郭光灿

中国科年夜郭光灿院士团队正在可集成量子存储范畴取患上重要进展。该团队李传锋、周宗权研究组基于团队原创的无噪声光子回波（NLPE）方案，将可集成量子存储器的存储时间从10微秒级晋升至毫秒级，同时胜利冲破了传统光纤提早线的效率。该结果3月26日颁发正在国际出名学术期刊《迷信·进展》上。光量子存储器作为降服信道损耗、构建年夜标准量子收集的焦点器件，其范围化使用需完成器件的集成化，从而到达小尺寸、低功耗的方针。自2011年以来，国际上已哄骗多种工艺正在稀土掺杂晶体中制备了可集成量子存储器。然而，因为集成器件中噪声难以滤除了且存储效率受限，现有安装仅能完成正在原子引发态的存储，存储时间仅达10微秒级，存储效率远低于光纤提早线的传输效率，从底子下限制了其正在长途量子通讯中的现实使用。为解决这一难题，李传锋、周宗权研究组哄骗飞秒激光微加工技能，正在掺铕硅酸钇晶体中制备了圆对称的凹陷包层光波导，完成了基于偏振自由度的噪声滤除了，并联合团队原创的NLPE量子存储方案年夜幅晋升了存储效率，从而完成了正在原子基态的自旋波可集成量子存储 [National Science Review 12, nwae161 (2024)

中国科年夜郭光灿院士团队柳必恒研究组与北京年夜学物理学院何琼毅研究组互助，初次正在多丈量与多输入场景下完成了量子随机性的试验验证，并展现了贝尔非局域性仅正在两丈量时是设备有关地制备随机数的充实须要前提。该结果于3月3日以“Randomness versus Nonlocality in Multiple-Input and Multiple-Output Quantum Scenario”为题颁发正在国际出名学术期刊《物理评论快报》上。随机数正在信息保险、统计抽样以及仿真等多个范畴都表演着不成或缺的脚色，尤为正在暗码学、加密通讯等高度保险的场景中，“真随机数”的发生相当重要。而量子实践中由玻恩法则保障的“真随机性”是一种内禀的不成预测征象，其本色悬殊于经典体系中基于肯定性算法的伪随机性。作为量子实践中玻恩法则所揭示的一类典型征象，贝尔非局域性经由过程其与局域隐变量模子的抵触，为设备有关（device-independent, DI）的量子通讯和谈供给了松软的实践根蒂根基。是以，哄骗贝尔非局域性制备随机数的方案不只无理论上被普遍研究，相干试验进展也完成了设备有关的随机性验证及量子随机数的高效提取。图1：

中国科年夜郭光灿院士团队正在开放量子体系的最优鲁棒节制算法的研究中取患了重要进展。该团队邹旭波、邹长铃等人与清华年夜学孙麓岩传授互助，完成了开放体系中最优节制算法的设计及试验验证。相干结果以“Robust and optimal control of open quantum systems”为题于2月26日正在线颁发正在国际出名期刊《迷信进展》（Science Advances）上。高效算法破解开放体系节制难题量子计较的精准操控始终面对开放体系情况噪声的严肃应战——参数漂浮、退相关效应等滋扰使患上传统关闭体系算法（如GRAPE、CRAB）优化获得的门操作保真度骤落。而现有开放体系优化方案虽能解决噪声问题，但计较庞大度急剧增加，紧张制约其正在年夜范围量子体系中的使用远景。图 1 最优节制算法示用意为此，该互助研究团队制造性交融关闭体系GRAPE算法框架与开放体系的算法实践（简称Open-GRAPE），开收回统筹精度与效率的“类似Open-GRAPE算法”。该方案经由过程引入参数漂浮与退相关噪声的低阶效应类似模子，将庞大开放体系的优化问题转化为可高效计较的情势。数值摹拟显示，相比Closed-G

中国科年夜郭光灿院士团队正在多体量子非局域性研究方面取患上重要进展。该团队李传锋、黄运锋、张超级人与东北交通年夜学罗明星等人互助，初次同时验证了真多体非局域性以及收集非局域性。结果2月24日颁发正在国际出名期刊《物理评论快报》上。量子非局域性是量子系统的焦点特性之一。它展示了相距悠远的（类空距离）观测者对纠缠粒子作局域丈量可以观测到超出经典（局域隐变量实践）所能发生的联系关系漫衍。自从1964年贝尔实践提出后，量子非局域性获得了年夜量的试验验证，此中的前驱性事情终极得到2022年诺贝尔物理学奖。最近几年来，人们起头研究更庞大系统的量子非局域性。一方面，研究职员提出了真多体非局域性的观点，即局域丈量发生的量子联系关系不克不及分化成二可分概率漫衍的组合。真多体非局域性不只可以用于设备有关的真多体纠缠态验证，并且是量子多方和谈保险性保证的实践依据。另外一方面，研究职员研究了由多个自力源组成的量子收集中发生的非局域性。这一扩大触及自力源的假定，将原有贝尔实践中单个局域隐变量扩大成多个自力隐变量，是以正在量子收集中可以发生越发富厚的非局域联系关系。然而，正在繁多试验中完成这两种非局域性的同时验证倒是个悬而未决的问题。正在本工

中国科年夜郭光灿院士团队史保森、丁冬生课题组正在基于里德堡原子驱动耗散体系的时间晶体研究中取患上重要进展，胜利察看到时间晶体的分岔征象。相干结果于2月6日以“Bifurcation of time crystals in driven and dissipative Rydberg atomic gas”为题颁发正在国际出名学术期刊《Nature Co妹妹unications》上。凭据热力学第二定律，体系的熵跟着时间的推移一直增长，终极招致体系到达热均衡状况。正在驱动耗散的里德堡原子体系华夏子之间存正在强彼此作用，这类彼此作用会转变原子体系的能量状况和能源学演变进程，使患上体系的演变没有会弛豫到均衡态，反而发生相关振荡。正在这一历程中，体系相应的时间平移对称性发生自觉破缺，进而造成时间晶体。今朝，人们已察看到从热均衡相到时间晶体相的相变历程，然而，没有同时间晶体的相变和分岔效应却始终未能观测到。图1 物理示用意，（a）为包括多个里德堡态的体系能级图，（b）为试验体系示用意，（c-f）为体系的时间相应和对应的傅里叶变迁振幅以及相位漫衍。经由过程调治体系参数，体系相应表示出没有同频次的自觉振荡。

中国科年夜郭光灿院士团队李传锋传授、许金时传授研究组与互助者成长了合适研究单体高维量子体系的可扩大光学系统，胜利观测到最强的逻辑情势量子联系关系。李传锋、许金时等以及数学迷信学院马杰传授等人，结合安徽年夜学许振朋传授、北京玻色量子科技有限公司文凯博士、南开年夜学陈景灵传授等构成了该研究团队。结果1月29日颁发正在国际出名期刊《迷信·进展》（Science Advances）上，《新迷信家》（New Scientist）杂志以“Experiment with 37 dimensions shows how strange quantum physics can be”为题报导本项结果。量子力学许可泛起超出经典物理学的联系关系，此中逻辑情势的量子联系关系无需违反没有等式，可以或许更明确地展示与经典联系关系的没有同，吸引了普遍的存眷。1989年，Greenberger, Horne 以及Zeilinger (GHZ) 初次预言了态依赖的逻辑情势量子联系关系，展现了量子力学以及经典物理学正在试验中四个前提几率组合的预言上泛起肯定性的抵牾，即闻名的GHZ悖论。逻辑情势量子联系关系的强度与所应用的前提几率组合的数目无关，前提几率组合数越

中国科年夜郭光灿院士团队郭国平、宋骧骧等与根源量子计较有限公司互助，哄骗双层石墨烯中迷你能谷（minivalley）自由度与自旋自由度之间的彼此作用，完成了对石墨烯量子点中单电子自旋填充挨次的电学调控。研究结果以“Switching spin filling sequence in a bilayer graphene quantum dot through trigonal warping”为题，作为封面文章颁发正在1月21日出书的国际物理出名期刊《Physical Review Letters》上，并当选为“编纂保举”（Editors’ Suggestion）。石墨烯因其较弱的自旋轨道耦合以及超精致彼此作用，被以为是承载自旋量子比特的抱负资料系统之一。其特殊的能带布局为电子供给了能谷等没有同于电荷、自旋的其余物理自由度，既可以间接用于编码新型量子比特，也能够经由过程其与自旋自由度之间的彼此作用完成对自旋态的调控。跟着研究的深切，人们发明正在双层石墨烯中施加一个垂直标的目的的电场，除了了可以发生一个巨细可调的能隙外，还会调治石墨烯能带边沿的三角扭曲（trigonal warping）布局，使能带

中国科年夜郭光灿院士团队正在量子电路等价性试验研究中取患上重要进展。该团队李传锋、柳必恒等人与清华年夜学魏朝晖助理传授互助，完成了基于贝尔非局域性的量子电路等价性查验。该事情于12月23日颁发正在国际出名期刊Physical Review Letters上。量子电路模子是量子计较中普遍使用的实践模子。断定两个自力量子电路可否完成不异功用是一个根蒂根基性问题。近似于经典计较的电路等价性问题，量子电路等价性查验关于断定量子算法编译精确性以及晋升量子电路优化效率相当重要。此前，纵然正在量子电路外部布局已知的环境下，等价性查验仍被证实是QMA-hard问题。现实场景中，量子电路外部布局每每不成间接察看，使患上该问题更具应战性。图1. 量子电路等价性查验和谈观点图。图2. 没有同3-比特量子电路等价性验证明验成果。为解决上述难题，研究组提出了一种联合量子电路间隔器量以及贝尔非局域性的全新方案。该方案将待丈量子电路拔出尺度贝尔测试中，经由过程丈量其对非局域性的影响来器量没有同待测电路之间的间隔，终极实现等价性查验。该试验中，试验职员正在8×8维的光子体系中机关了Hadamard门，Toffoli门构成的通用量子门调集

中国科年夜郭光灿院士团队正在强彼此作用里德堡原子体系的研究中取患上重要进展。该团队史保森、丁冬生课题组正在里德堡原子驱动耗散体系中察看到了临界点的晚期预警旌旗灯号。相干结果12月9日以“Early warning signals of the tipping point in strongly interacting Rydberg atoms”为题颁发正在国际出名学术期刊《Physical Review Letters》上。庞大体系具备显著的非线性以及涌现性，正在靠近临界点时常随同突发性变迁，这类征象贯串于生态、天气、经济等多个范畴。当体系逐渐靠近临界点时，其外部能源学特征会产生显著变迁，例如稳定加强或相应速率减慢，这些特性被提掏出来并用作晚期预警旌旗灯号。预警旌旗灯号不只展现了体系靠近临界状况的本色，还为预测渐变以及拟定应答计谋供给了要害依据。然而，庞大体系的举动具备非线性以及高度联系关系性，捕获这些旌旗灯号并完成精确预测依然是迷信研究中的一年夜应战。里德堡原子体系因其具备庞大互联性、强非线性以及涌现举动，是研究庞大体系临界征象的抱负试验平台。丁冬生等人哄骗双音微波电场驱动里德堡原子，胜利提取了临界点到来前的晚期预

中国科年夜郭光灿院士团队易为传授研究组正在超冷原子及开放系统相变的实践研究中取患上重要进展，展现了原子-腔混淆体系中彼此作用加强超辐射相变的新机制。相干结果以“Interaction-Enhanced Superradiance of a Rydberg-Atom Array”为题，于12月9日颁发于国际学术期刊《物理评论快报》。超辐射相变最先可追溯到半个世纪后人们对Dicke模子的研究。正在Dicke模子中，相互间无彼此作用的原子与光场耦合，当耦合加强至阈值时，系统中泛起失常态到超辐射态的持续相变——正在超辐射态下，原子的引发态以及光场均呈高占领状况。近似的征象一样存正在于开放量子体系的稳态中，而最近几年来超冷原子气体量子调控以及量子摹拟方面的进展，极年夜地鞭策了对开放量子体系超辐射相变的摸索。正在近期的实践以及试验中，研究者发明正在量子气体-光腔的混淆体系中，量子统计对超辐射相变有重要影响。然而，这些体系的原子间凡是没有存正在彼此作用或彼此作用较弱。是否存正在某种机制，令原子间彼此作用显著影响开放体系的稳态超辐射相变，这无理论上是一个重要问题。图1. (a) 稳态相图，由光子数描画；(b) 没有同腔耗散κ下的