“太赫茲與量子通信”專題簡(jiǎn)介

馬 勇，謝顯中

(重慶郵電大學(xué) 光電工程學(xué)院， 重慶 400065)

量子信息是計(jì)算機(jī)、信息科學(xué)與量子物理相結(jié)合而產(chǎn)生的新興交叉學(xué)科，量子信息技術(shù)已經(jīng)成為世界各國(guó)實(shí)施高新技術(shù)戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)之一。量子信息技術(shù)通過(guò)對(duì)光子、電子和冷原子等微觀粒子系統(tǒng)及其量子態(tài)進(jìn)行精確的人工調(diào)控和觀測(cè)，借助量子疊加和量子糾纏等獨(dú)特物理現(xiàn)象，以經(jīng)典理論無(wú)法實(shí)現(xiàn)的方式獲取、傳輸和處理信息。以量子計(jì)算、量子通信和量子測(cè)量為代表的量子信息技術(shù)在信息安全、通信網(wǎng)絡(luò)、人工智能、空間探測(cè)、生物醫(yī)療等諸多領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生基礎(chǔ)共性乃至顛覆性的重大影響。

太赫茲是電磁波譜最后的處女地，具有獨(dú)特的優(yōu)越性及極重要的應(yīng)用。太赫茲頻段(0.1～10 THz)具有攜帶信息豐富，亞皮秒量級(jí)脈寬、高時(shí)空相干性、低光子能量，穿透性強(qiáng)、使用安全性高、定向性好、帶寬高等特性，太赫茲波譜、成像以及通信技術(shù)在國(guó)防、國(guó)土安全、天文、醫(yī)療、生物、計(jì)算機(jī)、通信等科學(xué)領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景。

太赫茲信息技術(shù)與量子信息技術(shù)同為信息技術(shù)的重要發(fā)展方向，兩者同時(shí)又和新型半導(dǎo)體材料、光子器件、微納系統(tǒng)等研究領(lǐng)域有大量的交叉。為共同探討量子信息與太赫茲技術(shù)面臨的新機(jī)遇與挑戰(zhàn)，展現(xiàn)當(dāng)前研究人員在太赫茲光譜與成像技術(shù)、用于太赫茲通信和量子通信的核心光電器件等相關(guān)領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展,重慶郵電大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)在2021年第33卷第2期組織出版了“太赫茲與量子通信專題”。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的同行評(píng)議，專題共收錄6篇文章,主題涵蓋長(zhǎng)波紅外與太赫茲輻射光源、太赫茲成像技術(shù)、太赫茲調(diào)制與濾波器件及量子保密通信中光纖光柵等方面的內(nèi)容。

“太赫茲快速成像技術(shù)研究進(jìn)展”簡(jiǎn)要介紹了傳統(tǒng)的點(diǎn)掃描太赫茲成像技術(shù)，分析了影響太赫茲成像速度的原因,綜述了包括快速掃描成像、太赫茲單像素成像、太赫茲波電光調(diào)制二維成像、二維太赫茲波探測(cè)器陣列(太赫茲相機(jī))直接成像等太赫茲成像技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)。

“非氧化物晶體應(yīng)用于長(zhǎng)波紅外光源的研究進(jìn)展”總結(jié)了基于非氧化物晶體的中紅外相干光源(特別是5 μm以上的長(zhǎng)波紅外光源)的研究現(xiàn)狀，比較了不同種類非氧化物晶體的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用發(fā)展?jié)摿?，有利于為長(zhǎng)波紅外光源性能的優(yōu)化和改進(jìn)提供設(shè)計(jì)方案，并對(duì)基于非線性頻率變換方法的中紅外光源未來(lái)發(fā)展前景做了展望。

“太赫茲成像和光譜在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用綜述”主要對(duì)太赫茲技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)和中醫(yī)藥學(xué)的應(yīng)用分別進(jìn)行闡述，分析了其在人體皮膚組織、腫瘤、骨密度、癌癥以及中草藥方面應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展，并在此基礎(chǔ)上，提出此階段所面臨的各種問(wèn)題，并對(duì)今后太赫茲發(fā)展做出展望。上述的研究進(jìn)展為太赫茲成像和光譜技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

“基于超材料的太赫茲角度濾波器研究”提出了一種基于超材料的太赫茲低通角度濾波器，并通過(guò)理論計(jì)算和仿真分析了該器件的性能，所提出的太赫茲角度濾波器在角度波譜分析、雷達(dá)數(shù)據(jù)處理、隱私保護(hù)、高信噪比檢測(cè)器等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。

“高性能電控太赫茲幅度調(diào)制器研究”介紹了一種由高諧振強(qiáng)度的四開口圓環(huán)超材料結(jié)構(gòu)和高電子遷移率晶體管(high electron mobility transistor，HEMT)復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)成的電控太赫茲幅度調(diào)制器，并通過(guò)理論計(jì)算和仿真分析了該器件的性能。該調(diào)制器可在無(wú)線通信和實(shí)時(shí)成像等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

“量子保密通信中光纖光柵的波長(zhǎng)穩(wěn)定性研究”從工藝角度，提出了采用特殊光纖涂覆層材料對(duì)常規(guī)的光纖光柵加以改進(jìn)，并制作了基于新工藝的雙金屬溫度補(bǔ)償光纖光柵樣品。研究了溫度和應(yīng)力等因素對(duì)光纖光柵中心波長(zhǎng)的影響，分析了光纖光柵溫度補(bǔ)償?shù)脑砗头椒?。通過(guò)高溫加速老化的方法，監(jiān)測(cè)了所制作的新工藝光纖光柵樣品在等效3年時(shí)間內(nèi)中心波長(zhǎng)變化情況，同時(shí)對(duì)比測(cè)試了原有工藝的部分樣品。分析了所制作的光纖光柵在特定傳輸距離時(shí)應(yīng)用于量子保密通信中的濾波特性。

“太赫茲與量子通信專題”主要面向太赫茲及量子通信相關(guān)領(lǐng)域的研究人員,反映該領(lǐng)域的前沿進(jìn)展,希望能夠?qū)ο嚓P(guān)領(lǐng)域的研究工作有所促進(jìn)。