發(fā)現(xiàn)陳數(shù)籠目磁體TbMn6Sn6

北京大學(xué)物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心賈爽副教授、普林斯頓大學(xué)的M. Zahid Hasan教授以及合作者研究了一種新的籠目磁體TbMn6Sn6。相關(guān)論文發(fā)表于Nature。這種材料具有分立的純凈錳原子形成的籠目晶格，而且其同時具有平面外鐵磁基態(tài)以及較大的磁矯頑力。實驗利用光譜成像方法直接觀察到了具有平面外磁化的純凈錳基籠目晶格。當外加磁場時，在籠目晶格上觀測到了明顯的朗道量子化，這在其他任何籠目材料中都沒有發(fā)現(xiàn)。這種特有的朗道扇結(jié)構(gòu)揭示了自旋極化的狄拉克費米子具有很大的陳數(shù)能隙。實驗還發(fā)現(xiàn)了顯著的本征反?；魻栃?yīng)標度，這與譜學(xué)研究結(jié)果完全一致，證明能隙的陳數(shù)為1。

量子點光催化劑活性中心的定點“錨定”研究進展

中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所吳驪珠、李旭兵等在量子點光催化劑活性中心的定點“錨定”及其優(yōu)異產(chǎn)氫性能研究方面取得新進展。相關(guān)論文發(fā)表于Matter。通過人工光合成將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能并以氫氣等形式儲存起來，是太陽能轉(zhuǎn)化和利用的一種有效途徑。在眾多人工光合成制氫反應(yīng)研究中，基于半導(dǎo)體量子點與廉價金屬離子構(gòu)筑的人工光合成體系展現(xiàn)出了高活性和穩(wěn)定性，已成為光催化分解水制氫的一條高效、便捷且經(jīng)濟的途徑。研究團隊發(fā)展的選擇性陽離子交換的手段實現(xiàn)廉價金屬離子在量子點表面的定點、定向負載，為構(gòu)筑高效、穩(wěn)定的光催化劑提供了新策略。

較低能量下化學(xué)反應(yīng)中的量子幾何相位效應(yīng)

中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所孫志剛、楊學(xué)明等與中國科技大學(xué)教授王興安合作，在H+HD→H2+D反應(yīng)中的幾何相位效應(yīng)研究中取得新進展。相關(guān)論文發(fā)表于Nature Communications。研究發(fā)現(xiàn)，與之前2.77電子伏反應(yīng)能量處的幾何相位效應(yīng)不同，在較低能量處，幾何相位效應(yīng)不僅體現(xiàn)在前向散射振蕩上，而且較多地體現(xiàn)在后向散射振蕩上。研究者采用經(jīng)典軌線理論分析，揭示了幾何相位效應(yīng)來自于直接反應(yīng)途徑和漫游反應(yīng)途徑的干涉效應(yīng)。論文證實了在采用波恩奧本海默近似之后，化學(xué)反應(yīng)中的幾何相位效應(yīng)是真實存在的。幾何相位效應(yīng)對于化學(xué)反應(yīng)的影響，是以影響微分截面的角分布樣式而體現(xiàn)的。

銀銦硫量子點的自發(fā)輻射放大效應(yīng)研究

中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室和重慶大學(xué)合作，通過使用銀銦硫量子點作為增益介質(zhì)，獲得放大的自發(fā)輻射作用，具有良好增益性能。相關(guān)論文發(fā)表于Journal of Materials Chemistry C。研究團隊探索了一三五族膠體量子點的受激特性，即自發(fā)輻射放大性能。通過將兩個高反射性布拉格反射鏡作光學(xué)諧振腔，結(jié)合具有高光致發(fā)光量子產(chǎn)率（52%）的銀銦硫量子點作為增益介質(zhì)，實現(xiàn)了光放大效應(yīng)。此外，通過調(diào)節(jié)布拉格反射鏡的層數(shù)以找到更好的器件結(jié)構(gòu)。論文揭示了傳統(tǒng)銀銦硫量子點作為光放大資源的可行性，有效設(shè)計布拉格光學(xué)微腔在光放大方面具有應(yīng)用前景。

超導(dǎo)量子計算實驗進展：動力學(xué)相變的超導(dǎo)量子模擬

中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心與浙江大學(xué)在超導(dǎo)量子計算研究方面開展合作，許凱、鄭東寧、范桁、王浩華、野理（F. Nori）等人利用16個超導(dǎo)量子比特實現(xiàn)了動力學(xué)相變的量子模擬。相關(guān)論文發(fā)表于Science Advances。合作團隊利用前期20量子比特薛定諤貓態(tài)工作中所研發(fā)的全聯(lián)通超導(dǎo)多量子比特器件。實驗展示了第一類動力學(xué)相變。通過對多比特量子態(tài)自旋壓縮性質(zhì)的測量，揭示了動力學(xué)相變臨界點和自旋壓縮態(tài)產(chǎn)生的直接關(guān)聯(lián)。通過測量不同橫場強度下自旋壓縮系數(shù)的時間演化，發(fā)現(xiàn)動力學(xué)相變臨界點附近的自旋壓縮最為顯著，測得的壓縮系數(shù)體現(xiàn)了多體真糾纏的存在。

實驗實現(xiàn)最優(yōu)量子糾纏態(tài)檢驗

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團隊首次實驗實現(xiàn)了最優(yōu)效率的多光子糾纏態(tài)檢驗。相關(guān)論文發(fā)表于Physical Review Letters。量子糾纏是量子通信和量子計算研究中重要的資源，制備高質(zhì)量的糾纏態(tài)是實現(xiàn)眾多量子信息方案的基本前提。而如何刻畫這些實際糾纏態(tài)的質(zhì)量是實施相關(guān)量子信息方案首先要解決的問題。研究人員構(gòu)造了一種新的糾纏態(tài)測量方法，可以快速檢驗出實際制備的多體糾纏態(tài)相對于目標糾纏態(tài)的保真度，測量精度達到海森堡極限，更重要的是該方法所需測試樣本數(shù)不會隨著糾纏態(tài)規(guī)模增大而增加。最優(yōu)量子糾纏態(tài)檢驗方法對大規(guī)模量子通信和量子計算網(wǎng)絡(luò)具有重要意義。

量子計算算法模擬化學(xué)分子研究

北京量子信息科學(xué)研究院和清華大學(xué)聯(lián)合團隊魏世杰、龍桂魯?shù)乳_展了全量子本征求解器（Full Quantum Eigensolver，F(xiàn)QE）研究。相關(guān)成果發(fā)表于Research。把二次量子化的費米哈密頓量映射到希爾伯特空間的比特形式哈密頓量，應(yīng)用量子梯度下降算法求得哈密頓量的基態(tài)能量和基態(tài)波函數(shù)。具體而言，在一個量子計算系統(tǒng)中，首先設(shè)定一個合適的量子初態(tài)，通過構(gòu)造的量子算法給出量子線路實現(xiàn)對應(yīng)的動力學(xué)演化，通過迭代收斂到基態(tài)，最后測量量子態(tài)得到需要的信息。FQE全部在量子計算機上進行，可以在現(xiàn)在的53比特的IBM和谷歌的有噪量子計算機上計算，也可在今后大型的容錯量子計算機上計算。

拓撲量子磁性研究進展

清華大學(xué)物理系江萬軍課題組與國內(nèi)外合作者在拓撲磁結(jié)構(gòu)的旋性布朗運動方面取得進展。相關(guān)論文發(fā)表于Physical Review Letters。研究發(fā)現(xiàn)磁性薄膜中斯格明子的布朗運動行為與愛因斯坦的理論預(yù)測存在顯著差異。斯格明子是一種具有自旋拓撲屬性的準粒子，它在熱擾動影響下會發(fā)生隨機運動。取決于斯格明子的自旋拓撲態(tài)，具有相反拓撲電荷Q=±1的斯格明子，布朗運動軌跡分別沿順時針和逆時針方向旋進。由于缺陷的釘扎效應(yīng)，還觀測到擴散系數(shù)隨溫度呈指數(shù)依賴關(guān)系，這與愛因斯坦的線性溫度擴散理論相違背。此項研究為理解拓撲磁結(jié)構(gòu)的非平衡動力學(xué)和自旋電子器件的開發(fā)和應(yīng)用提供了幫助。