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直击国家自然科学一等奖:潘建伟“多自由度量子隐形传态”项目

2016-01-08 11:26
棒棒书香
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    今天上午,2015年度国家科学技术奖励大会在北京人民大会堂举行。2015年度共评选295个项目和7名外籍科技专家。其中,由中国科学技术大学教授潘建伟、陆朝阳等人的研究成果“多自由度量子隐形传态”获得2015年度国家自然科学奖一等奖。2015年12月,该项研究成果荣登世界顶级物理杂志《物理世界》公布的2015年度国际物理学领域十项重大突破榜首。

  据悉,通过对光子、原子等微观粒子的精确人工操纵,量子调控技术允许人们以一种变革性的方式对信息进行编码、存储、传输和调制,在确保通信安全和提升计算速度等方面突破经典信息技术的瓶颈,量子信息科学已成为现代物理学最活跃的研究前沿之一。该项研究成果缩小了一些未来新技术——譬如安全性能牢不可破的通信设备、运算速度比今天快几万亿倍的计算机——和现实之间的距离。

  以潘建伟、陆朝阳等成员为代表的中国科学家长期从事量子力学基础问题实验检验,系统地发展了多光子纠缠干涉量度学;并把在基础量子物理实验中发展起来的多光子纠缠和干涉技术创新性地应用于量子通信、量子计算等多个研究方向,取得了广域量子通信和光学量子信息处理等领域的系统性关键突破,并在此基础上将量子保密通信技术带入现实应用。

  潘建伟在调试设备(资料图片)

  该项目组主要成果包括:

  1.系统地发展了多光子纠缠和干涉,并用于量子力学基础检验。通过自主发展的高亮度高纯度纠缠源和独立光子干涉等技术,在国际上首次实验制备和严格验证具有多体纯纠缠的多光子纠缠态;首次实现对五光子纠缠的操纵,为当时世界上所有物理系统的最多纠缠粒子数目,首次达到量子纠错必需的比特数目;之后,项目组三次打破并刷新自己的记录,率先实现六光子、八光子纠缠和五光子十比特超纠缠,并保持纪录至今;利用光子多自由度的纠缠以最强烈的方式揭示了量子非定域性与爱因斯坦定域实在论之间的矛盾。

  2.利用多光子操纵率先实现量子信息处理关键技术和重要算法。首次实现终端开放量子隐形传态、两粒子复合态量子隐形传态和量子远程克隆;通过量子容失编码和拓扑量子纠错实验,在原理上证明容错量子计算的可行性;全面演示量子信息领域的重要算法,包括独立光子之间的逻辑门操作、大数分解算法、搜索算法、求解线性方程组算法和“任意子”分数统计现象的量子模拟。

  3.全面发展了面向实用化保密量子通信的光量子传输方法,奠定了广域量子通信的科学基础。发展了诱骗态编码等量子密钥分发技术,利用自主研发的低噪声单光子探测器,克服了量子通信中光源和探测器件不完美带来的两大安全隐患,使得安全的量子通信网络成为可能;从理论上提出并实验实现了基于冷原子量子存储的量子中继基本单元,在原理上证明了大尺度量子通信的可行性;在突破光量子态穿越大气层等效厚度、克服星地通道损耗等关键技术的基础上,率先实现了百公里量级的纠缠分发和量子隐形传态,为未来实现基于星地量子通信的全球化量子网络奠定了科学和技术基础。

  该项目8篇代表性论文被SCI他引1012次,20篇主要论文被他引2021次。项目组成员应邀为《现代物理评论》撰写题为《多光子纠缠和干涉度量学》的长篇综述,这是中国大陆科学家在该刊发表的第一篇实验综述论文。

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