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基于量子导引的弱纠缠检测

丘尚锋，徐桥，周晓祺

物理学报, 2025, 74(11):110301

doi: 10.7498/aps.74.20241539

cstr: 32037.14.aps.74.20241539

纠缠是量子理论中一种独特的现象，揭示了经典物理与量子物理之间的根本差异。虽然在微观尺度上已经观察到许多纠缠现象，但当涉及大尺度系统的相互作用时，纠缠往往非常微弱，此时实验设备的误差可能掩盖微弱信号，导致纠缠难以测得。为了提升对微弱纠缠信号的检测灵敏度，最近提出了一种基于量子导引的弱纠缠判据，可以有效地检测微弱的纠缠态。本文在理论上证明了该判据相比于传统纠缠目击者判据在弱纠缠检测能力方面具有明显优势。此外，通过光学实验验证了这一判据的可行性，实验结果为其有效性提供了关键支持，并展示了该判据在弱纠缠态检测中的创新性和可靠性。该判据作为一种有效的弱纠缠检测手段，有望在量子通信、量子计算等量子技术领域中得到广泛应用。

图1  基于量子导引与基于纠缠目击者的量子纠缠判据比较。(I)为基于量子导引和基于纠缠目击者两种判据都可以检测到量子纠缠的区域；(II)为基于量子导引判据可以检测到量子纠缠的区域，此区域基于纠缠目击者判据无法检测出量子纠缠；(III)为两种判据都无法检测出量子纠缠的区域。γ为纠缠程度参数，δ为测量精度参数

同行评价

量子纠缠是量子理论中一种独特的现象，揭示了经典物理与量子物理之间的根本差异。作为一种量子资源，量子纠缠在很多方面有着广泛的应用。但是，当涉及大尺度系统的相互作用时，纠缠往往非常微弱，此时实验设备的误差可能掩盖微弱信号，导致纠缠难以测得。论文作者提出了一种基于量子导引的弱纠缠判据，可以有效地检测微弱的纠缠态，并通过光学实验验证了这一判据的可行性。该判据作为一种有效的弱纠缠检测方法，有望在量子通信、量子计算等量子技术领域中得到广泛应用。

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钱涛，徐涛

物理学报, 2025, 74(11):116301

doi: 10.7498/aps.74.20250406

cstr: 32037.14.aps.74.20250406

多铁性材料因铁电序和磁序之间的交叉耦合机制所衍生的新奇量子效应(如磁电耦合、拓扑电畴等)而备受关注。然而，受限于铁电性源于d⁰电子构型而铁磁性依赖于dⁿ电子填充的微观机制互斥性，具有磁电耦合特性的本征多铁性材料仍然有限。本研究基于第一性原理密度泛函理论计算，提出通过构建Aurivillius型界面层来调控PbTiO₃钙钛矿的电子结构，成功诱导出界面局域磁矩。计算结果表明，该界面层在保持强电极化(高达116.88 μC/cm²)的同时，通过界面极化电荷调制界面处氧原子的电子占据态从而诱导出界面磁性，实现了PbTiO₃的磁性与极性之间的耦合。值得注意的是，这种磁电耦合的多铁态呈现出显著的界面局域特征，随着层数的增加，局域磁矩迅速衰减。我们的研究提出了一种设计多铁性层并分析了可通过改变极化方向调控磁矩的新机制，为实现具有磁电耦合的多铁性材料器件提供了新范式。

图1  界面的磁性  (a) 沿[001]方向初始磁性配置的PbTiO₃中Aurivillius型界面周围的磁自旋密度分布，其中紫色区域和黄色区域分别表示自旋密度为+0.005μ_B Å^–1和–0.005μ_B Å^–1的等值面；(b) 界面周围各原子层中O原子的磁矩

同行评价

本研究基于第一性原理密度泛函理论计算，提出通过构建Aurivillius型界面层来调控PbTiO₃钙钛矿的电子结构，该界面层在保持强电极化的同时诱导出界面局域磁矩，实现多铁性。并且，Aurivillius型界面层具有较高的载流子密度，展现出优异的界面电子输运能力。研究提出了一种设计多铁性层并实现可通过改变极化方向调控磁矩的新机制，为实现具有磁电耦合的多铁性材料器件提供了新范式。

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孙强，董烨，杨薇，张含天，宋萌萌，刘朝晖，王子鸣，周前红

物理学报, 2025, 74(11):115201

doi: 10.7498/aps.74.20250040

cstr: 32037.14.aps.74.20250040

稠密等离子体焦点(DPF)是一种脉冲强流放电装置，在粒子加速器、受控核聚变、空间推进及脉冲中子源等领域有着广泛应用。本文采用耦合外电路的双温磁流体动力学模型，研究了DPF的轴向加速和径向内爆过程，并探讨了装置参数对等离子体运动的影响规律。首先，通过与实验结果的对比，验证了双温磁流体模型的准确性。然后针对DPF装置开展了物理过程及规律的理论和模拟研究。研究表明在洛伦兹力的作用下，DPF等离子体鞘沿轴向不断加速，到达内电极末端后部分等离子体沿径向向内压缩，最终在对称轴上形成高温高密等离子体。对于大型DPF装置，增加电路电压能显著提升电流水平; 同时阴阳极半径之比应尽可能小，这可以在其他参数不变的情况下，有效提高DPF的峰值电流和箍缩电流。

图1  DPF装置基本结构

同行评价

论文采用耦合外电路的双温磁流体动力学模型，研究了稠密等离子体焦点的轴向加速和径向内爆过程，并通过与UNU和UMDPF1实验装置的结果对比验证了模型准确性。研究发现在洛伦兹力的作用下，DPF等离子体鞘沿轴向不断加速，到达内电极末端后部分等离子体沿径向向内压缩，最终在对称轴上形成高温高密等离子体。研究表明对于大型DPF装置，增加电路电压能显著提升电流水平; 同时阴阳极半径之比应尽可能小，这可以在其他参数不变的情况下，有效提高DPF的峰值电流和箍缩电流。论文对大电流等离子体的运动规律研究具有重要意义。

《物理学报》2025年第11期全文链接：

https://wulixb.iphy.ac.cn/custom/2025/11