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人工巨原子三腔耦合系统的光子阻塞效应

骆俊豪，马康杰，梁焱，盛治郡，孙一丁，谭磊  

物理学报, 2025, 74(21):214202

doi: 10.7498/aps.74.20251000

cstr: 32037.14.aps.74.20251000

研究了人工巨原子与三个微腔耦合系统中的光子阻塞效应。首先讨论了弱驱动腔模的情况，分析了单光子和双光子激发时系统的能级结构和跃迁路径，研究了系统中光子的统计特性。其次，考虑同时驱动人工巨原子和腔模，探讨了利用量子干涉效应进一步增强光子阻塞。研究结果表明，系统的两个腔中出现了对弱驱动具有鲁棒性的光子阻塞效应，等时二阶关联函数的值为g⁽²⁾(0)≈10^−3.4。另外，在同时驱动人工巨原子和腔模的情况下，本研究实现了最佳光子阻塞，等时二阶关联函数可以达到g⁽²⁾(0)≈10^−6.5。该研究结果可为单光子源的实验实现提供新的可行方案。

图6 (a)，(b) a，b腔等时二阶关联函数随原子驱动强度ε与腔驱动强度Ω之比ε/Ω的变化图；(c) b腔单光子占据概率|C_g,0,1,0|²随ε/Ω的变化；(d) b腔双光子占据概率|C_g,0,1,0|²随ε/Ω的变化。其中Δ₀=√3g，其他参数与图3相同

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专题：磁共振技术

近零场磁共振与超极化技术

李泽铭，吕沄禧，祁浩刚，瞿千越，谭政，王力，蒋卫平，胡一南，周欣

物理学报, 2025, 74(21):218701

doi: 10.7498/aps.74.20250771

cstr: 32037.14.aps.74.20250771

近零场磁共振波谱和成像是一个快速发展的前沿领域，其在化学样品快速分析和便携式磁共振诊断方面拥有巨大的应用潜力，伴随着其核心部件原子磁力计的成熟，国际上许多学者已提出相关的临床应用方案与计划。近年来，超极化技术的快速发展弥补了近零场磁共振信号强度不足的问题。溶解动态核极化(dDNP)、仲氢超极化(PHIP/SABRE)、化学诱导动态核极化(CIDNP)以及自旋交换光抽运(SEOP)等超极化技术在近零场磁共振中已得到初步应用。结合超极化技术，可以摆脱磁铁，显著提高磁共振信号强度，从而推动近零场磁共振在化学分析与人体成像中的应用，为快速的化学样品分析和基于磁共振成像的快速诊断提供更便携的工具。本文将综述近零场磁共振与超极化技术的相关研究进展。

图1 不同场强下的磁共振现象

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专题：量子信息处理

量子身份认证研究进展

王兴福，郑艳艳，顾世浦，张琦，钟伟，杜明明，李喜云，沈淑婷，张安蕾，周澜，盛宇波

物理学报, 2025, 74(21):210302

doi: 10.7498/aps.74.20250920

cstr: 32037.14.aps.74.20250920

量子通信具有感知窃听的功能，这是其区别于经典通信而独有的优势，能够为信息安全提供新的保障。在实际应用中，量子通信具有绝对安全性的前提是所有通信方均是合法通信方，然而，这在实际通信环境中难以保证，为量子保密通信带来安全性隐患。因此，在通信之前对通信方进行身份认证具有重要意义。量子身份认证利用量子力学基本原理在通信方之间实现单向或双向身份认证，并能确保身份认证码的绝对安全，在量子通信领域具有重要的研究价值。本文系统地梳理了量子身份认证协议的研究历程，根据所需的不同量子资源对基于单光子、纠缠态、连续变量、混合型变量的量子身份认证协议进行介绍，又根据身份认证过程中使用的量子协议类型，介绍了基于量子密钥分发、量子安全直接通信、量子隐形传态以及乒乓协议框架的量子身份认证协议，并分析各类协议在效率、安全性及实用化方面的优缺点。最后，详细地介绍了最新的量子身份认证协议——基于GHZ态的多方同步身份认证协议以及具有身份认证功能的极化-空间超编码的三方量子安全直接通信协议，并对量子身份认证的未来发展方向以及在量子通信领域的应用潜力进行展望。本综述可为未来量子身份认证的实用化发展提供理论支持。

图3 具有身份认证功能的三方量子安全通信协议示意图

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专题：超快原子分子光物理

基于非绝热半经典模型对氩原子近阈值光电子干涉的研究

陶建飞，金鑫，吴可非，刘小井

物理学报, 2025, 74(21):213201

doi: 10.7498/aps.74.20250999

cstr: 32037.14.aps.74.20250999

结合实验与理论研究，探索了在多光子区域(γ > 1)短脉冲激光作用下氩原子的光电离过程。通过建立包含隧穿出口处电子初始纵向动量的半经典模型，模拟了光电子动量分布。该方法基于费曼路径积分理论框架，为每条电子轨迹赋予动力学相位，从而实现了对量子干涉效应的研究。模拟结果与含时薛定谔方程(TDSE)数值解高度符合，同时发现，初始纵向动量的引入对于精确重现电离阈值附近观测到的光电子谱干涉结构至关重要，并揭示出离子实极化对低能谱影响甚微。本文的研究结果强调了超短脉冲光电离中非绝热势垒下动力学的重要性，并提供了基于量子轨道的清晰物理图像。

图2 初始纵向动量的关键作用  (a) 单强度含时薛定谔方程模拟基准PMD (I = 5×10¹³ W/cm²，γ ≈ 1.6)；(b)含与(c)不含隧穿出口初始纵向动量的半经典模拟低能PMD对比。含初始动量的模拟(b)正确复现了TDSE基准(a)的6瓣结构，而未包含的模拟(c)错误预测了8瓣

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基于自适应区域权重混合模型的燃烧场温度和气体浓度二维重建方法

陈楚戈，石顶峰，丛洲洋，黄安，许振宇，聂伟，夏晖晖，郭浩帆

物理学报, 2025, 74(21):214203

doi: 10.7498/aps.74.20250988

cstr: 32037.14.aps.74.20250988

燃烧场温度与气体组分浓度的二维分布对发动机燃烧效率以及性能评估具有重要意义。本文提出一种基于自适应区域权重混合模型的燃烧场温度和气体组分浓度二维重建方法，提高复杂突变燃烧场重建精度。通过区域权重机制将多项式模型与高斯径向基函数模型结合为混合模型，并自适应迭代计算区域权重矩阵。一方面通过区域权重矩阵保证了混合模型在兼顾全局特征的同时，提高混合模型细节特征的描述能力；另一方面，在残差函数中加入区域权重正则化方法，提升算法的精度。数值模拟了三种燃烧场分布，通过对比验证了混合模型的表征能力和重建精度，结果表明，混合模型算法重建误差低于单一模型及传统ART算法，其温度、浓度分布重建最大误差分别为3.31%和7.13%。并在标准McKenna燃烧器上搭建了扫描式TDLAS测量平台及热电偶测量平台对该方法进行实验验证，重建结果与实际分布一致性较好，1800 K下中心温度与热电偶测量结果偏差为10 K，验证了该方法的有效性，可为发动机燃烧场测量分析提供有效的参考。

图6 算法温度、浓度重建误差   (a) 温度分布重建误差；(b) 浓度分布重建误差；(c) 中心区域温度重建误差；(d) 中心区域浓度重建误差

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月面环境月球车摩擦充放电风险研究

夏清，李梦谣，蔡明辉，唐程雄，张尊，杨涛，许亮亮，贾鑫禹

物理学报, 2025, 74(21):219401

doi: 10.7498/aps.74.20251035

cstr: 32037.14.aps.74.20251035

月面任务将面临月球车车轮与月尘摩擦充放电风险，初步的理论研究表明金属材质的车轮可能会充电至–5000 V量级，放电脉冲电流可达0.1 A量级，严重威胁航天员生命安全和器件电路的正常工作。本文采用地面实验手段研究了真空、太阳风等离子体环境下月球车车轮摩擦充放电风险。研究结果表明，真空环境下，直径为136 mm的铝合金月球车车轮以0.003 m/s在月尘层上行驶时会快速充电至几百伏正电位，车轮行驶距离至约20 m，电位为550 V时即发生放电击穿，此时捕捉到的放电电流脉冲幅值可达1.5 A，脉冲持续时间约100 ns；增加摩擦频率充电速率明显增加，放电更频繁地发生；在模拟的太阳风等离子体环境下，车轮以0.003 m/s行驶时环境和摩擦共同作用使充电电位为负，平衡后电位约–830 V，且放电更加频繁，行驶至8.5 m时即发生放电击穿，放电电流脉冲幅值可达0.3 A，脉冲持续时间100 ns。该放电脉冲对线性电路造成了电磁干扰，导致信号的异常输出。本研究表明月球车摩擦充放电风险较高，需在后续工程任务中关注并进一步评估其危害程度。

图1 材料与月尘摩擦充电实验装置图

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量子态间渐近转化率的分布

高冬梅

物理学报, 2025, 74(21):210301

doi: 10.7498/aps.74.20250877

cstr: 32037.14.aps.74.20250877

在量子资源理论中，系统中不可避免存在的噪声使得调控和转化量子资源变得困难。为了克服转化量子资源态时噪声的影响，高资源初态ρ到低资源目标态ρ′的转化往往考虑多份初始态到多份目标态的渐近转化。渐近转化率R(ρ→ρ′)可以刻画这类转化过程中量子操作的能力，并且它被定义为目标态份数与初态份数的比值。一般地，要得到渐近转化率的确切值是困难的。在一般的多体量子资源理论中，本文研究了两部划分下渐近转化率的分布特征：当α ⩾ 1时 R^α(ρ→ρ′)服从单配性关系式，并且证明得到边际转化率和边际的催化转化率也都服从上述分布特征。这些关系式表明多体系统中量子资源的分布以及子系统间量子资源的配置是存在束缚的。

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