“墨子號(hào)”實(shí)現(xiàn)基于糾纏的無中繼千公里量子保密通信

“墨子號(hào)”實(shí)現(xiàn)基于糾纏的無中繼千公里量子保密通信

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉及其同事彭承志、印娟等組成的研究團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合牛津大學(xué)Artur Ekert、中科院上海技術(shù)物理研究所王建宇團(tuán)隊(duì)、微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、光電技術(shù)研究所等相關(guān)團(tuán)隊(duì)，利用“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星在國際上首次實(shí)現(xiàn)千公里級(jí)基于糾纏的量子密鑰分發(fā)。研究論文發(fā)表于Nature。基于衛(wèi)星的遠(yuǎn)距離安全通信實(shí)驗(yàn)成果不僅將以往地面無中繼量子保密通信的空間距離提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，并且通過物理原理確保了即使在衛(wèi)星被他方控制的極端情況下依然能實(shí)現(xiàn)安全的量子通信，取得了量子通信現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的重要突破。這是朝構(gòu)建全球化量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)甚至量子互聯(lián)網(wǎng)的重要一步。

實(shí)現(xiàn)量子相干控制超分辨熒光寬場顯微成像

北京大學(xué)物理學(xué)院介觀物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室極端光學(xué)研究團(tuán)隊(duì)龔旗煌院士、王樹峰副教授等提出了基于量子相干控制原理主動(dòng)調(diào)制分子熒光發(fā)射而獲得超分辨熒光顯微的方法（SNAC），在寬場成像下實(shí)現(xiàn)了分辨率的提升。研究論文發(fā)表于Science Advances。傳統(tǒng)的光學(xué)顯微系統(tǒng)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(shù)應(yīng)運(yùn)而生，在生物成像等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。該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(shù)的分辨率提升到了與單分子定位方法接近的50nm的水平。

導(dǎo)航波場觸發(fā)的液態(tài)金屬量子化軌道及金屬液滴追逐效應(yīng)

中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所與清華大學(xué)聯(lián)合研究小組開展復(fù)合導(dǎo)航波場中量子化在軌追逐的液態(tài)金屬液滴對(duì)研究。研究論文發(fā)表于Physical Review Fluids。該研究設(shè)計(jì)了一系列實(shí)驗(yàn)來探究液態(tài)金屬液滴對(duì)的軌道化追逐效應(yīng)的背后原理。通過采用高速成像、數(shù)字圖像跟蹤、粒子成像測速等方法，揭示了振動(dòng)的液態(tài)金屬液池和彈跳液滴的流體力學(xué)特性。此項(xiàng)工作中發(fā)現(xiàn)的液態(tài)金屬液滴對(duì)的軌道化追逐運(yùn)動(dòng)，與光學(xué)系統(tǒng)中納米顆粒對(duì)的運(yùn)動(dòng)模式具有驚人的相似之處。液態(tài)金屬液滴對(duì)的軌道化旋轉(zhuǎn)追逐效應(yīng)，是受液滴同時(shí)受局部導(dǎo)航波和液池全局導(dǎo)航波場這一復(fù)合波場的引導(dǎo)所致。

雙層石墨烯量子點(diǎn)中發(fā)現(xiàn)貝利相位導(dǎo)致的谷劈裂和谷反轉(zhuǎn)現(xiàn)象

北京大學(xué)孫慶豐教授和北京師范大學(xué)何林教授等合作，揭示了石墨烯體系中貝利相位和谷自由度的重要關(guān)系。研究論文發(fā)表于Physical Review Letters。當(dāng)磁場為零的時(shí)候，兩個(gè)谷中電子在動(dòng)量空間的繞行軌跡受到時(shí)間反演對(duì)稱性的保護(hù)完全相同，因此電子的貝利相位也相同；增大磁場，K谷的電子繞行軌跡受到等效洛倫茲力的拉伸會(huì)增大，從而導(dǎo)致貝利相位也增大，而K谷的電子繞行軌跡則在相反的等效洛倫茲力作用下被擠壓，因此貝利相位則會(huì)減小。實(shí)驗(yàn)中觀察到的谷能級(jí)劈裂和交叉行為，也為利用貝利相位來操控谷自由度、設(shè)計(jì)新型的谷開關(guān)器件提供了新的思路，對(duì)谷電子學(xué)的發(fā)展具有重要意義。

高效量子點(diǎn)上轉(zhuǎn)換探測器

上海科技大學(xué)物質(zhì)學(xué)院寧志軍課題組以膠體量子點(diǎn)材料為基礎(chǔ)，制備出一種新型、低成本、高探測率的紅外上轉(zhuǎn)換器件，展示了紅外上轉(zhuǎn)換器件在生物成像和可穿戴電子器件領(lǐng)域良好的應(yīng)用前景。研究論文發(fā)表于Nature Electronics。近紅外光電探測與成像器件在生物檢測、信息通訊、軍事、氣象等領(lǐng)域中有重要作用。研究者以膠體量子點(diǎn)材料為基礎(chǔ)，制備出一種新型、低成本、高探測率的紅外上轉(zhuǎn)換器件。這種紅外上轉(zhuǎn)換器件的紅外吸收層和可見光發(fā)射層均采用了膠體量子點(diǎn)材料。受益于膠體量子點(diǎn)可溶液法處理的特性，除了最上面的電極，整個(gè)紅外上轉(zhuǎn)換器件全部采用溶液法制備，極大簡化了器件的制備。

基于有機(jī)溶劑合成石墨烯量子點(diǎn)研究進(jìn)展

中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場科學(xué)中心研究員王輝、林文楚與合作者，在基于有機(jī)溶劑合成石墨烯量子點(diǎn)（GQDs）領(lǐng)域取得新進(jìn)展：研究發(fā)現(xiàn)具有特定結(jié)構(gòu)的有機(jī)溶劑（雙鍵、苯環(huán)或多極性基團(tuán)）可直接碳化并形成GQDs。研究成果發(fā)表于Nanoscale。在不加催化劑以及其他有機(jī)前驅(qū)體的情況下，利用常見有機(jī)溶劑為單一前驅(qū)體，系統(tǒng)研究了高溫密閉條件對(duì)于有機(jī)溶劑穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明：具有特定結(jié)構(gòu)的有機(jī)溶劑（雙鍵、苯環(huán)或多極性基團(tuán)）在高溫溶劑熱條件下可直接碳化并形成GQDs。此外，通過調(diào)整有機(jī)溶劑的種類，可以在分子水平上輕松地調(diào)控GQDs的表面基團(tuán)、原位摻雜和光學(xué)性質(zhì)。

利用“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)安全時(shí)間傳遞

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉及其同事彭承志、徐飛虎等利用“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，在國際上首次實(shí)現(xiàn)量子安全時(shí)間傳遞的原理性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，為未來構(gòu)建安全的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。研究論文發(fā)表于Nature Physics?；诹孔硬豢煽寺≡?，以單光子量子態(tài)為載體的時(shí)間傳遞技術(shù)可以從根本上保證信號(hào)傳輸過程的安全性?；凇澳犹?hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，潘建偉團(tuán)隊(duì)突破了星地單光子時(shí)間傳遞、高速率星地雙向異步激光時(shí)間應(yīng)答器等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了星地量子安全時(shí)間同步的技術(shù)驗(yàn)證，獲得了30ps精度的星地時(shí)間傳遞，此精度達(dá)到了星地激光時(shí)間傳遞的國際先進(jìn)水平。

可控非馬爾可夫噪聲通道中的量子費(fèi)舍爾信息流研究進(jìn)展

中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心固態(tài)量子信息與計(jì)算實(shí)驗(yàn)室潘新宇研究員等與合作者，在金剛石氮空位中心自旋量子系統(tǒng)中構(gòu)建了多通道的可控非馬爾可夫噪聲環(huán)境，并用量子費(fèi)舍爾信息研究了自旋量子系統(tǒng)的相干態(tài)、糾纏態(tài)在非馬爾可夫環(huán)境下的演化行為。研究成果發(fā)表于Physical Review Letters。該研究從實(shí)驗(yàn)上檢驗(yàn)了量子費(fèi)舍爾信息與非馬爾可夫性的對(duì)應(yīng)關(guān)系，其實(shí)驗(yàn)方案和結(jié)論可拓展至超導(dǎo)量子比特、離子阱量子比特、光量子比特等眾多的量子系統(tǒng)中。即使環(huán)境中耗散通道不能被很好地控制，只要能測量開放系統(tǒng)的量子費(fèi)舍爾信息，就可以用其信息流動(dòng)來研究其開放系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的非馬爾可夫性質(zhì)。