發(fā)現(xiàn)陳數(shù)籠目磁體TbMn6Sn6

北京大學(xué)物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心賈爽副教授、普林斯頓大學(xué)的M. Zahid Hasan教授以及合作者研究了一種新的籠目磁體TbMn6Sn6。相關(guān)論文發(fā)表于Nature。這種材料具有分立的純凈錳原子形成的籠目晶格，而且其同時(shí)具有平面外鐵磁基態(tài)以及較大的磁矯頑力。實(shí)驗(yàn)利用光譜成像方法直接觀察到了具有平面外磁化的純凈錳基籠目晶格。當(dāng)外加磁場(chǎng)時(shí)，在籠目晶格上觀測(cè)到了明顯的朗道量子化，這在其他任何籠目材料中都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。這種特有的朗道扇結(jié)構(gòu)揭示了自旋極化的狄拉克費(fèi)米子具有很大的陳數(shù)能隙。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)了顯著的本征反常霍爾效應(yīng)標(biāo)度，這與譜學(xué)研究結(jié)果完全一致，證明能隙的陳數(shù)為1。

量子點(diǎn)光催化劑活性中心的定點(diǎn)“錨定”研究進(jìn)展

中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所吳驪珠、李旭兵等在量子點(diǎn)光催化劑活性中心的定點(diǎn)“錨定”及其優(yōu)異產(chǎn)氫性能研究方面取得新進(jìn)展。相關(guān)論文發(fā)表于Matter。通過(guò)人工光合成將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能并以氫氣等形式儲(chǔ)存起來(lái)，是太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化和利用的一種有效途徑。在眾多人工光合成制氫反應(yīng)研究中，基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)與廉價(jià)金屬離子構(gòu)筑的人工光合成體系展現(xiàn)出了高活性和穩(wěn)定性，已成為光催化分解水制氫的一條高效、便捷且經(jīng)濟(jì)的途徑。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展的選擇性陽(yáng)離子交換的手段實(shí)現(xiàn)廉價(jià)金屬離子在量子點(diǎn)表面的定點(diǎn)、定向負(fù)載，為構(gòu)筑高效、穩(wěn)定的光催化劑提供了新策略。

較低能量下化學(xué)反應(yīng)中的量子幾何相位效應(yīng)

中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所孫志剛、楊學(xué)明等與中國(guó)科技大學(xué)教授王興安合作，在H+HD→H2+D反應(yīng)中的幾何相位效應(yīng)研究中取得新進(jìn)展。相關(guān)論文發(fā)表于Nature Communications。研究發(fā)現(xiàn)，與之前2.77電子伏反應(yīng)能量處的幾何相位效應(yīng)不同，在較低能量處，幾何相位效應(yīng)不僅體現(xiàn)在前向散射振蕩上，而且較多地體現(xiàn)在后向散射振蕩上。研究者采用經(jīng)典軌線理論分析，揭示了幾何相位效應(yīng)來(lái)自于直接反應(yīng)途徑和漫游反應(yīng)途徑的干涉效應(yīng)。論文證實(shí)了在采用波恩奧本海默近似之后，化學(xué)反應(yīng)中的幾何相位效應(yīng)是真實(shí)存在的。幾何相位效應(yīng)對(duì)于化學(xué)反應(yīng)的影響，是以影響微分截面的角分布樣式而體現(xiàn)的。

銀銦硫量子點(diǎn)的自發(fā)輻射放大效應(yīng)研究

中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場(chǎng)激光物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和重慶大學(xué)合作，通過(guò)使用銀銦硫量子點(diǎn)作為增益介質(zhì)，獲得放大的自發(fā)輻射作用，具有良好增益性能。相關(guān)論文發(fā)表于Journal of Materials Chemistry C。研究團(tuán)隊(duì)探索了一三五族膠體量子點(diǎn)的受激特性，即自發(fā)輻射放大性能。通過(guò)將兩個(gè)高反射性布拉格反射鏡作光學(xué)諧振腔，結(jié)合具有高光致發(fā)光量子產(chǎn)率（52%）的銀銦硫量子點(diǎn)作為增益介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了光放大效應(yīng)。此外，通過(guò)調(diào)節(jié)布拉格反射鏡的層數(shù)以找到更好的器件結(jié)構(gòu)。論文揭示了傳統(tǒng)銀銦硫量子點(diǎn)作為光放大資源的可行性，有效設(shè)計(jì)布拉格光學(xué)微腔在光放大方面具有應(yīng)用前景。

超導(dǎo)量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)進(jìn)展：動(dòng)力學(xué)相變的超導(dǎo)量子模擬

中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心與浙江大學(xué)在超導(dǎo)量子計(jì)算研究方面開展合作，許凱、鄭東寧、范桁、王浩華、野理（F. Nori）等人利用16個(gè)超導(dǎo)量子比特實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力學(xué)相變的量子模擬。相關(guān)論文發(fā)表于Science Advances。合作團(tuán)隊(duì)利用前期20量子比特薛定諤貓態(tài)工作中所研發(fā)的全聯(lián)通超導(dǎo)多量子比特器件。實(shí)驗(yàn)展示了第一類動(dòng)力學(xué)相變。通過(guò)對(duì)多比特量子態(tài)自旋壓縮性質(zhì)的測(cè)量，揭示了動(dòng)力學(xué)相變臨界點(diǎn)和自旋壓縮態(tài)產(chǎn)生的直接關(guān)聯(lián)。通過(guò)測(cè)量不同橫場(chǎng)強(qiáng)度下自旋壓縮系數(shù)的時(shí)間演化，發(fā)現(xiàn)動(dòng)力學(xué)相變臨界點(diǎn)附近的自旋壓縮最為顯著，測(cè)得的壓縮系數(shù)體現(xiàn)了多體真糾纏的存在。

實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)量子糾纏態(tài)檢驗(yàn)

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)首次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)效率的多光子糾纏態(tài)檢驗(yàn)。相關(guān)論文發(fā)表于Physical Review Letters。量子糾纏是量子通信和量子計(jì)算研究中重要的資源，制備高質(zhì)量的糾纏態(tài)是實(shí)現(xiàn)眾多量子信息方案的基本前提。而如何刻畫這些實(shí)際糾纏態(tài)的質(zhì)量是實(shí)施相關(guān)量子信息方案首先要解決的問(wèn)題。研究人員構(gòu)造了一種新的糾纏態(tài)測(cè)量方法，可以快速檢驗(yàn)出實(shí)際制備的多體糾纏態(tài)相對(duì)于目標(biāo)糾纏態(tài)的保真度，測(cè)量精度達(dá)到海森堡極限，更重要的是該方法所需測(cè)試樣本數(shù)不會(huì)隨著糾纏態(tài)規(guī)模增大而增加。最優(yōu)量子糾纏態(tài)檢驗(yàn)方法對(duì)大規(guī)模量子通信和量子計(jì)算網(wǎng)絡(luò)具有重要意義。

量子計(jì)算算法模擬化學(xué)分子研究

北京量子信息科學(xué)研究院和清華大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)魏世杰、龍桂魯?shù)乳_展了全量子本征求解器（Full Quantum Eigensolver，F(xiàn)QE）研究。相關(guān)成果發(fā)表于Research。把二次量子化的費(fèi)米哈密頓量映射到希爾伯特空間的比特形式哈密頓量，應(yīng)用量子梯度下降算法求得哈密頓量的基態(tài)能量和基態(tài)波函數(shù)。具體而言，在一個(gè)量子計(jì)算系統(tǒng)中，首先設(shè)定一個(gè)合適的量子初態(tài)，通過(guò)構(gòu)造的量子算法給出量子線路實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的動(dòng)力學(xué)演化，通過(guò)迭代收斂到基態(tài)，最后測(cè)量量子態(tài)得到需要的信息。FQE全部在量子計(jì)算機(jī)上進(jìn)行，可以在現(xiàn)在的53比特的IBM和谷歌的有噪量子計(jì)算機(jī)上計(jì)算，也可在今后大型的容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)上計(jì)算。

拓?fù)淞孔哟判匝芯窟M(jìn)展

清華大學(xué)物理系江萬(wàn)軍課題組與國(guó)內(nèi)外合作者在拓?fù)浯沤Y(jié)構(gòu)的旋性布朗運(yùn)動(dòng)方面取得進(jìn)展。相關(guān)論文發(fā)表于Physical Review Letters。研究發(fā)現(xiàn)磁性薄膜中斯格明子的布朗運(yùn)動(dòng)行為與愛因斯坦的理論預(yù)測(cè)存在顯著差異。斯格明子是一種具有自旋拓?fù)鋵傩缘臏?zhǔn)粒子，它在熱擾動(dòng)影響下會(huì)發(fā)生隨機(jī)運(yùn)動(dòng)。取決于斯格明子的自旋拓?fù)鋺B(tài)，具有相反拓?fù)潆姾蒕=±1的斯格明子，布朗運(yùn)動(dòng)軌跡分別沿順時(shí)針和逆時(shí)針?lè)较蛐M(jìn)。由于缺陷的釘扎效應(yīng)，還觀測(cè)到擴(kuò)散系數(shù)隨溫度呈指數(shù)依賴關(guān)系，這與愛因斯坦的線性溫度擴(kuò)散理論相違背。此項(xiàng)研究為理解拓?fù)浯沤Y(jié)構(gòu)的非平衡動(dòng)力學(xué)和自旋電子器件的開發(fā)和應(yīng)用提供了幫助。