容錯量子計算、半導體布洛赫方程、貝葉斯分析、拓撲奇點理論 | 本周物理講座

1

報告人：杜洪川，蘭州大學

時間：12月23日（周二）10:00

單位：中國科學院物理研究所

地點：懷柔園區X1樓206會議室

騰訊會議：947-830-804

會議密碼：251223

摘要:

固體高次諧波是強激光與固體材料相互作用過程中重要的非微擾非線性光學現象。與氣體相比，固體由于具有更高的原子密度，其高次諧波的產生機制也更為復雜。半導體布洛赫方程作為研究固體高次諧波的一種重要理論方法，在揭示固體高次諧波的物理機制、解釋和預測實驗現象等方面扮演著重要角色。該報告將介紹我們在發展加速（類）布洛赫基組半導體布洛赫方程方面的進展及其在固體高次諧波研究中的應用，主要包括加速布洛赫基組、Wannier表象加速類布洛赫基組和規范不變加速布洛赫基組三種形式的布洛赫方程，Berry聯絡在固體高次諧波研究中的重要性以及最近鄰緊束縛模型在固體高次諧波研究中的局限性等。

報告人簡介:

杜洪川，蘭州大學核科學與技術學院教授、博導，主要從飛秒強激光與物質相互作用的理論研究，包括高次諧波的產生及其應用，閾上電離和阿秒物理等。目前以第一作者或通訊作者在國際物理類權威刊物上發表SCI學術論文50多篇，其中Phys. Rev. (26篇)，已被包括Nature Photonics, Nature Communications, Nature Reviews Materials, Physical Review Letters等在內的頂級SCI引用900多次；已主持國家自然科學基金3項、蘭州大學優秀青年支持計劃項目1項，參與國家自然科學基金重點項目1項；擔任Physical Review Letters, Physical Review A/B, Communications Physics, New Journal of Physics等物理類重要期刊的審稿人。

2

報告人：郭斌，中南大學

時間：12月23日（周二）10:00

單位：中國科學院理論物理研究所

地點：南樓6620

摘要:

The bound state of a single NS5-brane wrapped on T4 and N NS1-branes has two dual descriptions: its low energy dynamics is described by the symmetric orbifold of T4, while the near horizon geometry is captured by string theory on AdS3×S3×T4 with one unit of NS flux. The latter theory is exactly solvable in the hybrid formalism, and this allows one to prove the equivalence of the two descriptions. In this talk, I will discuss an extension of this duality to Zk orbifolds of the AdS3×S3 background, motivated by the study of black hole microstates. We show that the corresponding worldsheet spectrum reproduces exactly the perturbative excitations on top of a certain non-perturbative state in the dual symmetric orbifold theory. I will further explain how this correspondence extends beyond the spectrum to correlators, at least to leading order in 1/N.

報告人簡介:

郭斌，中南大學特聘副教授。博士畢業于俄亥俄州立大學，隨后在巴黎薩克雷大學和蘇黎世聯邦理工學院從事博士后研究。主要研究方向為黑洞微觀態及相關問題。

3

報告人：張昊，東京大學

時間：12月23日（周二）15:00

單位：中國科學院理論物理研究所

地點：南樓6620

摘要:

In this talk, we introduce the concept of non?invertible selection rules and discuss its consequences. We postulating that the in-states and out-states are charged under a fusion algebra that cannot be described by any group laws. We show that such a selection rule would give new types of constraints for general tree diagrams, but such constraints will reduce to group?like constraints for n-loop diagrams with sufficiently large n. In string theory setup, such a non?invertible selection rule arise from string worldsheet, which reproduces known constarints for scattering on ADE orbifolds. In field theory setups, non?invertible selection rules allow for a general procedure to perform spurion analysis, which could track the origin of small coupling constants in terms of tree?level couplings. Based on 2402.00105 and 2508.14970.

報告人簡介:

Hao Zhang is a postdoctoral scholar at Kavli lPMU since 2023,and he obtained his Ph.D. from University of Pennsylvania during 2018-2023. His research interests are symmetries and anomalies in string theory and strongly?coupled QFTs.

4

報告人：肖煌煜，波士頓大學&哈佛大學

時間：12月23日（周二）10:30

單位：北京大學物理學院

地點：物理西樓B105

5

報告人：趙宸，QuEra Computing

時間：12月24日（周三）10:00

單位：中國科學院理論物理研究所

騰訊會議：702-828-689

摘要:

實現大規模量子算法的核心挑戰是應對物理量子系統中固有的錯誤。容錯量子計算理論通過量子糾錯碼將邏輯量子比特冗余地編碼到多個物理量子比特中，并利用錯誤征象測量來檢測和糾正錯誤，從而實現極低的邏輯錯誤率。然而，對于主流的二維表面碼等糾錯方案，由于測量錯誤的存在，學界普遍認為需要進行d次錯誤征象提取循環（其中d為糾錯碼碼距）才能實現容錯，這必然引入大量時間開銷。為大幅減小容錯量子計算的資源開銷，我們提出了基于橫向邏輯門的容錯量子計算架構（Transversal Algorithmic Fault Tolerance, TAFT）。我們嚴格證明，在包括二維表面碼在內的量子低密度奇偶校驗碼(QLDPC)中，通過結合使用低錯誤率魔態(Magic State)輸入、前饋控制的橫向Clifford邏輯門，通用容錯量子計算可以在每個邏輯操作僅有O(1)時間開銷的情況下完成。進一步，我們發展了多項式時間的高效解碼算法，從而賦予TAFT架構實際應用的可行性。將該架構應用于早期容錯的量子模擬算法以及需要大規模容錯的整數分解Shor算法，我們的方法將容錯的開銷降低了一個數量級以上。此外，我們在中性原子量子計算平臺上，利用TAFT框架實驗上展示了容錯量子計算的關鍵子程序——魔態蒸餾，從實驗角度驗證了我們理論的有效性。我們的工作為容錯量子計算理論提供了新的思路，并顯著加速了實用量子計算的實現進程。

報告人簡介:

趙宸是 QuEra Computing 的研究科學家，研究領域包括量子糾錯、量子軟件與量子機器學習。加入 QuEra 之前，他于 2022–2024 年在哈佛大學從事博士后研究，導師為 Arthur Jaffe 教授。他于 2022 年在中國科學院大學獲得應用數學博士學位，導師為高小山教授。

6

報告人：趙鵬巍，北京大學

時間：12月24日（周三）14:00

單位：北京大學物理學院

地點：物理西樓B105

7

報告人：Seung-Sup Lee，Seoul National University

時間：12月24日（周三）15:00

單位：北京大學物理學院

地點：西563會議室

8

報告人：張若洋，南京大學

時間：12月24日（周三）15:10

單位：北京大學物理學院

地點：物理學院中212教室

摘要:

拓撲奇點理論在物理學的多個領域發揮著關鍵作用，深化了我們對有序介質動力學、晶體能帶簡并和光場渦旋的理解。在本次報告中，我將介紹倒空間能帶奇點與實空間光學奇點的統一理論框架和內稟關聯。在第一部分，我將介紹非厄米物理與奇異光學之間的對偶原理，揭示非厄米簡并（如奇異點）與各種光學偏振奇點（如圓偏振奇點）之間的內在對應關系。受非厄米理論啟發，我們建立了三維光學偏振奇異點的嚴格拓撲分類，并預言了新型光學奇點形態——光學交匯點。反過來，受奇點光學啟發，我們發現了一類全新的高階非厄米簡并結構——非厄米外燕尾突變。在第二部分，我將介紹一類新型奇異超材料——旋磁雙零折射率介質。這種介質總是出現在光學拓撲相變的自旋1/2狄拉點處。我們證明，時空反射渦旋總是錨定于旋磁雙零介質的狄拉克點，并且其渦旋荷由拓撲相變前后的陳數躍變所決定，由此揭示了拓撲體—時空渦旋對應原理和一種超魯棒產生光學時空渦旋脈沖的新機制。這些進展揭示了奇點光學、非厄米物理學和奇異光學介質之間存在著深刻的內在聯系，為利用拓撲光子材料操控拓撲光場開辟了新途徑。

報告人簡介:

張若洋，南京大學物理學院準聘副教授，博士生導師，入選國家海外高層次青年人才計劃和江蘇特聘教授人才計劃。分別于2010年和2016年獲南開大學理學學士和博士學位。畢業后加入香港科技大學物理系，歷任博士后研究員和研究助理教授。2025年加入南京大學。研究興趣涵蓋拓撲光子學、非厄米物理學、奇點光學等。迄今共發表學術論文60余篇，包括以第一或通訊作者（含共同）在Nature、Nature Physics、Nature Communications、Science Advances 和 Physical Review Letters 等高水平學術期刊發表論文22篇。工作曾多次被Nature “Research briefing”, Nature Physics “News & Views”, Phys.org 作為亮點報道。

9

報告人：狄大衛，浙江大學

時間：12月24日（周三）16:40

單位：北京大學物理學院

地點：物理學院中212教室

摘要:

有機發光二極管(OLED)是現代信息顯示技術的重要元器件，制約其發光效率的主要因素是激子自旋，因此激子自旋態調控是實現電致發光性能進一步突破的關鍵。另一方面，金屬鹵化物鈣鈦礦發光二極管(鈣鈦礦LED)結合了有機與無機半導體發光器件的優良特性，具有帶隙(光譜)可調、發光效率與色純度高、制備成本低等特點，是一種極具潛力的新型光源。進一步，我們討論鈣鈦礦LED的幾項關鍵挑戰，包括如何突破器件穩定性、亮度和微型化的瓶頸等。我們實現了可以滿足實際應用需求的超長壽命鈣鈦礦LED。我們發現，鈣鈦礦作為一種新型半導體，其p/n型導電行為和載流子濃度可以通過分子摻雜實現良好調控，并基于此實現了高效率且超高亮度(116萬尼特)的電致發光。此外，將涉及微型與納米鈣鈦礦LED(micro/nano-PeLED)技術，討論電致發光器件的降尺寸(downscaling)效應，將LED的最小像素尺寸推向未曾企及的新極限，展示了micro/nano-PeLED在顯示領域的重要潛力。最后，將介紹電驅動鈣鈦礦激光器的首次實現，以及這種新型半導體激光器的未來應用。

報告人簡介:

狄大衛，浙江大學光電學院/國際聯合學院長聘教授、先進光子學國際研究中心副主任，入選教育部人才計劃(2025)、浙江省頂尖人才計劃(2020)、《麻省理工科技評論》全球青年科技創新35人(MIT TR35 global)(2019)等。主要研究新型半導體光電器件及器件物理。近年來，實現了全球首個電驅動鈣鈦礦激光器；開發了微型與納米鈣鈦礦LED，展示了世界上最小的LED；實現了鈣鈦礦半導體的可控p/n型摻雜；實現了超長壽命的鈣鈦礦LED；實現了連續波鈣鈦礦極化激元激光；揭示了LED超低電壓發光的統一物理機制。他作為通訊作者或第一作者，在Nature (3)、Science、Nature Photonics (3)、Nature Nanotechnology、Nature Electronics、Nature Communications(3)、Science Advances (2) 等期刊發表重要論文，作為通訊作者在Nature/Science/Cell系列期刊發表論文19篇。相關成果入選中國光學十大進展(2022)，被人民日報、中央電視臺、新華社、中國科學報等報道。

10

報告人：胡晨，香港中文大學物理系

時間：12月25日（周四）15:00

單位：清華大學物理系

地點：物理樓W105

摘要:

Moiré superlattices, created by combining low-dimensional materials with small lattice mismatches or different orientations, offer a powerful platform for exploring fascinating physical phenomena. Recent advances in optical spectroscopies have revealed rich experimental signatures of novel moiré exciton states in 2D superlattices; however, the microscopic nature of these states and strategies for their effective manipulation remain to be fully explored. In this talk, I will introduce our recent discoveries in 2D moiré-induced exciton physics based on newly-developed time-dependent interacting Green’s function approach and the Bethe-Salpeter Equation method. First, I will demonstrate that moiré excitonic effects can greatly enhance nonlinear optical responses, leading to the striking formation of light-induced nonlinear photocurrent vortex crystals—2D arrays of moiré-scale current vortices and associated magnetic fields. This provides a promising all-optical control route to manipulate such exotic photoexcited moiré quantum matter. Second, I will show that the moiré potential can be continuously and efficiently tuned via pressure engineering, driving exciton physics from the weak- to the strong-moiré regime. In this process, we identify a previously underexplored moiré exciton state arising from the coupling between intrinsic excitonic Coulomb attraction and external moiré confinement. Our results highlight the rich photophysics of 2D moiré superlattices and open new opportunities for applications in moiré-based optoelectronics and photovoltaics.

報告人簡介:

Chen Hu (胡晨) is an Assistant Professor in the Department of Physics at the Chinese University of Hong Kong. He was a postdoctoral research fellow at the University of California, Berkeley, and the Lawrence Berkeley National Laboratory from 2021 to 2024. He earned his PhD in physics from McGill University in Canada in 2020. His research engages in the fields of theoretical condensed matter physics and computational material science, with the primary aim of exploring novel quantum material physics through advanced first-principles theoretical methodologies and computational tools. He focuses on intriguing photoexcited phenomena, moiré physics, ultrafast and nonlinear optoelectronics, topological matter, quantum transport and spintronics in emerging low-dimensional quantum materials and nanodevices.

11

報告人：周小元，重慶大學

時間：12月25日（周四）15:00

單位：北京大學 物理學院

地點：物理大樓中212報告廳

摘要:

熱電材料可以實現全固態下熱能和電能的相互轉化，在廢熱回收，固態制冷，精確溫控等領域應用前景廣闊。重慶大學熱電研究團隊圍繞載流子在熱電材料中受到若干不同散射而遷移率下降的關鍵問題，提出了高效摻雜方案定制，高質量單晶生長，本征弱電聲耦合能帶設計，有序孿晶界構筑等優化策略，實現從微觀結 構到電子結構層面對載流子輸運的調控。

本次報告包括四方面內容：（1）在熱電材料中引入極少量助穩原子穩定高價態陽離子，降低摻雜原子對載流子的散射，實現遷移率和電學性能的大幅提升；（2）宏量制備了具有二維晶體結構特征的高質量單晶，保持材料本征低熱導率并提高了電子的遷移能力，獲得創紀錄值的熱電轉化效率；（3）開發了一系列具有特殊平面蜂窩結構的電子結構低維化材料，利用二維材料水平鏡面對稱特性，弱化電聲耦合，實現了高電子遷移率和高熱電性能；（4）構筑了具有有序孿晶界的熱電材料，利用納米孿晶對電子和聲子選擇性散射特征，保持了電子遷移率，大幅提升熱電性能。

報告人簡介:

周小元，重慶大學教授，國家杰出青年基金項目獲得者，重慶大學分析測試中心主任，明月湖實驗室副主任，重慶儲能材料與裝備研究院副院長，重慶大學量子材料與器件研究中心副主任，主持國家重點研發計劃項目。擔任中國材料學會、中國分析測試協會等多個學術組織分會副理事長/常務理事。擔任Sci. China Mater.、Small、Rare Metals及J. Anal. Test.期刊編委。長期從事低維新能源材料的電、聲輸運關鍵科學問題研究，帶領團隊在高性能熱電材料的可控生長、性能優化與器件開發、新型光電催化材料、新型鎂二次電池材料等方面取得突破。近五年以第一/通訊作者發表SCI論文200余篇，包括Nat. Commun.、Energy Environ .Sci.、Adv. Mater.等著名學術期刊。獲重慶市自然科學一等獎、國際熱電學會青年科學家獎、“全國巾幗建功標兵”、重慶市“最美科技工作者”等榮譽稱號。

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報告人：王永佳，湖州師范學院

時間：12月25日（周四）16:00

單位：中國科學院理論物理研究所

地點：南樓6620

摘要:

強流重離子加速器裝置（HIAF）是我國“十二五”期間重點規劃建設的大科學裝置。HIAF能把重離子加速到幾個GeV，為致密核物質性質研究提供全新機遇。核物質狀態方程與介質中核子核子散射截面是刻畫核物質性質的兩個核心內容。我們發展和優化了微觀輸運模型的初始化、平均場、碰撞項等部分，對跨能量尺度的重離子碰撞進行較為合理的描述，利用貝葉斯分析從中能區重離子碰撞實驗數據中，提取核物質狀態方程和介質中核子核子散射截面的信息。

報告人簡介:

王永佳，2009年本科畢業于蘭州大學，2014年博士畢業于蘭州大學（期間2010-2014年在湖州師范學院聯合培養）。現為湖州師范學院理學院教授。主要從事核物質狀態方程、重離子碰撞、機器學習在原子核物理中的應用等方面的研究。曾獲得浙江省自然科學獎二等獎一項、中國核學會自然科學獎三等獎；主持國家自然科學基金二項。已發表SCI論文70余篇（其中發表在Physic sLettersB的有13篇，Physica lReviewC上的有26篇），論文總被引用次數超過2000余次。

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報告人：Luis Lehner，Perimeter Institute for Theoretical Physics

時間：12月26日（周五）10:00

單位：中國科學院理論物理研究所

地點：南樓6620

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報告人：馬寅哲，Stellenbosch University

時間：12月29日（下周一）10:00

單位：中國科學院理論物理研究所

地點：南樓6620

封面圖片來源：https://quantum.ustc.edu.cn/web/index.php/en/node/917

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