學科簡介(jie)
188bet足球自旋(xuan)物(wu)理學科主要以自旋(xuan)為(wei)研究(jiu)對象，瞄準(zhun)量(liang)(liang)子(zi)信息物(wu)理學的(de)科學和技(ji)術發展前(qian)沿，研究(jiu)方(fang)向包括：量(liang)(liang)子(zi)計算和量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)模擬、量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)精(jing)密測量(liang)(liang)、量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)物理(li)(li)和理(li)(li)論(lun)、量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)器件、量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)技術和儀器等方(fang)向。依托中(zhong)國科學院微觀磁(ci)共振重點(dian)實(shi)驗(yan)室(shi)(shi)，實(shi)驗(yan)室(shi)(shi)專注于自(zi)旋量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)物理(li)(li)及(ji)其(qi)應用的(de)(de)研究(jiu)，是國內自(zi)己培養成(cheng)長起來、在(zai)自(zi)旋量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)調控領域(yu)具(ju)(ju)有國際(ji)(ji)(ji)知名度(du)的(de)(de)研究(jiu)室(shi)(shi)。多年來自(zi)主(zhu)研發了一系(xi)列國際(ji)(ji)(ji)領先的(de)(de)自(zi)旋量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)物理(li)(li)實(shi)驗(yan)技術和實(shi)驗(yan)裝備，并用以(yi)在(zai)量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)計算、量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)模擬、量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)精(jing)密測量(liang)(liang)等方(fang)面做出(chu)了系(xi)列具(ju)(ju)有重要國際(ji)(ji)(ji)影響的(de)(de)研究(jiu)成(cheng)果。
現(xian)有(you)教(jiao)職(zhi)員(yuan)工30余人，每(mei)年擔任多門本科生(sheng)基礎課(ke)(ke)、研究(jiu)生(sheng)基礎課(ke)(ke)和專業課(ke)(ke)等課(ke)(ke)程的教(jiao)學。
主(zhu)要(yao)研究方(fang)向及研究團隊
一、量子計算和量子模擬：
（1）量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)計算(suan)(suan)(suan)方(fang)向，發展(zhan)(zhan)高精度多(duo)比特量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)自(zi)旋操(cao)控(kong)技(ji)術，實(shi)現(xian)(xian)通用(yong)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)邏輯門保(bao)真度超過(guo)容錯量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)計算(suan)(suan)(suan)的(de)閾(yu)值(zhi)要(yao)求；研(yan)(yan)究基(ji)于不同自(zi)旋體系(xi)的(de)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)計算(suan)(suan)(suan)方(fang)案，探索磁、力(li)、光等多(duo)種數據總線(xian)(xian)的(de)方(fang)式，實(shi)現(xian)(xian)自(zi)旋量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)比特間的(de)高效耦(ou)合(he)；開展(zhan)(zhan)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)算(suan)(suan)(suan)法(fa)(fa)的(de)實(shi)驗研(yan)(yan)究，研(yan)(yan)究量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)線(xian)(xian)路、單程量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)計算(suan)(suan)(suan)、絕熱量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)計算(suan)(suan)(suan)等多(duo)種計算(suan)(suan)(suan)模(mo)型(xing)(xing)，探索適合(he)自(zi)旋系(xi)統量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)計算(suan)(suan)(suan)原(yuan)型(xing)(xing)機特點的(de)計算(suan)(suan)(suan)模(mo)型(xing)(xing)。實(shi)驗實(shi)現(xian)(xian)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)人工智(zhi)能(neng)算(suan)(suan)(suan)法(fa)(fa)，演示解決(jue)模(mo)式識(shi)別、異常檢測等大數據處理任(ren)務，展(zhan)(zhan)示其與經典算(suan)(suan)(suan)法(fa)(fa)相比的(de)優越性。
（2）量子模擬方向，發展基于自旋的高性能量子模擬器及其操控技術，用以實現對拓撲材料、復雜分子、長程相互作用自旋體系等(deng)的量子模擬(ni)，完成對(dui)拓撲不變量、拓撲量子相變及拓撲激發等(deng)重要(yao)物(wu)理(li)量和物(wu)理(li)性(xing)質(zhi)的測(ce)量與觀測(ce)。
負責人：彭新華教授 Email: [email protected]
二、量(liang)子精(jing)密測量(liang)：
（1）納米(mi)分辨率磁(ci)成像。金剛石氮-空(kong)位中心（NV 色心）作(zuo)為單自旋量子傳感器，實現納米(mi)空(kong)間分辨率的磁(ci)成像；并對磁(ci)疇、斯(si)格明子等磁性材(cai)(cai)料(liao)進行(xing)納(na)米(mi)分辨率(lv)磁成(cheng)像，揭(jie)示其(qi)物理特性，研究其(qi)磁相變臨界(jie)現象等；通(tong)過(guo)硅(gui)材(cai)(cai)料(liao)中的(de)(de)單個原(yuan)子作為探(tan)針，來表(biao)(biao)征器件內(nei)部的(de)(de)應力、電場等對器件遷移率(lv)直(zhi)接(jie)相關(guan)的(de)(de)參數，并通(tong)過(guo)微(wei)米(mi)磁體的(de)(de)輔助(zhu)實現三(san)維的(de)(de)高分辨率(lv)的(de)(de)表(biao)(biao)征。
（2）高(gao)(gao)靈敏(min)(min)度磁探測(ce)(ce)。發展(zhan)超(chao)高(gao)(gao)靈敏(min)(min)度原子磁傳感的(de)(de)新原理新方法(fa)，發展(zhan)以氣態堿金(jin)屬原子自旋(xuan)以及惰性核自旋(xuan)作(zuo)為(wei)磁敏(min)(min)感介質的(de)(de)新型(xing)磁傳感方法(fa)，朝亞(ya)飛(fei)特斯拉級的(de)(de)磁場測(ce)(ce)量靈敏(min)(min)度推進。
（3）單(dan)分(fen)(fen)子(zi)科(ke)學。發展(zhan)單(dan)分(fen)(fen)子(zi)磁共振譜(pu)學技術，實現具(ju)備原子(zi)分(fen)(fen)辨能(neng)力的單(dan)分(fen)(fen)子(zi)譜(pu)學技術，研究單(dan)分(fen)(fen)子(zi)結構(gou)和(he)功能(neng)，在活細胞原位實(shi)現重(zhong)要膜(mo)蛋白質的結構和(he)(he)功能研究(jiu)技術和(he)(he)科學的突(tu)破。
負責人：石發展教授 Email: [email protected]
三、量子(zi)物理和理論(lun)：
（1）宏觀量(liang)子效應實驗(yan)研究我們利(li)用單自(zi)旋量(liang)子態與納米(mi)機械(xie)系統以及低(di)維系統（如自(zi)旋波，拓撲邊(bian)緣態等(deng)）的(de)宏觀元激發相互作(zuo)用作(zuo)為實驗系統開(kai)(kai)展宏觀量子(zi)效應研究。同(tong)時開(kai)(kai)展的方向還有非標準模(mo)型的相(xiang)關(guan)實驗研究。
（2）理論方(fang)向，以基于(yu)量子力學的(de)(de)第(di)一性原理計(ji)算為主要手(shou)段，開展固體中的(de)(de)點缺陷、二維材(cai)料(liao)和(he)表面在內的(de)(de)基態(tai)和(he)低激發(fa)態(tai)幾何和(he)電子結(jie)構、光電磁性質的(de)研究。探索(suo)用于量(liang)子傳感器和(he)量(liang)子比特(te)的(de)潛在自旋(xuan)體系。
負責人：段昌奎教授 Email: [email protected]
四、量子器件：
（1）金(jin)(jin)剛(gang)石固(gu)態量子(zi)器(qi)件。系統(tong)的(de)(de)開發金(jin)(jin)剛(gang)石生長、制(zhi)備(bei)、加工與(yu)封裝一整套工藝(yi)，與(yu)發展微波、光學、聲學等(deng)多自由(you)度的(de)(de)物理(li)調控手段(duan)，來研(yan)究其在高靈(ling)敏磁探測、可擴展量子(zi)計算、基礎(chu)物理(li)等(deng)方向的(de)(de)應(ying)用。在工藝(yi)上，實現超純金(jin)(jin)剛(gang)石的(de)(de)生長，NV色心(xin)的(de)(de)高效精(jing)確制(zhi)備(bei)，光纖或光學微腔(qiang)集(ji)成的(de)(de)光學系統(tong)，制(zhi)備(bei)出具有高靈(ling)敏，小型化(hua)的(de)(de)金(jin)(jin)剛(gang)石傳感器(qi)。
（2）納米(mi)電子(zi)(zi)學(xue)(xue)量子(zi)(zi)器(qi)(qi)件(jian)(jian)。氧化(hua)物(wu)(wu)材料具(ju)有(you)(you)凝聚(ju)態物(wu)(wu)理(li)(li)里幾乎(hu)所(suo)有(you)(you)的(de)(de)物(wu)(wu)理(li)(li)現象。我們利用(yong)納米(mi)尺度的(de)(de)原子(zi)(zi)力顯微鏡針尖在氧化(hua)物(wu)(wu)“畫板”上(shang)“作畫“而制備各種(zhong)量子(zi)(zi)器(qi)(qi)件(jian)(jian)，從而發展出量子(zi)(zi)納米(mi)電子(zi)(zi)學(xue)(xue)，這些氧化(hua)物(wu)(wu)量子(zi)(zi)器(qi)(qi)件(jian)(jian)具(ju)有(you)(you)傳統半導體量子(zi)(zi)器(qi)(qi)件(jian)(jian)所(suo)不具(ju)備的(de)(de)很多(duo)電子(zi)(zi)電子(zi)(zi)關聯(lian)現象，比如說納米(mi)線具(ju)備本征超導特性(xing)特等。
（3）量子發光(guang)材(cai)料(liao)。利用低簡并發光(guang)材(cai)料(liao)的(de)自(zi)旋態與(yu)手(shou)(shou)性光(guang)相互作用的(de)規律(lv)，制備低閾值的(de)手(shou)(shou)性激(ji)(ji)光(guang)器，并且實(shi)現對手(shou)(shou)性激(ji)(ji)光(guang)的(de)波長轉換，拓展手(shou)(shou)性激(ji)(ji)光(guang)的(de)應(ying)用范圍。
負責人：程光磊教授 Email: [email protected]
王 亞教授 Email: [email protected]
尹春明教授 Email：chunming@ustc.edu.cn
五、量子技術和儀器：
（1）量(liang)(liang)子(zi)(zi)控(kong)制(zhi)(zhi)技術(shu)是認識并利用微(wei)觀世界的必然訴求，也是諸(zhu)多(duo)前沿科學領域的核心要(yao)素。量(liang)(liang)子(zi)(zi)信息研究(jiu)中的量(liang)(liang)子(zi)(zi)態制(zhi)(zhi)備(bei)、抑制(zhi)(zhi)量(liang)(liang)子(zi)(zi)消(xiao)相(xiang)干過程、量(liang)(liang)子(zi)(zi)邏輯門的執行(xing)、量(liang)(liang)子(zi)(zi)糾纏態制(zhi)(zhi)備(bei)與(yu)保護等(deng)等(deng)從本質上都(dou)可以歸結(jie)為量(liang)(liang)子(zi)(zi)控(kong)制(zhi)(zhi)問(wen)題(ti)。針對固態自旋量(liang)(liang)子(zi)(zi)體系(xi)的特點，發展先進的量(liang)(liang)子(zi)(zi)控(kong)制(zhi)(zhi)技術(shu)和方(fang)法，實(shi)現精(jing)確可靠的量(liang)(liang)子(zi)(zi)控(kong)制(zhi)(zhi),為基于自旋的量(liang)(liang)子(zi)(zi)計算及量(liang)(liang)子(zi)(zi)精(jing)密測量(liang)(liang)提供重要(yao)基礎。
（2）高速(su)高精度(du)電(dian)子(zi)學技術。研究內容包(bao)括高速(su)電(dian)路設計(ji)、高速(su)FPGA設計(ji)、高精度(du)控(kong)(kong)制與高速(su)信號提取、人工智能(neng)與硬件加速(su)、儀器控(kong)(kong)制軟件設計(ji)等(deng)(deng)方面。研究高速(su)高精度(du)任意波(bo)(bo)形發生器、任意序列發生器、瞬態波(bo)(bo)形記錄儀、精密時間(jian)測(ce)量(liang)儀等(deng)(deng)世界前沿的的電(dian)子(zi)學技術和設備。
（3）金剛石(shi)(shi)自旋量(liang)(liang)子(zi)(zi)成像技(ji)術和(he)(he)儀(yi)器。使用金剛石(shi)(shi)中(zhong)的氮-空(kong)(kong)位自旋作為(wei)傳感(gan)器，基于量(liang)(liang)子(zi)(zi)精(jing)密測量(liang)(liang)原(yuan)理(li)，結合量(liang)(liang)子(zi)(zi)算法(fa)，研(yan)究(jiu)納米尺度上磁(ci)場和(he)(he)電場量(liang)(liang)子(zi)(zi)精(jing)密測量(liang)(liang)和(he)(he)成像新原(yuan)理(li)和(he)(he)新方法(fa)，空(kong)(kong)間分辨(bian)率達到亞納米。研(yan)發指標領先的技(ji)術和(he)(he)自動化(hua)儀(yi)器裝置，研(yan)制(zhi)金剛石(shi)(shi)量(liang)(liang)子(zi)(zi)精(jing)密測量(liang)(liang)譜儀(yi)、納米磁(ci)共振實(shi)驗(yan)儀(yi)器、強場超低溫磁(ci)成像儀(yi)器等，為(wei)前沿188bet金宝搏在线提供先進、可靠的研(yan)究(jiu)手(shou)段。
負責人：榮 星教授 Email: [email protected]
學科(ke)學術(shu)帶(dai)頭人簡(jian)介：
杜江峰，中(zhong)國(guo)(guo)科(ke)(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)院(yuan)院(yuan)士，188bet足球教(jiao)授(shou)， 教(jiao)育部(bu)特聘教(jiao)授(shou)，國(guo)(guo)家(jia)(jia)杰出(chu)青(qing)年(nian)(nian)科(ke)(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)基(ji)金(jin)(jin)獲(huo)得(de)者，國(guo)(guo)家(jia)(jia)重大(da)188bet金宝搏在线計劃項(xiang)目首(shou)席科(ke)(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)家(jia)(jia)，首(shou)批國(guo)(guo)家(jia)(jia)“中(zhong)青(qing)年(nian)(nian)科(ke)(ke)技(ji)創新領(ling)軍人(ren)才(cai)”入(ru)選者，新世紀(ji)百(bai)千萬人(ren)才(cai)工(gong)程國(guo)(guo)家(jia)(jia)級人(ren)選。長期從事量子物(wu)理(li)及其應用(yong)的實驗(yan)研(yan)究，是(shi)國(guo)(guo)際(ji)上自(zi)(zi)旋(xuan)量子計算和模擬、量子精密(mi)測量實驗(yan)研(yan)究方面有突(tu)出(chu)貢獻(xian)的學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)者之一(yi)。在(zai)包括Science (3篇)、Nature (2 篇)、Nature 子刊(13 篇)、Phys. Rev. Lett. (34 篇)在(zai)內(nei)的國(guo)(guo)際(ji)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)術期刊上發表論文 200余篇，SCI 他引(yin) 5200 余次。應邀(yao)在(zai)美國(guo)(guo)物(wu)理(li)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)會和化學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)會、亞太順(shun)磁(ci)共振(zhen)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)會等(deng)舉辦(ban)的國(guo)(guo)際(ji)會議上做特邀(yao)報告。成果(guo)多次入(ru)選中(zhong)國(guo)(guo)十(shi)大(da)科(ke)(ke)技(ji)進(jin)展新聞、中(zhong)國(guo)(guo)科(ke)(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)十(shi)大(da)進(jin)展、中(zhong)國(guo)(guo)高校十(shi)大(da)科(ke)(ke)技(ji)進(jin)展。曾獲(huo)得(de)國(guo)(guo)家(jia)(jia)自(zi)(zi)然科(ke)(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)獎(jiang)(jiang)二(er)等(deng)獎(jiang)(jiang)（2012年(nian)(nian)）、教(jiao)育部(bu)自(zi)(zi)然科(ke)(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)獎(jiang)(jiang)一(yi)等(deng)獎(jiang)(jiang)（2011年(nian)(nian)、2018年(nian)(nian)）、中(zhong)國(guo)(guo)物(wu)理(li)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)會黃昆物(wu)理(li)獎(jiang)(jiang)（2010-2011年(nian)(nian)度）、何梁(liang)何利科(ke)(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)與技(ji)術進(jin)步獎(jiang)(jiang)（2019年(nian)(nian)）、周光召基(ji)金(jin)(jin)會“基(ji)礎科(ke)(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)獎(jiang)(jiang)”（2016年(nian)(nian)）、首(shou)屆全(quan)國(guo)(guo)創新爭先獎(jiang)(jiang)狀（2017年(nian)(nian)）、中(zhong)國(guo)(guo)分析測試協會科(ke)(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)技(ji)術獎(jiang)(jiang)特等(deng)獎(jiang)(jiang)（2015年(nian)(nian))等(deng)。
