总角动量中的近场光子纠缠
光子可以携带角动量,通常将其归因于两部分——自旋角动量(SAM)和轨道角动量(OAM),前者是与偏振相关的固有性质,后者与光子空间分布有关。在近轴光学中,这两种形式的角动量是可分离的,因此可在单个光子的SAM和OAM之间,或在多光子状态下的不同光子之间诱导纠缠。然而,在纳米光子系统中,光子的SAM和OAM是不可分离的,因此只有总角动量(TAM)可作为好的量子数。
研究人员提出了两个光子在近场机制下的非经典相关性观察,引发了与TAM相关的纠缠。他们通过将光子对耦合到等离子体模式来纠缠这些纳米光子态,并使用量子成像技术测量其相关性。研究人员观察到,与两个组成角动量相关的纠缠相比,TAM中的纠缠导致光子对的量子关联结构完全不同。
这项工作为利用光子的TAM作为量子信息的编码特性进行片上量子信息处理奠定了基础。
相关论文信息:
https://doi.org/10.1038/s41586-025-08761-1
通过世界模型掌握不同控制任务
开发一种通用算法,学习完成各种应用中的任务,一直是人工智能领域的一个基本挑战。尽管当前的强化学习算法可以很容易地应用于与算法开发目的类似的任务,但将其配置到新应用领域需要大量的人类专业知识和实验。
研究组介绍了第三代Dreamer,这是一种通用算法,在超过150个不同任务中,仅用单一的配置便胜过专业方法。Dreamer学习环境模型,并通过想象未来场景改进其行为。基于规范化、平衡和转换的鲁棒性技术实现了跨领域的稳定学习。
Dreamer能够“开箱即用”,是第一个在没有人工数据或课程的情况下,在《我的世界》游戏中从零开始收集钻石的算法。这一成就被视为攻克了人工智能领域的一个重大难题,即在开放世界中探索有远见的策略。
该工作实现了在没有大量实验的情况下解决具有挑战性的控制问题,使强化学习具有广泛适用性。
相关论文信息:
https://doi.org/10.1038/s41586-025-08744-2
古构造下小安的列斯玄武岩板块的成像
在俯冲带,岩石圈物质通过上地幔下降到地幔过渡带(MTZ),在那里可能继续下沉到下地幔或停滞。影响这种流动的几个因素可能很重要,然而,探究这些地幔流动的严格限制和影响流动的确切因素颇具挑战性。
研究人员使用P-to-S接收器函数对小安的列斯俯冲带下的俯冲板块和MTZ进行成像。他们在该俯冲带下方识别出一个异常增厚的地幔过渡带,主要由异常加深的地幔过渡带底部边界——660界面所致。地球动力学和波形建模表明,这一观测结果不能用典型地幔成分的温度效应来解释,而是存在一个富含玄武岩的大型化学异常区。推断出的玄武岩特征靠近一个俯冲消亡扩张脊的位置,该区域玄武岩富集程度更高。
该发现表明,过去的构造事件赋予了板块化学非均质性,而这种非均质性反过来又可能影响板块下沉的固有趋势。
相关论文信息:
https://doi.org/10.1038/s41586-025-08754-0
用准弹性中子散射观测塑性冰Ⅶ
水是宇宙中第三丰富的分子,也是冰卫星、巨行星以及类天王星和类海王星系外行星内部的关键成分。由于水具有独特的分子结构和灵活的氢键,很容易适应大范围的压力和温度,从而形成了许多结晶相和非晶相。
与行星内部高压和高温最相关的是冰Ⅶ,模拟已确定了沿着其融化曲线存在所谓的塑性相,其中单个分子像在固体中一样占据固定位置,但又能像在液体中一样旋转。这种塑性冰尚未在实验中被直接观测到。
研究组报道了在450至600K的温度和高达6GPa的压力下进行的准弹性中子散射测量,揭示了在冰Ⅶ中存在体心立方结构,水分子表现出典型液态水的皮秒旋转动力学。与分子动力学模拟的比较表明,这种塑性冰Ⅶ不符合自由转子相,而是表现出快速的定向跳跃,正如在跳跃转子塑性晶体中观察到的那样。
相关论文信息:
https://doi.org/10.1038/s41586-025-08750-4
(未玖编译)
《中国科学报》 (2025-04-23 第2版 国际)