近日，我院与中国科学技术大学自旋磁共振实验室王亚教授合作，在纳米尺度量子精密测量领域取得重要进展，首次实现了噪声环境下纠缠增强的纳米尺度单自旋探测。相关研究成果以“Entanglement-Enhanced Nanoscale Single-Spin Sensing”为题于北京时间11月27日在线发表在《自然》杂志。在微观世界中，电子的“自旋”是其基本属性之一，如同一个个微小的磁针。材料的许多宏观特性，如磁铁的磁性或超导体的零电阻，都源于这些微观“磁针”的排列与相互作用。探测单个自旋，对物质世界最基础的磁性单元进行测量，不仅能够为理解物性提供全新视角，更为发展单分子磁探测技术和推进量子科技奠定坚实基础。然而由于物质中含有大量自旋，对单个自旋的探测相当于在喧闹的体育场中清晰捕捉到某个人的窃窃私语，这对探测技术提出了前所未有的挑战。金刚石氮空位色心量子传感器，因其纳米级的分辨能力和高灵敏的磁探测能力，一直是实现单自旋探测的重要技术途径。本文研究团队朝向单自旋探测的科学目标，通过长期积累，发展出高精度的自旋量子调控技术[Nature 461, 1265 (2009)等]和金刚石量子传感核心

我院焦曼研究员与荣星教授课题组合作，实现了首个工作在毫米波频段的电介质堆栈探测器，对暗光子动力学混合系数给出了新的约束。研究成果以“New Constraints on Dark Photon Dark Matter with a Millimeter-Wave Dielectric Haloscope”为题发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）。暗物质是现代物理学最大的谜团之一。近年来，新的超轻玻色子，如暗光子和轴子，成为备受关注的暗物质候选者。这类超轻暗物质理论预言的质量范围大都在μeV—meV量级，且毫米波频段的暗光子或轴子具有很强的理论动机。目前，国际上已有一系列实验搜寻这些超轻暗物质，但大多局限在30GHz以下。原因在于传统谐振腔实验中，腔的等效模体积（V∝f-3）会随着频率升高而迅速减小，导致暗物质在腔内激发产生的信号功率迅速衰减，因此在毫米波频段的暗物质搜寻实验面临巨大挑战。针对这一难题，研究团队设计并搭建了国际上首个工作在毫米波频段的电介质堆栈探测器。该探测器由四层铝酸镧电介质片和一面镜子组成（如上图所示），由于是开放腔设计，其等效模体

近日，我院刘文权研究员与新加坡国立大学Wen Wei Ho教授合作在量子遍历性研究取得突破性进展，首次在单自旋系统中观测到希尔伯特空间各态遍历性及其层级结构，相关成果以《Observation of hierarchy of Hilbert space ergodicities in the quantum dynamics of a single spin》为题发表于《物理评论快报》。一个多世纪前，玻尔兹曼提出了各态遍历假设，描绘了无论初态如何，系统的长时间演化都可均匀遍历其所有可能状态，这为经典系统的热化提供了理论诠释。近期，为了探索量子系统的热化，科学家们提出了类似的量子遍历性，即量子系统的演化在其希尔伯特空间的遍历行为（Hilbert-space ergodicity, HSE）。研究发现HSE不仅能从算符平均值的角度解释量子热化，还具备不同的层级性：高阶HSE涵盖低阶HSE，并意味着系统更深层次的热化行为。然而，量子系统的何种演化能达到什么层级的HSE并不明朗；其实验观测需要在长时间内监测量子系统的演化，对量子相干性、量子调控能力提出较高要求，尚属空白。对此，研究团队首先理论

我院基于单自旋体系开展非厄米物理研究取得重要实验进展近日，我院伍旸研究员联合多名学者基于单自旋体系开展非厄米物理实验研究取得重要进展。研究组首次观测到非厄米非阿贝尔拓扑转变和一种新型奇异点——狄拉克奇异点，这两项进展分别以“Non-Hermitian non-Abelian topological transition in the S=1 electron spin system of a nitrogen vacancy centre in diamond”和“Experimental observation of Dirac exceptional points”为题，发表在《Nature Nanotechnology》和《Physical Review Letters》上，其中后者被选为“编辑推荐（Editors’ Suggestion）”文章。非厄米体系有着一系列独有的新奇物理现象，在量子控制、拓扑物理等方面有着广泛而深远的研究价值。近期的研究表明，多能级的非厄米系统中可以产生丰富的非阿贝尔拓扑现象，以及种类丰富的奇异点，其中蕴含着奇异点之间相互作用的物理机制，是非厄米物理体