量子物理与纳米器件研究是凝聚态物理、量子信息科学和材料科学深度融合的前沿交叉领域，致力于在纳米尺度上探索和利用量子力学的基本规律，为下一代信息技术革命提供核心理论支撑与关键技术突破。该方向聚焦拓扑量子材料、非厄米量子系统、量子计算算法和量子混合系统等核心问题，系统研究Majorana束缚态、自旋轨道耦合、量子微扰理论、腔磁声相互作用等关键科学挑战，揭示新型量子物态的形成机理与调控规律。
在拓扑量子材料方面，我们聚焦于DIII类拓扑超导体中的Majorana束缚态与量子点体系的耦合效应，深入探讨电子关联作用对量子输运特性的影响机制。对于非厄米量子系统，我们关注自旋轨道耦合对拓扑相变、体边对应关系和趋肤效应的调控作用，以及无序环境下的拓扑物态演化规律。在量子计算算法方向，我们重点发展基于微扰理论的量子线路设计，探索在含时演化、高阶微扰计算中的量子加速潜力。同时，我们对腔磁声混合系统的研究为实现远程量子态制备和高精度量子测量提供了新的技术路径。
通过系统构建从基础理论到实际应用的完整技术体系，我们在量子算法设计、拓扑物态调控和量子通信协议等方面取得系列突破性进展，为构建未来量子科技生态系统提供了关键理论支持和技术储备。这一领域的发展正以前所未有的速度推动着信息技术的根本性变革。
DIII类拓扑超导体中的Majorana束缚态对量子点体系中电子关联效应的影响
将Majorana束缚态与量子点体系耦合，通过考虑复合介观电路的几何结构、终端及量子点的性质和数目等因素，讨论Majorana束缚态对电子关联效应的调节机理，考察在电子关联区Majorana束缚态对量子输运的影响。
自旋轨道耦合对非厄米拓扑量子体系调控作用的理论研究
针对孤立拓扑量子体系，深入探讨了自旋轨道耦合条件下的非厄米拓扑相变、体态-边界态对应关系、自发对称破缺和趋肤效应等关键科学问题。
无序非厄米拓扑量子体系物态调控的理论研究
揭示典型无序如何影响非厄米拓扑量子体系的拓扑相变行为、体态-边界态的对应关系、实能谱的出现条件以及非厄米的自发对称破缺和新的拓扑相变现象。
基于微扰论的量子计算算法研究
发展能够进行含时微扰论、高阶微扰论计算的量子线路，并研究其时间复杂度与可能的量子加速。发展基于微扰论的post-Hartree-Fock方法计算的量子线路，研究其在特定硬件条件下的最优时间复杂度。
基于腔磁声混合系统的远程量子态制备及其在测量中的应用
面向长程量子通信与传感，研究腔磁混合系统的远程量子态制备与纠缠生成。针对波导与节点耗散及参数误差，构造抗耗散暗模并推导动力学，结合量子纠错提升保真度；以YIG磁球为探针，实现高灵敏温度/磁场远程测量。
磁力与多体量子系统中的非高斯量子同步效应及其度量
提出分析非高斯量子同步，尤其是离散变量量子同步的方案，给出相应的同步理论和同步度量；分析磁力系统中的同步效应并给出同步相图；考察量子多体系统中微观系统间的量子同步机制能够诱导的物理现象。
研究成果
在量子信息领域，我们提出了微扰论计算对应的量子线路并在IBM量子计算机上验证了2-site Hubbard 模型的二阶微扰修正 [Sci. Adv. 9, eadg4576 (2023)]，并在此基础上发展了基于量子计算机的MPPT计算量子线路 [arXiv:2308.01559 (2023)]。我们改进了量子相位估计算法的精度 [Phys. Rev. A 109, 032606 (2024)]，并研究了双膜腔光力学系统的完整动力学 [Phys. Rev. A 112, 053524 (2025)]。我们还提出了中继器图态的容错融合方案 [Quantum Sci. Technol. 9, 035009 (2024)]，分析了超强腔-磁子耦合诱导的声子激光模式竞争 [Phys. Rev. A 111, 013519 (2025)]，开发了变配置量子加密协议[Phys. Rev. Res. 3, 023251 (2021)]，揭示了量子纠缠与自旋轨道耦合的统计关联 [Adv. Quantum Technol. 4, 2100098 (2021)]。
在物态调控领域，我们澄清了Floquet调控的典型二维量子体系的物理特性及其输运应用价值 [Nano Lett.(Online)；Phys. Rev. B 112, L201401 (2025)]，明确了非厄米体系中各种机制对趋肤效应和拓扑相变的特性影响 [Phys. Rev. B 110, 155432 (2024)；Phys. Rev. B 110, 085409 (2024)]，提出了压缩猫码稳定化方案用于高灵敏温度探测 [Phys. Rev. A 110, 043517 (2024)]，发展了多光子束测量制备宏观磁球贝尔纠缠的方案 [Phys. Rev. A 112, 013723 (2025)]。
