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2021年05月19日
【新华日报】三院士畅谈物理学前沿科技

本报记者 王 拓

5月15日,2021年江苏省物理学会第五届春季学术会议在南京师范大学开幕,来自全国10个省、自治区、直辖市的专家学者及高校物理学科的学子汇聚一堂,围绕光学与原子分子物理、量子材料与物理、电磁材料与器件物理、凝聚态理论与计算物理等主题展开学术研讨与分享。大会邀请到了中国科学院向涛、朱诗尧、杜江峰三位院士进行主题演讲。

“超导现象最早是在1911年,由荷兰物理学家昂纳斯首先发现的。”中科院院士向涛说,超导具备两个非常基本的物理性质,一是没有电阻,是理想的导体;二是理想的抗磁体,也叫迈斯纳效应,“日常生活的很多应用中都会用到这项物理性质,比如磁悬浮。”

向涛表示,超导本身并不是一个罕见的物理现象。而作为二十世纪最伟大的科学发现之一,高温超导材料的发现及其展现出的物理现象不断刷新和挑战人们对现有凝聚态物理的理解和认识。“高温超导体目前主要有四类,铜氧化物高温超导体、硼化镁超导体、铁基超导体以及最近几年发现的在高压下也有超导迹象的富氢化合物。高温超导材料的用途也非常广阔,目前,高温超导体的成本还比较高,这在一定意义上制约了它的应用。”

中科院院士朱诗尧围绕如何利用量子比特进行量子计算和量子模拟展开分享,简单介绍了超导量子比特的构造以及特性,量子比特的相干性,比特的集成,比特之间的相互作用。多比特量子纠缠态的实验制备就是衡量量子计算平台控制能力的关键标志,国际竞争尤为激烈。2019年,浙江大学、中科院物理所、中科院自动化所、北京计算科学研究中心等国内单位组成的团队通力合作,开发出具有20个超导量子比特的量子芯片,并成功操控其实现全局纠缠,刷新了固态量子器件中生成纠缠态的量子比特数目的世界纪录。该项成果就有朱诗尧的参与。这一重大进展也于当年8月9日发表在《科学》杂志上。

自旋是自然界粒子的基本属性,在现代科技如磁共振影像、磁存储中都有着重要应用。近三十年来,随着实验技术的进步,人们对自旋的调控达到了新的高度。现已能在微观尺度上对少量乃至单个自旋进行高精度地控制和测量,为开启全新的自旋应用带来了重大机遇。通过发现具备变革性特征的自旋科学技术,有望促成前沿交叉学科研究中的重大突破,并催生出一批有可能对人类社会带来深远影响的重要科技。

“我们研究的意义是希望能够在微观尺度上对自旋的调控和观测。”中科院院士杜江峰表示,中国科学技术大学中科院微观磁共振重点实验室最近十年来把目光专注于单自旋体系的量子控制研究,调控金刚石中的一个氮—空位缺陷中的电子自旋作为系统比特,并加入核自旋作为辅助比特,实现电子自旋的宇称时间对称调控,为进一步研究非传统量子体系所描述的新奇物理奠定了坚实基础。

“金刚石其实就是钻石,这种基于钻石的量子传感器有着很好的应用。”杜江峰说,从国际上来看,这是一个新兴起来的重要方向,譬如德国公司和斯图加特大学合作,用于汽车零件压力的传感,瑞士苏黎世理工学院来做磁探测器,哈佛大学做生物领域的应用,京都大学做芯片,“我们也在做一些精密测量的技术和仪器。”

“通过对微观自旋的调控,我们把这个领域的技术发展,推向生物医学、生物物理、信息、化学等材料领域里面。”杜江峰认为,通过前期研究已经开拓了一些交叉科学应用,预计今后这些技术将应用更多的学科领域,持续孕育一批重要的科学发现和重大的科学技术。


新华日报》(2021年05月19日

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