研究进展

        中国科学技术大学潘建伟、彭承志、廖胜凯等，联合济南量子技术研究院、中国科学院上海技术物理研究所、微小卫星创新研究院等单位组成的研究团队，在国际上首次实现量子微纳卫星与小型化、可移动地面站之间的实时星地量子密钥分发，在单次卫星通过期间实现了多达1百万比特的安全密钥共享。在此基础上，联合团队和南非斯坦陵布什（Stellenbosch）大学科研团队合作，在中国和南非之间相隔12900多公里的距离上建立了量子密钥，完成对图像数据“一次一密”加密和传输。该工作为实用化卫星量子通信组网铺平了道路。相关研究成果于2025年3月20日在线发表在国际学术期刊《自然》杂志上。

        通信安全是国家信息安全和经济社会发展的重要基础。基于量子密钥分发的量子保密通信是迄今唯一可实现“信息论可证”安全的通信方式，将大幅提升现有信息系统的安全传输水平。目前，基于光纤链路的城域城际量子通信已发展成熟并初步得以应用。为实现远距离乃至全球化的量子保密通信，需要克服光纤存在的固有损耗以及难以覆盖全球的问题。利用卫星平台进行自由空间量子密钥分发，能够有效克服这些限制，实现全球范围的量子保密通信。

        中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳、霍永恒等在国际上首次实现效率超越可扩展线性光量子计算损失容忍阈值的高性能单光子源，相关综合指标达到了国际最先进水平，为未来实现通用光量子计算奠定了关键技术基础。相关研究成果于2月28日在线发表于国际学术期刊《自然·光子学》上。

        光子作为量子信息处理的重要载体，具有速度快、室温操作、抗环境干扰强等优势，但光子易损失的物理特性一直是大规模光量子计算的核心挑战。理论表明，单光子源的效率必须高于2/3的阈值，可扩展的线性光量子计算才具备可行性。然而，历经近半个世纪的技术攻关，此前所有确定性全同单光子源的效率始终未能突破该阈值，成为制约光量子计算发展的关键障碍。

        中国科学技术大学潘建伟、朱晓波、彭承志等，与上海量子科学研究中心、河南省量子信息与量子密码重点实验室、中国计量科学研究院、济南量子技术研究院、西安电子科技大学微电子学院以及中国科学院理论物理研究所等单位合作，成功构建了105比特（包含105个可读取比特和182个耦合比特）超导量子计算原型机“祖冲之三号”，实现了对“量子随机线路采样”任务的快速求解。与现有最优经典算法相比，“祖冲之三号”处理量子随机线路采样问题的速度比目前最快的超级计算机快15个数量级，超过谷歌2024年10月公开发表的最新成果6个数量级[Nature 634, 328 (2024)]。这一成果是我国继超导量子计算原型机“祖冲之二号”实现超导量子计算体系最强量子计算优越性 [PRL 127, 180501 (2021), Science Bulletin 67, 240 (2022)]后，再一次打破超导体系量子计算优越性纪录。相关论文于北京时间3月3日以封面论文的形式发表在国际学术期刊《物理评论快报》上。

        中国科学技术大学潘建伟、苑震生、邓友金等与合作者在超冷原子量子模拟实验中，首次观测到对流超流相（counterflow superfluidity）这一新奇量子物态，证实了对流的双组分超流体共同形成绝缘体的特性。相关成果近日发表在国际知名学术期刊《自然·物理学》（Nature Physics）上。

        由中国科学技术大学潘建伟、窦贤康、张强和薛向辉教授等人组成的交叉研究团队，通过发展大功率低噪声光梳，结合时间频率传递等量子精密测量技术，在国际上首次实现百公里级的开放大气双光梳光谱测量。该技术可应用于监测大尺度范围的地球大气温室气体（GHG）和污染气体，还可以扩展到卫星和地面之间的大气双光梳光谱测量，用于全球尺度的温室气体监测和精确校准。相关结果于9月12日在线发表于国际学术期刊《自然·光子学》上。

        5月23日，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心陈启瑾和美国芝加哥大学的王志强、Shuolong Yang、K. Levin、达特茅斯学院的Rufus Boyack等，应邀在最新一期《现代物理评论》(Reviews of Modern Physics)上发表长篇综述文章，题为“当超导电性实现渡越：从BCS超导到玻色-爱因斯坦凝聚”（When superconductivity crosses over: from BCS to BEC）。该论文系统地阐述了BCS-BEC渡越超导理论，指出含有赝能隙的强配对超导是比著名的巴丁-库柏-喜瑞佛（Bardeen-Cooper-Schrieffer, 即BCS）超导理论所涵盖的更广泛的超导形式。这里BEC代指玻色-爱因斯坦凝聚（Bose-Einstein condensation）。近年来，科学家在天然和人工合成材料中发现了一系列新型非常规超导体，包括有机超导体、铁基超导体、魔角石墨烯超导体、门控半导体超导、表面和界面超导体等。文章对这些新的实验发现进行了系统的分析和评述，指出它们属于BCS-BEC渡越型超导，电子配对强度介于BCS和BEC这两端极限的中间过渡区，呈现有明显的赝能隙现象，并给出了相关实验判据。此外，文章讨论了铜氧化物高温超导体属于BCS-BEC渡越型超导的实验证据。