物理、量子通信、人工智能、材料科学丨《自然》一周论文导读编译|李言Nature|25Februa

编译|李言
Nature,25February2021 ， Volume590Issue7847
《自然》2021年2月25日，第590卷， 7847期

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物理
Physics
【物理、量子通信、人工智能、材料科学丨《自然》一周论文导读】Theasymmetryofantimatterintheproton
质子中反物质的不对称性
▲作者：J.Dove,B.Kerns,R.E.McClellan,S.Miyasaka,D.H.Morton,etal.
▲链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03282-z
▲摘要
质子的基本结构——夸克和胶子——几十年前就已经为人所知。然而，对于这些粒子及其动力学如何产生质子的量子束缚态及其物理性质（如自旋），我们仍然仅有一个不完整的理论和实验理解。
组成质子的两个上夸克和一个下夸克在最简单的情况下只占质子质量的百分之几，而质子质量的大部分以夸克动能和势能以及来自强力的胶子能的形式存在。
这种力的一个基本特征，正如量子色动力学所描述的那样，是它能够在质子内部创造出只存在很短时间的物质-反物质夸克对。它们的短暂存在使质子内的反物质夸克难以研究，但它们的存在可以在物质-反物质夸克对湮灭的反应中辨别出来。
在这幅由强作用力产生的夸克-反夸克的图景中，正反两种反物质夸克存在的概率分布作为动量的函数应该是几乎相同的，因为它们的质量非常相似，与质子的质量相比很小。
在此，我们提供了来自介子对产生测量的证据，这些分布是不同的，在动量的大范围内，下反物质夸克比上反物质夸克多。这些结果有望重新引起人们对质子中反物质不对称性起源的几种机制的兴趣，并指出未来的测量可以区分这些机制。
Angularmomentumgenerationinnuclearfission
核裂变中角动量的产生
▲作者：J.N.Wilson,D.Thisse,M.Lebois,N.Jovan?evi?,etal.
▲链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03304-w
▲摘要
当一个重原子核分裂（裂变）时，所产生的碎片会被观察到在旋转；40多年来，这种现象一直是核物理学界的一个谜。
对于自旋为零或几乎为零的系统来说，在每个碎片中通常产生6或7个单位角动量的内部生成是特别令人困惑的。
在此，我们表明在碎片们的自旋之间没有显著的相关性，这使我们得出结论，裂变中的角动量实际上是在核分裂后产生的。我们提供了全面的数据，表明平均自旋强烈的依赖质量，呈锯齿分布。我们观察到碎片自旋对伴核的质量或电荷没有明显的依赖，证实了自旋机制的不相关的后断裂性质。
为了解释这些观测结果，我们提出核子在裂变系统的断裂颈部的集体运动产生两个独立的力矩，类似于橡皮筋的断裂。根据统计理论，基于角动量状态占据的参数化方法很好地描述了实验数据的全部范围。
Experimentaldemonstrationofthemechanismofsteady-statemicrobunching
稳态微聚束原理的实验演示
▲作者：XiujieDeng,AlexanderChao,J?rgFeikes,ArneHoehl,etal
▲链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03203-0
▲摘要
基于稳态微聚束原理（SSMB），能获得高功率、高重频、窄带宽的相干辐射，波长可覆盖从太赫兹到极紫外（EUV）波段。
这是通过利用微聚束使多粒子相干增强电子存储环内辐射在稳态逐轮的基础上实现的。为了揭示SSMB作为未来光子源的潜力，关键在与真实机器上演示其原理。在此，我们报告SSMB原理的实验演示。
我们的研究表明，电子束存储在准等时环中，在波长1064纳米的激光诱导能量调制后，可以产生亚微米的微束和相干辐射。我们的结果证实了电子的光学相位可以在短于激光波长的精度逐圈关联起来。
在此基础上，我们期望通过应用锁相激光器与电子轮流相互作用来实现SSMB 。该演示代表了实现基于SSMB原理的高重复、高功率光子源的里程碑。
量子通信
QuantumCommunications
Deterministicmulti-qubitentanglementinaquantumnetwork
量子网络中的确定性多量子位纠缠
▲作者：YoupengZhong,Hung-ShenChang,AudreyBienfait,etal.
▲链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03288-7
▲摘要
在大规模量子通信和计算网络中，产生高保真分布式多量子位纠缠是一项具有挑战性的任务。
两个远程量子位元的确定性纠缠最近已经被光子和声子证明。然而，由于有限的状态传输保真度，多量子位纠缠的确定性产生和传输尚未得到证实。
在此，我们报告了一个由两个超导量子节点组成的量子网络，节点由一米长的超导同轴电缆连接，每个节点包含三个相互连接的量子位。通过将电缆直接连接到每个节点的一个量子位上，我们在节点之间传输量子态，过程保真度为0.911±0.008 。