研究进展

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)]。

近日，中国科大潘建伟教授及其同事陆朝阳、朱晓波等，联合浙江大学王浩华教授研究组，在基于光子和超导体系的量子计算机研究方面取得系列重要进展。在光学体系，研究团队在去年首次实现十光子纠缠操纵的基础上，利用高品质量子点单光子源构建了用于玻色取样的多光子可编程量子计算原型机，首次演示了超越早期经典计算机（ENIAC、TRADIC）的量子计算能力。在超导体系，研究团队打破了之前由谷歌、NASA和UCSB公开报道的九个超导量子比特的操纵，首次实现了十个超导量子比特的纠缠，并在此基础上实现了快速求解线性方程组的量子算法。系列成果已由国际权威学术期刊《自然光子学》《物理评论快报》发表或接收。 　　

中国科大潘建伟及其同事陆朝阳、陈宇翱等组成的研究小组在国际上通过两种不同的方法制备了综合性能最优的纠缠光子源，首次成功实现十光子纠缠，打破了之前由该研究组保持了多年的八光子纪录，再次刷新了光子纠缠态制备的世界纪录。成果以“编辑推荐”的形式发表于国际权威学术期刊《物理评论快报》和美国光学学会Optica上，并被美国物理学会《物理》网站和《自然》杂志研究亮点栏目报道。

中国科大窦贤康教授课题组夏海云与潘建伟院士课题组张强经过三年的合作，在国际上首次研制了单光子频率上转换量子测风激光雷达，实现了大气边界层气溶胶和风场的昼夜连续观测，在国际著名光学期刊《光学学报》[Optics Letters]和《光学快报》[Optics Express]上发表了一系列重要成果。 通讯作者窦贤康介绍说，精确的大气风场探测对数值天气预报、气候模型改进、军事环境预报、生化气体监控、机场风切变预警等具有重大意义。多普勒测风激光雷达被公认为全球大气风场遥感的最佳方法，也是世界气象组织列出的最具挑战性的激光雷达之一。我们通过探测大气气溶胶和风场，不仅能监测大气污染状态、实时发现大气污染源，还能对雾霾的形成和演化进行预报。 激光雷达应用的首要前提是人眼安全。

中国科大潘建伟及其同事张强、陈腾云，清华大学王向斌以及中科院上海微系统所、济南量子技术研究院等单位科研人员合作，在国际上首次实现超过400公里抵御量子黑客攻击的测量设备无关量子密钥分发。该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 [Physical Review Letters 117, 190501 (2016)]， 被选为编辑推荐（Editors’ Suggestion），并被美国物理学会下属《物理》杂志报道。该成果极大地推动了兼顾安全和实用的远距离光纤量子通信的发展。

中国科学技术大学和北京大学相关研究人员组成的联合团队在超冷原子量子模拟领域取得重大突破。中国科大-北大联合团队在国际上首次理论提出并实验实现超冷原子二维自旋轨道耦合的人工合成，测定了由自旋轨道耦合导致的新奇拓扑量子物性。这一关键突破将对新奇拓扑量子物态的研究，进而推动人们对物质世界的深入理解带来重大影响。该合作成果以研究长文（Research Article）的形式发表在最新一期的国际权威学术期刊《科学》上[Science, 354,　83-88, (2016)]。由于该工作“对研究超越传统凝聚态物理的奇异现象具有重大潜力”，《科学》杂志在同期的观点栏目（Perspective）专门配发了题为“Cold atoms twisting spin and momentum”的评论文章。

近日，中国科大微尺度物质国家实验室潘建伟及其同事陈宇翱、姚星灿等在国际上首次实现了一种全新的量子物态——质量不平衡的玻色-费米双超流体，并在该双超流体中成功地产生和观测到玻色-费米量子涡旋晶格。这一实验发现开辟了超冷原子领域全新的研究方向，为理解复杂宏观量子现象提供了一种独特的研究手段。该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 [Physical Review Letters 117, 145301 (2016)]。《物理评论快报》以编辑推荐（Editors’ Suggestion）的形式报道了这项重要研究成果，美国物理学会网站Physics Synopsis栏目将该成果作为亮点报道。

近日，中国科大潘建伟、张强等与中国科学院上海微系统与信息技术研究所、清华大学、上海交通大学等研究机构合作，在合肥量子城域通信试验网上首次实现了预先纠缠分发的独立量子源之间的量子态隐形传输，为未来可扩展量子网络的构建奠定了坚实基础。相关结果于9月19日在线发表在英国《自然》杂志子刊《自然·光子学》（Nature Photonics）上。