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研究了二維二聚化量子自旋系統，通過理論分析和高精度的量子蒙特卡洛方法，發現在交錯狀二聚化量子海森堡模型中，相變臨界指數具有新奇的非單調尺寸標度行為。他們通過在有限尺寸標度理論中引入兩個驅動場，同時進行大尺寸的計算分析，成功地解釋了非單調的量子蒙特卡洛結果，從根源上指出二維二聚化量子自旋系統的相變仍然屬于O（3）普適類，適用于量子-經典對應理論。他們的研究表明，在量子相變中可能存在多個驅動場導致的新奇標度行為，需要采用正確的標度理論才會得到正確的結果。在論文中，他們還創造性地提出多參數聯動-高階擬合方法，能極大地提高數據準確度，可以用在不同體系的數據分析中。

提出了一種可優化的非絕熱和樂量子計算新方案, NHQC+，打破了以往和樂量子計算（基于非對易幾何相位的量子計算）對不同能級的耦合脈沖必須同步、脈沖面積必須固定的嚴格限制,使得幾何量子計算可與優化控制理論相結合，并且大大提高了幾何量子門對系統噪聲魯棒性，為進一步拓展到可結合脈沖整形技術的幾何量子計算提供了可能。論文第一作者、2018級哈工大-南科大聯培博士生劉寶杰稱，新方案NHQC+只需要用一個三能級量子體系就可以實現，相比之前需要應用復雜脈沖序列同

翁文康和他的博士生劉寶杰提出的新方案使用了一個三能級量子體系，其中基態和第二激發態被用作為量子比特的0和1態，第一激發態作為一個輔助能級。通過施加和體系兩個量子躍遷接近共振的微波信號，并控制信號隨時間的變化，可以實現對系統演化產生的幾何量子相位的精確調控，進而實現任意指定的幾何量子門。相對其他已有的幾何量子門方案，新方案中量子門速度得到了數倍的提升，并且對控制信號誤差具有更好的容錯性。此外，這一方案還具有實驗復雜度相對較低和易于在不同量子體系上實現等優勢。陳遠珍和他的博士后嚴通行合作，在超導量子體系中成功實現了這一方案。實驗中獲得的單比特量子門保真度達到了97%，引起誤差的主要原因包括量子比特和環境相互作用導致的退相干，以及微波控制信號的精度誤差等。 這項工作對于進一步發展基于幾何相位的量子計算具有啟發意義，其后續相關研究目前也在開展之中，包括基于相同思想的兩比特幾何量子門和更為簡化的幾何量子計算方案等。

中國科學技術大學李曉光團隊在前期研究基礎上，基于鐵電隧道結量子隧穿效應，實現了具有亞納秒信息寫入速度的超快原型存儲器，并可用于構建存算一體人工神經網絡，該成果在線發表《自然通訊》雜志上。研究人員制備了高質量Ag/BaTiO3/Nb:SrTiO3鐵電隧道結，其中鐵電勢壘層厚為6個單胞（約2.4nm）。基于隧道結能帶的設計，以及其對阻變速度、開關比、操作電壓的調控，該原型存儲器信息寫入速度快至600ps（注：機械硬盤的速度約為1ms, 固態硬盤的約為1-10ms）、開關比達2個數量級，且其600ps的阻變速度在85℃時依然穩定（工業測試標準）；寫入電流密度4×103A/cm2，比目前其他新型存儲器低約3個量級；一個存儲單元具有32個非易失阻態；寫入的信息預計可在室溫穩定保持約100年；可重復擦寫次數達108-109次，遠超商用閃存壽命（約105次）。即使在極端高溫（225℃）環境下仍能進行信息的寫入，可實現高溫緊急情況備用。

實現了基于線性光學系統的量子有限狀態自動機的研究。該量子自動機使用3個空間狀態，即可解決判定輸入整數是否為某一質數P的整數倍的問題，而使用經典的自動機解決同樣問題至少需要P個空間狀態。該工作首次在實驗上實現了量子自動機的運行并驗證了其相比于經典自動機的空間資源高效性，在該領域具有開創性的作用。

傳統的光學顯微系統受到阿貝衍射極限原理的限制，無法分辨尺度小于~200nm的事物，為了突破衍射極限，超分辨熒光顯微技術應運而生，在生物成像等領域得到廣泛應用。根據成像采集過程，超分辨方法主要可分為兩類。一種是單分子定位顯微方法（SMLM），通過熒光分子的光開關特性，孤立每個發光分子進行單獨定位。此類方法具有不受衍射極限限制的特點，可以得到10-40nm的超高分辨率，但由于分子激活漂白的循環步驟使得采集速度和成像時間較慢。另一種是如結構光照明等寬場成像的超分辨顯微技術，可以通過獲得相鄰區域/熒光分子間一定程度的響應差異來實現分辨率的提升。寬場成像的方法具有較高的時間采集效率，但由于同時激發視野內的全部分子，使得其分辨能力往往在100nm以上。目前還缺乏一種方法在理論上可以有效的兼顧寬場成像的時間采集效率和單分子定位方法的空間分辨率，因此亟需提出一種基于寬場成像對熒光分子高效調制的技術方案。 超分辨方法其本質都是通過識別單個熒光分子的獨立的發射特性獲得該分子的空間定位。如果可以對寬場成像中衍射極限以內各個發光分子熒光發射差異實現主動控制，則有可能獲得更好的超分辨顯微結果。近期，物理學院介觀物理國家重點實驗室極端光學研究團隊提出了基于量子相干控制原理主動調制分子熒光發射而獲得超分辨熒光顯微的方法（SNAC），在寬場成像下實現了分辨率的提升。課題組在ZnCdS量子點體系下獲得衍射極限范圍內各個量子點的差異化激發。通過設計多個整形脈沖，單個ZnCdS量子點的熒光差異性會得到增強。課題組通過周期性改變整形脈沖和傅立葉增強提取熒光響應的差異。同時，主動控制的圖像采集方案可以有效的抑制系統中不隨調制周期變化的泊松隨機噪聲和CMOS工藝導致的固定噪聲，極大的提升了信噪比。接著，利用獨立開發的混合周期（Combination-FFT）和多高斯擬合定位算法獲得最終的超分辨重建結果。研究模擬了鄰近雙點熒光發射的超分辨定位，其結果可以很好的分辨出低至50nm的相鄰熒光分子。對于密集標記的線性結構，SNAC的分辨能力同樣有顯著性的提高，獲得了30nm左右的徑向定位精度。在量子點標記的COS7細胞樣品的維管結構區域清晰的觀測到了維管的平行取向和姿態排布以及纖維交叉區域的95.3nm的鄰近雙峰，顯示出了比已有多種寬場超分辨方法更好的重建結果。這個研究將脈沖整形作為新的控制維度引入熒光超分辨，并將寬場超分辨成像技術的分辨率提升到了與單分子定位方法接近的50nm的水平。

國際上第一個鈮酸鋰有源光量子芯片 一、項目分類 重大科學前沿創新、關鍵核心技術突破 二、成果簡介 南京大學物理學院祝世寧院士的科研團隊，研制出國際上第一個鈮酸鋰有源光量子芯片。該芯片集成了微型化光學超晶格糾纏光源、波導量子干涉器、波分復用器及電光調制器等不同功能器件,實現了糾纏光子的高效產生、高速電光調制并完成相應的信息處理功能。該芯片由光纖耦合輸入輸出,能在室溫穩定工作，工作電壓低于3.55V，調控速率可達40GHz。芯片的多項核心指標如糾纏光子產率、調諧速率、調諧帶寬等創下當時國際最高水平，為光量子集成光學和信息處理開辟了一條和硅基芯片不同的技術路線。 成果以編輯推薦形式發表在物理學頂級期刊《物理評論快訊》(Phys. Rev. Lett. ,2014)上，被國際Physics、IEEE Spectrum等科技媒體重點評述。成果也成功入選中國光學十大進展(2014)，以此為主要成果之一的“光學超晶格中糾纏光子的產生、調控和應用”獲2020年高等學校自然科學獎一等獎。以此成果為基礎，團隊成功獲批和完成基金委重大科研儀器研制項目，研制出多種高性能量子光源。

項目成果/簡介:1）提出冷原子實現和探測相對論狄拉克粒子的理論,并預言可觀測相應的拓撲相變，被斯坦福、ETH和Nice大學的實驗觀察到。2）揭示了幾何相位和量子相變的內在定量聯系。3）是國際上最早研究冷原子幾何相位誘導規范勢的少數理論組之一，提出實現原子自旋霍爾效應理論，并被NIST實驗實現。冷原子相對論效應和誘導規范勢已逐步成為當前量子模擬的新熱點研究。4）提出了非絕熱和非常規幾何量子計算理論，解決了原絕熱理論不易在實際體系中實現的困難，已被7個獨立實驗驗證。發表的20 篇核心論文中，PRL10 篇，被Nature、Science、PRL等SCI 論文他引1137次，8篇代表論文他引602次。

1）提出冷原子實現和探測相對論狄拉克粒子的理論,并預言可觀測相應的拓撲相變，被斯坦福、ETH和Nice大學的實驗觀察到。2）揭示了幾何相位和量子相變的內在定量聯系。3）是國際上最早研究冷原子幾何相位誘導規范勢的少數理論組之一，提出實現原子自旋霍爾效應理論，并被NIST實驗實現。冷原子相對論效應和誘導規范勢已逐步成為當前量子模擬的新熱點研究。4）提出了非絕熱和非常規幾何量子計算理論，解決了原絕熱理論不易在實際體系中實現的困難，已被7個獨立實驗驗證。發表的20 篇核心論文中，PRL10 篇，被Nature、Science、PRL等SCI 論文他引1137次，8篇代表論文他引602次。