研究进展

中国科大郭光灿院士团队在量子物理基础问题研究中取得重要进展。该团队李传锋、许金时、许小冶等人与南开大学陈景灵教授合作，首次实现光子的偏振与其本体分离，进而实现两个光子偏振的无接触交换，揭示了“量子柴郡猫”的独特量子特性，加深了人们对“什么是物理实在”这一物理学基本问题的认识。该成果于6月15日发表在国际知名期刊《自然·通讯》上。经典世界中物体的物理属性，如质量、体积等，与物体的本体是不可分离的。然而在量子世界里情况有所不同。2013年的理论研究表明微观粒子的物理属性（如电子的

中国科学技术大学潘建伟、苑震生等在超冷原子量子计算和模拟研究中取得重要进展。他们在理论上提出并实验实现原子深度冷却新机制的基础上，在光晶格中首次实现了1250对原子高保真度纠缠态的同步制备，为基于超冷原子光晶格的规模化量子计算与模拟奠定了基础。北京时间6月19日，国际著名学术期刊《科学》杂志以“First Release”形式在线发布了该研究成果。基于量子力学的基本原理，量子计算和模拟被认为是后摩尔时代推动高速信息处理的颠覆性技术，有望解决诸如高温超导机制模拟、密码破解等重大

中国科学技术大学潘建伟及其同事彭承志、印娟等组成的研究团队，联合牛津大学Artur Ekert、中科院上海技术物理研究所王建宇团队、微小卫星创新研究院、光电技术研究所等相关团队，利用“墨子号”量子科学实验卫星在国际上首次实现千公里级基于纠缠的量子密钥分发。该实验成果不仅将以往地面无中继量子保密通信的空间距离提高了一个数量级，并且通过物理原理确保了即使在卫星被他方控制的极端情况下依然能实现安全的量子通信，取得了量子通信现实应用的重要突破。6月15日，研究团队在国际著名学术期刊《

中国科大郭光灿院士团队在非厄米量子模拟研究中取得重要进展。该团队李传锋、唐建顺、王轶韬等人在国际上首次实现了循环式宇称时间（PT，parity-time）对称量子模拟器的构建，并基于该模拟器观测到量子态在PT对称系统中的动态演化行为，为深入研究非厄米量子物理提供了有效的实验平台。该成果于2020年6月11日发表于国际权威物理学期刊《物理评论快报》上。PT对称系统是一类由满足宇称时间反演不变的动力学哈密顿量所控制的物理系统。与常见的厄米系统相比，一方面PT对称系统同样具

中国科大郭光灿院士团队在高灵敏光学检测研究中取得重要进展。该团队孙方稳教授小组与新加坡国立大学仇成伟教授团队合作，基于真空光镊系统实验实现了高精度全光学的质量和位置测量。该研究成果发表在物理学知名期刊《Physical Review Letters》上。光学检测已经成为当前科学以及应用领域最精密的测量方法，在时间、频率、位置等精密测量领域发挥了重要的作用。基于光力相互作用，光学还实现了高灵敏度力学及相关物理量的测量，例如引力波的探测以及光镊技术在生物中的操控和测量都已

中国科学技术大学杜江峰院士领导的中国科学院微观磁共振重点实验室提出并实验实现了一种基于金刚石氮-空位（NV）色心量子传感器的高分辨顺磁共振探测方法，获得了千赫兹（kHz）谱线分辨率的单自旋顺磁共振谱。该研究成果以“Kilohertz electron paramagnetic resonance spectroscopy of single nitrogen centers at zero magnetic field”为题，发表在《科学进展》上[Science Adva

中国科大郭光灿院士团队在碳化硅色心自旋操控研究中取得重要进展。该团队李传锋、许金时、王俊峰等人与其合作者在国际上首次实现了碳化硅中氮-空位（NV）色心的室温相干操纵，并且实现了单个NV色心的可控制备和光探测磁共振谱的探测。这种色心的发光波长在通讯波段，在量子通信和量子网络中具有重要用途。该成果于2020年6月1日发表于国际物理学知名期刊《物理评论快报》上，并被美国物理学家组织网Phys.org专题报道。具有通讯波段荧光和可调控自旋的固态色心体系是远距离量子中继和分布式

5月26日，中国科学技术大学潘建伟及其同事徐飞虎、张强，与清华大学马雄峰、多伦多大学Hoi-Kwong Lo等，应邀在囯际物理学权威综述期刊、美国物理学会的《现代物理评论》（Reviews of Modern Physics）上发表题为“基于现实器件的安全量子密钥分发”（Secure quantum key distribution with realistic devices）的长篇综述论文。该论文系统阐述了量子密码的原理、理论和实验技术，并指出，经过全球学术界三十余年

中国科学技术大学中科院微观磁共振重点实验室林毅恒教授与美国国家标准技术研究所的Chin-wen Chou等合作，在离子阱体系实现带电原子和带电分子的联合调控，首次制备了单原子和单分子之间的量子纠缠态，并且通过定量表征手段，确定产生的量子纠缠超过临界阈值。该研究成果以"Quantum entanglement between an atom and a molecule"为题于5月20日在线发表在国际权威期刊《自然》上[Nature 581, 273–277

在新型量子材料中，具有特殊能带结构的拓扑材料也兼具新奇电子输运特性。相关研究不仅可以加深对于拓扑物态的理解，更有望推动新型高性能电子学器件的发展。一个典型的代表是目前引起广泛关注的外尔半金属体系，其输运研究往往表现出超大非饱和磁阻、平行磁场下的负磁阻效应、平面霍尔效应等诸多特性，而表面外尔弧更是提供了高迁移率和低功耗的电子学通道。这些特性都源自费米面附近外尔费米子的存在。迄今为止，对于外尔费米子以及外尔物理的研究都局限于半金属体系。然而从器件应用角度，半导体相对于半金