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研究了二維二聚化量子自旋系統(tǒng)，通過理論分析和高精度的量子蒙特卡洛方法，發(fā)現(xiàn)在交錯狀二聚化量子海森堡模型中，相變臨界指數(shù)具有新奇的非單調(diào)尺寸標(biāo)度行為。他們通過在有限尺寸標(biāo)度理論中引入兩個驅(qū)動場，同時進(jìn)行大尺寸的計算分析，成功地解釋了非單調(diào)的量子蒙特卡洛結(jié)果，從根源上指出二維二聚化量子自旋系統(tǒng)的相變?nèi)匀粚儆贠（3）普適類，適用于量子-經(jīng)典對應(yīng)理論。他們的研究表明，在量子相變中可能存在多個驅(qū)動場導(dǎo)致的新奇標(biāo)度行為，需要采用正確的標(biāo)度理論才會得到正確的結(jié)果。在論文中，他們還創(chuàng)造性地提出多參數(shù)聯(lián)動-高階擬合方法，能極大地提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度，可以用在不同體系的數(shù)據(jù)分析中。

提出了一種可優(yōu)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(yán)格限制,使得幾何量子計算可與優(yōu)化控制理論相結(jié)合，并且大大提高了幾何量子門對系統(tǒng)噪聲魯棒性，為進(jìn)一步拓展到可結(jié)合脈沖整形技術(shù)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(lián)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(shí)現(xiàn)，相比之前需要應(yīng)用復(fù)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(tài)和第二激發(fā)態(tài)被用作為量子比特的0和1態(tài)，第一激發(fā)態(tài)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(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)演化產(chǎn)生的幾何量子相位的精確調(diào)控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)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(shù)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(shí)驗(yàn)復(fù)雜度相對較低和易于在不同量子體系上實(shí)現(xiàn)等優(yōu)勢。陳遠(yuǎn)珍和他的博士后嚴(yán)通行合作，在超導(dǎo)量子體系中成功實(shí)現(xiàn)了這一方案。實(shí)驗(yàn)中獲得的單比特量子門保真度達(dá)到了97%，引起誤差的主要原因包括量子比特和環(huán)境相互作用導(dǎo)致的退相干，以及微波控制信號的精度誤差等。 這項(xiàng)工作對于進(jìn)一步發(fā)展基于幾何相位的量子計算具有啟發(fā)意義，其后續(xù)相關(guān)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。

實(shí)現(xiàn)了基于線性光學(xué)系統(tǒng)的量子有限狀態(tài)自動機(jī)的研究。該量子自動機(jī)使用3個空間狀態(tài)，即可解決判定輸入整數(shù)是否為某一質(zhì)數(shù)P的整數(shù)倍的問題，而使用經(jīng)典的自動機(jī)解決同樣問題至少需要P個空間狀態(tài)。該工作首次在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了量子自動機(jī)的運(yùn)行并驗(yàn)證了其相比于經(jīng)典自動機(jī)的空間資源高效性，在該領(lǐng)域具有開創(chuàng)性的作用。

實(shí)驗(yàn)裝置簡圖，原子能級以及與原子相互作用的光脈沖序列復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系精密測量物理與量子光學(xué)團(tuán)隊(duì)開展國際合作研究，在突破標(biāo)準(zhǔn)量子極限的精密測量研究中取得系列重要進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)利用預(yù)測和回溯測量的方法，實(shí)現(xiàn)了迄今含原子數(shù)最多的原子自旋壓縮以及突

項(xiàng)目成果/簡介:1）提出冷原子實(shí)現(xiàn)和探測相對論狄拉克粒子的理論,并預(yù)言可觀測相應(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）是國際上最早研究冷原子幾何相位誘導(dǎo)規(guī)范勢的少數(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)。冷原子相對論效應(yīng)和誘導(dǎo)規(guī)范勢已逐步成為當(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。

1）提出冷原子實(shí)現(xiàn)和探測相對論狄拉克粒子的理論,并預(yù)言可觀測相應(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）是國際上最早研究冷原子幾何相位誘導(dǎo)規(guī)范勢的少數(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)。冷原子相對論效應(yīng)和誘導(dǎo)規(guī)范勢已逐步成為當(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、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算模擬的應(yīng)用，奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果于近日發(fā)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(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)對光量子信息的高效處理、計算和傳輸?shù)裙δ堋Ｆ渲校霉杌矫婀獠▽?dǎo)集成技術(shù)的光量子芯片具有諸多獨(dú)特優(yōu)勢，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)效率的單光子對源，達(dá)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(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)。通過對兩對糾纏光子對進(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；通過對兩對糾纏光子中各一個光子進(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個數(shù)量級，不僅達(dá)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(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)化微米級墨滴蒸發(fā)流動以及量子點(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，具有多重防偽級別和商業(yè)化的價值的不可復(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)化微米級墨滴蒸發(fā)流動以及量子點(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，具有多重防偽級別和商業(yè)化的價值的不可復(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)確識別。