发现陈数笼目磁体TbMn6Sn6

发现陈数笼目磁体TbMn6Sn6

北京大学物理学院量子材料科学中心贾爽副教授、普林斯顿大学的M. Zahid Hasan教授以及合作者研究了一种新的笼目磁体TbMn6Sn6。相关论文发表于Nature。这种材料具有分立的纯净锰原子形成的笼目晶格，而且其同时具有平面外铁磁基态以及较大的磁矫顽力。实验利用光谱成像方法直接观察到了具有平面外磁化的纯净锰基笼目晶格。当外加磁场时，在笼目晶格上观测到了明显的朗道量子化，这在其他任何笼目材料中都没有发现。这种特有的朗道扇结构揭示了自旋极化的狄拉克费米子具有很大的陈数能隙。实验还发现了显著的本征反常霍尔效应标度，这与谱学研究结果完全一致，证明能隙的陈数为1。

量子点光催化剂活性中心的定点“锚定”研究进展

中国科学院理化技术研究所吴骊珠、李旭兵等在量子点光催化剂活性中心的定点“锚定”及其优异产氢性能研究方面取得新进展。相关论文发表于Matter。通过人工光合成将太阳能转化为化学能并以氢气等形式储存起来，是太阳能转化和利用的一种有效途径。在众多人工光合成制氢反应研究中，基于半导体量子点与廉价金属离子构筑的人工光合成体系展现出了高活性和稳定性，已成为光催化分解水制氢的一条高效、便捷且经济的途径。研究团队发展的选择性阳离子交换的手段实现廉价金属离子在量子点表面的定点、定向负载，为构筑高效、稳定的光催化剂提供了新策略。

较低能量下化学反应中的量子几何相位效应

中国科学院大连化学物理研究所孙志刚、杨学明等与中国科技大学教授王兴安合作，在H+HD→H2+D反应中的几何相位效应研究中取得新进展。相关论文发表于Nature Communications。研究发现，与之前2.77电子伏反应能量处的几何相位效应不同，在较低能量处，几何相位效应不仅体现在前向散射振荡上，而且较多地体现在后向散射振荡上。研究者采用经典轨线理论分析，揭示了几何相位效应来自于直接反应途径和漫游反应途径的干涉效应。论文证实了在采用波恩奥本海默近似之后，化学反应中的几何相位效应是真实存在的。几何相位效应对于化学反应的影响，是以影响微分截面的角分布样式而体现的。

银铟硫量子点的自发辐射放大效应研究

中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室和重庆大学合作，通过使用银铟硫量子点作为增益介质，获得放大的自发辐射作用，具有良好增益性能。相关论文发表于Journal of Materials Chemistry C。研究团队探索了一三五族胶体量子点的受激特性，即自发辐射放大性能。通过将两个高反射性布拉格反射镜作光学谐振腔，结合具有高光致发光量子产率（52%）的银铟硫量子点作为增益介质，实现了光放大效应。此外，通过调节布拉格反射镜的层数以找到更好的器件结构。论文揭示了传统银铟硫量子点作为光放大资源的可行性，有效设计布拉格光学微腔在光放大方面具有应用前景。

超导量子计算实验进展：动力学相变的超导量子模拟

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心与浙江大学在超导量子计算研究方面开展合作，许凯、郑东宁、范桁、王浩华、野理（F. Nori）等人利用16个超导量子比特实现了动力学相变的量子模拟。相关论文发表于Science Advances。合作团队利用前期20量子比特薛定谔猫态工作中所研发的全联通超导多量子比特器件。实验展示了第一類动力学相变。通过对多比特量子态自旋压缩性质的测量，揭示了动力学相变临界点和自旋压缩态产生的直接关联。通过测量不同横场强度下自旋压缩系数的时间演化，发现动力学相变临界点附近的自旋压缩最为显著，测得的压缩系数体现了多体真纠缠的存在。

实验实现最优量子纠缠态检验

中国科学技术大学郭光灿院士团队首次实验实现了最优效率的多光子纠缠态检验。相关论文发表于Physical Review Letters。量子纠缠是量子通信和量子计算研究中重要的资源，制备高质量的纠缠态是实现众多量子信息方案的基本前提。而如何刻画这些实际纠缠态的质量是实施相关量子信息方案首先要解决的问题。研究人员构造了一种新的纠缠态测量方法，可以快速检验出实际制备的多体纠缠态相对于目标纠缠态的保真度，测量精度达到海森堡极限，更重要的是该方法所需测试样本数不会随着纠缠态规模增大而增加。最优量子纠缠态检验方法对大规模量子通信和量子计算网络具有重要意义。

量子计算算法模拟化学分子研究

北京量子信息科学研究院和清华大学联合团队魏世杰、龙桂鲁等开展了全量子本征求解器（Full Quantum Eigensolver，FQE）研究。相关成果发表于Research。把二次量子化的费米哈密顿量映射到希尔伯特空间的比特形式哈密顿量，应用量子梯度下降算法求得哈密顿量的基态能量和基态波函数。具体而言，在一个量子计算系统中，首先设定一个合适的量子初态，通过构造的量子算法给出量子线路实现对应的动力学演化，通过迭代收敛到基态，最后测量量子态得到需要的信息。FQE全部在量子计算机上进行，可以在现在的53比特的IBM和谷歌的有噪量子计算机上计算，也可在今后大型的容错量子计算机上计算。

拓扑量子磁性研究进展

清华大学物理系江万军课题组与国内外合作者在拓扑磁结构的旋性布朗运动方面取得进展。相关论文发表于Physical Review Letters。研究发现磁性薄膜中斯格明子的布朗运动行为与爱因斯坦的理论预测存在显著差异。斯格明子是一种具有自旋拓扑属性的准粒子，它在热扰动影响下会发生随机运动。取决于斯格明子的自旋拓扑态，具有相反拓扑电荷Q=±1的斯格明子，布朗运动轨迹分别沿顺时针和逆时针方向旋进。由于缺陷的钉扎效应，还观测到扩散系数随温度呈指数依赖关系，这与爱因斯坦的线性温度扩散理论相违背。此项研究为理解拓扑磁结构的非平衡动力学和自旋电子器件的开发和应用提供了帮助。