多光子糾纏干涉度量學

1、2015 年度國家科技獎勵公示材料 - 國家自然科學獎項目名稱： 多光子糾纏干涉度量學推薦單位： 中國物理學會、中國科學院、安徽省項目簡介：通過對光子、 原子等微觀粒子的精確操縱， 量子物理原理提供了一種全新的方式對信息 進行編碼、 存儲、 傳輸和邏輯操作， 在確保通信安全和提升計算速度等方面能夠突破經典信 息技術的瓶頸， 使得量子信息科學成為上世紀九十年代以來國際上最活躍的前沿研究領域之 一。量子信息的物理研究和技術實現將人類利用量子力學認識和改造世界的實踐帶到了一個 新的歷史高度， 并對國家信息安全和戰(zhàn)略性信息產業(yè)產生深遠的影響， 已經成為國際激烈競 爭的焦點。 多粒子糾纏的相干操縱是發(fā)展

2、實用化量子信息技術的必備條件。 以本項目成員為 代表的中國科學家在國際上引領和推動了多光子糾纏干涉量度學的發(fā)展， 取得了廣域量子通 信和光學量子信息處理等領域的系統(tǒng)性關鍵突破， 并在此基礎上將量子保密通信技術帶入現 實應用，贏得國際學術界廣泛認可。主要成果包括：1、系統(tǒng)性地發(fā)展了多光子糾纏和干涉，并用于量子力學基礎檢驗。在國際上首次實驗 制備和嚴格驗證具有多體純糾纏的多光子糾纏態(tài)。 2004 年，實現對五光子糾纏的操縱，為 當時世界上所有物理系統(tǒng)的最多糾纏粒子數目， 首次達到量子糾錯必需的比特數目。 在隨后 的 2007、 2010 和 2012 年，項目組三次打破并刷新自己的記錄，率先實現六

3、光子糾纏、五 光子十比特超糾纏和八光子糾纏，并保持紀錄至今。2、利用多光子操縱率先實現量子信息處理關鍵技術和重要算法。首次實現終端開放量 子隱形傳態(tài)、 兩粒子復合態(tài)量子隱形傳態(tài)和量子遠程克??； 通過量子容失編碼和拓撲量子糾 錯實驗， 證明容錯量子計算的可行性； 全面演示了量子信息領域的重要算法， 包括獨立光子 之間的邏輯門操作、大數分解算法、搜索算法、求解線性方程組量子算法和“任意子”分數 統(tǒng)計現象的量子模擬。3、全面發(fā)展了面向實用化保密量子通信的光量子傳輸方法，奠定了廣域量子通信的科 學基礎。 首次克服實用量子通信的兩大安全隱患， 突破安全距離超百公里的光纖量子密鑰分 發(fā)、全通型量子電話和規(guī)

4、模化城域量子網絡， 實現了量子通信在城市范圍內的實用化； 發(fā)展 了國際上綜合性能最好的量子存儲器，從理論上提出并實驗實現了可升級量子中繼基本單 元，使得量子通信在城際之間的實用化成為可能； 在國際上引領自由空間量子通信技術的發(fā) 展，率先突破了遠距離量子通信穿越大氣層等效厚度和克服高損耗星地通道的關鍵技術， 實 現了百公里量級的糾纏分發(fā)和量子隱形傳態(tài)， 為未來實現基于星地量子通信的全球化量子網 絡奠定了科學和技術基礎。本項目 8 篇代表性論文被他引 1116 次， 20 篇主要論文被他引 2148 次。項目組成員應 邀為現代物理評論撰寫題為多光子糾纏和干涉度量學的長篇綜述，這是中國大陸科 學家在

5、該刊發(fā)表的第一篇實驗綜述論文。 項目研究成果入選歐洲物理學會評選的 “年度物理 學重大進展” （ 2 次）、美國物理學會評選的“年度物理學重大事件” （3 次）、自然雜志評 選的“年度十大科技亮點” （ 1次）、兩院院士評選的“年度中國十大科技進展新聞” （7 次）。 項目主要成員獲得了國際量子通信獎、 求是杰出科學家獎、 何梁何利科學與技術成就獎等重 要獎項。四、 主要完成人情況表姓名排 名技術 職稱工作單位完成單位對本項目技術創(chuàng)造性貢獻曾獲國家 科技獎勵 情況潘建偉1正咼中國科學技術大學中國科學技術大學對重要科學發(fā)現1、2、3均有創(chuàng)造性 貢獻，是代表性論文1-8和主要論文 9-19的通訊作

6、者或聯合通訊作者。 作為學術帶頭人全面領導、參與了本 項目全部研究工作并均有實質性學 術貢獻。占本人工作量的 80%無（待定）2（待定）3（待定）4（待定）5五、代表性論文專著目錄序號論文專者名稱/ 刊名/作者年卷頁碼發(fā)表 時間通訊作者第一作者國內作者SCI他 引 次 數他 引 總 次 數知 識 產 權 是 否 國 內 所 有1Experime ntal dem on strati on of five-phot on entan gleme nt and ope n-desti nati on qua ntum teleportation /Nature/Z. Zhao, Y.-A. Che

7、n, A.-N.Zha ng, T. Yang, H. Briegel, and J. -W. Pan2004 年430卷54頁2004 年 7月1日潘建偉趙志趙志、陳宇翱、張安寧、楊濤、潘建偉309348是2Experimental entanglement of six phot ons in graph states/Nature Physics/C.-Y. Lu, X.-Q. Zhou, O. Guhne, W.-B. Gao, J. Zha ng,乙-S. Yua n, A. Goebel, T. Yang, and J.-W. Pan2007 年3卷91頁2007 年 1月14日陸

8、朝陽、潘建 偉陸朝陽陸朝陽、周曉 琪、高煒博、張 瑾、苑震生、 楊濤、潘建偉299310是3Observati on of eight-phot on entan gleme nt/NaturePhoto ni cs/ X.-C. Yao, T.-X.Wang, P. Xu, H. Lu, G.-S. Pan, X.-H. Bao, C.-Z. Peng, C.-Y.Lu, Y.-A. Chen and J.-W. Pan2012 年6 卷 225頁2011 年 5月31日(arXiv)陸朝陽、潘建 偉姚星燦姚星燦、王天 雄、徐憑、逯鶴、潘閣生、包小輝、彭承 志、陸朝陽、陳 宇翱、潘建偉545

9、7是4Experime ntal dem on strati on of topological error correctio n/Nature/ X.-C. Yao, T.-X. Wang, H.- Z. Che n, W.-B. Gao, A. Fowler, R.Rausse ndorf, Z.-B. Chen, N.-L. Liu, C.-Y. Lu, Y.-J. Deng, Y.-A. Chen and J.-W. Pan2012 年482卷489頁2009 年 5月11日(arXiv)陳宇翱、潘建偉姚星燦姚星燦、王天 雄、陳昊澤、高 煒博、陳增兵、劉乃樂、陸朝 陽、鄧友金、陳 宇

10、翱、潘建偉3640是5Experime ntal free-space qua ntumteleportati on/NaturePhotonics/X. -M. Jin, J. -G. Ren, B. Yang,乙-H. Yi, F. Zhou, X. -F. Xu, S. -K. Wang, D. Ya ng, Y. -F. Hu, S. Jia ng, T. Ya ng, K. Che n, C. -Z. Peng and J. -W. Pan2010年5卷376頁2010 年 5月1日彭承志、潘建偉金賢敏、任繼剛金賢敏、任繼 剛、楊彬、易震 環(huán)、周飛、徐曉 帆、王少凱、楊 冬、胡元峰、

11、蔣 碩、楊濤、陳凱、 彭承志、潘建偉5658是6Experime ntal dem on strati on of a BDCZ qua ntum repeater n ode/Nature/Z.-S. Yua n,Y.-A. Chen, B. Zhao, S. Chen, J. Schmiedmayer, and J.-W. Pan2008 年454卷1098 頁2008 年 8月28日陳宇翱、潘建偉苑震生、陳宇翱苑震生、陳宇翱、趙博、陳帥、潘建偉117120是7Experime ntal free-space distribution of entangled phot on pairs

12、over 13 km: Towards satellite-based global qua ntum commu ni cati on/Physical Review Letters/C.-Z. Peng, T. Ya ng, X.-H. Bao, J. Zha ng,2005年94卷150501頁2005 年 4月22日潘建偉彭承志彭承志、楊濤、 包小輝、張軍、 金賢敏、馮發(fā) 勇、楊兵、楊僉1、印娟、張 強、黎楠、田 保力、潘建偉8298是X.-M. Jin, F.-Y. Feng, B. Yang,J. Yang, J. Yin, Q. Zhang, N. Li,B.-L. Tian, and J.-W. Pan8Quantum teleportation and entan gleme nt distributi on over 100-kilometre free-space cha nn els/Nature/J. Yin, J.-G. Ren, H. Lu, Y. Cao, H.-L. Yo ng, Y.-P. Wu, C. Liu, S.-K. Liao, F. Zhou, Y. Jia ng, X.-D. Cai, P. Xu, G.-S. Pan, J.-J. Jia,