[发明专利]一种用于量子光学教学的实景虚拟仿真方法

说明书

本发明是一种用于量子光学教学的实景虚拟仿真方法，首先通过对量子光学实验仪器、实验环境和光路进行3D建模；选择量子光学的目标实验，并绘制目标实验的二维光路图；录入核心计算函数；按照目标实验二维光路选择实验仪器、实验环境以及实验仪器的工作参数，对目标实验光路进行3D建模，选择实验仪器、实验环境以及实验仪器的工作参数的过程即完成对核心计算函数中计算参数的录入；依照核心计算函数的输出匹配对应的光路3D模型，并将光路3D模型与实验仪器、实验环境进行位置匹配，完成目标实验的仿真模型输出。该种方法能完成量子光学目标实验的3D建模输出，能够在传统量子光学和量子信息实验教学中提升教学水平和学生学习效率。

技术领域

本发明涉及量子光学实验模拟技术领域，具体的说是一种用于量子光学教学的实景虚拟仿真方法。

背景技术

量子信息是近年来我国科研发展的重要方向之一。量子光学是量子信息研究中的重要组成部分。在量子光学的教育推广过程中，实体光学实验设备存在价格昂贵、对实验环境要求苛刻、易损坏以及量子光信号无法可视化等诸多问题。为了解决上述问题，利用计算机和多媒体技术对实验仪器、实验设备及实验环境进行引导和模拟的虚拟仿真技术开始被应用于量子光学、量子信息领域。但是之前针对量子光学、量子信息的虚拟仿真[1,2]局限于两维图像，无立体感；量子光信号没有可视化显示；软件界面设计交互过于生硬和单调复杂；同时没有在软件中配备具体的实验讲义、实验步骤和数据处理软件。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于量子光学教学的实景虚拟仿真方法，能够完成量子光学目标实验的3D仿真模型动态输出，并具有交互设计方便便捷、实验展示直观有效的优势。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于量子光学教学的实景虚拟仿真方法，包括智能移动终端内的实验模拟模组，所述的实验模拟模组内实现虚拟仿真步骤如下：

步骤1，对量子光学实验仪器、实验环境和光路进行3D建模；

步骤2，选择量子光学的目标实验，并绘制目标实验的二维光路图；

步骤3，录入核心计算函数，所述的核心计算函数用于依据用户在实验过程中对具体实验仪器参数或状态的改变，计算出对应实验仪器的输出值；

步骤4，按照目标实验二维光路选择实验仪器、实验环境以及实验仪器的工作参数，对目标实验光路进行3D建模，选择实验仪器、实验环境以及实验仪器的工作参数的过程即完成对核心计算函数中计算参数的录入；

步骤5，依照核心计算函数的输出匹配对应的光路3D模型，并将光路3D模型与实验仪器、实验环境进行位置匹配，完成目标实验的仿真模型输出。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述的步骤1中实验仪器、实验环境和光路的3D模型均按实际物理器件大小进行等比建模；所述的光路模型包括目标实验仪器输入光路和输出光路的全部模型。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述的步骤2中量子光学的目标实验包括但不限于量子纠缠光源实验、贝尔不等式违背测试、HBT实验和基于不同协议的量子密钥分配实验。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述的核心计算函数通过智能移动终端的输入窗口录入。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述的步骤5中目标实验的仿真模型内的实验仪器和实验环境的工作参数可以调整，且在调整过程中能够根据核心计算函数的输出动态调整对应的光路模型。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述的智能移动终端通过可视屏幕实现量子光学的目标实验的仿真模型输出，所述的量子光学的目标实验通过鼠标、键盘操作实现数据输入。