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量子材料與量子相變是本世紀凝聚態物理與材料領域的研究熱點。量子相變與傳統的熱力學相變不同，是在絕對零度下調節非熱力學參量而發生的相變，相變點附近量子漲落而非熱漲落起了重要作用。作為量子相變的經典范例，二維超導-絕緣體相變以及超導-金屬相變研究獲得了2015年美國凝聚態物理最高獎巴克利獎。在量子相變過程中，除超導基態和絕緣基態外，量子金屬態是否存在于二維超導體系一直是理論與實驗上爭論的焦點（Rev. Mod. Phys.91, 11002 (2019)）。根據安德森標度理論，由于量子干涉效應以及相位相干長度在零溫下發散的特性，載流子在趨于絕對零度時會表現出局域化效應，因此理論上不存在二維量子金屬基態。盡管實驗上在各種二維電子體系發現了量子金屬態的可能跡象，但受低臨界溫度的制約以及外界高頻噪聲的影響（Science Advances 5, 3826 (2019)），二維量子金屬態的存在與否仍存在著巨大爭議，是近三十年來國際學術界一直懸而未決的重要物理問題。 最近，北京大學物理學院量子材料中心王健教授、博雅博士后劉易與合作者在高溫超導納米多孔薄膜中首次完全證實了量子金屬態的存在。通過調節反應離子刻蝕的時間，研究團隊在高溫超導釔鋇銅氧（YBCO）多孔薄膜中實現了超導-量子金屬-絕緣體相變。量子金屬態存在的直接證據是體系的電阻隨著溫度降低表現出飽和特性，在高溫超導體YBCO薄膜中，該電阻飽和溫度高達5K，這一溫度相比于傳統超導體系提高了1-2個數量級，大大提升了量子金屬態的穩定性和實驗結果的可信度。通過高頻濾波器極低溫對照實驗表明，是否添加濾波器對體系的電阻在低溫下的飽和規律沒有明顯的作用，有效地排除了外界高頻噪聲對實驗的影響，為量子金屬態的存在提供了可靠的實驗證據。實驗還揭示了量子金屬態的霍爾電阻為零歐姆，意味著量子金屬態具有與超導體類似的粒子空穴對稱性（particle-hole symmetry）。 此外，實驗表明量子金屬態在低溫下滿足歐姆定律且具有巨磁阻效應，這些發現也與理論上對量子金屬態的預期吻合。 研究團隊通過系統的極低溫電輸運測試發現，超導，金屬與絕緣這三個量子基態都有與庫珀電子對相關的h/2e周期的超導量子磁通振蕩，這表明量子金屬態與傳統金屬不同，是玻色金屬態，揭示了庫珀對玻色子對量子金屬態的形成起到了主導作用。（注：傳統金屬中導電是電子，也即費米子）實驗發現，對于超導態的樣品，量子振蕩振幅隨溫度的降低迅速增加而發散; 對于絕緣態的樣品，振幅隨溫度的降低先迅速增加然后在低溫下衰減; 而對于量子金屬態的樣品，振幅隨溫度的降低先迅速增加然后在低溫下飽和。進一步分析揭示出振蕩振幅飽和對應于相位相干長度飽和，是量子金屬形成的一種可能機制。有意思的是通過調控正常態電阻僅兩個數量級，量子振蕩振幅從超導態樣品到最絕緣的樣品變化了九個數量級，這意味著多孔高溫超導體系具備很好的相位相干調控性。 該工作于2019年11月14日在線發表于學術期刊《Science》上。（DOI: 10.1126/science.aax5798；https://science.sciencemag.org/content/early/2019/11/13/science.aax5798）。北京大學王健教授、布朗大學James M. Valles Jr 教授、電子科技大學熊杰教授是本文的共同通訊作者，電子科技大學博士生楊超和北京大學博士后劉易為文章共同第一作者，北京大學為第一通訊作者單位。這一工作的主要合作者還包括布朗大學Jimmy Xu教授，北京大學林熙研究員，北京師范大學劉海文研究員，清華大學姚宏教授，電子科技大學李言榮院士等。該工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、中央高校基本科研業務費、量子物質科學協同創新中心、中科院卓越創新中心、低維物理國家重點實驗室開放基金、北京市自然科學基金、北京市交叉科學與技術基金、博士后科學基金等支持。 二維高溫超導體系中量子玻色金屬態的證實是王健研究組與合作者繼量子格里菲斯奇異性發現以來（Science 350, 509 (2015)); Nature Communications 10, 3633 (2019)），在二維超導量子相變領域的又一重要突破。該工作為國際上爭論了三十多年的量子金屬態的存在提供了有力的證據，并為研究量子金屬態提供了新思路。該工作也得到了美國科學院院士斯坦福大學Steven A. Kivelson教授的高度評價，評論文章發表在Journal Club for Condensed Matter Physics（凝聚態物理期刊俱樂部）上。Kivelson教授指出：“這一工作對量子材料的理解具有基礎性的重要意義”。圖一， 釔鋇銅氧（YBCO）納米多孔薄膜中的超導-量子金屬-絕緣體量子相變。(A)用多孔氧化鋁（AAO）模板蝕刻法制備YBCO納米多孔薄膜的工藝示意圖。(B) YBCO納米多孔薄膜掃描電鏡（SEM）圖像。(C) YBCO納米多孔薄膜的幾何結構示意圖。(D)不同刻蝕時間下YBCO納米多孔薄膜的電阻對溫度的依賴關系。超導態(SC)、反常金屬態(AM1)、過渡態(TS)和絕緣態(INS)四種典型薄膜的電阻溫度曲線用黑色表示。圖二,量子金屬態證據。(A)量子金屬態薄膜和超導薄膜的輸運曲線。其中低溫下電阻的飽和行為為量子金屬態的特征。(B) 量子金屬態薄膜極低溫輸運曲線。是否采用高頻濾波器并不改變量子金屬態飽和電阻的特征。插圖: 量子金屬態薄膜的I-V曲線，符合歐姆定律，亦為量子金屬態的證據。(C)典型量子金屬態薄膜的霍爾電阻和縱向電阻隨溫度的變化圖。霍爾電阻(Rxy)在低溫下趨于零，而縱向電阻不為零，表現出量子金屬態的特征。插圖: 量子金屬態薄膜不同溫度下的霍爾電阻(Rxy)。(D) 量子金屬態薄膜的巨磁阻效應，與理論上對量子金屬態的預期相符。圖三，庫柏對在量子相變過程中的相干性衍變 (A)超導態、(B) 量子金屬態、(C)絕緣態的磁導振蕩圖。 (D) 不同溫度下，所有YBCO薄膜的磁導振蕩的振幅。對于量子金屬態薄膜，磁導振蕩的振幅隨溫度的降低在5 K左右而飽和。而超導態薄膜磁導振蕩的振幅在低溫下發散，絕緣態薄膜磁導振蕩的振幅隨著溫度降低先增加后減小。(E) 通過相位相干的近似模型，計算得到量子金屬態的相位相干長度在低溫下飽和。揭示了量子金屬形成的一種可能機制。

實驗裝置簡圖，原子能級以及與原子相互作用的光脈沖序列復旦大學物理學系精密測量物理與量子光學團隊開展國際合作研究，在突破標準量子極限的精密測量研究中取得系列重要進展。團隊利用預測和回溯測量的方法，實現了迄今含原子數最多的原子自旋壓縮以及突

本項目開發了一種量子保密通信保障信息傳輸安全條件下的量子安全云智慧考場作弊防控新技術，并成功地開發了量子安全云智慧偵測器屏蔽、量子安全偵測等終端產品， 所開發完成的量子安全云智慧考場技防平臺，確保考試安全和公平公正”的明確指示，針對當前無線電作弊的現狀和未來趨勢，實施有效的考場電子防衛。該系統偵測范圍涵蓋當前已知的幾乎所有無線電作弊設備（包括語音通信、字符通信以及手機/對講機等），兼具實時偵測、作弊信號識別、作弊信號內容探測、作弊信號還原取證、對作弊信號實施阻斷等多種能力。功能全面強大，易于部署，且能夠接入考務綜合管理平臺，通過數據接口鏈接支持與巡查指揮等其他系統的互聯互通和協同工作，是目前業內最先進最完整的高科技作弊防控解決方案。 

超高的遷移率、超低載流子濃度，以及單個費米口袋特性是整個實驗成功的關鍵所在。他們研究了多種高品質的ZrTe5晶體，該材料在2014年被中科院物理所翁紅明、戴希和方忠等人預測可能具有非平庸的拓撲性。在低溫和小磁場條件下，通過量子振蕩輸運測量和分析手段，可以重構出一個非常清晰的閉合費米面拓撲結構。這種封閉的三維費米面可以與準二維體系明確分開，在量子極限

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。

本方法以丙三醇作為溶劑及碳源快速制備大量粒徑小于 10 nm 的碳量子點。這種碳量子點的熒光量子產率能夠達到 30 %左右。制 備好的碳量子點,不需要任何提純即可與成膜性較好的高聚物混合得 到熒光碳量子點薄膜。而且這種碳量子點毒性低，水溶性好，熒光量 子產率高，在細胞及活體成像方面表現出顯著優勢。總之，該制備方 法簡單易行，材料來源廣泛且廉價，產率大。所得的熒光碳量子點具 有熒光量子產率高、易成膜、低細胞毒性且耐光漂白等性質，已經作 為生物成像劑用于細胞的熒光共聚焦成像

要實現三維量子霍爾效應，就需要達到所謂的極端量子極限條件（Extreme Quantum Limit）。這個實驗條件要求異常苛刻，如果選用常用的金屬銅塊作為研究對象，要施加超過3000特斯拉的磁場才能進入極端量子極限態，而這是當前的實驗條件無法提供的。因此，三維量子霍爾效應方向的研究一度處于幾乎停頓的狀態。 為了滿足這項苛刻的條件，張立源團隊巧妙地選用了高品質的五碲化鋯（ZrTe5）晶

以丙三醇作為溶劑及碳源快速制備大量粒徑小于 10 nm 的 碳量子點。這種碳量子點的熒光量子產率能夠達到 30 %左右。制備 好的碳量子點,不需要任何提純即可與成膜性較好的高聚物混合得到 熒光碳量子點薄膜。

北京大學物理學院“極端光學創新研究團隊”王劍威研究員和龔旗煌院士領導的課題組，與英國、丹麥、奧地利和澳大利亞的學者合作，實現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功能，為芯片上光量子信息處理和計算模擬的應用，奠定了堅實的基礎。相關研究成果于近日發表在國際頂級物理期刊Nature Physics(https://www.nature.com/articles/s41567-019-0727-x)。 集成光量子芯片技術，結合了量子物理、量子信息和集成光子學等前沿學科，通過半導體微納加工制造高性能且大規模集成的光量子器件，實現對光量子信息的高效處理、計算和傳輸等功能。其中，利用硅基平面光波導集成技術的光量子芯片具有諸多獨特優勢，包括集成度高、穩定性好、編程操控性優越和可單片集成核心光量子器件等，因此被認為是一種實現光量子信息應用的重要手段之一。 A. 硅基量子隱形傳態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 北京大學研究團隊與布里斯托爾大學、丹麥科技大學、奧地利科學院、赫瑞-瓦特大學和西澳大利亞大學科研人員密切合作，在硅基光量子芯片技術和應用方面取得了突破性進展。研究團隊發展了一種基于微環諧振腔的高性能集成量子光源，通過硅波導的強四波混頻非線性效應，實現了光子全同性優于90%、無需濾波后處理的50%觸發效率的單光子對源，達到了對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到了92%。團隊實現了關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量和量子比特焊接操作，通過量子態層析實驗確認了高保真的雙比特糾纏操作。 研究團隊在單一硅芯片上實現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量的全功能集成，進而實現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。通過對兩對糾纏光子對進行量子比特焊接操作，團隊實現并判定了四比特Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) 真量子糾纏的存在；通過對兩對糾纏光子中各一個光子進行貝爾投影操作，實現了量子糾纏互換功能，使來自不同光子源的光子間產生了量子糾纏；利用兩個芯片間的量子態傳輸和量子糾纏分布技術，實現了兩個芯片間任意單量子比特的量子隱形傳態，達到了近90%的隱形傳態保真度。 團隊研制的硅基多光子量子芯片尺寸僅占幾平方毫米，比傳統實現方法小了約5-6個數量級，不僅達到了器件的微型化，同時具備了單片全功能集成、器件編程可控、系統性能優越等特點，其中量子隱形傳態保真度優于已報道的其它物理實現方法。多體量子糾纏體系的片上制備與量子調控技術，為片上量子物理基礎研究和片上光量子信息處理傳輸、量子計算模擬的應用提供了重要基礎。