物理前沿

实现基于人类自由意志的量子非定域性检验

中国科学技术大学潘建伟教授及其同事彭承志、印娟、张强、陈宇翱等组成的研究团队，实现了基于人类自由意志和超高损耗下的贝尔不等式检验，相关成果发表于Nature。研究团队提出了基于人类自由意志，在地球—月球之间开展贝尔不等式检验的方案，发展了GHz亮度的纠缠源和高时间分辨探测系统，实现了超高损耗下的人类自由意志参与的贝尔不等式检验，该研究成果发表于Physical Review Letters；在此基础上，他们进一步与世界上多个研究小组合作，通过“大贝尔实验”国际合作的方式，利用超过十万人的自由意志产生的随机数成功顺利进行了量子非定域性检验。

“大贝尔实验”（the Big Bell Test）结构（图片来源于Nature）

量子限域超流体

中国科学院理化技术研究所江雷院士首次提出“量子限域超流体”概念，并将文章发表于SCIENCE CHINA Materials。生物孔道中离子和分子以单链的量子方式快速传输定义为“量子限域超流体”，并指出限域孔道内离子和分子的有序超流为“量子隧穿流体效应”，该“隧穿距离”与量子限域超流体的周期相一致。仿生体系也存在量子限域超流现象，例如人工离子通道和水通道内物质的快速传输（每秒～106个离子)。通过把量子限域超流体概念引入化学领域，将引发出精准化学合成，即量子有机、无机、高分子反应等。引入到生物学领域，将产生量子超流的生物化学、生物物理、生物信息学以及生物医学等。

太赫兹波段主动调控材料和器件研究进展

中国科学技术大学陆亚林教授量子功能材料和先进光子技术研究团队研究了太赫兹波与超构材料、氧化物超晶格薄膜相互作用机制，并成功制备了超快的太赫兹调制器，率先实现了皮秒级的高调制深度的太赫兹超快开关；同时制备了多功能的太赫兹器件，在单一器件中实现电开关、光存储和超快调制多种功能。相关研究成果相继发表于Advanced Optical Materials和Optics Express。太赫兹波具有独特的时域脉冲、低能、谱指纹、宽带等特性，它在物理化学、材料科学、生物医学、环境科学、安全检查、卫星通讯等领域有着广阔的应用前景。

单中心近邻原子协同催化

中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心和化学与材料科学学院曾杰教授研究团队，通过构筑高铂负载量的铂—硫化钼原子级分散催化剂，揭示出单中心近邻原子协同催化作用机制，该协同作用是通过近邻金属原子之间的配位硫原子体现出来的，研究论文发表于Nature Nanotechnology。论文首次提出了“单中心近邻原子协同催化”这一新概念，突破了人们对单原子之间互不干扰的传统认识。研究发现近邻单原子之间的协同作用是通过其配位原子体现出来的。该发现将人们的视线从单纯对单原子的研究，延伸到对单原子的配位原子的研究，为单原子催化开辟了新的研究方向。

水合离子的微观结构和幻数效应

北京大学量子材料科学中心江颖课题组、徐莉梅课题组、北京大学化学与分子工程学院高毅勤课题组与北京大学/中国科学院王恩哥课题组合作，得到了水合钠离子的原子级分辨图像，并发现了一种水合离子输运的幻数效应，研究论文发表于Nature。研究人员基于扫描隧道显微镜发展了一套独特的离子操控技术，来可控地制备单个离子水合物。发展了基于一氧化碳针尖修饰的非侵扰式原子力显微镜成像技术，可以依靠极其微弱的高阶静电力来扫描成像。继而发现了一种有趣的幻数效应：包含有特定数目水分子的钠离子水合物具有异常高的扩散能力，迁移率比其他水合物要高1～2个量级，甚至远高于体相离子的迁移率。

钠离子水合物在NaCl表面输运的幻数效应效果图，表明包含3个水分子的钠离子水合物具有异常高的扩散能力。（图片来源于北京大学）

水分子使氯化钠（NaCl）溶解形成离子水合物（图片来源于北京大学）

最大规模光量子计算芯片

上海交通大学物理与天文学院金贤敏研究团队报道了世界最大规模的三维集成光量子芯片，并演示了首个真正空间二维的随机行走量子计算，这也是国内首个光量子计算芯片，相关论文发表于Science Advances。通过发展高亮度单光子源和高时空分辨的单光子成像技术，直接观察了光量子的二维行走模式输出结果。实验验证量子行走不论在一维还是二维演化空间中，都具有区别于经典随机行走的弹道式传输特性（ballistic transport)。这种加速传输正是支持量子行走能够在许多算法中超越经典计算机的基础。该研究首次在实验中成功观测到了瞬态网络特性，进一步验证了所实现的量子行走的二维特征。

冷衬底上生长超稳定金属玻璃

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心极端条件物理重点实验室汪卫华研究组博士生罗鹏在研究员汪卫华和白海洋的指导下，采用低速率离子束溅射沉积，克服了以往超稳定玻璃只能在高温沉底上制备的限制，在无需对衬底加热的条件下，制备出甚至比以往在高温衬底上得到的金属玻璃具有更高稳定性的超稳定金属玻璃薄膜，研究论文发表于Nature Communications。在室温衬底，也就是～0.43Tg的冷衬底上，实现高达60K的玻璃转变温度的提升，打破了以往的超稳定玻璃只能在高温衬底上制备的固有认知，是对以往的超稳定玻璃形成机制认识的一个挑战。

在磁光谱中观测到手性朗道能级

复旦大学物理系修发贤教授课题组开展外尔半金属砷化铌中的手性朗道能级与拓扑准粒子相关研究，在外尔半金属砷化铌中探测到手性朗道能级，研究论文发表于Nature Communications。由于外尔半金属的手性朗道能级在磁场方向是线性色散的，光学跃迁有可能发生在非零动量处。此时，对应的跃迁频率也将明显受到费米面的影响。对于已进入和未进入量子极限的两个外尔点，允许的光学跃迁数目将完全不同。磁光谱中的诸多证据都清楚地证明了砷化铌中存在着独特的手性朗道能级。另外，手征性作为一种赝自旋，使外尔半金属可以应用到自旋和能谷电子学中，从而实现新一代的低能耗存储器件。