郭光灿

中国科大郭光灿院士团队在量子门的测量检验研究中取得重要进展。该团队李传锋、项国勇研究组与复旦大学朱黄俊和北京理工大学尚江伟合作，首次在实验上实现了基于局域操作的最优量子门检验。该研究成果于2022年1月14日在线发表在国际知名期刊《物理评论快报》上，并入选“编辑推荐”文章。量子门是构建量子计算机的基本单元，实现高保真度的量子门操作是容错量子计算的必要条件。如何检验实际制备的量子门保真度是否达到要求是实现容错量子计算首先要解决的问题。由于量子门中参数个数随着量子系统大小指数增加，传统量子过程层析方案随量子门的规模增大测量次数和计算量都呈指数增长。对于未来大规模的量子门和量子线路的质量表征，传统采用的量子过程层析方法已经不具备实际可操作性。国际上近期发展的新理论方法——量子门检验为解决上述问题带来了曙光，它对于大多数量子门都能达到最优的样本复杂度，并且只用到局域操作。但是这种方法在实际应用时存在困难，它对实验误差和量子门瑕疵并不鲁棒。项国勇小组与合作者把量子门检验的思想与近年来该小组系统发展的多参数量子精密测量平台[Nat. Commun.9,1(2018); PRL 124,

中国科大郭光灿院士团队在硅基半导体自旋量子比特操控研究中取得重要进展。该团队郭国平教授、李海欧研究员与中科院物理所张建军研究员等人，和美国、澳大利亚的研究人员及本源量子计算公司合作，实现了硅基自旋量子比特的超快操控，其自旋翻转速率超过540MHz，是目前国际上已报道的最高值。研究成果以“Ultrafast coherent control of a hole spin qubit in a germanium quantum dot”为题，于1月11日在线发表在国际知名期刊《自然⋅通讯》上。硅基半导体自旋量子比特以其长量子退相干时间和高操控保真度，以及其与现代半导体工艺技术兼容的高可扩展性，成为量子计算研究的核心方向之一。高操控保真度要求比特在拥有较长的量子退相干时间的同时具备更快的操控速率。传统方案利用电子自旋共振方式实现自旋比特翻转，这种方式的比特操控速率较慢。研究人员发现，利用电偶极自旋共振可以实现更快速率的自旋比特操控。电偶极自旋共振的一种方案是通过嵌入器件中的微磁体结构所产生的“人造自旋轨道耦合”来实现，但这会使自旋量子比特感受到更强的电荷噪声，从而降低自旋量子比特的

中国科大郭光灿院士团队在冷原子超分辨成像研究中取得重要进展。该团队李传锋、黄运锋、崔金明等人在离子阱系统中实现了单个离子的超分辨成像，该成果12月23日发表在国际知名期刊《物理评论快报》上。冷原子系统，包括离子阱中囚禁的离子和光场中囚禁的原子等，是研究量子物理的理想实验平台，也是进行量子模拟、量子计算和量子精密测量实验研究的重要物理系统。冷原子系统中的核心实验技术之一是高分辨单粒子成像。近十年来，冷原子系统的显微成像技术飞速发展，涌现出了量子气体显微镜、光镊原子阵列、

11月22日，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、柳必恒研究组与电子科技大学王子竹教授、奥地利高小钦博士、Miguel Navascués教授等合作，首次实现了高维量子纠缠态的最优检测。相关成果发表在国际知名期刊《物理评论快报》上。量子纠缠是量子信息过程的核心资源，如何在实验上制备和检测量子纠缠是量子信息领域的基本任务。然而，随着系统维度数和粒子数的增加，量子态层析技术这种传统的检测量子纠缠态的方法消耗的资源将会指数增长，因而在实验上

中国科大郭光灿院士团队在纳米尺度量子传感研究中取得重要进展。该团队孙方稳教授课题组将量子传感技术与光学超分辨成像技术相结合，研究纳米尺度电磁场的超小局域和高精度探测，实验实现了百万分之一波长尺度电磁场局域。基于该发现，进一步将局域电磁场能量和与物质相互作用强度分别提升了8个和4个量级。该成果以“Focusing the electromagnetic field to 10−6λ for ultra-high enhancement of field-matter int

中国科大郭光灿院士团队在可调纳米机电二维阵列上取得重要进展。该团队郭国平、宋骧骧等人与本源量子计算有限公司合作，设计实现了基于石墨烯的纳米机电二维阵列器件，展示了对呈带状分布的谐振频率的电学调节。相关研究成果近日以“Graphene-Based Nanoelectromechanical Periodic Array with Tunable Frequency”为题，发表于《纳米快报》(Nano Letters)上。具有周期性阵列结构的纳米机电系统，其机械振动响应在

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教授等人合作，在高噪声环境下实现了高效的高维量子通信。该成果9月10日发表在国际知名期刊《物理评论快报》上。量子通信是量子信息领域最重要的应用之一。由于量子信息极易受到环境的影响，因此如何在噪声环境下进行高效量子通信是量子信息领域的一个重要挑战。相比二维体系，理论研究表明高维量子体系在信道容量和抗噪声能力上均具有明显的优势，然而要在实验上实现高效的高维量子

近期，中国科大郭光灿院士团队在机器学习提高超导量子比特读取效率上取得重要进展。该团队郭国平教授研究组与本源量子计算公司合作，在本源“夸父”6比特超导量子芯片上研究了串扰对量子比特状态读取的影响，并创新性地提出使用浅层神经网络来识别和读取量子比特的状态信息，从而大幅度抑制了串扰的影响，进一步提高了多比特读取保真度。该成果以研究长文的形式发表在国际应用物理知名期刊《Physical Review Applied》上。对量子比特状态的高保真度测量是量子计算中的关键一环。在超

中国科大郭光灿院士团队在光量子模拟和拓扑量子计算研究中取得重要进展。该团队李传锋、韩永建、许金时等人与英国利兹大学教授Jiannis Pachos合作，模拟展示了一种基于仲费米子零模编织操作和魔术态萃取实现拓扑量子计算的方法。研究团队使用自主设计搭建的多模式光量子模拟器，研究了仲费米子零模的量子统计和量子互文性质。实验结果显示仲费米子零模编织过程对局域噪声免疫，并且保持量子互文资源守恒，因此有望通过编织操作和魔术态萃取等手段进行普适、容错的量子计算。该成果8月9日以研究长

中国科大郭光灿院士团队在基于离子阱系统寻找黎曼函数零点的研究中取得重要进展。该团队李传锋、黄运锋、崔金明等人联合西班牙理论物理学家Charles Creffield教授和German Sierra教授，利用周期性地驱动囚禁离子的量子状态，成功在实验上测量到黎曼函数的前80个零点。该研究成果7月14日发表在国际知名学术期刊《NPJ Quantum Information》上。伯恩哈德·黎曼于1859年提出了黎曼猜想，其核心内容为：黎曼ζ函数的非平凡零点的实数部分都是1/