我们根据实数和复数复合量子系统上的纠缠定义来描述纠缠。特别是,我们建立了一种评估选定数字系统的量子相关性的方法,阐明了为什么用复数描述量子态这一根深蒂固但很少被讨论的问题。通过我们的实验,我们实现了双光子偏振态,它们相对于两个量子比特的概念纠缠,包括两个实数上的两级系统。同时,生成的状态相对于两个复数量子比特是可分离的。除其他结果外,我们还根据实值局部展开重建了生成状态的最佳近似值,并表明这会产生对我们数据的不完整描述。相反,生成的状态被证明可以完全分解为具有复波函数的张量积状态。因此,我们利用现代理论工具和实验平台探索量子物理范式,这些范式与量子信息科学和技术的应用相关,并与自然量子描述的基础相关。
摘要 首次在高压、低温条件下表征了选择性双光子吸收共振飞秒激光电子激发标记 (STARFLEET) 测速技术。研究在美国宇航局兰利研究中心的 0.3 米跨音速低温风洞中进行,流动条件涵盖了该设施的整个运行范围;总压力范围从 100 kPa 到 517 kPa,总温度从 80 K 到 327 K,马赫数从 0.2 到 0.85。检查了 STARFLEET 信号强度和寿命测量的热力学依赖性,因为强度和寿命都会影响测量精度。发现信号强度与密度成反比,而寿命与密度几乎成线性关系,直到接近氮的液汽饱和点。速度测量的准确度和精度是在整个条件范围内评估的,标准误差确定为 1.6%,而精度范围约为自由流速度的 1.5% 至 10%。还观察到精度具有温度依赖性,这可能是由于在较高密度下寿命较长所致。
这些系统利用一维谐振腔中的高电磁场和人造原子的巨大偶极矩,实现了比裸原子或谐振腔频率更大的光物质相互作用[7–11]。这种超强(深强)相互作用可能带来许多有前景的应用,如高速、高效的量子信息处理设备[12–15],以及观测独特的物理现象,如量子真空辐射和基态纠缠[16,17]。超强耦合机制中最有趣的理论预测之一是,当系统的宇称对称性破缺时,一个光子可以同时激发两个原子[18]。与拉比振荡类似,这个由虚激发介导的过程是一个相干、幺正过程,原子可以联合发射一个光子。目前,特定的光谱仪采用的是原子或分子的双光子激发这一逆现象 [ 19 , 20 ]。同样,我们相信双原子激发过程可以打开新的应用大门。
轻度创伤性脑损伤 (TBI) 占 TBI 相关损伤的最大比例,部分 TBI 患者存在持续的病理生理和功能缺陷。在我们的重复性和轻度创伤性脑损伤 (rmTBI) 三重打击范例中,我们通过活体双光子激光扫描显微镜观察到 rmTBI 后 3 天,红细胞速度、微血管直径和白细胞滚动速度降低,导致神经血管解偶联。此外,我们的数据表明血脑屏障 (BBB) 通透性 (渗漏) 增加,rmTBI 后连接蛋白表达相应减少。rmTBI 后 3 天,线粒体耗氧率 (通过 Seahorse XFe24 测量) 也发生了改变,同时线粒体的裂变和融合动力学也受到破坏。总体而言,这些病理生理学发现与 rmTBI 后蛋白质精氨酸甲基转移酶 7 (PRMT7) 蛋白水平和活性降低相关。在这里,我们增加了体内 PRMT7 水平,以评估 rmTBI 后神经血管和线粒体的作用。使用
对于认知能力的研究,例如小鼠如何学习根据感知线索采取行动,牛顿教授 Mriganka Sur 也是钙成像“高级用户”。但小鼠面临的挑战与蠕虫不同。小鼠大脑有数百万个神经元,更厚且不透明。钙成像需要外部光刺激,但光刺激难以穿透组织。所谓的“双光子”显微镜可以对大脑表面以下一点的钙闪光进行成像,但 Sur 的实验室希望可视化整个大脑皮层的活动,而小鼠(和人类)正是在这里进行复杂的信息处理。大约八年前,Sur 与前博士后 Murat Yildirim 和机械工程教授 Peter So 合作,改进了“3 光子”显微镜的新兴概念(最早由康奈尔大学开发)。2019 年,他们发表了第一份研究,对整个皮层六层、深度超过一毫米的活体神经活动进行成像。
光学透明神经微电极有助于同时从大脑表面进行电生理记录以及神经活动的光学成像和刺激。剩下的挑战是将电极尺寸缩小到单细胞大小并增加密度,以高空间分辨率记录大面积的神经活动,从而捕捉非线性神经动力学。在这里,我们开发了透明石墨烯微电极,它具有超小开口和大而透明的记录区域,视野中没有任何金延伸,高密度微电极阵列高达 256 个通道。我们使用铂纳米粒子来克服石墨烯的量子电容极限,并将微电极直径缩小到 20 μm。引入了层间掺杂的双层石墨烯以防止开路故障。我们进行了多模态实验,将微电极阵列的皮质电位记录与小鼠视觉皮层的双光子钙成像相结合。我们的结果表明,视觉诱发反应在空间上是局部的,适用于高
最近,一种名为体积打印 (VP) 的新型基于光的制造方法已成为此类应用的一种有前途的技术,它能够在几秒钟内打印复杂的厘米大小的模型。[26,27] 最近的研究表明,使用从玻璃到生物聚合物等材料,可以创建中空、可灌注结构,并可能针对中尺度血管系统。[28–31] 然而,与上述所有方法一样,VP 也无法覆盖从 µ m/亚 µ m 到 cm 的分辨率范围,因此目前将其应用限制在特征 > 100–200 µ m 的微流体结构上。另一种基于光的方法双光子烧蚀 (2PA) 则提供了互补功能,虽然打印时间和构造尺寸有限,但达到了所有生物制造方法中最高的分辨率(≤ 1 µ m)。 [8] 2PA 是基于高强度脉冲激光诱导的多光子电离,[32,33,34] 并且已被探索用于各种应用,从“纳米手术”到形成细胞指导微通道。[35–41]
为了实现这一目标,必须检测并选择性地处理不同的里德堡态。这是使用脉冲场电离实现的。本论文中描述的镁里德堡原子是使用双光子激发产生的。换句话说,285 nm 激光将电子从 3 s 2 1 S 0(基态)激发到 3s 3p 1 P 1 态。接下来,375 nm 将同一个电子激发到 3s ns 1 S 0 或 3s nd 1 D 2 态,这取决于选择规则。里德堡原子在磁光阱 (MOT) 中制备,通过电场脉冲电离并使用微通道板 (MCP) 检测。这使得选择性检测里德堡态成为可能。使用量子缺陷理论,将实验发现的状态分配给它们特定的状态。此外,为了实现选择性电离检测,还进行了飞行时间测量,并测量了不同状态的寿命。
对于微尺度 4D 光响应致动器,光在两个方面至关重要。首先,底层的增材制造技术依赖于由光吸收触发的光聚合过程。其次,光的吸收可作为驱动刺激。这两种吸收可能会发生冲突。虽然微结构需要在驱动波长下具有强吸收,但这种吸收不应干扰制造过程的吸收。本文提出了一种简单的策略来克服这些限制,并允许制造可以在不同波长的光下驱动的多光响应 3D 微结构。选择双光子 3D 激光打印作为制造技术,液晶 (LC) 弹性体作为功能材料。第一步,使用对齐的 LC 墨水配方制造 3D 微结构。然后,通过交换过程将多达五种不同的染料成功地并入 LC 微结构中,这些染料的吸收范围覆盖整个可见光区 (400-700 nm),从而可以通过使用合适的波长进行照射来实现可编程驱动。此外,通过结合表现出正交吸收的染料,可以展示波长选择性驱动。
从长途光纤链路到短距离无线网络,数字通信系统越来越依赖于光子集成电路。然而,对更高带宽的追求正在将当前的解决方案推向极限。硅光子平台因其可扩展性和成本效益而备受赞誉,它依赖于诸如硅上 III-V 族元素异质外延[ 3 ]或在 SOI 波导上放置锗鳍片[ 1 ]等解决方案,以实现超高速应用。在所有硅光子技术中,氮化硅 (SiN) 材料平台具有一些独特的优势:它们提供非常低损耗的波导,由于非常高 Q 值的谐振器而具有非常好的滤波器,并且由于没有双光子吸收(与硅相比),因此可以处理非常高的功率。然而在 SiN 上,无法直接生长。一种可能的解决方案是将 III-V 族元素晶圆键合到 SiN 波导上[ 2 ]。在这项工作中,我们提出了一种多功能且可扩展的方法,通过微转印(µTP)单行载流子(UTC)光电二极管在 SiN 上创建波导耦合光电探测器。