研究进展

中国迷信技能年夜学潘建伟、彭承志、廖胜凯等，结合济南量子技能研究院、中国迷信院上海技能物理研究所、弱小卫星立异研究院等单元构成的研究团队，正在国际上初次完成量子微纳卫星与小型化、可挪动高空站之间的及时星地量子密钥分发，正在单次卫星经由过程时期完成了多达1百万比特的保险密钥同享。正在此根蒂根基上，结合团队以及南非斯坦陵布什（Stellenbosch）年夜学科研团队互助，正在中国以及南非之间相隔12900多千米的间隔上成立了量子密钥，实现对图象数据“一次一密”加密以及传输。该事情为实用化卫星量子通讯组网摊平了门路。相干研究结果于2025年3月20日正在线颁发正在国际学术期刊《天然》杂志上。通讯保险是国度信息保险以及经济社会成长的重要根蒂根基。基于量子密钥分发的量子窃密通讯是迄今独一可完成“信息论可证”保险的通讯体式格局，将年夜幅晋升现有信息体系的保险传输程度。今朝，基于光纤链路的城域城际量子通讯已成长成熟并开端患上以使用。为完成远间隔以致寰球化的量子窃密通讯，需求降服光纤存正在的固有损耗和难以笼罩寰球的问题。哄骗卫星平台举行自由空间量子密钥分发，可以或许有用降服这些限定，完成寰球规模的量子窃密通讯。中国科年夜与多家科研机构协同

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：

中国迷信技能年夜学潘建伟、陆向阳、霍永恒等正在国际上初次完成效率超出可扩大线性光量子计较丧失容忍阈值的高机能单光子源，相干综合指标到达了国际最早进程度，为将来完成通用光量子计较奠基了要害技能根蒂根基。相干研究结果于2月28日正在线颁发于国际学术期刊《天然·光子学》上。光子作为量子信息处置惩罚的重要载体，具备速率快、室温操作、抗情况滋扰强等上风，但光子易丧失的物理特征不断是年夜范围光量子计较的焦点应战。实践标明，单光子源的效率必需高于2/3的阈值，可扩大的线性光量子计较才具有可行性。然而，历经近半个世纪的技能攻关，此前一切肯定性全同单光子源的效率始终未能冲破该阈值，成为制约光量子计较成长的要害停滞。图.左：单光子源体系示用意；右：单光子源效率超出丧失容忍阈值（红线）为霸占该难题，研究团队成长了一种可调谐的开放式光学微腔，完成了量子点与微腔正在谐振频次及空间定位的两重精准耦合，解决了传统固定衰落腔的掉谐难题。此外，团队成长了一种脉冲整形引发技能，使单光子源的全体机能获得显著晋升。该单光子源的单光子性优于98.0%，光子全异性优于98.6%，体系效率到达71.2%，提取效率到达80.6%，初次冲破

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

中国迷信技能年夜学潘建伟、朱晓波、彭承志等，与上海量子迷信研究中间、河南省量子信息与量子暗码重点试验室、中国计量迷信研究院、济南量子技能研究院、西安电子科技年夜学微电子学院和中国迷信院实践物理研究所等单元互助，胜利构建了105比特（包括105个可读取比特以及182个耦合比特）超导量子计较原型机“祖冲之三号”，完成了对“量子随机路线采样”使命的疾速求解。与现有最优经典算法相比，“祖冲之三号”处置惩罚量子随机路线采样问题的速率比今朝最快的超等计较机快15个数目级，凌驾google2024年10月公然颁发的最新结果6个数目级[Nature 634, 328 (2024)]。这一结果是我国继超导量子计较原型机“祖冲之二号”完成超导量子计较系统最强量子计较优胜性 [PRL 127, 180501 (2021), Science Bulletin 67, 240 (2022)]后，再一次打破超导系统量子计较优胜性纪录。相干论文于北京时间3月3日以封面论文的情势颁发正在国际学术期刊《物理评论快报》上。图：祖冲之三号芯片示用意。105个可读取比特以及182个耦合比特集成正在统一个芯片上履行量子随机路线采样使命“量子

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

中国迷信技能年夜学中国迷信院宏观磁共振重点试验室彭新华、江敏及其共事，与丹麦波尔研究所陈一帆等，应邀正在国际物理学出名综述期刊《物理进展讲演》（Reports on Progress in Physics）上颁发题为“基于自旋传感器的新自旋彼此作用研究”（Searches for exotic spin-dependent interactions with spin sensors）的长篇综述论文[Rep. Prog. Phys. 88 016401 (2025)]。该论文体系论述了没有同自旋系统的前沿量子紧密丈量技能，并具体论述了此类量子技能正在征采超出尺度模子的自旋彼此作用方面的研究进展以及将来成长标的目的。粒子物理学的尺度模子可以或许胜利诠释原子与亚原籽粒子的举动，取患了显著成绩。然而，它依然无奈解决一些谜团，例如暗物资的本色以及强电荷-宇称（CP）问题。经由过程引入一种称为QCD（量子色能源学）轴子的赝标量新粒子，为这些难题供给了一种可能的解决方案。除了了QCD轴子外，包括分外维度的基本实践（如弦实践）还预测了各类超轻玻色子的存正在。这些包含赝标量（如轴子以及类轴子）以及自旋为1的粒子（如暗光子）。