信息与工程

首次实现器件无关的量子随机数

中国科学技术大学潘建伟教授及其同事张强、范靖云、马雄峰等与中国科学院上海微系统与信息技术研究所和日本NTT基础科学实验室合作，在发展高品质纠缠光源和高效率单光子探测器件的基础上，利用量子纠缠的内禀随机性，首次成功实现器件无关的量子随机数。相关论文发表于Nature。该成果将在数值模拟和密码学等领域得到广泛应用，有望形成新的随机数国际标准。该工作及后续工作将为密码学和数值模拟以及需要随机性输入的各个领域提供真正可靠的随机性来源，同时由于可信任的随机数源是现实条件下量子通信安全性的关键环节，器件无关随机数的实验实现也进一步确保了现实条件下量子通信的安全性。

基于量子纠缠的量子随机数产生示意图（图片来源于中国科学院）

器件无关量子随机数实验装置（图片来源于中国科学院）

大脑皮层神经元信息的读码机制解析

中国科学院神经科学研究所、脑科学与智能技术卓越创新中心、中国科学院灵长类神经生物学重点实验室空间感知课题组顾勇研究员等，通过结合决策信号的测量与微电流刺激的干扰两种方法来解析大脑神经元信息的读码机制，研究论文发表于《神经元》。在猕猴大脑皮层中存在两类细胞，感觉—决策一致性细胞和感觉—决策相反性细胞。两类细胞之间通过特定的相关性噪音结构连接。微电流刺激实验表明两类细胞都贡献于猕猴的认知决策，但前者的读取权重更大，大约是后者的两倍。研究表明，大脑神经元信息的读码权重不仅与特定脑区有关，还与特定脑区中的特定神经元集群有关。

阐释量子混沌系统

清华大学丘成桐数学科学中心助理教授金龙与美国加州大学伯克利分校Semyon Dyatlov教授合作，开展双曲曲面上半经典测度具有全支集的研究，研究论文发表于Acta Mathematica。曲面或区域上的拉普拉斯算子特征函数是量子态的简单模型，其在半经典极限下的分布情况由半经典测度描述，与对应的经典力学系统的性质紧密联系。负曲率曲面上的测地流是经典的混沌系统，刻画其上的半经典测度是量子混沌领域中最重要的问题。对于曲率为负常数的双曲曲面研究证明了半经典测度具有全支集，即半经典极限下特征函数不能完全地集中在一个子集上。由此还可推出双曲曲面上线性薛定锷方程可由任意非空开集控制。

单分子场效应晶体管研究进展

北京大学化学与分子工程学院郭雪峰课题组和合作者开发了国际上第一种基于离子液体栅和石墨烯基单分子器件平台的单分子场效应器件，实现了单分子电荷输运的高效控制。相关研究成果发表于Angewandte Chemie International Edition。场效应晶体管是构建电子电路的基本单元器件，其基础原理为使用第三端栅电极来调控源漏两端电极之间的电流。通过外加电场调控单个分子中的电荷传输可以实现单分子场效应功能。这种新器件结构克服了长期困扰该领域的短沟道效应，为构建高性能的单分子场效应晶体管和研究与分子轨道能级相关的量子输运效应提供了可靠平台。

生成对抗网络研究在人脸识别领域新进展

中国科学院自动化研究所智能感知与计算研究中心孙哲南、赫然研究团队，在生成对抗网络基础上提出高保真度的姿态不变模型来克服人脸识别任务中最为经典的姿态不一致问题。研究论文发表于NIPS（人工智能顶级会议神经信息处理系统大会）。研究者总结了先前工作中存在的一些限制，例如，过于依赖低维信息约束，不能很好地保持原图的语义信息等。设计新过程，解决了这些问题。实验结果表明，该方法在基准数据集上的表现的视觉效果和定量性能指标都优于目前最好的基于对抗生成网络的方法。此外，HF-PIM所支持的生成图像分辨率也在原有方法的基础上提升了一倍。

高保真度的姿态不变模型示意图（图片来源于中国科学院自动化研究所）

在CelebA数据库的HQ子集上的可视化结果，第一行为输入图像，第二行为通过我们的模型进行人脸正面化后的结果。（图片来源于中国科学院自动化研究所）

高灵敏聚合物/AIE荧光气体传感器

中国科学院院士、中国科学院理化技术研究所研究员江雷团队通过结合聚合物和聚集诱导发光（AIE）分子，在不对称浸润性界面上限域构建聚合物/AIE荧光微米线阵列作为气体传感器，利用聚合物溶胀诱导光强变化实现对有机气体的高灵敏和特异性检测；该成果发表于Nature Communications。通过理论计算揭示了荧光传感器对气体检测的机理，并且利用现有商品化聚合物或AIE材料构建传感器阵列，实现对不同有机气体的识别，证明方法具有普适性。更为重要的是，通过调控聚合物侧链结构，可特异性识别并准确区分性质相似的有机气体。

宇宙学和暗物质前沿交叉研究

中国科学院理论物理研究所研究员李田军及其合作者提出利用一种暗物质候选粒子——轴子来自然地解释一种反常的冷却效应。相关研究成果发表于《物理评论快报》。轴子（Axion）和类轴子（Axion-Like Particles）属于WISPs，是一种理想的暗物质粒子候选者。轴子暗物质在早期宇宙演化的适当时期可通过引力相互作用在Condensed Regime形成玻色—爱因斯坦凝聚（Axion BEC）。利用暗物质轴子的玻色—爱因斯坦凝聚，在黎明时代前冷却中性气体氢，在此过程中，轴子凝聚形成的大尺度关联放大了这种冷却效应，因此，中性气体氢能够以一种简单合理的方式被冷却，最终自然地解释了EDGES观测到的反常信号。

铋氧化物高温超导机理

复旦大学物理学系教授封东来团队与南京大学教授闻海虎、北京师范大学教授殷志平等合作，揭示钡钾铋氧体系高温超导机理，研究论文发表于Physical Review Letter。高温超导是凝聚态物理的重要前沿方向。铋氧化物即是一种重要的疑难超导体系，其超导电性首次发现于1976年。合作团队通过不断优化样品质量、在世界上多个同步辐射线站优化实验条件，利用十微米量级的聚焦光束在不平整的表面上找到平整的小区域，最终获得高质量的光电子能谱。实验材料长程库伦相互作用导致了带宽极大地增加。HSE/GW计算结果也表明长程库伦相互作用所引发的带宽增加效应会导致这样远高于传统理论估算值的电声子耦合强度。