PRL导读-2024年133卷11期

仅从测量结果的关联性来看，两个原本孤立的当事方能否确定这种关联性为非时间性的(atemporal)?也就是说，他们是否可以排除自己在两个不同的时间被赋予了相同的系统?经典统计学认为不能，但量子理论不这么认为。在这里，作者引入了这种量子关联可以被识别为非时间性的充分必要条件。作者证明了非时间性在时间反演下的不对称性，并揭示了它是一种不同于纠缠的空间量子关联的度量。作者的结果表明，某些量子关联具有内在的时间箭头，并且基于它们与各种潜在的因果结构的(不)相容性，可以对时空中一般量子关联进行分类。

（胡坤）

Causal Classification of Spatiotemporal Quantum Correlations

Minjeong Song et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 110202 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.110202

Entanglement, a hallmark of quantum mechanics, is a vital resource for quantum technologies. Generating highly entangled multipartite states is a key goal in current quantum experiments. We unveil a novel framework for understanding entanglement generation dynamics in Hamiltonian systems by quantum delocalization of an effective operator wave function on a correlation landscape. Our framework establishes a profound connection between the exponentially fast generation of multipartite entanglement, witnessed by the quantum Fisher information, and the linearly increasing asymptotics of hopping amplitudes governing the delocalization dynamics in Krylov space. We illustrate this connection using the paradigmatic Lipkin-Meshkov-Glick model and highlight potential signatures in chaotic Feingold-Peres tops. Our results provide a transformative tool for understanding and harnessing rapid entanglement production in complex quantum systems, providing a pathway for quantum enhanced technologies by large-scale entanglement.

Quantum Delocalization on Correlation Landscape: The Key to Exponentially Fast Multipartite Entanglement Generation

Yaoming Chu et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 110201 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.110201

本文引入了畴壁颜色代码，这是量子纠错颜色代码的一种新变体，对于受偏置噪声影响的量子比特显示出异常高的代码容量错误阈值。在无限偏置状态下，二维颜色代码解耦成一系列重复码，导致纠错阈值为50%。有趣的是，在有限偏置下，该颜色代码显示的阈值与所有单量子比特泡利噪声通道的噪声定制XZZX表面代码的阈值相同。代码的设计原则是引入畴壁，在畴交叉时对代码的激发进行置换。为了实验实现，作者使用基于匹配算法的可扩展限制解码器来补充畴壁代码。作者所提出的代码是一种相对资源高效的量子纠错码，非常适合于现实噪声。

（刀流云）

Domain Wall Color Code

Konstantin Tiurev et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 110601 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.110601

In covert target detection, Alice attempts to send optical or microwave probes to determine the presence or absence of a weakly reflecting target embedded in thermal background radiation within a target region, while striving to remain undetected by an adversary, Willie, who is co-located with the target and collects all light that does not return to Alice. We formulate this problem in a realistic setting and derive quantum-mechanical limits on Alice’s error probability performance in entanglement-assisted target detection for any fixed level of her detectability by Willie. We demonstrate how Alice can approach this performance limit using two-mode squeezed vacuum probes in the regime of small to moderate background brightness, and how such protocols can outperform any conventional approach using Gaussian-distributed coherent states. In addition, we derive a universal performance bound for nonadversarial quantum illumination without requiring the passive-signature assumption.

Quantum Limits of Covert Target Detection

Guo Yao Tham et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 110801 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.110801

尽管天文学上已经有诸多暗物质存在的证据，但其物理性质仍不明确。那些只有（或几乎只有）引力相互作用的粒子，特别是质量接近普朗克质量（量子引力的基本能标）的粒子，是引人入胜的候选者。本文中，作者表明使用高灵敏度引力调制量子相移，存在直接探测此类粒子的理论可能。特别地，作者提出了一个使用约瑟夫森结的探测方案。

Detecting Planck-Scale Dark Matter with Quantum Interference

Marios Christodoulou, Alejandro Perez, and Carlo Rovelli

Phys. Rev. Lett. 133, 111001 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.111001

早期物质主导时期（EMDE）是在诸多早期宇宙模型中出现的自然特征，且能够在EMDE转变到大爆炸核合成所需的辐射主导宇宙时产生随机引力波背景（SGWB）。尽管已有线性模型中产生SGWB的计算，但在非线性条件下并无细节研究。作者首次对长到密度差异增长到超过统一的EMDE中的引力波（GW）产生进行了综合计算，使用混合N体与格点模拟来研究从亚稳态物质及其衰变后形成的辐射中产生的GW。作者发现非线性条件会显著增强GW的产生，其频率至少与从早期到重加热的最大晕的逆光穿越时间一样大。产生的SGWB在未来观测范围内，其曲率扰动和宇宙微波背景中观测到的一样小，且依赖重加热温度。远离平衡态的动力学会进一步促进产生的引力波，而对于更高频率的情况需要完全相对论的处理来解出谱。

Stochastic Gravitational Waves from Early Structure Formation

Nicolas Fernandez, Joshua W. Foster and et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 111002 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.111002

轴子与类轴子粒子是暗物质的强力候选，也是现今许多陆基暗物质搜寻项目的主要对象。作者发表了轴子暗物质双折射腔（ADBC）实验的首个结果，此腔是一个蝴蝶结形光学腔，用以探测轴子导致的电磁波双折射。此实验首个可以调谐且能限制量子噪声的光学轴子探测器，对于较宽的轴子质量范围都灵敏。作者反复在40.9-43.3neV/c²、49.3-50.6neV/c²、54.4-56.7neV/c²的轴子质量范围内进行探测，均未发现暗物质信号。平均而言，作者将类轴子粒子与光子的耦合系数约束在g_aγγ≤1.9×10^-8GeV^-1的水平。作者也考虑了未来使用光学腔进行轴子暗物质探测的前景。

First Results from the Axion Dark-Matter Birefringent Cavity (ADBC) Experiment

Swadha Pandey, Evan D. Hall, and Matthew Evans

Phys. Rev. Lett. 133, 111003 (2024)

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近来提出，受来自SN1987a或来自邻近银河系超新星（SN）的超新星中微子（SNν）推动的暗物质（BDM）会对探测暗物质（DM）与标准模型轻子间非零相互作用产生贡献[Y.-H. Lin et al., Phys. Rev. Lett. 130, 111002 (2023) and Y.-H. Lin et al., Phys. Rev. D 108, 083013 (2023)]。本文中，作者推广了这一概念并且计算了现在源自所有更高红移星系的SNν BDM弥散通量。作者表明，通过研究弥散BDM（DBDM）部分，能量无关的DM-ν与DM-电子截面乘积的最佳灵敏度，对于次MeV暗物质是(σ_Χνσ_Χe) ^1/2≃O(10^-37)cm²，能被类似超级神冈或者顶级神冈的大型中微子实验得到，超过由SN1987a所估测的SNν BDM约束。作者也研究了星系中超大质量黑洞附近存在的DM尖峰对SNν BDM以及DBDM的影响。结果表明二者的测量在DM尖峰的不确定性影响下都很可靠，除非邻近银河系的SN正好出现在非常靠近银河系中心的地方，或是在SN视线上银河系中心的正后方。

Supernova-Neutrino-Boosted Dark Matter from All Galaxies

Yen-Hsun Lin and Meng-Ru Wu

Phys. Rev. Lett. 133, 111004 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.111004

来自次太阳质量致密天体旋近的引力波为原初黑洞（PBH）提供了近乎确凿的证据。作者首次使用来自LIGO-Virgo-KAGRA第三次运行的前半程的数据，进行了关于旋近行星质量致密天体在质量相等与高不对称质量比情况下的研究。尽管未找到明确的候选，作者确定此研究的最大可及光度距离为O（0.1-100）kpc，且对于啁啾质量在O（10^-4-10^-2）M_⊙的系统，相应的合并率密度的模型无关上限分别为O（10³-10^-7）kpc^-3yr^-1。此外，作者认为这些率密度源自PBH双星，且限制了这些天体所能包含的暗物质比例。对于等质量的PBH双星，作者得出：对于PBH质量在10^-2M_⊙到2×10^-3 M_⊙的情况，这些天体分别能含有少于4%-100%的暗物质。对于不对称的双星系统，假定一个黑洞质量相应于质量函数在2.5M_⊙的峰值、PBH暗物质比例为10%，且另一个PBH轻得多，作者将质量在1.5×10^-5 M_⊙-2×10^-4 M_⊙间的较轻质量PBH的质量函数约束到小于1。作者的结果足够可靠，可以应用到任何PBH或奇异致密天体的形成模型上，且能补充现有微透镜结果。

Gravitational Wave Constraints on Planetary-Mass Primordial Black Holes Using LIGO O3a Data

Andrew L. Miller, Nancy Aggarwal and et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 111401 (2024)

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作者应用爱因斯坦广义相对论的公式，仅用三顶点相互作用，在微扰理论中推导出施瓦兹希尔德黑洞的度规。这种三顶点相互作用公式与一个大质量的点粒子的有效世界线作用量相结合，可以推导出离壳引力子发射流的形状因子的递归关系。对递归关系的独特解决方案导致了四维的史瓦西黑洞解。这提供了从微扰理论中振幅方法得到所有阶的黑洞度量的第一推导。

Schwarzschild Metric from Scattering Amplitudes to All Orders in 𝐺_𝑁

Stavros Mougiakakos and Pierre Vanhove

Phys. Rev. Lett. 133, 111601 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.111601

We develop a generic geometric formalism that incorporates both   -like and root-  -like deformations in arbitrary dimensions. This framework applies to a wide family of stress-energy tensor perturbations and encompasses various well-known field theories. Building upon the recently proposed correspondence between Ricci-based gravity and   -like deformations, we further extend this duality to include root-  -like perturbations. This refinement extends the potential applications of our approach and contributes to a deeper exploration of the interplay between stress tensor perturbations and gravitational dynamics. Among the various original outcomes detailed in this Letter, we have also obtained a deformation of the flat Jackiw-Teitelboim gravity action.

Geometric Formulation of Generalized Root-   Deformations

H. Babaei-Aghbolagh, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 111602 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.111602

位于欧洲核子研究中心的以beam-dump模式配置的NA62实验，使用2021年收集的dump上的1.4×10¹⁷个质子样本，搜索了暗光子衰变为正负电子对。没有观察到暗光子信号的证据。给出了轻子-反轻子最终态中暗光子搜索的组合结果，并在90%的置信水平下排除了参数空间的一个区域，改善了之前暗光子质量值在50到600 MeV/𝑐²之间以及耦合值在10⁻⁶到4×10⁻⁵范围内的实验排除限。本文还利用类轴子的发射和衰变对e ⁺e^-搜索结果进行了解释。

Search for Leptonic Decays of Dark Photons at NA62

E. Cortina Gil et al. (NA62 Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 133, 111802 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.111802

粒子衰变并不构成量子力学意义上的自旋“测量”，但仍然会改变自旋态，特别是对于一个纠缠系统来说。本文证明，对于一对自旋纠缠的粒子对，在一个粒子衰变后，系统的纠缠度会增加。这种独特的现象在稳定粒子中没有对应物，但是可以在高能极化的𝑒⁺𝑒⁻对撞机上的顶夸克对产生中观察到。

Entanglement Autodistillation from Particle Decays

J. A. Aguilar-Saavedra and J. A. Casas

Phys. Rev. Lett. 133, 111801 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.111801

Quantum simulations of the dynamics of QCD have been limited by the complexities of mapping the continuous gauge fields onto quantum computers. By parametrizing the gauge invariant Hilbert space in terms of plaquette degrees of freedom, we show how the Hilbert space and interactions can be expanded in inverse powers of 𝑁_𝑐. At leading order in this expansion, the Hamiltonian simplifies dramatically, both in the required size of the Hilbert space as well as the type of interactions involved. Adding a truncation of the resulting Hilbert space in terms of local energy states we give explicit constructions that allow simple representations of SU(3) gauge fields on qubits and qutrits. This formulation allows a simulation of the real time dynamics of a SU(3) lattice gauge theory on a 5×5 and 8×8 lattice on ibm_torino with a CNOT depth of 113.

Quantum Simulation of SU(3) Lattice Yang-Mills Theory at Leading Order in Large-𝑁𝑐 Expansion

Anthony N. Ciavarella and Christian W. Bauer

Phys. Rev. Lett. 133, 111901 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.111901

隧穿电离是一种有趣的量子现象，在阿秒物理学的发展中起着关键作用。在吸收几十个光子后，隧穿电离会产生处于不同激发态的离子，甚至能够在离子态之间形成粒子数反转。然而，其背后的物理机制仍在讨论中。在这里，作者证明了当中性分子的电离和离子的共振激发在强激光场中共存时，多光子激发的效率显著提高。这促进了在泵浦波长约为1000纳米的N₂⁺中实现粒子数反转和激光辐射的急剧增加。利用电离耦合理论，作者发现隧穿电离和多光子激发之间的协同相互作用能够通过周期性产生的离子偶极子的锁相来最大化离子相干性，并持续保持后续光激发的最佳相位。本文为强激光场中离子的光激发机制提供了新的见解，并为优化离子激光辐射开辟了一条途径。

Multiphoton Resonance Meets Tunneling Ionization: High-Efficient Photoexcitation in Strong-Field-Dressed Ions

Yewei Chen, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 113201 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.113201

在双原子分子（如HfF⁺和ThO）中CP破坏效应的搜索通常被解释为电子电偶极矩（eEDM）的探测，一种新的电子-核子相互作用，以及一种新的电子-电子相互作用。然而，在核自旋不为零的情况下，一种新的CP破坏的核子-核子长程力也会影响测量结果，为eEDM实验结果提供新的解释。在这里，作者利用HfF⁺的eEDM搜索，推导出这种假设相互作用的新界限，这是在1eV至10keV质量范围内，来自地面实验的最严格的界限。这些多样的新的物理源激发了不同分子物种在低能下对CP破坏的独立搜索，导致了模型独立的界限，这些界限对它们之间的抵消不敏感。

Constraining CP Violating Nucleon-Nucleon Long-Range Interactions in Diatomic eEDM Searches

Chaja Baruch, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 113202 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.113202

作者基于椭圆激光诱导电子衍射（ELIED）提取了N₂⁺电子散射的分子框架弹性微分截面（MFDCSs），其中结构演化由相同的隧穿电离初始化，并通过入射角分辨激光诱导电子衍射成像探测。为了建立ELIED，首先通过分析电子的横向动量分布，给出了与椭圆度相关的再散射电子动量分布的直观解释。结果表明，通过改变驱动激光脉冲的椭圆度和手性，可以在20°范围内调谐激光诱导返回电子的入射角。因此，成功地提取了球对称靶(Xe⁺和Ar⁺)返回电子的入射角分辨DCSs 作为ELIED原理的证明。实验获得了N₂⁺在4°和7°入射角下的MFDCSs，模拟结果与实验结果吻合较好。ELIED方法是目前唯一成功获得入射角分辨离子 MFDCS 的方法，为N₂⁺的瞬态结构反演提供了一种新的敏感可观测量。作者的研究结果表明，ELIED有潜力提取具有飞秒和亚埃时空分辨率的多原子分子的结构断层扫描信息，这可以使得复杂化学反应中的核运动可视化以及手性识别成为可能。

Extraction of Molecular-Frame Electron-Ion Differential Scattering Cross Sections Based on Elliptical Laser-Induced Electron Diffraction

Yizhang Yang, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 113203 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.113203

作者报道了¹³⁷Ba⁺离子的电磁诱导透明（EIT）冷却，其核自旋为𝐼=3/2，是未来大规模离子阱量子计算的量子比特的良好候选者。由于缺乏孤立的Λ系统，具有复杂基态能级结构的原子或离子的EIT冷却具有挑战性，因为粒子可以从Λ系统逃逸以降低冷却效率。作者通过利用EIT泵浦激光器来重新填充冷却子空间，确保连续有效的EIT冷却，从而克服了这个问题。作者将单个¹³⁷Ba⁺离子的两个径向模式分别冷却到0.08（5）和0.15（7）的平均运动占据率。使用相同的激光参数，作者还将五离子链的所有十个径向模式冷却到接近基态。作者的方法可以适用于具有相似能级结构的原子物种。它允许对EIT Fano-like光谱进行工程设计，这可用于同时冷却宽频率范围内的模式，有助于大规模囚禁离子量子信息处理。

Electromagnetically Induced Transparency Cooling of High-Nuclear-Spin Ions

Chuanxin Huang, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 113204 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.113204

多体量子系统在量子临界点上的准静态变换或慢淬灭会产生拓扑缺陷。Kibble-Zurek机制通过经典的组合过程调节局域量子系统中缺陷的出现。然而，长程相互作用破坏了传统的Kibble-Zurek标度，导致缺陷密度与转换速率无关。本文中，作者通过分析确定了强长程系统在其量子临界点附近通过缓慢退火产生的缺陷的完全计数统计。作者证明了长程系统中缺陷产生的机制是一个纯粹的量子过程，没有经典的等价物。此外，普适性不仅体现在缺陷密度上，还体现在分布的所有矩中。作者的发现可以在各种实验平台上进行测试，包括里德伯气体和捕获离子。

Universal Defects Statistics with Strong Long-Range Interactions

Stefano Gherardini, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 113401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.113401

具有接触排斥相互作用的一维玻色气体的特征是存在无限寿命的准粒子，其动量称为“快度”。本文中作者基于快度是粒子在经过长时间一维膨胀后渐近动量的事实，发展了一种探测局域快度分布的方法。这是通过对选定的气体切片进行膨胀来完成的。作者首先将这个想法应用于在陷阱中处于平衡状态的准凝聚态的一团气体。作者得到了与理论预测相当一致的位置依赖的快度分布的实验图像。虽然几乎没有达到渐近状态，但作者表明，有可以使用广义流体动力学理论考虑有限膨胀时间。然后，作者将这种局域探测应用于一种非平衡情况，即局域快度分布预计是双峰的(这是非热状态的标志)，尽管全局快度分布不具备这种独特特征。作者观察到双峰的局域快度分布。

Probing the Local Rapidity Distribution of a One-Dimensional Bose Gas

L. Dubois, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 113402 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.113402

本文报道了一种基于囚禁原子干涉法的量子传感器在光学晶格中的实现，用于测量原子-表面相互作用，能够对平均原子-表面分离距离进行亚微米级别的控制。力传感器在1秒内达到3.4×10^-28 N的短期灵敏度和4 qN（4×10^-30 N）的长期稳定性。作者在0-300μm范围内进行力测量，尽管表面吸附的原子产生了显著的杂散力，作者还是得到了卡西米尔-波尔德力的证据。

Quectonewton Local Force Sensor

Yann Balland, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 113403(2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.113403

单光子非线性，即与单个光子相互作用引起的系统响应的变化，通常被认为是单个量子发射器的固有特性。尽管对于二能级系统，对于发射器数目的依赖性已经得到了很好的理解，但是诸如单光子开关或光子-原子门这样的确定性操作本质上需要更复杂的能级结构。本文中，作者从理论上考虑了在具有Λ能级结构的发射器集合体中的单光子开关，并且证明了开关效率随着发射器数目的增加而降低。有趣的是，这种行为背后的机制是量子芝诺效应，表现为原子基态光控动力学的减慢。

How Single-Photon Switching Is Quenched with Multiple Λ-Level Atoms

Alexander N. Poddubny, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 113601(2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.113601

量子力学对物理测量施加了噪声限制和灵敏度限制。不必要的反作用和光学测量精度之间的平衡对干涉测量系统施加了标准量子极限（SQL）。为了实现低于SQL的灵敏度，有必要利用反作用规避测量技术，将热噪声降低到反作用水平以下，并利用消除探测器上任何多余噪声贡献的方法。已经进行了许多原理验证实验，但直到最近才有一个实验实现了低于SQL的灵敏度。在这项工作中，作者扩展了最初的演示，实现了比以前的测量好近两倍的亚SQL灵敏度，并采用了适用于干涉引力波探测器的架构。事实上，这种技术可以直接应用于先进激光干涉引力波天文台（LIGO），它可以通过使用失谐的信号循环腔来观测到类似的效应。作者测量的总灵敏度比SQL低2.8dB，相当于噪声功率比量子极限低72±5.1%。通过使用失谐腔和光弹簧效应，这种降噪是可调的，使得能够选择低于SQL的所需频率范围。这一结果表明，在适用于LIGO的频率下，可以获得远低于SQL的灵敏度，有可能将引力波探测器的范围进一步扩展到宇宙中。

Surpassing the Standard Quantum Limit Using an Optical Spring

Torrey Cullen, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 113602 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.113602

在过去的几十年里，超材料和超表面得到了快速发展。然而，损耗仍然是一个具有挑战性的问题，限制了许多实际应用，包括长距离无线通信、超散射和非厄米物理学。近年来，人们致力于尽量减少损失，但是这些方法实际实施起来过于复杂，仍然受到理论限制。本文中作者提出并实验实现了由负电导率引起的可调谐增益超表面，并通过散射理论和等效电路进行了深入的理论分析。在实验中，作者创建了嵌入可调负（或正）电导率的超表面样品，以实现可调的增益（或损耗）。通过改变控制偏置电压，超表面可以反射具有额外可控增益的入射波。有趣的是，作者发现增益超表面本身具有非线性，这对非线性光学和微波应用是有益的，特别是对基于波的神经网络的非线性激活。

Negative Conductivity Induced Reconfigurable Gain Metasurfaces and Their Nonlinearity

Xiaoyue Zhu, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 113801 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.113801

近几十年来，非厄米系统引起了人们的极大兴趣，部分原因是奇异的光谱奇点的存在，即奇异点（EPs），这种奇异点降低了系统演化算子的维数。在各种有趣的应用中，EPs的发现表明，当在系统参数空间中环绕它们时有可能实现对称模式切换。然而，后续的理论和实验工作表明，EPs的动态环绕必然会导致非对称模式转换；即模式切换仅取决于绕组方向而不取决于初始状态。这种手征性起源于由于非厄米体系的复杂光谱而导致的绝热失效。尽管所揭示的手征性无疑在该领域产生了重大影响，但是在带有EPs的非厄米体系中实现最初寻求的对称绝热通道一直是难以实现的。在这项工作中，作者弥补了这一空白，并从理论上证明了当动态地缠绕在EP上时，可以实现绝热性，从而实现对称状态转移。这是通过在系统参数空间中具体选择一个轨迹，沿着这条轨迹，相应的演化算子获得真实光谱。因此，作者的发现为推进量子和经典领域的各种波操纵协议提供了希望。

Restoring Adiabatic State Transfer in Time-Modulated Non-Hermitian Systems

Ievgen I. Arkhipov, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 113802 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.113802

本文对多体系统中的淬灭无序的影响进行了可控实验研究。这是通过测量400个耦合激光器的相位同步(即相互相干性)作为可调谐的无序和耦合强度的函数来完成的。结果表明，相关无序对相位同步的减少有重要影响，这取决于无序相关长度与同步激光器平均数之比。实验结果得到了数值模拟和解析推导的支持。

Synchronization in Coupled Laser Arrays with Correlated and Uncorrelated Disorder

Amit Pando, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 113803 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.113803

人们对手性光的兴趣日益浓厚，这源于它沿着传播方向的螺旋轨迹，促进了光和物质不同偏振态之间的相互作用。尽管在手性光相关研究方面取得了巨大成就，但由于缺乏有效脉冲操纵的合适光学元件，手性脉冲的产生和控制仍然面临着持久的挑战，特别是在太赫兹和紫外光谱范围内。传统上，手性光可以通过复杂的光学系统、外部磁场或超材料获得，这需要复杂的光学配置。本文中，作者利用高次谐波产生过程，作者提出了一种仅由两个平面Weyl半金属板组成的多功能可调谐手性发射器，解决了两个光谱范围内的挑战。作者的研究结果为在太赫兹和紫外频率范围内实现紧凑型可调谐手性发射器平台开辟了道路。这一进展有可能成为集成手性光子学的基石。

Tabletop Tunable Chiral Photonic Emitter

Lu Wang, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 113804 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.113804

在有限温度下的非互易介质附近，波动的近场在相反方向上表现出不平衡的热布居，产生循环介质的平衡拓扑热通量。虽然这些通量的存在尚未得到证实，但作者建议利用它们与自由电子束的相互作用进行检测。作者建立了一个通用的框架来量化任意形状物体附近任何位置的热通量。这揭示了热通量谱未探索的性质取决于它们的取向。此外，作者将电子散射率与平衡热通量联系起来。作为一个具体的例子，电子遇到平面的垂直热通量时，更倾向于横向散射。这种可测量的散射分布，即通过角分辨电子显微镜，使得能够恢复热通量光谱。此外，电子与局域结构周围平衡热通量的相互作用为产生电子涡旋束提供了一种新方法。

Probing Topological Thermal Flux in Equilibrium Using Electron Beams

Jie Ma, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 113805 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.113805

José H. Pagán Muñoz等人的实验结果首次表明，单个尘埃粒子在介电表面上因电子束或紫外辐射的作用被激发并悬浮。结果显示，从基底表面发射的二次电子或光电子在尘埃粒子与基底表面之间的微腔内重新聚集，导致尘埃粒子表面获得大量负电荷，继而由于库仑排斥力引发尘埃粒子的运动。实验表明，尘埃粒子的运动随着电子束能量变化，与基底表面的二次电子发射率曲线相吻合，实验结果与模型结果均验证了基底表面发射电子在单个尘埃粒子充电与运动中的关键作用。

（杨宁）

Charging and Mobilization of Dust Particles on a Surface in Plasma

José H. Pagán Muñoz et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 115301 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.115301

[Featured in Physics] [编辑推荐]新的计算表明，紫外线光子诱导铌酸钾的行为像一种有效的固态制冷剂。

固态冷却提供了一种节能和环保的制冷技术，替代了传统依赖于温室气体的热力学循环。然而，传统的热效应面临着阻碍其在制冷装置中实际应用的几个挑战：首先，操作温度条件必须与零场相变点一致，否则，所需的驱动域会变得过大。然而，相变在室温附近很少发生。此外，热量效应通常表现出强烈的温度依赖性，并且仅在相对较窄的温度范围内是足够大的。本文中，作者采用第一性原理模拟方法来证明极性氧化钙钛矿的光驱动相变具有克服这些限制的潜力。具体来说，对于原型铁电KNbO₃，本文说明了在数百开尔文(包括室温)的巨大温度范围内，由光吸收(ΔS_PC ~ 100 J K⁻¹ kg⁻¹和ΔT_PC ~ 10 K)诱导的巨大“光热”效应的存在。这些发现有望推广到其他具有类似极性行为的材料。

（郭恺怡）

Giant Photocaloric Effects across a Vast Temperature Range in Ferroelectric Perovskites

Riccardo Rurali, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 116401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.116401

在非常高的电子密度下，固体中高谐波的转换效率远低于预期，这是一个长期存在的疑问。为了解决这个问题，本文从小波干涉的角度重新审视了固体中高谐波(HHG)产生的动力学过程。作者发现小波之间的相构干涉与非线性光学中耦合波的相位匹配具有内在的一致性，称之为布洛赫波相位匹配。分析表明，在固体HHG过程中，大多数小波是失相的，并且相干被抵消，导致只有一小部分激发电子有效地参与了HHG。因此，从激发态电子到HHG的转换相当低。此外，本文还提出了一种布洛赫波相位匹配方案，通过对晶体结构进行改造，可使固体HHG提高近3个数量级。本文的工作解决了一个长期存在的疑问，并为实现高效的全固态桌面紫外线光源提供了一个新的想法和理论指导。

（郭恺怡）

Bloch-Wave Phase Matching of High Harmonic Generation in Solids

Liang Li, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 116902 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.116902

尽管等离子激元和声子是支配掺杂半导体低能物理特性的集体激发，但从头计算它们的非绝热杂化及相互屏蔽效应尚未有人研究。作者通过将戴森方程转换为一个等效阻尼振子的动力学矩阵，实现了这一目标。对掺杂的GaAs和TiO₂的计算结果与现有的拉曼数据吻合良好，并期待通过红外光谱、中子散射、电子能量损失光谱以及角分辨光电子能谱实验来确认。

（马润宇）

Plasmon-Phonon Hybridization in Doped Semiconductors from First Principles

Jae-Mo Lihm, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 116402 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.116402

作者报告了在室温下，在钙钛矿微腔中观察到的激子极化激元的颤动量子运动，即Zitterbewegung。通过在微腔中引入液晶分子，作者实现了具有合成Rashba-Dresselhaus自旋-轨道耦合和可调能量劈裂的自旋态。在共振激发下，极化激元流体在与其流动方向垂直的方向上表现出明显的颤动运动，并伴随着一种独特的类似手指交错的自旋模式。此外，利用外部电压对能隙的显著可调性，作者观察到了极化激元的Zitterbewegung从相对论性（小能隙）到非相对论性（大能隙）区域的连续转变。本文的发现为利用激子极化激元模拟相对论量子物理铺平了道路。

（马润宇）

Trembling Motion of Exciton Polaritons Close to the Rashba-Dresselhaus Regime

Wen Wen, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 116903 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.116903

最近发现的kagome超导体和过渡金属硫族化合物证明了电荷密度波(CDW)和超导性等电子序引起了奇异的物理和现象。在大多数材料中，CDW引起微弱的微扰效应，表现为阴影带、小间隙、电阻率扭结等。在这里，作者展示了一个独特的例子——过渡金属四碲化物TaTe₄，其中CDW主导了电子结构和输运性质。利用角分辨光发射光谱，作者发现具有CDW的TaTe₄的能带结构具有小的块状电子口袋的特征。密度泛函理论分析揭示了它们的CDW起源来自原始的大型费米袋的折叠。重要的是，CDW诱导的口袋导致磁电阻量子振荡的突出频率。光发射光谱、密度泛函理论和量子振荡的结果在CDW口袋的形状、大小、位置和角度依赖性方面取得了令人满意的一致。研究结果强调过渡金属四碲化物是探索CDW与压力诱导超导性之间相互作用的一个理想材料。

（郭婷）

Dominant Charge Density Order in TaTe₄

Hongtao Rong, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 116403 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.116403

Luttinger模型是由费米液体描述的一维无质量狄拉克费米子的相互作用导致击穿的范例。由于费米子加倍的阻碍，在一维晶格上离散模型的尝试未能重现已建立的玻色子化结果:哈密顿量的局部和保持对称的离散化引入了虚假的第二种低能量激发，而非局部离散化在狄拉克点打开了单粒子间隙。在这里，作者展示了如何通过离散空间和时间来绕过这个障碍，从而获得具有Hubbard相互作用的螺旋Luttinger液体的局部拉格朗日量。该方法使量子蒙特卡罗模拟能够保留未配对狄拉克锥的拓扑保护。

（温博阳）

Helical Luttinger Liquid on a Space-Time Lattice

V. A. Zakharov, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 116501 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.116501

混沌光源的特征是许多独立的发射体以随机的光学相位辐射光子。这与隧道结类似，在隧道结中，许多独立的通道由于与电磁环境的耦合而能够发射光子。然而，在最近的一个实验中，人们观察到隧道结可以偏离混沌光的预期，并能够发射强关联的超聚束光子。以此为动机，作者研究了辐射的关联，并表明超聚束起源于多个光子的发射，这可能是由于电荷的量子化而引起的。

(刘然)

Superbunched Radiation of a Tunnel Junction due to Charge Quantization

Steven Kim, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 116301 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.116301

尽管人们对多体局域化（MBL）现象的研究付出了巨大的努力，但对海森堡自旋链在强随磁场中的高能行为的性质却缺乏共识。在这里作者转而去探索了安德森局域化（AL）绝缘体中的弱相互作用极限。通过位移-反转对角化，作者发现，在一定的无序阈值h^*下，弱相互作用必然会导致遍历不稳定，而在强无序条件下，AL绝缘体直接变成MBL，这与雪崩理论恢复遍历性的简单解释一致。作者进一步绘制了一般XXZ模型在无序h-相互作用Δ平面上的相图。利用总磁化守恒，作者的结果揭示了自旋-自旋关联函数的显著行为：在由标准可观测值表示为MBL的区域内，它们的指数衰减经历了取向ξz >ξx的反转。作者发现，纵向长度ξz是捕获遍历不稳定性的关键量，因为它随着接近热力学相的系统尺寸的增加而增加，与横向对应物形成鲜明对比。

(刘然)

Interaction-Driven Instabilities in the Random-Field XXZ Chain

Jeanne Colbois, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 116502 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.116502

[编辑推荐]由簇哈密顿量描述的量子比特链可以承载一个由不可逆对称性保护的非简并间隙拓扑相。

作者展示了标准的1+1 D ℤ₂×ℤ₂簇模型具有一个可由融合类别Rep(8)描述的非可逆全局对称性。因此，簇状态不仅是一个ℤ₂×ℤ₂对称保护拓扑（SPT）相位，而且是一个不可逆的SPT相位。在量子位元的张量积希尔伯特空间上，另外两个Rep(8) SPT相的两个新的可交换的泡利哈密顿量被找到了，这与场论和数学中的分类相匹配。在这些不可逆的SPT相位之间的界面上确定了边缘模和局部射影代数。最后，作者证明了在这些不同的SPT状态之间不存在对称的纠缠。

（段青卓）

Cluster State as a Noninvertible Symmetry-Protected Topological Phase

Sahand Seifnashri, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 116601 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.116601

直接热电能量转换器通常在线性状态下工作，其实际功率与理想最大功率的比值，即所谓的填充因子(FF)最大为0.25。考虑到基本对称性，能够增加FF的前阶非线性项需要具有空间对称破缺性的器件。作者在单半导体纳米线中研究通过不对称能垒的非线性热电输运，在实验和理论上找到了增加FF和最大功率的方法。该研究表明几何对称性破缺与非线性行为设计相结合，是提高热电和热载流子器件性能的一种策略。

（段青卓）

Geometric Symmetry Breaking and Nonlinearity Can Increase Thermoelectric Power

Jonatan Fast, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 116302 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.116302

在孤立的非线性光波导阵列中，由于光学模式的纵向动量流（“内能”）和光功率（“粒子数”）同时守恒，能够在负温度区域中研究耦合的热与粒子传输。基于兰道尔理论和精确的数值模拟，作者预测了此类系统中光子的魏德曼-弗兰兹定律，其洛伦兹数L ∝ |T|^-2，源于热流和粒子流的谱解耦及其不同的温度依赖性。此外，在不对称结中系统向平衡态的弛豫表现出对正负偏置的明显不对称性，表明存在整流效应。作者使用光学网络模拟了非平衡传输过程的可能性，尤其是在自然的凝聚态物质或原子气体系统中难以实现的参数区域，为人工波导阵列操控光波的功率与动量流提供了新的见解。

（贾子璇）

Coupled Thermal and Power Transport of Optical Waveguide Arrays: Photonic Wiedemann-Franz Law and Rectification Effect

Meng Lian, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 116303 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.116303

拓扑模式（TMs）通常在边界、界面和位错处，并以指数形式衰减到足够大的晶格中。最近，人们利用非厄米皮肤效应将拓扑模式的波函数从边界处分散开，从而大幅提升了拓扑模式的容量。作者讨论了非线性在设计和配置拓扑模式波函数中的潜力，随着强度的增加，这些能隙内非线性拓扑模式的波函数最初偏离指数衰减，逐渐融合到任意可设计的平台上，继而覆盖整个非线性区域，并最终集中于非线性边界。值得思考的是，这种扩展的非线性拓扑模式对缺陷和无序时仍然具有鲁棒性，并且在外部激励下表现出动态稳定性。作者推进了对非线性拓扑模式的概念理解，为提升拓扑模式的容量以及开发紧凑型可配置拓扑器件开辟了新途径。

（贾子璇）

Arbitrarily Configurable Nonlinear Topological Modes

Kai Bai, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 116602 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.116602

平带晶格系统促进了完美紧凑的体态的出现，而拓扑有利于边缘局域化。在本文工作中，作者报告了在通量修饰的光子石墨烯带上存在紧凑的拓扑边缘态。作者发现，通过Aharonov-Bohm笼效应和拓扑保护机制的协同作用，可以实现稳健的局域化。紧凑边缘态的拓扑非平庸性是通过理论推导和从平均手性位移获得整数Zak相的实验观察来表征的。实验是使用直接激光写入技术在具有0或π有效磁通量的石墨烯带光子晶格上进行的。模式的稳定性由边缘紧凑模式的异常局域化及其对制造公差和输入相位偏差的弹性来证明。本文的研究结果证明了完美紧凑拓扑边缘态的存在，这是平带物理和拓扑之间协同作用的一个具体且有希望的例子。

（范增辉）

Compact Topological Edge States in Flux-Dressed Graphenelike Photonic Lattices

Gabriel Cáceres-Aravena, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 116304 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.116304

参数共振和放大在泵浦-探测实验中导致了非凡的光诱导现象。虽然这些现象在非平衡条件下表现出来，但本文展示了平衡状态下参数放大的显著结果。作者证明了，当拉曼模式频率是腔模式频率的两倍时，拉曼活性模式的量子和热涨落会在平衡状态下放大腔内的光。这种由噪声驱动的放大导致了一种不寻常的参数拉曼极化子的产生，将拉曼模式与腔压缩涨落交织在一起，并在拉曼光谱中留下了确凿的证据。在共振状态下，作者不仅展示了量子光放大的出现，还展示了拉曼模式的局域化和静态位移。除了平衡参数放大的基本兴趣之外，本文的研究还提出了一种通过腔涨落控制拉曼模式，从而控制物质性质的共振机制。作者在最后概述了如何计算拉曼-腔耦合，并提出了可能的实验实现方式。

（范增辉）

Equilibrium Parametric Amplification in Raman-Cavity Hybrids

H. P. Ojeda Collado, et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 116901 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.116901

本文研究了重力作用下容器内的液气共存系统，该系统的热流方向与重力方向相反。通过分子动力学模拟，作者发现液体浮起来并持续稳定地漂浮。液体漂浮的高度由一个无量纲参数决定，该参数和温度梯度与重力的比值有关。作者确认了过冷气体会在液体上方保持稳定。作者从一个简单的热力学假设出发，为解释这一现象提供了一个唯象的论证。 (谭宇涛)

Heat-Induced Liquid Hovering in Liquid-Gas Coexistence under Gravity

Akira Yoshida, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 117101 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.117101

对称简单不相容过程(SEP)是单列几何输运的典范模型，其中扩散粒子不能超越彼此。在这个模型中，流的研究引起了很多关注，但到目前为止，大多数结果仅限于两种几何:(i)两个库之间的有限系统，其粒子数不守恒，但会达到非平衡稳态;(ii)一个无限系统，其粒子数守恒，但从未达到稳态。在粒子数不守恒且永不达到稳态的，与库相连的半无限系统的重要中间情形下，本文给出了积分流的全累积量生成函数的表达式。该表达式源于确定了关联的全空间结构，且作者推断它服从最近在无限几何中得到的相同的封闭方程，并认为它是精确的。除了它们的内在意义之外，这些结果还解决两个开放问题:固定目标在SEP中的生存概率，以及局域源注入的粒子数统计。

(谭宇涛)

Semi-infinite Simple Exclusion Process: From Current Fluctuations to Target Survival

Aurélien Grabsch, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 117102 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.117102

由于合成可用的链拓扑结构种类繁多，聚合物是研究凝聚态物质拓扑约束的有效试验台。当线性和环状聚合物混合在一起时，会观察到新出现的流变特性，因为混合物的粘度可能比任何单个组分都高。这种新出现的行为是因为环线性共混物可以形成长寿命的拓扑约束，因为线性聚合物穿过环状聚合物。在本快报中，Vigil等人演示了如何使用高斯连接积分来有效评估环线性聚合物共混物中拓扑约束的松弛。对于以线性为主的共混物，拓扑约束的松弛速率主要取决于线性聚合物的蠕动，导致长度为N_R的环与长度为N_l的线性链混合的扩散时间τ_d,R的比例为τ_d,R∼N_R²N_L^3.4。

Measuring Topological Constraint Relaxation in Ring-Linear Polymer Blends

Daniel L. Vigil, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 118101 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.118101

聚合物状结构在自然界和合成材料中普遍存在。它们的构型和迁移特性通常会受到拥挤环境的影响，从而导致非热涨落。在本快报中，Muzzeddu等人研究了与非均匀活性浴接触的理想Rouse链，其特点是存在活性自推进剂，这些剂对链施加与时间相关的力。通过粗粒化程序，作者推导出链质心的有效演化，并表明其倾向于根据模型参数向高和低浴活性区域迁移并优先定位在高和低浴活性区域。具体来说，作者证明具有非均匀活性的活性浴可用于有效分离具有不同长度和/或连通性的聚合物种类。

Migration and Separation of Polymers in Nonuniform Active Baths

Pietro Luigi Muzzeddu, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 118102 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.118102

在Landau-Ginzburg相变图中，标量场论由于自发对称性破坏机制而发展出相分离。这个图景不仅适用于热力学，也适用于相分离动力学。在本快报中，Paoluzzi等人表明标量非平衡场论经历相分离只是因为持续噪声驱动的非平衡涨落。该机制类似于运动诱导相分离中发生的情况，其中持续运动引入了有效的吸引力。作者观察到噪声诱导的相分离发生在相图的某个区域，否则在该区域中无序场构象会在平衡状态下保持稳定。通过测量局部熵产生率来量化时间反转对称性破坏，作者发现这种破坏集中在两相之间的边界上。

Noise-Induced Phase Separation and Time Reversal Symmetry Breaking in Active Field Theories Driven by Persistent Noise

Matteo Paoluzzi, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 118301 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.118301

液滴生长现象发生在各种工业和自然过程中。最近，细胞内发现的液体状凝聚体引起了人们对其生长行为的日益浓厚的兴趣。这些凝聚体表现出不同的材料特性，与许多细胞功能和疾病密切相关，特别是在从液体状液滴到固体状聚集体的相变过程中。然而，液体到固体的相变如何影响凝聚体的生长仍然很大程度上未知。在这项研究中，Chen等人研究了肽-RNA凝聚体的生长，根据RNA序列，它们表现为液体状液滴或固体状聚集体。动态光散射实验表明，类固体凝聚体的生长速度惊人地快，其流体动力学直径随时间增加，d_h(t)∼t^1/2，而类液体液滴的流体动力学直径则为 d_h(t)∼t^1/3。通过结合理论分析和模拟，作者证明这种加速生长是由类固体凝聚体的非聚结聚集引起的，从而形成了分形维数降低的渗透膨胀结构。此外，作者还证明，通过引入可以使类固体凝聚体恢复到液体状态的药剂（如尿素或特定的 RNA），可以减缓加速生长。总之，作者的工作揭示了一种依赖于分形的凝聚体生长机制，为理解凝聚体的老化以及调节其在合成和生物系统中的聚集行为提供了有用的见解。

Fractal-Dependent Growth of Solidlike Condensates

Feipeng Chen, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 118401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.118401

许多活性系统在与环境相互作用时会显示向列序。在本快报中，Adar和Joanny从理论上展示了环境存储记忆如何充当有效的外场来对齐活性向列相。与环境的耦合导致已知相图和活性向列相动力学的重大修改，包括任意低密度下的向列序和被捕捉到的畴粗化。作者的主要动机是细胞在其细胞外基质 (ECM) 中重塑纤维，同时在迁移过程中由纤维引导。作者的预测表明，根据最近的实验，重塑促进细胞和ECM对齐，并可能限制有序ECM畴的范围。

Environment-Stored Memory in Active Nematics and Extra-Cellular Matrix Remodeling

Ram M. Adar and Jean-François Joanny

Phys. Rev. Lett. 133, 118402 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.118402

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