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超短激光诱导电子空穴纳米等离子体的双流体等离子体模型
超短激光脉冲是诱导材料改性的有力工具 1–4。特别是在透明电介质中，超短激光脉冲可用于局部修改材料块内的化学结构、折射率、色心密度，光聚合，产生纳米光栅、表面纳米结构或内部空隙。大量应用领域受益于基础性进步：外科和生物医学应用、光子学、微流体学、高速激光制造 2,5–7。将这些应用推进到纳米结构需要数值建模的支持 8。在激光诱导的强场下，束缚电子从价带跃迁到导带 1,9,10，在价带中留下一个空穴。电子-空穴等离子体的粒子在激光场中被加速，通过碰撞电离导致自由载流子密度倍增，并可能产生致密的电子-空穴等离子体。最后，在远大于几皮秒的时间尺度上，材料内部发生热和结构事件 1 。我们的模型侧重于等离子体密度的积累，时间尺度可达几皮秒。已经开发了大量不同的模型来研究超短激光脉冲（约 100 fs）在高强度范围内（约 10 14 W/cm 2 ）在介电体中的传播以及随后的电离。这些模型可分为两类。第一类是几种
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Igor Aharonovich 是一位屡获殊荣的科学家，致力于研究能够生成、编码和分发量子信息的量子源的前沿研究。作为 UTS 数学和物理科学学院的教授，Igor 研究固体中的光学活性缺陷，旨在识别新一代超亮固态量子发射器。他对该领域的贡献包括发现金刚石和六方氮化硼中的新色心，以及开发利用这些材料设计纳米光子器件的新方法。他是 ARC 变革性超光学材料 (TMOS) 卓越中心的首席研究员，并领导一项国际合作，研究纳米材料六方氮化硼 (hBN) 中晶体缺陷或缺陷的化学结构。 2013 年，他在 UTS 成立了纳米光子学研究小组，2015 年晋升为副教授，2018 年晋升为正教授。他的研究小组探索宽带隙材料中的新量子发射器，旨在在单个芯片上制造量子纳米光子器件，用于下一代量子计算、密码学和生物传感。2016 年，Igor 和他的团队发现了第一个基于 hBN 缺陷的 2D 材料中的量子发射器，它们在室温下工作。他合著了 200 多篇同行评审的出版物，其中包括一篇被引用次数最多的关于金刚石光子学的评论。他还为固体纳米光子学撰写了路线图
量子计算研究现状与未来发展
量子计算是利用量子叠加、量子纠缠等资源对信息进行编码和处理，在一些重大科学与工程问题上被证明比经典计算具有显著优势，其潜在应用将对未来信息技术及其他相关领域产生深远而重大的影响。本文简要回顾了量子计算的发展历史，包括其基本思想和概念的产生、重要理论和算法的发展，讨论了该领域几条具有代表性的技术路线的现状与发展前景，包括超导量子计算、分布式超导量子计算、光子量子计算、离子阱量子计算、硅基量子计算等系统。通过分析各路线面临的一些共同问题，对我国未来量子计算的发展提出了一些思考与建议，特别强调加强国家层面的战略规划，建立高水平的研究团队，加强相关基础研究、核心技术与关键仪器的开发。 关键词：量子计算；量子算法；量子计算控制系统；量子软件；超导量子计算；分布式量子计算；离子阱量子计算; 硅基量子计算; 光子量子计算; 中性原子量子计算; 金刚石氮空位色心; 核磁共振量子计算; 自旋波量子计算; 拓扑量子计算
通过秒级的室温光子逻辑量子比特......
任何构建相干量子硬件的尝试都会遭到环境的无情有害影响。为了对抗它，当今所有新兴的量子计算机都必须冷却到低温。超导量子电路需要稀释制冷机来消除热噪声1、2，离子阱处理器则需要冷却到10K以下以减少与杂散气体分子的碰撞3。这种冷却需求给量子信息处理的许多潜在应用带来了问题；它大大降低了便携式设备的前景，并严重影响了作为通信网络中继器和路由器大规模部署的成本和实用性。即使是采用单点缺陷（例如色心或稀土杂质）的光路也需要低温来减少热线展宽4-6。采用探测器作为唯一非线性元件的线性光学方案也是如此（在这种情况下是为了避免因低效检测而产生的开销）7、8。目前，只有少数平台似乎具有在室温和大气压下进行量子处理的潜力9-12。我们探索采用体光学非线性的光子电路，因为它们的非线性元件特别有前途。体非线性元件不仅不受热激发，而且由于其尺寸，受热展宽的影响较小。直到最近，实现具有体非线性的量子装置的可能性似乎还很遥远，这既是由于这些非线性的弱点，也是由于波包畸变的问题13-18。材料非线性有效强度的实质性进展、超约束腔的引入19-21以及波包畸变的相对简单的解决方案22-24改变了这种前景。实现非线性光子量子电路的物理技术并不是实现室温量子逻辑的唯一挑战。从实用性角度来看，必须使用最强的可用非线性、领先阶 χ (2) 非线性磁化率来实现这种逻辑，并且为了实现高效的室温操作，逻辑和纠错电路应避免测量或前馈控制。使用光子进行信息处理有两种基本方法。第一种是使用单轨或双轨编码，其中每种模式包含的光子不超过一个 25 。虽然这种方法的优点是可以使用完善的量子位模型的所有电路构造，但即使是为了纠正单个光子的丢失，也会导致电路复杂化。用于此目的的最小代码使用五种模式（双轨编码为十种）26、27。虽然针对五量子比特代码的最小电路的研究很少，但从七量子比特 Steane 代码的电路来看，我们估计它至少需要 9 个额外模式和 30 个以上的 CNOT 门。另一种方法是使用每个模式使用多个光子的玻色子码，但在这种情况下，实现纠错所需的门和电路还远未明朗，更不用说如何实现这些具有 χ (2) 相互作用的门了。虽然已经阐明了玻色子码的显式纠错程序 28 – 32 ，但它们都涉及非拆除或光子数分辨测量。目前尚不清楚如何构造所需的幺正多光子操作来取代仅使用 χ (2) 非线性的这种测量，或者这样做的复杂性。迄今为止，唯一明确构建的用于校正玻色子码的幺正电路是使用理想化 χ (3) 介质 33 的 40 层神经网络。在这里，我们提出了一种仅使用固定 χ (2) 非线性在多模多光子态上实现全幺正（因而是室温）量子逻辑的方法。该范式以具有时间相关驱动的单个三重谐振腔作为其基本模块，大大降低了实现所需的物理电路的复杂性