研讨会

皇冠体育：在纳米世界里，噪音有帮助！冷原子光学晶格中随机共振的观察

Samir Bali，迈阿密大学

2025年2月14日，星期五

上午10:00-11:00，林堂105号

摘要：进行敏感测量的科学家通常认为噪声是不可避免地从环境中泄漏到系统中并降低系统性能的不良能量。例如，在由光排列成周期性阵列的原子（也称为光学晶格）的情况下，实现受控纳米级原子传输的主要障碍是原子的定向运动（即系统性能）被光子散射（即噪声）引起的随机定向反冲所淹没。目前构建高效人工纳米机器的努力主要集中在反直觉的“随机共振”现象上，即随着随机噪声强度的增加，系统响应出现峰值。科学家们怀疑，自然产生的生物分子马达依靠随机共振有效地为生命过程提供动力，其性能比最先进的人造纳米机器高出许多个数量级。

在这里，我们报告了原子在光学晶格中的定向传播中共振增强的观察，由于光子散射引起的随机定向反冲率增加。光学晶格被广泛认为是开发新的纳米技术工具的一种架构范例。可控的随机噪声波动有助于而不是阻碍系统性能，这一概念对于开发能够在嘈杂环境中高效运行的纳米器件至关重要。

题目：纳米光学的极致

Artur Davoyan，加州大学洛杉矶分校

2025年2月21日，星期五

下午2:00-3:00,105林堂

摘要：纳米结构在形成波长分数的光场和增强光-材料相互作用方面提供了前所未有的潜力。当光被限制在纳米尺度时，光场的强增强允许进入光-物质相互作用的新体制。在这次演讲中，我将介绍纳米结构介导的光-材料相互作用的两种表现。首先，我将证明具有强材料共振的层状范德瓦尔斯材料允许在纳米尺度上对光进行极端限制，从而实现超小足迹光子结构并促进二阶非线性光的产生。其次，我将展示纳米结构提供了控制极端强度激光的新方法。我将证明等离子体纳米结构非常适合制造结构化固体密度等离子体，以驯服超高强度飞秒光束。对于高能纳秒脉冲，光-材料相互作用更为复杂，涉及材料加热和相变。特别是，我将展示共振纳米结构允许控制光热相互作用的时间分辨动力学，以及控制相变。

题目：用测量和反馈驯服量子混沌

Thomas Iadecola，爱荷华州立大学

2025年2月28日，星期五

下午2:00-3:00,105林堂

摘要：一般孤立量子系统随着时间的推移会迅速失去对初始条件的记忆。设计避免这种量子混沌的机制是一个既有基础又有实际意义的问题。从量子误差修正中获得灵感，我们想知道混沌是否可以被一个能够测量量子系统并根据测量结果执行反馈操作的外部观察者所抑制。幸运的是，这个问题的经典版本在三十年前被一种称为“混沌的概率控制”的方法解决了。概率控制对混沌动力学进行随机干预，并试图通过测量和反馈将系统引导到期望的动态轨迹上。作为控制频率的函数，在混沌阶段和目标轨迹为全局吸引子的受控阶段之间发生过渡。我们将这种方法推广到量子多体环境中，发现除了出现经典的控制相变外，还出现了新的纠缠相变。我们讨论了这两种转变的相互作用，并评论了近期量子计算机可能产生的影响。

题目：二维自旋“固体”的量子熔化

Andriy nevidomsky，莱斯大学

2025年3月4日星期二

下午2:00-3:00,105林堂

摘要：几十年来，理论物理学家和实验物理学家都把注意力集中在寻找量子自旋液体的例子上——以自旋分馏为特征的物质的奇异相，其中能量和动量不是由自旋波携带的，而是由涌现的基本激发携带的。相比之下，将量子自旋“固体”定义为自发打破晶格平移对称的状态，我将提出以下问题-量子固体如何“融化”以及纠缠如何在量子自旋液体中建立？为了回答这个问题，我将介绍我们最近在几个二维系统上的工作，从熟悉的自旋1/2在受挫格上，到可能不太熟悉的自旋1和SU(3)对象模型。我们使用密度矩阵重整化群（DMRG）和无限投影纠缠对态（iPEPS）技术来皇冠体育研究这些模型，并辅以解析平均场和线性风味波理论计算。我还将讨论由强磁场引起的量子“熔化”的另一种机制——传统的观点认为，这一过程可以理解为辅助玻色子的玻色-爱因斯坦凝聚。在这里，我们展示了一个更奇特的，非BEC跃迁发生在磁挫折驱动系统越过Lifshitz点时，我们发现了一种奇异的玻色子液体，它完全避免了BEC -所谓的玻色金属与代数相关。

题目：踢球量子物质中的输运

Subhadeep Gupta，华盛顿大学

星期五，2025年3月14日

下午2:00-3:00,105林堂

摘要：理解量子输运中相互作用和无序的相互作用对理论和实验都是长期存在的根本性挑战。我们利用一个由脉冲光学晶格踢出的超冷量子气体的合成动量晶格平台来皇冠体育研究这个问题。利用周期和准周期踢动协议，我们实验模拟了1D和3D的Anderson输运模型，并观察到相互作用驱动的动态离域、多体量子混沌和金属-绝缘体跃迁的发生[1,2]。观察到的动力学特征是亚扩散能量增长，并揭示了多体相互作用下动态局域态的演化，这是一个长期悬而未决的问题。踢脚协议也可以为皇冠体育研究强相互作用费米子系统中的配对提供新的皇冠体育。我们的皇冠体育研究结果揭示了量子多体系统中相互作用驱动的输运现象，在理论方法极具挑战性的情况下。

[10] J. See Toh et al.，自然物理18,1297（2022）。

J. See Toh et al.，物理学。Rev. Lett. 133,076301（2024）。

题目：“Epsilon接近零的材料——那又怎样？”

纳撒尼尔·金赛，弗吉尼亚联邦大学

2025年4月11日，星期五

下午2:00-3:00,105林堂

摘要：在过去的十年中，epsilon-near-zero区域因能够产生独特的光学现象和增强相互作用而受到关注。其中，改善非线性光相互作用的能力一直是最受赞誉的特征之一。在这次演讲中，我将总结我的团队在测量、建模和分析epsilon-near-zero状态下的非线性相互作用方面的工作，主要关注介电常数调制。我们将严格检查ENZ实际上提供了哪些功能来改善非线性相互作用，以及为什么，以及探索推动其优势的途径。最后，我们将以一些例子作为总结，在这些例子中，我的团队探索了ENZ中非线性折射的潜在用例，如频率控制和超快脉冲测量。

题目：量子算盘：一维中的任意子

内森·哈什曼，美国大学

2025年4月11日，星期五

下午2:00-3:00,105林堂

摘要：一维光学阱中超冷原子的最新实验进展使得对非标准粒子统计的探索成为可能。在这次演讲中，我使用量子算盘的可能性来解释和探索一维任意子的拓扑量子计算的思想。大多数关于拓扑量子计算机的建议都依赖于在二维空间中编织任意子的特性。但是有可能制造出一维的拓扑量子计算机吗？在一维空间里有可能存在任何子吗？最近的实验证实，答案是肯定的：拓扑交换统计在一维中是可能的。

题目：开发用于量子技术的二维材料

尼古拉斯·鲍里斯，蒙大拿州立大学

星期五，2025年4月25日

下午2:00-3:00,105林堂

文摘：在单原子层水平上设计材料的能力。基于二维材料的材料系统已被用于实现新的物质状态，并且许多都具有应用吸引力，从现代电子学到新量子技术的发展。在原子水平上，这些材料的统一特征是它们的分层结构，使单个原子片能够从大块晶体上机械剥离，并以真正的二维形式分离出来。根据材料的不同，得到的原子薄片可以是金属、半导体、铁磁体、超导体等。这些层可以进一步拾取并相互转移，为具有不同物理性质的复杂2D异质结构的逐层组装提供了看似无穷无尽的皇冠体育。

利用2D材料前所未有的多功能性面临的一个主要挑战是，这种2D异质结构的组装通常是手工进行的，这使得该过程非常繁琐，而且产量很低。我将概述我们在MonArk NSF量子铸造厂开发机器人仪器以克服这些挑战的努力，并展示半导体行业的自动化进步以及人工智能如何加速二维量子材料的皇冠体育研究。此外，我将重点介绍我们为量子光子技术开发基于二维半导体的按需单光子光源的工作。这些皇冠体育研究包括探索新的结构和使用纳米光学技术来揭示量子光发射过程中应变、电子结构和激发态动力学之间的相互作用。这里的皇冠体育研究工作有助于集成量子光子学的二维半导体的发展，并说明了正确的制造和表征工具如何加快探索二维材料所带来的技术和科学皇冠体育的步伐。

题目：纳米器件中的电子输运：量子龙；破旧的设备;order-amidst-disorder;通用扩展

Mark Novotny，密西西比州立大学

星期二，2024年9月10日

下午2:00-3:00,105林堂

摘要：采用标准非平衡格林函数（Non-Equilibrium Green’s Function）方法分析了标准近程单轨道紧密结合模型，皇冠体育研究了非常规2D、3D和2D+3D纳米器件中的电子输运。皇冠体育研究了量子龙纳米器件，以及几乎是量子龙的纳米器件。量子龙纳米器件[1]虽然在紧密结合参数上存在较强的无序性，但对于通过连接的细引线传播的所有注入电子能量E，其相干电子输运传输概率为T(E)=1。从一个薄的二维纳米带开始，使用允许的切割、扭曲、缝纫和编织操作，可以得到非常破旧的量子龙纳米器件。量子龙纳米器件可能表现出无序中有序的[2]，其中哈密顿量是强烈无序的，但通常测量的量，如键电流和投影局域态密度（LDOS）是有序的。我们推导并演示了两种不同的通用缩放机制，适用于几乎是量子龙纳米器件的所有纳米器件。M.A.诺沃特尼，物理学家。中国生物工程学报，2003,16(6):531 - 531。[10]马晓东，王晓东，王晓东，等。Novotný，物理学报，33(2):1107 - 1107。

题目：基于人工智能和机器学习应用的传感和计算集成光子学

雷·陈，德克萨斯大学奥斯汀分校

星期五，2024年9月27日

下午2:00-3:00,105林堂

摘要：近百年来，传感、互联和计算技术的进步主要来自于电子和光子的研发工作，而电子和光子具有截然不同的特性，定义了不同的技术路线图。由于摩尔定律的饱和，光子器件的优势提供了前所未有的性能解决方案。在本次演讲中，我们将介绍用于生物传感的集成光子器件，包括近红外和中红外波长，用于甲烷，二氧化氮，CO，乙醇，氨和TEP的SERS和光谱传感。以4.6微米为中心的中红外激光雷达芯片也将展出。将引入用于数字和模拟计算的硅光子学，为人工智能和机器学习应用提供低延迟、高带宽和多波长操作。

题目：量子计算机上的量子化学

2024年10月1日：苏珊娜·叶林，哈佛大学。

星期二，2024年10月1日

下午2:00-3:00,105林堂

摘要：量子化学和量子材料的模拟被认为是量子信息处理器最重要的潜在应用，但在这些问题上实现实际的量子优势是具有挑战性的。在这次演讲中，我将介绍一个由自旋哈密顿模型模拟的强相关量子系统的模拟框架，重点介绍在量子化学和材料中的实际应用。我们的方法使用可重构量子比特架构来模拟实时动态，并采用一种算法通过经典的协同处理提取化学相关的光谱特性。我们开发了一个数字模拟仿真工具箱，利用数字Floquet工程和硬件优化的多量子位操作来实现复杂的自旋-自旋相互作用，并通过基于里德伯原子阵列的提议进行了演示。该方法可以从单个数据集中提取详细的光谱信息，如激发能和有限温度敏感性。我还将强调如何将该框架应用于计算多核过渡金属催化剂和二维磁性材料的关键性质。

题目：从紫外到长波长红外波段的高效超导单光子探测器

Richard Mirin，量子纳米光子学组，NIST

星期二，2024年10月15日

下午2:00-3:00,105林堂

摘要：高性能超导单光子探测器的研制是光子量子信息科学发展的关键。过渡边缘传感器（TESs）和超导纳米线单光子探测器（SNSPDs）在1550 nm波长附近的系统检测效率接近100%。2015年，这两个探测器都被用于无漏洞贝尔实验的里程碑式演示，该实验最终表明量子纠缠不能用隐藏的局部变量来解释。这两种探测器都已被用于光子量子计算的演示。除了量子信息科学之外，还有许多应用，如医学成像、半导体表征、实验室天体物理学和系外行星探测，这些探测器都可以实现。我将介绍这些超导单光子探测器的一些最新创新，包括NIST应用物理部量子纳米光子学组/微弱光子学组的40万像素SNSPD阵列的开发。

皇冠体育：扭曲控制范德华异质结构中的隧道效应和层间相干性

伊曼纽尔·图图克，德克萨斯大学奥斯汀分校

星期五，2024年10月25日

下午2:00-3:00,105林堂

摘要：二维材料的范德华异质结构（vdW）为结合具有不同电子特性的材料提供了前所未有的平台，而不受外延生长相关的晶格匹配的限制。近年来，层间扭转作为一种控制vdW异质结构电子特性的新参数出现，并允许实现平坦能带。本报告将概述控制层间扭曲的实验技术，重点是扭曲控制的双层。我们表明，层间隧穿可以作为独特的工具来探测扭曲排列，紧密间隔的双层中的层间相干性，其中相互作用导致单个层中电子态的相干叠加，具有约瑟夫森结样隧穿特性，对温度具有鲁棒性，层密度失谐。我们描述了一种新的双扭曲层隧道光谱技术，其中不同能带之间的动量守恒隧道作为隧道载流子的能量过滤器，并允许测量准粒子态在定义良好的能量下相对于费米能级的展宽。

题目：外延BiFeO的应变工程₃薄膜在双轴拉伸应变下

宇航公司的裴仁泰

星期五，2024年11月1日

下午2:00-3:00,105林堂

摘要：自20世纪70年代以来，BiFeO3 （BFO）被认为是唯一在室温以上同时表现出铁电性和反铁磁性的多铁性材料。BFO作为一种多铁性材料的复兴是由其真正的体铁电性（= ~90 mC/cm2）在2000年代中期的揭示引发的随后，随着高质量单晶氧化物衬底的可用性，BFO薄膜在各种单晶衬底上外延生长，试图通过施加外延应变进一步改善其物理性能。由于外延应变引起的晶体对称性和微观结构特征主导了BiFeO3的多铁性变化，因此人们一直致力于了解外延应变BFO薄膜中晶体对称性和铁电畴结构之间的关系。结果，通过实验和理论计算，提出了许多应变诱导的新晶体结构。然而，由于：(1)BiFeO3非常复杂的性质，(2)它愿意适应超过~ 6%的异常高晶格应变，[3]和(3)使用伪记录来描述菱形体（空间群：R3c）的平衡BFO相，有关应变引起的结构修饰的细节仍然难以理解。在这次演讲中，我讨论了：(1)如何使用六角形符号（代表平衡BFO相的真正对称性）帮助明确识别外延应变BiFeO3，[4]-[7]中的晶体对称性和随后的定量应变测量(2)自发极化与铁电畴中晶体取向之间的关系此外，还讨论了扫描透射电子显微镜中使用的电子探针对自发极化取向测量的影响

参考文献

[10]王杰等，科学通报，1999,19 （2003）

[10] [R. J. Zech等，科学，326,977 (2009)]

[10]陈建军，陈建军，陈建军，陈建军，等。理论物理。Rev. 3,011106 （2016）

[4] I.-T。裴，H. Naganuma， T. Ichinose， K. Sato, Phys。Rev. B, 93, 064115 （2016）

[5] I.-T。Bae等人。科学。众议员7,46498 （2017）

[6] I.-T。Bae等人。科学。众议员8,893 （2018）

[7] I.-T。Bae等人。科学。众议员9,6715 （2019）

[8] I.-T。裴宗仁，林利，B. J. Foran，和H. Paik，科学。众议员13,19018 （2023）

[9] I.-T。裴，B. J. Foran， H. Paik, Sci。众议员14,15513 （2024）

题目：用同样的方法做更多的事情：利用捕获离子的亚稳态

2024年11月5日，星期二：詹姆斯·奥莱利，俄勒冈大学

星期二，2024年11月5日

下午2:00-3:00,105林堂

摘要：目前最先进的离子阱量子计算机每个离子最多有一个量子比特，每个量子比特在基态流形内定义。额外的非量子位离子提供共鸣冷却，以保持计算离子足够冷，以执行多轮高保真相干操作。通常，这两个离子子集必须是不同的种类，以防止冷却光干扰计算。为了绕过这种增加的系统复杂性，我们可以将计算离子提升到与基态冷却转变隔离的长寿命激发态。这次升级还启用了包括擦除转换和投影状态准备在内的新功能。我们将讨论最近发展这种架构的两项努力：亚稳态量子比特之间的纠缠门和基态离子对亚稳态离子的交感冷却。最后，我们将利用更大的亚稳流形来探索高保真的量子控制。

题目：半导体超表面自发发射的控制：从单光子到超快光束控制

Igal Brener，桑迪亚国家实验室

星期五，2024年11月15日

下午2:00-3:00,105林堂

摘要：超材料及其二维实现-超表面-自近20年前出现以来已广泛用于波前操作。由于能够设计具有功能和外形因素的光学元件，这导致了光学领域的一场革命，这在不久前是不可想象的。超表面的另一个用途依赖于调整局部电磁场的分布和强度的能力，以皇冠体育研究光-物质相互作用中的各种基本现象，1创造新颖的可调谐和有源器件2，并增强光学非线性。3-5特别是，由III-V半导体制成的超表面为增强光学非线性和控制自发发射提供了一个很好的平台，因为量子发射体的单个和集合可以嵌入到元原子中。7

在这次演讲中，我将重点讨论两个主题：嵌入III-V超表面的局部液滴蚀刻（LDE）量子点的单光子发射和包含高q共振的超表面的自发参数下转换（SPDC）。5 .对于嵌入在GaAs超表面中的LDE量子点的单光子发射，我们使用惠更斯超表面将收集效率提高了20倍以上，并展示了该平台如何在远低于以前使用的激发功率密度下测量g(2)。对于第二部分，SPDC工作是基于对III-V超表面的谐波产生和其他光学非线性的多年皇冠体育研究3,6。我们最近展示了GaAs元表面上含有准连续体束缚态（q-BIC）共振的SPDC 5。q-BIC共振增强了信号或空闲波长态的光密度，并大大提高了简并态和非简并态的SPDC速率。最后，我将介绍最近在b[5]上发表的进一步提高SPDC速率的结果，以及发射光子对的偏振层析成像。

1. 张晓明，张晓明，等，“全介电子带间极化元表面的强耦合”，电子学报，21,367-374（2021）。

2. 李建军，李建军，李建军，等，“基于电压控制强耦合的可调谐超材料”，应用物理学报，33(3),336（2013）。

3. 徐志军，陈晓明，等，“一种具有非线性光响应的全介电极化元表面”，光学学报，22,896-903（2022）。

4. 刘s .， P. P. Vabishchevich, a . Vaskin，等，“全介质超表面作为宽带光混频器”，自然通信，1 - 6（2018）。

5. T. Santiago-Cruz， S. D. Gennaro， O. Mitrofanov等，“产生复杂量子态的共振超表面”，科学377,991-995（2022）。

6. 刘士林，郭志强，李志强，等，“半导体纳米谐振器-一种无源、有源和非线性全介电超材料的新策略”，光学材料，4,（2016）。

7. 刘淑娟，刘志强，刘志强，等，“发光超表面：自发发射和远场辐射的同步控制”，纳米材料学报，18(2018),6906-6914。

8. P. P. Iyer， S. Prescott， S. Addamane等，“嵌入在惠更斯超表面的单个GaAs量子点的量化自发发射控制”，纳米学报（2024）。

皇冠体育:稍后通知

Martin Scheutz，亚马逊网络服务

星期五，2024年11月22日

下午2:00-3:00,105林堂

文摘:稍后通知