中国科学技术大学潘建伟、苑震生等与合作者在超冷原子量子模拟实验研究中取得了重要进展，研究团队首次观测到格点规范理论中的禁闭相与非禁闭相转化的微观动力学过程，为理解这一复杂的量子多体现象提供了新的研究手段。相关成果近日发表在国际知名学术期刊《自然·物理学 》（Nature Physics） 上。禁闭（confinement）是一类非常有趣的物理现象，其中夸克禁闭为人们所熟知——虽然夸克是组成物质的基本粒子，但是由于夸克之间强相互作用的存在，人们无法在自然界中观测到单个的夸克，它们总是以多个捆绑在一起形成复合粒子的形式（如中子、质子）被观测到；即便是在高能粒子碰撞机中，人们也几乎无法改变夸克之间的相互作用，粒子碰撞碎片中的夸克瞬间就形成了新的复合粒子。类似地，人们在凝聚态体系中观测到了准粒子成对出现的现象，通过量子调控手段可以改变准粒子间的相互作用，从而使得准粒子受控地处在禁闭或者解禁闭状态。一个物理体系中是否存在禁闭现象以及能否人为调控粒子间相互作用实现禁闭到解禁闭状态之间的转换，牵涉复杂的量子多体效应，理论上一般没有解析方法求解，数值求解也面临各种挑战。近年来，超冷原子量子模拟器的出现
中国科学技术大学中国科学院微观磁共振重点实验室在量子信息处理领域取得重要进展，基于费舍尔信息提出一种分析量子系统读出保真度的通用理论框架和最优读出方法，并在单个固态自旋系统中完成实验验证。这项研究成果以“Optimal repetitive readout of single solid-state spins determined by Fisher information”为题，于12月6日在线发表在《科学进展》（Science Advances）上。量子比特的投影测量是量子信息处理，尤其是容错量子计算中的核心技术。随着量子技术的不断发展，投影测量已在超导电路、离子阱、量子点和固态缺陷等多种物理系统中成功实现。典型的投影测量采用阈值法，通过预设阈值区分两种状态。然而，这种阈值方法未能有效利用光子到达的时间信息，从而影响了读出保真度。近年来，许多研究尝试通过考虑时间信息来提高读出保真度和速度，但大多数研究主要集中在模型推导和数值模拟，缺乏充分的实验验证。此外，尽管机器学习等方法也被应用于挖掘光子到达时间中的隐含信息，但在提高保真度方面的效果并不显著，且缺乏严谨的理论解释。图1：金刚石
中国科学技术大学地球化学与行星科学系高温高压岩石学与矿物学团队在类地行星研究领域取得重要进展，他们通过第一性原理自由能计算揭示了火星核和火星幔的分离过程，发现约束火星的核幔分离发生在远超先前估计的高温高压条件下，这对理解火星的内部结构与长期演化具有重要意义。这项研究以“A deeper and hotter Martian core-mantle differentiation inferred from FeO partitioning”为题，于12月1日在线发表在《Science Bulletin》上。核幔分异是类地行星历史上规模最大的物质重组过程（图1），其奠定了类地行星的长期演化格局，对理解火星的形成及演化至关重要，也为认识地球等类地行星的演化规律提供重要参考。目前，科学家对火星核幔分异的了解主要基于对火星陨石中中度亲铁元素的研究，依靠这些元素在高温高压条件下的分配行为来推测火星核幔分异的条件。然而，受限于数据的稀缺性以及火星核成分的不确定性，这一过程至今仍无法得到明确约束。2018年，InSight火星探测器成功发射并着陆。2019年，该探测器首次探测到火星震信号，研究人员利
中国科大郭光灿院士团队在强相互作用里德堡原子系统的研究中取得重要进展。该团队史保森、丁冬生课题组在里德堡原子驱动耗散系统中观察到了临界点的早期预警信号。相关成果12月9日以“Early warning signals of the tipping point in strongly interacting Rydberg atoms”为题发表在国际知名学术期刊《Physical Review Letters》上。复杂系统具有显著的非线性和涌现性，在接近临界点时常伴随突发性变化，这种现象贯穿于生态、气候、经济等多个领域。当系统逐渐接近临界点时，其内部动力学特性会发生显著变化，例如波动增强或响应速度减慢，这些特征被提取出来并用作早期预警信号。预警信号不仅揭示了系统接近临界状态的本质，还为预测突变和制定应对策略提供了关键依据。然而，复杂系统的行为具有非线性和高度关联性，捕捉这些信号并实现准确预测仍然是科学研究中的一大挑战。里德堡原子系统因其具有复杂互联性、强非线性和涌现行为，是研究复杂系统临界现象的理想实验平台。丁冬生等人利用双音微波电场驱动里德堡原子，成功提取了临界点到来前的早期预警信号，
中国科大沈延安课题组在研究雾霾的物质来源和形成机制上取得重要进展。研究人员系统采集了华北不同地质时代代表性煤矿的煤样品，开展了1000℃条件下煤的燃烧实验；通过对燃烧产生颗粒物中硫酸盐的高精度硫同位素分析，研究人员发现了典型的非质量硫同位素分馏现象。与现代雾霾硫酸盐的硫同位素比较分析表明，煤燃烧产生的颗粒物是华北雾霾的主要物源之一。同时，该研究还对欧洲文物、古建筑和雕像表层黑色硫酸盐壳的形成提出了新的解释，对历史遗迹保护具有重要参考意义。相关研究成果在线发表于12月10日出版的国际综合学术期刊《美国科学院院刊》(PNAS)上。受人类活动和自然条件的共同影响，当今大气污染情况严重，其中雾霾天气严重影响了经济发展和人类健康，因此研究雾霾的物质来源和形成机制具有重要的理论和现实意义。研究人员首先对不同地质时代的煤进行燃烧实验，进而收集粒径小于2.5微米的颗粒物样品并对其中的硫酸盐组分进行高精度硫同位素测试。结果显示，煤和其燃烧产物的硫同位素组成具有显著差异（如图1）；结合理论计算，研究人员发现煤燃烧产生了非质量硫同位素分馏。前人的研究表明，非质量硫同位素分馏主要出现在22亿年之前的岩石样品中
我校郭光灿院士团队易为教授研究组在超冷原子及开放体系相变的理论研究中取得重要进展，揭示了原子-腔混合系统中相互作用增强超辐射相变的新机制。相关成果以“Interaction-Enhanced Superradiance of a Rydberg-Atom Array”为题，于12月9日发表于国际学术期刊《物理评论快报》。超辐射相变最早可追溯到半个世纪前人们对Dicke模型的研究。在Dicke模型中，彼此间无相互作用的原子与光场耦合，当耦合增强至阈值时，体系中出现正常态到超辐射态的连续相变——在超辐射态下，原子的激发态和光场均呈高占据状态。类似的现象同样存在于开放量子系统的稳态中，而近年来超冷原子气体量子调控和量子模拟方面的进展，极大地推动了对开放量子系统超辐射相变的探索。在近期的理论和实验中，研究者发现在量子气体-光腔的混合系统中，量子统计对超辐射相变有重要影响。然而，这些系统的原子间通常不存在相互作用或相互作用较弱。是否存在某种机制，令原子间相互作用显著影响开放系统的稳态超辐射相变，这在理论上是一个重要问题。图1. (a) 稳态相图，由光子数刻画；(b) 不同腔耗散κ下的相边界。该研
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