“墨子號”實現基于糾纏的無中繼千公里量子保密通信

“墨子號”實現基于糾纏的無中繼千公里量子保密通信

中國科學技術大學潘建偉及其同事彭承志、印娟等組成的研究團隊，聯合牛津大學Artur Ekert、中科院上海技術物理研究所王建宇團隊、微小衛星創新研究院、光電技術研究所等相關團隊，利用“墨子號”量子科學實驗衛星在國際上首次實現千公里級基于糾纏的量子密鑰分發。研究論文發表于Nature。基于衛星的遠距離安全通信實驗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數量級，并且通過物理原理確保了即使在衛星被他方控制的極端情況下依然能實現安全的量子通信，取得了量子通信現實應用的重要突破。這是朝構建全球化量子密鑰分發網絡甚至量子互聯網的重要一步。

實現量子相干控制超分辨熒光寬場顯微成像

北京大學物理學院介觀物理國家重點實驗室極端光學研究團隊龔旗煌院士、王樹峰副教授等提出了基于量子相干控制原理主動調制分子熒光發射而獲得超分辨熒光顯微的方法（SNAC），在寬場成像下實現了分辨率的提升。研究論文發表于Science Advances。傳統的光學顯微系統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應運而生，在生物成像等領域得到了廣泛應用。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的分辨率提升到了與單分子定位方法接近的50nm的水平。

導航波場觸發的液態金屬量子化軌道及金屬液滴追逐效應

中國科學院理化技術研究所與清華大學聯合研究小組開展復合導航波場中量子化在軌追逐的液態金屬液滴對研究。研究論文發表于Physical Review Fluids。該研究設計了一系列實驗來探究液態金屬液滴對的軌道化追逐效應的背后原理。通過采用高速成像、數字圖像跟蹤、粒子成像測速等方法，揭示了振動的液態金屬液池和彈跳液滴的流體力學特性。此項工作中發現的液態金屬液滴對的軌道化追逐運動，與光學系統中納米顆粒對的運動模式具有驚人的相似之處。液態金屬液滴對的軌道化旋轉追逐效應，是受液滴同時受局部導航波和液池全局導航波場這一復合波場的引導所致。

雙層石墨烯量子點中發現貝利相位導致的谷劈裂和谷反轉現象

北京大學孫慶豐教授和北京師范大學何林教授等合作，揭示了石墨烯體系中貝利相位和谷自由度的重要關系。研究論文發表于Physical Review Letters。當磁場為零的時候，兩個谷中電子在動量空間的繞行軌跡受到時間反演對稱性的保護完全相同，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增大，從而導致貝利相位也增大，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，因此貝利相位則會減小。實驗中觀察到的谷能級劈裂和交叉行為，也為利用貝利相位來操控谷自由度、設計新型的谷開關器件提供了新的思路，對谷電子學的發展具有重要意義。

高效量子點上轉換探測器

上海科技大學物質學院寧志軍課題組以膠體量子點材料為基礎，制備出一種新型、低成本、高探測率的紅外上轉換器件，展示了紅外上轉換器件在生物成像和可穿戴電子器件領域良好的應用前景。研究論文發表于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、氣象等領域中有重要作用。研究者以膠體量子點材料為基礎，制備出一種新型、低成本、高探測率的紅外上轉換器件。這種紅外上轉換器件的紅外吸收層和可見光發射層均采用了膠體量子點材料。受益于膠體量子點可溶液法處理的特性，除了最上面的電極，整個紅外上轉換器件全部采用溶液法制備，極大簡化了器件的制備。

基于有機溶劑合成石墨烯量子點研究進展

中國科學院合肥物質科學研究院強磁場科學中心研究員王輝、林文楚與合作者，在基于有機溶劑合成石墨烯量子點（GQDs）領域取得新進展：研究發現具有特定結構的有機溶劑（雙鍵、苯環或多極性基團）可直接碳化并形成GQDs。研究成果發表于Nanoscale。在不加催化劑以及其他有機前驅體的情況下，利用常見有機溶劑為單一前驅體，系統研究了高溫密閉條件對于有機溶劑穩定性的影響。結果表明：具有特定結構的有機溶劑（雙鍵、苯環或多極性基團）在高溫溶劑熱條件下可直接碳化并形成GQDs。此外，通過調整有機溶劑的種類，可以在分子水平上輕松地調控GQDs的表面基團、原位摻雜和光學性質。

利用“墨子號”量子科學實驗衛星實現安全時間傳遞

中國科學技術大學潘建偉及其同事彭承志、徐飛虎等利用“墨子號”量子科學實驗衛星，在國際上首次實現量子安全時間傳遞的原理性實驗驗證，為未來構建安全的衛星導航系統奠定了基礎。研究論文發表于Nature Physics。基于量子不可克隆原理，以單光子量子態為載體的時間傳遞技術可以從根本上保證信號傳輸過程的安全性。基于“墨子號”量子科學實驗衛星，潘建偉團隊突破了星地單光子時間傳遞、高速率星地雙向異步激光時間應答器等關鍵技術，實現了星地量子安全時間同步的技術驗證，獲得了30ps精度的星地時間傳遞，此精度達到了星地激光時間傳遞的國際先進水平。

可控非馬爾可夫噪聲通道中的量子費舍爾信息流研究進展

中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心固態量子信息與計算實驗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中構建了多通道的可控非馬爾可夫噪聲環境，并用量子費舍爾信息研究了自旋量子系統的相干態、糾纏態在非馬爾可夫環境下的演化行為。研究成果發表于Physical Review Letters。該研究從實驗上檢驗了量子費舍爾信息與非馬爾可夫性的對應關系，其實驗方案和結論可拓展至超導量子比特、離子阱量子比特、光量子比特等眾多的量子系統中。即使環境中耗散通道不能被很好地控制，只要能測量開放系統的量子費舍爾信息，就可以用其信息流動來研究其開放系統動力學的非馬爾可夫性質。