近年來,隨著量子信息科學(xué)與技術(shù)的進一步發(fā)展,人們對量子信息處理中最基本的信息單元—單量子體系—的操控與探測提出了更高的要求,例如更高保真度的調(diào)控、更長的退相干時間以及更高精度的探測等.雖然不同體系中單量子態(tài)的操控已經(jīng)取得了很好的進展,但是離實際應(yīng)用還有差距,因此研究不同固態(tài)體系中單量子態(tài)的操控以及探索其在可擴展化量子信息處理中的應(yīng)用仍然是目前該領(lǐng)域的重要研究方向.單量子體系的操控及其與微腔的相互作用為可擴展化的量子調(diào)控提供了有效手段,這對實現(xiàn)未來大規(guī)模量子器件及量子信息處理具有重要的意義.固態(tài)單量子體系主要包括單超導(dǎo)比特、單量子點、單缺陷、摻雜單原子以及單分子等體系.每種體系都有不同的優(yōu)缺點,例如基于半導(dǎo)體量子點的單量子體系易于利用微腔耦合進行調(diào)控,可以用超快光學(xué)的方法操控,但是可擴展性差;金剛石色心是常溫下比較穩(wěn)定的單量子體系,但是金剛石的摻雜和加工都非常困難;單分子量子體系利用掃描隧道顯微鏡可以得到高分辨率成像,但是其調(diào)控和與其他物質(zhì)相互作用比較困難等.

為進一步促進國內(nèi)同行的交流,在《物理學(xué)報》編輯部的組織下,我們邀請了部分活躍在“固態(tài)單量子體系的調(diào)控與應(yīng)用研究”領(lǐng)域的中青年專家學(xué)者,組織了本期的專題.本期專題文章大致分為如下幾方面:在半導(dǎo)體量子點方面,竇秀明和孫寶權(quán)報道了金納米顆粒調(diào)控量子點激子自發(fā)輻射速率;魏紅介紹了單個金屬納米顆粒和納米間隙結(jié)構(gòu)與量子發(fā)光體的強耦合的動態(tài)調(diào)控,并展望了該領(lǐng)域的研究前景;林星和方偉介紹了基于開放式法布里-珀羅微腔的腔量子電動力學(xué)系統(tǒng)的基本特性、制備方法,以及與固態(tài)單量子系統(tǒng)相互作用的研究工作;張國峰和肖連團綜述了單量子點光譜與激子動力學(xué)近期的相關(guān)研究進展和單量子點光譜未來可能的發(fā)展趨勢;許秀來報道了具有反?？勾判袨榈牧孔狱c熒光的手性傳輸,為可擴展化手性量子器件奠定了基礎(chǔ).在金剛石氮-空位(NV)色心體系方面,孔熙和石發(fā)展利用單個NV 色心成功探測到金剛石表面納米尺度水分子分別在固態(tài)和液態(tài)條件下的核磁信號和固-液相變;孫方穩(wěn)介紹了金剛石NV 色心的溫度特性、測溫原理及其在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用;許金時和李傳鋒理論計算和分析了耦合碳化硅薄膜的光纖腔的性質(zhì)和特征以及光纖腔耦合色心的增強效果;榮星綜述了金剛石NV 色心體系在量子物理領(lǐng)域取得的重要進展;劉剛欽介紹了低溫、高溫、零場、強磁場以及高壓強等極端條件下金剛石NV 中心的光學(xué)性質(zhì)和自旋量子傳感的進展.在單分子量子器件與單分子光譜成像方面,劉俊揚和洪文晶介紹了量子干涉效應(yīng)的相關(guān)理論與預(yù)測、實驗觀測與證實,以及其在不同單分子器件上的調(diào)控作用;張楊和董振超報道了單個苝四甲酸二酐分子的電致發(fā)光特性以及相應(yīng)的電子-振動躍遷的實空間熒光成像;趙愛迪綜述了基于掃描隧道顯微學(xué)技術(shù)的表面吸附單分子及其相關(guān)結(jié)構(gòu)中的量子態(tài)研究現(xiàn)狀.在其他單量子體系或者潛在的單子體系方面,陳宇輝和張向東介紹了摻鉺晶體在量子調(diào)控方面的應(yīng)用進展;孫力玲、宋友和宋鳳麒報道了石墨烯中選擇性增強Kane-Mele 型自旋-軌道相互作用;彭其明和王建浦介紹了有機半導(dǎo)體和鹵化物鈣鈦礦在磁場下的電致發(fā)光和光致發(fā)光變化,即發(fā)光材料的磁場效應(yīng);丁帥帥和胡文平綜述了有機自旋閥中自旋界面的研究進展與問題,并對有機自旋界面的識別和可控利用進行了展望.

本專題從不同方面描述了固態(tài)單量子體系的調(diào)控與應(yīng)用研究的進展,反映了此領(lǐng)域的一些前沿問題與未來展望,希望對讀者了解此方向有所幫助.通過本專題,希望在未來的固態(tài)單量子體系調(diào)控與應(yīng)用方向取長補短,實現(xiàn)優(yōu)勢互補,促進固態(tài)單量子體系領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展.(客座編輯:許秀來 北京大學(xué);梁文杰 中國科學(xué)院物理研究所;孫方穩(wěn) 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué))