翁文康和他的博士生刘宝杰提出的新方案使用了一个三能级量子体系，其中基态和第二激发态被用作为量子比特的0和1态，第一激发态作为一个辅助能级。通过施加和体系两个量子跃迁接近共振的微波信号，并控制信号随时间的变化，可以实现对系统演化产生的几何量子相位的精确调控，进而实现任意指定的几何量子门。相对其他已有的几何量子门方案，新方案中量子门速度得到了数倍的提升，并且对控制信号误差具有更好的容错性。此外，这一方案还具有实验复杂度相对较低和易于在不同量子体系上实现等优势。陈远珍和他的博士后严通行合作，在超导量子体系中成功实现了这一方案。实验中获得的单比特量子门保真度达到了97%，引起误差的主要原因包括量子比特和环境相互作用导致的退相干，以及微波控制信号的精度误差等。 这项工作对于进一步发展基于几何相位的量子计算具有启发意义，其后续相关研究目前也在开展之中，包括基于相同思想的两比特几何量子门和更为简化的几何量子计算方案等。

实现了基于线性光学系统的量子有限状态自动机的研究。该量子自动机使用3个空间状态，即可解决判定输入整数是否为某一质数P的整数倍的问题，而使用经典的自动机解决同样问题至少需要P个空间状态。该工作首次在实验上实现了量子自动机的运行并验证了其相比于经典自动机的空间资源高效性，在该领域具有开创性的作用。

提出一种基于超构表面透镜双焦点辐射的量子点单光子源结构，该结构对位于双焦点上的量子点和其镜像的辐射光子能实现方向可控的准直出射，并能同时实现左右旋偏振态的按需调控。为提高光子的收集效率，在结构背部设置有一面反射镜，反射光子可以等效为量子点镜像发射的光子。实验制备该量子光源的最大挑战在于如何精确地把量子点和其镜像集成在超构表面透镜的双焦点上。王雪华教授团队通过发展超构表面制备技术和前期研究“三高”量子纠缠光子源【Nature Nanotechnology 14，586（2019）】所发展的定位精度达10纳米的荧光成像精确定位技术，实现了量子点和其镜像与超构表面透镜双焦点的精确重合，演示了到目前为此所报道的最小发散角（3.17度）的准直出射，并实现了左、右旋偏振态分离可调且偏振度达88%的按需调控单光子源。该研究工作提供了基于超构表面调控量子光源的新方案，为推进量子光源性能的按需调控和实用化向前迈出了非常重要的一步。

1. 痛点问题 激光雷达技术存在固有缺陷，造成安全隐患与高昂成本。激光雷达技术主要有以下三个缺点： 1）远距离探测会漏视目标，点云图观看舒适度极低。激光雷达使用点扫描方式探测距离，探测距离越远像点间隔越大，像点之间有漏视问题。激光雷达采用点扫描方式形成点云图，对人眼而言无法直接辨识目标； 2）激光信号易受干扰，造成严重安全隐患；不同激光雷达之间会产生干扰，因为光谱资源有限，这是无法克服的问题； 3）结构复杂、成本高，工业生产难度大。激光雷达使用多线激光提高扫描速度，对生产工艺要求极高。机械转动产生的磨损会直接影响激光雷达的寿命及电机控制的精度，需要定期调校和维护。 2. 解决方案 清华大学物理系的科研团队，经过八年的研究，业内首次实现了芯片级的量子关联成像系统，相关算法和硬件系统获得了国家发明专利。 量子关联成像技术能为智能设备安装“眼睛”，实现成像与3D测绘功能，核心专利是量子物理算法，以低成本实现高精度测绘与成像，有效弥补了激光雷达技术的重大应用缺陷，为获取高空间分辨率的3D测绘提供了全新的技术手段。 寻求有开发ASIC芯片、硅光芯片和电子器件产品经验的企业开展业务合作。

近期，西湖大学理学院何睿华课题组连同研究合作者一起，发现了世界首例具有本征相干性的光阴极量子材料，其性能远超传统的光阴极材料，且无法为现有理论所解释，为光阴极研发、应用与基础理论发展打开了新的天地。

本发明涉及一种新型二价铕掺杂的含氮硅酸盐固溶体基发光材料及其自还原制备方法。这种发光材料的化学组成可表示为：Ca3Si3(O9-xNx):Eu2+。制备方法采用两步法，（1）溶胶凝胶法制备Ca2SiO4:Eu3+产物。（2）Ca2SiO4:Eu3+和氮化硅混合物在非还原气氛下焙烧，利用Si3N4的自还原作用获得最终产物。所用原料是硝酸钙（CaN2O6·4H2O）、硝酸铕（EuN3O9·6H2O）、正硅酸乙酯（C8H20O4Si）和Si3N4。本发光材料在近紫外到蓝光有宽带(300~450nm)吸收，发射出黄绿色光（534~544nm）。所得产物发光强度高，性能稳定。制备过程仅需在氮气保护气氛下就能完成，无需还原气氛和其它还原手段，制备方法简单，安全。

近日，东南大学化学化工学院孙岳明教授团队的蒋伟教授报道了一种简单的纯红光多重共振材料设计策略，相关成果以“A Simple Molecular Design Strategy for Pure-Red Multiple Resonance Emitters”为题在化学领域国际权威学术期刊Angew. Chem. Int. Ed.以Hot Paper形式在线发表。

徐虎课题组发现具有量子谷Berry Phase的拓扑声子态在二维六角晶格材料中普适存在。随着研究的深入，拓扑材料的分类越来越丰富和多样化。到目前为止，拓扑材料的研究主要集中在费米子相关的系统。随着研究水平的进一步发展，拓扑的玻色子系统也越来越引起人们的关注，例如光子晶体、声子晶体等人工晶体中的拓扑现象等。但是，固体中的THz频率段的拓扑声子的研究相对缓慢。理论研究表明，拓扑声子对研究量子声子霍尔效应、拓扑声子热器件等具有重要作用。因此，在现实材料中寻找拓扑声子态是相关领域亟待解决的问题。 在研究中，徐虎课题组研究人员采用基于密度泛函理论的晶格动力学计算，根据二阶力常数矩阵构造类似于电子系统的紧束缚哈密顿量，从而可以获得声子系统的Berry 相和拓扑边缘态。在此基础上，他们结合高通量计算，发现具有量子谷Berry相的Dirac声子态在二维六角晶格材料中普适存在(图3a)。研究结果对进一步研究拓扑声子态以及其实际应用具有重要作用。 近两年，徐虎课题组致力于拓扑材料的理论预测和设计方面的研究工作，以南方科技大学物理系为第一单位发表1篇Phys. Rev. Lett.，1篇Nano Lett.和8篇Phys. Rev. (其中5篇为Phys. Rev. B Rapid Communications)。

传统的量子振荡理论，包括考虑了塞曼劈裂的SdH振荡，都无法解释最新发现的对数周期现象。这预示着该工作为量子振荡家族增加了一个新的成员。此外，相对于已知的量子极限以外的量子态，例如分数量子霍尔态、魏格纳晶体以及密度波相变等，该研究同时揭示了一种量子极限之外的新型量子态。 进一步分析表明，这一新奇发现中磁电阻振荡的对数周期性实质上是离散标度不变性的明显特征。标度不变性指体系在任何尺度下都是自相似的，体系不存在特定的特征尺度。离散标度不变性是连续标度不变性破缺的结果，其显著特征是体系的特征尺度满足等比数列。对数周期振荡是离散标度不变性的典型特征，这一特征在动物学、金融危机、地震、湍流等多种研究领域中都有所体现。在经典物理体系里，离散标度不变性存在于非线性方程导致的分形结构中。譬如著名数学物理学家庞加莱提出的庞加莱圆盘模型就是一种满足自相似性的分形结构，参见荷兰著名画家埃舍尔的画作Circle Limit III （图2A）。对于量子体系，目前已知的只有Efimov三体束缚态表现出离散标度不变的行为。近年来，Efimov三体束缚态在冷原子实验中得到了观测，进而激发了相关领域极大的研究热情。

量子材料与量子相变是本世纪凝聚态物理与材料领域的研究热点。量子相变与传统的热力学相变不同，是在绝对零度下调节非热力学参量而发生的相变，相变点附近量子涨落而非热涨落起了重要作用。作为量子相变的经典范例，二维超导-绝缘体相变以及超导-金属相变研究获得了2015年美国凝聚态物理最高奖巴克利奖。在量子相变过程中，除超导基态和绝缘基态外，量子金属态是否存在于二维超导体系一直是理论与实验上争论的焦点（Rev. Mod. Phys.91, 11002 (2019)）。根据安德森标度理论，由于量子干涉效应以及相位相干长度在零温下发散的特性，载流子在趋于绝对零度时会表现出局域化效应，因此理论上不存在二维量子金属基态。尽管实验上在各种二维电子体系发现了量子金属态的可能迹象，但受低临界温度的制约以及外界高频噪声的影响（Science Advances 5, 3826 (2019)），二维量子金属态的存在与否仍存在着巨大争议，是近三十年来国际学术界一直悬而未决的重要物理问题。 最近，北京大学物理学院量子材料中心王健教授、博雅博士后刘易与合作者在高温超导纳米多孔薄膜中首次完全证实了量子金属态的存在。通过调节反应离子刻蚀的时间，研究团队在高温超导钇钡铜氧（YBCO）多孔薄膜中实现了超导-量子金属-绝缘体相变。量子金属态存在的直接证据是体系的电阻随着温度降低表现出饱和特性，在高温超导体YBCO薄膜中，该电阻饱和温度高达5K，这一温度相比于传统超导体系提高了1-2个数量级，大大提升了量子金属态的稳定性和实验结果的可信度。通过高频滤波器极低温对照实验表明，是否添加滤波器对体系的电阻在低温下的饱和规律没有明显的作用，有效地排除了外界高频噪声对实验的影响，为量子金属态的存在提供了可靠的实验证据。实验还揭示了量子金属态的霍尔电阻为零欧姆，意味着量子金属态具有与超导体类似的粒子空穴对称性（particle-hole symmetry）。 此外，实验表明量子金属态在低温下满足欧姆定律且具有巨磁阻效应，这些发现也与理论上对量子金属态的预期吻合。 研究团队通过系统的极低温电输运测试发现，超导，金属与绝缘这三个量子基态都有与库珀电子对相关的h/2e周期的超导量子磁通振荡，这表明量子金属态与传统金属不同，是玻色金属态，揭示了库珀对玻色子对量子金属态的形成起到了主导作用。（注：传统金属中导电是电子，也即费米子）实验发现，对于超导态的样品，量子振荡振幅随温度的降低迅速增加而发散; 对于绝缘态的样品，振幅随温度的降低先迅速增加然后在低温下衰减; 而对于量子金属态的样品，振幅随温度的降低先迅速增加然后在低温下饱和。进一步分析揭示出振荡振幅饱和对应于相位相干长度饱和，是量子金属形成的一种可能机制。有意思的是通过调控正常态电阻仅两个数量级，量子振荡振幅从超导态样品到最绝缘的样品变化了九个数量级，这意味着多孔高温超导体系具备很好的相位相干调控性。 该工作于2019年11月14日在线发表于学术期刊《Science》上。（DOI: 10.1126/science.aax5798；https://science.sciencemag.org/content/early/2019/11/13/science.aax5798）。北京大学王健教授、布朗大学James M. Valles Jr 教授、电子科技大学熊杰教授是本文的共同通讯作者，电子科技大学博士生杨超和北京大学博士后刘易为文章共同第一作者，北京大学为第一通讯作者单位。这一工作的主要合作者还包括布朗大学Jimmy Xu教授，北京大学林熙研究员，北京师范大学刘海文研究员，清华大学姚宏教授，电子科技大学李言荣院士等。该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中央高校基本科研业务费、量子物质科学协同创新中心、中科院卓越创新中心、低维物理国家重点实验室开放基金、北京市自然科学基金、北京市交叉科学与技术基金、博士后科学基金等支持。 二维高温超导体系中量子玻色金属态的证实是王健研究组与合作者继量子格里菲斯奇异性发现以来（Science 350, 509 (2015)); Nature Communications 10, 3633 (2019)），在二维超导量子相变领域的又一重要突破。该工作为国际上争论了三十多年的量子金属态的存在提供了有力的证据，并为研究量子金属态提供了新思路。该工作也得到了美国科学院院士斯坦福大学Steven A. Kivelson教授的高度评价，评论文章发表在Journal Club for Condensed Matter Physics（凝聚态物理期刊俱乐部）上。Kivelson教授指出：“这一工作对量子材料的理解具有基础性的重要意义”。图一， 钇钡铜氧（YBCO）纳米多孔薄膜中的超导-量子金属-绝缘体量子相变。(A)用多孔氧化铝（AAO）模板蚀刻法制备YBCO纳米多孔薄膜的工艺示意图。(B) YBCO纳米多孔薄膜扫描电镜（SEM）图像。(C) YBCO纳米多孔薄膜的几何结构示意图。(D)不同刻蚀时间下YBCO纳米多孔薄膜的电阻对温度的依赖关系。超导态(SC)、反常金属态(AM1)、过渡态(TS)和绝缘态(INS)四种典型薄膜的电阻温度曲线用黑色表示。图二,量子金属态证据。(A)量子金属态薄膜和超导薄膜的输运曲线。其中低温下电阻的饱和行为为量子金属态的特征。(B) 量子金属态薄膜极低温输运曲线。是否采用高频滤波器并不改变量子金属态饱和电阻的特征。插图: 量子金属态薄膜的I-V曲线，符合欧姆定律，亦为量子金属态的证据。(C)典型量子金属态薄膜的霍尔电阻和纵向电阻随温度的变化图。霍尔电阻(Rxy)在低温下趋于零，而纵向电阻不为零，表现出量子金属态的特征。插图: 量子金属态薄膜不同温度下的霍尔电阻(Rxy)。(D) 量子金属态薄膜的巨磁阻效应，与理论上对量子金属态的预期相符。图三，库柏对在量子相变过程中的相干性衍变 (A)超导态、(B) 量子金属态、(C)绝缘态的磁导振荡图。 (D) 不同温度下，所有YBCO薄膜的磁导振荡的振幅。对于量子金属态薄膜，磁导振荡的振幅随温度的降低在5 K左右而饱和。而超导态薄膜磁导振荡的振幅在低温下发散，绝缘态薄膜磁导振荡的振幅随着温度降低先增加后减小。(E) 通过相位相干的近似模型，计算得到量子金属态的相位相干长度在低温下饱和。揭示了量子金属形成的一种可能机制。