电子系统设计提供参考。     

用于制备量子遥感压缩光源的模清洁器的设计

压缩态光场是量子遥感成像实验中使用的光源，制备该光源的过程中需要一个窄线宽的模清洁器改善激光的光束横模质量和过滤高频噪声。文章对模清洁器抑制高阶模的原理进行了研究，根据实验需求设计了三镜环形腔结构的模清洁器基本参数，设计中兼顾了窄线宽与透过效率两方面要求，线宽为1.4MHz，透过效率为60%。通过仿真优化了模清洁器对高阶模的抑制效果，最终设计的模清洁器对高阶模的抑制度大于12dB，将用于795nm量子遥感成像实验中。     

中远红外高功率量子级联激光技术研究进展

量子级联激光器具有体积小，重量轻，波长可调谐，以及光源能够覆盖中远红外和太赫兹波段等特点，使其在痕量气体检测、定向红外对抗、自由空间光通讯以及红外成像和光谱等领域有着广泛的应用。自从1994年第一个量子级联激光器问世以来，大功率、高电光效率以及室温下连续工作的量子级联激光器一直是人们追求的目标。首先介绍了量子级联激光器的有源层设计、波导设计和器件散热设计方面的研究进展；其次重点讨论了4 μm~5 μm 中波红外和 8 μm~12 μm长波红外高功率室温下连续量子级联激光器的发展和演变、以及大功率脉冲量子级联激光器研究情况；最后简要介绍了大功率量子级联激光器芯片的外延制备技术。     

量子信息技术在未来电子对抗中的前景展望

量子信息技术飞速发展,已成为研究热点,并逐步走向未来战场应用,可极大改变敌我战场态势,威胁我方电子对抗装备系统作战效能。为应对量子信息技术带来的安全威胁以及算力威胁,全面提升我国电子对抗装备具备远程精确化、智能自动化、隐身无人化等特点,是未来重点研究领域,关系着未来战场走向。文章结合量子技术特点,重点分析了量子测量、量子雷达探测以及量子保密通信等量子信息技术国内外发展现状,以及该技术对现代电子对抗应用的潜在影响,并提出量子信息技术与电子对抗技术融合发展思路,构想量子信息技术在电子对抗装备领域应用的模式,并对未来“量子-电子对抗”技术进行前景展望,努力争夺未来量子-电子领域制高点。     

德国科学家实现用单个原子存储量子信息

据科技部网站2011年5月23日报道,马克斯一普朗克量子光学研究所以Gerhard Rempe教授为首的研究人员,成功将单个光子的量子态写入一个铷原子中,存储一段时间后又将其读出。他们认为,     

基于量子遗传算法的无人飞行器航迹规划

基于量子计算和量子理论,提出了一种基于量子遗传算法的无人机航迹规划方法 。该方法利用表征量子叠加态的量子比特对航迹进行编码,引入具有量子特性的量子交叉算 子和量子门变异调整策略,对航迹规划中代价函数进行优化,引导并实现航迹的规划选择。 仿真试验结果表明,该方法不仅具有良好的种群多样性,而且还可以有效地提高算法的空 间搜索和收敛能力。
     

以置信下限覆盖率为优化目标的加速寿命试验优化设计方法

航天产品长寿命高可靠的特点促使了加速寿命试验在航天领域的广泛应用。加速寿命试验优化设计可以有效地提高试验效率,对于价格昂贵的航天产品而言具有重要意义。考虑到航天产品可靠性评估主要关注可靠度置信下限,本文以置信下限覆盖率作为优化目标,提出了一种新的加速寿命试验优化设计方法。该方法可以结合实际约束条件,工程适用性较强。     

中分辨率成像光谱仪焦平面设计方案设想

文中就中分辨率成像光谱仪的焦平面设计进行了分析,根据中分辨率成像光谱仪的谱段配置、微型组合滤光片研制难度、辐照分辨率、空间分辨率等具体情况,提出了详细的焦平面设想:在可见光波段焦平面(VIS FPA)采用镶嵌蓝光增强PIN二极管列阵,近红外焦平面(NIR FPA)采用红外增强PIN二极管列阵,读出采用CMOS多路读出及源跟随器输出结构,以相关双取样电路消除背景噪声、复位噪声和热噪声,每列探测器对应一路前置放大器;短波红外焦平面(SWIR FPA),探测器采用光伏HgCdTe器件,采用直接注入多路读出电路;长波红外焦平面(LWIR FPA),探测器采用光导HgCdTe器件,读出电路为与光敏元一一对应的前置放大器,主放大器,然后以模拟开关变为串行输出,文中还就各FPA的信噪比、量子效率、串音等进行了分析,提出了各焦平面的最佳工作温度、响应率和一致性等要求。     

量子计算机的研究与应用综述

文章介绍了量子计算的原理，指出经典计算机和量子计算机的异同；简述了量子计算和量子信息技术在并行计算、保密通信等方面的重要应用；最后展望了其未来发展趋势。     

无线量子通信系统的安全性与对抗方法探讨

量子通信卫星的成功发射在全世界范围内掀起了无线量子通信研究与应用的热潮,量子通信的高度安全性似乎已经达到了战场通信的终极目标,但实际上这是一种误解.针对这一情况,在简要介绍量子通信系统常见类型的基础上,对通信系统的安全性与有效性、可靠性进行了必要的区分,指出目前仍然能够利用无线量子通信工程实现中的缺陷来进行窃听,而且可以通过对无线量子通信传输的压制干扰来极大地降低其有效性与可靠性,甚至达到阻断无线量子通信传输的目的.以上探讨对于更加深刻地认识和理解无线量子通信系统的特点,以及从电子对抗向量子对抗的应用扩展推进具有较重要的参考意义.     

我国航天国际标准实现零的突破

据新华网2009年5月6日报道，中国科学技术大学潘建伟研究小组在实用化量子通信方面取得了重大进展，在合肥建成世界上首个光量子电话网，这标志着绝对安全的量子通信由实验室走进了日常生活。据介绍，由中国科大潘建伟、陈增兵、彭承志等人组成的团队针对量子通信实用化展开了攻关研究，研制成功量子电话样机，并在商业光纤网络的基础上，组建了可自由扩充的光量子电话网，节点间距达到20km，实现了“一次一密”加密方式的实时网络通话和3方对讲机功能，真正实现了“电话一拨即通、语音实时加密、安全牢不可破”的量子保密电话。据悉，光量子电话网的建成，是中国科学家继自由空间量子纠缠分发、绝对安全距离大于100km的量子保密通信之后，在实用化量子通信领域取得的又一国际领先的研究成果。     

提高星载电子设备长寿命高可靠途径探讨

给出了星载电子设备长寿命高可靠电性能设计的一般原则,重点讨论了星载电子设备的电性能设计、EMC设计、微放电和无源互调抑制、空间辐射防护应注意的问题,论述了星载电子设备工艺设计和生产过程中的质量控制,并提出研制长寿命高可靠星载电子设备应注意的问题及对策。     

寿命的可靠性综论(二)——寿命及百分寿命的统计方法

指出寿命有两种:偶然故障期的寿命、耗损故障期的寿命,前者的重要特征量为MTBF及故障率λ(t),后者的重要特征量是百分寿命(有时加上MTTF)。长寿命、高可靠的长寿命要求是:偶然故障期的故障率低、平均寿命大,并且耗损故障期的百分寿命长(或加上长的MTTF)。对后者,当前重视不够。本文介绍了正态分布(两参数对数正态分布只要取对数即成为正态分布)、两参数Weibull分布完全子样及不完全子样情况下百分寿命估计的统计方法。     

量子级联技术研究进展：从光源到探测

量子级联技术基于多量子阱或超晶格结构中的子带跃迁和共振隧穿理论,既可以产生光源,又可以探测光信号,是量子级联激光器（QCL）和量子级联探测器（QCD）的理论基石,在检测、遥感、通信、雷达等领域具有广泛的应用前景。经过最近三十年的研究,量子级联技术在基础研究、产品性能以及应用系统研发和场景试验方面都取得了重大进展。本文首先简要介绍了量子级联技术的原理和发展历史,随后阐述了量子级联器件子带能级结构和电子输运动力学计算思路,接着重点综述了量子级联技术的研究进展,包括中远红外高功率QCL、中远红外宽调谐QCL、太赫兹QCL、高性能QCD,以及QCL和QCD的单芯片光子集成方面的内容,最后介绍了QCL和QCD的产品与应用情况。     

纳米材料提高碳/环氧复合材料抗紫外辐照性能研究

随着对长寿命、高可靠卫星的需求增加,中国卫星上常用的碳/环氧复合材料的抗空间紫外辐照性能研究极为迫切。利用强吸收紫外辐照的纳米材料来改善复合材料结构抗空间紫外辐照能力是提高卫星可靠性、延长寿命的有效途径。通过环境模拟实验取得了初步结果。     

航天器地面热实验水平调整测控系统设计

航天器发射以前的地面空间环境试验对于提高航天器的在轨工作的寿命、实现卫星的长寿命、高可靠有着重要的意义。为保证试验过程中真实模拟卫星的空间环境要求,需要研制水平调节系统.该系统建立在工业控集散系统的基础上,系统底层采用以PLC为代表的控制器件,上层采用组态软件,控制策略在组态软件中生成以后在PLC中具体实现。组态软件中实现数据的显示、存储、报警等功能。描述了卫星水平调节系统的构成以及具备的功能,给出了试验过程中的实际控制过程曲线。     

基于混合量子粒子群优化算法的三维航迹规划

针对粒子群优化算法(PSO)存在的早熟收敛问题,通过将种群的繁殖机制引入量子粒子群优化算法(QPSO),提出了一种混合量子粒子群优化算法(HQPSO),将该算法应用于无人飞行器的三维航迹规划。同时,运用统计学方法,通过仿真实验比较了HQPSO算法与QPSO算法以及带动态变化惯性权系数的PSO算法的性能。仿真实验结果表明,HQPSO不但比QPSO和PSO具有更强的全局搜索能力,而且比QPSO和PSO具有更快的收敛速度。     

三结太阳电池高能电子损伤模拟及仿真分析

利用wx AMPS软件构建了高效Ga In P/Ga As/Ge太阳电池的中电池模型,并对电池抗辐照性能进行模拟研究。模拟发现,当辐照缺陷密度较小时,缺陷对中电池的电性能影响较小;当缺陷密度较大时,电性能的下降与电子注量值的对数成正比。计算电池的I-V和量子效率谱(QE曲线)可知,电池电性能的下降直接对应于量子效率的下降、饱和暗电流的增强以及并联电阻的衰降。模拟结果与试验结果的对比显示,在各子电池均匀损伤的假定下,1 Me V电子辐照的缺陷引入率约为0.81。     

四结砷化镓太阳电池电路可靠性设计及验证技术研究

四结砷化镓太阳电池在半刚性太阳翼上应用,需要满足长寿命高可靠要求,文章针对新型太阳电池片在轨应用的空间环境适应性考核验证问题,开展了四结砷化镓太阳电池小板试验验证,对试验方案及数据结果进行了分析说明.通过对热、静电放电、辐照的分析及试验,结果表明:四结砷化镓太阳电池可以满足半刚性太阳翼长寿命高可靠应用的要求,相关试验验证情况将为后续四结砷化镓太阳电池在卫星半刚性太阳翼大范围的工程应用提供参考.