物理前沿

實現(xiàn)基于人類自由意志的量子非定域性檢驗

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、陳宇翱等組成的研究團隊，實現(xiàn)了基于人類自由意志和超高損耗下的貝爾不等式檢驗，相關(guān)成果發(fā)表于Nature。研究團隊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的方案，發(fā)展了GHz亮度的糾纏源和高時間分辨探測系統(tǒng)，實現(xiàn)了超高損耗下的人類自由意志參與的貝爾不等式檢驗，該研究成果發(fā)表于Physical Review Letters；在此基礎(chǔ)上，他們進一步與世界上多個研究小組合作，通過“大貝爾實驗”國際合作的方式，利用超過十萬人的自由意志產(chǎn)生的隨機數(shù)成功順利進行了量子非定域性檢驗。

“大貝爾實驗”（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)出精準化學(xué)合成，即量子有機、無機、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。

太赫茲波段主動調(diào)控材料和器件研究進展

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光子技術(shù)研究團隊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制，并成功制備了超快的太赫茲調(diào)制器，率先實現(xiàn)了皮秒級的高調(diào)制深度的太赫茲超快開關(guān)；同時制備了多功能的太赫茲器件，在單一器件中實現(xiàn)電開關(guān)、光存儲和超快調(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。太赫茲波具有獨特的時域脈沖、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)院曾杰教授研究團隊，通過構(gòu)筑高鉑負載量的鉑—硫化鉬原子級分散催化劑，揭示出單中心近鄰原子協(xié)同催化作用機制，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，突破了人們對單原子之間互不干擾的傳統(tǒng)認識。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單原子的研究，延伸到對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分辨圖像，并發(fā)現(xiàn)了一種水合離子輸運的幻數(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)展了一套獨特的離子操控技術(shù)，來可控地制備單個離子水合物。發(fā)展了基于一氧化碳針尖修飾的非侵擾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散能力，遷移率比其他水合物要高1～2個量級，甚至遠高于體相離子的遷移率。

鈉離子水合物在NaCl表面輸運的幻數(shù)效應(yīng)效果圖，表明包含3個水分子的鈉離子水合物具有異常高的擴散能力。（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)模光量子計算芯片

上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院金賢敏研究團隊報道了世界最大規(guī)模的三維集成光量子芯片，并演示了首個真正空間二維的隨機行走量子計算，這也是國內(nèi)首個光量子計算芯片，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。實驗驗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)典計算機的基礎(chǔ)。該研究首次在實驗中成功觀測到了瞬態(tài)網(wǎng)絡(luò)特性，進一步驗證了所實現(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實驗室汪衛(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，實現(xiàn)高達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知，是對以往的超穩(wěn)定玻璃形成機制認識的一個挑戰(zhàn)。

在磁光譜中觀測到手性朗道能級

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與拓撲準粒子相關(guān)研究，在外爾半金屬砷化鈮中探測到手性朗道能級，研究論文發(fā)表于Nature Communications。由于外爾半金屬的手性朗道能級在磁場方向是線性色散的，光學(xué)躍遷有可能發(fā)生在非零動量處。此時，對應(yīng)的躍遷頻率也將明顯受到費米面的影響。對于已進入和未進入量子極限的兩個外爾點，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特的手性朗道能級。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，從而實現(xiàn)新一代的低能耗存儲器件。