“墨子号”实现基于纠缠的无中继千公里量子保密通信

“墨子号”实现基于纠缠的无中继千公里量子保密通信

中国科学技术大学潘建伟及其同事彭承志、印娟等组成的研究团队，联合牛津大学Artur Ekert、中科院上海技术物理研究所王建宇团队、微小卫星创新研究院、光电技术研究所等相关团队，利用“墨子号”量子科学实验卫星在国际上首次实现千公里级基于纠缠的量子密钥分发。研究论文发表于Nature。基于卫星的远距离安全通信实验成果不仅将以往地面无中继量子保密通信的空间距离提高了一个数量级，并且通过物理原理确保了即使在卫星被他方控制的极端情况下依然能实现安全的量子通信，取得了量子通信现实应用的重要突破。这是朝构建全球化量子密钥分发网络甚至量子互联网的重要一步。

实现量子相干控制超分辨荧光宽场显微成像

北京大学物理学院介观物理国家重点实验室极端光学研究团队龚旗煌院士、王树峰副教授等提出了基于量子相干控制原理主动调制分子荧光发射而获得超分辨荧光显微的方法（SNAC），在宽场成像下实现了分辨率的提升。研究论文发表于Science Advances。传统的光学显微系统受到阿贝衍射极限原理的限制，无法分辨尺度小于～200nm的事物，为了突破衍射极限，超分辨荧光显微技术应运而生，在生物成像等领域得到了广泛应用。该研究将脉冲整形作为新的控制维度引入荧光超分辨，并将宽场超分辨成像技术的分辨率提升到了与单分子定位方法接近的50nm的水平。

导航波场触发的液态金属量子化轨道及金属液滴追逐效应

中国科学院理化技术研究所与清华大学联合研究小组开展复合导航波场中量子化在轨追逐的液态金属液滴对研究。研究论文发表于Physical Review Fluids。该研究设计了一系列实验来探究液态金属液滴对的轨道化追逐效应的背后原理。通过采用高速成像、数字图像跟踪、粒子成像测速等方法，揭示了振动的液态金属液池和弹跳液滴的流体力学特性。此项工作中发现的液态金属液滴对的轨道化追逐运动，与光学系统中纳米颗粒对的运动模式具有惊人的相似之处。液态金属液滴对的轨道化旋转追逐效应，是受液滴同时受局部导航波和液池全局导航波场这一复合波场的引导所致。

双层石墨烯量子点中发现贝利相位导致的谷劈裂和谷反转现象

北京大学孙庆丰教授和北京师范大学何林教授等合作，揭示了石墨烯体系中贝利相位和谷自由度的重要关系。研究论文发表于Physical Review Letters。当磁场为零的时候，两个谷中电子在动量空间的绕行轨迹受到时间反演对称性的保护完全相同，因此电子的贝利相位也相同；增大磁场，K谷的电子绕行轨迹受到等效洛伦兹力的拉伸会增大，从而导致贝利相位也增大，而K谷的电子绕行轨迹则在相反的等效洛伦兹力作用下被挤压，因此贝利相位则会减小。实验中观察到的谷能级劈裂和交叉行为，也为利用贝利相位来操控谷自由度、设计新型的谷开关器件提供了新的思路，对谷电子学的发展具有重要意义。

高效量子点上转换探测器

上海科技大学物质学院宁志军课题组以胶体量子点材料为基础，制备出一种新型、低成本、高探测率的红外上转换器件，展示了红外上转换器件在生物成像和可穿戴电子器件领域良好的应用前景。研究论文发表于Nature Electronics。近红外光电探测与成像器件在生物检测、信息通讯、军事、气象等领域中有重要作用。研究者以胶体量子点材料为基础，制备出一种新型、低成本、高探测率的红外上转换器件。这种红外上转换器件的红外吸收层和可见光发射层均采用了胶体量子点材料。受益于胶体量子点可溶液法处理的特性，除了最上面的电极，整个红外上转换器件全部采用溶液法制备，极大简化了器件的制备。

基于有机溶剂合成石墨烯量子点研究进展

中國科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心研究员王辉、林文楚与合作者，在基于有机溶剂合成石墨烯量子点（GQDs）领域取得新进展：研究发现具有特定结构的有机溶剂（双键、苯环或多极性基团）可直接碳化并形成GQDs。研究成果发表于Nanoscale。在不加催化剂以及其他有机前驱体的情况下，利用常见有机溶剂为单一前驱体，系统研究了高温密闭条件对于有机溶剂稳定性的影响。结果表明：具有特定结构的有机溶剂（双键、苯环或多极性基团）在高温溶剂热条件下可直接碳化并形成GQDs。此外，通过调整有机溶剂的种类，可以在分子水平上轻松地调控GQDs的表面基团、原位掺杂和光学性质。

利用“墨子号”量子科学实验卫星实现安全时间传递

中国科学技术大学潘建伟及其同事彭承志、徐飞虎等利用“墨子号”量子科学实验卫星，在国际上首次实现量子安全时间传递的原理性实验验证，为未来构建安全的卫星导航系统奠定了基础。研究论文发表于Nature Physics。基于量子不可克隆原理，以单光子量子态为载体的时间传递技术可以从根本上保证信号传输过程的安全性。基于“墨子号”量子科学实验卫星，潘建伟团队突破了星地单光子时间传递、高速率星地双向异步激光时间应答器等关键技术，实现了星地量子安全时间同步的技术验证，获得了30ps精度的星地时间传递，此精度达到了星地激光时间传递的国际先进水平。

可控非马尔可夫噪声通道中的量子费舍尔信息流研究进展

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心固态量子信息与计算实验室潘新宇研究员等与合作者，在金刚石氮空位中心自旋量子系统中构建了多通道的可控非马尔可夫噪声环境，并用量子费舍尔信息研究了自旋量子系统的相干态、纠缠态在非马尔可夫环境下的演化行为。研究成果发表于Physical Review Letters。该研究从实验上检验了量子费舍尔信息与非马尔可夫性的对应关系，其实验方案和结论可拓展至超导量子比特、离子阱量子比特、光量子比特等众多的量子系统中。即使环境中耗散通道不能被很好地控制，只要能测量开放系统的量子费舍尔信息，就可以用其信息流动来研究其开放系统动力学的非马尔可夫性质。