高性能单光子探测技术研究进展

"高性能单光子探测技术"项目针对光量子信息和量子调控,特别是广域量子通信网络对高性能单光子探测器(SPD)的需求,开展超导纳米线单光子探测器(SNSPD)、超导相变边缘单光子探测器(TES)、InGaAs/InP雪崩光电二极管(APD)以及上转换单光子探测器(UCD)研究。项目于2017年7月立项,项目执行期为5年,共包括4个课题。项目各课题研究工作正在按照计划有序推进,已顺利完成中期既定的任务和目标。SNSPD器件和APD及UCD等单光子探测器件性能已取得部分突破;特别是高效率SNSPD和小型化InGaAs/InP APD方面成果已经达到了国际领先水平。通过和专项其他项目承担单位合作,在应用演示方面取得了量子通信、光量子模拟、量子随机数和贝尔不等式验证等多项重大应用成果。部分器件指标及应用演示成果提前达到了项目结题考核指标。     

高效按需可控量子光源的研究进展

量子光源是微纳光电子集成芯片和量子信息技术不可或缺的关键光子器件,其低效率和量子态（如自旋态和角动量态）难以按需调控而极大地制约了量子光源的实际应用,实现高效按需可控量子光源一直是该领域需要应对的重大挑战。目前,基于量子点的确定性量子光源为解决以上挑战提供了有效的解决途径。本文对提高量子点量子光源效率,调控其轨道角动量量子态、自旋量子态等维度的研究进行总结,为加速我国量子光源在量子信息处理中的研究及实用化进程提供参考。     

固态光学微腔与量子体系相互耦合的调控及其量子器件研究

固态光学微腔与量子态组成的耦合量子体系,由于能够满足量子信息处理所要求的可扩展和可集成性,被认为是实现量子计算和量子通信的重要实验平台之一。目前该体系的研究主要围绕新型高品质光学微腔的制备、局域腔模与激子态或声子态的相互作用调控以及新型量子光电子器件的研发等方面开展。虽然该领域的研究取得了一些进展,但仍面临诸多挑战,例如量子点与微腔确定性共振耦合;光学微腔与量子态相互作用的多手段调控;多微腔共振耦合的集成与实用化的量子光源等。为了攻克这些挑战,本项目围绕"微腔与量子态的耦合"这一主题展开研究,旨在发展微腔与量子的相互作用理论,建立具有自主知识产权的数值模拟平台,同时研究高品质固态微腔的制备以及与量子体系的有效耦合调控手段,开发高性能微腔量子器件和量子芯片。     

多光子纠缠及干涉度量与其应用前景

正2016年1月8日,2015年度国家科学技术奖颁奖典礼在人民大会堂举办,其中由中国科学技术大学潘建伟院士带队,彭承志、陈宇翱、陆朝阳、陈增兵共同完成的"多光子纠缠及干涉度量"项目获得2015年度国家自然科学奖一等奖。光子,即光量子的简称,是量子的一种,量子是物理量最小的不可分割的基本单位。在量子世界,有两个基本的原理,就是量子叠加和由其引申出来的量子纠缠。"量子叠加"就仿佛神话中的分身术,但量子的分身术是不能被人看到的,一旦被观察到,它的分身就会随机地消失,而只留下一个。相应的,"量子纠缠"就是多个量子的叠加态,量子之间相互纠缠,即使相     

量子材料中的有序现象及其调控的研究进展

关联体系中多种量子有序态的竞争催生了极其丰富的物理性质和相图,对它们的研究将加深人们对量子材料中基本现象和规律的认识。而对量子序调控机制的研究,将有可能产生新的关键技术和新原理原型器件。本综述介绍了国家重点研发计划项目"关联体系多种量子有序态的竞争与调控"执行两年来,在量子材料的自旋量子纠缠序、向列序、电荷序、轨道序、超导序和拓扑序等多种量子有序态的机理与调控研究中取得的主要进展。着重介绍发现了多种基于有机-无机杂化结构的超导体系和一系列含稀土元素的新型铁基超导体,在自旋液体中发现分数化的激发,对FeSe_(1-x)S_x中向列序与超导序相互作用和Li_(0.8)Fe_(0.2)OHFeSe表面电子结构和超导电性的研究,对重费米子体系中电子的局域行为和巡游行为的相互作用的研究,以及实现了固体离子门电压的调控技术并得到了多种体系的相图等重要发现。这些研究成果加深了我们对量子序的认识,建立了研究和控制量子序的手段,也为未来量子序的应用打下了基础。     

固态量子存储器

量子通信发展的最终目标是构建全国乃至洲际的大尺度量子通信网络,然而受限于光子损耗,目前安全量子通信的距离被限制在百公里量级。目前有两种方案可以有效拓展安全量子通信的工作距离,即量子中继方案和量子加密U盘方案。这两套方案所需要的核心器件都是高性能量子存储器,所以针对具体通信方案优化存储器技术指标,演示基于量子存储器的量子通信技术,是现阶段量子通信研究的核心任务。本项目针对以上科学问题及关键技术,以具体应用方案为导向,基于固体中的稀土离子系综研制高性能固态量子存储器。本文主要介绍项目实施以来相关方面的研究内容以及研究进展。     

结构导向的纳米级金属簇合物基分子功能材料光电性能调制研究：实验、理论及应用

21世纪是高度信息化的社会，信息社会对超大容量信息传输、超快实时信息处理和超高密度信息存储的需求，加快了信息载体从电子向光电子和光子的转换步伐，光纤通信、光子计算和数字化信息网络技术已成为光电信息技术发展的大趋势。相应地，信息功能材料也已由块状材料发展到薄层、超薄层微结构材料，并正向集材料、器件、电路为一体的功能集成芯片材料、有机／无机复合材料和纳米结构材料方向发展。     

利用多量子相干实现无消相干子空间

量子消相干效应是量子信息处理中的重要问题，也是实现量子计算的主要障碍之一，而无消相干子空间（DFS）是一种克服或减小消相干效应的有效方法。中科院武汉物理与数学所波谱与原子分子物理国家重点实验室魏达秀等在973计划项目“量子通信与量子信息技术”的支持下，提出了用二维核磁共振（NMR）技术和多量子相干实现无消相干子空间的新理论。     

新型人工带隙材料和器件研究

光子带隙材料与器件的研究不仅有重要科学意义,而且对推动我国高新技术的发展具有战略意义。围绕新型光子人工带隙材料和器件,开展以重大需求为牵引的全链条攻关,在基础研究以及器件与应用研究方面取得突破性进展。本文以少层人工微结构光场调控和声子晶体的奇异能带调控、微小卫星用光子晶体激光器微推光源和基于非厄米共振耦合结构的新型无线电能传输系统3个典型成果为例,阐述基础研究与应用需求有机结合的全链条工作特点。     

量子水 量子袜 量子减肥……全是大忽悠!

正一边是新闻中"量子"相关的科研成果,一边是市场上触手可及的"量子"生活用品,听起来高大上的"量子"好像一夜间就飞入了寻常百姓家。但这些日用品真如宣传的那么神奇吗?市场上各种与"量子"有关的"高科技产品"——量子能量水、量子鞋垫、量子袜、量子空气净化器,到抽象的量子医学、量子保健、量子能量植入等,这些"量子+"概念的产品,哪些是真的,哪些是大忽悠呢?     

二维新型量子体系的设计、物性探测及调控研究进展

作为一种典型的受限小量子体系,二维量子体系具有丰富的物理规律和新奇的物理效应,是探索低维物理和开展量子调控的理想材料体系。本文重点介绍新型小量子体系的理论研究和计算模拟,二维新型材料体系的构筑、物性探测与调控,新型理论计算方法和前沿实验技术的开发等方面的研究进展。在理论方面,发现二维材料激发态的普适性规律,揭示拓扑/超导体系中的演生超对称,发展第一性原理非线性光学计算方法;在实验方面,在铁基超导薄膜的制备和量子序的研究、准晶石墨烯的电子结构和石墨烯的手征对称性破缺的实现、氧化物薄膜及二维材料的离子调控等方面取得重要进展,并发展高分辨扫描超导量子干涉器等。这些原创性科学研究加深了人们对复合二维量子体系丰富量子态和新奇物理现象的理解,增强了我国在小量子体系制备、物性探测与调控方面的国际影响力。     

在铝及其合金表面制备仿荷叶表面超疏水结构

太赫兹（THz）辐射源是THz技术应用的关键器件。基于半导体的THz辐射源有体积小、易集成等优点。中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室曹俊诚等与加拿大国家研究理事会微结构研究所等单位合作，采用半导体共振光学声子设计和双面金属波导结构研制成功了激射频率为2．9THz的量子级联激光器。研究人员并进一步表征了一组除掺杂浓度外其它参数均相同的THz量子级联激光器，研究发现，     

量子通信是什么?

"绝对安全"的通信是千百年来人类的梦想之一,量子通信系统的问世,重新点燃了建造"绝对安全"通信系统的希望。那么,究竟什么是量子通信呢?目前,量子通信尚无严格的定义。物理上,量子通信可以被理解为在物理极限下,利用量子效应实现的高性能通信。信息学上,则认为量子通信是利用量子力学的基本原理(如量子态不可克隆原理和量子态的测量塌缩性质等)或者利用量子态隐形传输等量子系统特有属性,以及量子测量的方法来完成两地之间的信息传递。     

我国玻色取样实验逼近“量子霸权”

正研制量子计算机是当前国际前沿科技的重大挑战,近期中科院院士、中国科学技术大学教授潘建伟等人与德国、荷兰的科学家合作,在国际上首次实现了20光子输入60×60模式(60个输入口,60层的线路深度,包括396个分束器和108个反射镜)干涉线路的玻色取样量子计算,在四大关键指标上均大幅刷新国际纪录,逼近实现量子计算研究的重要目标"量子霸权"。国际权威学术期刊《物理评论快报》日前以"编辑推荐"的形式发表了该成果。     

量子通信是什么?

<正>"绝对安全"的通信是千百年来人类的梦想之一,量子通信系统的问世,重新点燃了建造"绝对安全"通信系统的希望。那么,究竟什么是量子通信呢?目前,量子通信尚无严格的定义。物理上,量子通信可以被理解为在物理极限下,利用量子效应实现的高性能通信。信息学上,则认为量子通信是利用量子力学的基本原理(如量子态不可克隆原理和量子态的测量塌缩性质等)或者利用量子态隐形传输等量子系统特有属性,以及量子测量的方法来完成两地之间的信息传递。     

论爱因斯坦《关于光的产生和转化的一个试探性观点》一文的得失

本文评论了爱因斯坦1905年提出光量子概念的论文,强调应当区别光的产生和转化以及光的自由传播这两种过程.以光电效应和康普顿散射为代表的一切有关实验证明了的都是光在与物质相互作用时以光子的形式出现,并没有证明光在传播中以光子流的形式存在.根据电磁场的量子理论,光在传播中一般不处在光子数的本征态,不适宜运用光子的语言来描述.     

室温工作的范德华异质结人工微结构中红外探测器及集成的研究进展

中红外波段的光电探测材料和器件涉及国防、环境和工业等部门的重要应用,一直是世界各国特别关注的研究领域。目前中红外光电探测器存在集成度差、信噪比低的困难。人工微结构可以增强材料光电性质,而石墨烯、黑磷等窄带隙二维材料具有红外光电特性好、易集成的优势。二者配合有望用来解决红外探测所面临的挑战。利用纳米条带、范德华异质结和硅光子晶体等人工微结构调控石墨烯、黑磷等窄(零)带隙二维原子晶体材料的中红外光电耦合,可以实现3～12μm中红外波段(覆盖激光雷达/成像,分子共振谱及自由空间通信的重要应用范围)光电效应的有效增强以及暗噪声的有效抑制,并实现室温工作的超高灵敏中红外光电探测。     

拓扑量子材料、物性与器件研究

形形色色的拓扑量子新材料和新物态丰富了人们对物质世界的认识,也为量子调控提供了广阔的天地。来自于中国科学院物理研究所、北京大学、北京理工大学和北京计算科学研究中心的研究团队期望通过五年的努力,设计、合成出新颖的性能优越的拓扑量子材料,发现一些重要的拓扑量子新现象,制备出具有潜在应用价值的新型拓扑电子学原型器件。项目执行两年多来,研究人员们设计并合成了三重简并点半金属等新型量子材料,在拓扑量子材料中发现了一些新奇的电子输运、磁电和热电性质,制备并初步研究了Fu-Kane理论所建议的、用于寻找马约拉纳零能模的拓扑超导量子器件。     

量子电脑

专家预计,大约在2030年,个人桌上电脑的主机将不会再使用芯片与半导体,而是充满液体.这是新一代的量子电脑,它应用的不再是现实世界的物理定律,而是玄妙的量子原理.     

量子通信

正量子通信(quantum communication)是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种通信方式,是量子论和信息论相结合的新的研究领域,主要涉及量子密钥分配、量子隐形传态和量子密集编码等技术。量子通信因其高效、安全的信息传输特性而成为量子物理和信息科学的研究热点。从1993年量子通信概念和量子隐形传送方案的提出,到1997年未知量子态远程传输的首次实现,到2006年超100公里诱骗态量子密钥