当红不让！这个领域，一天发表6篇Science

小纳米

2020-12-08

量子技术，是当前最受关注的前沿技术之一。

2020年12月4日，中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等组成的研究团队与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，构建了76个光子的量子计算原型机“九章”，实现了具有实用前景的“高斯玻色取样”任务的快速求解。

根据现有理论，该量子计算系统处理高斯玻色取样的速度比目前最快的超级计算机快一百万亿倍（“九章”一分钟完成的任务，超级计算机需要一亿年）。等效地，其速度比去年谷歌发布的53个超导比特量子计算原型机“悬铃木”快一百亿倍。这一成果使得我国成功达到了量子计算研究的第一个里程碑：量子计算优越性（国外也称之为“量子霸权”）。

就在昨天同一天，除了以上成果之外，Science还连续发表了5篇文章，包括3篇研究论文和2篇述评，都是关于凝聚态物理和量子技术。下面做简要介绍：

探索量子材料的功能，以了解自旋谷电子效应，拓扑效应和多体效应，就必须深刻认识到量子材料独特的电子能带结构。有鉴于此，美国密歇根大学M. Kira等人发现，单层WSe₂材料中产生的边带谐波，使得动量空间中形成了独特的电子干扰梳。通过扩展计量学和超分辨率成像的频率梳策略，研究人员从光谱学的角度定位这些动量梳，实现了对关键能带结构原位超分辨层析成像。这项研究发展了一种实用的、全光学、全三维的电子结构断层扫描技术， 证明了在环境条件下直接绘制量子材料的电子结构特性是可以实现的。

M. Borsch et al. Super-resolution lightwave tomography of electronic bands in quantum materials. Science 370, 1204-1207.

https://science.sciencemag.org/content/370/6521/1204

一般而言，我们听到的声音是空气的密度、温度和速度的谐波振荡。随着声波的传播，声强逐渐降低。从本质上而言，声音的衰减是由于动量和能量从波峰到波谷的扩散。有鉴于此，美国麻省理工学院Martin W. Zwierlein等人从量子的角度，研究了声音衰减不同寻常的一面。以极低温度下Li-6原子均质气体为研究对象，他们发现，在超流体转变情况下，声音的扩散性与He-4（一种相互作用强烈的玻色子）中观察到的情况，并没有什么不同。这一研究阐明了强相关量子流体的输运性质，为稳定自旋中子星提供了思路。

Parth B. Patel et al. Universal sound diffusion in a strongly interacting Fermi gas. Science 2002, 370, 1222-1226.

https://science.sciencemag.org/content/370/6521/1222

https://science.sciencemag.org/content/370/6521/1162

二维半导体为光电技术的革新带来了全新的思路。在光激发作用下，原子级超薄半导体材料中会激子，该激子由激发的电子和空穴组成。激子是通过库仑吸引作用保持在一起的电子-空穴对，极大地影响材料的光电性能。亮激子具有光学活性，暗激子却更难检测。这主要是因为，光子携带的动量很小，不能直接与大动量的激子相互作用。

有鉴于此，日本科学家Keshav M. Dani等人发展了一种泵浦探针光发射技术，使用时间和角度分辨光发射光谱法（TR-ARPES），在单层WSe2实现了的暗激子的直接探测。通过追踪同时构成亮和暗激子的电子的动力学，作者发现在稳态下暗激子比亮激子要多。

Julien Madéo et al. Directly visualizing the momentum-forbidden dark excitons and their dynamics in atomically thin semiconductors. Science 2020, 370, 1199-1204.

https://science.sciencemag.org/content/370/6521/1199