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物理  
  物理--2018, 47 (9)   发布日期: 2018-09-12

本期封面反映的是,北京大学物理学院极端光学创新研究团队利用大规模集成硅基纳米光量子芯片技术,对高维度光量子纠缠体系的高精度、普适化量子调控和量子测量。图中示意了该大规模集成光量子芯片,相应的研究结果发表于Science (Wang J et al. Multidimensional quantum entanglement with large-scale integrated optics. 2018,360:285)。集成光学量子芯片技术,使用半导体微纳加工方法,单片集成光量子器件,从而对量子信息的载体单光子进行处理、计算、传输和存储等。研究团队提出了一种新型的高维量子态方式,通过硅基纳米光子集成技术,实现了目前集成度最复杂的光量子芯片(550多个元器件),达到了对高维量子纠缠体系(15×15维)的高精度、可编程,且任意通用量子操控和量子测量,并展示出高维量子体系在量子通信和量子计算方面的独特优势。

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评述

真空不空 Hot!

涂涛,郭光灿
2018, 47(9): 549-556     全文: PDF (2613 KB)   ( 下载: 1021 )
摘要

在物理学中,真空是一个非常古老的概念。一方面,相对论的诞生摒弃了经典物理学中的真空中充满以太的概念,另一方面,量子力学的建立,又赋予了真空非常丰富的物理内容。作者将综述在相对论量子力学、量子场论以及量子信息学的视角下,所揭示的真空的各种结构和特性。不难发现,真空的量子理论,在现代物理学诸多领域中占有非常重要、甚至是根本性的地位;而且对于真空本质的进一步深入研究,将有可能带来量子物理学新的革命性的发展。

缅怀洪朝生先生

热血拓荒路 低温物理情——追忆恩师洪朝生先生 Hot!

李来风
2018, 47(9): 557-567     全文: PDF (2590 KB)   ( 下载: 992 )
摘要

洪朝生(1920—2018), 物理学家,福建闽侯人。中国低温物理、超导和低温工程研究的开拓者和奠基人之一。中国科学院学部委员(院士)。

人物简历

洪朝生1920 年10 月10 日出生于北京。1927—1936 年分别在北京育英学校和汇文中学学习;1936—1940 年在清华大学电机系学习,获工学学士学位,1940 年毕业后留校任教,就职于西南联大机电系助教。1943 年考取第6 届庚款留美公费生,1944 年考取第8 届庚款留英公费生,最后选择赴美留学。1945 年入美国麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology,简称MIT)物理系深造,1948年获科学博士学位。1948—1950 年任普渡大学(Purdue University)物理系博士后研究员,从事半导体低温性能研究。留学期间,1949 年参与组建留美中国科技者协会,当选为理事并负责组织工作。1950 年赴荷兰莱顿大学(Leiden University)低温实验室工作,任研究助理。1951 年11 月取道地中海经香港回国,接受钱三强建议在中科院应用物理所开创低温物理研究,先后任副研究员、研究员、低温室主任,1952 年兼任清华大学物理系、北京大学物理系教授。1958 年兼任中国科学技术大学教授并创建低温物理专业。1956 年参加制定“全国十二年科技发展远景规划”。1964 年当选为第3 届全国人民代表大会代表。“文化大革命”期间受到冲击。1972 年参与筹建汉中国防科委低温与超导研究所。1974 年筹办第1 届全国超导学术会议;1978—1998 年当选第5、6、7、8 届全国政协委员。1978 年起先后任中科院物理所副所长、中科院低温技术实验中心主任。曾兼任中国物理学会副理事长(1978—1987),中国制冷学会副理事长(1982—1998),国际低温工程委员会(International Cryogenic Engineering Committee,简称ICEC)副主席(1980—1992)。1980 年选聘为中国科学院学部委员(院士);1983 年任“六五”科技攻关项目超导技术攻关组组长。1978 年获全国科学大会奖;1990 年获首届胡刚复实验物理奖;2000 年获得国际低温工程领域最高奖——门德尔松奖(Mendelssohn Award);2011 年获得美国低温工程学会(Cryogenic Engineering Conference)颁发的柯林斯奖(Samuel C. Collins Award),这也是该奖项首次颁给外国人。

斯人不重见 将老失良师 Hot!

阎守胜
2018, 47(9): 568-571     全文: PDF (1550 KB)   ( 下载: 969 )
摘要

这些日子,常常想到洪先生,只是再也不能和他聊天、听他的教诲了。想起杜甫悼念友人的诗句“斯人不重见,将老失知音”,就将“知音”改为“良师”,用这篇短文,寄托我的感激、敬佩和思念吧!

怀念洪朝生先生 Hot!

欧阳钟灿
2018, 47(9): 572-572     全文: PDF (1196 KB)   ( 下载: 942 )
摘要

在洪朝生先生逝世当天收到李来风的衔哀短信,我深感悲痛,第一时间转告我们所的领导及我服务的《物理学报》和《中国物理B》编辑部,他们向洪先生治丧委员会表达了深切的悼念,代表了我们后辈对洪先生为中国物理科学、科教事业、“两弹一星”及航天工业巨大贡献的崇高怀念与敬仰!

我所了解的洪朝生先生 Hot!

赵忠贤
2018, 47(9): 573-573     全文: PDF (1452 KB)   ( 下载: 1022 )
摘要

2018 年物理所成立90 周年的成就里提到了洪朝生先生,就是他带领团队研制了中国第一台氢液化器,中国第一台氦液化器。这些技术也转移到了其他应用部门,如航天等。有了低温条件才有后来的超导研究和其他方面的研究。包括现在我们进行的玻色—爱因斯坦凝聚,以及一部分量子计算方面的研究。

前沿进展

纳米气泡的科学之谜 Hot!

张立娟,方海平,胡钧
2018, 47(9): 574-583     全文: PDF (3524 KB)   ( 下载: 1268 )
摘要

固液界面性质研究,特别是纳米尺度下的性质,一直是基础科学和工业界非常关注的一个方向。纳米级气泡,看似简单,实际不简单的体系,从2000年第一篇关于纳米气泡文章的发表后,大量的相关研究鱼贯而出。距今已经17年过去了,但该领域的研究仍然存在一些未解之谜,例如纳米气泡的超高稳定性等纳米特性。另外,纳米气泡的发现及其特殊性质,带来了新的纳米概念,催生了很多重要的应用,如污水的处理,植物、动物的生长,医学诊断等。文章主要回顾纳米气泡的由来、研究历程、产生方法、基本性质,以及未来的重要应用。每一次科技革命,将带来技术上的突破,期待纳米气泡的科学之谜,随着先进技术的诞生,终将揭开神秘的面纱。

研究快讯

三维拓扑磁振子在真实材料体系中的实现 Hot!

鲍嵩,李建新,温锦生
2018, 47(9): 584-585     全文: PDF (3392 KB)   ( 下载: 943 )
摘要

将“拓扑”这一数学概念引入物理学后,一方面推动了基础物理学研究的发展,另外一方面也促使了大量新颖拓扑量子材料的出现,例如石墨烯、拓扑绝缘体、三维狄拉克半金属以及外尔半金属等,极大地丰富了材料科学,为低耗散、更稳定的下一代电子器件的发展奠定了材料基础。

物理攫英

液体的奥秘

厚美瑛 编译
2018, 47(9): 587-589     全文: PDF (3098 KB)   ( 下载: 1006 )
摘要

我们可能会认为对液体已经知之甚详,John Proctor 的研究引我们进入高压下的液体,他的研究还可能带我们了解行星的内部情况。

第一批恒星可能照亮了暗物质

戴闻 编译
2018, 47(9): 590-590     全文: PDF (1316 KB)   ( 下载: 987 )
摘要

暗物质的性质是宇宙学中最长久的困惑之一。天文学家已经确定,暗物质是宇宙中物质的主要构成,但它们至今无法被辨认。最近,对“黑暗时代”之后宇宙黎明的观测,发现了一条可能的线索——涉及第一批恒星形成的时代。今年早些时候,研究人员报告了一个令人惊讶的强吸收信号,它来自被第一批恒星的光激活的气体。现在,一系列新的论文揭示,从这种意想不到的吸收中,可以推断出暗物质。例如,假设暗物质携带小电荷,使暗物质与普通物质产生弱相互作用,就可以解释这种吸收。

暗物质或因中子衰变露出马脚

徐仁新 编译
2018, 47(9): 591-591     全文: PDF (1216 KB)   ( 下载: 1003 )
摘要

中子约在14.5 min 内衰变,但其确切寿命仍有争议,原因是两类中子衰变实验给出了相互矛盾的测量结果。这一差异可能源于某些未知的实验系统误差,但也可能是因为中子会衰变成看不见的暗物质粒子。如今人们对这后一种设想产生了极大兴趣,并试图进行实验检验以限制相关理论模型。

测量宇宙膨胀的理想工具——中子星黑洞并合

徐仁新 编译
2018, 47(9): 591-591     全文: PDF (1216 KB)   ( 下载: 927 )
摘要

正在萌芽的引力波天文学提供了若干前所未有的机遇。例如,依据引力波测量得到的距离,人们即可确定宇宙各处的膨胀。麻省理工学院Vitale 和哈佛大学Chen 的研究表明,黑洞与中子星并合这类特殊的引力波源可能是测量宇宙膨胀率的最佳工具。

超导“小时代”

超导“小时代”之三十五:室温超导之梦

罗会仟
2018, 47(9): 592-594     全文: PDF (2420 KB)   ( 下载: 845 )
摘要

所谓室温超导,指的是在地球室温环境下(通常默认是300 K,也即27 ℃)就能够实现零电阻和完全抗磁性的超导材料。这意味着,室温超导材料对应的超导临界温度必须在300 K 以上。事实上,自从超导材料被发现以来,人们就没有停止过对室温超导的向往和探索。甚至可以说,诸如有机超导体、重费米子超导体、铜氧化物高温超导体、铁基超导体等都是室温超导探索之路上的偶然发现。直到最近,人们还在孜孜不倦地追求室温超导材料。全球最大的论文预印本网站arXiv.org 经常报道出各种“ 室温超导体”,比如2016 年Ivan Zahariev Kostadinov就声称他找到了临界温度为373 K 的超导体,他没有公布这个超导体的具体组分,甚至为了保密把他的研究单位写成了“私人研究所”。又如一队科研人员声称在巴西某个石墨矿里找到了室温超导体,并且做了相关研究并正式发表了论文。还有,在2018 年8 月,两位来自印度的科研人员号称在金纳米阵列里的纳米银粉存在236 K甚至是室温的超导电性,并且有相关的实验数据。毫无疑问,这些声称的“室温超导体”,都是很难经得住推敲和考证的,它们很难被重复实验来验证。有的根本没有公布成分结构或者制备方法,就无法重复实验;有的实验现象极有可能是假象;有的实验数据极有可能不可靠。关于373 K 超导的材料,所谓的“室温超导磁悬浮”实验更像是几块黑乎乎的材料堆叠在磁铁上而已(图3)。关于236 K 超导那篇论文中数据就被麻省理工学院的科研人员质疑,因为实验数据噪音模式“都是一样的”,这在真实实验中是不可能出现的事情(印度作者之后又辟谣成“量子噪音效应”)。这确实是令人沮丧的,绝大部分室温超导体都这么不靠谱,那么该相信谁?

物理学漫谈

海森伯模型的谱,到底有多靠谱?

孟子杨
2018, 47(9): 595-598     全文: PDF (2199 KB)   ( 下载: 918 )
摘要

所谓动力学性质,主要是指谱学行为,如关联电子系统中的准粒子(quasiparticle) 能谱、量子磁学系统中的自旋波磁振子(magnon) 能谱。这类能量、动量依赖的谱函数,可以告诉人们量子多体系统的诸多本质信息,而且与现代凝聚态物理学的实验手段直接相关。比如角分辨光电子谱技术测量的就是固体材料的电子结构( 即准粒子能谱),而中子散射技术测量的就是量子磁学材料中的自旋波磁振子能谱。从准粒子谱中,可以看到费米面的形状,以及费米面上准粒子权重的分布,比如高温超导体中的费米弧(Fermi arc), 还有拓扑绝缘体、半金属中的狄拉克锥(Dirac cone)。从自旋波磁振子谱中可以看到系统的自旋排布,更可以看到自旋波磁振子的色散关系,从而确定自旋交换相互作用J 的大小。再比如目前人们正在寻找的量子自旋液体材料中的连续谱和连续谱背后所蕴涵的分数化自旋子(spinon) 元激发,这些谱学行为是寻找与确定拓扑序这种超越了朗道对称性破缺框架的物质形态的直接证据

物理学咬文嚼字

物理学咬文嚼字之一百:万物皆旋(下)

曹则贤
2018, 47(9): 599-609     全文: PDF (3940 KB)   ( 下载: 943 )
摘要

Spiral, spire, 与to turn 有渊源。大自然用spiral 来创造许多结构,比如植物的卷须(tendrils),星系的旋臂(curling arms of galaxies),还有螺壳,所以汉语将之译为螺旋。弯曲是在有限空间获得长度的策略,是动植物都会自动采用的策略。转动的流体,常常会形成弯曲的花样,不过区别于vortexes,spirals not closed as circles (螺旋不会闭合为圆)。转动的物体喷流,在实验室观察到的是甩出了很漂亮的spirals。从旋转圆盘上飞出去的物体在实验室参照框架里看是匀速直线运动,但从飞出去那点看就是一条螺旋线。

科学咖啡馆

探索生命奥秘 解析基因密码——中国科学院物理研究所“基因与健康”主题讨论侧记

田荫华,李淼,魏红祥
2018, 47(9): 611-612     全文: PDF (2845 KB)   ( 下载: 765 )
摘要

2018 年8 月27 日晚,由科技部政策法规与监督司、中国科学院科学传播局、北京科学技术委员会支持,中国科学院物理研究所承办的第29 期科学咖啡馆活动,有幸邀请到了北京协和医院外科手术专家、基本外科结直肠专业组主任医师——林国乐教授。

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