2015国际物理学十大突破 中国科研成果居首(组图)

　　技术突破：非摧毁性测量

　　但想测量一下光子，再让远方复制，实现起来是非常困难的。由于太小，光子“一触而溃”，再精细的测量也让它面目全非。

　　中科大网站介绍说，1997年，国际上首次报道了单一自由度量子隐形传态的实验验证，该工作随后与伦琴发现X射线、爱因斯坦建立相对论、沃森和克里克发现DNA双螺旋结构等影响世界的重大科技成果一起入选了《自然》杂志“百年物理学21篇经典论文”。

　　然而，以往所有的实验实现都存在着一个根本的局限，即只能传输单个自由度的量子状态，而真正的量子物理体系自然地拥有多种自由度的性质，即使是一个最简单的基本粒子，如单光子，它的性质也包括波长、动量、自旋和轨道角动量等等。

　　潘建伟对科技日报介绍说：“测量一个自由度，不干扰其他自由度，很困难。好比测量身高，尺子一拉，体重就受了影响。”

　　中科大此次就是进一步发展出了“非摧毁性的测量技术”。经过多年艰苦努力，研究人员成功制备了国际上最高亮度的自旋-轨道角动量超纠缠源、高效率的轨道角动量测量器件，突破了以往国际上只能操纵两光子轨道角动量的局限，搭建了6光子11量子比特的自旋-轨道角动量纠缠实验平台，从而首次让一个光子的“自旋”和“轨道角动量”两项信息能同时传送。

　　据中科大新闻网报道，该实验成果得到了《自然》杂志审稿人的高度评价，他们一致称赞该工作“绝对新颖、重要，处于当前量子光学和量子信息领域的最前沿，可以认为是一个伟大的成就”、“在1997年单个自由度量子隐形传态实验实现的18年之后，这个工作从基本概念上将量子隐形传态提升到了一个新的水平”、“非常有趣，意义重大，且具有极其苛刻的技术难度”。

　　“外尔费米子研究”也入选

　　1929年德国科学家外尔Weyl提出——存在一种无“质量”的可以分为左旋和右旋两种不同“手性”的电子，这种电子被称为“外尔费米子”。但是80多年来，科学家们一直没有能够找到合适的材料，可在实验中观测到外尔费米子的存在。

　　通过对拓扑半金属材料进一步的深入研究，中科院物理所方忠团队预言了在TaAs等材料体系中可实现两种“手性”电子的分离，并且这一系列材料更利于实验测量验证。随后国内外多个研究组开始了竞赛般的实验验证工作。2015年初物理所实验团队成功在TaAs晶体中发现了这类特殊的电子，外尔费米子终于第一次展现在科学家面前。此外普林斯顿大学的研究团队也做了相似的工作，MIT的研究团队则在光子晶体中观测到了外尔费米子的行为。

　　具有“手性”外尔费米子的半金属能实现低能耗的电子传输，有望解决当前电子器件小型化和多功能化所面临的能耗问题，同时外尔费米子具有拓扑稳定性，可以用来实现高容错的拓扑量子计算。

　　7月16日，英国皇家化学协会网站报道说：“有两个国际研究组声称发现了电子学的基本建筑单元——外尔费米子。”这两个国际研究组，正是普林斯顿团队和中科院物理所。英国皇家化学协会完全独立于中科院物理所、普林斯顿大学以及麻省理工学院。然而，令人遗憾的是，《科学》杂志在线发表了美国普林斯顿大学物理学家扎伊德·哈桑团队的实验成果，但中科院的发现却被拒稿了。

　　对此，有学者指出，应当办好我国自己优秀的学术期刊，如果我国在相关领域也有影响力大的高水平学术期刊，中国科学家的学术成果发表便不再受制于人，虽然科学成果的重要性并不依赖于最终发表的期刊。

　　《物理世界》“年度十大突破”自2009年发布以来，在学术界具有重要权威性，入选的科学研究要符合：具有至关重要性;对科学知识有显著推进;理论与实验具有紧密联系;为所有物理学家普遍关注等条件。