郭光灿

中国科年夜郭光灿院士团队正在里德堡原子开放体系的研究中取患上重要进展。该团队史保森、丁冬生课题组与诺丁汉年夜学李伟斌传授、华东师范年夜学白正阳副研究员、英国杜伦年夜学的Charles S. Adams传授互助，正在里德堡原子开放系统察看到了遍历性破缺征象。相干结果3月1日以“Ergodicity breaking from Rydberg clusters in a driven-dissipative many-body system”为题颁发正在国际出名学术期刊《Science Advances》上。物理体系凡是因为遍历性（ergodicity）会弛豫到均衡态，进而可观丈量随时间再也不变迁，可察看量正在相空间中会疾速寻觅新的固定点。但也会有破例环境泛起，例如，正在可积以及多体局域化体系中，破缺的遍历性可以按捺体系均衡以及热化。研究遍历性破缺对金融收集中的市场崩塌以及恢复、神经收集中的年夜脑癫痫、和庞大体系临界跃迁的预警等举动具备必定启迪以及参考。里德堡原子具备长程彼此作用，可作为抱负的多系统统研究非遍历能源学举动。正在驱动耗散的里德堡原子体系中，体系会因为里德堡原子的堆积泛起非均衡的永劫间震动相，如图1所

中国科年夜郭光灿院士团队正在量子丈量的根蒂根基研究中取患上重要试验进展。该团队李传锋、项国勇、侯志博研究组与复旦年夜学朱黄俊传授互助，初次试验演示一组没有等价的彼此无偏量子丈量具备没有同信息提取才能。该研究结果于2024年2月21日正在线颁发正在国际权势巨子期刊《物理评论快报》上。基于彼此无偏基的量子丈量，又称为彼此无偏丈量或互补丈量，正在根蒂根基研究以及量子信息处置惩罚中阐扬着相当重要的作用。要是两组彼此无偏基不克不及经由过程酉变换彼此转换，则称他们没有等价。这类没有等价性恒久作为一个乏味的实践问题被研究职员存眷，然而这类没有等价性是否具备现实意思缺知之甚少。项国勇研究组采纳最近几年来出力成长的高精度多拷贝光量子紧密丈量平台[Nat. Co妹妹un. 9,1(2018); PRL 124,060502(2020); PRL 125,020501(2020); PRL 126,070503(2021); PRL 128,020502(2022)]，正在试验上验证了四维空间中没有等价的彼此无偏基丈量基正在三拷贝量子态现实丈量问题中具备没有同信息提取才能。试验中采纳彼此无偏基丈量基举行量子态信息提取，用保真度来权衡信息提取才能，是以保真度

中国科年夜郭光灿院士团队正在磁力体系研究方面取患上新进展。该团队的董春华传授研究组经由过程磁振子与声子彼此作用，正在磁力体系中完成了磁振子频次梳。该研究结果于2023年12月11日颁发正在国际学术期刊《PhysicalReviewLetters》。光学频次梳，即频次域上具备匀称距离的相关光谱，最后用于时间以及频次丈量。近二十年来，光学频次梳正在天文学与宇宙学、光学原子钟、激光雷达(LiDAR ) 、低噪声微波源、相关光通讯、量子密钥分发、双光梳光谱学等范畴上揭示出了广漠的使用远景。此外，其余物理体系中的频次梳也获得了普遍的研究，例如微波体系以及声子体系。然而，完成可使用于高精度磁频计量的磁振子频次梳今朝仍面对应战。图1：a.磁振子与声子之间的耦合示用意；b-c.经由过程级联的磁力学彼此作用，造成磁振子频次梳，频次距离是机器频次ωb。针对这一难题，研究团队经由过程磁-力学彼此作用正在具备机器模式的谐振腔中试验发生了一个磁振子频次梳。此能源学历程由一个处于蓝掉谐的内部强泵浦诱导发生，该泵浦使磁致伸缩效应招致的磁力学非线性彼此作用显著加强。当泵浦功率脚够强时，磁力非线性作用显著，正在磁力体系中可以察看到近似

中国科年夜郭光灿院士团队正在基于冷原子的量子存储试验研究中取患了重要进展：该团队史保森传授﹅丁冬生传授等与互助者哄骗冷原子系综完成了25维量子态的高效率存储。该研究结果于2023年12月15日正在线颁发正在国际出名学术期刊物理评论快报上[Phys. Rev. Lett.131，240801（2023）]。量子存储器是构建量子收集不成或缺的功用单位，而完成高维量子态的高效率存储对普及量子收集的信道容量具备重要意思。最近几年来，只管研究职员基于没有同物理系统完成了高效率的量子存储，然而这些存储器要末所存储的量子态是一个两维态，要末虽然完成了高维态存储，但存储效率较低。完成餍足高维、高效率的量子存储器依然面对很年夜的应战。图1. 高维维量子存储器试验示用意为相识决这一难题，最近几年来史保森传授领导的科研团队开展了高维量子存储器的深切研究，正在之前研究进展的根蒂根基上，比来他们哄骗经由过程激光冷却与囚禁技能得到的年夜光学厚度的冷铷原子团作为存储介质，以完善涡旋光作为信息载体，并采纳轨道角动量作为信息编码自由度，哄骗完善涡旋光的横截面巨细与轨道角动量拓扑荷数有关的特色，完成了25维的光量子态存储，效率到达60%。由

中国科大郭光灿院士团队孙方稳课题组和国家同步辐射实验室/核科学技术学院邹崇文课题组合作，制备了基于二氧化钒(VO2)相变薄膜的类脑神经元器件，并利用金刚石中氮-空位（NV）色心作为固态自旋量子传感器探测了神经元突触在外部刺激下的动态连接，展示了类脑神经系统中多通道信号传递和处理过程。这项研究成果近日以“Quantum imaging of the reconfigurable VO2synaptic electronics for neuromorphic computing”为题发表于国际权威期刊《Science Advances》(Science Advances 9, eadg9376 (2023))。图1.类脑神经元动态网络结构示意图类脑神经元器件，即通常所说的类脑芯片，是指利用神经形态器件去模拟人脑中的神经元、突触等基本功能，再进一步将这些神经形态器件联结成人工神经网络，以模拟“大脑”的信息处理和存储等复杂功能。二氧化钒(VO2)作为典型的氧化物量子材料，在近室温附近具有可逆的绝缘-金属相变，是制备高开关比突触器件的理想材料。本研究中课题组研究人员基于近十年VO2的研

中国科大郭光灿院士团队在量子密钥分发研究中取得重要进展。该团队韩正甫、王双、银振强、陈巍与合作者提出了一种无需主动调制的新型量子密钥分发实现方案并完成了实验验证，为实现高现实安全的量子密钥分发系统提供了新思路。该成果于2023年9月13日发表在国际学术期刊《Physical Review Letters》[Phys. Rev. Lett. 131, 110802 (2023)]。量子密钥分发理论上可以实现无条件安全的密钥共享。但器件特性、调制精度、环境干扰等因素有可能造成系统的现实安全性问题。例如，郭光灿团队发现，系统中广泛使用的铌酸锂主动调制器件，可能会受到光折变等侧信道攻击而泄漏信息[Optica, 10, 520-527(2023)][Phys. Rev. Applied, 19,054052(2023)]。为彻底解决主动调制带来的隐患，郭光灿团队与合作者另辟蹊径，设计了无需主动调制的量子密钥分发系统。该系统方案克服了此前无法同时实现“被动”光强调制和量子态编码的矛盾，并给出了考虑“有限长效应”的严格安全密钥率。团队通过全被动时间戳-相位编码解决信道环境干扰的难题，同

中国科大郭光灿院士团队在量子物理基本问题研究中取得重要进展。该团队李传锋、许金时等与南开大学陈景灵教授、西班牙塞维利亚大学Adán Cabello教授等合作，实验研究了单体高维量子系统中对应于多体非定域性的量子关联，从而观测到迄今为止单体量子系统中最强的量子互文性。该成果6月13日发表在国际知名期刊《物理评论快报》上。量子互文性是量子力学的一个奇特性质，也是实现通用量子计算的重要资源。它指的是一个物理量在量子测量下的结果依赖于测量进行的方式，而不仅仅是被测量的物理量本身。量子互文性使得量子力学与任何非互文性的隐变量理论都不相容，并且量子互文性与量子非定域性具有紧密的联系。量子非定域性就是量子互文性在多体系统中与非互文隐变量理论相矛盾的表现。贝尔不等式的违背值可以表征非定域性的大小，研究表明贝尔不等式的违背值可以随量子比特数指数增加。然而，尽管在单体高维量子系统中可以构造出比多体系统中更丰富的测量，如何在其中获得超越非定域性关联强度的互文性却一直是悬而未决的问题。为了构造并观测到单体系统中更强的量子互文性关联，研究组从量子关联的图论方法入手，将非定域性关联中所使用的测量之间的

中国科大郭光灿院士团队在半导体量子点-微波谐振腔杂化系统的动力学驱动研究中取得重要进展。该团队郭国平教授和曹刚教授等人与马德里材料科学研究所西格蒙德·科勒（Sigmund Kohler）高级研究员以及本源量子计算有限公司合作，从实验和理论上研究了非色散耦合的受驱量子点-微波谐振腔杂化系统，发展并验证了一种可适用于不同耦合强度和多量子比特系统的响应理论方法。研究成果以“Probing Two Driven Double Quantum Dots Strongly Coupled to a Cavity”为题，作为封面文章发表在6月9日出版的国际物理知名期刊《Physical Review Letters》上。微波光子与半导体量子比特的强耦合是当前的研究热点，它既是利用微波光子实现量子比特间长程相干耦合的前提，也是探索丰富的光与物质相互作用的钥匙。在之前的工作中（Science Bulletin 66, 332–338 (2021)），课题组借助高阻抗超导微波谐振腔，实现了量子点-微波谐振腔杂化系统的强耦合。在此基础上，课题组进一步研究了强耦合杂化系统在周期性驱动下的动力学现象。　

中国科大郭光灿院士团队在量子密钥分发（QKD）的实际安全性研究方面取得重要进展。该团队韩正甫、王双、银振强、陈巍等发现了QKD发送端调制器件的一种潜在安全性漏洞，并利用该漏洞完成的量子黑客攻击实验表明：当QKD的发送端未对该漏洞进行严格防护时，攻击者有可能利用其获取全部的密钥信息。相关研究的两项成果分别于4月20日和5月16日在线发表在国际学术知名期刊《Optica》[Optica, 10, 520-527(2023)]和《Physical Review Applied》[Physical Review Applied, 19,054052(2023)]上，并入选当期的编辑推荐工作。QKD理论上可以在用户之间生成信息论安全的密钥，然而实际设备的非理想特性可能会与理论假设不符，从而被窃听者利用。因此，对QKD系统的实际安全性进行全面而深入的分析，进而设计更完善、更安全的实际系统，是推进QKD实用化的重要环节。郭光灿、韩正甫研究组在QKD系统的实际安全性分析及攻防技术上取得了一系列研究成果，包括：发现探测设备的雪崩过渡区控制漏洞[Physical Review Applied, 1

中国科大郭光灿院士团队在集成化量子光源制备研究中取得重要进展。该团队任希锋研究组基于低温集成自发四波混频过程，展示了低温条件下集成量子纠缠光源的制备，相关成果于6月2日发表在光学知名学术期刊Optica上。光量子集成芯片，以其极高的相位稳定性和可重构性，逐渐发展成为展示新型量子应用、开发新型量子器件的理想平台。目前大多数光量子集成器件聚焦于室温条件下的功能，但许多量子元件（如超导纳米线单光子探测器）和半导体、超导量子计算系统，都需要在低温条件下运行。为了实现光量子系统的全片上集成和光互联不同量子计算系统构建量子网络，低温非线性过程研究不可或缺。研究组将集成微纳硅波导置于低温腔中，研究了4 K—294K温度下硅波导中的自发四波混频过程，并基于该过程实现了低温集成量子纠缠光源的制备。图1.低温集成量子光源实验系统该成果成功地将基于自发四波混频过程的量子光源扩展到低温条件，为光量子器件的全片上集成和低温条件下非线性光学的进一步应用奠定了基础。审稿人对该工作给出了高度评价：“This paper provides useful insight into the study of i