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学科简介

 中国科(ke)学(xue)技术(shu)大学(xue)自旋(xuan)物(wu)(wu)理(li)学(xue)科(ke)主要以自旋(xuan)为(wei)研究(jiu)(jiu)对象,瞄(miao)准量子信息物(wu)(wu)理(li)学(xue)的(de)科(ke)学(xue)和技术(shu)发展前(qian)沿,研究(jiu)(jiu)方向(xiang)包括:量子计算和量(liang)子(zi)(zi)模拟(ni)、量(liang)子(zi)(zi)精(jing)密(mi)测量(liang)、量(liang)子(zi)(zi)物理(li)(li)和理(li)(li)论、量(liang)子(zi)(zi)器件、量(liang)子(zi)(zi)技术(shu)和仪器等(deng)方向。依托中国(guo)科学院微观磁共振重点(dian)实(shi)(shi)验(yan)室(shi),实(shi)(shi)验(yan)室(shi)专注于(yu)自旋量(liang)子(zi)(zi)物理(li)(li)及(ji)其应用的(de)(de)研(yan)究,是(shi)国(guo)内自己培养成(cheng)长起来、在自旋量(liang)子(zi)(zi)调控(kong)领域具有(you)国(guo)际知(zhi)名度的(de)(de)研(yan)究室(shi)。多年(nian)来自主(zhu)研(yan)发了一(yi)系列国(guo)际领先的(de)(de)自旋量(liang)子(zi)(zi)物理(li)(li)实(shi)(shi)验(yan)技术(shu)和实(shi)(shi)验(yan)装(zhuang)备,并用以在量(liang)子(zi)(zi)计算、量(liang)子(zi)(zi)模拟(ni)、量(liang)子(zi)(zi)精(jing)密(mi)测量(liang)等(deng)方面(mian)做出了系列具有(you)重要国(guo)际影(ying)响的(de)(de)研(yan)究成(cheng)果。

现有教(jiao)职员(yuan)工(gong)30余人,每年担(dan)任多门本科生基(ji)础(chu)课、研究生基(ji)础(chu)课和(he)专业课等课程(cheng)的教(jiao)学。

  

主要研究方向及(ji)研究团队(dui)

一、量子计算和量子模拟:

(1)量(liang)(liang)(liang)子计(ji)算(suan)方(fang)向,发展高(gao)精度多比特量(liang)(liang)(liang)子自(zi)旋(xuan)操(cao)控技(ji)术(shu),实(shi)现通(tong)用量(liang)(liang)(liang)子逻辑门(men)保(bao)真(zhen)度超过容错量(liang)(liang)(liang)子计(ji)算(suan)的(de)(de)阈值要求;研(yan)究基于不同自(zi)旋(xuan)体(ti)系(xi)的(de)(de)量(liang)(liang)(liang)子计(ji)算(suan)方(fang)案,探索磁、力(li)、光(guang)等(deng)(deng)多种(zhong)数据(ju)总线的(de)(de)方(fang)式(shi),实(shi)现自(zi)旋(xuan)量(liang)(liang)(liang)子比特间(jian)的(de)(de)高(gao)效耦合;开展量(liang)(liang)(liang)子算(suan)法(fa)的(de)(de)实(shi)验(yan)研(yan)究,研(yan)究量(liang)(liang)(liang)子线路(lu)、单程量(liang)(liang)(liang)子计(ji)算(suan)、绝热(re)量(liang)(liang)(liang)子计(ji)算(suan)等(deng)(deng)多种(zhong)计(ji)算(suan)模型,探索适合自(zi)旋(xuan)系(xi)统量(liang)(liang)(liang)子计(ji)算(suan)原(yuan)型机特点的(de)(de)计(ji)算(suan)模型。实(shi)验(yan)实(shi)现量(liang)(liang)(liang)子人工(gong)智能算(suan)法(fa),演(yan)示解决模式(shi)识别(bie)、异常(chang)检测等(deng)(deng)大数据(ju)处理任务(wu),展示其与经典算(suan)法(fa)相比的(de)(de)优越性。

(2)量子模拟方向,发展基于自旋的高性能量子模拟器及其操控技术,用以实现对拓扑材料、复杂分子、长程相互作用自旋体系等的量子(zi)模拟(ni),完成对拓扑不(bu)变量、拓扑量子(zi)相变及(ji)拓扑激发等重要物理(li)量和物理(li)性质的测量与(yu)观测。

 负(fu)责人:   Email: xhpeng@tbo-geo.com

  

二(er)、量子精(jing)密测量:

(1)纳米(mi)分辨(bian)率(lv)磁(ci)成(cheng)像(xiang)。金刚(gang)石氮-空位(wei)中(zhong)心(xin)(NV 色心(xin))作(zuo)为单自旋量子(zi)传感器,实现纳米(mi)空间分辨(bian)率(lv)的磁(ci)成(cheng)像(xiang);并对磁(ci)畴、斯格明子(zi)等(deng)磁(ci)性(xing)材料进行纳米(mi)分(fen)辨率(lv)(lv)(lv)磁(ci)成像,揭示其物(wu)理(li)特性(xing),研究(jiu)其磁(ci)相变临界现象(xiang)等(deng);通过硅材料中(zhong)的(de)单个原子(zi)作(zuo)为探针,来表征器(qi)件(jian)(jian)内(nei)部的(de)应力、电场(chang)等(deng)对(dui)器(qi)件(jian)(jian)迁移率(lv)(lv)(lv)直接(jie)相关的(de)参数,并通过微米(mi)磁(ci)体的(de)辅助实现三维的(de)高分(fen)辨率(lv)(lv)(lv)的(de)表征。

(2)高(gao)灵敏(min)度(du)磁(ci)探测(ce)。发(fa)展(zhan)超高(gao)灵敏(min)度(du)原(yuan)子(zi)磁(ci)传感的新原(yuan)理新方(fang)法,发(fa)展(zhan)以气态碱金属原(yuan)子(zi)自旋以及惰性核自旋作为磁(ci)敏(min)感介质的新型磁(ci)传感方(fang)法,朝(chao)亚飞特斯(si)拉级的磁(ci)场测(ce)量灵敏(min)度(du)推进。

(3)单(dan)分(fen)子(zi)科(ke)学。发(fa)展单(dan)分(fen)子(zi)磁共振谱学技术,实现具备(bei)原(yuan)子(zi)分(fen)辨能(neng)力的单(dan)分(fen)子(zi)谱学技术,研(yan)究单(dan)分(fen)子(zi)结构和功(gong)能(neng),在活细(xi)胞原位(wei)实现重要(yao)膜蛋白质(zhi)的结构和功(gong)能研(yan)究技术和科学的突破。

 负责人:   Email: fzshi@tbo-geo.com


三、量子物理和理论:

(1)宏观量子效(xiao)应实验研(yan)究(jiu)我们利用单自(zi)旋(xuan)(xuan)量子态与纳米机械(xie)系统以(yi)及(ji)低(di)维系统(如自(zi)旋(xuan)(xuan)波,拓扑边缘态等)的宏观元激(ji)发相互作(zuo)用作(zuo)为(wei)实验系(xi)统开展(zhan)(zhan)宏观量子(zi)效(xiao)应研究。同时开展(zhan)(zhan)的(de)方向还有非标准(zhun)模型的(de)相关实验研究。

(2)理论(lun)方向,以基(ji)于量子力学的(de)第一性原理计算为(wei)主要手(shou)段,开展固体中(zhong)的(de)点(dian)缺(que)陷(xian)、二维材料(liao)和(he)(he)表(biao)面在内的(de)基(ji)态(tai)和(he)(he)低激发态(tai)几(ji)何和电(dian)子(zi)结构、光电(dian)磁(ci)性(xing)质的研究。探索用于量(liang)子(zi)传感器和量(liang)子(zi)比特的潜在(zai)自旋(xuan)体(ti)系。

 负责(ze)人:   Email: ckduan@tbo-geo.com

  

四、量子器件:

(1)金刚(gang)(gang)石固(gu)态量子(zi)器件。系(xi)统的(de)开发金刚(gang)(gang)石生(sheng)长、制备、加工与封装一整套工艺,与发展微(wei)波、光(guang)学、声学等(deng)(deng)多(duo)自由度的(de)物理(li)调(diao)控手段,来研究其在高灵敏磁(ci)探测、可扩展量子(zi)计算、基础物理(li)等(deng)(deng)方向的(de)应用(yong)。在工艺上(shang),实(shi)现超(chao)纯(chun)金刚(gang)(gang)石的(de)生(sheng)长,NV色心的(de)高效精(jing)确制备,光(guang)纤或光(guang)学微(wei)腔(qiang)集成的(de)光(guang)学系(xi)统,制备出具有高灵敏,小型化的(de)金刚(gang)(gang)石传(chuan)感器。

(2)纳米(mi)电子学量(liang)(liang)(liang)子器件。氧化(hua)物材料具有(you)凝聚态物理里几乎所(suo)(suo)有(you)的(de)物理现(xian)象。我们利(li)用纳米(mi)尺(chi)度的(de)原子力(li)显微(wei)镜(jing)针尖在氧化(hua)物“画板(ban)”上“作(zuo)画“而制(zhi)备各种(zhong)量(liang)(liang)(liang)子器件,从(cong)而发展出量(liang)(liang)(liang)子纳米(mi)电子学,这些(xie)氧化(hua)物量(liang)(liang)(liang)子器件具有(you)传统半导体量(liang)(liang)(liang)子器件所(suo)(suo)不具备的(de)很(hen)多电子电子关联现(xian)象,比(bi)如(ru)说纳米(mi)线具备本征超(chao)导特(te)性特(te)等。

(3)量子(zi)发(fa)光(guang)材料(liao)。利用低简(jian)并(bing)发(fa)光(guang)材料(liao)的(de)自(zi)旋态与手(shou)(shou)性光(guang)相互作用的(de)规律,制备低阈值的(de)手(shou)(shou)性激光(guang)器,并(bing)且实现对手(shou)(shou)性激光(guang)的(de)波长转换,拓展手(shou)(shou)性激光(guang)的(de)应(ying)用范围。

 负责人:   Email

    Email: ywustc@tbo-geo.com

    Emailchunming@tbo-geo.com

       

五、量子技术和仪器:

(1)量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)控(kong)制(zhi)技(ji)术是(shi)认识并利用微观(guan)世(shi)界的(de)必然诉(su)求,也是(shi)诸(zhu)多前沿科(ke)学(xue)领域的(de)核心要素。量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)信息研究中的(de)量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)态制(zhi)备(bei)、抑制(zhi)量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)消相干过程(cheng)、量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)逻辑(ji)门的(de)执行(xing)、量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)纠缠态制(zhi)备(bei)与(yu)保护等(deng)等(deng)从本质(zhi)上(shang)都(dou)可以(yi)归结(jie)为(wei)量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)控(kong)制(zhi)问题。针(zhen)对(dui)固态自旋(xuan)量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)体系的(de)特点,发展先(xian)进的(de)量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)控(kong)制(zhi)技(ji)术和方法(fa),实(shi)现(xian)精确可靠的(de)量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)控(kong)制(zhi),为(wei)基于自旋(xuan)的(de)量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)计算及量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)精密测量(liang)(liang)(liang)(liang)提供(gong)重要基础。

(2)高(gao)(gao)速(su)高(gao)(gao)精(jing)(jing)度(du)电子(zi)学(xue)技(ji)术。研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)内容包括高(gao)(gao)速(su)电路(lu)设(she)计、高(gao)(gao)速(su)FPGA设(she)计、高(gao)(gao)精(jing)(jing)度(du)控制与高(gao)(gao)速(su)信(xin)号提取、人(ren)工(gong)智能与硬(ying)件加速(su)、仪器(qi)控制软件设(she)计等方面。研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)高(gao)(gao)速(su)高(gao)(gao)精(jing)(jing)度(du)任(ren)意波(bo)形发(fa)生器(qi)、任(ren)意序列发(fa)生器(qi)、瞬态(tai)波(bo)形记(ji)录(lu)仪、精(jing)(jing)密(mi)时间测量仪等世界前(qian)沿的的电子(zi)学(xue)技(ji)术和设(she)备。

(3)金刚(gang)(gang)石(shi)(shi)自(zi)旋(xuan)量(liang)子成像(xiang)(xiang)技术和(he)(he)仪(yi)(yi)器(qi)。使用(yong)金刚(gang)(gang)石(shi)(shi)中(zhong)的(de)氮-空位自(zi)旋(xuan)作(zuo)为传感器(qi),基于(yu)量(liang)子精(jing)(jing)密(mi)测(ce)量(liang)原理,结(jie)合量(liang)子算法,研(yan)究纳米(mi)尺(chi)度上(shang)磁场和(he)(he)电场量(liang)子精(jing)(jing)密(mi)测(ce)量(liang)和(he)(he)成像(xiang)(xiang)新原理和(he)(he)新方法,空间分辨率达(da)到亚(ya)纳米(mi)。研(yan)发指(zhi)标(biao)领先的(de)技术和(he)(he)自(zi)动化仪(yi)(yi)器(qi)装置,研(yan)制金刚(gang)(gang)石(shi)(shi)量(liang)子精(jing)(jing)密(mi)测(ce)量(liang)谱仪(yi)(yi)、纳米(mi)磁共(gong)振(zhen)实(shi)验仪(yi)(yi)器(qi)、强场超低温(wen)磁成像(xiang)(xiang)仪(yi)(yi)器(qi)等,为前(qian)沿科(ke)学研(yan)究提供先进、可靠的(de)研(yan)究手段。

  负责人:   Email: xrong@tbo-geo.com       

       

学科学术带头人(ren)简介:

,中(zhong)国(guo)科(ke)(ke)(ke)(ke)学(xue)(xue)(xue)(xue)院(yuan)院(yuan)士,中(zhong)国(guo)科(ke)(ke)(ke)(ke)学(xue)(xue)(xue)(xue)技(ji)术(shu)大(da)(da)(da)学(xue)(xue)(xue)(xue)教授, 教育部长江(jiang)学(xue)(xue)(xue)(xue)者(zhe)(zhe)特(te)聘教授,国(guo)家(jia)杰出(chu)青(qing)年(nian)(nian)(nian)(nian)科(ke)(ke)(ke)(ke)学(xue)(xue)(xue)(xue)基金(jin)获(huo)得(de)者(zhe)(zhe),国(guo)家(jia)重(zhong)大(da)(da)(da)科(ke)(ke)(ke)(ke)学(xue)(xue)(xue)(xue)研(yan)(yan)究(jiu)计划项目首席科(ke)(ke)(ke)(ke)学(xue)(xue)(xue)(xue)家(jia),首批国(guo)家(jia)万(wan)人(ren)计划“中(zhong)青(qing)年(nian)(nian)(nian)(nian)科(ke)(ke)(ke)(ke)技(ji)创(chuang)新(xin)领军(jun)人(ren)才”入选(xuan)者(zhe)(zhe),新(xin)世纪(ji)百千(qian)万(wan)人(ren)才工程国(guo)家(jia)级人(ren)选(xuan)。长期从(cong)事量(liang)(liang)(liang)子(zi)物(wu)理(li)及其应(ying)用(yong)的实验研(yan)(yan)究(jiu),是国(guo)际(ji)(ji)上自(zi)旋量(liang)(liang)(liang)子(zi)计算和模拟、量(liang)(liang)(liang)子(zi)精密测量(liang)(liang)(liang)实验研(yan)(yan)究(jiu)方面有突出(chu)贡(gong)献的学(xue)(xue)(xue)(xue)者(zhe)(zhe)之一(yi)。在包(bao)括Science (3篇(pian))、Nature (2 篇(pian))、Nature 子(zi)刊(kan)(13 篇(pian))、Phys. Rev. Lett. (34 篇(pian))在内的国(guo)际(ji)(ji)学(xue)(xue)(xue)(xue)术(shu)期刊(kan)上发表论文 200余篇(pian),SCI 他(ta)引 5200 余次(ci)。应(ying)邀在美国(guo)物(wu)理(li)学(xue)(xue)(xue)(xue)会和化学(xue)(xue)(xue)(xue)学(xue)(xue)(xue)(xue)会、亚太顺磁(ci)共振学(xue)(xue)(xue)(xue)会等(deng)(deng)举办的国(guo)际(ji)(ji)会议上做特(te)邀报(bao)告(gao)。成果多次(ci)入选(xuan)中(zhong)国(guo)十(shi)大(da)(da)(da)科(ke)(ke)(ke)(ke)技(ji)进展新(xin)闻、中(zhong)国(guo)科(ke)(ke)(ke)(ke)学(xue)(xue)(xue)(xue)十(shi)大(da)(da)(da)进展、中(zhong)国(guo)高(gao)校十(shi)大(da)(da)(da)科(ke)(ke)(ke)(ke)技(ji)进展。曾(ceng)获(huo)得(de)国(guo)家(jia)自(zi)然(ran)科(ke)(ke)(ke)(ke)学(xue)(xue)(xue)(xue)奖(jiang)二等(deng)(deng)奖(jiang)(2012年(nian)(nian)(nian)(nian))、教育部自(zi)然(ran)科(ke)(ke)(ke)(ke)学(xue)(xue)(xue)(xue)奖(jiang)一(yi)等(deng)(deng)奖(jiang)(2011年(nian)(nian)(nian)(nian)、2018年(nian)(nian)(nian)(nian))、中(zhong)国(guo)物(wu)理(li)学(xue)(xue)(xue)(xue)会黄昆物(wu)理(li)奖(jiang)(2010-2011年(nian)(nian)(nian)(nian)度(du))、何(he)梁何(he)利科(ke)(ke)(ke)(ke)学(xue)(xue)(xue)(xue)与技(ji)术(shu)进步奖(jiang)(2019年(nian)(nian)(nian)(nian))、周光召基金(jin)会“基础科(ke)(ke)(ke)(ke)学(xue)(xue)(xue)(xue)奖(jiang)”(2016年(nian)(nian)(nian)(nian))、首届全国(guo)创(chuang)新(xin)争(zheng)先奖(jiang)状(2017年(nian)(nian)(nian)(nian))、中(zhong)国(guo)分析测试协会科(ke)(ke)(ke)(ke)学(xue)(xue)(xue)(xue)技(ji)术(shu)奖(jiang)特(te)等(deng)(deng)奖(jiang)(2015年(nian)(nian)(nian)(nian))等(deng)(deng)。

 

 

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