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...

        Yb3+:YAG晶体因其具有出色的热、机械和光学等特性，一直是高功率固态激光器中广泛使用的增益介质之一。激光运行过程中由于增益介质中的热沉积会造成不良的热效应，不仅影响激光的相干性、偏振性和稳定性，还会阻碍激光功率的提高。为了解决这一基本问题，研究人员开发了各种方法，然而，即使采用先进的散热方案，残余的热效应仍然会使光束质量变差，并最终限制高功率激光的输出。美国...

       近红外单光子源在量子技术的广泛应用中发挥着关键作用。III族氮化物半导体的点缺陷由于其在室温甚至高温下可发射的独特性质，是近年来研究的最有前途的量子发射体之一。其室温能带间隙从0.65 eV (InN)到3.4 eV (GaN)，直到6.23 eV (AlN)范围内连续可调，对应的波长从近红外到紫外的光谱范围。此外，III族氮化物半导体材料还具有热稳定性高，击穿电场高，电子饱和速率高，抗辐射等特点，...

     压缩超快成像技术将时空转换偏转技术结合压缩感知理论，实现对动态场景的多张图片叠加采样并高保真地还原，在被动成像时，成像速度可达10Tfps, 成像帧数可达350帧，在主动成像时，成像速度可达70Tfps，成像帧数可达1000帧，是当今最具潜力的单次曝光成像技术。然而，条纹相机作为偏转器在进行光电转换的时候会受到库伦相互斥力的作用，导致出现一定程度的空间电荷弥散，这一效应限制了条纹相机的时间分辨率进...

在量子信息处理领域有广阔的应用前景。实际应用需要有较长的自旋相干时间来实现对自旋信息的存储和控制，而且最好是在室温条件下。自旋动力学在外延生长的量子点中已经被广泛研究。与之相比，胶体量子点中的相关研究要少得多。胶体量子点的尺寸通常只有几个纳米，导致具有强的载流子局域效应。II-VI族胶体量子点，比如直径为几个纳米的CdSe和CdS量子点，在室温下已证明具有较长的电子自旋退相位时间。由于胶体量子点具有大的比表面...