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毫瓦阈值可见电信光学参数...
在可见波长下片上创建相干光对于光谱和计量系统的现场部署至关重要。虽然在特定情况下已经实现了片上激光器，但是尚未报道不受特定增益介质限制的通用解决方案。在这里，我们提出使用硅纳米光子学通过宽分离的光参量振荡 (OPO) 从红外泵浦产生可见光。OPO 使用 900 nm 泵浦分别在 700 nm 和 1300 nm 波段产生信号光和闲置光。它以 (0.9 ± 0.1) mW 的阈值功率工作，比其他仅在红外领域报道过的宽分离微腔 OPO 工作小 50 倍以上。这种低阈值使得直接泵浦成为可能，而无需中间光放大器。我们进一步展示了如何修改设备设计以产生具有相似功率效率的 780 nm 和 1500 nm 光。我们的 nanophotonic O PO 在功率效率、操作稳定性和设备可扩展性方面表现出了独特的优势，并且是朝着灵活地在芯片上产生相干可见光迈出的一大步。
CeRh2As2 超导态内的场致转变
绝大多数非常规超导体都具有简单的单组分相图。这是令人惊讶的，因为 3 He 中的超流动性质（ 1 ）以及可以预期简并或近简并现象将由许多非常规超导电子机制产生的事实（ 2 ）表明，许多材料应该具有温度 - 磁场相图，并且在超导状态下不同超导序参量之间会发生转变。然而，到目前为止，唯一已证实在环境压力下具有此类相图的化学计量超导体是 UPt 3 ( 3 – 5 )。本文，我们报告在重费米子材料 CeRh 2 As 2 中发现了此类相图。实验表明，尽管 CeRh 2 As 2 的超导转变温度 T c 仅为 0.26 K，但它具有高达 14 T 的极高超导临界场。此外，当沿晶体 c 轴施加磁场时，超导状态在 ~4 T 处包含一个明确的内部相变，我们使用几个热力学探针对其进行了识别。我们还认为，这些观察结果来自与 UPt 3 不同的物理原理；CeRh 2 As 2 的关键超导特性可能是局部反演对称性破坏的表现，以及随之而来的 Rashba
44. EAS - 会议“极端原子系统” 11
自发参量下转换 (SPDC) 在生成纯净且不可区分的单光子方面显示出巨大的潜力。块体晶体中产生的光子对在横向空间和频率方面高度相关。这些相关性限制了光子的不可区分性并导致光子源效率低下。人们已经探索了具有高斯非线性响应的域工程晶体以最大限度地降低光谱相关性。在这里，我们研究了这种域工程对产生的光子的空间相关性的影响。我们表明，具有高斯非线性响应的晶体会降低光子之间的空间相关性。然而，高斯非线性响应不足以完全消除空间相关性。因此，开发一种全面的方法来最大限度地降低这些相关性仍然是一个悬而未决的挑战。我们对这个问题的解决方案涉及同时设计泵浦光束和晶体。我们在没有任何空间滤波的情况下实现了高达 99% 的单光子态纯度。我们的发现为结构化 SPDC 晶体中产生的空间波形提供了宝贵的见解，对玻色子采样等应用具有重要意义。
人工智能和脑科学中的表征和概括...
人类和动物擅长从有限的数据中进行泛化，这种能力尚未被人工智能完全复制。本视角研究生物和人工深度神经网络 (DNN) 在分布内和分布外环境下的泛化能力。我们提出两个假设：首先，与离散认知实体（如物体、词语和概念）相关的神经流形的几何性质是强大的序参量。它们将神经基础与泛化能力联系起来，并提供一种统一的方法论来弥合神经科学、机器学习和认知科学之间的差距。我们概述了神经流形几何研究的最新进展，特别是在视觉物体识别方面，并讨论了将流形维数和半径与泛化能力联系起来的理论。其次，我们认为广度 DNN 的学习理论，尤其是在热力学极限下的学习理论，为生成所需神经表征几何和泛化的学习过程提供了机制上的见解。这包括权重范数正则化、网络架构和超参数的作用。我们将探讨该理论的最新进展和持续面临的挑战。我们还将讨论学习的动态及其与大脑表征漂移问题的相关性。
单模激发近红外非线性三阶三光子产生的实验演示和建模
摘要：三光子产生 (TPG) 是一种三阶非线性光学相互作用，其中能量为 ћω p 的光子分裂为三个光子，分别为 ћω 1 、 ћω 2 和 ћω 3，其中 ћω p = ћω 1 + ћω 2 + ћω 3。三重态具有与光子对不同的量子特征，这对量子信息具有浓厚的兴趣。在本研究中，我们首次实验演示了在 ћω 1 处对三重态的一种模式进行刺激的 TPG，之前对 TPG 的研究涉及在 ћω 2 和 ћω 3 处对两种模式进行刺激。非线性介质是在 λ p = 532 nm 下以皮秒模式（15 ps，10 Hz）泵浦的 KTiOPO 4 晶体。刺激光束由可调光学参量发生器发射：在刺激波长 λ 1 = 1491 nm 处发现相位匹配，三重态的另外两个模式在正交极化下为 λ 2 = λ 3 = 1654 nm。使用超导纳米线单光子探测器，对两个生成模式的极化和波长特征的测量与计算完全一致。在模式 2 和 3 上每个脉冲可以产生总计 2 × 10 4 的光子数，这相当于每个脉冲产生 10 4 个三重态，或者每秒产生 10 5 个三重态，因为重复率等于 10 Hz。我们在未耗尽泵浦和刺激近似下，在海森堡表示中的非线性动量算符的基础上开发的模型框架中解释了这些结果。
光子芯片上的量子纠缠：综述
量子计算的优势。15 在大量纠缠簇态下，利用光子进行通用量子计算是可能的。16–18 集成量子光子学为基础量子物理研究和深度量子应用的实现提供了一个紧凑、可靠、可重新编程和可扩展的平台。19 利用成熟的互补金属氧化物半导体 (CMOS) 制造工艺，集成光子量子技术自 2008 年在硅波导电路上的受控非逻辑门中首次演示以来取得了重大进展。20 这包括先进材料系统的开发、20–32 主要量子通信协议的实现、28、32、33 以及量子计算和量子模拟算法的原理验证演示。34–36 我们推荐参考文献 19 和 37 中有关这些主题的其他评论。在本综述中，我们总结了在集成硅光子量子芯片上产生、操纵和测量纠缠光子态的实验进展。在第二部分中，我们介绍了片上量子态在单光子不同自由度 (DoF) 中的表示。在第三部分中，我们介绍了集成参量光子对源（非纠缠光子对）。然后，在第 4 部分中，我们将重点介绍各种类型的光子纠缠态，包括纠缠双光子态和多光子纠缠态
利用纠缠光子的量子计量
尽管大多数物理实验都是用独立粒子进行的，但纠缠粒子的集体性质揭示了量子世界最迷人和最意想不到的方面。埃尔温·薛定谔首先指出“纠缠不是量子力学的一种特性，而是量子力学的特征”。纠缠态粒子对行为的一个奇特之处在于，尽管每个单独的粒子都表现出固有的不确定性，但纠缠对的联合实体却不会表现出这种不确定性。例如，虽然单个粒子到达的时间可能完全随机，但纠缠对必须始终同时到达。此属性为进行绝对测量提供了独特的工具。我们的目标是探索纠缠的无数含义和重要性，并利用它来开发一种新型光学测量——量子光学计量学。自发参量起源的非线性过程中产生的孪生光子之间存在独特的非经典关联。这种孪生量子之间的非经典联系不会因孪生量子之间任意大的分离而减弱，即使它们位于光锥之外。过去二十年来，孪生态已被用于进行确定性的量子实验，并产生了违反直觉的结果，这些实验包括由爱因斯坦-波多尔斯基-罗森 (EPR) 悖论引起的实验，例如贝尔不等式的各种测试 [1-12]，以及非局部色散抵消、纠缠光子诱导透明性和单色光纠缠光子光谱。这些孪生光束的出现使得人们无需借助于量子干涉仪就可以进行此类实验。
二维狄拉克超导体中的可调通量涡旋
量子力学系统的希尔伯特空间可以具有非平凡几何，这一认识导致人们在单粒子和多粒子量子系统中发现了大量新奇现象。特别是，与单粒子波函数相关的几何考虑导致了非相互作用拓扑绝缘体 (TI) 的最初发现和最终分类 [1 – 4] ，以及对这些相中缺陷相关特性的研究 [5 – 8] 。另一方面，在分数量子霍尔系统 (FQHS) [9,10] 和分数陈绝缘体 (FCI) [11,12] 的框架内，研究了拓扑与占据非平凡单粒子态的粒子间相互作用之间相互作用所产生的迷人物理。然而，由于后者的关联性质，建立单粒子和多粒子层面上非平凡几何的作用之间的直接关系一直很困难。在本文中，我们展示了二维 (2D) 单粒子能带结构的非平凡几何与相关 Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) 超导体的响应特性之间的明确联系 [13] 。特别地，我们表明，在用大质量狄拉克模型描述正常态的二维系统中，超导态遵循修改的通量量子化条件，从而产生分数通量涡旋以及非常规约瑟夫森响应。必须强调的是，超导态与正常态没有扰动关系。但是，正如我们在下面所展示的，使用 BCS 变分假设可以处理相变两侧的几何作用。流形量子化源于这样一个事实：在块体超导体内部深处，序参量的整体相位是恒定的。在传统的
量子技术材料：自旋和拓扑的路线图
量子力学推动了技术上有用的组件（例如晶体管、激光器、磁隧道结等）的发展，这些组件改变了我们的经济和社会。下一代量子技术 (QT) 将基于叠加和纠缠的物理学，需要开发能够支持这些效应的新材料。在本期《观点》中，我们重点关注自旋和拓扑的材料实现，作为未来 QT 中可利用的量子对象，为计算、传感、通信和信息存储的新策略奠定基础。在固态材料中，自旋自由度可用于单自旋极限，其中孤立自旋的光学和电子控制可以实现高保真度的相干控制和自旋操纵。最近，基于微妙但强大的相对论自旋轨道耦合的概念已经实现了几个令人兴奋的突破，包括实空间和动量空间中的拓扑自旋纹理。磁性 skyrmion 是一个标志性的例子；它们的拓扑保护在纳米尺度上实现了巨大的稳定性，从而引发了将它们用作信息载体的令人兴奋的提议。稳健的自旋纹理也出现在拓扑绝缘体的动量空间中，可以产生高效的自旋电荷转换。将自旋轨道耦合的物理特性和新型自旋纹理与超导性相结合，可以进一步发挥协同作用，利用材料的量子力学相并生成新的序参量。在窄带隙和宽带隙半导体中实现的电子自旋量子比特现在已经为纳米级光通信网络和传感提供了最有前途的平台之一。
用于环面代码和 X-cube 分形模型的量子电路
在过去的几十年里，物质的拓扑相 (TPM) 这一主题得到了广泛的研究。拓扑相是低温下的有间隙自旋液体，它不能用传统的朗道自发对称性破缺理论和局部序参量来描述；相反，它以一种新秩序——拓扑序来表征。拓扑相的基态具有稳定的简并度和稳健的长程纠缠。二维拓扑相还支持具有任意子交换统计的准粒子激发，这使其成为一个有吸引力的平台，可以容错地存储和处理量子信息。其中两个奇特的特征是基态简并度是底层系统的拓扑不变量，并且准粒子可以自由移动而不消耗能量。一大类拓扑相是通过具有玻色子自由度的精确可解自旋晶格模型实现的。二维中的典型例子是 toric 代码，更一般地，有基于有限群的 Kitaev 量子双模型 [6, 10]，甚至更一般地，有基于融合范畴的 Levin-Wen 弦网络模型 [11]。三维拓扑相的例子包括三维 toric 模型和基于预模范畴的 Walker-Wang 模型 [23]。近年来，在三维中发现了更多奇异的相，称为分形子相 [8, 21, 22]。分形子也具有稳定的基态简并和长程纠缠。然而，分形子的基态简并取决于系统尺寸，因此不是拓扑不变量。此外，激发的迁移率受到限制。