德国亥姆霍兹德累斯顿罗森多夫研究中心科学家在激光等离子体加速方面取得重大进展。他们采用一种创新方法，成功将质子能量从约80兆电子伏特提高到150兆电子伏特。这一成果大幅超越了此前的质子加速纪录，让小型激光设备首次获得迄今仅在更大型设施中才能获得的能量水平。最新研究有望促进医学和材料科学的发展。相关论文发表于5月13日出版的《自然-物理学》杂志。 与传统加速器相比，激光等离子体加速器并不依赖强大的无线电波推动粒子运动，而是利用激光加速粒子。但这项技术目前处于研究阶段，全球仅有几个超大型激光系统能够实现将质子加速到100兆电子伏特的能量水平。 研究负责人蒂姆·齐格勒表示，为了使用更小激光设备以及更短脉冲实现类似高加速器能量，他们利用了激光闪光这一特性，即一小部分激光就像“抢跑”一样，在特制的塑料箔内触发一系列复杂的加速机制。这极大地提升了名为DRACO的激光器的质子加速能量。 研究结果显示，DRACO激光器此前的质子加速能量纪录约为80兆电子伏特，现在能达到150兆电子伏特，几乎是原来的两倍。而且，加速的粒子束展现出高能且匀速运动的卓越特性。 研究团队认为，这一突破有望使小型激光等离子体加速器在医学领域发挥重要作用，特别是在精准肿瘤治疗方案方面。目前医生们主要依赖大型治疗加速器开展此类研究。现有的大型加速器耗电量巨大，而激光等离子体加速器可能更经济。激光闪光也可用来产生短而强的中子脉冲，这对科技发展以及材料分析都具有重要意义。 齐格勒表示，他们希望与其他实验室合作，更精确地控制加速，未来能够实现超过200兆电子伏特的质子加速能量。 查看详细>>

中国科学技术大学潘建伟、包小辉、张强等首次采用单光子干涉在独立存储节点间建立纠缠，并以此为基础构建了国际首个基于纠缠的城域三节点量子网络。该工作使得现实量子纠缠网络的距离由以往的几十米整整提升了三个数量级至几十公里，为后续开展盲量子计算、分布式量子计算、量子增强长基线干涉等量子网络应用奠定了科学与技术基础。5月15日，相关研究成果在线发表在《自然》（Nature）上。 通过量子态的远程传输来构建量子网络是大尺度量子信息处理的基本要素。基于量子网络，可以实现广域量子密钥分发以及分布式量子计算和量子传感，构成未来“量子互联网”的技术基础。目前，基于单光子传输的量子密钥网络已发展成熟，而面向分布式量子计算、分布式量子传感等进一步量子网络应用，需要采用量子中继技术在远距离量子存储器间构建量子纠缠，在此基础上通过广域量子隐形传态将各个量子信息处理节点连接起来。 在量子隐形传态方面，潘建伟团队一直处于国际领先水平，先后实现了多终端、多体以及多自由度的量子隐形传态，为实现量子信息在量子网络中的传输途径奠定了技术基础。在量子存储与量子中继方面，该团队长期开展了相关研究。该团队在国际上率先实现了具有存储功能的稳定量子中继节点；为提升存储寿命、读出效率、纠缠制备概率等关键指标，该团队发展了三维光晶格冷原子量子存储、环形腔增强光与原子相互作用、里德堡阻塞抑制高阶激发等多项关键技术，不仅实现了综合性能最优的冷原子量子存储器，而且实现了确定性的光与原子纠缠制备。 在此基础上，该团队近年来在量子存储网络方向取得多项重要进展。2019年，该团队通过三光子干涉，实现了实验室内三个冷原子量子存储器间的纠缠，成为首个可拓展距离的量子网络原型。2020年，该团队利用量子频率转换技术将量子存储的出射光子波长由795纳米转换至1342纳米，并结合单光子锁相技术，实现了在实验室内经由50公里光纤连接的双节点纠缠。 在远距离分离的独立量子存储器间建立纠缠，主要挑战在于如何控制单光子相位。基于单光子干涉的纠缠方案在纠缠速率方面具有优势，但实验难度非常高。纠缠过程中量子存储的控制激光、频率转换泵浦激光、长光纤信道等带来的细微相位抖动都会导致最终生成纠缠的退相干。为解决这一难题，该研究设计并发展了一套非常精巧的相位控制方案：首先通过超稳腔稳频来压制控制激光线宽，其次通过光锁相环来构建读写激光间的相位关联，最后通过远程分时相位比对来构建两节点间的相位关联。采用以上相位控制技术，并利用量子频率转换，该团队实现了相距十几千米远的量子存储器之间的纠缠。以此为基础，该团队构建了国际上首个城域三节点量子纠缠网络。该网络可以在任意两个量子存储器节点间建立纠缠。 该工作使得现实量子纠缠网络的距离由几十米提升至几十公里，为后续开展分布式量子计算、分布式量子传感等量子网络应用奠定了基础。 实验节点布局示意图。其中，Alice节点位于中国科大东区、Bob节点位于合肥创新产业园、Charlie节点位于中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所 查看详细>>

大规模星系红移巡天是探索宇宙的利器。科学家通过测量大量遥远天体的光谱，可获取星系在宇宙空间的位置分布，这包含丰富的星系成团性信息。科研人员进一步采用统计手段分析数据以揭示宇宙大尺度结构，这对暗能量性质研究至关重要。 随着宇宙的演化，探测的宇宙大尺度结构经历了非线性演化，造成了宇宙学信息向高阶统计的泄漏。同时，获取这部分星系成团性信息需要利用超出两点统计的分析。由于高阶统计的复杂性，多点统计的测量和建模有一定的挑战性。 中国科学院国家天文台与国际同行，基于星系密度场重构技术，提出联合分析重构前和重构后星系密度场的方法，发现大部分高阶信息可以有效地从两点统计中提取，在星系巡天中获取宇宙学信息方面迈出了关键一步。 为了实现新方法的实测数据应用，该团队开展了系列研究的建模工作。该研究利用高精度的数值模拟，发展了仿真器建模技术，建立了重构前功率谱、重构后功率谱以及重构前后密度场的交叉功率谱的高精度仿真器，其预测功率谱精度在1-10%。研究基于仿真器的宇宙学分析发现，宇宙物质密度和哈勃常数等宇宙学参数的限制精度获得提升。这一成果为实测数据分析奠定了基础。 联合分析重构前和重构后星系密度场提升了物质密度（Ωm）、哈勃常数（H0）和物质功率谱的振幅（σ8） 查看详细>>

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室张军勇副研究员联合哈尔滨工业大学赵永蓬教授课题组和上海理工大学詹其文教授课题组，首次完成EUV和软x射线的结构涡旋光调控与实验验证，为极紫外和软x射线波段的结构光刻、结构分束调控，和短波超分辨成像开辟了可行的技术途径。相关成果以“Producing focused extreme ultraviolet vortex with Fermat-spiral photon sieves”为题，发表于PhotoniX。 菲涅耳波带片1818年被提出，并于二十世纪六十年代成功应用于x射线聚焦。直到2001年光子筛的出现，为短波的高性能聚焦提供了不同于波带片的器件选择。涡旋光因携带轨道角动量，其螺旋形相位波前致使中心具有相位奇点从而产生中空光束，这在粒子操控、光通信、量子信息处理、高分辨显微成像等领域具有重要的潜在应用价值。 同古希腊梯子光子筛的分束机理类似，原理上各类螺旋线均能产生相似的涡旋光场，如阿基米德螺旋、斐波那契螺旋、费马螺旋、等角螺旋等。基于这一指导思想，科研人员设计了用于EUV结构涡旋聚焦的异形费马螺旋光子筛。在气体放电等离子体极紫外46.9nm激光实验中成功获得宽度467nm的结构涡旋聚焦光斑（理论值为428nm），并借助相干衍射成像复原出了结构涡旋光的螺旋相位。自支撑的异形光子筛因为天然的镂空结构，特别适用于EUV和软X射线的相干光聚焦与分束调控，这为更先进的从极紫外到X射线结构光刻、波前传感与超分辨成像提供了新的发展契机。 图1 EUV结构涡旋聚焦实验，(a-c)焦前到焦后的衍射场，(d)扫描位置的相关曲线，(e-g)焦斑光强，(f)焦斑中心相位 查看详细>>