研究进展

中国科学技术大学潘建伟、苑震生等与德国海德堡大学、意大利特伦托（Trento）大学的合作者在超冷原子量子计算和模拟研究中取得重要突破：他们开发了一种专用的量子计算机—71个格点的超冷原子光晶格量子模拟器，对量子电动力学方程施温格模型（Schwinger Model）进行了成功模拟，通过操控束缚在其中的超冷原子，从实验上观测到了局域规范不变量，首次使用微观量子调控手段在量子多体系统中验证了描述电荷与电场关系的高斯定理，取得了利用规模化量子计算和量子模拟方法求解复杂物理问

中国科大郭光灿院士团队在量子测量研究中取得重要进展，该团队李传锋、项国勇研究组与德国、意大利以及瑞士的理论物理学者合作，在光子系统中首次实验使用纠缠集体测量（entangled collective measurement）将量子比特热力学系统中投影测量的反作用（back action）降至最小。相关研究成果于2020年11月16日发表在国际知名期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。对演化的相干量子系统上的一个可观测量进行两次投影测

中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等与美国普林斯顿大学Marlan Scully、德国维尔兹堡大学Sven Hofling等合作，在同时具备高纯度、高不可分辨、高效率的单光子源器件上观察到强度压缩，为基于单光子源的量子精密测量奠定了基础。论文以“编辑推荐”形式近日发表于《物理评论快报》。美国物理学会Physics网站以“面向完美的单光子源”（Toward a Perfect Single-Photon Source）为题专门对该工作做了高亮报道。单光子源是光量子信息技术中

中国科大郭光灿院士团队在高维量子通信研究中取得重要进展，该团队李传锋、柳必恒研究组与奥地利Marcus Huber教授研究组合作，首次实现了高保真度32维量子纠缠态。该成果8月28日发表在国际知名期刊《物理评论快报》上。相比二维系统，高维量子纠缠态在信道容量上有着巨大的优势。然而要展示这一优势，必须要实现高保真度高维量子纠缠态的制备、传输与测量。此前在光学系统中人们广泛采用光子的轨道角动量、时间或频率自由度进行编码，但还没有一个系统能够同时很好的解决高维量子纠缠态的制

最近，中国科学技术大学侯建国院士团队的董振超研究小组，在近场荧光成像领域取得重要进展，将成像空间分辨率大幅提升，推进至～8Å的亚纳米分辨水平，从而在世界上首次实现了亚分子分辨的单分子光致荧光成像，为在原子尺度上展显物质结构、揭示光与物质相互作用本质提供了新的技术手段。该成果于2020年8月10日在国际知名学术期刊《自然·光子学》上在线发表。审稿人认为“这将是该领域里的一篇重要文章，并在广泛的研究领域中产生重大影响。这项工作对于利用原子尺度的光来开展超灵敏光谱显微学研究，无

中国科大郭光灿院士团队在量子信道容量的研究中取得重要进展。该团队李传锋、唐建顺等人与牛津大学Raj Patel资深研究员合作，首次设计并实验实现了一种特殊的“退相并擦除”（dephrasure）量子信道，并在该量子信道中验证了量子相干信息的不可加性。该研究成果2020年8月6日发表在国际知名期刊《物理评论快报》上。信道容量是通信领域最基本的问题，也是衡量通信信道在噪声环境中通信能力的一个关键参数。量子信道是指基于量子纠缠的信息通道，它不仅可用来传输通常意义下的经典信息

中国科学技术大学中国科学院微观磁共振重点实验室杜江峰、王亚等人与理论合作者北京大学刘雄军等合作，在金刚石氮-空位（NV）色心体系的量子模拟实验研究方面取得新进展。他们利用量子淬火动力学在实验上模拟了凝聚态体系中尚未观测到的三维手性拓扑绝缘体，并第一次对体内和表面的拓扑物理进行了全面的实验研究。该研究成果以Quantum simulation for Three-Dimensional Chiral Topological Insulator为题，发表在近期的《物理评论快报

中国科大郭光灿院士团队首次实验实现了最优效率的多光子纠缠态检验，该团队李传锋、陈耕、许小冶等人构造了一种新的纠缠态测量方法，可以快速检验出实际制备的多体纠缠态相对于目标纠缠态的保真度，测量精度达到海森堡极限，更重要的是该方法所需测试样本数不会随着纠缠态规模增大而增加。该研究成果7月17日发表在国际知名期刊《物理评论快报》上。量子纠缠是量子通讯和量子计算研究中重要的资源，制备高质量的纠缠态是实现众多量子信息方案的基本前提。而如何刻画这些实际纠缠态的质量是实施相关量子信息

中国科学技术大学杜江峰院士领导的中科院微观磁共振重点实验室在实用化量子度量方案的实现上取得重要进展。该室彭新华教授与理论合作者新加坡南洋理工大学Mile Gu教授提出并验证了一种实用化的量子度量探针态优化方案，为实现大尺度量子系统中最优探针态的制备提供了一种可扩展的方法。该研究成果以“Probeoptimization for quantum metrology via closed-loop learning control”为题，于2020年7月16日在线发表在国际学

中国科大郭光灿院士团队在量子精密测量研究中取得重要理论进展。该团队李传锋、项国勇研究组与香港中文大学袁海东教授在量子磁力仪同时测量磁场矢量三个分量的平行纠缠方案中，找到了平衡不同参数测量精度间的最小制衡方法，首次给出同时测量磁场矢量三分量的最终理论精度极限。该研究成果于7月8日在线发表在国际知名期刊《物理评论快报》上。量子磁力仪研究磁场测量的最高精度，是量子精密测量的一个重要应用。在数十年研究中，人们已经能够通过采用纠缠等量子资源在磁场单个分量测量中达到最高精度。但是