潘建伟

中国迷信技能年夜学潘建伟、包小辉、张强等初次采纳单光子干预干与正在自力存储节点间成立纠缠，并以此为根蒂根基构建了国际首个基于纠缠的城域三节点量子收集。该事情使患上实际量子纠缠收集的间隔由以往的几十米整整晋升了三个数目级至几十千米，为后续开展盲量子计较、漫衍式量子计较、量子加强长基线干预干与等量子收集使用奠基了迷信与技能根蒂根基。相干研究结果于5月15日正在线颁发正在国际学术期刊《天然》杂志上。经由过程量子态的长途传输来构建量子收集是年夜标准量子信息处置惩罚的基本因素。基于量子收集，可以完成广域量子密钥分发和漫衍式量子计较以及量子传感，组成将来“量子互联网”的技能根蒂根基。今朝，基于单光子传输的量子密钥收集已成长成熟，而面向漫衍式量子计较、漫衍式量子传感等进一步量子收集使用，需求采纳量子中继技能正在远间隔量子存储器间构建量子纠缠，正在此根蒂根基上经由过程广域量子隐形传态将各个量子信息处置惩罚节点毗连起来。正在量子隐形传态方面，中国科年夜潘建伟团队不断处于国际当先程度，前后完成了多终端 [Nature 430, 54 (2004)]、多体 [Nature Physics 2, 678 (2006)]和多自由度 [Nature 516,

中国迷信技能年夜学潘建伟、陆向阳、陈明城传授等哄骗基于自立研发的Plasmonium（等离子体跃迁型）超导高非简谐性光学谐振器阵列，完成了光子间的非线性彼此作用，并进一步正在此体系中构建出作用于光子的等效磁场以机关人工规范场，正在国际上初次完成了光子的分数目子变态霍尔态。这是哄骗“自底而上”的量子摹拟要领举行量子物态以及量子计较研究的重要进展。相干结果以长文的情势于北京时间5月3日颁发正在国际学术期刊《迷信》上。图1：结果示用意。16个非线性“光子盒”阵列囚禁的微波光子强彼此作用造成分数目子变态霍尔态（注：“光子盒”的名字最先来自1930年爱因斯坦以及波尔争执中提出的思惟试验）。霍尔效应是指当电畅通流畅过置于磁场中的资料时，电子遭到洛伦兹力的作用，正在资料外部发生垂直于电流以及磁场标的目的的电压。这个效应由美国迷信家霍尔正在1879年发明，并被普遍使用于电磁感测范畴。1980年，德国迷信家冯·克利钦发明正在极高温以及强磁场前提下，霍尔效应泛起整数目子化的电导率平台。这一新征象超越了经典物理学的形容，被称为整数目子霍尔效应，它为准确丈量电阻供给了尺度。1981年，美籍华侨迷信家崔琦以及德国迷信家施特默发明了

中国迷信技能年夜学潘建伟、姚星灿、陈宇翱等人基于强彼此作用的匀称费米气体，初次观测到了由多体配对发生的赝能隙。这项研究初次确立了配对赝能隙的存正在，为低温超导机理中的电子预配对假说供给了撑持，朝向懂得低温超导机理迈出了重要一步，是哄骗量子摹拟解决重要物理问题的一个典范。2月8日，该结果以“幺正费米气体中赝能隙的观测以及量化”为题颁发正在国际权势巨子学术期刊Nature上。图1. 图中头顶玉珠的两条鲤鱼，意味着一对自旋相反的费米子；龙门代表了超流相变以及赝能隙。鲤鱼跃过龙门，标明配对产生正在超流相变温度以上。这类配对征象反过来又招致赝能隙的泛起。/制图：陈磊能隙的发生是超导的标记性征象。正在惯例超导体中，能隙存正在于超导相变温度如下。跟着铜氧化物低温超导体的发明，纵然正在超导相变温度以上，能隙依然可以或许被观测到，这类征象被称为赝能隙。赝能隙的发源以及性子可认为解答低温超导的机理问题供给要害线索。学术界广泛以为首要存正在两种可能的赝能隙机制：一是来历于超导相变温度以上的电子多体预配对；二是来历于正在低温超导体中发明的多种量子有序相，例如反铁磁序、条纹序以及配对密度波等。但因为真正的低温超导资料系统很是庞大，各

中国科年夜潘建伟、陈宇翱、戴汉宁等构成的研究团队，胜利研制了万秒波动度以及没有肯定度均优于5×10-18（至关于数十亿年的误差没有凌驾一秒）锶原子光晶格钟。凭据公然颁发的数据，该体系不只是以后海内综合指标最佳的光钟，也使患上我国成为继美国之后第二个到达上述综合指标的国度。该结果对将来完成远间隔光钟比对、成立超高精度的光频标基准以及寰球性光钟收集奠基了重要的技能根蒂根基。相干结果于1月12日颁发于国际计量范畴重要学术期刊《计量学》。今朝，最早进的光钟比国际上用于秒界说的微波喷泉钟的精度超出跨越了两个数目级以上。恰是基于量子紧密丈量技能的成长，第二十七届国际计量年夜会经由过程了“对于秒的将来从头界说”的决定，规划于2026年提出对于哄骗光钟从头界说国际单元制（SI）“秒”的详细线路，并将正在2030年做出终极决议。为了鞭策基于光钟的新一代秒界说，要求至多3个没有同试验室的光钟没有肯定度优于2×10-18，并经由过程光学链路或挪动光钟完成优于5×10-18的频次比对精度。图1 中国科年夜Sr 1以及Sr 2光钟的异步比对操作以及波动度机能研究团队最近几年来正在基于光晶格的超冷原子量子摹拟方面开展了行之有效的事情，已前后正在《天然

近日，中国科学技术大学潘建伟、张强等与上海交通大学郁昱、清华大学马雄峰、南方科技大学范靖云等研究者合作，首次实现了一套以器件无关量子随机数产生器作为熵源，以后量子密码作为身份认证的随机数信标公共服务，将其应用到零知识证明（ZKP）领域中，消除了非交互式零知识证明（NIZKP）中实现真随机数的困难所带来的安全隐患，提高了NIZKP的安全性。相关成果于11月2日发表于国际学术期刊《美国国家科学院院刊（PNAS）》。零知识证明（ZKP）是一种基本的密码学工具，允许互不信任的通信双方之间，一方向另一方证明某个命题的有效性，同时不泄露任何额外信息。非交互式零知识证明（NIZKP）是ZKP的一种最重要的变体，其特点是通信双方无需多次信息交换。由于其简单易行并且互相通信次数少，NIZKP广泛应用于数字签名、区块链和身份认证等领域。常用的NIZKP系统的安全性建立在生成可信的真随机数的假设之上，然而，实际应用中，由于真随机数生成器难以实现，通常会使用确定性的伪随机数算法来替代。此前已有研究指出，这种方法会产生潜在的安全隐患。量子物理学的内禀随机性为解决这一安全隐患提供了全新方案。特别地，基

中国科学技术大学中国科学院量子信息与量子科技创新研究院潘建伟、陆朝阳、刘乃乐等组成的研究团队与中国科学院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，成功构建了255个光子的量子计算原型机“九章三号”，再度刷新了光量子信息的技术水平和量子计算优越性的世界纪录。科研人员设计了时空解复用的光子探测新方法，构建了高保真度的准光子数可分辨探测器，提升了光子操纵水平和量子计算复杂度。根据公开正式发表的最优经典精确采样算法，“九章三号”处理高斯玻色取样的速度比上一代“九章二号”提升一百万倍。“九章三号”在百万分之一秒时间内所处理的最高复杂度的样本，需要当前最强的超级计算机“前沿”（Frontier）花费超过二百亿年的时间。这一成果进一步巩固了我国在光量子计算领域的国际领先地位。图1：实验装置示意图量子计算是后摩尔时代的一种新的计算范式，它在原理上具有超快的并行计算能力，可望通过特定量子算法在一些具有重大社会和经济价值的问题方面相比经典计算机实现指数级别的加速。因而，研制量子计算机是当前世界科技前沿的最大挑战之一。为此，国际学术界制定了三步走的发展路线。其中，第一步是实现“量子计算优

近日，中国科学技术大学潘建伟及其同事彭承志、曹原等与清华大学王向斌，中科院上海微系统所尤立星等人合作，首次在国际上实现了远距离测量设备无关的自由空间-光纤混合量子密钥分发网络实验，并此基础上完成了白天高背景噪声条件和卫星-地面多普勒频移补偿等验证。相关成果于2023年9月6日（北京时间）在线发表在国际学术期刊《物理评论快报》杂志上 [Phys. Rev. Lett. 131, 100802 (2023)]。这项成果全方位验证了星地间测量设备无关量子密钥分发（MDI-QKD）的可行性，向基于卫星的全球化、高安全性量子通信网络迈出了重要一步。MDI-QKD协议利用双光子干涉技术消除了探测端的所有安全漏洞，无需对测量端的量子设备进行任何安全性假设，被认为是各种量子密钥分发协议中的最佳候选协议之一；而利用自由空间信道和卫星是目前实现全球化量子通信网络的最有效途径。2020年，实验团队通过对独立光源锁频、独立时钟同步、抗强湍流的自适应光学[Opt. Express 28, 36600 (2020); Opt. Express 30, 11684 (2022)] 等技术的发展，在国际上首次

中国科学技术大学潘建伟、苑震生等与清华大学马雄峰、复旦大学周游合作，使用光晶格中束缚的超冷原子，通过制备二维原子阵列、产生原子比特纠缠对、连接纠缠对的分步扩展方式制备了多原子纠缠态，并通过显微学技术调控和观测了其纠缠性质，向制备和测控大规模中性原子纠缠态迈出重要一步。这项研究成果近日发表在国际权威学术期刊《物理评论快报》上，美国物理学会“Physics”以《光晶格量子计算机的里程碑》（Milestone for Optical-Lattice Quantum Computer）为题作了报道。图示：量子气体显微镜和晶体中多体纠缠态示意图量子纠缠是量子计算的核心资源，量子计算的能力将随纠缠比特数目的增长呈指数增长。因而，大规模纠缠态的制备、测量和相干操控是该研究领域的核心问题。在实现量子比特的众多物理体系中，光晶格中的超冷原子比特具备良好的相干性、可扩展性和高精度的量子操控性，成为实现量子信息处理的理想物理体系之一。自2010年开始，中国科大研究团队系统地研究了光晶格中原子的多体相变、原子相互作用、熵分布动力学等，并于2020年实现纠缠保真度为99.3%的1000多对原子纠缠态[N

中国科学技术大学潘建伟、苑震生等与清华大学翟荟、兰州大学么志远等合作，使用自主开发的超冷原子量子模拟器，研究了格点规范场理论中的非平衡态热化过程与量子临界性之间的关系，揭示了具备规范对称性的多体系统处于量子相变临界区域时易于热化到平衡态的规律。这项研究成果近日以“编辑推荐”的形式发表在国际权威学术期刊《物理评论快报》上。图注：Maxwell方程组是一种满足U(1)规范不变性的规范理论，于是，一个重要的问题是：规范理论所描述的物理体系能否通过热化过程到达平衡态？这些问题的解决有助于回答宇宙早期演化等这类远离平衡态的复杂物理问题。规范理论和统计力学是物理学的两大重要基础理论。从经典电动力学的麦克斯韦方程组到描述基本粒子相互作用的量子电动力学、标准模型等，都是满足特定群对称性的规范理论。统计力学，则是基于玻尔兹曼等提出的最大熵原理，将大量微观粒子（原子、分子等）组成的系综的微观状态与其宏观统计规律连接起来的学科，如微观粒子的能量分布是如何影响其压力、体积或者温度等宏观量的。那么，由规范理论描述的、远离平衡态的量子多体系统会热化到热力学平衡态吗？回答这一问题将推动人们对规范理论、统

中国科学技术大学中国科学院量子信息与量子科技创新研究院潘建伟、朱晓波、彭承志等组成的研究团队与北京大学袁骁合作，成功实现了51个超导量子比特簇态制备和验证，刷新了所有量子系统中真纠缠比特数目的世界纪录，并首次实现了基于测量的变分量子算法的演示。该工作将各个量子系统中真纠缠比特数目的纪录由原先的24个大幅突破至51个，充分展示了超导量子计算体系优异的可扩展性，对于多体量子纠缠研究、大规模量子算法实现以及基于测量的量子计算具有重要意义。相关研究成果于7月12日在线发表在国际学术期刊《自然》杂志上。量子纠缠是量子力学中最神秘也是最基础的性质之一，同时也是量子信息处理的核心资源，是量子计算加速效应的根本来源之一。多年以来，实现大规模的多量子比特纠缠一直是各国科学家奋力追求的目标。自1998年人们首次利用核磁共振系统实现3比特GHZ态的制备开始，真多体纠缠态的制备成为包括光子、离子阱、NV色心、中性原子及超导量子比特等各种物理系统规模化扩展的重要表征手段。其中，超导量子比特具有规模化拓展的优势，在近年来发展迅速。我国科学家在超导量子比特多体纠缠制备方面取得了一系列重要成果，自2017年起