物理前沿

實(shí)現(xiàn)基于人類自由意志的量子非定域性檢驗(yàn)

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授及其同事彭承志、印娟、張強(qiáng)、陳宇翱等組成的研究團(tuán)隊(duì)，實(shí)現(xiàn)了基于人類自由意志和超高損耗下的貝爾不等式檢驗(yàn)，相關(guān)成果發(fā)表于Nature。研究團(tuán)隊(duì)提出了基于人類自由意志，在地球—月球之間開展貝爾不等式檢驗(yàn)的方案，發(fā)展了GHz亮度的糾纏源和高時(shí)間分辨探測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了超高損耗下的人類自由意志參與的貝爾不等式檢驗(yàn)，該研究成果發(fā)表于Physical Review Letters；在此基礎(chǔ)上，他們進(jìn)一步與世界上多個(gè)研究小組合作，通過“大貝爾實(shí)驗(yàn)”國際合作的方式，利用超過十萬人的自由意志產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)成功順利進(jìn)行了量子非定域性檢驗(yàn)。

“大貝爾實(shí)驗(yàn)”（the Big Bell Test）結(jié)構(gòu)（圖片來源于Nature）

量子限域超流體

中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所江雷院士首次提出“量子限域超流體”概念，并將文章發(fā)表于SCIENCE CHINA Materials。生物孔道中離子和分子以單鏈的量子方式快速傳輸定義為“量子限域超流體”，并指出限域孔道內(nèi)離子和分子的有序超流為“量子隧穿流體效應(yīng)”，該“隧穿距離”與量子限域超流體的周期相一致。仿生體系也存在量子限域超流現(xiàn)象，例如人工離子通道和水通道內(nèi)物質(zhì)的快速傳輸（每秒～106個(gè)離子)。通過把量子限域超流體概念引入化學(xué)領(lǐng)域，將引發(fā)出精準(zhǔn)化學(xué)合成，即量子有機(jī)、無機(jī)、高分子反應(yīng)等。引入到生物學(xué)領(lǐng)域，將產(chǎn)生量子超流的生物化學(xué)、生物物理、生物信息學(xué)以及生物醫(yī)學(xué)等。

太赫茲波段主動(dòng)調(diào)控材料和器件研究進(jìn)展

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)陸亞林教授量子功能材料和先進(jìn)光子技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)研究了太赫茲波與超構(gòu)材料、氧化物超晶格薄膜相互作用機(jī)制，并成功制備了超快的太赫茲調(diào)制器，率先實(shí)現(xiàn)了皮秒級(jí)的高調(diào)制深度的太赫茲超快開關(guān)；同時(shí)制備了多功能的太赫茲器件，在單一器件中實(shí)現(xiàn)電開關(guān)、光存儲(chǔ)和超快調(diào)制多種功能。相關(guān)研究成果相繼發(fā)表于Advanced Optical Materials和Optics Express。太赫茲波具有獨(dú)特的時(shí)域脈沖、低能、譜指紋、寬帶等特性，它在物理化學(xué)、材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、安全檢查、衛(wèi)星通訊等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

單中心近鄰原子協(xié)同催化

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心和化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院曾杰教授研究團(tuán)隊(duì)，通過構(gòu)筑高鉑負(fù)載量的鉑—硫化鉬原子級(jí)分散催化劑，揭示出單中心近鄰原子協(xié)同催化作用機(jī)制，該協(xié)同作用是通過近鄰金屬原子之間的配位硫原子體現(xiàn)出來的，研究論文發(fā)表于Nature Nanotechnology。論文首次提出了“單中心近鄰原子協(xié)同催化”這一新概念，突破了人們對(duì)單原子之間互不干擾的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)。研究發(fā)現(xiàn)近鄰單原子之間的協(xié)同作用是通過其配位原子體現(xiàn)出來的。該發(fā)現(xiàn)將人們的視線從單純對(duì)單原子的研究，延伸到對(duì)單原子的配位原子的研究，為單原子催化開辟了新的研究方向。

水合離子的微觀結(jié)構(gòu)和幻數(shù)效應(yīng)

北京大學(xué)量子材料科學(xué)中心江穎課題組、徐莉梅課題組、北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院高毅勤課題組與北京大學(xué)/中國科學(xué)院王恩哥課題組合作，得到了水合鈉離子的原子級(jí)分辨圖像，并發(fā)現(xiàn)了一種水合離子輸運(yùn)的幻數(shù)效應(yīng)，研究論文發(fā)表于Nature。研究人員基于掃描隧道顯微鏡發(fā)展了一套獨(dú)特的離子操控技術(shù)，來可控地制備單個(gè)離子水合物。發(fā)展了基于一氧化碳針尖修飾的非侵?jǐn)_式原子力顯微鏡成像技術(shù)，可以依靠極其微弱的高階靜電力來掃描成像。繼而發(fā)現(xiàn)了一種有趣的幻數(shù)效應(yīng)：包含有特定數(shù)目水分子的鈉離子水合物具有異常高的擴(kuò)散能力，遷移率比其他水合物要高1～2個(gè)量級(jí)，甚至遠(yuǎn)高于體相離子的遷移率。

鈉離子水合物在NaCl表面輸運(yùn)的幻數(shù)效應(yīng)效果圖，表明包含3個(gè)水分子的鈉離子水合物具有異常高的擴(kuò)散能力。（圖片來源于北京大學(xué)）

水分子使氯化鈉（NaCl）溶解形成離子水合物（圖片來源于北京大學(xué)）

最大規(guī)模光量子計(jì)算芯片

上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院金賢敏研究團(tuán)隊(duì)報(bào)道了世界最大規(guī)模的三維集成光量子芯片，并演示了首個(gè)真正空間二維的隨機(jī)行走量子計(jì)算，這也是國內(nèi)首個(gè)光量子計(jì)算芯片，相關(guān)論文發(fā)表于Science Advances。通過發(fā)展高亮度單光子源和高時(shí)空分辨的單光子成像技術(shù)，直接觀察了光量子的二維行走模式輸出結(jié)果。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證量子行走不論在一維還是二維演化空間中，都具有區(qū)別于經(jīng)典隨機(jī)行走的彈道式傳輸特性（ballistic transport)。這種加速傳輸正是支持量子行走能夠在許多算法中超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)。該研究首次在實(shí)驗(yàn)中成功觀測(cè)到了瞬態(tài)網(wǎng)絡(luò)特性，進(jìn)一步驗(yàn)證了所實(shí)現(xiàn)的量子行走的二維特征。

冷襯底上生長超穩(wěn)定金屬玻璃

中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心極端條件物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室汪衛(wèi)華研究組博士生羅鵬在研究員汪衛(wèi)華和白海洋的指導(dǎo)下，采用低速率離子束濺射沉積，克服了以往超穩(wěn)定玻璃只能在高溫沉底上制備的限制，在無需對(duì)襯底加熱的條件下，制備出甚至比以往在高溫襯底上得到的金屬玻璃具有更高穩(wěn)定性的超穩(wěn)定金屬玻璃薄膜，研究論文發(fā)表于Nature Communications。在室溫襯底，也就是～0.43Tg的冷襯底上，實(shí)現(xiàn)高達(dá)60K的玻璃轉(zhuǎn)變溫度的提升，打破了以往的超穩(wěn)定玻璃只能在高溫襯底上制備的固有認(rèn)知，是對(duì)以往的超穩(wěn)定玻璃形成機(jī)制認(rèn)識(shí)的一個(gè)挑戰(zhàn)。

在磁光譜中觀測(cè)到手性朗道能級(jí)

復(fù)旦大學(xué)物理系修發(fā)賢教授課題組開展外爾半金屬砷化鈮中的手性朗道能級(jí)與拓?fù)錅?zhǔn)粒子相關(guān)研究，在外爾半金屬砷化鈮中探測(cè)到手性朗道能級(jí)，研究論文發(fā)表于Nature Communications。由于外爾半金屬的手性朗道能級(jí)在磁場方向是線性色散的，光學(xué)躍遷有可能發(fā)生在非零動(dòng)量處。此時(shí)，對(duì)應(yīng)的躍遷頻率也將明顯受到費(fèi)米面的影響。對(duì)于已進(jìn)入和未進(jìn)入量子極限的兩個(gè)外爾點(diǎn)，允許的光學(xué)躍遷數(shù)目將完全不同。磁光譜中的諸多證據(jù)都清楚地證明了砷化鈮中存在著獨(dú)特的手性朗道能級(jí)。另外，手征性作為一種贗自旋，使外爾半金屬可以應(yīng)用到自旋和能谷電子學(xué)中，從而實(shí)現(xiàn)新一代的低能耗存儲(chǔ)器件。