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期刊信息/Journal information
中国科学（物理学 力学 天文学）
中国科学（物理学 力学 天文学）

王鼎盛 张杰

月刊

1674-7275

Physics@scichina.org

010-64015835

100717

北京东黄城根北街16号

中国科学（物理学 力学 天文学）/Journal SCIENTIA SINICA Physica,Mechanica & AstronomicaCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>《中国科学》是中国科学院主办、中国科学杂志社出版的自然科学专业性学术刊物。《中国科学》任务是反映中国自然科学各学科中的最新科研成果，以促进国内外的学术交流。《中国科学》以论文形式报道中国基础研究和应用研究方面具有创造性的、高水平的和有重要意义的科研成果。在国际学术界，《中国科学》作为代表中国最高水平的学术刊物也受到高度重视。国际上最具有权威的检索刊物SCI，多年来一直收录《中国科学》的论文。1999年《中国科学》夺得国家期刊奖的第一名。
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    固体浮力材料研究前沿

    应黎坪廖斌樊振宇高阳...
    59-81页
    查看更多>>摘要：固体浮力材料是深海开发中普遍应用的一种功能材料，利用其密度小于海水的特点，实现往返式深潜器的无动力上浮和海底生产系统的浮力补偿与保温。随着海洋资源开发及科考向深海的挺进，装备作业模式向长时间坐底、连续往返方向发展，因此对固体浮力材料提出了更为苛刻的要求。低密度、抗高静水压的能力以及长时间深水服役环境下的可靠性是固体浮力材料的核心目标。文章以这三方面要素为牵引，分类阐述了两相、三相和混杂强化浮力材料的微结构与性能之间的关系。同时结合深远海探测装备长期服役的需求，从物理老化、吸水和降解等方面着重论述了浮力材料在不同环境中的耐久性研究。最后文章就浮力材料和构件设计中的问题和挑战以及固体浮力材料技术的未来发展提供了建议和讨论。

    浮力材料复合泡沫静水压低密度深海开发

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    基于圆上单向量子游走的量子安全多方求和协议

    王锦涛李霞叶天语
    82-93页
    查看更多>>摘要：本文提出一种新颖的基于圆上单向量子游走(One-Direction Quantum Walks on a Circle，ODQWC)的量子安全多方求和协议，以环形方式传输量子游走态，在不泄密的前提下实现n位秘密持有者的不同整数序列的求和。本文协议采用两粒子乘积态而非量子纠缠态作为初始量子资源，仅要求不同秘密持有者对量子游走态施加单向演化算子，但不需要她们进行量子纠缠交换操作。另外，该协议仅需要进行单粒子测量。安全性分析表明，该协议可以抵抗外部攻击和参与者攻击，在特定条件下可转化为基于ODQWC的量子安全多方比特求和协议。

    量子安全多方计算量子安全多方求和圆上单向量子游走参与者攻击

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    基于Bell态分发的探测设备无关量子秘密共享

    刘天琦李涛
    94-102页
    查看更多>>摘要：存在缺陷的探测装置可能会导致窃听者获取关键信息或注入恶意信息等安全问题。针对该问题，本文基于单光子Bell态测量和双光子Bell态分发，提出了一种探测设备无关的三方量子秘密共享协议。代理方通过引入光子的空间自由度编码，并进行单光子极化和空间模式两个自由度的Bell态测量，从而建立通信三方的联系，实现三方的秘密共享。该量子秘密共享协议可以用线性光学元件实现，保证了其实用性。此外，验证了该协议的安全性，并展示了其对两种常见攻击方式的抵抗能力。

    量子密码超编码光子量子秘密共享单光子Bell态测量

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    基于广义W类态更紧的单配性和多配性关系

    李波谢冰张战军
    103-117页
    查看更多>>摘要：纠缠单配性和多配性是多体量子系统中不可或缺的特征，能够刻画多体量子系统中纠缠的分布特性。针对广义W类态和真空态的叠加及其约化密度矩阵，本文利用一组不等式研究了一类基于Tsallis-q熵纠缠和Rényi-q熵纠缠更紧的单配性和多配性不等式。这些单配性和多配性不等式在某些条件下将还原为现有的一些不等式，也就是说现有的不等式可以视为这类新型不等式的一个特例。这些更紧的不等式是三体和多体量子系统中纠缠分布更精细的表征。本文建立的单配性和多配性不等式的适用范围更广。

    单配性多配性Tsallis-q熵纠缠Rényi-q熵纠缠

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    SM4算法S盒的高效量子电路实现

    刘嘉宏谭晓青李明包戴鹏伟...
    118-126页
    查看更多>>摘要：近年来，对称密码的量子实现受到了广泛关注。SM4分组密码算法是我国首个商用密码标准，在2021年成为ISO/IEC国际标准。S盒作为SM4算法中最复杂的组件，其量子电路实现对整个SM4算法的量子电路有重大影响。本文依据SM4算法S盒的代数结构，使用塔域分解技术实现其量子电路。本文提出的SM4算法S盒的量子电路，基于NCT门集分析，需要的量子资源为20个量子比特、52个Toffoli门、196个CNOT门、13个X门，Toffoli深度为36;基于Clifford+T门集分析，需要量子资源为20个量子比特、334个T门、548个CNOT门、129个1qCliff门，T深度为108。与已有文献相比，本文提出的量子电路需要的量子资源更少。

    SM4算法S盒量子电路塔域分解

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    基于随机顺序重排的单服务器盲量子计算模型

    高冬梅刘锋杨宇光
    127-133页
    查看更多>>摘要：在现有的单服务器盲量子计算模型中，通常客户必须具备诸如制备或测量单量子比特态的能力。不同于现有的单服务器盲量子计算模型，本文将随机顺序重排技术应用于单服务器盲量子计算。通过对服务器制备分发的Bell态粒子序列进行随机顺序重排操作，客户保留了其输入、输出和算法对服务器的盲性。此外，客户不需要具备任何量子计算能力，只需具备重排粒子顺序的能力。

    盲量子计算单服务器随机顺序重排

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    基于多硬币量子游走的仲裁量子(t,n)门限群签名

    尚涛侯鹏林刘雨辰熊科宇...
    134-145页
    查看更多>>摘要：量子群签名是一类具有特殊性质的仲裁量子签名的变体。大多数现有的基于隐形传态的量子群签名方案不具备门限性质，也难以拓展为量子门限群签名。为了实现从普通量子签名向量子(t，n)门限群签名的扩展，解决基于联合Bell态测量的量子签名效率低下的问题，本文以量子游走实现的广义隐形传态为基础，提出了 一种量子(t，n)门限群签名方案。n个签名者组成一个群组，只有其中的t个签名者可以利用量子游走系统代表该群组生成一个有效的签名。所提出方案使用基于多硬币量子游走的隐形传态来传递量子消息，量子一次一密验证量子消息。验签者在可信仲裁者的帮助下，通过量子比较算法来检查签名的有效性。在安全性方面，所提出方案满足门限群签名的不可伪造性、不可否认性、门限安全性、签名者身份可追踪性和签名者的匿名性要求。在效率方面，所提出方案使用基于量子游走的隐形传态实现量子信息的传输，无需提前制备纠缠量子态，以高效的单粒子投影测量代替联合测量。此外，所提出方案使用随机数和公共板，可以避免验签者对签名的否认并保证签名的完整性。

    量子隐形传态多硬币量子游走量子门限签名

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    有限平面应变Ⅱ型裂纹尖端幂律塑性应力场全解

    王志强肖怀荣蔡力勋黄茂波...
    146-157页
    查看更多>>摘要：针对幂律材料、有限平面应变紧凑拉伸剪切(Compact Tension and Shear，CTS)试样，基于能量密度等效方法可得到CTS试样能量密度中值点的代表性体积单元(Representative Volume Element，RVE)的等效应力解析解，以该应力解作为特征应力因子，采用表征CTS试样Ⅱ型裂纹尖端应力场的三角特殊函数，提出了描述有限平面应变幂律塑性Ⅱ型裂纹尖端应力场的半解析模型以及用于描述Ⅱ型裂纹尖端扇贝轮廓式等应力线的理论解。本文Ⅱ型裂纹裂尖场模型对平面应变CTS试样裂尖应力场的预测结果与有限元分析结果密切吻合，Ⅱ型裂纹裂尖幂律塑性应力场模型完善了弹塑性断裂力学，并对剪切型断裂安全评价有重要工程意义。

    幂律塑性有限平面Ⅱ型裂纹半解析模型应力场

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    阵列微空心阴极维持放电模拟研究

    何寿杰方振松邓佳松丛日东...
    158-171页
    查看更多>>摘要：本文基于流体模型模拟研究了阵列微空心阴极维持放电(MCSD)的时空动力学特性，特别对不同电极表面电流的变化规律及其与带电粒子密度和电场等微观参量的关系进行了深入分析。模拟结果表明，随着阴极电流的增加放电分为4个阶段。第一阶段为类汤生放电阶段，此时三个电极上的电流、空间电荷密度和电场强度均很低。第二阶段为空腔内放电击穿阶段，此阶段空腔内放电击穿，并产生明显的空心阴极效应。微空心阴极(MHCD)两电极表面电流、空腔内带电粒子密度和电场强度迅速升高。但是此时MHCD电极中的阳极(第一阳极)仍然为阳极角色，MHCD和第三电极间(第二阳极)放电未击穿。第三阶段，微空心阴极和第三电极空间的放电逐渐击穿，MHCD中阴极和第一阳极表面电流方向相同，第一阳极逐渐由阳极转变为阴极角色，并在其附近形成较明显的阴极鞘层结构，MCSD放电空间的带电粒子密度迅速升高。第四阶段为放电的稳态阶段，形成稳定的阵列微空心阴极维持辉光放电，MCSD放电结构中各电极表面电流之间满足定量关系。模拟结果同时表明，除了微空心阴极放电，第三电极辉光放电对空腔内放电和阵列MCSD放电的形成均具有重要的促进作用。阵列MCSD为MHCD放电和第三电极辉光放电共同作用形成的。

    微放电阵列微空心阴极维持放电流体模型放电特性

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    非对称条纹电极介质阻挡放电中放电特性的空间分布

    褚佳惠董丽芳田淼李耀华...
    172-184页
    查看更多>>摘要：本工作设计了由横条纹水电极和竖条纹水电极组成的非对称介质阻挡放电装置，所产生的电场强度在放电气隙各个截面的分布不同，具有S4点群对称性。实验采用光电倍增管(PMT)和高速照相机(ICCD)对放电时空特性进行了测量，研究了上述电场对放电特性的影响。结果表明:在放电气隙中部，由光信号积分估计的电荷产生量ΔQ最少，放电通道也最细。结果表明:在放电气隙中部，光信号时间积分值最小，放电通道最细。采用ICCD对单个放电丝在多个外加电压周期的空间分布进行了研究，发现其在靠近电极处的空间位置分布与电场分布一致。数值求解拉普拉斯方程模拟了该装置产生的外加电场，发现外加电场强度在气隙中各个截面的分布呈现如下连续变化:自一侧电极横向条纹分布演变至中部四边形阵列分布，最后至另一侧电极竖向条纹分布，具有S4点群对称性。综合上述实验及电场模拟结果，发现非对称介质阻挡放电中放电的空间特性与电场强度的空间分布有关。

    介质阻挡放电非均匀电场放电时空特性

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