量子信息科学在中国科学技术大学的兴起和发展 第3页 固态量子计算被国际学术界认为是最有希望研究成功的途径之一，固态中量子比特之间的固有耦合是其易于扩展集成的优势根源，但在量子计算过程中往往要求断开量子比特间的这种固有耦合，这是固态量子计算遇到的新难题.我们提出“无相互作用子空间（IFS）”的新概念，利用编码方法可以实现逻辑比特之间的消耦合，同时证实，在实际固态模型中实施逻辑比特的任意操作和受控操作是可行的.进一步，将学术界业已认可的无消相干子空间（DFS）与IFS相结合，提出固态容错量子计算新方案，并在实际的固态模型中证明了其可行性.这开辟了固态量子计算的新研究方向.
6．3 实验上实现量子受控非门的隐形传送［21］
基于量子光学系统的量子计算物理实现是另一种有希望途径，其优点是量子相干性好.但这类方案的不足之处是物理可扩展性差.分布量子计算方案是克服这个缺点的有效方法，即以只含少数量子比特的系统作为节点，采用纠缠通道将这些节点连成量子网络，便可实现量子计算.该方案的可行性取决于在相距甚远的节点之间能否实现两比特的量子受控门操作这一关键问题.特别是，在光子与节点量子比特之间非强耦合的条件下能否实现确定性的受控非门操作更是至关重要的问题.我们运用纠缠光子对在实验上将某个节点的两比特受控门操作经由纠缠量子通道隐形传送到远处的另一个节点上，实现了两个节点之间的确定性受控门操作，这个操作的平均保真度达到0.84.《Phys.Rev.Lett.》的审稿人认为“这是向分布量子计算的实现迈出的重要一步”.
6．4 实验上实现独立光子间的量子逻辑门［22］
光子之间的相互作用非常微弱，在实验上要实现两个独立光子之间的受控非门操作是相当困难的.利用五光子纠缠技术，首次实现了非破坏性可升级的独立光子之间的量子逻辑门，这是线性光学量子计算研究中最基本和重要的一步.作为这种量子逻辑门的一个重要应用例子，还进一步在实验上用它来实现完全的量子隐形传态.
6．5 混合态量子几何相的实验研究［23］
几何相是量子理论的重要概念，但什么是量子混态的几何相却尚未搞清楚.我们利用核磁共振（NMR）实验技术完成具备不同噪声的量子混态的制备，观测到了任意量子态的几何相.该工作受到国际学术界的高度关注.
6．6 利用光子比特实现Shor量子分解算法［24］
我们在国际上首次用光子比特设计了一套线性光学网络，实验演示了15=3×5这个质数因子分解，并且确认了量子计算中多体纯纠缠的存在，验证了量子加速的根源问题.该工作获得了国际学术界的关注和认可.麻省理工学院教授Seth Lloyd评价该实验是“迈向光学量子计算的必要一步”.美国物理学会以“量子计算的重大突破”为题发布新闻稿，称赞“这一富有创造性的工作将有助于进一步应用于物理化学建模和超快搜索”.英国科技新闻杂志《New Scientist》以《量子计算威胁我们的机密数据》为题对实验做了长篇报道，称“出现能运行Shor算法的量子计算机具有极为深远的意义：这意味着未来量子计算机能够轻松地破解我们银行帐号，商业和电子商务数据使用的密码.”此外，美国的《Science News》、德国的《Innovations Report》等其他多家科学期刊和网站也纷纷报道了该工作.
6．7 首次证明“量子开关”可被局域识别，为量子信息处理提供了一个实用方法［25］
此前，物理学家们证明了量子门操作可以被准确地识别，但该方法需要量子纠缠作为基本资源，而量子纠缠在现阶段实验中获取、保存与传输都有很大难度，因此实验实现的难度巨大.
我们利用幺正变换的基本性质，证明了量子门的识别过程中可以不需要耗费纠缠资源，仅使用局部操作和传统手段就可以完成识别功能，这一成果为量子信息处理过程的量子门操作识别和量子通信信通的识别提供的一个很好的工具.审稿人评价“对我们理解量子操作具有重要贡献”.
7 量子信息应用研究的进展
7．1 利用纠缠光子对在实验上检验了Kochen-Specker理论［26］
在量子物理学中，隐变量理论一直在挑战着量子力学的完备性.Bell不等式在实验上的违背证实了这种隐变量是不存在的，量子力学是完备的.但这个结论仅适合于类空事件的场合.Kochen-Specker理论更深刻揭示出与环境无关的隐变量（NCHV）与量子力学的不相容性，但以往只有两个对NCHV进行统计性检验的实验.我们完成了一个“全有或全无”类型的对NCHV的非统计性的实验检验，实验结果有力地说明了量子力学的正确性.
7．2 首次利用核磁共振实现了量子博弈实验［27］
实验上验证了在量子博弈中，如果两个参与人都选择了量子策略，他们将获得双赢的结果，而在经典博弈中，任何一个理性的参与人都不可能获胜.这个有趣的研究成果，在国际学术媒体中引起广泛的兴趣，美国和英国物理学会发表了许多报道和评价.
7．3 实验上实现高精度量子相位测量［28］
应用双模光子数态和自己独创的多光子投影测量方法，实验测得的相位精度超过相应的标准量子极限.该方法最有希望逼近海森伯极限.著名的美国物理学科网站以《测量精度冲破了标准量子极限》为题做了专文报道.
7．4 实验上研制成功“量子赌博机”［29］
这是宏观上展示量子力学反常行为的奇妙机器，其功能可抑制“庄家”的欺骗，在未来的量子信息产业中可能成为一种必备的商用机器.该文章发表后，《Nature》在其“研究亮点”栏目专文中作了报导，美国物理学科网站也以《物理学家建立量子赌博机》为题予以长篇报道.
8 结束语
量子信息技术已经成为各国战略竞争的焦点之一，我们有幸在起跑线上加入到这场关系到国家重大利益的竞争之中，就必须义无反顾地担负起这份历史责任，在这个新兴领域中为我国争得重要的一席之地.面对着这个巨大的挑战和难得的机遇，我们将以量子通信网络和量子计算机为研究目标，艰苦奋斗，永不放弃.雄关漫道真如铁，无限风光在险峰！
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