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1）提出冷原子實(shí)現(xiàn)和探測(cè)相對(duì)論狄拉克粒子的理論,并預(yù)言可觀測(cè)相應(yīng)的拓?fù)湎嘧儯凰固垢！TH和Nice大學(xué)的實(shí)驗(yàn)觀察到。2）揭示了幾何相位和量子相變的內(nèi)在定量聯(lián)系。3）是國(guó)際上最早研究冷原子幾何相位誘導(dǎo)規(guī)范勢(shì)的少數(shù)理論組之一，提出實(shí)現(xiàn)原子自旋霍爾效應(yīng)理論，并被NIST實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)。冷原子相對(duì)論效應(yīng)和誘導(dǎo)規(guī)范勢(shì)已逐步成為當(dāng)前量子模擬的新熱點(diǎn)研究。4）提出了非絕熱和非常規(guī)幾何量子計(jì)算理論，解決了原絕熱理論不易在實(shí)際體系中實(shí)現(xiàn)的困難，已被7個(gè)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。發(fā)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。

北京大學(xué)物理學(xué)院“極端光學(xué)創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)”王劍威研究員和龔旗煌院士領(lǐng)導(dǎo)的課題組，與英國(guó)、丹麥、奧地利和澳大利亞的學(xué)者合作，實(shí)現(xiàn)了硅基集成光量子芯片上的多體量子糾纏和芯片-芯片間的量子隱形傳態(tài)功能，為芯片上光量子信息處理和計(jì)算模擬的應(yīng)用，奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果于近日發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)物理期刊Nature Physics(https://www.nature.com/articles/s41567-019-0727-x)。 集成光量子芯片技術(shù)，結(jié)合了量子物理、量子信息和集成光子學(xué)等前沿學(xué)科，通過半導(dǎo)體微納加工制造高性能且大規(guī)模集成的光量子器件，實(shí)現(xiàn)對(duì)光量子信息的高效處理、計(jì)算和傳輸?shù)裙δ堋Ｆ渲?，利用硅基平面光波?dǎo)集成技術(shù)的光量子芯片具有諸多獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，包括集成度高、穩(wěn)定性好、編程操控性優(yōu)越和可單片集成核心光量子器件等，因此被認(rèn)為是一種實(shí)現(xiàn)光量子信息應(yīng)用的重要手段之一。 A. 硅基量子隱形傳態(tài)和多光子量子糾纏芯片的示意圖，左上角為集成量子光源的電子顯微鏡圖；B. 量子隱形傳態(tài)的量子線路圖；C. 量子糾纏互換的量子線路圖；D. GHZ糾纏制備的量子線路圖 北京大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)與布里斯托爾大學(xué)、丹麥科技大學(xué)、奧地利科學(xué)院、赫瑞-瓦特大學(xué)和西澳大利亞大學(xué)科研人員密切合作，在硅基光量子芯片技術(shù)和應(yīng)用方面取得了突破性進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種基于微環(huán)諧振腔的高性能集成量子光源，通過硅波導(dǎo)的強(qiáng)四波混頻非線性效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了光子全同性優(yōu)于90%、無需濾波后處理的50%觸發(fā)效率的單光子對(duì)源，達(dá)到了對(duì)4組微腔量子光源陣列的相干操控，片上雙光子量子糾纏源的保真度達(dá)到了92%。團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵的可編程片上雙比特量子糾纏門，可以按照功能需要切換貝爾投影測(cè)量和量子比特焊接操作，通過量子態(tài)層析實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了高保真的雙比特糾纏操作。 研究團(tuán)隊(duì)在單一硅芯片上實(shí)現(xiàn)了高性能量子糾纏光源、可編程雙比特量子糾纏門，以及可編程單量子比特測(cè)量的全功能集成，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了三種核心量子功能模塊——芯片上四光子真糾纏、量子糾纏互換、芯片-芯片間的高保真量子隱形傳態(tài)。通過對(duì)兩對(duì)糾纏光子對(duì)進(jìn)行量子比特焊接操作，團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)并判定了四比特Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) 真量子糾纏的存在；通過對(duì)兩對(duì)糾纏光子中各一個(gè)光子進(jìn)行貝爾投影操作，實(shí)現(xiàn)了量子糾纏互換功能，使來自不同光子源的光子間產(chǎn)生了量子糾纏；利用兩個(gè)芯片間的量子態(tài)傳輸和量子糾纏分布技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)芯片間任意單量子比特的量子隱形傳態(tài)，達(dá)到了近90%的隱形傳態(tài)保真度。 團(tuán)隊(duì)研制的硅基多光子量子芯片尺寸僅占幾平方毫米，比傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法小了約5-6個(gè)數(shù)量級(jí)，不僅達(dá)到了器件的微型化，同時(shí)具備了單片全功能集成、器件編程可控、系統(tǒng)性能優(yōu)越等特點(diǎn)，其中量子隱形傳態(tài)保真度優(yōu)于已報(bào)道的其它物理實(shí)現(xiàn)方法。多體量子糾纏體系的片上制備與量子調(diào)控技術(shù)，為片上量子物理基礎(chǔ)研究和片上光量子信息處理傳輸、量子計(jì)算模擬的應(yīng)用提供了重要基礎(chǔ)。

福州大學(xué)物信學(xué)院李福山教授、福州大學(xué)化學(xué)學(xué)院鄭遠(yuǎn)輝研究員與TCL集團(tuán)工業(yè)研究院錢磊博士的合作研究論文“Inkjet-printed unclonable quantum dot fluorescent anti-counterfeiting labels with artificial intelligence authentication” 在Nature子刊《Nature Communications》在線發(fā)表。 量子點(diǎn)具有優(yōu)異的光電特性，其圖案化在發(fā)光顯示，熒光標(biāo)記和智能傳感領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。量子點(diǎn)薄膜形貌最終決定了其光電器件應(yīng)用，論文采用高精度噴墨打印技術(shù)制作微米級(jí)量子點(diǎn)發(fā)光圖案，創(chuàng)新性的在基板表面構(gòu)建具有隨機(jī)分布的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）微納米顆粒，作為噴墨打印輸運(yùn)過程中的聚集釘扎點(diǎn)，強(qiáng)化微米級(jí)墨滴蒸發(fā)流動(dòng)以及量子點(diǎn)組裝過程中的差異性，形成不可復(fù)制“花狀”發(fā)光圖案；成功應(yīng)用于低成本，可柔性化，自然條件下隱蔽，具有多重防偽級(jí)別和商業(yè)化的價(jià)值的不可復(fù)制全彩熒光防偽標(biāo)簽。并且首次引入了人工智能（AI）技術(shù)對(duì)噴墨打印量子點(diǎn)防偽熒光標(biāo)簽進(jìn)行驗(yàn)證，并成功識(shí)別出不同的清晰度、亮度、旋轉(zhuǎn)角度、放大倍率以及這些參數(shù)混合的“花狀”圖案，實(shí)現(xiàn)了防偽標(biāo)簽的高效準(zhǔn)確識(shí)別。

福州大學(xué)物信學(xué)院李福山教授、福州大學(xué)化學(xué)學(xué)院鄭遠(yuǎn)輝研究員與TCL集團(tuán)工業(yè)研究院錢磊博士的合作研究論文“Inkjet-printed unclonable quantum dot fluorescent anti-counterfeiting labels with artificial intelligence authentication” 在Nature子刊《Nature Communications》在線發(fā)表。 量子點(diǎn)具有優(yōu)異的光電特性，其圖案化在發(fā)光顯示，熒光標(biāo)記和智能傳感領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。量子點(diǎn)薄膜形貌最終決定了其光電器件應(yīng)用，論文采用高精度噴墨打印技術(shù)制作微米級(jí)量子點(diǎn)發(fā)光圖案，創(chuàng)新性的在基板表面構(gòu)建具有隨機(jī)分布的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）微納米顆粒，作為噴墨打印輸運(yùn)過程中的聚集釘扎點(diǎn)，強(qiáng)化微米級(jí)墨滴蒸發(fā)流動(dòng)以及量子點(diǎn)組裝過程中的差異性，形成不可復(fù)制“花狀”發(fā)光圖案；成功應(yīng)用于低成本，可柔性化，自然條件下隱蔽，具有多重防偽級(jí)別和商業(yè)化的價(jià)值的不可復(fù)制全彩熒光防偽標(biāo)簽。并且首次引入了人工智能（AI）技術(shù)對(duì)噴墨打印量子點(diǎn)防偽熒光標(biāo)簽進(jìn)行驗(yàn)證，并成功識(shí)別出不同的清晰度、亮度、旋轉(zhuǎn)角度、放大倍率以及這些參數(shù)混合的“花狀”圖案，實(shí)現(xiàn)了防偽標(biāo)簽的高效準(zhǔn)確識(shí)別。

生成模型的研究重點(diǎn)是如何從給定的數(shù)據(jù)集合中學(xué)習(xí)到數(shù)據(jù)的聯(lián)合概率分布，以及從學(xué)習(xí)到的概率分布中高效地生成新的樣本。研究團(tuán)隊(duì)提出將數(shù)據(jù)的聯(lián)合分布概率編碼成量子多體態(tài)的概率幅的模平方。進(jìn)一步地，他們提出在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上使用矩陣乘積態(tài)(Matrix Product States)來模擬學(xué)習(xí)的過程。矩陣乘積態(tài)的參數(shù)，即張量網(wǎng)絡(luò)的張量元，可以通過類似密度矩陣重整化群(Density Matrix Renormalization Group)的算法進(jìn)行學(xué)習(xí)，最終形成一個(gè)具有泛化能力的生成模型。這個(gè)學(xué)習(xí)算法結(jié)合了量子物理與機(jī)器學(xué)習(xí)各自的優(yōu)點(diǎn)：它不僅可以利用GPU高效地學(xué)習(xí)到模型參數(shù)，還可以利用張量網(wǎng)絡(luò)的靈活性動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)模型表達(dá)能力。此外，與傳統(tǒng)的基于統(tǒng)計(jì)物理的生成模型（例如玻爾茲曼機(jī)）相比，玻恩學(xué)習(xí)機(jī)還具備直接生成無關(guān)聯(lián)樣本的強(qiáng)大能力，從而可以高效地生成新的數(shù)據(jù)。 基于量子態(tài)的概率生成模型融合了量子物理與機(jī)器學(xué)習(xí)的思想，是一個(gè)嶄新的研究領(lǐng)域。玻恩學(xué)習(xí)機(jī)借助量子態(tài)內(nèi)稟的概率解釋及其強(qiáng)大的表達(dá)能力，意在為機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能提供更為先進(jìn)的生成模型和學(xué)習(xí)算法。此外，這類模型在量子信息處理，量子計(jì)算以及多體物理中具有應(yīng)用潛力。展望將來，最令人興奮的前景應(yīng)該會(huì)是在一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)玻恩學(xué)習(xí)機(jī)，從而以全新的方法進(jìn)行概率型的學(xué)習(xí)和建模。這項(xiàng)工作用使用張量網(wǎng)絡(luò)模擬量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行，向無監(jiān)督量子機(jī)器學(xué)習(xí)邁近了一步。作用在一幅MNIST圖片上的矩陣乘積態(tài)以及它的糾纏譜

研究小組首先利用激光分子束外延技術(shù)生長(zhǎng)了具有原子級(jí)別平整度的反鐵磁Cr2O3薄膜，是電荷的絕緣體。采用非局域自旋輸運(yùn)的技術(shù)，用熱方法在鉑電極和Cr2O3薄膜界面注入自旋流、產(chǎn)生自旋壓，在另外一個(gè)鉑電極處利用鉑的自旋霍爾效應(yīng)測(cè)量自旋流的輸運(yùn)（圖A）。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示在低溫下自旋輸信號(hào)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，對(duì)應(yīng)著自旋導(dǎo)的飽和，也就是零自旋阻效應(yīng)；即自旋超流基態(tài)的最重要基本性質(zhì)之一（圖B）。在此基礎(chǔ)上，該研究小組又系統(tǒng)研究了不同自旋輸運(yùn)距離下自旋超流的輸運(yùn)現(xiàn)象，證明了自旋在該自旋超流基態(tài)可以進(jìn)行長(zhǎng)距離的輸運(yùn)，并且其隨輸運(yùn)距離的關(guān)系與自旋超流態(tài)輸運(yùn)理論預(yù)言一致（圖C）。該工作是是自旋超導(dǎo)態(tài)領(lǐng)域研究的一項(xiàng)重大突破，勢(shì)必推動(dòng)自旋超導(dǎo)態(tài)的快速發(fā)展，為研究基于自旋玻色子的玻色愛因斯坦凝聚的基礎(chǔ)物理研究提供了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并為新型量子自旋器件，如自旋流約瑟夫森結(jié)等，奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。圖：自旋超流基態(tài)的重要實(shí)驗(yàn)證據(jù)。（A）非局域自旋輸運(yùn)測(cè)量示意圖。用熱方法在左邊鉑電極和Cr2O3薄膜界面注入自旋流，在右邊鉑電極處利用鉑的自旋霍爾效應(yīng)測(cè)量自旋流的輸運(yùn)。（B）自低溫下自旋輸信號(hào)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，反映出自旋超流基態(tài)的零自旋阻效應(yīng)。（C）自旋信號(hào)隨其隨輸運(yùn)距離的關(guān)系與自旋超流態(tài)輸運(yùn)理論預(yù)言一致。

石墨烯因 其 優(yōu)異 的性質(zhì)而 被 譽(yù)為 “ 材料之王 ” ， 在諸多 領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景， 但 距離 真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化 還存在諸多 問題和挑戰(zhàn) 。制備決定 未來， 高品質(zhì) 石墨烯薄膜的 可控 制備 一直是學(xué)術(shù)界和業(yè)界關(guān)注的 重點(diǎn) 。 化學(xué) 氣相沉積法（ CVD ） 以 其優(yōu)良 的 可控性和可放大性被 公認(rèn) 為最具前景的石墨烯 薄膜 制備方法， 經(jīng)過 近十年的發(fā)展， 雖然 在單晶尺寸上 取得 了諸多突破性進(jìn)展， 但 CVD 石墨烯的性能 和 理想 水平 仍然有不 小 的差距 ， 這一問題已經(jīng)困擾石墨烯領(lǐng)域很久 。 該研究首次 揭示了 CVD石墨烯 的本征污染問題，提出氣相反應(yīng)調(diào)控的方法，分別使用泡沫銅輔助催化和含銅碳源實(shí)現(xiàn)了超潔凈石墨烯的制備（ Nat ure   Commun .  2019 ,  10 , 1912 ； J. Am. Chem. Soc.   2019 ,  141 , 7670 ）。 對(duì)于已存在 本征污染的石墨烯薄膜，他們 巧妙地 使用 二氧化碳 對(duì)其進(jìn)行刻蝕 ，而不引入額外缺陷，從而成功 制備出大面積的超潔凈石墨烯薄膜，該 方法與普通CVD工藝完全兼容 （ Angew . Chem.  2019 ,10.1002/ange.201905672 ）。 同時(shí) ，他們探究 了本征污染物與石墨烯之間的相互作用，發(fā)展了基于活性炭的界面力調(diào)控方法，成功實(shí)現(xiàn)了石墨烯的表面清潔（ Adv.  Mater.  2019 , e1902978 ） 。

北京大學(xué)量子材料科學(xué)中心的韓偉研究員和謝心澄院士，以及日本理化學(xué)研究所的Sadamichi Maekawa教授，受邀在國(guó)際著名刊物《自然-材料》（Nature Materials)上撰寫綜述文章，介紹“自旋流--新穎量子材料的靈敏探針”這一新興領(lǐng)域的前沿進(jìn)展。 自旋電子學(xué)起源于巨磁阻效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，在當(dāng)時(shí)而言，自旋流指的僅僅是電子自旋的傳播。隨著自旋電子學(xué)的蓬勃發(fā)展，與相關(guān)研究的不斷深入，新的自旋流現(xiàn)象與機(jī)制不斷被拓展，相關(guān)研究證明一系列的粒子或者準(zhǔn)粒子攜帶的自旋都能夠形成自旋流，比如磁性絕緣體中的磁振子、超導(dǎo)體中自旋三重態(tài)和準(zhǔn)粒子、量子自旋液體中的自旋子、自旋超導(dǎo)態(tài)等。尤其是對(duì)于量子材料而言，由于其往往具有獨(dú)特的自旋性質(zhì)，基于自旋流探針的研究方法就成為了表征量子材料物性的有效手段。 量子材料都是凝聚態(tài)物理與材料科學(xué)領(lǐng)域的研究前沿之一，其量子性質(zhì)起源于諸多量子效應(yīng)，包括低維尺寸效應(yīng)，量子限域效應(yīng)，量子相干效應(yīng)，量子阻挫效應(yīng)，能帶結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫裕孕壍礼詈?，?duì)稱性限制等等。量子材料包括石墨烯，高溫超導(dǎo)體，拓?fù)浣^緣體，外爾半金屬，量子自旋液體，自旋超流體等等。量子材料可以表現(xiàn)出諸多與自旋相關(guān)的量子性質(zhì)，如二維過渡金屬硫族化合物中的自旋-谷耦合，以及拓?fù)浣^緣體當(dāng)中的自旋-動(dòng)量鎖定等。因?yàn)榱孔硬牧系淖孕龑傩栽谙乱淮牧孔有畔⒋鎯?chǔ)和量子計(jì)算科學(xué)當(dāng)中的應(yīng)用潛力，所以研究量子材料的自旋相關(guān)性質(zhì)得到了廣泛關(guān)注。 為了研究量子材料的自旋性質(zhì)，發(fā)展一種易于實(shí)現(xiàn)和操控的高效工具顯得尤為迫切與關(guān)鍵。幸運(yùn)的是，在實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家和理論物理學(xué)家的不懈努力下，成功的證實(shí)了自旋流探針能夠作為量子材料的有效探測(cè)手段。一系列激發(fā)和探測(cè)自旋流的方法被提出并得以實(shí)現(xiàn)，從而證實(shí)了基于自旋流探針的量子材料物性研究的廣泛適用性。 迄今為止，相關(guān)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)自旋流能夠以超導(dǎo)體系中的自旋三重態(tài)庫(kù)珀對(duì)和超導(dǎo)準(zhǔn)粒子、量子自旋液體中的自旋子、磁性絕緣體和自旋超流體中的磁振子為載體進(jìn)行傳播，相關(guān)物理圖像被總結(jié)在表1中。本篇綜述文章著重介紹了在五類主要的量子材料體系中的基于自旋流探針的物性研究。第一類是超導(dǎo)材料體系，自旋流探針可以被用來驗(yàn)證自旋三重態(tài)的存在以及自旋動(dòng)力學(xué)的演化過程。第二類是量子自旋液體材料體系，自旋流探針可以被用來驗(yàn)證自旋子攜帶的自旋角動(dòng)量的有效傳播過程。第三類是磁性絕緣體體系，自旋流以磁振子的形式傳播，描述了磁有序材料當(dāng)中的集體激發(fā)行為。第四類是雜化量子激發(fā)體系，自旋流以磁振子-聲子雜化模式（磁振子-極化子）或磁振子-光子雜化模式（磁振子-極化激元）為載體進(jìn)行傳播。第五類是自旋超流體系，自旋流以玻色愛因斯坦凝聚中的自旋量子數(shù)為1的玻色子為載體進(jìn)行傳播，這種玻色子可以為電子-空穴激子或者是磁振子。 這些重要的研究進(jìn)展已經(jīng)充分證實(shí)了基于自旋流探針的物性表征對(duì)于量子材料而言是一種行之有效的研究手段。因此，這一方法將會(huì)極大的推動(dòng)新穎量子材料的發(fā)現(xiàn)和相關(guān)物理性質(zhì)的研究。例如量子霍爾和量子自旋霍爾材料，量子鐵磁體和反鐵磁體，六角晶格體系中的量子手征聲子，自旋和力耦合的量子系統(tǒng)，超導(dǎo)體中的自旋動(dòng)力學(xué)和鐵磁與超導(dǎo)界面的超導(dǎo)能隙，自旋三重態(tài)超導(dǎo)體中的超導(dǎo)對(duì)稱性，強(qiáng)耦合自旋系統(tǒng)中的雜化激發(fā)，拓?fù)浯耪褡硬牧?，量子自旋液體中的自旋子，自旋超流體約瑟夫森效應(yīng)，以及其他任何作為自旋流載體的量子態(tài)。另外，這一領(lǐng)域的進(jìn)展還將推動(dòng)自旋成像技術(shù)的發(fā)展，如利用自旋極化掃描隧道顯微鏡和氮空位色心顯微鏡技術(shù)對(duì)量子材料體系中自旋流的原位探測(cè)。

在化學(xué)反應(yīng)中，量子干涉現(xiàn)象普遍存在。但是，想要準(zhǔn)確理解這些干涉產(chǎn)生的根源非常困難，因?yàn)檫@些干涉圖樣復(fù)雜，且在實(shí)驗(yàn)上也難以精確分辨這些干涉圖樣的特征。H+H2及其同位素的反應(yīng)，是所有化學(xué)反應(yīng)中最簡(jiǎn)單的。該體系只涉及三個(gè)電子，因此比較容易精確計(jì)算出這三個(gè)原子在不同構(gòu)型時(shí)的相互作用力。在此基礎(chǔ)上，通過求解相應(yīng)的描述化學(xué)反應(yīng)過程的薛定諤方程，就能夠?qū)崿F(xiàn)分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程的計(jì)算機(jī)模擬，從而做到在微觀層次上深入理解化學(xué)反應(yīng)過程。研究團(tuán)隊(duì)在2019年先期理論研究