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中国科大实现高效的高维量子隐形传态
项目成果/简介:量子隐形传态是建立远距离量子网络的关键技术之一。相比二维系统，高维量子网络具有更高的信道容量、更高的安全性等优点，受到人们的广泛关注。如何实现高效的高维量子隐形传态，从而实现高效的高维量子网络是当前量子信息领域的研究热点之一。 为了实现高维量子通信，李传锋、柳必恒等人从2016年开始采用光子的路径自由度编码，解决了路径比特的相干性问题[PRL 117, 220402 (2016)]，制备出了高保真度的三维纠缠态[PRL 117, 170403(2016)]；解决路径维度扩展问题，实现了32维量子纠缠态[PRL 125, 080503 (2020)]；解决路径自由度的传输问题，实现了高维量子纠缠态在11公里光纤中的有效传输[Optica 7, 738 (2020)]等。研究组从2017年起开始了高维量子隐形传态的实验研究。然而理论研究表明，在线性光学体系中，必须采用辅助粒子才能实现高维量子隐形传态。 为了实现高维量子隐形传态，研究组首先巧妙的提出了纠缠辅助的方式，利用log2d-1个辅助纠缠光子对就可以高效的实现d维的量子隐形传态，从而解决了资源消耗问题。然后实验上利用主动反馈技术实现路径间的相位锁定，干涉可见度在45小时内保持在0.98的水平，从而利用六光子系统实现了三维的量子隐形传态。研究组对三维量子隐形传态过程做了过程层析，保真度达到0.596，以7个标准差超过了经典极限值1/3，证实了三维量子隐形传态过程的量子特性。高效的高维量子隐形传态的实现为构建高效的高维量子网络打下坚实的基础。
中国科学技术大学
2021-04-11
基于超导量子芯片的专用量子计算机
1.设计独立的量子芯片操控层与量子芯片读取层，利用三维芯片结构提升量子芯片的线路密度与集成度；
2.设计新的量子比特操控信号调制方法，提高量子逻辑门操作的保真度。
3. 开发兼容于超导量子芯片的工艺材料与立体封装工艺技术。
4.设计能实现更大增益-带宽积特征参数的约瑟夫森量子参数放大器结构。
5.利用大规模硬件同步技术以及基于 PXI 等高速扩展架构的集成技术。
6.在逻辑控制板中原位实现量子芯片读取信息的处理。
7.利用 FPGA 实现量子算法序列到量子比特操控信号序列的实时生成与组合，使得用户可以在直接在量子编译器层面对量子芯片进行编程操作。
中国科学技术大学
2021-04-14
三维量子霍尔效应
超高的迁移率、超低载流子浓度，以及单个费米口袋特性是整个实验成功的关键所在。他们研究了多种高品质的ZrTe5晶体，该材料在2014年被中科院物理所翁红明、戴希和方忠等人预测可能具有非平庸的拓扑性。在低温和小磁场条件下，通过量子振荡输运测量和分析手段，可以重构出一个非常清晰的闭合费米面拓扑结构。这种封闭的三维费米面可以与准二维体系明确分开，在量子极限
南方科技大学
2021-04-14
光电探测量子芯片产业化
用于量子保密通信、近红外探测成像、高速量子光通信、激光雷达探测。 针对单光子探测需求，提取关键技术参数，通过多次半导体器件仿真优化，最终得到外延结构设计。结合 13 所 自主外延生长技术与精准的锌扩散方案，最终实现较为成功的 GM-APD 芯片。该芯片已经成功达到量子保密通信中单光子探测需求，并在安徽问天量子技术有限公司的产品中得到应用。
中国科学技术大学
2021-04-14
验证三维量子霍尔效应
要实现三维量子霍尔效应，就需要达到所谓的极端量子极限条件（Extreme Quantum Limit）。这个实验条件要求异常苛刻，如果选用常用的金属铜块作为研究对象，要施加超过3000特斯拉的磁场才能进入极端量子极限态，而这是当前的实验条件无法提供的。因此，三维量子霍尔效应方向的研究一度处于几乎停顿的状态。 为了满足这项苛刻的条件，张立源团队巧妙地选用了高品质的五碲化锆（ZrTe5）晶
南方科技大学
2021-04-14
近红外荧光量子点标记的羟基磷灰石及其制备方法和应用
一种纳米技术与生物医学的交叉领域的荧光光谱可调的量子点纳米复合粒子的制备 方法，在油包水型微乳体系中，将两种或两种以上荧光颜色可区分的量子点纳米粒子同 时包埋到二氧化硅纳米粒子中，形成一种粒度在１０～１００ｎｍ之间的荧光光谱可调 的量子点纳米复合粒子，通过改变不同荧光颜色的量子点的种类和比例，来调整量子点 纳米复合粒子的荧光峰的位置和强度。本发明可以方便地对任何荧光颜色的量子点进行 任意组合并能同时全部包埋到粒度均匀且小于１００ｎｍ的二氧化硅球形粒子中，可以 得到数量庞大的具有不同荧光特征的量子点纳米复合粒子。本发明所获得的量子点纳米 复合粒子，可以作为一种生物荧光探针应用于生物医学的多方面领域。
同济大学
2021-04-13
二维Bi2O2Se超快高敏红外芯片材料
具有超高电子迁移率、合适带隙、环境稳定和可批量制备特点的全新二维半导体芯片材料（硒氧化铋，Bi 2 O 2 Se），在场效应晶体管器件、量子输运和可见光探测方面展现出优异性能。由Bi 2 O 2 Se制备成的原型光电探测器件具有很宽的光谱响应(从可见光到1700 nm短波红外区)，并同时具有很高的灵敏度(在近红外二区1200nm处灵敏度高达~65A/W)。 而利用飞秒激光器组建的超快光电流动态扫描显示Bi 2 O 2 Se光电探测器具有约1皮秒（10 -12 秒）的本征超快光电流响应时间。化合物由交替堆叠的Bi 2 O 2 和Se层组成，晶体中氧的存在，使其在空气中具有极佳的稳定性，完全可暴露于空气中存放数月且保持稳定。
北京大学
2021-04-11
观测到三维量子霍尔效应
由南方科技大学和中国科学技术大学共同完成的题为“Three-dimensional quantum Hall effect and metal-insulator transition in ZrTe5”的研究论文，实验证实了哈佛大学理论物理学家Bertrand Halperin在1987年给出的关于三维电子气体系中量子霍尔效应的理论预测。南科大物
南方科技大学
2021-04-14
三维量子霍尔效应获得实验验证
卢海舟和谢心澄课题组在拓扑半金属中利用费米弧和“虫洞隧穿”构成的Weyl轨道，提出了一种新的三维量子霍尔效应机制。拓扑半金属是拓扑物相的新成员，具有拓扑保护的表面态，被称作费米弧 (如图4所示)。费米弧是拓扑半金属拓扑保护的表面态的费米面。在拓扑Weyl半金属中，有4个面可以有拓扑保护的表面态。由于拓扑约束的原因，每个面的表面态只是半个二维电子气。相对的上下表面的费米弧电子气可以通过Weyl点连接起来，组成一个完整的二维电子气，这是非常奇异的物相。 既然费米弧也是一种二维电子气，它们是否可以有量子霍尔效应？要研究这个问题，首先要明白什么是形成量子霍尔效应的关键，那就是电子的回旋运动 (如图3左图所示)。电子回旋运动的量子力学描述等价于谐振子，因此会形成等间距的朗道能级。朗道能级在边界发生能量畸变，才会有边界态提供无耗散的电子输运和量子霍尔化电导，即量子霍尔效应。 目前，已经有多个拓扑半金属实验观察到霍尔电阻的量子化平台。这种新奇的三维量子霍尔效应的研究才刚刚开始。直接观测到如图8所示的奇异边界态分布将是未来的一个挑战方向。
南方科技大学
2021-04-13
高集成度光通信芯片
哈尔滨工业大学（深圳）电子与信息工程学院的徐科副教授、姚勇教授与其合作者，针对光通信芯片集成度受限的问题，通过光波导模场的精细调控，在实现多模波导低损耗和低串扰的同时，将关键器件的尺寸缩小了1-2个数量级。芯片支持3×112 Gbit/s高速模分复用信号的任意紧凑布线，使多模光学系统的大规模片上集成成为可能。该成果将进一步助力集成光子芯片在光通信、人工智能、高性能计算、量子信息等众多高新领域中加速发展和应用。
哈尔滨工业大学
2021-04-14