对量子信息处理来说，高保真度地从一处传输信息到另一处是基本的需求，这对实现大规模的量子计算非常重要,同时也能帮助发挥出现阶段性能最优的量子处理器的最大潜力。完美态传输方案能实现一维格点链上在某个时刻保真度为1的态传输过程，过程中只依赖于哈密顿量的演化不需要另外的动力学控制，而且可以传输任意远的距离。本文作者在一维链四比特可调耦合超导量子芯片上研究了完美态传输理论的实现，通过给比特加 Z 快调信号达到比特频率共振，同时给耦合器加Z快调信号使比特间耦合强度满足特定要求来实现完美态传输理论的哈密顿量， 实验上观测到了量子态从一维链的一端传输到另一端的图像。

本文成功实现了快速高保真度的态传输过程，传输时间为 25 ns（与超导体系最短的单个 SWAP 门时间相当），过程保真度为 0.986，使用误差矩阵分析方法分析了态传输过程的误差来源，误差主要来源于样品的退相干。这个工作可以用来实现片上的量子信息处理包括纠缠的产生与分发，同时其中的实验技术可以直接推广到一些更具鲁棒性的态传输实验方案中， 比如拓扑态保护的态传输实验等。

Fig. 3. (a) Pulse sequences for the state transfer process. The XY control pulse is only applied on Q₄ to prepare arbitrary single qubit state. The ac-bias is applied on Q₁, Q₄, C₁, C₃ during the transfer period to bring them to working point, and is also applied on Q₂, Q₃, C₂ during the simultaneous measurement duration. (b) Experimentally measured (circle) and numerically simulated (line) dynamic population flows of Q₄ (red) and Q₁ (blue) during the transfer process.

从量子态中获取信息对于量子物理基础和量子信息应用的研究都非常重要。不同于标准的量子态层析，近年来人们提出了基于弱值的量子态直接测量方案，不需要经过复杂的重构就可以对量子态进行直接测量。并且模值的引入更进一步将直接测量方案扩展到非局域的量子波函数。然而，这些方法都需要采用近似，从而导致了方案固有的低精度的缺点。

为解决上述问题，本文提出了一种直接测量任意两体非局域量子态的理论方案，通过特定的系统-指针耦合，可以有效地避免冗余项对密度矩阵元测量的影响，因此能够在不做近似的情况下直接测量非局域密度矩阵元的理想值。数值模拟结果表明，该方案相较于近似方法具有更高的精度。本文提出的方案克服了弱耦合方案中的低精度问题，可以更准确有效地表征非局域量子系统，并有望扩展到对于多粒子量子态的直接测量。

Fig. 1. Direct measurement of nonlocal states. (a) The measurement of P_AB in Section 3, or ⟨P_i^A+P_j^B⟩_m in Section 2. (b) The measurement of P_A in Sec. 3 or ⟨P_i^A⟩_m in Section 2. (c) The measurement of ⟨P_j^B⟩_m in Section 2. The system and the meter interact via controlled-Z operations using the basis |i⟩⟨i| and |j⟩⟨j| (or |i⟩⟨i|/|j⟩⟨j|) as control bits for addressing, followed by post-selection on the system using |f⟩⟨f|, where |f⟩=|f₁⟩^A+|f₂⟩^B. (d) The average precision of direct characterization of arbitrary two particle two dimensional states using both our method and approximated modular value schemes. Our method shows better precision as N increases.

范德瓦尔斯异质结构中的摩尔超晶格最近引起了人们的极大兴趣，因为它具有高度可控的电子关联性，从而产生了超导性、铁磁性和非平凡的拓扑物性。这些量子态往往与电子的自旋和能谷等內禀自由度的对称性破缺相关，因此有必要揭示关联性打开能级简并的细致物理过程。

在菱方三层石墨烯与六方氮化硼晶向对齐构成的摩尔超晶格体系中，本文报道了由电位移场和磁场调节的各种对称性破缺相变，发现：（1）电位移场可以增强相关性从而在平带的分数填充处产生关联绝缘态，对应一个或多个子带被完全填满。但是，正、负电位移场对应的情况完全不同，正电位移场时，子带未填充完而关联能隙已经出现，但负电位移场时次序相反。（2）在零电位移场附近，电子关联性可以被带宽很窄的朗道能级增强，导致量子霍尔铁磁态。它打破了所有的简并性，不仅包括自旋和能谷，还包括轨道自由度。我们的研究结果揭示了对称性破缺相之间转变的复杂性，有助于深入了解强关联系统中各种奇异现象的内在机制。

Fig. 2. Two types of flavor polarization and distorted van Hove singularity. (a) Filling factors v_H derived from Hall effects over the whole phase diagram. Within moiré bands (-4<v_s<4), van Hove singularity (denoted by the boundary between deep blue and deep red) is close to FFP at a low displacement field, but jumps abruptly to the vicinity of CNP at a high displacement field where correlated insulators take place. (b) Schematic plot of van Hove singularity (yellow), carrier reset (magenta) and band-/correlated gaps (blue) in the phase diagram, whose definitions are depicted in the insets. (c)-(d) Corresponding to the two white dashed lines in panel (a), filling factor (v_H on the right axis) and Hall resistance (R_H on the left axis) at D= 0.6 V/nm (c) and -0.6 V/nm (d) are plotted, where the three types of features defined in (b) are highlighted. The evolution of flavor population is schematically shown on the top, where blue and red colors represent holes and electrons, respectively. Longitudinal resistance is also attached at the bottom panel.

磁性拓扑绝缘体中实现的量子反常霍尔效应是过去十年凝聚态物理学的重大发现，其在零磁场中展现出的一维无耗散手性边缘态对制备无耗散电子学器件具有重要科学意义和应用价值。然而，由于磁性拓扑绝缘体材料的敏感性，微纳加工后的量子反常霍尔薄膜难以保持良好的量子化输运特性。因此，发展兼容现代半导体光刻工艺的低损微纳加工方法，并以此为基础制备基于量子反常霍尔效应的无耗散电子学器件，已经成为当前领域面临的重要科学问题。

本研究中，我们针对使用不同微纳加工方法制备的量子反常霍尔薄膜开展量子输运实验研究，开发了一种对磁性掺杂(Bi,Sb)₂Te₃量子反常霍尔薄膜的低损伤光刻方法。在传统光刻工艺中，我们引入了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为抗刻蚀层，有效避免了传统微纳加工过程中的化学反应对样品造成的损害。通过在不同栅极电压调控下进行五个器件的对比输运实验，我们发现这种优化后的光刻工艺方法能够保证制备的量子反常霍尔器件电学和磁学性质不受微加工的影响。这项实验成果预示着我们在实现基于无耗散量子反常霍尔效应手性边缘态的新型微结构电子器件生产方面迈出了重要的一步。

Fig. 1. Schematic illustration of fabricating Hall bar structure on QAH thin films by PMMA-protected photolithography. (a) A QAH film on a SrTiO₃ substrate covered with a 2-nm thick AlO_x protective layer. (b) Spin coating of a 120 nm thick PMMA on top of the AlO_x layer. (c) Spin coating of a positive photoresist (AR-P 3740) layer with a thickness of about 700 nm on top of the PMMA layer. (d) UV exposure and development of the photoresist to pattern the Hall-bar geometry. (e) Oxygen plasma ashing of the area of PMMA not masked by photoresist. (f) Argon ion beam etching of the AlO_x protective layer and the QAH thin film. (g) Removal of the PMMA and the photoresist by cleaning the sample with acetone and rinsed with isopropanol and deionized water. (h) Preparation of electrodes on the device.

高温超导体本征电子结构和超导能隙对称性的确定，对理解其奇异正常态和高温超导机理具有重要意义。角分辨光电子能谱是测量材料电子结构和超导能隙的最直接和最有力的实验手段。但长期以来，由于极性表面和自掺杂的影响，角分辨光电子能谱对最典型的高温超导体YBa₂Cu₃O_7-𝛿却一直难以获得其本征的电子结构和超导能隙结构。

本文采用具有空间分辨能力的高分辨激光角分辨光电子能谱，观察到在YBa₂Cu₃O_7-𝛿表面存在多种不同的解理面，发现在一些具有特定解理面的微小区域，样品可以保持原有的掺杂浓度。由此首次成功测量了最佳掺杂YBa₂Cu₃O_7-𝛿  (T_c=92.7 K)本征的费米面、能带结构和超导能隙结构。实验测得的超导能隙在节点方向不为零，其随动量的依赖关系符合d+is能隙形式。这些结果为理解高温超导体的物性和超导机理提供了关键信息。

Fig. 1. Intrinsic electronic structure of YBa₂Cu₃O_7-𝛿 measured at 17 K in the superconducting state. (a) Measured Fermi surface mapping. Three Fermi surface sheets from the bonding band (BB), the antibonding band (AB) and the CuO chain band (CH) are plotted. (b) Constant energy contour at the binding energy of 40 meV. (c), (d) Band structures along different momentum cuts. The location of the momentum cuts is marked by the black lines in (a).  (e) Schematic Fermi surface. (f) Momentum-dependent superconducting gap of the BB Fermi surface (red symbols) and the AB Fermi surface (blue circles). The black line represents a fitting with the d+is wave.