光学成像作为一种能够提供丰富信息的可视化方法，在人类探索未知世界的历程中发挥着不可替代的作用。超快光学成像作为光学成像中一种具有超高时间分辨的成像技术，可以捕获皮秒乃至飞秒量级时间尺度的超快动力学场景，因此在物理、化学和生物等超快现象研究领域中获得了广泛的应用。而近些年超快光学成像已经获得迅速的发展，研究人员已经提出并发展了多种多维超快成像方法，包含了空...

  人类的大脑经过亿万年的演化已发展出最复杂、最独特、且能支持最强脑功能的网络结构。现已知道，这个网络具有一系列的结构特征如小世界、无标度、社区结构、及富人俱乐部等。然而，这些结构特征如何确保大脑的强大功能或者脑功能的微观机制是什么，对此我们依然知之甚少。最近，来自华东师范大学的刘宗华教授研究团队(霍思宇博士、田昌海博士、郑木华博士、管曙光教授、周昌松教授、刘宗华教授)在《国家科学评论》(National...

铌酸锂晶体具有诸如宽的光学透明窗口、高的非线性系数、高的折射率和大的电光效应等一系列优点，又得益于绝缘体上铌酸锂薄膜的产业化，使其已经成为光子芯片衬底材料的重要候选者，因此被称为“光子学中的硅”。近十几年来，基于铌酸锂薄膜的无源光子元件的设计和制造取得了重大进展，已经应用到非线性光学、高速电光信号转化、量子信息和精密测量等领域。值得关注的是最近一年内在掺铒铌酸锂薄膜上已经制备出基于微谐振腔的片上微...

呼吸子是一种能量局域化振荡的非线性波。与孤子类似，耗散系统中的呼吸子可以形成稳定的束缚态，表现出类似分子的动力学行为，通常被称为呼吸子分子。到目前为止，光学呼吸子分子的实验观测及其动力学实时检测仅限于双原子分子（两个呼吸子的束缚态）。光学呼吸子分子能否像物质分子一样存在更复杂的形态一直不清楚。曾和平教授团队在超快光纤激光器中观察到了三种呼吸子分子复合物包括多呼吸子分子（下图）、两个呼吸子对（2+2）...

实现高精度、高灵敏度的分子光谱测量，建立 “分子指纹光谱数据库”，是研究物质微观结构与宏观组成的重要基础。进入21世纪以来，超高时频域精度和准确度的光学频率梳技术得到了迅速的发展，革新了传统的光谱测量手段。目前，传统的光学频率梳系统需要进行复杂的主动反馈锁定并工作在实验室环境下，以保证光学频率梳光源的相干性和稳定性，这极大程度上限制了光梳光谱仪的户外实际应用与发展，如大气环境监测、燃烧诊断、生物医疗...

调制不稳定性（MI）是物理学的一个重要研究课题，由其非线性作用产生的各种随机波动模式在光学和玻色-爱因斯坦凝聚体中得到了广泛的研究，比如孤子链、法拉第波、时空晶体等。然而，尽管许多理论工作表明超冷费米气体中也可以观测到类似法拉第波的时空模式、且其动力学过程受相互作用调控，实验上并没有观测到这一动力学行为。实验室武海斌教授团队采用空间调制的红失谐激光激励成功观测到了超流费米气体中的时空模式，研究了相互...

基于量子纠缠实现的量子信息协议可以完成经典协议无法完成的信息任务。因此，量子信息协议在信息处理方面具有巨大的优势。量子密集编码是量子信息中的一种基本协议，它在原则上可以将通道容量扩大一倍。在该协议中，如果发送方和接收方事先共享了一对纠缠的量子比特，则可以通过发送一个量子比特的量子信息来传输两比特的经典信息。        一个自然的问题是，量子密集编码方案的通道容量是否...

依据量子力学的基本原理，完美地克隆出未知量子态是不可能的。尽管如此，量子力学的基本原理并不禁止对未知量子态的非完美克隆，这使得实现量子克隆成为可能。量子克隆的概念自1996年被提出以来，受到了全球众多科学家的广泛关注，并在分离变量和连续变量领域都取得了极大的进展。在量子克隆的研究中，量子克隆保真度是衡量量子克隆性能的一个重要指标。量子克隆的克隆保真度与量子密码的安全性息息相关。因此，如何有效地提升量子...

量子信息协议旨在利用量子物理学的基本原理，开发出超越经典信息系统的高安全性、大容量信息传输以及处理方式。目前，随着对量子信息科学研究的不断深入，具有不同功能的量子信息协议已经被提出并实验实现，例如量子隐形传态协议、量子密集编码协议、量子秘密共享协议和量子克隆协议。这些协议所实现的功能在经典信息系统中是无法实现的。        通常的量子信息系统一般只能执行单一的量子信...

        随着半导体集成电路的发展，传统硅基晶体管性能正在逐步接近其物理极限，特别是当微电子工业走到8 nm 技术节点时，可能不得不放弃继续使用硅材料作为晶体管核心材料。新型二维半导体材料的发展为后硅时代电子器件的发展提供了可能。C3N新近合成的二维材料，具有类石墨烯蜂窝状无孔有序结构。该材料不仅具有与碳纳米管和石墨烯相媲美的电学、光学、热学和力学性能，同时还具有与硅材料...

非线性光谱学是一门通过经典光场研究复杂多体材料系统的科学。通过测量非线性光谱可以获得系统能级结构、能级跃迁速率、系统波动以及退相干。而量子关联是一种非常重要的非经典效应，它可以大幅降低系统的量子噪声，从而显著提高系统的信噪比和灵敏度。与经典非线性光谱相比，量子光谱具有更高的信噪比和抗噪性。因此，研究基于量子关联的非线性量子光谱十分重要。        Konstantin E. Dorfm...

超冷量子气体与腔量子电动力学相结合为研究新奇的多体物理相变提供了一个理想的系统。一个标志性例子是著名的Dicke模型，其描述了光场和原子之间的集体相互作用，在强耦合下可出现一个从正常到稳态超辐射相的二阶量子相变。超辐射量子相变自1973 年提出以来，一直没有在实验上被观察到，直到2010年在玻色爱因斯坦凝聚体中利用超冷原子的动量态才实现了Dicke相变。2014年三个理论小组预测了简并费米气体中存在稳态超辐射相，其中原...

电子自旋自由度有望应用于超高速信息处理和量子计算。在实际应用中，对信息的操控和处理需要长寿命的自旋相干态——而且最好能在室温下传统半导体中实现。ZnO是一种宽禁带直接带隙半导体，处于近紫外光谱范围，是一种具有广泛应用的半导体材料。半导体通常存在自由电子以及缺陷或杂质束缚的局域电子。相比于自由电子，局域电子的自旋-轨道相互作用受到极大的抑制。因此局域电子通常比自由电子具有更长的自旋寿命。最近实验室的固态体...

   高次谐波(High-order harmonic generation)是强激光场与靶材相互作用时高阶非线性效应产生的高能光子辐射。当多束激光脉冲从不同角度入射时，产生的高次谐波与基频光子之间满足能量守恒和动量守恒，因此产生的不同阶谐波信号能够在空间上选择性探测[Phys. Rev. Lett. 106, 023001 (2011)]。在强场物理领域，该基本原理目前在制备阿秒光源 [light house, Phys. Rev. Lett. 108, 113904 (2012)]和XUV波段的孤...

   光泵浦超极化的惰性气体原子，其极化率的快速测量需要通过测量超极化惰性气体原子产生的等效磁场来实现。光泵浦超极化的过程中，原子磁强计所感受到的等效磁场相比惰性气体原子的极化磁场有显著的增强，这一磁场增强的现象可通过增强因子(Enhancement Factor)进行量化描述。增强因子主要由自旋交换碰撞的原子种类、原子气室温度和磁场环境等决定，其对于Cs-129Xe/131Xe原子核磁共振陀螺仪中Xe原子极化率的快速测量而...