1、2015 年度国家科技奖励公示材料-国家自然科学奖一、 项目名称：多光子纠缠干涉度量学二、 推荐单位：中国物理学会、中国科学院、安徽省三、 项目简介：通过对光子、原子等微观粒子的精确操纵，量子物理原理提供了一种全新的方式对信息进行编码、存储、传输和逻辑操作，在确保通信安全和提升计算速度等方面能够突破经典信息技术的瓶颈，使得量子信息科学成为上世纪九十年代以来国际上最活跃的前沿研究领域之一。量子信息的物理研究和技术实现将人类利用量子力学认识和改造世界的实践带到了一个新的历史高度，并对国家信息安全和战略性信息产业产生深远的影响，已经成为国际激烈竞争的焦点。多粒子纠缠的相干操纵是发展实用化量子信息技术
2、的必备条件。以本项目成员为代表的中国科学家在国际上引领和推动了多光子纠缠干涉量度学的发展，取得了广域量子通信和光学量子信息处理等领域的系统性关键突破，并在此基础上将量子保密通信技术带入现实应用，赢得国际学术界广泛认可。主要成果包括：1、系统性地发展了多光子纠缠和干涉，并用于量子力学基础检验。在国际上首次实验制备和严格验证具有多体纯纠缠的多光子纠缠态。2004 年，实现对五光子纠缠的操纵，为当时世界上所有物理系统的最多纠缠粒子数目，首次达到量子纠错必需的比特数目。在随后的 2007、2010 和 2012 年，项目组三次打破并刷新自己的记录，率先实现六光子纠缠、五光子十比特超纠缠和八光子纠缠，并
3、保持纪录至今。2、利用多光子操纵率先实现量子信息处理关键技术和重要算法。首次实现终端开放量子隐形传态、两粒子复合态量子隐形传态和量子远程克隆；通过量子容失编码和拓扑量子纠错实验，证明容错量子计算的可行性；全面演示了量子信息领域的重要算法，包括独立光子之间的逻辑门操作、大数分解算法、搜索算法、求解线性方程组量子算法和“任意子”分数统计现象的量子模拟。3、全面发展了面向实用化保密量子通信的光量子传输方法，奠定了广域量子通信的科学基础。首次克服实用量子通信的两大安全隐患，突破安全距离超百公里的光纤量子密钥分发、全通型量子电话和规模化城域量子网络，实现了量子通信在城市范围内的实用化；发展了国际上综合性
4、能最好的量子存储器，从理论上提出并实验实现了可升级量子中继基本单元，使得量子通信在城际之间的实用化成为可能；在国际上引领自由空间量子通信技术的发展，率先突破了远距离量子通信穿越大气层等效厚度和克服高损耗星地通道的关键技术，实现了百公里量级的纠缠分发和量子隐形传态，为未来实现基于星地量子通信的全球化量子网络奠定了科学和技术基础。本项目 8 篇代表性论文被他引 1116 次，20 篇主要论文被他引 2148 次。项目组成员应邀为现代物理评论撰写题为多光子纠缠和干涉度量学的长篇综述，这是中国大陆科学家在该刊发表的第一篇实验综述论文。项目研究成果入选欧洲物理学会评选的“年度物理学重大进展” （2 次）
5、 、美国物理学会评选的 “年度物理学重大事件 ”（3 次） 、 自然杂志评选的“年度十大科技亮点” （1 次） 、两院院士评选的 “年度中国十大科技进展新闻”（7 次） 。项目主要成员获得了国际量子通信奖、求是杰出科学家奖、何梁何利科学与技术成就奖等重要奖项。四、 主要完成人情况表姓名 排名技术职称工作单位 完成单位 对本项目技术创造性贡献 曾获国家科技奖励情况潘建伟 1 正高 中国科学技术大学中国科学技术大学对重要科学发现1、2、3 均有创造性贡献，是代表性论文1-8 和主要论文9-19 的通讯作者或联合通讯作者。作为学术带头人全面领导、参与了本项目全部研究工作并均有实质性学术贡献。占本人工
6、作量的80%。无（待定） 2（待定） 3（待定） 4（待定） 5五、 代表性论文专著目录序号论文专著名称/刊名/ 作者年卷页码发表时间通讯作者第一作者 国内作者SCI他引次数他引总次数知识产权是否国内所有1Experimental demonstration of five-photon entanglement and open-destination quantum teleportation/Nature/Z. Zhao, Y.-A. Chen, A.-N. Zhang, T. Yang, H. Briegel, and J. -W. Pan 2004年 430卷 54页2004 年7
7、月 1 日潘建伟 赵志赵志、 陈宇翱、张安宁、杨涛、潘建伟309 348 是2Experimental entanglement of six photons in graph states/Nature Physics/C.-Y. Lu, X.-Q. Zhou, O. Guhne, 2007年 3 卷91 页2007 年1 月 14日陆朝阳、潘建伟陆朝阳陆朝阳、周晓琪、高炜博、张瑾、 苑震生、299 310 是W.-B. Gao, J. Zhang, Z.-S. Yuan, A. Goebel, T. Yang, and J.-W. Pan杨涛、 潘建伟3Observation of eig
8、ht-photon entanglement/Nature Photonics/ X.-C. Yao, T.-X. Wang, P. Xu, H. Lu, G.-S. Pan, X.-H. Bao, C.-Z. Peng, C.-Y. Lu, Y.-A. Chen and J.-W. Pan2012年 6 卷225 页2011 年5 月 31日（arXiv）陆朝阳、潘建伟姚星灿姚星灿、王天雄、徐凭、 逯鹤、 潘阁生、包小辉、彭承志、陆朝阳、陈宇翱、潘建伟54 57 是4Experimental demonstration of topological error correction/Natu
9、re/ X.-C. Yao, T.-X. Wang, H.-Z. Chen, W.-B. Gao, A. Fowler, R. Raussendorf, Z.-B. Chen, N.-L. Liu, C.-Y. Lu, Y.-J. Deng, Y.-A. Chen and J.-W. Pan2012年 482卷 489页2009 年5 月 11日（arXiv）陈宇翱、潘建伟姚星灿姚星灿、王天雄、陈昊泽、高炜博、陈增兵、刘乃乐、陆朝阳、邓友金、陈宇翱、潘建伟36 40 是5Experimental free-space quantum teleportation/Nature Photonics
10、/X. -M. Jin, J. -G. Ren, B. Yang, Z. -H. Yi, F. Zhou, X. -F. Xu, S. -K. Wang, D. Yang, Y. -F. Hu, S. Jiang, T. Yang, K. Chen, C. -Z. Peng and J. -W. Pan2010年 5卷 376页2010 年5 月 1 日彭承志、潘建伟金贤敏、任继刚金贤敏、任继刚、杨彬、易震环、周飞、徐晓帆、王少凯、杨冬、胡元峰、蒋硕、杨涛、陈凯、彭承志、潘建伟56 58 是6Experimental demonstration of a BDCZ quantum repeat
11、er node/Nature/Z.-S. Yuan, Y.-A. Chen, B. Zhao, S. Chen, J. Schmiedmayer, and J.-W. Pan 2008年 454卷 1098页2008 年8 月 28日陈宇翱、潘建伟苑震生、陈宇翱苑震生、陈宇翱、赵博、 陈帅、 潘建伟117 120 是7Experimental free-space distribution of entangled photon pairs over 13 km: Towards satellite-based 2005 年94 卷150501页2005 年4 月 22日潘建伟彭承志彭承志、杨
12、涛、包小辉、张军、金贤敏、冯发勇、杨兵、 杨82 98 是global quantum communication/Physical Review Letters/C.-Z. Peng, T. Yang, X.-H. Bao, J. Zhang, X.-M. Jin, F.-Y. Feng, B. Yang, J. Yang, J. Yin, Q. Zhang, N. Li, B.-L. Tian, and J.-W. Pan剑、 印娟、 张强、 黎楠、 田保力、潘建伟8Quantum teleportation and entanglement distribution over 100-k
13、ilometre free-space channels/Nature/ J. Yin, J.-G. Ren, H. Lu, Y. Cao, H.-L. Yong, Y.-P. Wu, C. Liu, S.-K. Liao, F. Zhou, Y. Jiang, X.-D. Cai, P. Xu, G.-S. Pan, J.-J. Jia, Y.-M. Huang, H. Yin, J.-Y. Wang, Y.-A. Chen, C.-Z. Peng and J.-W. Pan2012年 488卷 185页2012 年1 月 20日陈宇翱、彭承志、潘建伟印娟、任继刚、逯鹤印娟、 任继刚、逯鹤、 曹原、 雍海林、吴裕平、刘畅、 廖胜凯、周飞、 姜艳、 蔡昕东、徐凭、 潘阁生、贾建军、黄永梅、尹浩、 王建宇、陈宇翱、彭承志、潘建伟33 39 是
