提名国家自然科学奖项目公示.PDF

提名国家自然科学奖项目公示 项目名称 噪声下的精确量子操作与纠缠纯化理论方法 提名单位 工业和信息化部 提名单位意见： 该项目围绕“噪声下的精确量子操作与纠缠纯化理论方法”这一课题， 系统研究了非绝热和乐量子门操作的理论方案和原理性实验、量子纠缠纯 化和量子中继理论，取得了一系列重要研究成果： 1）提出了非绝热和乐量子操作理论，率先在实验上完成原理性验证； 2 ）提出了基于实用纠缠源的可循环纠缠纯化方案和确定纠缠纯化方 案，构造了国际上第一个复合纠缠纯化方案； 3）构造了高效量子中继器方案，提出了超纠缠贝尔态分析方案。 八篇代表论文发表在Phys. Rev. Lett. 等国际著名学术期刊，引起了广 泛的学术影响。这些创新性成果为推动实用化量子计算、量子网络和长距 离量子通信提供了理论依据和实验支持。该项目获得2018 年度中国电子 学会自然科学一等奖。 提名该项目为国家自然科学奖 二 等奖。 项目简介： 量子信息是未来信息技术的重要发展方向，是世界各国激烈竞争的战 略要地。噪声导致操作误差和纠缠退化，是影响量子信息实用化的难题。 针对这一国际性难题，该项目组开展了长期系统的研究，取得以下重要科 学发现： 1）提出了非绝热和乐量子操作的理论方法，率先在国际上完成了原 理验证实验，推动了和乐量子计算向实用化的发展。 和乐是非阿贝尔几何相位，基于和乐的量子操作具有内在的抗误差能 力。而Zanardi 提出的绝热和乐量子操作方案，运行缓慢，使得量子系统 长时间暴露在噪声中，引起更多错误，遭遇发展瓶颈。该项目组提出了可 快速操作的非绝热和乐量子计算方案，并率先在国际上完成了原理验证实 验，引领和促进了国际上该方向的发展。国际著名自旋电子学专家、美国 科学院和工程院两院院士David Awschalom 在引用项目组工作时指出，“通 过缩短和乐门的演化时间，可以缩短退相干过程的时间，这一优势使得在 超导比特，核磁共振体系中展示和乐量子计算成为可能”。 2 ）提出了循环纠缠纯化、确定纠缠纯化和复合纠缠纯化方案，为实 用化量子网络和量子通信提供了理论支持。 噪声导致量子纠缠退化，纠缠纯化就是对退化的纠缠提纯得到高质量 纠缠的方法。针对实际纠缠源，设计了循环纠缠纯化方法；利用超纠缠， 提出了只需两步纯化就能达到最大纠缠的确定纠缠纯化方案；在国际上首 次提出针对复合纠缠的纯化方法。英国量子通信中心主任Spiller 教授建议 将该团队提出的纯化方案用于量子中继的设计。 德国美因茨大学 P. van Loock 教授将该项目组的循环纯化方案与国 际量子通信奖获得者Gisin 的方案、沃尔夫奖获得者 Zoller 等的方案一起 引用，指出，“人们提出了多种修正和改进的量子中继及其构件的方案”。 奥地利科学院量子光学与量子信息研究所副所长 R. Ursin 教授把该项目 组的确定纠缠纯化方案称为“高效纠缠纯化方案”。 3）构造了高效量子中继器方案，提出了超纠缠贝尔态分析方案，为 长距离量子通信提供了理论支持。 该项目组提出高效量子中继器方案，采用了可以快速完成的确定纠缠 纯化，克服了量子中继中纯化耗时长的缺点。该项目组首次提出了超纠缠 贝尔态分析方法，构造了国际上首个多自由度量子隐形传态和纠缠交换方 案。加拿大量子信息首席研究员 Hoi-Kwong Lo 在 Nature Comm. 的论文 中引用了包括该项目组高效量子中继等工作，强调 “要使用量子中继来 链接发送者和接受者的节点，以获得与距离为多项式标度的效率”。 八篇代表论文发表在Phys. Rev. Lett. 等国际重要期刊，被包括Nature Photonics、Nature Commun. 、Phys. Rev. Lett. 等的论文SCI 他引865 次。 四篇代表论文是领域ESI 高被引论文。代表论文4 和5 作为量子纠缠纯 化的代表性文献，被写入国际权威学术专著《Advances in Atomic Molecular and Optical Physics》。 客观评价： 八篇代表论文被N