研究进展

最近，中国科大潘建伟教授及其同事张军等在国际上首次实现1.25 GHz InGaAs/InP单光子探测器单片集成读出电路，该技术突破可使高速量子通信终端设备中体积占比最大的探测器模块尺寸减小一个数量级以上，为未来研制小型化量子通信系统奠定了重要的器件基础。相关成果发表于光学领域权威期刊《光学快报》[Optics Letters 42, 5090 (2017)]。

中国科大教授潘建伟及其同事陈宇翱、赵博等在国际上首次利用参量下转换光源实现了基于线性光学的量子中继器中的嵌套纠缠纯化（nested purification）和二级纠缠交换（two-hierarchy entanglement swapping）过程。基于该技术，以往量子纠缠交换过程中阻碍分发态被进一步相干操作的主要噪声可以被自动剔除，这为将来实现基于原子系综的可扩展线性光量子中继器提供了前瞻性的技术指引。这两项重要成果分别发表于国际学术权威期刊《自然•光子学》和《物理评论快报》上。 　　

中国科大潘建伟教授及其同事苑震生等与中科院武汉物理与数学研究所研究员管习文小组合作，通过对光晶格中的超冷原子进行量子调控和测量，结合量子可积系统理论，在国际上首次得到了一维有限温多体系统在经典气体和量子液体之间转变的量子临界性质，并通过测量其相位关联观测到了拉亭杰液体的幂定律关联特性，在低维量子多体系统研究领域取得了重要进展。该研究成果近日发表在《物理评论快报》，并被选为编辑推荐文章（Editors’ Suggestion）。美国物理学会网刊Physics邀请该领域专家日内瓦大学的Giamarchi教授，以“一维量子材料理论在冷原子和超导体实验中得以验证”为题，在“观点”（viewpoint）专栏对这一研究成果做了评述。欧洲物理学会网站Physicsworld以“原子体系和约瑟夫森节模拟一维量子液体”为题报导了该成果。

最近，中国科大潘建伟教授及其同事苑震生、陈宇翱等在国际上首次通过量子调控的方法在超冷原子体系中发现了拓扑量子物态中的准粒子--任意子，并通过主动控制两类任意子之间的交换和编织，证实了任意子的分数统计特性，向着实现拓扑量子计算的方向迈出了重要一步。近日，国际权威学术期刊《自然•物理学》以研究长文的形式在线发表了这项重要研究成果。

中国科大潘建伟教授及其同事彭承志等组成的研究团队，联合中国科学院上海技术物理研究所王建宇研究组、微小卫星创新研究院、光电技术研究所、国家天文台、紫金山天文台、南京天文仪器有限公司、国家空间科学中心等，在中国科学院空间科学战略性先导科技专项的支持下，利用“墨子号”量子科学实验卫星，在国际上首次成功实现了从卫星到地面的量子密钥分发和从地面到卫星的量子隐形传态。两项成果于8月10日同时在线发表在国际权威学术期刊《自然》杂志上。这是继先前在国际上率先实现千公里级星地双向量子纠缠分发和量子力学非定域性检验的研究成果发表在《科学》杂志[Science 356, 1140 (2017)]之后，我国科学家利用“墨子号”量子卫星实现的空间量子物理研究另外两项重大突破。至此，“墨子号”量子卫星提前并圆满实现全部三大既定科学目标。

近日，中国科大潘建伟教授及其同事彭承志、张强等组成的研究小组，在国际上首次成功实现了白天远距离（53km）自由空间量子密钥分发，通过地基实验在信道损耗和噪声水平方面有效验证了未来构建基于量子星座的星地、星间量子通信网络的可行性。相关成果" Long-distance free-space quantum key distribution in daylight towards inter-satellite communication"以长文形式在线发表在国际权威学术期刊《自然·光子学》上(Nature Photonics doi:10.1038/nphoton.2017.116)。

中国科学技术大学潘建伟教授及其同事赵博、陈宇翱等在超冷分子和超冷化学量子模拟研究领域取得重要进展，他们首次在实验上直接观测到超低温度下弱束缚分子与自由原子间发生的态态的化学反应，实现了可控态态反应动力学的探测，从而向基于超冷分子的超冷量子化学的研究迈进了重要一步。7月4日，这一重要研究成果以研究长文的形式发表在国际权威学术期刊《自然·物理学》上 [Nature Physics 13, 699–703 (2017)]。

近日，中国科学技术大学潘建伟教授及其同事张强、范靖云等与清华大学、中国科学院国家天文台、中国极地研究中心研究组合作，在国际上首次实现基于探测遥远星光的随机数产生器, 并提出运用该随机数产生器实现无漏洞贝尔不等式实验检验的可行性方案。此项研究成果近日发表在国际物理学权威学术期刊《物理评论快报》上[Phys. Rev. Lett. 118, 140402(2017)]。

随机性是自然界最基本的性质之一，在科学研究和现实生活如药物设计和信息加密等领域有着广泛的应用。相对于现有的随机数都产生于我们身边的物理设施，潘建伟团队基于星光从遥远天体到达地球时间的随机性，系统研究了利用距地从数百到数亿光年不同天体的星光实现高速生成随机数。实验结果表明，所有随机数都通过了随机统计检验。因为随机性产生于遥远星体，星光随机数对于基础物理研究有着极为重要的意义，特别是对于定域实在性的检验。

中国科学技术大学潘建伟教授及其同事彭承志、陈宇翱等和清华大学马雄峰合作，在国际上首次实验实现了反事实直接量子通信，在实验中演示了图像的反事实传输，相关成果最近以 "Direct counterfactual communication via quantum Zeno effect" 为题，发表在国际权威学术期刊《美国科学院院报》上 [PNAS 114, 4920 (2017)]。