《基于光與冷原子的量子物理和量子信息》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。

1、項(xiàng)目名稱(chēng)：基于光與冷原子的量子物理和量子信息首席科學(xué)家：潘建偉中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)起止年限：2011.1至2015.8依托部門(mén)：中國(guó)科學(xué)院二、預(yù)期目標(biāo)1.總體目標(biāo)：項(xiàng)目的總體目標(biāo)是瞄準(zhǔn)我國(guó)未來(lái)信息技術(shù)和社會(huì)發(fā)展的重大需求，開(kāi)展量子物理和量子信息領(lǐng)域的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性和前瞻性探索研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，為我國(guó)在未來(lái)的國(guó)際戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)中搶占核心技術(shù)的制高點(diǎn)打下扎實(shí)基礎(chǔ)，為我國(guó)在量子物理和量子信息及相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展提供戰(zhàn)略性建議，協(xié)調(diào)和推動(dòng)我國(guó)在該領(lǐng)域的研究和發(fā)展；培養(yǎng)和造就從事量子物理和量子信息研究的高級(jí)專(zhuān)門(mén)人才。通過(guò)本項(xiàng)目諸多科研課題獨(dú)立又相互交叉的深入研究，預(yù)期在多光子糾纏的制備和應(yīng)用研究，糾纏光子

2、和原子系綜交互界面的可升級(jí)的量子存儲(chǔ)和量子中繼器的研究，超冷原子量子調(diào)控的研究，和光-冷原子量子信息處理的相關(guān)理論研究等方面做出一些原創(chuàng)性的有重要意義的處于國(guó)際領(lǐng)先水平的成果，并在若干方面將研究成果轉(zhuǎn)化為可預(yù)期的具有市場(chǎng)價(jià)值的產(chǎn)品。這將為構(gòu)筑具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的量子調(diào)控技術(shù)的科學(xué)基礎(chǔ)，以及推動(dòng)我國(guó)量子物理和量子信息的實(shí)用化做出重要貢獻(xiàn)。本項(xiàng)目預(yù)計(jì)將在量子物理與量子信息等研究領(lǐng)域內(nèi)發(fā)表高質(zhì)量學(xué)術(shù)論文數(shù)十篇、出版專(zhuān)著2-3部、申請(qǐng)5-10項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利、組織高水平的國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)會(huì)議、培養(yǎng)30名左右的優(yōu)秀人才，從而凝聚和培養(yǎng)一支高素質(zhì)的從事量子物理和量子信息科學(xué)技術(shù)研究的科研隊(duì)伍，建立在學(xué)術(shù)上

3、具有重要國(guó)際影響的科研基地，提升我國(guó)在這一前沿交叉領(lǐng)域的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力，在量子物理和量子信息相關(guān)研究領(lǐng)域內(nèi)繼續(xù)保持國(guó)際領(lǐng)先地位。2.五年預(yù)期目標(biāo):（1）實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)八光子糾纏的產(chǎn)生和基于糾纏的單向量子計(jì)算；（2）實(shí)現(xiàn)基于糾纏光子的干涉器件、量子計(jì)算器件的研制；（3）將糾纏光子存儲(chǔ)到冷原子系綜中，實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)窄帶糾纏光子與量子存儲(chǔ)器的接口；（4）延長(zhǎng)冷原子系綜量子存儲(chǔ)的壽命到100毫秒數(shù)量級(jí)，探索更貼近實(shí)用的量子中繼器；（5）實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)光阱中的玻色-愛(ài)因斯坦凝聚，產(chǎn)生等效規(guī)范勢(shì)場(chǎng)；（6）開(kāi)發(fā)光晶格中單原子分辨和定位技術(shù)，探索對(duì)單原子的操控技術(shù)；（7）探索冷原子在空心光子晶體光纖中與光場(chǎng)相互作用的特

4、性，開(kāi)展一維量子光學(xué)體系中光子費(fèi)米化的研究；（8）在理論上建立利用光子和冷原子進(jìn)行量子物理和量子信息研究的一系列物理模型及相應(yīng)的算法和設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)的理論指導(dǎo)。三、研究方案1.學(xué)術(shù)思路：本項(xiàng)目計(jì)劃以光子與冷原子為主要研究對(duì)象，開(kāi)展量子物理與量子信息等領(lǐng)域的一系列關(guān)鍵問(wèn)題，關(guān)鍵技術(shù)以及面向應(yīng)用的研究工作。在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)業(yè)已取得的系列量子物理與量子信息理論、實(shí)驗(yàn)及相關(guān)應(yīng)用的研究成果基礎(chǔ)上，本項(xiàng)目將結(jié)合當(dāng)今先進(jìn)的激光技術(shù)，信息技術(shù)和電子學(xué)技術(shù)，充分發(fā)揮多學(xué)科交叉互補(bǔ)、實(shí)驗(yàn)理論緊密結(jié)合的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)展對(duì)光子和冷原子操控的各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，系統(tǒng)性地理論研究量子物理與量子

5、信息基本原理與應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)更多光子更多自由度的糾纏和基于多糾纏光子的量子計(jì)算演示，研發(fā)基于光子與原子相干操控和量子存儲(chǔ)技術(shù)的可實(shí)用化的量子中繼器，發(fā)展超冷原子的制備和操控技術(shù)和量子仿真應(yīng)用。最終在上述研究的基礎(chǔ)上，本項(xiàng)目的開(kāi)展實(shí)現(xiàn)將為中國(guó)構(gòu)筑具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的量子信息技術(shù)的科學(xué)基礎(chǔ)，為推動(dòng)中國(guó)量子信息的實(shí)用化做出重要貢獻(xiàn)。2.技術(shù)途徑：在多光子糾纏態(tài)制備及其在量子信息中的應(yīng)用方面，本項(xiàng)目計(jì)劃在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，著力于提升單光子的收集效率與探測(cè)效率，結(jié)合高維光子糾纏度的應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)多光子多自由度量子比特的快速高精度的操控。以此為基礎(chǔ)，系統(tǒng)地研究上述體系在量子精密測(cè)量，量子計(jì)算，新穎量子基

6、礎(chǔ)檢測(cè)等方面的能力，為其應(yīng)用于量子信息處理提供重要依據(jù)。進(jìn)一步，把這些已經(jīng)搭建的實(shí)驗(yàn)體系整合成為功能化小型化的量子實(shí)驗(yàn)器件，運(yùn)用于量子精密測(cè)量原理的演示、新型量子計(jì)算模式的驗(yàn)證以及重要基礎(chǔ)物理問(wèn)題的研究。在光子與冷原子的量子存儲(chǔ)方面，深入研究量子存儲(chǔ)的退相干機(jī)制和損耗機(jī)制；在理論指導(dǎo)下，實(shí)驗(yàn)上采用激光、磁場(chǎng)控制等多種途徑提高冷原子的光學(xué)厚度，抑制退相干和原子損耗，增大光子與原子的耦合強(qiáng)度以期提高冷原子系綜量子存儲(chǔ)的壽命和量子態(tài)讀出效率。在應(yīng)用研究方面，我們將優(yōu)化單個(gè)量子存儲(chǔ)器性能，提升其穩(wěn)定性和效率；開(kāi)發(fā)多單元量子存儲(chǔ)器件；與多光子糾纏技術(shù)結(jié)合起來(lái)，將糾纏光子的操控和冷原子的操控統(tǒng)一

7、聯(lián)接起來(lái)，為將來(lái)實(shí)用型量子中繼器的開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)。在超冷原子的量子調(diào)控方面，以玻色-愛(ài)因斯坦凝聚為基礎(chǔ)，依靠中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)已具有的光子操控和原子操控的技術(shù)，通過(guò)激光、磁場(chǎng)和超冷原子的耦合，實(shí)現(xiàn)對(duì)超冷原子量子態(tài)的精密操控和調(diào)節(jié)，為量子仿真凝聚態(tài)物理現(xiàn)象打下基礎(chǔ)。進(jìn)一步，開(kāi)發(fā)光晶格中的單格點(diǎn)分辨以及單原子操縱技術(shù)，對(duì)光晶格格點(diǎn)中的單個(gè)原子進(jìn)行相干操控。同時(shí)通過(guò)研究原子與光子之間的相互作用，探索利用空心光子晶體光纖中的原子和光子進(jìn)行量子存儲(chǔ)，量子仿真的技