X射线鬼成像是一种低剂量、非定域成像方法，对医疗诊断和生物成像具有重要意义。在基于晶体劳厄衍射分光的X射线鬼成像中，晶体振动会造成衍射光路上散斑的模糊，进而导致利用关联方法重构图像衬度和空间分辨的降低。本文系统分析了衍射光路上散斑图像的模糊程度对归一化二阶关联函数g(2)的最大值和半高全宽的影响。模糊程度的增强会导致g(2)最大值的减小和半高全宽的展宽，在理论上证明了模糊程度会引起重构图像的衬度和分辨能力的降低。为解决上述问题，本文在衍射光路和直通光路的直接关联方法(G_LH)的基础上提出G_LHE方法(G_LH enhanced method)。模拟实验表明G_LHE算法能同时改善图像衬度和提高重构分辨率，并且模糊程度增强时，G_LHE算法重构图像的峰值信噪比与先对直通光路的散斑图像进行高斯滤波处理再进行双光路关联计算方法(G_LL)的差距扩大，同时保证其对噪声的鲁棒性。本文为晶体衍射分光的X射线鬼成像的实际应用提供可行的思路。

图5  G_LL和G_LHE方法重构图像

文章研究了晶体衍射分光的X射线鬼成像，提出改进迭代算法进一步改善图像质量。从模拟结果来看，该方法能够较好地提高图像衬比度和信噪比。该研究有利于基于晶体衍射分光的X射线鬼成像研究的进一步发展。

不确定关系是量子力学的基本特征之一，随着量子信息理论的蓬勃发展，不确定关系更是在其中发挥着重要的作用。特别是将熵引入来描述不确定关系之后，不确定关系在量子信息技术中涌现出多种应用。众所周知，熵不确定度关系已成为几乎所有量子密码协议安全分析的核心要素。这篇综述主要回顾不确定关系的发展历史和最新研究进展，从Heisenberg提出不相容测量其结果是不能被预测伊始，许多学者在该观点的启发下，做了进一步的相关扩展研究，将可观测物体与环境之间的量子关联结合起来，对不确定关系进行各种推广从而得到更普适的数学表达式。除此以外，本文还重点介绍了量子存储下的熵不确定度关系及其发展，也介绍了在某些物理系统中对应的动力学特性。最后讨论了熵不确定度关系在量子信息领域的各种应用，从随机数到波粒二象性再到量子密钥分发。

图1   每个从粒子源发出的粒子都是用P或Q来测量的，测量的选择是随机的。不确定关系指出我们不能预测P和Q的测量结果

本综述通过回溯不确定关系的历史，以及介绍其最新进展，能帮助读者对不确定关系有一个全面的认识，并抓住前沿重点问题。文中较详细地介绍了用于研究不确定关系的相关技术与工具，并对其给予评价与展望，给读者指出了将来可能的研究方向。

量子计算机一个重要的应用是攻破经典密码。以往的研究表明，攻破广泛使用的2048位RSA密码所需要的量子比特数目在2000万左右，远远超出了目前的技术水平。近期法国研究人员提出，如使用配备了多模式量子存储的量子计算机，则只需要1.3万个量子比特即可攻破2048位的RSA密码。这一研究把量子存储器的应用推广到量子计算领域，为研制实用化量子计算机提供了一条新的技术路线。量子存储式量子计算机需要微波段的量子存储器，这是目前亟待开发的新技术。基于对量子存储过程中原子辐射本质的分析,近期我们提出了无噪声光子回波方案，成功解决了光子回波的自发辐射噪声难题，有望进一步实现微波段量子存储并应用于量子存储式量子计算机中。

图1   “量子存储”量子计算机的架构图

作者对近期法国研究人员在攻克2048位的RSA密码相关工作进行了详细地分析，首先肯定了其把量子存储器的应用推广到量子计算领域，为研制实用化量子计算机提供了新技术路线，同时也指出了该工作实施过程中存在的各种技术挑战，如苛刻的量子存储模式数和寿命的需求，也未考虑存储装置的效率、噪声和相干寿命问题。作者的分析准确、客观，为从事相关研究工作的学者指明了下一步的研究方向。

本文研究了一个周期驱动的非宇称-时间对称二能级量子系统的非厄米动力学。通过经典相空间分析方法,解出了该非厄米系统的Floquet态和准能谱，并解析构造了由该非厄米哈密顿量支配下的量子态的非幺正时间演化算符，给出了不同参数区域的量子态演化。本文数值和分析证明，该非宇称-时间对称二能级Floquet系统，类似于宇称-时间对称系统，存在一个准能谱从实数谱到复数谱的相变。本文还揭示了在量子态的动态演化中存在一种准宇称-时间对称动力学，即，该系统的粒子布居概率演化完全满足时间空间对称(宇称-时间对称)，但是由于相位演化违反了宇称-时间对称性的要求，因此包含相位信息的量子态演化不满足时间空间对称(宇称-时间对称)。这些结果加深了对非厄米物理的理解，拓展和推广了传统的宇称-时间对称概念。

图1   不同系统参数下的相空间轨道(ω=2,ν=1)

本文研究了周期驱动的非PT对称二能级量子系统的非厄米动力学。通过经典相空间分析方法，首先得了该非厄米系统的Floquet态和准能谱，构造了非幺正时间演化算符，分析了不同参数区域量子态演化行为。得到的结论是：1）该非PT对称二能级Floquet系统，类似于PT对称系统，存在一个准能谱从实数谱到复数谱的相变。2）在量子态的演化过程中存在一种准PT对称动力学。论文逻辑思路清晰，综述全面细致，分析计算正确，有利于进一步加深对非厄米量子系统，特别是对PT对称概念的理解。

C₆D₆闪烁体探测系统结合脉冲权重技术被广泛应用于中子俘获反应截面测量研究。实验中采用的样品厚度直接影响中子束流时间，同时也影响实验数据的可靠性。本文基于中国散裂中子源反角白光束线(CSNS Back-n) C₆D₆探测系统，对比研究了不同厚度的镥(Lu)样品中子俘获反应截面的实验测量。利用GEANT4蒙特卡罗程序模拟了考虑样品厚度的探测系统光响应，计算出精确的脉冲权重函数。实验中，通过采用较长中子飞行距离和本底测量，得到了高精度的共振区产额分布。通过R矩阵理论分析产额分布，得到了相应的实验共振参数。结果发现，较厚Lu样品因其厚度效应导致共振曲线发生变化，实验共振参数与ENDF/B-VIII.0评价数据库差距较大；然而，较薄Lu样品实验结果能够很好地再现ENDF/B-VIII.0评价数据。

图6  不同厚度^natLu靶的中子俘获产额比较和SAMMY拟合结果

建立中国自己的核数据测量实验数据库一直是核数据界长期的愿望。白光中子源是开展实验数据测量的一个有效平台，一方面填补国内测量空白，另一方面可以标定国外测量，特别是共振区数据的可靠性。这篇论文以镥(Lu)样品不同厚度测量了共振中子俘获反应截面，并采用R-矩阵方法拟合了实验数据。实验数据处理适当，分析可靠，结论合理。该工作在共振俘获截面测量方面做了一个很好的尝试。

利用非平衡格林函数结合密度泛函理论，研究了顺式蒽二噻吩和反式蒽二噻吩分子连接锯齿边碳化硅纳米带的自旋输运特性，并在铁磁场下观察到自旋向上和自旋向下具有同方向的自旋整流特性。在铁磁场下，边缘碳原子或者硅原子双氢原子钝化可以改变锯齿边碳化硅纳米带的本征金属性，使其转变为半导体。顺式蒽二噻吩器件和反式蒽二噻吩器件的自旋向上电流-电压特性可以呈现显著的自旋整流效应，相应的最大自旋整流比分别接近10¹¹和10¹⁰。此外，由于自旋向上和自旋向下电流值之间的巨大差异，两个器件的电流-电压特性都在正偏压区域呈现出完美的自旋过滤行为。以上发现对未来设计自旋功能分子器件具有重要意义。

图5   器件M1的(a)线性和(b)对数自旋电流电压特性；器件M2的(c)线性和(d)对数自旋电流电压特性

该文利用非平衡格林函数结合密度泛函理论，研究了顺式蒽二噻吩和反式蒽二噻吩分子连接锯齿边碳化硅纳米带的自旋输运特性，并在铁磁场下观察到 α 自旋和β 自旋具有同方向的自旋整流特性，且α自旋电流电压特性的自旋整流比非常高。研究结果比较新颖，同时也具有较高的科学价值。

摩擦纳米发电机作为一种能够将机械能转换为电能的新型能源转换装置，自发明以来便引起了广泛关注，然而其环保性能由于原料来源多为合成高分子材料而受到制约。采用绿色环保的纤维素材料制备摩擦纳米发电机是解决上述问题的重要方式之一。本研究以竹纤维素和钛酸钡(BaTiO₃)为原料，结合湿法造纸和掺杂改性制备了纤维素/钛酸钡复合纸，并将其作为正极摩擦层构建了纸基摩擦纳米发电机(cellulose/barium titanate-triboelectric nanogenerator, C/BT-TENG)。结果表明，BaTiO₃的加入显著提升了复合纸的相对介电常数，C/BT-TENG的输出性能随着BaTiO₃掺杂量增加而提升，在4%掺杂量时，C/BT-TENG的开路电压和短路电流达到最大值118.5 V 和13.51 μA，相比纯纤维素纸作为正极摩擦层时，分别提升了51.3% 和41.2%。通过模型法分析了介电调控提升C/BT-TENG输出性能的机理。此外，C/BT-TENG具有良好的输出性能和工作稳定性，在负载电阻为5 MΩ时，其获得最大输出功率密度0.36 W/m²，表现出良好的应用前景。

图5   不同BaTiO₃含量C/BT复合纸作为正极摩擦层的C/BT-TENG的(a)开路电压和(b)短路电流；不同BaTiO₃含量C/BT复合纸的(c)相对介电常数和(d)介电损耗角正切随频率的变化情况。

本文中作者使用湿法造纸工艺，以竹纤维素和纳米钛酸钡为原料，调控制备出纸张的介电常数，并将其作为正摩擦层材料制备出摩擦纳米发电机。作者解释了钛酸钡掺杂调控C/BT复合纸介电常数的机制，阐述了C/BT摩擦纳米发电机的工作原理。结果表明，BaTiO₃的加入显著提升了复合纸的相对介电常数，C/BT-TENG 的输出性能随着 BaTiO₃掺杂量增加而提升.C/BT-TENG 具有良好的输出性能和工作稳定性，在负载电阻为5 MΩ 时，其获得最大输出功率密度 0.36 W/m²，表现出良好的应用前景。

在物联网时代，如何开发一种可持续供电、部署方便且使用灵活的智能传感器系统成为了亟待解决的难题。以麦克斯韦位移电流作为驱动力的摩擦纳米发电机(triboelectric nanogenerator, TENG)可直接将机械刺激转化为电信号，因此可作为自驱动传感器使用。基于TENG的传感器拥有结构简单、瞬时功率密度高等优点，为构建智能传感器系统提供了重要手段。同时，机器学习作为一种成本低、开发周期短、数据处理能力和预测能力强的技术，对TENG产生的大量电学信号处理效果显著。本文梳理了基于TENG的传感器系统通过采用机器学习技术进行信号处理和智能识别的最新研究进展，从交通安全、环境监测、信息安全、人机交互和健康运动检测等角度出发，概述了该研究方向的技术特点与研究现状。最后，深入讨论了该领域当前存在的挑战和未来的发展趋势，并分析了未来如何改进以期开拓更广阔的应用空间。我们相信机器学习技术与TENG传感器的结合将推动未来智能传感器网络的快速发展。

图1  基于TENG的多功能智能传感系统的结构示意图和主要功能展示

作者主要介绍了机器学习在TENG智能传感领域的应用，并讨论的未来的发展方向。该文对于科研工作者更深的理解TENG自驱动传感器提供了宝贵的素材。

针对智能反射面辅助的星地融合网络，提出了一种基于窃听者非完美信道状态信息的鲁棒安全波束成形方法。首先，考虑到卫星利用点波束技术服务地球站，而地面基站通过多播技术服务多个地面用户，并且在两个网络实现频谱共享的情况，建立以系统总发射功率最小化为目标，基站用户服务质量和地球站安全可达速率为约束条件的联合优化问题；其次，为了求解该非凸问题，利用三角不等式和Holder不等式推导出窃听者非完美信道状态信息条件下的输出信干噪比上下界；接下来，进一步提出了基于半正定规划和惩罚函数相结合的鲁棒波束成形和功率控制联合优化方法，以实现星地融合网络的安全可靠传输。最后，计算机仿真结果验证了本文所提算法的有效性和优越性。

图2   IRS归一化辐射方向图 (a) 三维图 (b) 二维图

该文提出了一种基于窃听者非完美信道状态信息的鲁棒安全波束成形方法，还提出了基于半正定规划和惩罚函数相结合的鲁棒波束成形和功率控制联合优化方法，以实现星地融合网络的安全可靠传输。仿真结果验证了该文所提算法的有效性和优越性。

复合材料在制造和使用过程中不可避免地会产生褶皱缺陷，因其形态变化多样，形变程度较小，人工辨认存在一定障碍，容易出现错漏情况。为提高检测效率，提出利用Mask-RCNN(Mask region-based convolutional neural networks)目标检测算法对复合材料超声图像中不同形态的褶皱缺陷进行检测并分类。制备含有不同形态褶皱缺陷的碳纤维复合材料层合板，利用超声相控阵采集全矩阵数据；通过波数成像算法得到复合材料层合板纵切面图像，根据地质层中褶皱的几何学特征，将复合材料层合板中存在的不同褶皱分为三类，进而建立褶皱形态与材料损伤程度之间的关系；提出Mask-RCNN算法用于褶皱缺陷的自动检测并分类，该算法中语义分割的引入可显示褶皱缺陷的位置和形状。实验结果表明：Mask-RCNN对不同形态褶皱识别的准确率分别达到92.1％，90.9％和93.3％，褶皱分类识别准确、有效。为实现复合材料层合板数据采集-成像-缺陷判别一体化、自动化提供了理论支撑。

图1   褶皱缺陷自动分类识别流程图

论文搭建了一种复合材料褶皱缺陷的检测分类系统。利用超声相控阵与波数成像算法得到含有褶皱缺陷的复合材料层合板纵切面图像，提出利用Mask-RCNN目标检测算法对所获图像进行分类。实验结果表明：Mask-RCNN对不同形态褶皱的识别准确、有效。本文深度学习方法对复合材料超声图像中不同形态的褶皱缺陷进行自动化检测并分类，具有较好的理论及应用价值。

提出了一种利用非对称波形激光脉冲与原子相互作用在隧穿区发射高次谐波谱的大频移方案。通过数值求解偶极近似下的三维含时薛定谔方程，研究了该激光驱动氢原子发射的高次谐波特性。结果表明，利用上升沿与下降沿不同的非对称激光驱动氢原子所发射的高次谐波在截止位置附近发生了大的频率红移和蓝移，通过改变激光脉冲的上升沿或下降沿，能调控谐波的频移量。产生频移的原因是激光脉冲上升沿或下降沿对谐波贡献的不同所致，当下降沿发射谐波的贡献大于上升沿的贡献时，谐波发生红移，反之则发生蓝移。通过改变激光脉冲波形，在隧穿电离区能够调控截止位置附近原子发射的高次谐波频率，对于给定的某一阶谐波，调控的范围可从奇次阶到邻近偶次阶之间的任意频率处。

图6  (a) H61和 (b) H65阶谐波的时间轮廓(下降类第III种激光场作用)

本文通过数值求解含时薛定谔方程，在上升类和下降类等两类脉冲作用下，研究了氢原子所发射的高次谐波在截止位置附近发生频率红移和蓝移现象，结合时频分析和单原子强场近似下n阶谐波的瞬时能量与激光强度随时间的变化率之间的线性关系，给出了发生高次谐波频率移动的合理解释，最终给出了一种利用非对称波形激光脉冲调控原子高次谐波频率移动的方案，并讨论了实验可行性。 论文对于实现精确调控高次谐波提供了重要的理论参考。

针对远距离运动目标的光子测距问题，建立了运动目标的光子探测回波概率分布模型，给出了适用于任意目标的光子探测蒙特卡洛模型。通过实验对比，验证了蒙特卡洛仿真模型的正确性。进一步分析了一个探测周期内的平动小矩形目标激光回波和光子回波概率分布变化规律，讨论了光子测距误差与目标平动速度间的关系。结果表明：光斑直径为2.5 m、目标尺度为1 m时，距离漂移在速度为25 m/s取到极大值6.72 cm，是扩展目标距离漂移的1/2倍；随着平动速度的增加，以出光斑为界，距离漂移先增大后保持稳定不变。本文提出的方法可进一步扩展到其他形状、材质、姿态、运动目标的光子探测，研究结果为运动目标的光子测距的校正和性能的提升提供了理论依据。

图8   距离漂移与目标平动速度的关系

论文针对远距离运动目标的光子测距问题，建立了运动目标的光子探测回波概率分布模型，给出了适用于任意目标的光子探测蒙特卡洛模型．分析了一个探测周期内的平动小矩形目标激光回波和光子回波概率分布变化规律，讨论了光子测距误差与目标平动速度间的关系。该文对于运动目标的光子测距及光子计数激光雷达运动目标探测具有一定的指导意义。

《物理学报》2022年第7期全文链接：