首次實(shí)現(xiàn)器件無關(guān)的量子隨機(jī)數(shù)

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授及其同事張強(qiáng)、范靖云、馬雄峰等與中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所和日本NTT基礎(chǔ)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室合作，在發(fā)展高品質(zhì)糾纏光源和高效率單光子探測(cè)器件的基礎(chǔ)上，利用量子糾纏的內(nèi)稟隨機(jī)性，首次成功實(shí)現(xiàn)器件無關(guān)的量子隨機(jī)數(shù)。相關(guān)論文發(fā)表于Nature。該成果將在數(shù)值模擬和密碼學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，有望形成新的隨機(jī)數(shù)國際標(biāo)準(zhǔn)。該工作及后續(xù)工作將為密碼學(xué)和數(shù)值模擬以及需要隨機(jī)性輸入的各個(gè)領(lǐng)域提供真正可靠的隨機(jī)性來源，同時(shí)由于可信任的隨機(jī)數(shù)源是現(xiàn)實(shí)條件下量子通信安全性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，器件無關(guān)隨機(jī)數(shù)的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)也進(jìn)一步確保了現(xiàn)實(shí)條件下量子通信的安全性。

基于量子糾纏的量子隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生示意圖（圖片來源于中國科學(xué)院）

器件無關(guān)量子隨機(jī)數(shù)實(shí)驗(yàn)裝置（圖片來源于中國科學(xué)院）

大腦皮層神經(jīng)元信息的讀碼機(jī)制解析

中國科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所、腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心、中國科學(xué)院靈長類神經(jīng)生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室空間感知課題組顧勇研究員等，通過結(jié)合決策信號(hào)的測(cè)量與微電流刺激的干擾兩種方法來解析大腦神經(jīng)元信息的讀碼機(jī)制，研究論文發(fā)表于《神經(jīng)元》。在獼猴大腦皮層中存在兩類細(xì)胞，感覺—決策一致性細(xì)胞和感覺—決策相反性細(xì)胞。兩類細(xì)胞之間通過特定的相關(guān)性噪音結(jié)構(gòu)連接。微電流刺激實(shí)驗(yàn)表明兩類細(xì)胞都貢獻(xiàn)于獼猴的認(rèn)知決策，但前者的讀取權(quán)重更大，大約是后者的兩倍。研究表明，大腦神經(jīng)元信息的讀碼權(quán)重不僅與特定腦區(qū)有關(guān)，還與特定腦區(qū)中的特定神經(jīng)元集群有關(guān)。

闡釋量子混沌系統(tǒng)

清華大學(xué)丘成桐數(shù)學(xué)科學(xué)中心助理教授金龍與美國加州大學(xué)伯克利分校Semyon Dyatlov教授合作，開展雙曲曲面上半經(jīng)典測(cè)度具有全支集的研究，研究論文發(fā)表于Acta Mathematica。曲面或區(qū)域上的拉普拉斯算子特征函數(shù)是量子態(tài)的簡(jiǎn)單模型，其在半經(jīng)典極限下的分布情況由半經(jīng)典測(cè)度描述，與對(duì)應(yīng)的經(jīng)典力學(xué)系統(tǒng)的性質(zhì)緊密聯(lián)系。負(fù)曲率曲面上的測(cè)地流是經(jīng)典的混沌系統(tǒng)，刻畫其上的半經(jīng)典測(cè)度是量子混沌領(lǐng)域中最重要的問題。對(duì)于曲率為負(fù)常數(shù)的雙曲曲面研究證明了半經(jīng)典測(cè)度具有全支集，即半經(jīng)典極限下特征函數(shù)不能完全地集中在一個(gè)子集上。由此還可推出雙曲曲面上線性薛定鍔方程可由任意非空開集控制。

單分子場(chǎng)效應(yīng)晶體管研究進(jìn)展

北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院郭雪峰課題組和合作者開發(fā)了國際上第一種基于離子液體柵和石墨烯基單分子器件平臺(tái)的單分子場(chǎng)效應(yīng)器件，實(shí)現(xiàn)了單分子電荷輸運(yùn)的高效控制。相關(guān)研究成果發(fā)表于Angewandte Chemie International Edition。場(chǎng)效應(yīng)晶體管是構(gòu)建電子電路的基本單元器件，其基礎(chǔ)原理為使用第三端柵電極來調(diào)控源漏兩端電極之間的電流。通過外加電場(chǎng)調(diào)控單個(gè)分子中的電荷傳輸可以實(shí)現(xiàn)單分子場(chǎng)效應(yīng)功能。這種新器件結(jié)構(gòu)克服了長期困擾該領(lǐng)域的短溝道效應(yīng)，為構(gòu)建高性能的單分子場(chǎng)效應(yīng)晶體管和研究與分子軌道能級(jí)相關(guān)的量子輸運(yùn)效應(yīng)提供了可靠平臺(tái)。

生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)研究在人臉識(shí)別領(lǐng)域新進(jìn)展

中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所智能感知與計(jì)算研究中心孫哲南、赫然研究團(tuán)隊(duì)，在生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上提出高保真度的姿態(tài)不變模型來克服人臉識(shí)別任務(wù)中最為經(jīng)典的姿態(tài)不一致問題。研究論文發(fā)表于NIPS（人工智能頂級(jí)會(huì)議神經(jīng)信息處理系統(tǒng)大會(huì)）。研究者總結(jié)了先前工作中存在的一些限制，例如，過于依賴低維信息約束，不能很好地保持原圖的語義信息等。設(shè)計(jì)新過程，解決了這些問題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法在基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集上的表現(xiàn)的視覺效果和定量性能指標(biāo)都優(yōu)于目前最好的基于對(duì)抗生成網(wǎng)絡(luò)的方法。此外，HF-PIM所支持的生成圖像分辨率也在原有方法的基礎(chǔ)上提升了一倍。

高保真度的姿態(tài)不變模型示意圖（圖片來源于中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所）

在CelebA數(shù)據(jù)庫的HQ子集上的可視化結(jié)果，第一行為輸入圖像，第二行為通過我們的模型進(jìn)行人臉正面化后的結(jié)果。（圖片來源于中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所）

高靈敏聚合物/AIE熒光氣體傳感器

中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所研究員江雷團(tuán)隊(duì)通過結(jié)合聚合物和聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）分子，在不對(duì)稱浸潤性界面上限域構(gòu)建聚合物/AIE熒光微米線陣列作為氣體傳感器，利用聚合物溶脹誘導(dǎo)光強(qiáng)變化實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)氣體的高靈敏和特異性檢測(cè)；該成果發(fā)表于Nature Communications。通過理論計(jì)算揭示了熒光傳感器對(duì)氣體檢測(cè)的機(jī)理，并且利用現(xiàn)有商品化聚合物或AIE材料構(gòu)建傳感器陣列，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同有機(jī)氣體的識(shí)別，證明方法具有普適性。更為重要的是，通過調(diào)控聚合物側(cè)鏈結(jié)構(gòu)，可特異性識(shí)別并準(zhǔn)確區(qū)分性質(zhì)相似的有機(jī)氣體。

宇宙學(xué)和暗物質(zhì)前沿交叉研究

中國科學(xué)院理論物理研究所研究員李田軍及其合作者提出利用一種暗物質(zhì)候選粒子——軸子來自然地解釋一種反常的冷卻效應(yīng)。相關(guān)研究成果發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》。軸子（Axion）和類軸子（Axion-Like Particles）屬于WISPs，是一種理想的暗物質(zhì)粒子候選者。軸子暗物質(zhì)在早期宇宙演化的適當(dāng)時(shí)期可通過引力相互作用在Condensed Regime形成玻色—愛因斯坦凝聚（Axion BEC）。利用暗物質(zhì)軸子的玻色—愛因斯坦凝聚，在黎明時(shí)代前冷卻中性氣體氫，在此過程中，軸子凝聚形成的大尺度關(guān)聯(lián)放大了這種冷卻效應(yīng)，因此，中性氣體氫能夠以一種簡(jiǎn)單合理的方式被冷卻，最終自然地解釋了EDGES觀測(cè)到的反常信號(hào)。

鉍氧化物高溫超導(dǎo)機(jī)理

復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系教授封東來團(tuán)隊(duì)與南京大學(xué)教授聞海虎、北京師范大學(xué)教授殷志平等合作，揭示鋇鉀鉍氧體系高溫超導(dǎo)機(jī)理，研究論文發(fā)表于Physical Review Letter。高溫超導(dǎo)是凝聚態(tài)物理的重要前沿方向。鉍氧化物即是一種重要的疑難超導(dǎo)體系，其超導(dǎo)電性首次發(fā)現(xiàn)于1976年。合作團(tuán)隊(duì)通過不斷優(yōu)化樣品質(zhì)量、在世界上多個(gè)同步輻射線站優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，利用十微米量級(jí)的聚焦光束在不平整的表面上找到平整的小區(qū)域，最終獲得高質(zhì)量的光電子能譜。實(shí)驗(yàn)材料長程庫倫相互作用導(dǎo)致了帶寬極大地增加。HSE/GW計(jì)算結(jié)果也表明長程庫倫相互作用所引發(fā)的帶寬增加效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致這樣遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)理論估算值的電聲子耦合強(qiáng)度。