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普通物理
具有线性深度和联通性的电子结构的量子模拟器
随着量子架构的物理实现的出现，考虑针对量子比特间实际连通性的算法的成本越来越重要。Kivlichan等人表明，通过使用他们称之为费米互换网络的门布置，他们可以用N^2/2个两比特纠缠门以深度N模拟电子结构哈密顿量的一个Trotter步，并且以最多N/2的深度准备任意Slater行列式，所需的假设只有最小的线性连接架构。
他们推测：即使有任意连通性，也不可能使用更少的纠缠门来模拟一个明确的Trotter步。这些结果是对大多数基于Trotter的算法成本的重大实际改进，这些算法同时包括变分和基于相位估计的量子化学模拟。
基于可视性的高阶光干涉假设检验
许多量子信息协议依赖于光干涉来比较数据集，其效率或安全性是经典方法做不到的。标准的实现是利用信号的一阶相干性，信号准备需要有相同的相位。在这里，Jachura等人分析并在实验上展示了基于随机相对相位光信号的高阶干涉的可视性二元识别假设。在不能锁相情况下，这提供了一个鲁棒的协议初步实现。最优的操作通常是在少光子的区域实现的，只有很小的由探测到的总光学能量确定的成本。
长寿命有限温超冷准中性分子等离子体中可能的多体局域化Sous等人论证淬火超冷等离子体提供了一个研究长时间且能量密度有限极限下的无序系统其量子多体物理问题的平台。他们考虑这样一个实验，对一个一氧化氮等离子体进行淬火，使之成为一个由里德伯分子、离子和电子组成的系统，此时它将呈现出一种长时间被捕获松弛状态，并且这种态表现出与经典模型不相符的定性性质。
作者发展了一个基于偶极子对和范德瓦尔斯相互作用的多体自旋有效哈密顿量，对这种捕获相进行微观量子描述。这一模型看来提供了一个方法来预测本系统本质性的量子无序非平衡物理。
一维无序系统中幂律局域化的对偶性在很多物理系统中，被钉扎的粒子之间元激发的输运可以映射为具有代数衰减的跳跃项的单粒子问题。对于粒子在空间随机分布的情况，这些模型会呈现出一个有效的特殊无序，这种无序会产生令人惊讶的局域化性质。
Deng等人证明在一维系统中，对于任何a>0的情况，除了一些接近基态的本征态，几乎所有的本征态都是幂律局域的。此外，作者还证明了他们的模型是一个新的模型普适类的例子；这类模型具有代数衰减的跃迁，并且长程跃迁（a<1）的系统和短程跃迁（a>1）的系统对偶，模型中波函数振幅从局域中心以同样的指数γ代数衰减。
纯净Floquet时间晶体模型和冷原子实现
时间晶体，一种时间平移对称性自发破缺的相，已经成为远离平衡系统的一个有趣的课题。最近的实验在有或无局域化的两种情况下都发现了这种相，然而在理论上由无序诱发的局域化通常被认为是理所当然的。在这项工作中，Huang等人指出时间晶体可以广泛存在于没有无序的系统中。本文提出了一系列基于Floquet驱动的纯净准一维模型来证明这一意想不到的结果。
伴随着动力学系统涌现的运动积分，在强相互作用系统中发现了鲁棒的时间结晶序，这可以通过能级统计和超时序关联来描述。作者提出了两种冷原子实验方案，以实现纯净Floquet时间晶体，一种通过利用偶极性气体，另一个通过合成维度。
引力与天体物理
双中子星合并的引力波亮度Zappa等人借助数值相对论，通过调节双星参数以及改变输入物理变量，模拟出大量样本，研究了引力波峰值光度和准周期中子星合并的辐射能量。
所有双星系统的峰值亮度都可以单独利用质量比和后第一阶牛顿近似潮汐力参数来描述。其中，合并后迅速坍缩并形成黑洞的亮度最高。然而，单位质量包含最大的能量则是来自于形成超大质量中子星或者残骸的合并过程辐射的。他们量化了双中子星合并事件中产生的引力波亮度，并且从这些事件中，找到了辐射能量和残骸角动量的上限。他们发现，存在一个经验性的普遍规律，将总的引力辐射与残骸的角动量联系起来。
他们的结果对残留黑洞的总自旋进行了限制，并且表明，形成的稳定中子星残骸具有超开普勒角动量。
使用单电子分辨率电离探测器搜索轻质暗物质时的方向灵敏度Kadribasic和Mirabolfathi提出一种方法，可以利用对暗物质相互作用方向敏感的固体探测器，探测来自银河系的弱相互作用的低质量粒子。
尽管，已经有很多文献研究了利用方向敏感性对弱相互作用大质量粒子的探测方法，但还没有可以探测质量<1GeV/c^2弱相互作用粒子的技术。他们发现，经过正确校准的单电子分辨率半导体探测器可以达到要求的方向敏感性。为此，他们研究了一些常见的半导体材料对低质量弱相互作用粒子的响应。
基本粒子与场论
强γ-形变的平面N=4杨-米尔斯超对称理论是一个可积共形场论
Grabner等人通过显式的多圈计算证实了γ-形变的、带有一系列双迹抵消项的平面N=4杨-米尔斯超对称理论，在最近提出的、结合了零’tHooft耦合与虚形变大参数的双标度极限下，有两个非平凡的固定点。作者证实，在固定点，该理论可以被一个可积的非幺正的4维共形理论所描述。作者找到了最简单被保护算符的4点关联函数的一个闭形式，并用它计算了任意洛伦兹自旋算符的精确共形数据。
作者猜测，对于任意形变参数，在γ-形变平面N=4杨-米尔斯超对称理论中，共形对称与可积性都将成立。
用离壳希格斯粒子探索自然性Gonçalves与韩涛等人通过检验高能量尺度时候的离壳希格斯粒子的产生发现该过程有希望揭示希格斯粒子质量的自然性问题。作者通过一个代表模型提议在LHC上应该进行相关的研究。在该模型中，新标量场（S）与标准模型的希格斯（H）通过|S|^2|H|^2的形式耦合。
在pp → h → ZZ的过程中，动量依赖的标量单场的单圈修正，特别当动量在阈值2mS之上时的修正，会对标准模型中Z-玻色子对的不变质量分布产生可测量的偏离；而该修正对应于希格斯粒子质量的平方发散的抵消。作者发现无需对希格斯粒子的总宽度做精确测量，高亮度LHC就能在5σ置信度来探测该新物理现象，而升级的27TeV LHC能近一步提高置信度。
若发现相关新物理则对理解热暗物质以及电弱重子数生成有着重要的意义。
部分子物理大动量有效场论的重整化
通过大动量有效场论来研究部分子物理时，人们使用格点量子色动力学来计算夸克与胶子非定域算符的矩阵元。这些矩阵元在空间分隔上由威尔逊线连接。通过类比重夸克有效场论，季向东等人在维数正规化与格点正规化中，证明了这些（夸克）算符的微扰论所有阶的可乘积重整化。该结果为通过适当地蒙特卡洛模拟来抽取部分子分布函数提供了理论基础。
原子、分子与光学
应用于大面积干涉仪的三相光栅Moiré中子干涉仪
本文报道了一个在高强度中子束中三相光栅Moiré中子干涉仪，它可作为大面积干涉测量应用和材料表征的强大候选。这一新颖的远场Moiré技术允许了广泛的波长接收而且对与制造和校准相关的要求也很宽松，从而规避了与完美晶体中子干涉测量相关的主要障碍。另外，作者用4米长的干涉仪观察到了干涉条纹，并考查了铝6061合金样品对系统相干性的影响。最后，本文提出并讨论了测量样品的自相关长度和万有引力常数的实验。
氦纳米液滴内CS2二聚体的校准与成像本文中作者进行了在He纳米液滴内形成二硫化碳（CS2）二聚体的实验，并通过观察CS2+离子反冲速度，使用飞秒激光诱导的库仑爆炸对其进行了识别；其后又显示160皮秒中等强度的激光脉冲可以将二聚体排列在有利的空间取向中，这就使得作者可以通过分析爆炸过程之后的新生CS2+和S+离子的发射角之间的相关性来确定二聚体的十字形结构。
本文提出的方法将使构象异构过程中的弱结合分子复合物的飞秒时间分辨结构成像成为可能，也包括形成激子复合物。
正电子撞击产生的氩原子近阈电离
本文报道，在第一电离阈以上区域，作者对正电子碰撞Ar原子所产生的直接单电离截面进行了测量，还将其测量结果与引起阈值区域横截面幂律变化的半经典计算进行了比较。实验结果与用于正电子碰撞电离的Wannier拓展理论不一致，其指数比之前的大多数相关工作所计算的要小。事实上，在本文开展的这项工作中，作者还发现正电子和电子的阈值行为没有任何区别。文中最后也对这种差异的可能原因进行了探讨。
多体退相干来控制光子扣除本文在实验上和理论上，研究了一个强相互作用原子里德堡集合中存储的光子量子场的散射。考虑到这个问题的多体极限，作者推导出了多个存储光子散射引起的空间退相干的精确解，从而可以对潜在的量子耗散动力学进行严格的理解。结合作者的实验，这一分析揭示了一个相关的相干保护过程，其中来自一个激发的散射可以替所有其他激发屏蔽掉空间退相干。
最后，本文讨论了如何使用这种效应来操纵量子能级的光，为单光子扣除提供了一个强大方案，并也通过实验证明了这一能力。
量子Ising模型模拟中实现多能级自旋-1/2粒子系统的精确映射本文研究了一个由激光激发到nD3/2里德堡态的原子系统，并评估了它们如何精确地被映射到自旋-1/2粒子上，以进行各向异性Ising磁体的量子模拟。
在电场和磁场作用下，利用两个原子之间的对电势的非微扰计算，作者强调了仔细选择实验参数的重要性，以维持里德堡阻塞并避免不需要的里德堡态的激发。最后，作者将这些理论观察与使用两个原子的实验进行对比，证明了在这些条件下，淬火后观察到的实验动力学与在多达49个自旋系统中的自旋-1/2半径Ising模型中的数值模拟非常吻合，当然其中的数值模拟也变得很棘手。
非经典光源和经典光源的定向Dicke亚辐射
本文主要研究了自由空间中N≥2的远距离量子源的Dicke亚辐射，即在完全反对称状态下制备的自发辐射非交互多能级原子或多光子源的空间发射模式。作者发现辐射强度的特征是在特定方向上完全抑制自发辐射。与类似但相反的N在对称Dicke状态下制备的远程二能级原子超辐射发射谱相似，作者称之为相应的发射模式定向Dicke亚辐射。
作者进一步推导出了统计上独立的热光源发出的光的高阶强度相关性表现出同样的方向Dicke亚辐射行为，并且表明它源自与量子源情况相同的干扰现象。最终，作者还提供了对N=2, ..., 5的远场热光源支持这些理论发现的定向Dicke亚辐照度的测量。
非线性动力学和流体力学
一维拓扑有源阵列的边模激光
本文研究了微波谐振器的一维苏-施里弗-黑格（Su-Schrieffer-Heeger）有源阵列的激光拓扑边缘态。研究发现在这样的阵列中，非厄米的审慎使用可以促进单边模式发射激光。实验结果和理论证明，在手征时间对称性存在的条件下，这种非厄米拓扑结构可以经历由复杂几何相位决定的相变。此研究为理解有源系统中非厄米、非线性以及拓扑间相互作用的基本特征铺平了道路。
非共振局部场增强了带有电介质覆盖层的金属纳米岛的二次谐波
本文研究了用无定形氧化钛（TiO2）薄膜覆盖的金纳米岛的二次谐波。随着TiO2厚度的增加，纳米岛的等离子体共振从532nm的二次谐波波长移开，从而减小该波长处的共振增强。尽管如此，随着TiO2厚度的增加，二次谐波信号增强了45倍。这种意想不到的效果是由于纳米岛的介电环境的变化，在1064nm的基本波长处的局部场的标度效应。
发射增强的声学Purcell效应
我们发现，在先前提出的功能腔中通过实验测量到的扬声器发射功率增强与我们对源-腔系统态密度（DOS）增加的数值计算结果相一致。我们通过公式化发射声功率和声学态密度之间的关系来解释这个现象。该公式与在量子发射中的费米黄金法则类似。该公式补充了传统声学中用于描述声音发射的辐射阻抗理论。我们的研究建立了声学态密度与声发射增强的声学Purcell效应之间的桥梁。
等离子体与束物理
利用发射度交换实现高变比成形束的实验观测
线性尾场加速器长期以来作为一种产生超高加速梯度的方法。基于这方面的成功，目前更多的研究已经转向了发展提高变比（TR）的方法。这个品质因数定义为驱动束后的加速场峰值与驱动束中的减速场峰值之比。对于时域对称的束分布，TR总是小于2，因此目前的研究主要通过产生非对称分布来克服这种局限性。在这篇文章中，Gao等人采用了发射度交换的方法产生成形的驱动束，在实验上实现了TR≈5的介质尾场加速。
相对论电子束在级联调制系统中的微聚Sudar等人展示了级联微聚束方案的首次成功实验。实验在两个串联的调制预群聚系统中，采用一束高能中红外种子激光将52MeV的电子束调制成一列微束团，其相位锁定于外加驱动激光。该方案可以大大提升束流在短波长加速器中的纵向相空间匹配。实验表明，在强锥形逆自由电子激光加速器中，几乎所有（96%）电子被捕获，注入损失与传统单聚束方案相比降低了一个量级。
这些结果是激光纵向相空间束流操作的重要研究进展，也可应用于高梯度加速器以及高峰值高平均功率的相干辐射源之中。
凝聚态物理：结构
玻璃化转变附近的不寻常结晶行为使用分子模拟，作者揭示了金属合金中晶核形成的机制、晶核形成与玻璃化转变之的相互影响，因为结晶的条件接近这一转变。虽然降低结晶温度通常导致较低的自由能势垒，但随着结晶温度接近玻璃化转变温度，作者发现玻璃形成合金行为的意外逆转。
为此，作者模拟了两种玻璃形成的铜合金，即具有正的混合热的Ag6Cu4和以大的负混合热为特征的CuZr的结晶过程。本文的结果使作者能够识别这种不寻常的行为，因为其与连接的二十面体结构的形成能的非单调温度依赖性直接相关，这与晶体序不相容并且阻碍晶核的发展，导致在低温下意外地更大的自由能势垒。
这反过来又促进了占主导地位的密堆临界核的形成，其缺陷更少，从而提出了一种控制晶核结构的新方法，这在催化中是至关重要的。
Kagome格子上连续易面去禁闭相变作者使用大规模量子蒙特卡洛模拟研究了Kagome格子上硬核玻色子的扩展Hubbard模型。在1/3填充的强近邻相互作用极限下，阻挫和量子涨落的相互影响会导致一个价键固体基态。随着相互作用强度衰减，这个系统经历了一个量子相变之后进入超流相。
这个相变到底属于弱一阶相变还是代表了一个非常规的连续相变目前依然存在争议。作者提出了一个称为易面非紧致CP1规范场理论来描述在1/3填充处发生的相变。在包含了15552个自旋的正则系综中利用大尺度量子蒙特卡洛模拟结合并行退火算法，作者证实了在精确的1/3填充处的相变是连续的。仔细的有限尺度标度分析揭示了暗含去禁闭量子临界的非常规标度行为。
氢氦混合物混溶图的量子从头计算
作者使用有限温密度泛函理论结合经典分子动力学模拟来计算氢氦混合物的混溶性间隔。作者使用了范德瓦尔斯密度泛函（vdW-DF）理论。与使用Perdew-Burke-Ernzerhof交换关联泛函的计算相比，使用范德瓦尔斯密度泛函可以得到较低的分层温度。作者的计算表明，目前的木星模型很可能太热以至于不能在内部分层。基于作者的vdW-DF数据作者提出了木星等熵线。
因此，文章中呈现了基于vdW-DF算法计算的木星等熵线的数据。作者的分层相图仍然预测土星中的相分离，但是其体积占比显著减少。
通过扩散时间分布的电化学阻抗成像Song与Bazant为随机有限长Warburg（扩散）或Gerischer（反应扩散）电路元件的平行阵列建立了一个数学框架，其根据扩散时间分布（DDT）来分析电化学阻抗谱。
基于具有Tikhonov正则化的复合非线性最小二乘回归法，作者提出了一种稳健的扩散时间分布反演方法，并应用于三种用于能量转换的纳米结构电极：（i）碳纳米管超级电容器，（ii）硅纳米线锂离子电池，（iii）多孔碳钒流体电池。结果表明非破坏性“阻抗成像”用于推断随机非均匀材料的微观结构统计的可行性。
用三维原子力显微镜分辨方解石(10.4)水化结构中的点缺陷
假设矿物表面的缺陷严重影响界面过程如水中矿物质的溶解和生长似乎是自然的。然而，这一假设的实验验证是具有挑战性的，并且需要具有极限空间分辨率的实空间方法，如原子力显微镜（AFM）。尽管之前在二维AFM图像中已经解决了矿物水界面的缺陷，但是周围水合结构的扰动尚未经过实验分析。
本篇文章中，作者利用高分辨率的三维AFM可以清晰的分辨出自然界中稳定存在、而且储量丰富的方解石(10.4)表面上的点缺陷，甚至是第五个水合层内的点缺陷。作者对点缺陷周围的水合结构的分析显示水合作用的扰动具有大约一个单位单元的横向范围。这些实验结果被分子动力学模拟证实。
凝聚态物理：电子性质
相互作用Dirac费米子的局域化
使用精确量子蒙特卡罗算法，马天星等人研究了具有在费米能级附近态密度线性消失的二维体系中由多体关联和无序导致的电子态局域化之间的相互竞争。他们发现了一种新型由无序诱导的非磁性绝缘相，起始于分隔开半金属和莫特绝缘体相的零温度量子临界点。在这个相中，存在从无能隙类安德森绝缘体到有能隙莫特状绝缘体的相变。他们最后还讨论了这个相图的意义。
双极有机二极管中负电容的起源
有机发光二极管中低频负微分电容仍然是一个没有得到很好理解的现象。Niu等人通过系统地调节聚对亚苯基亚乙烯基聚合物半导体中电子束缚阱数目来研究这种负电容现象的起源。他们发现增大电子束缚阱密度可以增强负电容效应。观察到的弛豫时间的量级和减少行为和束缚阱协助的电子空穴复合几率吻合。在近乎无束缚阱的发光二极管中负电容消失，这清楚地说明束缚阱协助的复合发光是双极有机二极管中负电容现象的主要机制。
Niu等人的结果也说明了利用负电容效应可以对有机半导体中的电子束缚阱数目进行无损伤定量测量。
随机磁场中电子传输的动力学理论
Lucas讨论了有微扰的非均匀磁场下从弹道到流体动力学区间的准粒子输运理论。在流体动力学极限下，当温度T足够大，电阻率ρ通常与满足动量守恒的电子-电子碰撞率成比例地增长。特别地，相应的电子流表现出一种简单图像，即其中粘性效应将电导抑制在低于弹道值的范围内。这种费米液体中电阻率ρ∝T^2的新机制可能描述了单带SrTiO3中的低温输运。
量子霍尔体系中交叉Andreev反射引起的拓扑π结
Finocchiaro等人考虑在塞曼场存在下量子霍尔体系中的二维电子气（2DEG），其费米能级调控到填充因子ν=1。他们发现，在存在自旋轨道耦合情况下，将二维电子气与s-波超导体窄条连接可形成一个由穿过窄条的交叉Andreev反射（CAR）造成的沿接触方向的拓扑超导能隙。交叉Andreev反射振幅控制的拓扑能隙的符号周期性地依赖于费米波长和窄条宽度，并且可以进行外部调控。
具有相反符号拓扑能隙的两半窄条在界面处可形成稳定的π结，其承载了一对尽管重叠但不分裂的Majorana零模式。他们证明，这样的结构可以被用来进行受保护的非阿贝尔隧道编织操作，而无需任何微调。
双层声波晶体中的谷拓扑相最近，人造晶体中经典波的拓扑物理学已成为一个新兴的研究领域。在本文中，Lu等人提出了一种由两层三角形散射体耦合的六角形阵列构成的独特的双层声波晶体结构。
通过附加层自由度的辅助，简单地旋转两层中的散射体就可以获得丰富的拓扑相图。在统一的理论框架下，他们解析地区分了两种谷投影拓扑声学绝缘体，即层混合和层极化拓扑谷霍尔相。他们数值和实验上观测到沿着分离不同拓扑相的界面传播的非平庸边缘态，佐证了理论。这些有趣的由层信息丰富的声学边缘态因此可预期一系列的应用前景，例如集成设备中的声音通信。
d波超导体Bi2Sr2CaCu2O8+x中强太赫兹脉冲驱动的希格斯模式超导体中的U（1）对称性自发破缺会导致两种集体激发模式：Goldstone模式和希格斯模式。后者因为不具有自旋和电荷而很难被探测到。
Katsumi等人在时域上使用近红外探针技术研究了d波铜酸盐超导体Bi2Sr2CaCu2O8+x中太赫兹脉冲驱动的非线性响应，发现了光学反射率表现出正比于太赫兹电场的平方且在超导临界温度以下显著增强的振荡行为。对应的三阶非线性效应展现出满足A1g和B1g对称性的成分。通过和基于BCS理论的非线性磁化率计算比较，作者指出A1g的分量和d波序参数的希格斯模式有关。
压力下欠掺杂YBa2Cu3O7-δ中的电荷序和超导电性在欠掺杂铜氧化物中，非公度电荷密度波（CDW）序与超导电性的共存已经被发现。在电荷密度波最强的空穴掺杂水平（np≈0.12），Tc下降表明电荷密度波相可能抑制超导性。Putzke等人通过测量强磁场和高静水压力下的霍尔系数RH（T）的温度依赖性，来研究欠掺杂YBa2Cu3O7-δ中电荷序与超导电性的相互影响。
他们发现，虽然压力使Tc在2.6GPa时提高了10K，但对RH（T）的影响很小。这表明，这种程度的压力只会对电荷密度波产生微弱的影响，并且Tc随着压力的增加不能归因于对电荷密度波的抑制。因此，他们认为，常压下Tc在np≈0.12处的下降可能不是由电荷密度波的形成引起的。
利用透射电子显微镜观测激光诱导斯格明子的写入和擦除
斯格明子(Skyrmions)由于具有尺寸小、稳定性高和易操控等特点，有望用来开发新型磁存储器件，从而引起广泛关注。然而，到目前为止，人们还不太了解斯格明子对时变刺激下动态响应的空间分布情况以及其本征产生和湮灭速度大小。本文中，作者以典型的巡游电子手性磁性材料FeGe为例，借助于低温洛伦兹透射电子显微镜，研究激光热脉冲刺激下，斯格明子的产生和动力学演化。
通过对光激发后，磁化的时空演化情况进行分析，作者证明了利用不同持续时间和能量下光激发的热脉冲可以在广泛的温度和磁场范围实现斯格明子的写入。有趣的是，利用该方法可以直接得到斯格明子态，而不需要短暂地达到顺磁态。同时，斯格明子的尺寸也不依赖于光束的直径和通量。通过适当提高冷却率，斯格明子的擦除速度可以提高到微秒量级。