郭光灿

中国科年夜郭光灿院士团队正在量子非局域性研究方面取患上重要进展，该团队柳必恒研究组与瑞典隆德年夜学Armin Tavakoli博士团队互助，正在试验上完成了高保真度高维多光子纠缠态制备，并初次观测到真高维多体非局域性的存正在。该事情5月30日颁发正在国际出名期刊《天然·通信》上。量子非局域性是量子力学最粗浅的征象之一，展现了量子物理与经典物理本色上的区分，同时也为量子信息的保险供给了保证。恒久以来，非局域性的试验研究首要集中正在两个粒子以及二维体系（即“量子比特”）之间。而真实世界中的很多量子历程触及多个粒子以及更高维度，这象征着高维多系统统不只是基本迷信问题的重要延长，也为晋升量子体系的信息处置惩罚才能、抗滋扰才能以及通讯容量供给了可能。然而，因为高维度与多系统统带来的庞大度急剧增长，这一范畴的试验研究不断面对伟大的应战。为霸占上述应战，研究团队提出并完成了一种基于“路径不成区别性”道理的高维多体纠缠态制备要领。该方案哄骗光子的路独自由度编码三维量子态，并经由过程偏振节制完成二维立体中没有同路径间的高效互换操作，从而正在坚持高度相关性的同时显著普及了体系波动性与操控精度。经由过程该要领，试验胜利制备了三光子三

中国科年夜郭光灿院士团队正在真多体非经典量子丈量研究中取患上重要进展。该团队项国勇、侯志博研究组以及复旦年夜学朱黄俊研究组初次无理论大将真多体非经典性从量子态扩大到量子丈量，并试验完成了基于二维光量子行走的真三体非经典丈量，用于三拷贝量子态预计使命中；试验保真度超出最优二可分丈量11个标偏。相干研究结果于5月28日正在线颁发正在国际出名期刊《物理评论快报》上。非经典联系关系是量子世界区分于经典世界的焦点特性，是量子力学的焦点根蒂根基问题，也是许多量子信息处置惩罚使命的要害资本。完成非经典联系关系的传统体式格局是对纠缠量子态做局域丈量。正在多体景象下，非经典联系关系具备多种情势。此中真多体非经典联系关系不克不及分化为局部子体系之间的联系关系，是多体量子体系中最强的联系关系，于是备受存眷。真多体纠缠量子态可以或许揭示出真多体非经典联系关系，并正在量子非局域性查验、量子收集、量子暗码以及量子紧密丈量中具备重要使用价值。除了了量子态，非经典联系关系也能够存正在于量子丈量中。量子团体丈量相比可分丈量具备更强的信息提取才能，纵然被丈量子系统子体系之间没有存正在任何干联。这类超出可分丈量的信息提取才能只能来历于量子丈量中的非经典联系关系。今朝国际上曾经试验完成了两拷贝集

中国科年夜郭光灿院士团队正在量子信息研究中取患上重要进展，该团队柳必恒研究员课题组与根源量子互助，正在光学以及超导两个量子体系中完成真多体纠缠子空间的设备有关表征，实现了五比特纠错码码空间的自查验。该事情5月14日颁发正在物理学国际期刊《物理进展讲演》（Reports on Progress in Physics）上。正在量子信息范畴，真多体纠缠态作为量子纠缠的最强形态，要求体系中肆意两个子体系间均存正在纠缠联系关系。由其组成的真纠缠子空间具备重要使用价值，出格是可以用于设计量子纠错码，经由过程将量子信息编码正在子空间中，防止因部分退相关招致的不对散布。然而，与两体纠缠态及真多体纠缠态的表征没有同，真纠缠子空间的实践阐发东西以及试验验证要领仍处于空缺状况。虽然基于贝尔没有等式的自查验要领已胜利使用于量子纠缠态的设备有关认证，但将其拓展至少体纠缠子空间仍面对重年夜应战。图1（a）逻辑子空间以及（b）量子自查验示用意近期，实践偕行构建了基于波动子码框架的新型贝尔没有等式，该方案可完成对纠缠子空间的普适性表征——子空间内肆意量子态（包含混态）均能最年夜水平违反该没有等式，从而为真纠缠子空间的自查验供给了实践依据。为验证这

中国科年夜郭光灿院士团队史保森、丁冬生课题组正在冷里德堡原子气体中观测到多体彼此作用诱导的怪异点与迟滞轨迹，展现了非厄米多体物理中的电荷宇称对称性破缺征象。相干结果4月13日以“Exceptional point and hysteresis trajectories in cold Rydberg atomic gases”为题颁发正在国际出名学术期刊《Nature Co妹妹unications》上。电荷宇称对称性是粒子物理学中一种重要的离散对称性。当某些物理历程正在电荷宇称变换下表示错误称时，即称为电荷宇称对称性破缺，好比：中性K介子（K⁰）衰变以及B介子衰变等。研究电荷宇称对称性破缺无利于懂得天然界中的物资-反物资错误称性机制，和发明超出尺度模子所预测电荷宇称破缺源。里德堡原子依附其伟大的电偶极矩以及优秀的量子相关特征，为摹拟以及研究对称性破缺征象供给了抱负的量子多系统统平台。值患上注重的是，里德堡原子间的长程彼此作用可以诱导分外的量子耗散通道，这使患上正在试验上构建可控的多体非厄米量子体系成为可能，为研究怪异点及其相干非均衡能源学举动斥地了新路子。丁冬生等人正在冷里德堡原子体系中哄骗多体相

中国科年夜郭光灿院士团队正在量子椭圆偏振成像研究中取患上重要进展：该团队史保森传授、周志远副传授课题组将高质量偏振纠缠光源与经典偏振成像技能相联合，正在弱光场下完成了对周期性漫衍各向同性资料双折射特征的观测，而且展示了正在划一光强情况下，该体系相较于经典丈量体系具有更高的探测精确度及抗杂散光滋扰才能。这项结果于4月4日正在线颁发正在国际出名期刊《Npj quantum information》上。偏振成像技能可以或许捕获资料中与偏振相干的特征，显著加强传统成像中难以区别的配景与方针比照度，并能丈量惯例成像无奈探测的光学常数、手性特性、应力应变漫衍等参数，其使用规模涵盖根蒂根基物理研究和方针辨认、应力检测、生物医学诊断以及遥感等前沿范畴。正在偏振成像中引入量子光源照明为普及丈量精度斥地了一条新的路子，出格是正在低照度范畴，科研职员已无理论及试验上证实特定的量子光源正在划一光照强度下具有打破尺度量子极限的才能，且纠缠光子源的非局域特征正在长途操控范畴一样具备重要意思。到今朝为止，量子成像事情的重点是准确丈量被测样品的内部外形，与偏振相干的量子研究年夜多聚焦正在对匀称资料的单点双折射特征检测，而将偏振成像与量子纠缠相

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。