信息與工程

首次實現(xiàn)器件無關的量子隨機數(shù)

中國科學技術大學潘建偉教授及其同事張強、范靖云、馬雄峰等與中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所和日本NTT基礎科學實驗室合作，在發(fā)展高品質糾纏光源和高效率單光子探測器件的基礎上，利用量子糾纏的內稟隨機性，首次成功實現(xiàn)器件無關的量子隨機數(shù)。相關論文發(fā)表于Nature。該成果將在數(shù)值模擬和密碼學等領域得到廣泛應用，有望形成新的隨機數(shù)國際標準。該工作及后續(xù)工作將為密碼學和數(shù)值模擬以及需要隨機性輸入的各個領域提供真正可靠的隨機性來源，同時由于可信任的隨機數(shù)源是現(xiàn)實條件下量子通信安全性的關鍵環(huán)節(jié)，器件無關隨機數(shù)的實驗實現(xiàn)也進一步確保了現(xiàn)實條件下量子通信的安全性。

基于量子糾纏的量子隨機數(shù)產(chǎn)生示意圖（圖片來源于中國科學院）

器件無關量子隨機數(shù)實驗裝置（圖片來源于中國科學院）

大腦皮層神經(jīng)元信息的讀碼機制解析

中國科學院神經(jīng)科學研究所、腦科學與智能技術卓越創(chuàng)新中心、中國科學院靈長類神經(jīng)生物學重點實驗室空間感知課題組顧勇研究員等，通過結合決策信號的測量與微電流刺激的干擾兩種方法來解析大腦神經(jīng)元信息的讀碼機制，研究論文發(fā)表于《神經(jīng)元》。在獼猴大腦皮層中存在兩類細胞，感覺—決策一致性細胞和感覺—決策相反性細胞。兩類細胞之間通過特定的相關性噪音結構連接。微電流刺激實驗表明兩類細胞都貢獻于獼猴的認知決策，但前者的讀取權重更大，大約是后者的兩倍。研究表明，大腦神經(jīng)元信息的讀碼權重不僅與特定腦區(qū)有關，還與特定腦區(qū)中的特定神經(jīng)元集群有關。

闡釋量子混沌系統(tǒng)

清華大學丘成桐數(shù)學科學中心助理教授金龍與美國加州大學伯克利分校Semyon Dyatlov教授合作，開展雙曲曲面上半經(jīng)典測度具有全支集的研究，研究論文發(fā)表于Acta Mathematica。曲面或區(qū)域上的拉普拉斯算子特征函數(shù)是量子態(tài)的簡單模型，其在半經(jīng)典極限下的分布情況由半經(jīng)典測度描述，與對應的經(jīng)典力學系統(tǒng)的性質緊密聯(lián)系。負曲率曲面上的測地流是經(jīng)典的混沌系統(tǒng)，刻畫其上的半經(jīng)典測度是量子混沌領域中最重要的問題。對于曲率為負常數(shù)的雙曲曲面研究證明了半經(jīng)典測度具有全支集，即半經(jīng)典極限下特征函數(shù)不能完全地集中在一個子集上。由此還可推出雙曲曲面上線性薛定鍔方程可由任意非空開集控制。

單分子場效應晶體管研究進展

北京大學化學與分子工程學院郭雪峰課題組和合作者開發(fā)了國際上第一種基于離子液體柵和石墨烯基單分子器件平臺的單分子場效應器件，實現(xiàn)了單分子電荷輸運的高效控制。相關研究成果發(fā)表于Angewandte Chemie International Edition。場效應晶體管是構建電子電路的基本單元器件，其基礎原理為使用第三端柵電極來調控源漏兩端電極之間的電流。通過外加電場調控單個分子中的電荷傳輸可以實現(xiàn)單分子場效應功能。這種新器件結構克服了長期困擾該領域的短溝道效應，為構建高性能的單分子場效應晶體管和研究與分子軌道能級相關的量子輸運效應提供了可靠平臺。

生成對抗網(wǎng)絡研究在人臉識別領域新進展

中國科學院自動化研究所智能感知與計算研究中心孫哲南、赫然研究團隊，在生成對抗網(wǎng)絡基礎上提出高保真度的姿態(tài)不變模型來克服人臉識別任務中最為經(jīng)典的姿態(tài)不一致問題。研究論文發(fā)表于NIPS（人工智能頂級會議神經(jīng)信息處理系統(tǒng)大會）。研究者總結了先前工作中存在的一些限制，例如，過于依賴低維信息約束，不能很好地保持原圖的語義信息等。設計新過程，解決了這些問題。實驗結果表明，該方法在基準數(shù)據(jù)集上的表現(xiàn)的視覺效果和定量性能指標都優(yōu)于目前最好的基于對抗生成網(wǎng)絡的方法。此外，HF-PIM所支持的生成圖像分辨率也在原有方法的基礎上提升了一倍。

高保真度的姿態(tài)不變模型示意圖（圖片來源于中國科學院自動化研究所）

在CelebA數(shù)據(jù)庫的HQ子集上的可視化結果，第一行為輸入圖像，第二行為通過我們的模型進行人臉正面化后的結果。（圖片來源于中國科學院自動化研究所）

高靈敏聚合物/AIE熒光氣體傳感器

中國科學院院士、中國科學院理化技術研究所研究員江雷團隊通過結合聚合物和聚集誘導發(fā)光（AIE）分子，在不對稱浸潤性界面上限域構建聚合物/AIE熒光微米線陣列作為氣體傳感器，利用聚合物溶脹誘導光強變化實現(xiàn)對有機氣體的高靈敏和特異性檢測；該成果發(fā)表于Nature Communications。通過理論計算揭示了熒光傳感器對氣體檢測的機理，并且利用現(xiàn)有商品化聚合物或AIE材料構建傳感器陣列，實現(xiàn)對不同有機氣體的識別，證明方法具有普適性。更為重要的是，通過調控聚合物側鏈結構，可特異性識別并準確區(qū)分性質相似的有機氣體。

宇宙學和暗物質前沿交叉研究

中國科學院理論物理研究所研究員李田軍及其合作者提出利用一種暗物質候選粒子——軸子來自然地解釋一種反常的冷卻效應。相關研究成果發(fā)表于《物理評論快報》。軸子（Axion）和類軸子（Axion-Like Particles）屬于WISPs，是一種理想的暗物質粒子候選者。軸子暗物質在早期宇宙演化的適當時期可通過引力相互作用在Condensed Regime形成玻色—愛因斯坦凝聚（Axion BEC）。利用暗物質軸子的玻色—愛因斯坦凝聚，在黎明時代前冷卻中性氣體氫，在此過程中，軸子凝聚形成的大尺度關聯(lián)放大了這種冷卻效應，因此，中性氣體氫能夠以一種簡單合理的方式被冷卻，最終自然地解釋了EDGES觀測到的反常信號。

鉍氧化物高溫超導機理

復旦大學物理學系教授封東來團隊與南京大學教授聞海虎、北京師范大學教授殷志平等合作，揭示鋇鉀鉍氧體系高溫超導機理，研究論文發(fā)表于Physical Review Letter。高溫超導是凝聚態(tài)物理的重要前沿方向。鉍氧化物即是一種重要的疑難超導體系，其超導電性首次發(fā)現(xiàn)于1976年。合作團隊通過不斷優(yōu)化樣品質量、在世界上多個同步輻射線站優(yōu)化實驗條件，利用十微米量級的聚焦光束在不平整的表面上找到平整的小區(qū)域，最終獲得高質量的光電子能譜。實驗材料長程庫倫相互作用導致了帶寬極大地增加。HSE/GW計算結果也表明長程庫倫相互作用所引發(fā)的帶寬增加效應會導致這樣遠高于傳統(tǒng)理論估算值的電聲子耦合強度。