國際物理學十大突破

2015國際物理學十大突破你知道他嗎？

最年輕的院士、27歲時科研成果就入選“年度全球十大科技進展”、31歲毅然回國組建自己的實驗室、幫助中國在量子通信的前沿科技領域處于世界領先……近年來，在合肥工作的潘建偉是中國最耀眼的科技明星之一，也被認為是距離下一個科技諾貝爾獎最近的中國人之一。2015年12月11日，歐洲物理學會(InstituteofPhysics)新聞網站《物理世界》(PhysicsWorld)公布了2015年度國際物理學領域的十項重大突破。中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室潘建偉院士、陸朝陽教授等完成的“多自由度量子隱形傳態(tài)”名列榜首，被評為年度突破(BreakthroughoftheYear)。其他九大突破排名不分先后，由美國、德國、荷蘭、葡萄牙、中國、澳大利亞、日本等國家的科學家分享。

簡而言之，這項工作的新成果在于“多個自由度”，因為以前已經實現(xiàn)了單個自由度的量子隱形傳態(tài)。

什么是量子隱形傳態(tài)？這是一種在1993年提出的方案，把粒子A的未知的量子態(tài)傳輸給遠處的另一個粒子B，讓B粒子的狀態(tài)變成A粒子最初的狀態(tài)。注意傳的是狀態(tài)而不是粒子，A、B的空間位置都沒有變化，并不是把A粒子傳到遠處。當B獲得這個狀態(tài)時，A的狀態(tài)必然改變，任何時刻都只能有一個粒子處于目標狀態(tài)，所以并不能復制狀態(tài)，或者說這是一種破壞性的復制。

量子隱形傳態(tài)是以不高于光速的速度、破壞性地把一個粒子的未知狀態(tài)傳輸給另一個粒子。打個比方，用顏色表示狀態(tài)，A粒子最初是紅色的，通過隱形傳態(tài)，我們可以讓遠處的B粒子變成紅色，而A粒子同時變成了綠色。但是我們完全不需要知道A最初是什么顏色，無論A是什么顏色，這套方法都可以保證B變成A最初的顏色，同時A的顏色改變。

量子隱形傳態(tài)是在什么時候實現(xiàn)的？是1997年，當時潘建偉在奧地利維也納大學的塞林格(Zeilinger)教授組里讀博士，他們在《自然》上發(fā)表了一篇題為《實驗量子隱形傳態(tài)》(“Experimentalquantumteleportation”)的文章，潘建偉是第二作者。這篇文章后來入選了《自然》雜志的“百年物理學21篇經典論文”，跟它并列的論文包括倫琴發(fā)現(xiàn)X射線、愛因斯坦建立相對論、沃森和克里克發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結構等等。

用《道德經》的話說：“道生一，一生二，二生三，三生萬物?！?997年實現(xiàn)了道生一，那時潘建偉還是博士生。2015年實現(xiàn)了一生二，這時他已經是量子信息的國際領導者。從傳輸一個自由度到傳輸兩個自由度，走了18年之久，這中間有無數(shù)的奇思妙想、艱苦奮斗，是人類智慧與精神的偉大贊歌。其余九大突破

2、首次測量到單電子的同步輻射。獎給8號項目(Project8)協(xié)作組(注釋：8號項目的兩位發(fā)言人來自美國的麻省理工大學和加州大學圣塔芭芭拉分校)，他們測量到氪-83的β衰變中發(fā)射出的單個電子的同步輻射。輻射是在電子通過磁場時發(fā)出的，使得團隊可以對粒子被發(fā)射時的能量作出非常精確的測量。8號項目正在努力提高測量精度，以用于計算物理學中最難以捉摸的量之一——電子型反中微子的質量，這些電子型反中微子也是在β衰變中發(fā)射出的。3、終于維發(fā)現(xiàn)了外京爾費注米子慰。獎給選普林地斯頓仰大學短的Za削hi則d冤Ha蓬sa恢n、麻搬省理撇工大肌學的Ma霉ri五n絡So醉lj緩a?如i?以及昏中國蹲科學臨院(注釋燙：物張理研農究所)的方你忠與拼翁紅論明，乎為他賤們關奧于外藍爾費心米子精的先縫驅性血工作拔。這劇些無達質量戀的粒養(yǎng)子是約德國標數(shù)學謀家赫謊爾曼·外爾(H坐er斗ma培nn功W默ey辜l)在19克29年預據(jù)言的閘。Ha挖sa心n和方某忠、被翁紅悶明領年導的示團隊嘆各自守獨立榨地在露準金腔屬砷溜化鉭(T柳aA赤s)中發(fā)純現(xiàn)了洲一種構準粒愧子的辣指示鋸性證組據(jù)，麗這種雅準粒獵子表萄現(xiàn)得姓就像昂外爾燭費米煙子?，F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)希的外址爾費趴米子能不是蓬真實筆的粒馳子，閉而是腎一種微真實宇粒子荒的集怨體運律動模療式，獨即準牲粒子戶，這瞇是凝嬸聚態(tài)搬物理幕中特懶有的名現(xiàn)象即。外框爾最殖初是臟在粒夾子物鎖理領曉域預響言這但種粒房誠子的悟，尋感找它朗花了86年，太最終縫卻是打在凝嚼聚態(tài)脈物理財領域席找到幟了這讓種粒惱子。牙在凝填聚態(tài)夠物理排中實介現(xiàn)?？钭游锬＠淼姆豪碚撨?，是泳當代技物理擱學一榮種普匪遍而鼻有趣脾的思煮路。4、物理適學家宣稱削實現(xiàn)御了“無漏發(fā)洞”的貝壩爾不悶等式堪實驗曲。獎給初荷蘭齡代爾停夫特陪理工煌大學商的Ba貝s午He騙ns乖en、Ro矮na調ld境H鼠an約so港n與同什事們員，他膠們進奔行了箭既沒托有局臉域性己漏洞哀也沒株有探叼測性議漏洞嗽的貝身爾不貪等式源測量鹽。他必們的飾實驗潛涉及吃位于曾相距1.顧28公里杠的金抗剛石銳中的蹤蝶糾纏的的自愿旋，艙然后咬測量騾自旋厭之間悼的關乎聯(lián)。浴金剛久石之扁間距潮離這污么遠褲，以森及自島旋測嚇量相趨對容恰易，卻保證元了整網個實鳳驗是最無漏宜洞的穗，——實驗亦結果殼證實展了看瘋似怪支異的漆量子耐力學晶糾纏讀概念。量子遞力學的糾喉纏概門念對蠶公眾央來說層很怪貫異，跟對科棗學界套來說蔽卻是關老生飄常談懂，否那定它斜才出場人意賄料，踐肯定幼它只刻是再蒸次證壁實常前識。刷這類討實驗詞是以序更突答出的昆矛盾糊、更走高的教可靠捎性來沈檢驗芽一個腐已經就被廣槍泛接寒受的誓理論姿。如砌果結怠果是揭否定票性的職，整鬼個科勻學界鍛就會旗轟動都，大招家需罪要重骨新構巴建物儲理學鈔大廈嚇了。衡現(xiàn)在土的結遷果都刊是肯霜定性艦的，輛量子促力學采再一掩次被遵證明雁為正診確，龜那對蹤蝶大多級數(shù)人遣來說育就只妹是滿謎足好船奇心襯而已最。當桿然，躲實驗誕在技享術上鼠的進賠步是叨很重杠要的河，例革如在掀相距忠這么惰遠的隱金剛柱石之界間保敲持糾古纏的戲方法勁。5、首次探測歪到來仆自太括陽系井外行剝星的逆可見兇光。獎給執(zhí)葡萄家牙天棕體物節(jié)理與錄空間獄科學刪研究旱院與加波爾士圖大去學的Jo右rg葵e痛Ma錫rt軌in鋪s及其嗓在葡秋萄牙欺、法際國、離瑞士榆、智筒利的永同事灑們，帽他們呀首次捧測量在了由給一顆刮系外境行星焰反射媽的高柱分辨判率光吉譜信貌號。域該團費隊使忘用了承高精貓度徑議向速鳥度行終星搜睛尋設迫備(在歐腸洲南頃方天抱文臺理下屬腎的La底S底il敘la天文兼臺)，研暖究來壘自51飛馬市座b星的打光，——它是半在19甲95年發(fā)服現(xiàn)的鵝。利聞用他攝們發(fā)清展的廢新技遇術，Ma鉤rt蒸in窗s和同房誠事們委能夠盤測量勸這顆澤行星蹤蝶的質剪量、葬軌道戶傾角調和反嘗射率蹤蝶，這棉些數(shù)易據(jù)可蛛以用譜來推段斷行熱星表車面和衣大氣觀的成堡分。股按：分我們怒以前襖只能件觀測欲到恒愧星的低光，萌看不伐到太繩陽系貞外行狗星的剖光，礦也就聯(lián)對系孔外行瓜星的隨成分岔一無郵所知儲，甚飛至連粱它們丑是固識態(tài)、瓣液態(tài)丙還是螺氣態(tài)西都不特清楚歡。這透個項黨目大懶大增桑進了劍我們感對系跌外行衛(wèi)星的漂了解晴，說衡不定紐奉能找陣到適瓶合人膝類生件存的晌星際做移民庭目的歉地。6、LH拌Cb(“大型私強子釀對撞車機的饒美麗”，La盆rg獨e瞎Ha未dr沉on治C暴ol方li孝de女r滲be號au秩ty敞)宣稱蘆發(fā)現(xiàn)閥兩個寸五夸范克態(tài)傷。獎給像歐洲讓核子遺研究在組織(C回ER丸N)的LH敵Cb協(xié)作榴組，辣他們欣表明徑五個爐夸克舉可以思在被尺稱為門五夸刻克態(tài)疑的粒餐子中睜被束陣縛在拐一起積。五伯夸克參態(tài)的處存在塔是在19須70年代位被首池次預港言的景，在21世紀增是爭百議的貍對象伸。今幕年，溪當兩巖個質教量約訴為44蚊00視M匪eV否/c糖2的五坡夸克疑態(tài)從封大型姻強子霸對撞壺機的孝質子朱碰撞重中涌陷現(xiàn)出水來時沉，這查個問雪題終溝于解灑決了淚。兩晉個信貓?zhí)柕难澜y(tǒng)計寒顯著證度都諸超過9σ，遠谷高于尺粒子井物理姐中確宅認一腹個發(fā)趁現(xiàn)的梯黃金陣標準5σ。注遷釋：求質子婆和中遮子這趙樣的掀重子甩是由漂三個伴夸克察組成準的，香在重促子之質間傳乖遞相完互作稅用的憐介子北是由垮兩個焦夸克瘋組成少的。欲夸克悄從來索不會等單獨舟出現(xiàn)倦，因非為把老兩個鵲夸克鮮分開族時要竊耗費箱的能障量太糾大，治超過尾夸克曾質量柴對應蒸的能腸量，腸于是竹會產歸生新窗的夸麻克。同那么鵲有沒騰有多亂于三聞個夸擾克組衰成的媽粒子元呢？言理論塌預測雹了四僚個和擔五個誓夸克御組成惹的粒絡子，婚但一渣直沒泄有被采證實梯。現(xiàn)土在終期于發(fā)錢現(xiàn)了扭五夸燙克態(tài)綿，可棟喜可敘賀。7、硫化公氫在20樹3閱K下是顫超導辛溫度秋最高家的超紅導體符。獎給垂馬克代斯·普朗堆克化軋學研嶺究所六和約徑翰尼羽斯·古騰俊堡大繼學(都位來于德坑國美炒因茨)的Mi推kh使ai子l困Er頸em換et虛s和同豬事們結，他唐們發(fā)逐現(xiàn)了脫第一秘種在呀地球庸表面多能自再然出繡現(xiàn)的腸溫度幼下超即導的植材料嬌。該絮團隊脹發(fā)現(xiàn)譜，15臭0萬個附大氣粱壓的桂極端為壓強朽下的賠硫化物氫直款到20可3務K都是余超導怎體，武這個寺溫度臣比南追極洲卻記錄企到的攀最低輩溫度瓶要高19角K。雖左然還固需要工進一終步的租研究殼來理料解為罪什么才這個碧材料芒會超更導，鐘這項嗎發(fā)現(xiàn)迷可能條已經祖為超氧導的劇圣杯裁即室恩溫超列導體蔑鋪平皆了道班路。這項工爆作一黑下子遼把超億導溫告度提淘高了噸幾十吸度，仆甚至進都超冶過了題地球核表面盤的最社低溫深度，凳這是藏個重扇要的翼里程柿碑。朱當然飯離實她用還饞很遠夾，因挑為15糾0萬大糧氣壓護的壓殊強是便個嚴吳重障刃礙。20幟14年，骨吉林羅大學氏的馬湖琰銘穩(wěn)和崔躺田兩革個研償究組靠各自冠通過匠理論妨計算拔預測潔了硫撥化氫禾的超冰導性淋，馬假琰銘戚等人酷預測H2詞S在16煤0淋GP聚a的壓困強下(1璃G乒Pa約等摟于1萬大叨氣壓)超導配溫度邁為80笑K，崔隨田等需人預衛(wèi)測H3辜S(趴H2練S與H2的復暢合物)在20現(xiàn)0熟GP竹a下超肢導溫暢度在19畫1什K至20晌4醋K之間覆。Er愛em壇et療s等人散大幅正引用滲和致惹謝了坐崔田栗和馬括琰銘夕的結殼果，權參見產知社乘學術點圈的及《Na情tu狼re犧:中國某學者曬預測毯的20奶3K超導掏體被蘇實驗臘證實|顛覆澆所有但極限皂！》致和《吐關于四中國分學者遭預測20裁3K超導轎體被荒實驗帶證實臺的補受充說蠟明》殲。中宰國科膊學家蜓對這恩項發(fā)曉現(xiàn)也關有重塞要貢耕獻，派不過貼由于蒜所用裙的理補論是盆傳統(tǒng)及的BC豆S超導帝理論米，計皇算的呢難度智并不咽很大名，而蛋實驗居的難囑度要融大得灶多，荷所以粱實驗探家的牧榮譽偶高于綁理論分家的暗榮譽價。8、便攜歌式“戰(zhàn)地庫磁共誕振影節(jié)像(M乳RI腰)系統(tǒng)”走出閥實驗牲室。獎塌給美賄國洛的斯阿著拉莫拒斯國碑家實刃驗室甲的Mi哀ch化el著le聾E污sp滑y和同擇事們互，他侍們造休出了澆實用培的、亮便攜矛的、舊超低沉磁場諒的MR絨I系統(tǒng)險。與畢傳統(tǒng)名的用信超導擦線圈味產生塊很強株磁場記的MR長I系統(tǒng)(注釋憐：看河，這榨就是峽超導規(guī)的用挨途之栽一)不同堤，新?lián)湎到y(tǒng)忙所用翻的磁塔場要麻弱得覆多，御從遠霸方產澆生這糧種磁慣場就貪容易哀多了銜。然欣而這初意味啊著該齊系統(tǒng)妻必須傅能夠倍探測器弱得敲多的薪信號宰，這福一點女它是卸用超杏導量華子干歲涉儀(S啞QU霞ID偶)來實暑現(xiàn)的(注釋娃：避童開了墳超導屬的一倉種用狐途，東又用蓄到超敵導的責另一御種用漆途)。由殺于有富低功撇耗和驗輕質兔量的平優(yōu)點柄，該砌團隊籃希望嘩這種研原型被設計劃能夠診盡快漆部署禮到發(fā)轟展中船國家罪的醫(yī)眠療中進心以扣及戰(zhàn)姿地醫(yī)娛院。界按：中這是犬十大該物理冰學突粘破中抽唯一核跟日艙常生直活直慢接相瘦關的介，可跨能歐墊洲物秤理學討會選背擇它相也有就這方兄面的雀原因歇。9、費米黃子顯微狐鏡露私出曙晴光。獎給仙美國串麻省繁理工叮大學價的La癢wr矩en婦ce眉C統(tǒng)hu爛ck、Ma特rt幕in書Z信wi赴er莖le蕉in和同耀事們讀，他儲們制漠造了帳第一騎臺“費米模子顯舟微鏡”—挺—一臺智能夠商為超襖冷氣腥體中徑多達10段00個獨圓立原紫子成會像的跨設備吹。對相于理紅解材剩料中最的電野子如儀何相彼互作理用，幸已經語有許領多重弊大的躲進展?jié)?。這鳥是通壁過把趕費米跌子原另子冷確卻到曲超低授溫度兩、再繭用光因和磁豪場精列細調擱節(jié)原允子間存的相慣互作悉用來俊實現(xiàn)葬的。蓋通過怖允許啄物理雅學家監(jiān)觀測主單個首費米努子在駐氣體橫冷卻輝時的攪行為勤，費掏米子代顯微搭鏡把見這種翻方法田又推丘進了穴重要搜的一毅步。岸這項煩新技裁術可震能很峰快就倡會被尋研究雅者用工于觀該測原奴子間克的磁掠相互凍作用葬，甚觀至可鞠能被位用于愧探測財體系燦內的涌量子侄糾纏卡。注繭釋：教這項啟工作犯的重隆要性旅，在宗于把陶觀測遵對象墊從很轉多原當子的脾集合同縮小裳到單掠個原堅子，任即大雅大提國高了液分辨查率?？挥纱诉x我們體有可雅能觀犯察到猾很多返以前疤想象推不到常的現(xiàn)狀象，票以后律還有酸可能披把對犯單原少子的固觀測(只是也看)升級喊為控菌制(不僅難看還掃能動)。想脅想看晚，如訓果我階們可塑以隨仁意觀行察和弱操控售單個勵原子葵，而倡且這海些原己子還鑄是處乒于量喇子糾圾纏中提的，杠我們眾能夠限看到稀和造岔出多雁少不橫可思緒議的偷東西誤！10、硅量子某邏輯柔門是沒第一蠻步。獎崖給澳跪大利伶亞新會南威惰爾士戰(zhàn)大學提和日強本慶昌應義哥塾大福學的An晃dr律ew嗽D鈔zu采ra谷k、Me槍nn鵲o揪Ve別ld墾ho俯rs梨t和同率事們庭，他色們造突出了憂第一盞個硅漿的量編子邏譽輯器曬件。啞他們互的控穗制非(C塘NO科T)門是境量子堤計算短機的累一個裹基礎帥元件喉，以國前是陳用傳冰統(tǒng)的稈半導朋體加變工工筒藝制縱造的白。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