系所概况

理论物理研究所致力于研究量子信息、量子模拟、量子计算、量子算法、量子传感、开放量子多体系统的非平衡态物理、凝聚态理论、量子场论、引力与黑洞物理以及活性软物质等前沿课题。我们的研究旨在解决量子计算和信息处理的关键科学问题、探索非平衡系统的动力学规律、理解量子多体系统的复杂行为，并深入研究引力波、黑洞信息悖论等宇宙极端现象。通过多学科交叉和理论创新，研究所为物理学的基础理论与技术应用提供新方法与视角，推动量子技术、凝聚态物理和复杂系统科学、引力与宇宙学理论的发展。

系所成员： 薛正远、胡梁宾、艾保全、王振宇、贺亮、郎利君、黄家辉、张旦波、张笑鸣、李天宇、何玉玲、陈涛、冀丽娜、明磊、曹禹

系所负责人：艾保全、王振宇

研究方向一：量子信息与量子计算

量子计算是利用量子力学的态态叠加与量子纠缠等基本原理，实现远超于传统计算的强大新型计算模式。基于量子信息，可以实现传统计算模拟方法无法实现的事情，可以用于密码破解、人工智能、量化金融，量子模拟等大规模计算，在生物制药，分子化学，材料研发，高能物理，精密测量与传感等诸多领域都将有深远的影响。量子信息相关的量子技术，是国际竞争的一个重要方向，也是国家重点发展的方向。这方面，我们兼顾量子信息处理的“硬件”和“软件”两个方面，从量子操控和量子算法等基本理论出发，提出新的理论方案去解决目前量子技术的困难。我们还研究量子理论和量子技术相关的物理问题。

方向成员：薛正远，王振宇，张旦波，张笑鸣，陈涛，冀丽娜

研究方向二：凝聚态理论

    凝聚态物理由传统的固体物理延伸而来，是研究大量物质聚集后产生的各种新奇物理现象的学科。随着人们对微观世界认识的不断深入以及测量技术的不断精进，凝聚态物理的理论研究逐渐由基于经验的传统唯象理论过渡到基于微观规律的现代量子理论，不断加深着人们对微观世界的理解并指导人们在新功能材料方面的探索和创造。本研究组成员基于现代量子理论，紧密结合新的实验进展，主要在以下几个具体方向开展深入研究，包括但不限于

1. 拓扑物态及相变：发现新的拓扑系统及物态，定义新的拓扑不变量，建立有效描述拓扑相变的新理论等；

2. 开放量子系统及非厄米物理：研究环境对量子系统的影响，建立有效理论描述其中新奇的稳态和非平衡物态以及相应的相变等；

3. 摩尔及准晶物理：低维转角或准晶系统中的新奇物态及相变，如平带中的超导及拓扑态、扩展到局域态的转变、临界相及分型等；

4. 量子模拟：基于冷原子、量子光学及经典系统等平台，提出对新奇量子系统及物态的模拟方案等。

方向成员：胡梁宾，郎利君，李天宇

研究方向三：非平衡统计物理

非平衡物理系统（无论是经典还是量子）因不受平衡态物理系统所需遵循的基本平衡态对称性约束，展现出比平衡态系统更加丰富的物理现象与规律。然而，与此相伴的是，尽管针对平衡态物理现象已建立起成熟且有效的理论框架，系统地理解非平衡物理现象及揭示其背后的物理规律与机制，仍然是现代物理学领域面临的重大挑战之一。近年来，物理学各领域实验技术的进步催生了大量非平衡态物理系统，进一步加剧了对这一方向深入研究的迫切需求。我们的研究聚焦于各种新奇的非平衡复杂系统，致力于挖掘其普适的非平衡物理规律，并发展系统、有效的理论方法，以深化对非平衡物理现象的理解。具体研究方向包括但不限于：

(1)开放量子多体系统中的非平衡态物理：探索超冷原子系统中的奇异量子相，以及深度学习的工作机制及其在物理基础研究中的应用；(2)活性软物质的非平衡输运与相行为；(3)等离子体中磁流体不稳定性的理论研究。

方向成员：艾保全，贺亮，何玉玲

研究方向四：黑洞物理、宇宙暴胀动力学与修正引力理论

黑洞物理研究旨在探索黑洞的准正模与黑洞参数之间的关系。研究内容主要包括构建黑洞微扰模型，计算准正模的基模、高泛音数模，寻找各模式对黑洞参数的依赖关系。关键科学问题包括如何利用准正模确定黑洞参数。宇宙暴胀动力学研究旨在探究宇宙早期的加速膨胀现象。研究内容主要包括构建暴胀模型，描述重加热过程，探索宇宙演化历史。关键科学问题包括如何由更基础的物理理论给出有效模型，以及实验如何限制理论参数。修正引力理论研究旨在扩展广义相对论，研究内容主要包括寻找新的引力理论，如度规仿射理论。关键科学问题包括解释暗能量的起源。解决上述问题将使我们更深入地理解引力的本质，加深我们对宇宙起源和演化的理解。
方向成员：黄家辉、明磊、曹禹