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Journal of Optics（JOPT）期刊编辑团队精选了2023年4月-9月发表的“十大编辑推荐文章”（Top 10 Editors’ Picks）。这些“编辑推荐文章”涵盖了JOPT期刊的所有领域，从庞大的结构光解决方案到微小的等离子体波导，从量子拓扑学到经典拓扑学等等。之所以选择这些文章，是因为它们所涉及的主题都是热门研究领域（有些文章已被下载超过 1000次）、文章质量高且结构完整。 编辑们这次特意忽略了 “路线图”（Roadmap）这一文章类型，即我们广受欢迎的多作者投稿，这些文章具有前瞻性的视角，持续被大量引用。 本次的“十大编辑推荐文章”大致可分为两类：一类是展示了明确且有影响力的进展，如Charles Downing关于非赫米提量子哈密顿量的研究；另一类是提供了如何开始研究某一特定主题研究的方法，如Rasmus Christiansen关于如何通过拓扑设计模式转换器的文章。欢迎您阅读和下载这些文章！ 期刊主编： Andrew Forbes，南非威特沃特斯兰德大学 文章时间范围：2023年4月-9月 十大编辑推荐文章   Geometry and topological photonics Mário G Silveirinha 2023 J. Opt. 25 085102   Unbalanced gain and loss in a quantum photonic system Charles Andrew Downing and Oliver Isaac Reuben Fox 2023 J. Opt. 25 095201   Broadband structured light using digital micro-mirror devices (DMDs):...

IOP出版社每月从年度重点期刊中精选一系列文章供大家阅读，这些文章体现了IOP期刊的高质量和创新性，并呈现了一些受关注的研究工作。欢迎大家阅读下载！ 精选文章 Physics Quantum Science and Technology A hybrid quantum–classical neural network for learning transferable visual representation Ruhan Wang, Philip Richerme and Fan Chen   Machine Learning: Science and Technology scGMM-VGAE: a Gaussian mixture model-based variational graph autoencoder algorithm for clustering single-cell RNA-seq data Eric Lin, Boyuan Liu, Leann Lac, Daryl L X Fung, Carson...

本篇研究来自吉林大学焦利光、刘爱华课题组。本文通过基于复坐标旋转伪谱方法对Hulthén势中的shape共振态的精确计算，系统揭示了束缚态随屏蔽参数增加时转变为共振态的临界行为，首次给出了共振态从产生到消失的完整轨迹，预测了共振态遵循n平方缩放规律，此外我们还发现了新共振态的产生会对临近的共振态产生干涉现象。 文章介绍 Resonances in the Hulthén potential: benchmark calculations, critical behaviors, and interference effects Zi Xi Hu(胡子曦)，Li Guang Jiao(焦利光)，Aihua Liu(刘爱华)，Yuan Cheng Wang(王远成)，Henry E Montgomery Jr，Yew Kam Ho(何耀锦)，Stephan Fritzsche 通讯作者： 焦利光，吉林大学物理学院 刘爱华，吉林大学原子与分子物理研究所   研究背景： 共振态(resonance)在原子分子结构计算与碰撞动力学研究中有着非常重要的作用，尤其是位于自电离阈值以上的shape共振态，具有能量高、寿命短的特点，对其参数的精确计算及自电离特征的分析一直是理论研究的难点之一。本文选取Hulthén势为研究对象，其s态波函数可解析求解，因而在原子物理、核物理以及等离子体物理中广泛用于模拟短程有效势和屏蔽库伦势。当系统处于非s态时，轨道角动量所产生的离心势垒可用于模拟shape共振态的产生。通过改变屏蔽参数，我们可以研究系统中束缚态到共振态的临界转变行为，共振态物理参数在临界区域的渐近规律，共振态与束缚态之间以及相邻共振态之间奇特的干涉现象。   研究内容： 复坐标旋转法通过将系统哈密顿量旋转至复空间，使渐近发散的共振态波函数收敛，从而方便利用基函数展开对共振态进行计算。一般伪谱法通过对坐标空间的高效离散化以及谱近似的全局收敛特性，能够对束缚态进行超高精度计算。我们将两种方法有效结合，得到了Hulthén势函数下目前为止最为精确的束缚态和共振态能量，以及任意轨道角动量下任意束缚态的临界转变参数。 图1：2p态电子由束缚态转变为shape共振态 研究发现在束缚-共振临界转变区域，共振态能量遵循与角动量无关的线性规律，与束缚态在临界区域渐近规律一致；共振态宽度则遵循(L+1/2)幂次规律，与散射理论中的Wigner规律一致。 图2：2p，3d，4f态电子在临界区域的渐近规律 通过追踪共振态的产生及消失，我们得到了共振态在参数空间的完整变化轨迹，发现高激发共振态具有和束缚态类似的n平方缩放规律。 图3：p态电子的n平方缩放规律 通过复动量空间中共振态的变化，研究发现在高轨道角动量态下，新共振态的出现能够对临近共振态产生干涉现象，同样与散射理论中的通道阈值打开效应类似。 图4：f态电子在复动量空间中的干涉现象 当前研究结果也适用于一般短程势中的共振态，对研究量子系统中束缚-连续以及束缚-共振转变的临界行为提供了新的思路。 作者介绍 焦利光  教授 吉林大学物理学院 焦利光，吉林大学物理学院教授。本硕毕业于吉林大学，博士毕业于哈尔滨工业大学，台湾中央研究院原分所博士后(合作者Yew Kam Ho)，德国亥姆霍兹研究所访问学者(合作者Stephan Fritzsche)，长期从事原子分子结构、正电子散射、激光辅助碰撞理论研究，对复坐标旋转法及谱方法具有深入研究，发表论文70余篇。   刘爱华...

本篇研究来自湘潭大学郝国林课题组。本文主要基于基底工程与空间限域策略，采用化学气相沉积法（CVD）实现了晶圆级二硫化钨（WS2）纳米薄膜的可控制备。研究表明，WS2的成核密度依赖于蓝宝石衬底的退火条件。WS2纳米薄膜的厚度可以通过空间限域的高度进行有效的调控。此方法不仅适用于晶圆级WS2纳米薄膜的可控制备，可以推广至其他过渡金属硫属化合物（TMDs）晶圆级纳米薄膜的精准合成。此外，基于单层WS2薄膜的光电探测器也展现出优异的光电性能（0.355 A W-1的响应度和1.48×1011 Jones的探测率）。 文章介绍 Controllable growth of wafer-scale two-dimensional WS2 with outstanding optoelectronic properties Shiwei Zhang, Yulong Hao, Fenglin Gao, Xiongqing Wu, Shijie Hao, Mengchun Qiu, Xiaoming Zheng, Yuehua Wei, Guolin Hao (郝国林) 通讯作者： 郝国林，湘潭大学   研究背景： 二维TMDs具有可调的带隙、高载流子迁移率、强光物质相互作用和较大的激子结合能，被认为是未来高性能功能器件的一类优秀候选材料。研究表明WS2可以应用于忆阻器和相位调制器，使其在神经形态计算和光通信领域显示出巨大的潜力。基于WS2的场效应晶体管具有高达214cm2 V−1 s−1的室温迁移率,有望为二维半导体基集成电路的发展提供一定的实验支撑。近年来，晶圆级TMDs材料的可控制备已取得了一些进展，由于二维材料自限制生长的特性，层数可控二维TMDs的精准合成仍然具有极大的挑战。亟待开发一种简单有效的方法实现晶圆级TMDs二维纳米薄膜的精准制备。   研究内容： 图1：晶圆级2D WS2纳米结构的合成示意图 基于前驱体设计策略通过对钨金属箔进行氧化获得了均匀的三氧化钨箔片，并将其垂直放置在蓝宝石衬底上以形成高度可调的限域空间，相应的合成示意图如图1所示。 （图2所示）我们系统的研究了不同气体氛围退火条件下的蓝宝石基底对WS2生长的影响，并证明了在不同气体氛围下退火蓝宝石表面显示出的终端原子是不同的。在氢气（H2）氛围退火下，蓝宝石表面显示出铝终端，在氧气（O2）氛围退火下，蓝宝石表面显示出氧终端。不同的终端原子对WS2的成核密度起着关键作用。 图2：(a)-(c) 分别在原始、H2退火和O2退火的蓝宝石衬底上生长的WS2的AFM图像。(d)-(f) 分别为原始、H2退火和O2退火蓝宝石衬底的AFM图像。(g)-(i) 相应的O 1s核心能级的XPS结合能谱。 （图3所示）当空间限域高度分别设定为1.4、2和2.4mm时，可以制备三层、双层和单层WS2薄膜。在此基础上，将空间限域高度降低至0.2 mm，进一步实现了多层WS2薄膜的可控生长。系统的研究表明空间限域策略可以实现单层至多层不同厚度的晶圆级WS2纳米薄膜的精准合成。 图3：(a)-(f) 合成的不同厚度WS2纳米薄膜的AFM图像。(g) 从左至右，分别为单层、双层、三层和多层WS2纳米薄膜的数码照片。(h) 单层WS2上15个随机点的拉曼光谱。 （图4所示）我们的合成策略还可扩展至其他晶圆级过渡金属硫属化合物纳米薄膜的制备，如二硒化钨（WSe2）。 图4：(a)-(d)...

本篇研究来自南京信息工程大学周波涛和陈海山课题组。本研究说明东北亚春季生态系统水分利用效率主模态呈全区一致型，该模态直接受总初级生产力的控制；地表气温（土壤湿度）较高时有利于提高东北亚北部（南部）春季生态系统水分利用效率；极地-欧亚遥相关型通过改变东北亚地区地表气温和土壤湿度，显著调控东北亚春季生态系统水分利用效率。 文章介绍 Variability of spring ecosystem water use efficiency in Northeast Asia and its linkage to the Polar-Eurasia pattern Ning Xin (辛宁), Botao Zhou (周波涛), Haishan Chen (陈海山), Shanlei Sun (孙善磊) 通讯作者： 周波涛，南京信息工程大学   研究背景： 陆地生态系统通过各种物理过程和生物过程在调节全球水和碳循环中发挥着至关重要的作用。生态系统水分利用效率（WUE）是表征生态系统碳–水耦合关系的重要指标，全面了解WUE变化及其驱动因素有助于评估气候变化下生态系统的脆弱性和适应性。作为地表增暖显著的区域之一，东北亚是气候变化和生态地理过程研究的热点。在变暖背景下，东北亚显著变绿，但该地区春季WUE的变化特征及其物理机制尚不明确，这是本研究的动机。   研究内容： 本文利用基于观测的总初级生产力和潜热通量资料及动态全球植被模式（TRENDY-v10）模拟数据，探究了东北亚春季WUE变化的主模态。结果表明，东北亚春季WUE主模态呈全区一致型变化，且直接受到总初级生产力（GPP）的控制。气候条件对WUE的影响也非常显著，地表气温（土壤湿度）较高时有利于提高东北亚北部（南部）WUE。进一步分析表明，极地–欧亚遥相关型（POL）通过改变东北亚地区地表气温和土壤湿度，显著影响该地区春季WUE的变化。当春季POL型处于正位相时，东北亚北部上空存在异常反气旋环流，同时东北亚南部地区盛行偏东风且东亚急流减弱。在此环流背景下，东北亚北部存在异常下沉运动，导致地表气温升高，有利于东北亚北部WUE增大。与此同时，异常偏东风导致东北亚南部水汽输送增强；此外，东亚急流减弱引起了东北亚南部的异常上升运动。水汽辐合与上升异常导致东北亚南部降水增多，土壤湿度增大，从而使东北亚南部WUE增大。 （a）POL指数（黑线）、MPI-BGC数据计算的PC1（蓝线）和TRENDY数据计算的PC1（红线）时间序列。（b，c）GPP（g C m-2 day-1）和（d，e）WUE（g C kg-1 H2O）同POL指数的回归分布。（b）和（d）分别为MPI-BGC数据（1982-2011）计算的GPP和WUE；（c）和（e）分别为TRENDY数据（1982-2020）计算的GPP和WUE。打点区域表示通过0.10的信度。 作者介绍 周波涛  教授 南京信息工程大学 周波涛，南京信息工程大学大气科学学院院长，二级教授，博士生导师；国家杰出青年基金获得者，江苏特聘教授。主要从事气候变化、极端气候事件、东亚气候变异机理、大气遥相关等方面的研究。 期刊介绍 Environmental Research Letters 2022年影响因子：6.7  Citescore:...

特刊详情 客座编辑 Pavel Groisman，美国北卡罗来纳州立大学 Shamil Maksyutov，日本国立环境研究所 Erwan Monier，美国麻省理工学院 Dmitry Schepaschenko，国际应用系统分析研究所   主题范围 During the past few decades, the Global Earth System has changed significantly, especially across Northern Eurasia. Changes in the socio-economic conditions of the larger countries in the region have resulted in a variety of regional environmental changes that can have global consequences. The...

IOP出版社Electrochemical Capacitors电子书于近日出版。本书的作者为天津工业大学的马建民和中南大学的阳军亮。 作者介绍 马建民  教授 天津工业大学 马建民，英国皇家化学会会士、科睿唯安“全球高被引科学家”、天津工业大学教授/博导，长期从事能源化学材料的理论与应用研究工作，已发表多篇国内外期刊论文，授权多项发明专利，出版专著5本。目前兼任Chain、Chinese Chemical Letters副主编、Rare Metals学术编辑、Journal of Energy Chemistry、Nano-Micro Letters、JPhys Energy、Journal of Physics: Condensed Matter、International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials等期刊编委。曾获湖南省青年科技奖、湖南省自然科学二等奖、侯德榜化工科学技术奖“青年奖”、中国复合材料学会科学技术二等奖、中国电子学会科学技术三等奖等。   阳军亮  教授 中南大学 阳军亮，二级教授，博士生导师，中南大学物理与电子学院副院长，柔性印刷电子团队负责人。湘潭大学学士，中科院长春应化所博士，先后在英国华威大学、澳大利亚墨尔本大学及联邦科学与工业研究院等从事研究，2012年引进回国到中南大学工作。2013年入选教育部“新世纪优秀人才”计划，2014年获得湖南省杰出青年基金资助，2019年入选国家“万人计划”青年拔尖人才，2020年入选湖南省科技创新领军人才计划，2021年入选“全球顶尖前10万名科学家”排名前5万名，2020和2021年连续入选全球前2%顶尖科学家(World’s Top 2% Scientists)榜单。发表学术论文240余篇（以第一/通讯作者在Chem. Rev., Nano Lett., Sci. Bull., JoS, AEM, AFM, ACS Nano, Flex. Print. Electron., APL等发表SCI论文160余篇），SCI引用8000余次，英国皇家化学会“Top 1% 高被引用学者”，H-index为50；申请国家专利技术30项，授权专利技术22项，专利技术转让10项，孵化国家高新技术企业1家；主持国家重点研发计划重点专项课题、国家自科基金项目、军委科技委项目、军委装发部项目、湖南省科技攻关项目及公司合作项目等。主要研究领域为柔性印刷电子学及薄膜太阳电池。 >>点击此处链接，免费阅读本书的第一章内容。 >>查看IOP出版社的全部电子书。 >>浏览IOP出版社在线书店。 电子书介绍 Electrochemical Capacitors...

本篇研究来自中国科学院数学与系统科学研究院尚云课题组。本研究创新性地运用广义插值量子游走模型取代振幅放大思想逼近标记点，既提高了量子游走算法的成功概率，又避免了soufflé问题。同时给出了一个绝热量子态制备的重要应用。 文章介绍 Improvement of quantum walks search algorithm in single-marked vertex graph Xinying Li（李盺莹） and Yun Shang（尚云） 通讯作者： 尚云，中国科学院数学与系统科学研究院   研究背景： 目前大多数量子搜索算法及采样算法的成功概率较小，通常运用振幅放大思想来提高成功概率。但是，振幅放大的调用会引发soufflé问题，为算法的实际应用带来困难。本文通过引入广义插值量子游走模型取代振幅放大技巧解决了上述问题。   研究内容： 通过引入插值序列，定义了广义插值量子游走模型缓慢逼近目标点，改进后的搜索和平稳分布采样算法保持现有算法复杂度的同时均大大提高了算法的成功概率，同时也避免了soufflé问题。在上述算法设计中，分别考虑了相位估计思想和量子fast-forwarding思想，发现后者可以大大减少调用量子插值游走算子的次数和辅助量子比特的数量。最后，给出了广义插值量子游走在绝热计算量子态制备中的一个重要应用，而绝热态制备正是应用绝热量子计算的前提。 Soufflé 问题 广义插值游走算法框架 作者介绍 尚云  研究员 中国科学院数学与系统科学研究院 尚云，中国科学院数学与系统科学研究院研究员，博士生导师，CCF杰出会员，量子计算专委常委。长期从事量子计算及其基础理论、量子游走、量子机器学习的研究。曾获陕西省优秀博士论文、陕西省科技进步二等奖、王宽诚优秀女科学家专项奖、中国计算机学会CCF科学技术奖自然科学二等奖（排名1）、英国皇家物理学会IOP高被引论文奖等。 期刊介绍 Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 2022年影响因子：2.1  Citescore：4 Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical（JPhysA）每年出版50期，针对运用数学结构来描述物理世界的基本过程，并探索这些结构的分析、计算和数值方法。期刊内容涵盖：统计物理；非平衡系统、计算方法和现代平衡理论；混沌和复杂系统；数学物理；量子力学和量子信息理论；场论和弦理论；流体和等离子体理论；生物模型等方面。文章类型包括原创性论文和综述，以及关注于热点研究的专题综述和特刊，提供及时、全面的纵览。

本篇研究来自北京师范大学系统科学学院王大辉课题组。本研究用径向基函数（RBF）网络隐式地近似复杂系统动力学方程，成功应用于Lorenz、Chen系统和心电图数据。该网络能准确再现这些系统的轨迹、固定点和局部分岔，还可区分健康人和心脏病患者。这为基于观测数据构建方程的难题提供了一种方案，为理论和医疗诊断提供了一条可能的新途径。 文章介绍 Data-driven Dynamics Reconstruction using RBF Network Cong-Cong Du（杜淙淙）, Xuan Wang（王轩）, Zhangsen Wang（王章森） and Da-Hui Wang（王大辉） 通讯作者： 王大辉，北京师范大学系统科学学院   研究背景： 动力学系统的性质通常通过非线性动力学方程来研究，对于许多真实的复杂系统，其动力学方程通常是未知的，从不完整或噪声数据中发掘系统的演化方程是一个挑战。尽管传统方法如延迟坐标嵌入法和Koopman算子理论都部分解决了这个问题，但它们常常在数据需求或系统渐近行为的准确性方面存在局限。此外，现有的机器学习方法虽然在预测瞬态行为上有成效，但往往无法准确捕捉系统的长时行为特别是驱动系统演化背后的数学结构。本研究旨在用径向基函数（RBF）网络近似复杂动力学系统的演化方程。该方法有效且高效，成功应用于经典的混沌系统和心脏动力学系统，展示了其在实际系统中的应用潜力和揭示动力学性质的能力，为理论研究和实际应用提供了新的视角和工具。   研究内容： 本研究的方法分为三个步骤，首先从观测数据的数值微分以获得相应的导数序列，然后通过有监督的学习训练一个径向基函数(RBF)网络，最后把训练完成的网络看作是系统演化的动力学方程开展常规的动力学分析。这个分析可以近似地反映原系统的动力学性质。 图1 使用RBF网络对动力学系统进行重构的三个关键步骤 研究中成功地利用RBF网络重构了经典的Lorenz和Chen系统。通过粒子群(PSO)算法寻找了系统的平衡点，并在此基础上绘制出了系统的分支图，如图2（c）所示。这些重构结果与理论值高度一致。 图2 Lorenz系统的重建过程及结果 更重要的是，这一方法也被成功应用于心电图（ECG）数据。我们使用了249名被试的心电数据，并依据其疾病状态进行分组训练。通过PSO算法，我们找到了各自网络的平衡点。如图3所示，健康与患病个体在平衡点上呈现出明显的分簇，证实了RBF网络不仅可以重构心脏动力学系统，还能捕获到原始系统的关键动力学特征。 图3 心脏系统重建结果 总体而言，本研究提出了一种数据驱动的方法，通过使用RBF网络来近似复杂动力学系统的演化方程。该方法在经典混沌系统和实际应用（如心脏动力学）中都表现出色，为解决基于观测数据构建动力学方程的难题提供了一种思路，为理论研究和医疗诊断提出一条可能的新路径。 作者介绍 王大辉  教授 北京师范大学系统科学学院 王大辉教授从事复杂系统基础理论及其应用研究，特别关注神经系统的复杂性研究，以神经环路为基础建立计算模型揭示实验中观察到的神经系统动力学行为的机制，展示神经系统达成特定功能的机理，并尝试将相关的机制应用于工程问题。近期专注于建立大规模脑神经网络模型以揭示脑的典型动力学现象的机制和信息处理机制。   杜淙淙   北京师范大学系统科学学院 杜淙淙，硕士生研究方向为神经系统大规模数据的动力学特性分析。 期刊介绍 Machine Learning: Science and Technology 2022年影响因子：6.8  Citescore：7.1 Machine Learning: Science and Technology （MLST）是一本跨学科期刊，致力于发表智能机器在物理、材料科学、化学、生物学、医学、地球科学、天文学和工程学等多学科领域的应用和发展。涉及领域包括：物理学和空间科学；设计和发现新材料和分子；材料表征技术；模拟材料、化学过程和生物系统；原子和粗粒度模拟；量子计算；生物学、医学和生物医学成像；地球科学（包括自然灾害预测）和气候学；模拟方法和高性能计算。同时，也包括机器学习方法在概念上的新进展：新的学习算法；深度学习架构；核心方法；概率和贝叶斯方法；生成方法；强化和主动学习；经常性和基于时间结构的方法；神经启发方法（包括神经形态计算）。

本篇研究来自河北工程大学董昭和加拿大阿尔伯塔大学杨绍恺课题组。本研究首次结合深度失焦技术与深度神经网络，实现粒子场的高效三维定位；成功集成了YOLO框架，准确且高效地确定粒子的横向位置；利用生成对抗网络实现目标粒子不同深度的自动对焦，获得清晰焦点图像；在噪声环境中仍然展现出强大的检测与定位性能。 本研究解决了微观粒子研究中三维定位的关键挑战。传统方法在确定纵向位置时遇到困难，而我们的方法结合了深度学习和传统的图像处理技术，克服了这些限制。通过YOLO框架和GANs的集成，我们不仅实现了准确的粒子定位，而且实现了自动对焦，大大提高了粒子图像的清晰度。此外，算法的处理速度极快，适合实时应用。此研究为微观粒子领域提供了一个新的、有效的工具，有望推动相关领域的研究进展。 文章介绍 3D positioning and autofocus of the particle field based on the depth-from-defocus method and the deep networks Xiaolei Zhang（张小磊）, Zhao Dong（董昭）, Huaying Wang（王华英）, Xiaohui Sha（沙笑慧）, Wenjian Wang（王文健）, Xinyu Su（苏欣宇）, Zhengsheng Hu（胡争胜） and Shaokai Yang（杨绍恺） 通讯作者： 董昭，河北工程大学 杨绍恺，加拿大阿尔伯塔大学   研究背景： 微观粒子研究在生物医学、材料科学和环境工程等领域中都具有至关重要的地位。尽管粒子的横向位置可以通过中心定位或对象分割算法获得，但纵向位置的确定仍然是一项挑战。过去的研究已经提出了多种方法来解决这一问题，如多粒子成像法、数字全息术等，但这些方法往往效率不高，准确性也受到限制。近年来，深度学习在图像处理和识别领域取得了显著的进展，但在微观粒子研究中的应用仍处于起步阶段。我们认为，通过将深度学习技术与传统的粒子定位技术相结合，可以有效提高三维定位的准确性和效率。 因此，本研究的主要目的是探索和开发一种新的方法，结合深度失焦技术与深度神经网络，为微观粒子提供高效、准确的三维定位。此外，我们还希望通过集成先进的物体检测框架和生成对抗网络，实现对目标粒子不同深度的自动对焦，从而进一步提高粒子图像的清晰度和定位精度。   研究内容： 1.深度失焦技术与神经网络结合: 我们首次尝试将深度失焦技术与深度神经网络结合，为微观粒子的三维定位提供了新的视角。 2.高效的物体检测框架: 为了更精确地确定粒子的横向位置，我们引入了“你只看一次” (YOLO) 的物体检测框架。 3.自动对焦技术的改进: 我们采用了生成对抗网络 (GANs) 技术来提高目标粒子不同深度的自动对焦能力，确保获得清晰的焦点图像。   实验或理论方法： 我们对多种样本进行了测试，包括合成粒子、聚苯乙烯粒子、血细胞和浮游生物。在噪声环境中，我们的方法仍然展现出卓越的性能。为了验证我们的方法，我们还与传统的粒子定位方法进行了对比实验。   取得的成果: 1.快速处理:...

本篇研究来自北京大学前沿计算中心吴步娇课题组。本研究将最近在量子比特体系中提出的测量算法推广到玻色子系统，如经典影层析扫描和其他局部测量方案，并计算了不同情形下的理论复杂度上界。 文章介绍 Efficient measurement schemes for bosonic systems Tianren Gu（顾天任）, Xiao Yuan（袁骁） and Bujiao Wu（吴步娇） 通讯作者： 吴步娇，北京大学前沿计算中心   研究背景： 玻色子是自然界中最基本的粒子形式之一。对玻色子系统的高效测量对于在基于量子比特的量子计算机上模拟玻色子（如原子核）的复杂物理现象，以及从本身由玻色子构建的量子模拟器/计算机（例如连续变量量子计算机）中提取经典信息具有关键意义。 传统的玻色子系统测量方法采用量子态断层扫描（QST）来重构量子态，但这通常需要指数资源。前不久，Huang等人基于Aaronson之前的工作提出了量子比特系统中的经典影层析扫描（Classical Shadow）算法。该算法仅需要对量子系统执行多项式数量的测量，显著提升了测量效率。在此基础上，可以考虑将量子比特系统上的优化测量算法推广到玻色子系统。   研究内容： 研究将最近在量子比特体系中提出的测量算法推广到玻色子系统，如经典影层析扫描和其他局部测量方案，并计算了不同情形下的理论复杂度上界。 研究考虑了对能量进行截断后产生的qudit（高维量子比特）系统和一般的连续变量描述的玻色子系统，分别对应于离散量子计算机上的模拟玻色子系统和物理实验中常见的玻色子系统。对于前者，研究提出了一个qudit系统的局部测量方法：通过将测量基底扩充为General Gell-Mann基底 (GGB)，在量子比特下的测量算法可以自然推广到更高维度，并在理论上证明了在这种情形下测量的复杂度仍是关于系统局域度（locality）指数的。对于后者，研究引入了一组连续变量测量基，并将测量算法在此情形下推广。研究证实其理论复杂度仍然具备与前一种情形相似的形式。 图1(a-b). 水分子振动能量级别的数值结果，这里比较了CS方法和我们设计的局部测量算法在估计（a）振荡器基态 |000⟩ 的能量（b）GHZ态的期望值的近似结果比较。(c-d) 使用多模随机高斯态估计连续变量局部测量算法的性能，其中（c）为度为K的随机可观测量的无单位估计误差，（d）为不同模态数N和度K的估计误差的一般情况。 研究使用了水分子核振动系统和连续光学系统分别对两种情形下的算法进行了数值模拟，如图1所示。模拟结果显示，与传统方法相比，研究所提出的算法性能得到了显著提升。 期刊介绍 Quantum Science and Technology 2022年影响因子：6.7  Citescore：11.6 Quantum Science and Technology（QST）是一本多学科、高影响力的期刊，致力于出版涵盖所有量子技术科学和应用的高质量和重要的研究。QST涵盖应用数学、凝聚态物质、量子光学、原子物理和材料科学的各个领域，并涉及到化学、生物学、工程学、计算机科学和机器学习。除了定期的原创研究外，QST还出版专题综述和征集热点问题文章的特刊，从而对该领域最新和最有趣的研究进行概述。

IOP出版社每月从年度重点期刊中精选一系列文章供大家阅读，这些文章体现了IOP期刊的高质量和创新性，并呈现了一些受关注的研究工作。欢迎大家阅读下载！ 精选文章 Physics Quantum Science and Technology Do quantum circuit Born machines generalize? Kaitlin Gili, Mohamed Hibat-Allah, Marta Mauri, Chris Ballance and Alejandro Perdomo-Ortiz   Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical Tetrahedron genuine entanglement measure of four-qubit systems Meng-Li Guo, Zhi-Xiang Jin, Bo Li and Shao-Ming Fei   Machine Learning: Science and Technology Symmetric tensor networks for generative modeling...