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普通物理：统计与量子物理

量子气体的高度可控和鲁棒的

中国科大潘建伟陈帅组和北京大学刘雄军组合作报噵实现了具有高度可控和鲁棒性的超冷原子二维人工自旋轨道耦合，并测量了非平凡的拓扑能带结构基于他们新近提出一项理论方案，該工作通过对回归反射的不同极化光进行相移操控实现了拉曼晶格和二维光学晶格满足精确相对反演对称的拉曼光晶格系统，并产生具囿精确可控的C4对称性的二维自旋轨道耦合这使得该拉曼光晶格系统的拓扑非平凡区域被显著放大，并导致二维自旋轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体的寿命达到数秒钟实现长寿命和精确可控的二维自旋轨道量子气体使得能够探索精密调控的相互作用效应。他们这一新实现为探索奇异的量子多体效应和具有新拓扑的非平衡动力学打开了大门（成晶晶）

从贝尔违规中提取随机性

Shen和Lee提出了违反Clauser-Horne-Shimony-Holt不等式的情况，没囿与连续泵浦光子对源具有两个高效率超导探测器组合公平采样的假设由于源的连续性，选择每轮测量的持续时间可以有效地控制参与貝尔测试的光子对的平均数量他们观察到最大的违反行为S =2.01602（32），每轮平均对数≈0.32与他们的系统整体检测效率兼容。违反贝尔不等式的系统能保证产生私密的随机性随机性提取率取决于观察到的违规和贝尔测试的重复率。对于他们的实验随机生成的最佳速率是观察到嘚违规与每轮测量的持续时间的折中，后者实际上受到检测时间抖动的限制通过量子边信息使用提取器对量子对手进行合理安全保护，怹们计算出≈1300??随机?bits/s的渐近速率在43分钟的实验运行中，他们生成了617920个随机位对应于≈240个随机bits/

通过轨道动量耦合实现一维光晶格中

Φ性费米子的交联手性阶梯

Kang等人报道了在一维光学晶格中用超冷费米原子对交联手性阶梯的实验实现。在这种梯形结构中支路是由光学晶格的轨道状态形成的，而复杂的支路间的链路是由叠加在光学晶格上的移动晶格势驱动的轨道变化拉曼跃迁产生的有效磁通量是通过迻动晶格的空间周期性来调节的。另外手性电流可以从轨道的非对称动量分布中观测到。通过测量轨道间耦合强度的动量依赖性作者茬淬火动力学中证实了复合交联的影响。本文还讨论了复杂交叉链变化的手征阶梯系统的拓扑相变（马宇翰）

可访问纠缠熵的瑞利推广

甴粒子数守恒所给出的对局部操作的限制，可用于减小全同粒子组成的两分量系统中操作上可访问的纠缠（Operationally accessible 中引入了对冯诺依曼纠缠熵的┅种运算方法在受守恒律约束的量子多体系统中测量瑞利熵的进展的激励下，Barghathi等人导出了在计算和实验中均可测量的操作上可访问纠缠嘚推广利用Widom定理，作者研究了自由费米子在空间子区域大小下的标度他们发现了一种类似空间纠缠熵的对数形式的违反面积定律的标喥律。这一标度律最多具有双对数领头阶修正对关联矩阵方法的修正在高达105个粒子的系统中证实了本文的发现。（马宇翰）

用光场的多粒子束缚纠缠

秘密共享是在信息网络中实现安全通信的传统技术中介方向n个参与者分发秘密，只有通过k个参与者的合作才能对其进行解碼（n/2<k≤n）近年来，人们利用量子资源来提高秘密共享的安全性这被称为量子秘密共享（QSS）。由于其特殊的纠缠特性光场的多粒子束縛纠缠（BE）态可应用于量子网络中来提高其通信的安全性和灵活性。Zhou等人设计并实验演示了一个QSS协议：中介方在四分量BE态上编码一个秘密然后将BE态的子码分发给四个空间分离的玩家。由于非局域和确定性BE态在四个授权玩家之间共享本文所提出的QSS方案具有保护秘密免受窃聽和抵御不诚信玩家攻击的能力。（马宇翰）

机器学习辅助多体纠缠测量

纠缠不仅仅在量子技术中扮演着重要角色而且也在我们理解多體系统量子关联中起着关键的作用。但是在一般混合态中测量纠缠的实验唯一的方法是通过重构量子体层摄影，在系统尺寸中需要一个測量的指数型数在这篇文章中，Gray等人对状态没有任何先验知识的情况下提出一种机器学习辅助的方案，用O(NA+NB)测量在NA和NB大小的任意子系統中测量纠缠。这种方法开发了神经网络来学习未知的与确定可测量动量和对数负性纠缠度相关的非线性函数的方法他们的程序会允许茬各种各样的系统中纠缠测量，包括在平衡或非平衡区内的强耦合多体系统（刘宁）

超出基于贝尔定理的策略的

量子资源可以改善通讯複杂性问题，超出其经典限制(CCPs)第一种量子方法可以分享纠缠并产生关联，可违反贝尔不等式于是这可以帮助经典通讯。第二种方法可鉯唯一地采取单量子系统的制备、传输和测量也就是量子通讯。在这篇文章中Martínez等人展示了在高维希尔伯特空间中后者相较于前者的優势。他们关注于CCPs的家族基于面贝尔不等式，研究了高维量子通讯的优势并且实现了诸如到10维系统的量子通讯策略。这些实验表明對于越大的维度，就会比基于违反贝尔不等式的量子策略更大的优势对于足够高维的情况，量子通讯也会超过只是在宏观极限中满足量孓局域性的后量子贝尔关联他们发现，这些优势与非秩1投影测量的使用相联系并且提供了在6维希尔伯特空间中，如此测量的部分设备無关的证伪（刘宁）

二维扩散方程以及与之相关的

Kac多项式的精确持续指数

Poplavskyi和Schehr计算了带有随机边界条件的2D扩散方程的持续性，也就是说茬扩散场中平面内给定点x的概率p0(t)，直到时间t也不会改变符号对于大t，他们展示了p0(t)?t-θ(2)这里θ(2)=3/16. 他们使用在2D扩散方程和Kac随机多项式的联系，表明（偶）度n的Kac多项式的概率q0(n)没有实根衰减对于大n，如q0(n)?n-3/4. 他们通过用随机矩阵的截断正交系综的另一种联系得到这个结果这允许我們可以计算扩散场零交叉的多种性质，等价于Kac多项式的实根最后，他们揭示了第四模型的一个精确联系：零温下有Glauber动力学的半无限伊辛洎旋链（刘宁）

导读：郭敏勇；责编：高思杰

动力学状态下的引力玻色-爱因斯坦凝聚

本文作者研究了由引力作用导致的未平衡的暗物质暈和迷你集群里的玻色-爱因斯坦凝聚和玻色星的形成。他们证明这种现象确实发生并且可以用动力学方程描述他们给出了凝聚时间的表達式。其研究结果表明：在主流的暗物质模型（如隐形QCD轴子模型和模糊暗物质模型）中玻色星可能会动力学地形成。

本文作者提出了一個从第一性原理出发的包含量子引力微观模型的方案可以反推顶夸克和底夸克质量以及阿贝尔规范耦合。在他们的近似下反屏蔽量子漲落会诱导产生阿贝尔超电荷的渐近安全不动点，从而导致产生唯一的固定红外值这在特定的微观引力参数下是可观测的。顶夸克和底誇克的不等量子数在规范和引力涨落的影响下会导致顶夸克和底夸克的Yukawa耦合有不同的不动点值。这导致两个夸克的动力学产生质量存在差异为了定量计算，在他们的近似中顶夸克和底夸克的电荷比优先选择接近标准模型的值，即Qb/Qt=?-1/2.

首个π介子部分子分布的

作者首次对π介子的部分子分布函数（PDFs）进行了全局的量子色动力学分析该基于巢式抽样的蒙特卡洛分析结合了πA Drell-Yan数据和HERA实验的领头中子电子产生數据。HERA的数据可以将π介子的PDFs确定至更小的x值并且有较小的，因手征劈裂函数不确定度导致的模型依赖该分析表明，在输入能标胶孓带有30%的动量分数（momentum fraction），远高于单独使用Drell-Yan实验数据得到的结果而海夸克（sea quarks）则带有较小的动量分数，大约为15%在同一个有效理论框架内，手征劈裂函数和π介子PDFs可以用来描述质子的d??u?反对称

碰撞中单、双顶夸克产生间的干涉效应

本文展示了在一个有着显著的、伴随著b夸克和W玻色子的单顶夸克产生与双顶夸克产生的干涉效应的相空间区域中的一个归一化微分散射截面的测量。实验从2015和2016年间在LHC由ATLAS记录的36.1fb-1嘚√s=13TeV质子质子对撞数据中选择了带有正好2个轻子(ee,μμ或者eμ)和2个b标记的喷注并且满足一定多粒子不便质量要求的事例。实验结果与各种鼡不同方法、对干涉的模拟预言做了比较虽然各种预言有着非常不同的干涉模型，但都在实验数据的2倍标准差(2σ)之内在对干涉最敏感嘚相空间区域，自然包含了干涉效应的第一性原理计算最好地描述了实验数据该结果对描述干涉的模型有很重要的限制作用，也为将来進一步发展和微调模型提供了指导意见

导读：宋新秀；责编：张文凯

腔-玻色-爱因斯坦系统中

本文通过对泵浦激光器进行周期性驱动，论證了腔-玻色-爱因斯坦（BEC）系统的超辐射跃迁的动力学控制作者还证明了超辐射态的优势密度波序可以被抑制，并且玻色-爱因斯坦凝聚的佽优势竞争序将会出现在稳态中此外，本文还展示了在平衡态下不存在的额外的非平衡密度波序可以动态稳定。最后施加强驱动时，系统会出现混沌动力学

本文介绍了一种Rb-129Xe自旋交换光泵浦偏振器，能够快速生成大量高度极化的129Xe气体通过建模和测量，作者最大化了129Xe核自旋极化输出以便在临床环境中每5分钟产生300立方厘米的极化129Xe气体。通过实验验证本文所提出的模型正确预测了在80厘米长的圆柱形光學单元上入射的圆极化Rb D1光子通量为3.4W/cm2时最大129Xe核极化的最佳Rb蒸汽密度。其中测量得到129Xe的磁化生产效率为ηpr= 1.8％，这接近该系统的光子效率极限ηγ= 3.3％；从而能够实现每小时2.72×1022次129Xe自旋的极化相当于STP下的100％极化129Xe的1013立方厘米。这种磁化产生率比先前发表的最高129Xe磁化产率高三倍并且能够在运行时根据需要提供超极化129Xe剂量的常规临床肺磁共振成像，以及人体大脑和肾脏的高信噪比的129Xe磁共振成像

自校准矢量原子磁力测量

原子磁力仪是测量磁场的最灵敏的方法之一。本文提出了一种利用铷原子超精细跃迁的极化依赖性将自然标度原子磁力仪转换为矢量磁仂仪的方法首先，使用自校准方法来完全确定所应用的微波场的偏振椭圆度在该方法中，光-原子相互作用提供了在正交实验系统中了解场所需要的一切然后，使用偏振椭圆度作为由麦克斯韦方程定义的三维参考来测量所施加的静态场的方向虽然用捕获的原子做了演礻，但这项技术可被应用于原子蒸汽或各种类原子的系统中

用啁啾激光脉冲控制电离

本文证明，通过改变真空-紫外激光脉冲中的啁啾方姠如果光的载波与两个束缚态共振，就可以在非常高的对比度下实现激发和电离之间的转换如果这能扩展到把跃迁包括进连续体，则這将是快速绝热通道的一个令人惊讶的结果啁啾相位锁定了两个共振耦合束缚态的线性组合，其电离振幅在适当条件下取决于啁啾方向仩相长或相消地干涉作者在最小模型中推导出这种现象，并通过氦计算为例验证了这种效应

分子光碎片态分布的弱场相干控制

众所周知，分子的光解离产生的长时间能量分辨的光碎片态分布不能在固定泵浦脉冲光谱的弱场限制下被调控然而，本文的工作在计算和数学仩都证明了当分子呈现重叠共振时，就可以在实践中规避上述限制当共振重叠的两个或多个能量被有延时的不同的激光脉冲激发时，茬与填充的不同能量相关联的产物碎片态之间会产生干扰作者发现，该干扰的发生与激发不同能量的脉冲之间的延迟时间无关因此，囸如所证明的那样该发现说明在给定能量下可以在尽可能长的时间内尽可能多次地修改碎片分布。

本文提出如何在旋转的非线性器件中通过光子阻塞来创建和操纵单向非经典光文章将此效应称为非互易光子阻塞（PB）。具体来说作者证明了在旋转的克尔谐振器中，当谐振器在一个方向而不是另一个方向上驱动时就会发生PB这是因为Fizeau阻力造成的，导致反循环模式的共振频率的完全分裂不同类型的纯量子楿关（例如单光子和双光子阻塞）可以在不同方向上以良好控制的方式出现，并且还揭示了从PB到光子诱导隧穿的过渡本文的工作为实现掱性量子技术或拓扑光子学的关键元素——量子非互易器件，开辟了一条新途径

非线性动力学和流体力学

湍流中弹性小纤维的拉伸和屈曲

绝大多数情况下，湍流中的柔性小纤维被发现和刚棒一样直这由抗弯刚度和流体拉伸的协同作用产生。但是这些纤维在翻滚并且经曆足够强大的局部压缩时，可能会弯曲这种情况类似于激活过程，其中杨氏模量的倒数起到了温度的作用数值模拟表明，屈曲在时间仩间歇性地发生这个结果由意想不到的远程湍流剪切的拉格朗日关联造成。(闫子硕)

激光尾场加速器中自注入阈值控制研究

激光等离子体加速电子束的参数控制尤其是电子从背景等离子体注入加速结构过程中的注入控制，是一项值得深入研究的课题得到高质量束的基本先决条件是暗电流自由加速（即仅注入电子加速）。Kuschel等人发现背景等离子体中小尺度密度纹波足以引起电子不受控制的（自）注入。这種纹波能短至~50μm故不能被标准干涉测量法分辨。作者们在流控制气池中实现了束特性（发散和指向）显著改善的背景自由注入实验结果得到了解析理论和三维Particlein cell模拟的支持。（秦晨牟茂淋）

水在高压下的纳秒冻结：

亚稳定极限附近的成核与生长

[编辑推荐语] 经典理论解释叻冲击波条件下冰VII相的成核与生长。

相变动力学的基础研究促进了实验方法实现最大程度过冷的可能最近快速准等熵压缩技术在这方面達到了顶峰。这种方法已经被证明在纳秒时间尺度上可以将水冻结为高压冰VII相一些实验经历了非均匀成核过程，而另一些则明显矛盾表现出均匀成核模式。在这项研究中Myint等人结合理论、模拟和实验分析，从经典成核理论的角度解释了这种看似矛盾的结果他们发现经典的成核理论能够准确的预测在极高驱动力下(|Δμ/kBT|≈1)冰VII相形成的凝固动力学，但需要两个重要的修正：(i)瞬态成核与(ii)分离固体和液体温度這是第一个能够重现实验观察的快速冷却动力学的模型。（刘瑞）

责编：袁喆马锋杰，沈卡

MoTe2相变的自旋分辨电子响应

Weber等利用自旋和角分辨光电子能谱研究了半金属MoTe2体材料在跨越中心对称破缺结构相变温度的性质低温非中心对称相下，他们在体材料费米面中观察到三维自旋纹理与第一性原理计算一致。这种自旋纹理和两种类型的表面费米弧在体材料相变温度以上并未被完全抑制形成费米弧的准粒子的壽命取决于热历史，并且随着朝向体材料结构相变的冷却显著延长这个结果表明，当体材料主要处于中心对称相时表面附近存在一种噺的极性不稳定形式。（方子明）

石墨烯干涉仪操控和表征

虽然实验上已经发现拓扑扭结态广泛存在于六角晶格磁畴壁中但是由于该扭結态一般在非常狭小的区域存在，使得对该态的描述变得相对困难本文中，作者在石墨烯系统中利用磁畴壁组成的Aharanov-Bohm干涉仪研究外磁场囷费米能级调控手段对纯谷电流的周期性调制。结果显示磁场和门电压都能够调控体系中的扭结态，但只有谷极化的电流可在该装置内傳播和干涉对于单层石墨烯器件来说，存在一个拓扑扭结状态且透射系数的振荡只有一个周期。对于双层石墨烯装置存在两个拓扑扭结态，对应两个振荡周期该发现为操控和表征谷极化的拓扑扭结态提出了新方法。（刘钱）

调节平行耦合InAs量子点中的

Nilsson等人研究了平行排列且相互耦合的双量子点中单电子和双电子占据情况下的自旋输运实验中的双量子点是结合晶相设计和静电门压工艺在InAs纳米线中获得嘚，两个量子点之间跃迁耦合系数的调节范围达到一个数量级双量子点的单电子能级间距和g因子都可以很大，分别达到10meV和10这使得作者能够研究量子点间耦合系数变化过程中系统在磁场下的基态从单态到三态的变化。作者具体研究了自旋轨道耦合导致的单三态间的反交叉能隙随着跃迁耦合系数的变化关系在强耦合情况下，作者从激发态能谱得到反交叉能隙为230μeV基于每个量子点中单轨道的简化双量子点模型和速率方程，作者用理论计算重复出了实验结果（李松）

顶点电荷通量调制面内输运特性

自从空穴掺杂铜氧化物中发现高温超导现潒后，关于高温超导现象的形成机制就一直存在争议有认为电子的关联性和自旋涨落在这里起着重要作用。然而其他现象，例如异常聲子、晶格效应以及自旋密度波等也被提出和高温超导有关本文中，作者借助于第一性原理计算表明在顶端阴离子和顶端阳离子之间洳果有更强的成键作用，将会导致更高的临界温度产生进一步，作者展示当顶端氧垂直振荡时会触发顶阳离子、顶阴离子和平面CuO4单元嘚电荷转移。该效应不仅能动态地调节给定Cu位置上的空穴能量从而控制平面电荷传递能量，而且还能以动态的方式调节电荷转移能和跳躍积分从而影响面内输运性质。（刘钱）

三维向列奇宇称超导电性

一般认为Sr2RuO4中的超导配对形式是具有dk?(kx+iky)z配对矢量的手性p波配对这种p波配对属于D4h群的Eu表示，不过这种超导序的描述与许多实验观测冲突本文中，Huang和Yao基于对称性分析讨论了轨道间、层间耦合与强自旋轨道耦合驅动具有三维特征的奇宇称配对的可能性作者重点考察了此前未被研究过的能隙函数中包含有限(kzx,kzy) 分量的Eu超导配对形式，发现在合适的条件下能够获得一种时间反演不变的向列性新型配对形式。这种向列超导态可能与Sr2RuO4中一些不易理解的现象有关比如自发边缘电流的缺失鉯及单轴压力下没有发现分离相变。(李松)

空间反演和时间反演破缺的超导电性

通常来讲三维系统中超导性出现在具有时间反演和空间反演对称性的系统。本文中Fischer等人检查了二维系统中的超导电性发现时间反演和空间反演这两种对称性并不需要同时具备，只要存在其中一種在具有相对基面镜像对称的系统就可能存在超导。作者结合能量学和拓扑学将这一类不同时存在空间反演和时间反演对称性的超导態进行了分类。这些系统包括外场下的过渡金属硫化物或者二维Rashba系统以及具有Neel反铁磁序的超导单层FeSe从能量学分析，作者得到了一些有趣嘚超导态比如，他们在Neel序FeSe中发现了一种独特的纯带内配对态以及马约拉纳手性边缘态从拓扑学角度，作者发现当系统只具有空间反演囷镜像对称性时, 超导态的能隙完全打开存在受拓扑保护的手性马约拉纳边缘模式。在所有其他情况下都不能出现手性马约拉纳边缘态泹是超导块体具有节点从而可以支持受拓扑保护的扁平马约拉纳边缘模式。作者的分析能够为设计和寻找新型二维超导体和超导异质结提供指导(李松)

Kitagawa等在接近上临界场μ0Hc2的磁场下对CeCu2Si2进行核磁共振测量，以研究其在近配对破缺场处的超导(SC)特性在较低的场中，Knight位移和核自旋晶格弛豫比率除以温度1/T1T在低于超导转变温度Tc(H)时突然降低这是在传统自旋单态超导的框架内理解的现象。相反地1/T1T在刚低于Tc(H)处增强，并当接近μ0Hc2(0)的磁场平行或垂直于c轴时显示出一段宽的最大值;

从双折射电子到相对论自旋1/2费米子的

边缘或非费米液体：一种衍生的超普适性

Roy等提絀准相对论赝自旋3/2费米子的相互作用节点费米液体的量子临界理论此系统具有两个不同费米速度的非相互作用双折射谱。当这种准粒子與无能隙玻色子自由度相互作用时它会介导长程库仑相互作用或其短程分量(自发对称性破缺的原因)，在二维远红外或量子临界状态下系统分别可由相对论自旋1/2费米子(具有独特的速度)的边缘或非费米液体描述，并且在三维下始终是边缘费米液体他们考虑了将这些假设推廣到具有任意半奇整数自旋的费米子，并推测关键的自旋1/2激发代表了对整个相互作用准相对论费米子族的超普适性描述（方子明）

传输量子比特中热的非平衡准粒子

关于铝超导性能的研究表明，体系中非平衡准粒子的激发会降低超导电路的性能了解这些准粒子的能量分咘，将有助于了解它们的生成机制、它们对超导器件所施加的限制以及如何有效地减轻其对量子解码的影响。本文中作者将传输量子仳特中的电荷奇偶性开关与量子位的弛豫和激励进行系统地关联，研究传输量子比特中的准粒子激发现象结果显示，在平均弛豫时间到200 微秒的时间范围内都可观察到准粒子激发，这表明该类设备中的准粒子损耗与其他损失机制处于同等的地位此外，准粒子激发的测量速率大于其弛豫的测量速率意味着该类准粒子比从描述其热分布中预测的更有能量。（刘钱）

导读：张鑫洁责编：严钢

表面张力在界面處的光导向运动中起着重要作用但静态光源维持连续界面运动的例子很少。本文中Hauser等人发现了一种基于吸附在流体界面处毫米级物体嘚由静态光源驱动的持续振荡运动。该振荡器依赖光热马兰戈尼（Marangoni）力的推进和毛细能的恢复作用其中推进力可用入射光强度调制，而恢复力可通过表面曲率来调节结果表明，通过调节光强大小、液滴体积和凝胶粒度等参数该振荡行为可以从规则到近乎混沌、从持续態到阻尼态之间高度变化。这是马兰戈尼效应和毛细管力共同作用促使持续运动的第一个例子同时，作者提出了一个描述该行为的定量模型为基本参数的控制提供了重要的见解，也有助于研究更为复杂的、耦合的振荡系统

类朊毒体病的多物理场：发展与萎缩

[编辑推荐語]通过对大脑中有害蛋白质的扩散和聚集过程的计算机模拟，再现了几种神经退行性疾病的损伤斑图

很多神经退行性疾病都与毒蛋白在夶脑中的扩散和累积有关，毒蛋白的聚集所产生的损伤会进一步促使细胞死亡并加速组织萎缩这些疾病的一个显著特征是，其特有的扩散斑图和时空演化与疾病不同阶段的典型症状相关联因此易于定义神经病理学可见的疾病阶段。Weickenmeier等人将输运模型与力学模型相结合研究了初始位置、各向异性和大脑的几何结构对毒蛋白浓度和由此导致的脑组织萎缩的影响。研究表明该最小模型可以重现不同神经退行性疾病的主要空间性质以及关键生物标志物的特征性整体增长。

颗粒在活性液滴中的定位

化学活性液滴是结合了相分离和化学反应的非平衡系统研究这种液滴可以揭示在非平衡环境中控制液滴的新物理机制。本文着重研究化学反应如何影响这种液滴中的固体颗粒提出了┅个活性液滴内部的颗粒定位的普适物理机制。研究发现颗粒可以通过内部和表面的化学反应导致的物质通量来定位，颗粒是否居中取決于化学反应产生的成分通量的方向作者将新提出的物理机制应用于中心体这一生物学中活性液滴的典型例子，结果表明该物理机制能夠很好地解释中心体内的中心颗粒的定位