研究进展

中国科学技术大学潘建伟及其同事彭承志、徐飞虎等利用“墨子号”量子科学实验卫星，在国际上首次实现量子安全时间传递的原理性实验验证，为未来构建安全的卫星导航系统奠定了基础。该成果于2020年5月11日在线发表在国际学术知名期刊《自然·物理》上。

高精度时间传递是日常生活中导航、定位等应用的核心技术。现阶段广泛采用的时间传递技术主要包括卫星导航定位系统时间传递、光纤网络时间传递等方案。近年来，时间传递的安全性得到了广泛关注。各种网络系统，例如计算机网络、金融交易市场、电力能源网络等，都需要统一的时间基准。如果这些系统遭受到恶意攻击，其引起的时间错误将会引起网络崩溃、导航定位错误等重大安全性事故。然而，当前广泛使用的时间传递技术面临着数据篡改、信号欺骗等各种攻击的潜在风险。

量子通信技术为安全时间传递带来了新的解决方案。基于量子不可克隆原理，以单光子量子态为载体的时间传递技术可以从根本上保证信号传输过程的安全性。潘建伟团队首次提出了基于双向自由空间量子密钥分发技术的量子安全时间同步方案。在该方案中，单光子量子态同时作为时间传递和密钥分发的信号载体，进行时间同步和密钥生成。这个过程所生成的密钥用来加密经典时间数据，从而确保时间数据的安全传输。

近日，中国科学技术大学潘建伟、张强、陈腾云等与清华大学王向斌、马雄峰合作，突破远距离独立激光相位干涉技术，分别实现了500公里量级真实环境光纤的双场量子密钥分发（TF-QKD）和相位匹配量子密钥分发（PM-QKD）。相关研究成果分别于近期发表在国际权威学术期刊《物理评论快报》（并被选为“编辑推荐”文章）和《自然·光子学》上。

中国科学技术大学潘建伟、包小辉、张强等与济南量子技术研究院和中科院上海微系统与信息技术研究所合作，在量子中继与量子网络方向取得重大突破。他们通过发展高亮度光与原子纠缠源、低噪高效单光子频率转换技术和远程单光子精密干涉技术，成功地将相距50公里光纤的两个量子存储器纠缠起来，为构建基于量子中继的量子网络奠定了基础。该成果于近日发表在国际权威学术期刊《自然》上。

                                                                     实验方案示意图

中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等与中科院上海微系统与信息技术研究所尤立星以及德国和荷兰的科学家合作，在国际上首次实现了20光子输入6060模式干涉线路的玻色取样量子计算，输出了复杂度相当于48个量子比特的希尔伯特态空间，其维数高达三百七十万亿。这个工作同时在光子数、模式数、计算复杂度和态空间这四个关键指标上都大幅超越之前的国际记录，其中，态空间维数比国际同行之前的光量子计算实验高百亿倍。论文以“编辑推荐”形式近日发表于国际学术权威期刊《物理评论快报》。美国物理学会Physics网站以“玻色取样量子计算逼近里程碑”为题对该工作做了精选报道。

中国科学技术大学潘建伟教授及其同事彭承志、范靖云等与美国加州理工学院、澳大利亚昆士兰大学等单位的人员合作，利用“墨子号”量子科学实验卫星对一类预言引力场导致量子退相干的理论模型进行了实验检验。2019年9月19日，国际权威学术期刊《科学》杂志以“First Release”形式在线发布了该重要研究成果。

近日，中国科学技术大学教授潘建伟及其同事张强、刘洋与清华大学王向斌、中科院上海微系统所尤立星等人合作，在发展快速高稳定性激光频率锁定技术与高计数率低噪声单光子探测器的基础上，在300公里真实环境的光纤中实现了双场量子密钥分发实验。相关研究成果于9月5日（北京时间）在线发表在国际权威学术期刊《物理评论快报》杂志上（Phys. Rev. Lett. 123, 100505 (2019)）。这项成果不仅完整实现了300公里的双场量子密钥分发，也验证了700公里以上光纤远距离量子密钥分发的可行性，有望成为新一代远距离城际量子密钥分发的基础。

                                                       “发送-不发送”双场QKD示意图

中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等和浙江大学王大伟、美国普林斯顿大学Marlan Scully、德国维尔兹堡大学Sven Hofling、美国路易斯安那州立大学Jonathan Dowling、上海纽约大学Tim Byrnes合作，在国际上首次实验观察到量子点单光子和太阳光之间的双光子干涉、量子纠缠以及非定域性。该研究工作把独立光子之间的量子干涉实验扩展到相距1.5亿公里的两个独立光源，首次在天文学尺度上检验了量子统计原理的普适性，并给出了热光场量子化的直接实验证据。这一研究成果近日以“编辑推荐”的形式发表于国际权威学术期刊《物理评论快报》。

近日，中国科学技术大学潘建伟、张强、范靖云等与中国科学院上海微系统与信息技术研究所、上海交通大学等单位的科研人员合作，在国际上首次在关闭定域性、测量独立性以及纠缠源独立性等漏洞的基础上，实验实现了对量子网络中的二元隐变量理论的实验检验，为量子网络中量子非定域性的实验研究以及应用开辟了新的道路。相关成果于北京时间8月27日凌晨在线发表在国际权威学术期刊《自然•光子学》上。

中国科学技术大学潘建伟、赵博等在超冷分子量子调控中取得重要进展。在该研究中，他们在制备振动转动基态的分子过程中，观测到共振受激拉曼绝热通道和失谐受激拉曼绝热通道之间的干涉，向基于超冷原子分子的量子模拟迈进了重要一步。近日，这一研究成果以编辑推荐的形式发表在国际权威学术期刊《物理评论快报》上。

中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳、刘乃乐等和奥地利维也纳大学塞林格小组合作，在国际上首次成功实现高维度量子体系的隐形传态。。这是自1997年实现二维量子隐形传态实验以来，科学家第一次在理论和实验上把量子隐形传态扩展到任意维度，为复杂量子系统的完整态传输以及发展高效量子网络奠定了坚实的科学基础。论文以编辑推荐的形式于8月15日发表在国际权威学术期刊《物理评论快报》上。