青年才俊多担纲,科创才有大作为——访上海交通大学研究员、2012级星友金贤敏

<正>今年对金贤敏来说,可谓是收获的一年。前不久他获得了自然科学基金重点项目(300万)的资助,支持他做光量子芯片研究。9月初,国内外媒体报道上海交通大学自然科学研究院特别研究员、上海市"千人计划"特聘专家、国家"青年千人计划"专家金贤敏领衔的课题组完成世界首个海水量子通信实验,观察到光子极化量子态和量子纠缠可以在高损耗和高散射的海水中保持量子特性,这是国际首次通过实验验证水下量子通信的可行性,这意味着量     

美国开启量子飞跃挑战研究所计划

<正>量子飞跃挑战研究所计划是旨在推进量子信息科学和工程前沿发展的一个大型跨学科计划,是量子飞跃计划的一部分。挑战研究所的研究将横跨量子计算、量子通信、量子模拟和量子传感等重点领域,通过多学科方式来实现这些领域内具体的科学、技术和研究人员队伍发展的目标。     

低维量子材料的研究进展

许多新奇的量子效应可以在一些特殊的材料中被观察或者观测到，这一类材料是量子效应的载体，被称为量子材料。对量子材料的研究正在引领新的技术革命，是多个研究领域的前沿热点方向。由于低维材料中电子与电子之间的关联性和电子明显的限域效应，其中存在着丰富且奇妙的量子效应或者行为。文章主要从材料中的量子效应出发介绍了影响量子材料基本特性的几种机理，并着重介绍了几种低维量子材料(拓扑绝缘体、石墨烯、硅烯、锗烯)的发展历程、发展现状和目前所面临的挑战。     

开路先锋“墨子号”

<正>虽然这是某个光子的一小步,但却代表了科学研究的一个里程碑……"墨子号"量子科学实验卫星,是中国科学院空间科学战略性先导科技专项中首批确定的5颗科学实验卫星之一。该项目是卫星与地面远距离量子科学实验平台,我国将依仗这一平台完成空间大尺度量子科学实验,以期取得量子力学基础物理研究重大突的破和一系列具有国际显示度的科学成果。     

量子计算与超级计算机

●与核聚变能源研究类似,量子计算机的研制有着诱人可能性。在二十一世纪里,这一研究可能会实现,也可能不会实现——这不仅取决于科学和技术的曲折发展进程,同样也取决于政治和经济的曲折发展进程。当人们听说我从事量子计算——一种     

高维度量子隐形传态首次实现

<正>日前,我国科学家在国际上首次成功实现高维度量子体系的隐形传态,为发展高效量子网络奠定了坚实的科学基础,被称为"量子通信领域的一个里程碑"。量子隐形传态,是一种全新的通信方式。它能借助量子纠缠这一特性,将未知的量子态传输到遥远的地点,而不用传送物质本身,是远距离量子通信和分布式     

IBM宣告量子计算时代到来

正一份IBM公司的新闻稿宣布,他们首次将量子计算共享放在云端供任何人使用,每个人都可以亲自体验IBM公司的量子处理器,从而使研究者和科学团体更便捷地加速创新,从而为这项新技术找到新的应用领域。从《新闻周刊》到《美国电气电子工程师学会综览》,今年4月,一些知名媒体开始关注量子计算。《新闻周刊》4月份的文章回顾了量子计算的发展。量子计算作为一种理论由诺贝尔奖获得者理查     

水的核量子效应研究进展

"水的结构是什么"这是Science杂志在创刊125周年的特刊中提出的21世纪125个亟待解决的科学前沿问题之一.水的结构之所以如此复杂,其中一个很重要的原因就是源于水分子之间的氢键相互作用.人们通常认为氢键的本质为经典的静电相互作用,然而由于氢原子核质量很小,其量子效应在室温下都会非常明显,氢核的量子隧穿和量子涨落将减弱经典势垒对氢原子的限制,从而增强或减弱氢键相互作用强度,改变氢键网络构型,甚至影响氢键体系的宏观物性.该综述首先概述了核量子效应的起因和表现,然后介绍核量子效应研究的传统实验手段,以及新兴的基于扫描隧道显微镜和非接触式原子力显微镜的高分辨成像和谱学技术.然后,本文总结了水中氢核量子隧穿和量子涨落的最新研究进展,尤其是深入到原子尺度的核量子效应研究,最后对核量子效应研究所面临的问题和挑战以及未来发展方向进行评述.     

超对称多重三波相互作用模型的量子可积性

量子完全可积系统是近年来十分活跃的研究领域,经典Yang-Baxter方程和量子Yang-Baxter方程在经典和量子完全可积系统理论中起着核心作用.1973年,Gaudin给出了一类新的完全可积量子模型,正如Faddeev首先注意到的,这些模型可以与经典Yang-     

量子测量的态关联与波包扁缩的动力学模型

最近,由于介观物理中部分相干性和量子宇宙学的研究,量子测量理论又重新引起人们的重视.在新的研究中,人们不再限于无休止的哲学争论,而是从具体的模型出发.逐步逼近现实测量的动力学理论描述.最近,本文作者之一(孙昌璞)在Hepp的量子测量动力学模型基础上成功地建立了同时描述经典和宏观仪器导致的波包扁缩的综合模型.然而与原来的Hepp模型及其推广一样.这一模型仍然不能恰如其份地描述测量过程的典型特     

现代物质观--量子理论的斑斓结晶

量子理论是与相对论齐名的现代物理理论.随着量子理论百余年的创造性拓展,并偕同相对论的百年辉煌,铸成了内涵丰裕的现代物质观;它与相对论时空观相与并立,同样称得上是现代文明的奇丽瑰宝. 现代物质观乃现代的科学自然观之核心,就其主要理论基础而言,可谓是量子理论的斑斓结晶.量子理论与经典物理理论有本质区别,作为其灵魂的量子概念是现代物理学中最具创新意义的革命性概念,由此而导致人们对于物质及其运动方式的认识发生本质上的极大转变.凭藉量子力学的"哥本哈根诠释",还形成了一个崭新的科学哲学观念;那就是说,包容了互补性思想的现代物质观具有深厚的哲学含义和文化底蕴.并且,出于对量子概念的深入探讨,给予"物理实在"以新的定义,这是量子理论促使"人类思想的基本概念结构"之改变的一项奇特表现(虽然对此尚有异议).无疑,伴随于时空观变革的物质观变革,确是现代文明进步的又一重大标志.     

量子生物力学

量子生物力学是生物力学的一个新的分支.它利用研究微观结构状态下机械运动的量子力学基本原理、密切联系其他量子科学和量子统计力学,试图解释生物系统的微观现象,并预测其宏观性质. 对生物现象及其过程性质的每项深入的基础研究,都要达到微观水平.生物系统的所有结构材料,都起源于由于化学键而使原子相互结合,形成生物分子.在现代实验手段的基础上,证实了有机分子的化学与物理性质不仅决定于它们的初始结构,还决定于它们的立体化学构象及其变化.这种构象决定于分子的分散段绕键的旋转和键角的变形.对构象变化的研究、对各段运动的研究、以及对克服旋转中势阻的研究,都是十分重要的问题.     

磁性分子的量子相干操控

在量子信息科技的发展中,以电子自旋作为信息载体的分子基材料因其突出的可设计性和可扩展性而被寄予厚望.基于系综的量子信息材料研究在分子设计和量子操控策略方面已有较多积累.本文从分子基量子比特的构效关系和分子设计、分子基多能级量子位的研究现状和应用潜力、多功能磁性分子等角度介绍了近年来国内外分子基量子信息材料研究的概况,并总结了该领域已取得的成果和现状,展望了今后实现突破的潜在方向和技术路线要求.我们认为,分子基量子信息材料的发展需要走向单自旋表征和操控的新阶段,并整合自旋化学与量子信息科技,以构建新的研究范式.     

量子力学随机诠释的数学结构和物理学特征

由纳尔逊和德·拉·彭那首创,并曾得到德布罗意支持的量子力学随机诠释起源于玻姆的量子势诠释和马德隆—高林武彦的流体力学表象,它统一了布朗运动和量子力学的基本方程,并且建立起经典概率同量子概率之间的严格对应关系。这一诠释引起了许多物理猜测,并成为目前研究量子力学基础问题的热点之一,但其非局域特征最终令德布罗意大为失望。     

前沿

正1中国首颗量子科学实验卫星"墨子号"成功发射我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星"墨子号"发射升空。量子卫星的成功发射和在轨运行,有望推动我国科学家在量子科学前沿领域取得重大突破,对于推动我国空间科学卫星系列可持续发展具有重大意义。2土卫六上发现有液体流动的大峡谷美国航天局研究发现,土星最大的卫星土卫六上有着     

更加安全的量子密码技术

在IBM的华生实验室里,量子计算领域的创始者之一班奈特根据量子力学的原理,正在发明一种新的加密技术--量子密码技术,这一技术将使未来的密码使用更安全.     

拓扑量子材料的研究进展

拓扑量子材料近年来已经成为凝聚态物理领域研究的国际前沿课题。在过去的几十年中凝聚态物理学者对量子霍尔效应进行了广泛研究,提出了一种基于拓扑序的研究范式,并且将拓扑这一数学概念与能带理论相结合,成功将其引入到固体电子材料的理论、计算与实验研究之中。拓扑材料具有奇特的表面态和低能耗的电子输运等性质,这些效应是由于拓扑量子态受到严格的对称性保护,对于普通的材料杂质、缺陷或无序具有很高的鲁棒性,并可以通过量子调控或相变改变其拓扑性质。这一新兴研究领域为未来的电子材料和器件,乃至基于量子拓扑体系与计算的信息技术创新探索提供了多种可能。对整个材料学的发展而言,拓扑概念的引入使人们对物质的研究更加深入,并且开始使用更加先进的数学工具描述新材料的属性。文章从拓扑绝缘体和拓扑半金属等材料计算科学的角度探讨拓扑量子材料的一些基本概念以及近年来国内外的研究进展。     

量子非局域、量子纠缠及其可能揭示的新物理

爱因斯坦等人提出的EPR佯谬和Bell隐变量理论揭示了量子力学两个相互关联的重要特性:非局域性和量子纠缠.它们使得微观量子系统之间可以建立非局域的超越经典的关联.非局域性和量子纠缠是量子力学最本质的特征.这些性质的发现不仅为解决量子力学的基本问题提供了可能,同时也揭示了量子力学不同于其他力学的根本所在,为研究量子力学与经典力学、相对论之间的关系与融合提供了新的洞察.量子非局域性和量子纠缠还提供了研究多体物理(新的拓扑相)的新工具.     

量子速度极限研究进展

研究量子速度极限不仅有助于理解量子力学基本问题,而且在量子模拟、量子非平衡热力学等领域亦有重要意义.本文首先介绍了封闭系统中两个重要的量子速度极限——Mandelstam-Tamm界和Margolus-Levitin界以及封闭系统的量子速度极限统一界.在开放量子系统中,由于系统与环境相互作用,量子系统一般不能实现正交态演化,研究开放系统量子速度极限需要考虑初态与末态之间测地线的度量方式.本文讨论了基于不同几何度量所建立的量子速度极限以及开放系统的量子速度极限统一界.基于量子力学的规范不变特性,我们建立了一个新的量子速度极限界,将量子系统演化速度与几何相位关联起来,说明量子速度极限对量子热力学、几何操控量子系统动力学演化具有重要意义.此外,基于半经典Wigner函数表示,我们也建立了量子速度极限界.最后,本文回顾了外部环境与量子系统动力学过程对量子系统演化速度极限的重要影响,并对量子速度极限的下一步研究作出展望.     

更加安全的量子密码技术

在IBM的华生实验室里,量子计算领域的创始者之一班奈特根据量子力学的原理,正在发明一种新的加密技术———量子密码技术,这一技术将使未来的密码使用更安全。在这个实验里,他们让光子在一个昵称为“马莎阿姨的棺材”的光密盒里走了30厘米。光子振荡(偏振化)的方向,代表一连串量子位里的0与1。量子位是构成密码的“钥匙”,可以对信息加密或解密。窃听者之所以刺探不到“钥匙”,是由于海森堡的测不准原理——这是量子物理的基础之一。当我们在测量量子态的某个性质时,会使另一个性质受到扰动。在量子密码系统里,任何窃取者在偷看光子束时都…