研究进展

可容错量子信息处理取得重要进展:中国科大实现对任意噪声免疫的薛定谔猫态

最近,中国科大潘建伟教授及其同事陈宇翱、刘乃乐等组成的研究小组采用光子级联编码的方式实现了对于任意噪声都具有高容错率的薛定谔猫态,朝着实现大尺度量子网络乃至宏观纠缠态迈出了重要一步。该研究成果发表在5月期的国际权威学术期刊《自然·光子学》上 [Nature Photonics 8, 364-368 (2014)]。所谓“薛定谔猫(Schrödinger's Cat)”是奥地利物理学家、量子力学创始人之一埃尔温·薛定谔于1935年提出的一个假想实验,即在特殊的设定环境下,猫的生死状态取决于探测结果,未探测时处于“纠缠状态”。尽管在宏观世界这只是一个假想实验,但物理学家们已经在微观世界成功制备出各种各样的薛定谔猫态,并将其运用到量子力学基本问题检验、量子精密测量、量子容错计算以及分布式量子计算等任务中。

我中心实现测量器件无关的量子纠缠验证

最近,中国科学技术大学潘建伟教授及其同事陈宇翱等与清华大学马雄峰小组在国际上首次实现了测量器件无关的量子纠缠验证,这是量子密码学技术在量子物理中的一个重要应用,大大提高了实际系统中纠缠检验的正确性。该研究成果发表在近日出版的国际权威物理学期刊《物理评论快报》上,并被选为“编辑推荐(Editors’ Suggestion)”论文。

中国科大在超冷原子量子模拟研究领域取得重要突破

最近,中国科学技术大学潘建伟教授及其同事陈帅等与清华大学翟荟小组合作,在超冷原子量子模拟研究领域取得重要突破,在超冷铷原子玻色气体中人工合成自旋-轨道耦合的基础上,首次在实验上成功确定自旋-轨道耦合玻色气体在有限温度下的相图。该实验成果以封面标题的形式发表在4月初出版的国际权威物理学杂志《自然·物理学》上,标志着我国在超冷原子量子模拟的这一重要实验领域占据了一席之地。

我中心成功实现不同颜色独立光子间的量子纠缠

中国科学技术大学潘建伟教授及同事包小辉、江晓等在国际上首次实现了不同颜色独立光子间的量子纠缠,解决了量子网络中如何在不同频率终端间进行纠缠连接这一难题。该工作于近日以编辑推荐论文(Editors' Suggestion)的形式发表在国际权威物理学杂志《物理评论快报》上,美国物理学会《物理•观点》栏目(Physics: Viewpoint)也对该成果进行了专题报道。

量子力学和相对论的美妙结合:我中心成功实现互不信任终端之间的安全比特承诺

最近,量子信息与量子科技前沿协同创新中心潘建伟教授及同事张强、彭承志等在国际上首次实现了无条件安全“比特承诺”,在解决如何在相互不信任的通信终端之间直接建立信任的问题上实现了突破。该实验研究成果于近日发表在国际权威物理学杂志《物理评论快报》上,被评价为“密码学界的重要进展”和“该领域的先驱实验”。美国物理学会《物理.焦点》栏目也对该成果进行了专题报道。

中国科学家成功解决量子黑客隐患 中国科大—清华大学联合小组实现测量器件无关的量子密钥分发

最近,由量子信息与量子科技前沿协同创新中心潘建伟院士及其同事张强、陈腾云与清华大学马雄峰等组成的联合研究小组,利用与美国斯坦福大学联合开发的高效低噪声上转换单光子探测器,在国际上首次实现了测量器件无关的量子密钥分发,成功解决了现实环境中单光子探测系统易被黑客攻击的安全隐患,大大提高了现实量子密钥分发系统的安全性。该研究成果发表在9月24日出版的国际权威物理学期刊《物理评论快报》上。

中国科大实现无局域性漏洞的“爱因斯坦—波多尔斯基—罗森超距作用”的速度下限测量

最近,由量子信息与量子科技前沿协同创新中心潘建伟院士领衔的自由空间量子通信团队的彭承志、张强研究小组,在国际上首次成功实现了无局域性漏洞的量子纠缠关联塌缩速度下限测量,结果表明在所有相对地球以千分之一光速或更低速度运行惯性参照系中,量子纠缠关联塌缩速度下限为光速的一万倍。该研究成果发表在近日出版的《物理评论快报》(Phys. Rev. Lett. 110, 260407 (2013))上。

我中心实现世界最高品质的确定性量子点单光子源

我中心潘建伟、陆朝阳等在国际上首次实现基于量子点脉冲共振荧光的确定性高品质单光子源。2月4日,该工作以长文的形式发表在《自然》杂志的子刊《自然•纳米技术》上。这是我国在量子点光学量子调控领域发表在《自然》系列期刊上第一篇论文。量子点是一种通过分子束外延方法制备的纳米晶体,又被称为“人造原子”,可以为量子保密通信和光学量子计算提供理想的单光子源。此前,加州大学、剑桥大学和斯坦福大学等研究组实现了基于非共振激发量子点产生的单光子源。然而,由于单光子发射时间抖动、激子退相干等不可避免地引起光子品质下降,光子全同性只能达到70%左右,无法进一步应用于可扩展量子信息处理。

中国科学家在国际上首次成功实现高效率长寿命量子存储器

量子信息与量子科技前沿协同创新中心潘建伟院士及其同事包小辉、赵博等同德国研究人员合作实验实现了具有高读出效率及长存储寿命的高性能量子存储器。该实验在国际上首次将长存储寿命和高读出效率在单个存储器内结合起来,向可升级长程量子通信及可升级光学量子计算迈出了至关重要的一步。该工作于5月20日发表于英国《自然》杂志的子刊《自然•物理学》上。量子存储器的主要用途是存储单个量子态,从而实现不同量子操作的时间同步。量子存储器是量子中继及大尺度光学量子计算中的关键器件,其核心性能指标是存储寿命和读出效率。目前,量子存储器已经在冷原子系综、热原子系综、单个中性原子、低温固体、金刚石色心等体系中实现。从其核心性能指标来看,冷原子系综的发展水平远优于其他实验体系,最有希望被用于可升级量子通信和光学量子计算。因此,冷原子系综体系一直是国际上量子存储及其应用方面的主要研究热点。到目前为止,作为量子存储器最重要应用之一的量子中继单元也仅在冷原子系综体系内被实现。

可扩展容错性量子计算的重大突破 中国科学家在世界上首次实现拓扑量子纠错

我中心潘建伟及其同事陈宇翱、刘乃乐等组成的研究小组与澳大利亚和加拿大的研究人员合作,将拓扑量子计算和量子纠错理论结合在一起,利用具有拓扑性质的八光子簇态,在世界上首次成功实现了拓扑量子纠错。该项研究成果以长文(Article)的形式发表在2月23日出版的纪念“计算机之父”图灵诞辰100周年的《自然》杂志上。这是量子信息领域以中国为第一单位发表在《自然》杂志上的首篇长文。