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宇称-时间对称与反对称研究进展

物理学报 2022年第17期71卷 32-43页

作者：唐原江梁超刘永椿清华大学物理系低维量子物理国家重点实验室北京100084 教育部量子信息前沿科学中心北京100084

在标准量子力学中,描述物理系统的哈密顿量一般是厄米的,以保证系统具有实能谱及系统演化的幺正性.近些年来,研究发现具有宇称-时间(parity-time,PT)对称特性的非厄米哈密顿量也具有实能谱,并且在PT对称相和PT对称破缺相之间存在一个新... 详细信息

在标准量子力学中,描述物理系统的哈密顿量一般是厄米的,以保证系统具有实能谱及系统演化的幺正性.近些年来,研究发现具有宇称-时间(parity-time,PT)对称特性的非厄米哈密顿量也具有实能谱,并且在PT对称相和PT对称破缺相之间存在一个新奇的非厄米奇异点,这是厄米系统所不具有的.最近,人们在各种各样的物理系统中实现了PT对称和PT反对称的非厄米哈密顿量,并演示了新奇的量子现象,这不仅加深了对基本量子物理规律的理解,也促进了应用技术的突破.本综述将介绍PT对称和PT反对称的基本物理原理,总结在光学系统和原子系统中实现PT对称和PT反对称的方案,并回顾利用PT对称系统非厄米奇异点进行精密传感的研究.

关键词：宇称-时间对称宇称-时间反对称非厄米奇异点

超强耦合电路量子电动力学系统中反旋波效应对量子比特频率移动的影响

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物理学报 2020年第12期69卷 61-67页

作者：陈臻王帅鹏李铁夫游建强北京计算科学研究中心量子物理与量子信息研究部北京100193 浙江大学物理系杭州310027 清华大学微电子学研究所量子信息前沿科学中心北京100084 北京量子信息科学研究院北京100193

从实验上研究了四结磁通量子比特与多模共面波导谐振腔构成的超强耦合电路量子电动力学系统.通过传输谱测量和数值拟合,确定量子比特与腔第一模式的耦合强度已达到0.1倍谐振腔频率,进入了超强耦合区域;通过色散读出方法得到了系统的能谱... 详细信息

从实验上研究了四结磁通量子比特与多模共面波导谐振腔构成的超强耦合电路量子电动力学系统.通过传输谱测量和数值拟合,确定量子比特与腔第一模式的耦合强度已达到0.1倍谐振腔频率,进入了超强耦合区域;通过色散读出方法得到了系统的能谱,并通过增加探测场光子,从能谱上得到了量子比特频率随探测光子的位移.这种位移不仅包含旋波项的贡献,也包含了反旋波项的显著贡献,证实我们所实现的超强耦合系统是一个良好的研究量子拉比模型的实验平台,它在量子技术的诸多方面有潜在的应用,如量子模拟、超快量子逻辑门、纠缠态制备、量子比特保护等.

关键词：磁通量子比特超强耦合量子拉比模型布洛赫-西格特位移

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二维材料体光伏效应研究进展

物理学报 2023年第23期72卷 217-231页

作者：陈晓娟徐康张秀刘海云熊启华北京量子信息科学研究院北京100193 清华大学物理系低维量子物理国家重点实验室北京100084 量子信息前沿科学中心北京100084 量子物质协同创新中心北京100084

体光伏效应是一种二阶非线性光电响应,指非中心对称结构材料在均匀光辐照下产生稳态的光电流.体光伏效应由于开路电压不受半导体能隙限制,并且功率转换效率可以突破Shockley-Queisser极限,因此引发广泛关注.此外,体光伏效应与固体的量... 详细信息

体光伏效应是一种二阶非线性光电响应,指非中心对称结构材料在均匀光辐照下产生稳态的光电流.体光伏效应由于开路电压不受半导体能隙限制,并且功率转换效率可以突破Shockley-Queisser极限,因此引发广泛关注.此外,体光伏效应与固体的量子几何性质(如Berry曲率和量子度规)密切相关,是一种研究晶体电极化、轨道磁化和量子霍尔效应的有效手段.二维材料具有丰富的电、光、磁、拓扑性质及相互作用机制,可有效提高体光伏器件性能(如拓展体光伏效应响应范围等),对探索基础物理问题亦具有重要的研究价值.本文概述了体光伏效应的发展历程及其几种物理机制,重点讨论了二维材料中体光伏效应取得的研究进展,包括单一成分二维材料、二维材料堆垛工程(如二维材料同质结和异质结),以及在此基础上通过外界作用(如磁场、应变工程)实现产生或调控体光伏效应响应.最后对二维体光伏效应的发展前景进行了展望.

关键词：体光伏效应空间反演对称性二维材料堆垛工程

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量子直接传态

物理学报 2021年第19期70卷 15-21页

作者：王明宇王馨德阮东龙桂鲁清华大学物理系低维量子物理国家重点实验室北京100084 清华大学教育部量子信息前沿科学中心北京100084 青岛大学物理科学学院青岛266071 北京量子信息科学研究院北京100193

把一个任意量子态在既有噪声又有窃听的信道下安全可靠地传输,是一个广泛而重要的问题.现在已有的方法是先传输大量的Einstein-Podolsky-Rosen (EPR)纠缠对,然后进行纠缠纯化,获得一对近似完美的纠缠对,再进行隐形传态或者远程态制备来... 详细信息

把一个任意量子态在既有噪声又有窃听的信道下安全可靠地传输,是一个广泛而重要的问题.现在已有的方法是先传输大量的Einstein-Podolsky-Rosen (EPR)纠缠对,然后进行纠缠纯化,获得一对近似完美的纠缠对,再进行隐形传态或者远程态制备来传输量子态.本文给出一种直接安全传输量子态的方法,通过使用量子直接通信,安全地传输大量同样的任意量子态,然后利用单量子态的纯化方法,得到一个近于完美的量子态.这是一种不需要量子纠缠的量子态安全传输方法,避免使用纠缠资源.这种方案是量子隐形传态和远程态制备之外的又一途径.此外,这一方案将原来只是用来传输经典信息的量子安全直接通信扩展到传输任意量子态的新领域,扩大了量子直接通信的用途.这一方案将在未来量子互联网中有重要的应用.

关键词：量子直接传态量子安全直接通信量子安全直接态传输单量子比特纯化

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相干时间超过10 min的单离子量子比特

物理学报 2019年第3期68卷 46-54页

作者：汪野张静宁金奇奂清华大学交叉信息研究院量子信息中心北京100084

能够长时间储存量子信息的量子存储设备是实现大规模量子计算和量子通信的基本要素.与其他量子计算平台相比,囚禁离子系统的优势之一在于具有很长的相干时间.此前,基于囚禁离子的单量子比特相干时间不到1 min.研究发现,在囚禁离子系统中... 详细信息

能够长时间储存量子信息的量子存储设备是实现大规模量子计算和量子通信的基本要素.与其他量子计算平台相比,囚禁离子系统的优势之一在于具有很长的相干时间.此前,基于囚禁离子的单量子比特相干时间不到1 min.研究发现,在囚禁离子系统中,限制量子比特相干时间的主要因素是运动能级加热和环境噪声,其中后者包含环境磁场涨落和微波相位噪声.在同时囚禁171Yb+离子和138Ba+离子的混合囚禁系统中,通过实施协同冷却和动力学解耦,可以实现相干时间超过10 min的单离子量子比特.这一技术有望用于实现量子密码学和搭建混合量子计算平台.

关键词：量子存储囚禁离子协同冷却动力学解耦

选区外延生长的PbTe-超导杂化纳米线:一个可能实现拓扑量子计算的新体系

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物理学报 2023年第23期72卷 86-93页

作者：杨帅张浩何珂清华大学物理系低维量子物理国家重点实验室北京100084 北京量子信息科学研究院北京100193 量子信息前沿科学中心北京100084 合肥国家实验室合肥230088

半导体-超导体杂化纳米线是用于研究马约拉纳零能模和拓扑量子计算的主要平台之一,而基于Ⅲ-Ⅴ族半导体InAs和InSb的纳米线则是当前此方向研究的主流材料体系.尽管经过多年制备技术的改进和优化,样品中过多的缺陷和杂质仍是阻碍此方向... 详细信息

半导体-超导体杂化纳米线是用于研究马约拉纳零能模和拓扑量子计算的主要平台之一,而基于Ⅲ-Ⅴ族半导体InAs和InSb的纳米线则是当前此方向研究的主流材料体系.尽管经过多年制备技术的改进和优化,样品中过多的缺陷和杂质仍是阻碍此方向进一步发展的核心问题.近年来,一个新的马约拉纳纳米线候选体系——Ⅳ-Ⅵ族半导体PbTe-超导杂化纳米线吸引了很大关注并获得了快速的研究进展.PbTe的介电常数巨大,且具有晶格匹配的衬底,这些优势使其有潜力突破纳米线样品质量提升的瓶颈,成为马约拉纳零能模的研究和拓扑量子计算实现的理想平台.本文将简单介绍最近几年在PbTe纳米线和PbTe-超导杂化纳米线器件的选区分子束外延生长、输运性质研究方面取得的重要进展,并对这种新的马约拉纳纳米线候选体系的优势、问题及基于其实现拓扑量子计算的前景进行讨论.

关键词：半导体纳米线马约拉纳零能模拓扑量子计算

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基于微纳结构的新功能光电子芯片

中国激光 2021年第15期48卷 376-391页

作者：黄翊东张巍冯雪刘仿崔开宇清华大学电子工程系北京100084 清华大学量子信息前沿科学中心北京100084 北京量子信息科学研究院北京100193 北京信息科学与技术国家研究中心北京100084 北京市未来芯片技术高精尖创新中心北京100084

微纳结构的物理机理和独特的光电特性为探索新型光电子芯片提供了可能。回顾了本研究组在微纳结构光电子芯片领域的研究成果。总结了各种微纳结构中光与物质相互作用的机理,介绍了具有自由电子辐射、实时光谱成像、声子传感、光轨道角... 详细信息

微纳结构的物理机理和独特的光电特性为探索新型光电子芯片提供了可能。回顾了本研究组在微纳结构光电子芯片领域的研究成果。总结了各种微纳结构中光与物质相互作用的机理,介绍了具有自由电子辐射、实时光谱成像、声子传感、光轨道角动量辐射、光量子态产生及操控等功能的光电子芯片。

关键词：光电子学微纳结构光子晶体光声晶体自由电子辐射光学轨道角动量量子态产生及操控

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基于超导量子系统的量子纠错研究进展

物理学报 2022年第24期71卷 60-82页

作者：陈子杰潘啸轩华子越王韦婷马雨玮李明邹旭波孙麓岩邹长铃中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室合肥230026 清华大学交叉信息研究院量子信息中心北京100084

基于量子力学基本原理的信息处理技术,在计算、传感等领域具有远超经典技术的巨大潜力.随着实验技术的进步,量子调控技术得到突飞猛进的发展.在所有的量子信息处理平台中,基于固体材料的超导系统,具有精确的量子调控能力、优异的量子相... 详细信息

基于量子力学基本原理的信息处理技术,在计算、传感等领域具有远超经典技术的巨大潜力.随着实验技术的进步,量子调控技术得到突飞猛进的发展.在所有的量子信息处理平台中,基于固体材料的超导系统,具有精确的量子调控能力、优异的量子相干性以及适合大规模集成化等优点.因此,超导量子系统成为当前最有潜力的量子信息处理平台之一.目前的超导芯片能集成约一百个量子比特,已经可以展示量子系统的优势,但进一步的发展受到系统噪声的制约.为了突破这一瓶颈,借鉴经典信息中的纠错技术发展而来的量子纠错技术受到广泛的关注.本文介绍了超导量子系统中量子纠错的研究进展,主要包括超导量子系统的基本原理、常用的量子纠错编码方案、纠错相关的控制技术以及近期超导量子纠错的应用.最后,总结了超导量子纠错领域面临的七个关键问题.

关键词：量子纠错超导线路容错量子计算玻色编码

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热熔融自回流方法制备硫化物玻璃非线性集成光学波导(特邀)

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光子学报 2022年第5期51卷 46-59页

作者：齐人铎翟彦芬张巍(指导) 黄翊东清华大学电子工程系量子信息前沿科学中心北京市未来芯片技术高精尖创新中心北京信息科学与技术国家研究中心北京100084 奥地利半导体实验室 A 9524 VillachAustria 北京量子信息科学研究院北京100193

硫化物玻璃是发展非线性集成光学器件的良好材料,特殊的理化特性使得硫化物玻璃集成光学波导的制备成为研究的难点。对硫化物玻璃波导的制备工艺进行了综述,重点介绍利用硫化物玻璃在熔融状态下流动性好的特点,采用热熔融自回流方法制... 详细信息

硫化物玻璃是发展非线性集成光学器件的良好材料,特殊的理化特性使得硫化物玻璃集成光学波导的制备成为研究的难点。对硫化物玻璃波导的制备工艺进行了综述,重点介绍利用硫化物玻璃在熔融状态下流动性好的特点,采用热熔融自回流方法制备硫化物玻璃波导的工艺。该方法避免了对硫化物玻璃薄膜完整性的破坏,以及光刻胶显影液对硫化物玻璃材料的腐蚀作用,可以得到高质量的具有小模场面积的倒脊型硫化物玻璃波导。实验测试表明,采用热熔融自回流方法制备的硫化物玻璃波导具有良好的三阶非线性光学特性和受激布里渊散射特性。最后,展望了采用该方法发展硫化物玻璃非线性集成光学器件及其片上系统的研究方向和前景。

关键词：硫化物玻璃非线性光学器件集成光学波导三阶光学非线性受激布里渊散射