項目名稱：基于光與冷原子的量子物理和量子信息首席科學家

1、項目名稱稱：基于光與與冷原子子的量子子物理和和量子信信息首席科學學家：潘建偉 中國科科學技術術大學起止年限限：20111.1至至20115.88依托部門門：中國科學學院二、預期期目標1. 總總體目標標：項目目的總體體目標是是瞄準我我國未來來信息技技術和社社會發(fā)展展的重大大需求，開展量量子物理理和量子子信息領領域的基基礎性、戰(zhàn)略性性和前瞻瞻性探索索研究和和關鍵技技術攻關關，為我我國在未未來的國國際戰(zhàn)略略競爭中中搶占核核心技術術的制高高點打下下扎實基基礎，為為我國在在量子物物理和量量子信息息及相關關領域的的發(fā)展提提供戰(zhàn)略略性建議議，協(xié)調調和推動動我國在在該領域域的研究究和發(fā)展展；培養(yǎng)養(yǎng)和造就就從事

2、量量子物理理和量子子信息研研究的高高級專門門人才。通過本項項目諸多多科研課課題獨立立又相互互交叉的的深入研研究，預預期在多多光子糾糾纏的制制備和應應用研究究，糾纏纏光子和和原子系系綜交互互界面的的可升級級的量子子存儲和和量子中中繼器的的研究，超冷原原子量子子調控的的研究，和光-冷原子子量子信信息處理理的相關關理論研研究等方方面做出出一些原原創(chuàng)性的的有重要要意義的的處于國國際領先先水平的的成果，并在若若干方面面將研究究成果轉轉化為可可預期的的具有市市場價值值的產品品。這將將為構筑筑具有我我國自主主知識產產權的量量子調控控技術的的科學基基礎，以以及推動動我國量量子物理理和量子子信息的的實用化化做出

3、重重要貢獻獻。本項目預預計將在在量子物物理與量量子信息息等研究究領域內內發(fā)表高高質量學學術論文文數(shù)十篇篇、出版版專著22-3部部、申請請5-110項發(fā)發(fā)明專利利、組織織高水平平的國內內外學術術會議、培養(yǎng)330名左左右的優(yōu)優(yōu)秀人才才，從而而凝聚和和培養(yǎng)一一支高素素質的從從事量子子物理和和量子信信息科學學技術研研究的科科研隊伍伍，建立立在學術術上具有有重要國國際影響響的科研研基地，提升我我國在這這一前沿沿交叉領領域的國國際競爭爭能力，在量子子物理和和量子信信息相關關研究領領域內繼繼續(xù)保持持國際領領先地位位。2. 五五年預期期目標:（1）實實驗實現(xiàn)現(xiàn)八光子子糾纏的的產生和和基于糾糾纏的單單向量子子計

4、算；（2）實實現(xiàn)基于于糾纏光光子的干干涉器件件、量子子計算器器件的研研制；（3）將將糾纏光光子存儲儲到冷原原子系綜綜中，實實驗實現(xiàn)現(xiàn)窄帶糾糾纏光子子與量子子存儲器器的接口口；（4）延延長冷原原子系綜綜量子存存儲的壽壽命到1100毫毫秒數(shù)量量級，探探索更貼貼近實用用的量子子中繼器器；（5）實實驗實現(xiàn)現(xiàn)光阱中中的玻色色-愛因斯斯坦凝聚聚，產生生等效規(guī)規(guī)范勢場場；（6）開開發(fā)光晶晶格中單單原子分分辨和定定位技術術，探索索對單原原子的操操控技術術；（7）探探索冷原原子在空空心光子子晶體光光纖中與與光場相相互作用用的特性性，開展展一維量量子光學學體系中中光子費費米化的的研究；（8）在在理論上上建立利利用

5、光子子和冷原原子進行行量子物物理和量量子信息息研究的的一系列列物理模模型及相相應的算算法和設設計，實實現(xiàn)對相相關實驗驗的理論論指導。三、研究究方案1. 學學術思路路：本項目計計劃以光光子與冷冷原子為為主要研研究對象象，開展展量子物物理與量量子信息息等領域域的一系系列關鍵鍵問題，關鍵技技術以及及面向應應用的研研究工作作。在中中國科學學技術大大學科研研團隊業(yè)業(yè)已取得得的系列列量子物物理與量量子信息息理論、實驗及及相關應應用的研研究成果果基礎上上，本項項目將結結合當今今先進的的激光技技術，信信息技術術和電子子學技術術，充分分發(fā)揮多多學科交交叉互補補、實驗驗理論緊緊密結合合的優(yōu)勢勢，開展展對光子子和冷

6、原原子操控控的各個個關鍵環(huán)環(huán)節(jié)、關關鍵技術術攻關，系統(tǒng)性性地理論論研究量量子物理理與量子子信息基基本原理理與應用用，實驗驗實現(xiàn)更更多光子子更多自自由度的的糾纏和和基于多多糾纏光光子的量量子計算算演示，研發(fā)基基于光子子與原子子相干操操控和量量子存儲儲技術的的可實用用化的量量子中繼繼器，發(fā)發(fā)展超冷冷原子的的制備和和操控技技術和量量子仿真真應用。最終在在上述研研究的基基礎上，本項目目的開展展實現(xiàn)將將為中國國構筑具具有自主主知識產產權的量量子信息息技術的的科學基基礎，為為推動中中國量子子信息的的實用化化做出重重要貢獻獻。2. 技技術途徑徑：在多光子子糾纏態(tài)態(tài)制備及及其在量量子信息息中的應應用方面面，本

7、項項目計劃劃在現(xiàn)有有技術基基礎上，著力于于提升單單光子的的收集效效率與探探測效率率，結合合高維光光子糾纏纏度的應應用來實實現(xiàn)多光光子多自自由度量量子比特特的快速速高精度度的操控控。以此此為基礎礎，系統(tǒng)統(tǒng)地研究究上述體體系在量量子精密密測量，量子計計算，新新穎量子子基礎檢檢測等方方面的能能力，為為其應用用于量子子信息處處理提供供重要依依據(jù)。進進一步，把這些些已經搭搭建的實實驗體系系整合成成為功能能化小型型化的量量子實驗驗器件，運用于于量子精精密測量量原理的的演示、新型量量子計算算模式的的驗證以以及重要要基礎物物理問題題的研究究。在光子與與冷原子子的量子子存儲方方面，深深入研究究量子存存儲的退退相

8、干機機制和損損耗機制制；在理理論指導導下，實實驗上采采用激光光、磁場場控制等等多種途途徑提高高冷原子子的光學學厚度，抑制退退相干和和原子損損耗，增增大光子子與原子子的耦合合強度以以期提高高冷原子子系綜量量子存儲儲的壽命命和量子子態(tài)讀出出效率。在應用用研究方方面，我我們將優(yōu)優(yōu)化單個個量子存存儲器性性能，提提升其穩(wěn)穩(wěn)定性和和效率；開發(fā)多多單元量量子存儲儲器件；與多光光子糾纏纏技術結結合起來來，將糾糾纏光子子的操控控和冷原原子的操操控統(tǒng)一一聯(lián)接起起來，為為將來實實用型量量子中繼繼器的開開發(fā)奠定定基礎。在超冷原原子的量量子調控控方面，以玻色色-愛因斯斯坦凝聚聚為基礎礎，依靠靠中國科科學技術術大學科科研

9、團隊隊已具有有的光子子操控和和原子操操控的技技術，通通過激光光、磁場場和超冷冷原子的的耦合，實現(xiàn)對對超冷原原子量子子態(tài)的精精密操控控和調節(jié)節(jié)，為量量子仿真真凝聚態(tài)態(tài)物理現(xiàn)現(xiàn)象打下下基礎。進一步步，開發(fā)發(fā)光晶格格中的單單格點分分辨以及及單原子子操縱技技術，對對光晶格格格點中中的單個個原子進進行相干干操控。同時通通過研究究原子與與光子之之間的相相互作用用，探索索利用空空心光子子晶體光光纖中的的原子和和光子進進行量子子存儲，量子仿仿真的技技術可行行性，為為今后多多用途量量子器件件的開發(fā)發(fā)打下基基礎。3. 創(chuàng)創(chuàng)新點與與特色：本項目中中所選擇擇的研究究內容，都是針針對量子子物理和和量子信信息中廣廣泛受到

10、到關注、具有重重要應用用前景的的關鍵科科學問題題。其中中每個問問題的解解決，都都具有重重要的科科學意義義和應用用前景。這個過過程中發(fā)發(fā)展起來來的技術術不僅在在量子物物理和量量子信息息領域中中很重要要，而且且可以廣廣泛應用用于原子子物理，光學和和凝聚態(tài)態(tài)物理等等領域產產生的眾眾多交叉叉學科的的研究中中。因此此，本項項目的成成功將是是具有重重大價值值的科技技進展。（1）在在研究對對象上，我們采采用光子子和冷原原子作為為主要的的研究和和量子調調控對象象。光和和原子系系統(tǒng)優(yōu)勢勢互補是是本項目目的一大大特色。光子是是理想的的量子信信息載體體，具有有傳輸迅迅捷、性性能穩(wěn)定定、易于于進行相相干操作作等一系系

11、列優(yōu)點點。量子子信息學學十余年年來的發(fā)發(fā)展，光光子始終終是研究究者們有有力的工工具，相相關技術術已相當當成熟。原子是是當前量量子信息息理想的的存儲介介質，在在量子物物理和量量子信息息技術中中可以彌彌補單純純操作光光子的局局限性。另外，冷原子子體系也也成為量量子調控控的重點點。原子子操控技技術的發(fā)發(fā)展和推推廣將應應用于更更大的領領域中，產生更更多的學學科交叉叉。（2）從從研究手手段上，依靠已已有的雄雄厚實驗驗技術，利用經經驗豐富富的研究究成員借借鑒和吸吸收當前前先進技技術，是是本項目目完成的的重要保保證。在在多光子子糾纏方方面，本本項目計計劃發(fā)展展高效率率的光子子收集系系統(tǒng)和探探測器，高穩(wěn)定定性

12、的單單光子干干涉Saagnaac環(huán)等等關鍵器器件，進進行更多多光子糾糾纏的研研究，發(fā)發(fā)展量子子信息處處理和量量子計算算的新技技術。在在光和冷冷原子量量子存儲儲和量子子中繼器器的研究究方面，科研團團隊將從從克服量量子退相相干的目目標出發(fā)發(fā)，結合合暗磁光光阱、藍藍失諧光光偶極阱阱、“鐘態(tài)”原子和和光學腔腔等新開開發(fā)技術術，提高高量子存存儲的品品質，并并發(fā)展多多信息的的存儲介介質，開開發(fā)更加加貼近于于實用的的量子中中繼器技技術。在在利用超超冷原子子進行量量子調控控方面，科研團團隊將結結合超冷冷原子獲獲取和操操控技術術、光晶晶格技術術、Feeshbbachh共振技技術，和和最新發(fā)發(fā)展的單單原子分分辨與

13、定定位技術術、空心心光子晶晶體光纖纖裝載原原子技術術，有效效開展具具有我們們自己特特色的量量子仿真真，量子子調控的的研究工工作，進進一步探探索量子子物理學學的奧秘秘。（3）從從研究方方法上，注重實實驗與理理論的緊緊密結合合。理論論計算與與實驗分分析將始始終貫穿穿于每一一個課題題、每一一項研究究工作中中。這種種密切結結合，即即能夠確確保理論論上掌握握基于光光和冷原原子量子子調控實實現(xiàn)的各各個環(huán)節(jié)節(jié)的條件件、揭示示實際可可行的技技術途徑徑和發(fā)展展具有原原創(chuàng)性的的量子物物理和量量子信息息新技術術，又能能夠在實實驗上將將各種技技術手段段有機集集成迅速速有效運運用到各各種物理理問題的的研究和和探索當當中

14、。因因此，形形成理論論和實驗驗互相促促進、多多學科和和多技術術手段交交叉的良良好研究究氛圍和和機制，將為本本項目預預期目標標的完美美實現(xiàn)創(chuàng)創(chuàng)造必要要和可靠靠的條件件。4. 取取得重大大突破的的可行性性分析：各課題組組在多光光子糾纏纏，冷原原子量子子存儲及及其相關關的理論論已開展展了多年年研究，已有很很好的研研究基礎礎，開展展了廣泛泛深入的的國際學學術交流流和科技技合作，培養(yǎng)和和創(chuàng)建了了完整的的研究梯梯隊，取取得了一一系列國國際領先先的研究究成果。完備的的研究隊隊伍、雄雄厚的技技術儲備備、成熟熟的科研研實驗平平臺和廣廣泛的國國際合作作等方面面為本項項目的進進一步深深入研究究奠定了了良好的的基礎。

15、通過幾幾個課題題組的繼繼續(xù)發(fā)展展和緊密密結合，本項目目極有可可能在更更多光子子糾纏的的產生和和應用、基于光光子和原原子相互互作用的的新型量量子存儲儲和量子子中繼器器的開發(fā)發(fā)、超冷冷原子的的量子調調控以及及貫穿其其中的機機理研究究和解決決方法等等方面取取得一批批重大突突破和科科技進展展。5項目目組織形形式：項目將參參照“9973”項目的的要求實實施，實實行首席席科學家家負責制制，成立立以首席席科學家家為組長長的項目目執(zhí)行機機構，把把握學術術方向，協(xié)調解解決有關關問題，每年召召集1-2次項項目學術術研討會會，推進進項目順順利實施施；成立立戰(zhàn)略研研究小組組，瞄準準國際最最新研究究前沿，為總體體目標的

16、的實現(xiàn)提提供信息息指導；成立顧顧問組，聘請資資深專家家作為項項目顧問問，對項項目的進進展提出出咨詢意意見。6. 課課題設置置思路：以光學系系統(tǒng)、冷冷原子系系綜、以以及它們們之間的的量子界界面為主主要研究究對象，針對量量子信息息處理、計算、及仿真真等量子子調控的的各個關關鍵環(huán)節(jié)節(jié)，探索索宏觀新新奇量子子現(xiàn)象可可能的微微觀物理理機制及及數(shù)值計計算方法法，設計計和發(fā)展展基于各各種科學學原理的的實驗體體系和理理論方案案，開發(fā)發(fā)滿足可可擴展、可升級級、規(guī)模?；?、集集成化、小型化化、實用用化等要要求的關關鍵技術術，研制制量子信信息處理理中量子子態(tài)制備備、存儲儲、操縱縱、測量量等模塊塊的關鍵鍵器件和和集成系

17、系統(tǒng)。在在中國科科學技術術大學科科研團隊隊業(yè)已取取得的研研究成果果和技術術的基礎礎上，結結合當今今先進的的激光技技術，信信息技術術和電子子學技術術，充分分發(fā)揮多多學科交交叉互補補的優(yōu)勢勢，針對對量子信信息科技技進行系系統(tǒng)全面面的探索索和研發(fā)發(fā)?？蒲醒许椖空n課題合理理規(guī)劃，實驗與與理論緊緊密結合合，科研研人員統(tǒng)統(tǒng)籌安排排密切合合作，將將保證本本項目的的順利實實施和完完成。在在保證項項目系統(tǒng)統(tǒng)性的基基礎上，根據(jù)項項目的預預期目標標和具體體實驗對對象側重重點的差差別，設設置以下下4個研研究課題題：多光光子量子子糾纏的的制備、操縱和和應用；光與冷冷原子量量子存儲儲和量子子中繼器器的研究究；超冷冷原子量

18、量子調控控及其應應用；光光和冷原原子量子子調控的的理論研研究。7. 課課題間的的有機聯(lián)聯(lián)系、與項目目預期目目標的關關系：上面這些些課題，既有各各自的特特點，又又有密切切的融合合交叉。課題之之間的密密切關聯(lián)聯(lián)可粗略略地概括括為如下下幾點。第一，四個課課題都緊緊緊圍繞繞整個項項目的總總目標，即致力力于研發(fā)發(fā)量子信信息處理理及相關關量子調調控實用用化所需需求的關關鍵器件件、關鍵鍵技術，探索與與之相關關的物理理機制。第二，在各種種實驗系系統(tǒng)中，由于光光和冷原原子系綜綜各自的的優(yōu)越性性及它們們的互補補性，同同時考慮慮到中國國科學技技術大學學量子信信息領域域完整的的科研團團隊已經經積累的的雄厚技技術和豐豐

19、富經驗驗，課題題的研究究對象聚聚焦于光光學系統(tǒng)統(tǒng)和冷原原子系綜綜，以及及它們的的結合。各課題題自成系系統(tǒng)，各各有側重重，相互互獨立，又相互互關聯(lián)，理論上上相互印印證，技技術上相相互支撐撐。第三三，理論論與實驗驗研究分分工明確確，又緊緊密合作作。量子子現(xiàn)象的的理論闡闡述和實實驗驗證證，量子子信息的的方案設設計和物物理實現(xiàn)現(xiàn)，共同同為整個個研究項項目的最最終目標標服務。課題11以光學學系統(tǒng)為為研究對對象，研研制小型型化高效效率的多多光子糾糾纏器件件、高效效率的光光子收集集器和探探測器、以及超超糾纏態(tài)態(tài)的制備備手段；同時探探索這些些技術和和器件在在量子信信息處理理、高精精度測量量、量子子力學基基礎檢

20、測測等方向向的應用用。課題題2以光光和冷原原子接口口為主要要研究對對象，應應用窄帶帶糾纏源源、電磁磁誘導透透明、光光晶格和和暗磁光光阱技術術等，進進行可拓拓展可升升級的量量子存儲儲和量子子中繼器器的研制制。課題題3以超超冷原子子和光晶晶格為主主要研究究對象，應用FFesbbachh共振技技術對光光晶格中中的原子子間相互互作用進進行調控控，對量量子相變變、規(guī)范范場產生生、一維維空心光光纖內光光子費米米化等重重要現(xiàn)象象進行量量子仿真真；同時時，對光光晶格中中單原子子分辨和和定位(sinnglee attom adddresssinng)等等有重要要作用的的關鍵技技術進行行開發(fā)。課題44利用課課題研

21、究究骨干不不同的科科研背景景和理論論優(yōu)勢，圍繞實實驗需求求及量子子信息處處理前瞻瞻性的課課題，為為前三個個課題組組提供理理論指導導、協(xié)助助和配合合，發(fā)展展一套能能高效模模擬光晶晶格仿真真系統(tǒng)的的數(shù)值算算法等。課題11、2、3各自自發(fā)展出出的實驗驗技術將將能夠被被其它實實驗課題題有效借借鑒和應應用，它它們的研研究也將將為課題題4的理理論研究究提供新新的內容容。而課課題4的的研究成成果又能能為課題題1、22、3的的實驗研研究揭示示實際可可行的技技術途徑徑。在關關鍵器件件的研制制和關鍵鍵技術的的開發(fā)的的同時，本項目目的4個個課題也也非常重重視量子子力學和和量子信信息學的的前瞻性性課題的的探索和和研究

22、。這樣的的研究計計劃目標標是爭取取讓本研研究團隊隊長期保保持甚至至進一步步提升在在國際上上的地位位。8. 各各課題的的詳細信信息如下下：課題1：多光子子量子糾糾纏的制制備、操操縱和應應用研究目標標：通過過對本課課題的研研究，應應掌握相相應光學學系統(tǒng)中中量子比比特的性性質，找找到有效效擴展量量子比特特的方法法，發(fā)展展出高效效率的光光子收集集系統(tǒng)，完成更更多光子子和更多多量子比比特的實實驗實現(xiàn)現(xiàn)。并且且基于這這些光子子糾纏態(tài)態(tài)進行量量子高精精度測量量和量子子計算，為論證證光學量量子計算算等方案案的可行行性和可可擴展性性提供理理論和實實驗依據(jù)據(jù)。同時時通過課課題的實實施帶動動國際交交流和人人才培養(yǎng)養(yǎng)

23、，為我我國今后后在光學學量子計計算的前前沿研究究上奠定定人才基基礎。研究內容容：(11) 多多光子糾糾纏態(tài)和和超糾纏纏態(tài)制備備、高效效率光子子收集和和探測等等關鍵器器件的研研制。在在目前六六光子糾糾纏態(tài)制制備技術術的基礎礎上，研研制高效效率的光光子收集集器和探探測器，進一步步制備七七、八，甚至更更多光子子的糾纏纏源和那那些在量量子計算算和量子子模擬中中具有重重要地位位的糾纏纏態(tài)，如如多光子子GHZZ態(tài)，簇(cllustter)態(tài)，以以及無退退相干態(tài)態(tài)（DFFS，deccoheerennce-freee sstatte）；利用光光子的極極化、路路徑等多多自由度度，發(fā)展展超糾纏纏態(tài)的制制備手段段，

24、實驗驗實現(xiàn)十十至二十十量子比比特糾纏纏。(22) 糾糾纏光子子在高精精度測量量、量子子計算、及量子子基礎檢檢測的應應用研究究。在制制備的糾糾纏態(tài)基基礎上，利用糾糾纏態(tài)的的德布羅羅意波長長與光子子數(shù)成反反比的性性質，進進行超越越經典極極限的高高精度測測量研究究；利用用高維糾糾纏態(tài)的的拓撲性性質，進進行拓撲撲糾錯碼碼、基于于簇態(tài)和和非簇態(tài)態(tài)的單向向量子計計算等理理論方案案的實驗驗演示；利用特特定結構構簇態(tài)的的幾何性性質，實實驗實現(xiàn)現(xiàn)拓撲量量子比特特；利用用高維糾糾纏態(tài)進進行漸次次關閉漏漏洞的類類空間隔隔非定域域性檢驗驗和其它它新穎的的量子基基礎檢驗驗實驗。經費比例例：322% 承擔單位位：中國國科

25、學技技術大學學課題負責責人：潘潘建偉學術骨干干：陳騰騰云、梁梁昊、王王堅、江江曉課題2：光與冷冷原子量量子存儲儲和量子子中繼器器的研究究研究目標標：高性性能的量量子存儲儲器將不不僅為實實用化的的量子通通信提供供基本單單元，同同時也將將是可升升級的量量子計算算機不可可少的組組成部分分。本課課題的主主要研究究目標如如下: 1）開開發(fā)基于于EITT的多原原子系綜綜存儲單單元，實實現(xiàn)可以以直接存存儲任意意未知量量子態(tài)的的通用量量子存儲儲器；并并基于此此技術實實現(xiàn)參量量下轉換換糾纏光光子源的的直接存存儲，為為概率光光子糾纏纏源提供供量子存存儲接口口。2）在藍藍失諧光光阱和光光晶格的的幫助下下，大幅幅提高

26、量量子存儲儲器的壽壽命；同同時，借借助于原原子和光光學腔的的耦合技技術，提提高光子子態(tài)與原原子集體體態(tài)之間間的高效效率轉化化。3）通過過開展基基于原子子系綜量量子存儲儲器的應應用研究究，實現(xiàn)現(xiàn)光纖連連接的兩兩團原子子系綜間間的量子子隱形傳傳態(tài)，提提升異地地原子間間糾纏的的品質和和產生效效率，獲獲取單向向量子計計算與量量子存儲儲器的融融合技術術。研究內容容：(11) 窄窄帶糾纏纏光存儲儲器的研研制。開開發(fā)矩形形磁光阱阱技術，囚禁高高密度的的雪茄形形Rb887原子子系綜以以產生大大光學厚厚度的量量子存儲儲介質；在冷原原子團中中建立兩兩套基于于EITT機制的的存儲單單元，分分別用來來存儲單單光子極極

27、化態(tài)的的兩個正正交極化化模，結結合高精精度鎖相相技術實實現(xiàn)通用用量子存存儲器；利用腔腔增強的的光參量量下轉換換方法，制備適適合于量量子存儲儲的單模模的窄帶帶極化糾糾纏光子子源；實實現(xiàn)將量量子糾纏纏相干地地存入冷冷原子系系綜中并并可控地地和高保保真度地地讀出。(2) 長壽壽命量子子存儲器器及其讀讀寫接口口的研制制。實現(xiàn)現(xiàn)暗磁光光阱，有有效獲得得高密度度的冷原原子系綜綜；磁光光阱中束束縛的原原子，經經過進一一步冷卻卻到亞多多普勒溫溫度；把把暗磁光光阱中的的冷原子子向藍失失諧偶極極光阱傳傳輸，研研究如何何在藍失失諧偶極極光阱中中獲得合合適的原原子數(shù)目目、長囚囚禁時間間、低散散射率和和小光頻頻移效應應

28、；研究究寫光、讀光和和原子系系綜的空空間模式式匹配及及其對原原子集體體激發(fā)態(tài)態(tài)讀出效效率的影影響；研研究原子子鐘態(tài)能能級和原原子溫度度對存儲儲壽命的的影響；研究冷冷原子光光晶格MMottt絕緣態(tài)態(tài)，有效效抑制原原子運動動帶來的的自旋波波退相干干；研究究環(huán)型共共振腔中中冷原子子的耦合合機制，開發(fā)鎖鎖定腔長長的技術術，同時時實現(xiàn)量量子存儲儲器長存存儲壽命命和高讀讀出效率率。(33) 基基于原子子系綜量量子存儲儲器的應應用研究究。利用用原子系系綜產生生的光與與原子糾糾纏態(tài)，探索實實現(xiàn)遠距距離光纖纖連接的的兩團原原子間的的量子隱隱形傳態(tài)態(tài)；研究究如何利利用量子子反饋技技術和長長壽命光光與原子子糾纏態(tài)態(tài)

29、來提升升糾纏交交換的成成功概率率，進而而提高異異地原子子糾纏態(tài)態(tài)制備的的效率；在實現(xiàn)現(xiàn)異地原原子團間間的確定定性糾纏纏態(tài)制備備的基礎礎上，利利用四團團原子系系綜進行行糾纏純純化研究究，提升升異地間間糾纏的的品質；利用長長壽命光光與原子子糾纏，結合自自由空間間量子通通訊技術術，研究究遠距離離光與原原子糾纏纏態(tài)的分分發(fā)技術術；根據(jù)據(jù)已有的的理論工工作，開開展多節(jié)節(jié)點多級級次量子子中繼器器的可行行性研究究；實驗驗上制備備光與原原子間的的量子簇簇態(tài)，探探索基于于量子存存儲的單單向量子子計算技技術。經費比例例：277% 承擔單位位：中國國科學技技術大學學課題負責責人：苑苑震生學術骨干干：陳增增兵、金金革

30、、徐徐春凱課題3：超冷原原子量子子調控及及其應用用研究目標標：實驗驗上獲得得玻色-愛因斯斯坦凝聚聚并利用用光晶格格技術，獲得BBEC超超流態(tài)到到Mottt絕緣緣態(tài)的相相變；通通過BEEC與光光和磁場場的相互互耦合，在光偶偶極勢阱阱中產生生規(guī)范場場；探索索規(guī)范場場仿真凝凝聚態(tài)物物理中某某些現(xiàn)象象。通過過光晶格格系統(tǒng)中中量子操操縱的基基本方法法，發(fā)展展精確有有效的單單原子操操縱的調調控技術術，開發(fā)發(fā)實現(xiàn)晶晶格內兩兩兩原子子糾纏的的量子比比特門的的技術。并對相相應光晶晶格超冷冷原子系系統(tǒng)在單單原子操操縱技術術下進行行量子計計算的特特性積累累知識，為論證證光晶格格量子計計算以及及量子模模擬方案案的可行

31、行性和可可擴展性性提供理理論和實實驗依據(jù)據(jù)。開展展光子調調控的研研究，將將冷原子子裝載入入空心光光纖，探探索冷原原子在空空心光子子晶體光光纖中與與量子光光場的相相互作用用特性，開展一一維量子子光學體體系中光光子費米米化的研研究。同同時通過過課題的的實施帶帶動國際際交流和和人才培培養(yǎng)，為為我國今今后在利利用超冷冷原子進進行量子子計算以以及量子子仿真的的前沿研研究上奠奠定人才才基礎。研究內容容：(11) 利利用光阱阱和光晶晶格中的的BECC產生規(guī)規(guī)范勢場場。建立立玻色-愛因斯斯坦凝聚聚實驗裝裝臵，獲得得玻色-愛因斯斯坦凝聚聚體（BBEC），并利利用光晶晶格技術術，實現(xiàn)現(xiàn)BECC超流態(tài)態(tài)到Moott

32、絕絕緣態(tài)的的相變。利用BBEC與與光和磁磁場的相相互作用用，在光光偶極阱阱和光晶晶格中構構造規(guī)范范勢場的的研究，并對兩兩者的產產生機制制進行比比較，為為今后利利用超冷冷原子進進行量子子霍爾效效應等方方面的量量子仿真真奠定基基礎。(2) 光晶格格中單原原子的分分辨和定定位技術術的探索索。在光光晶格調調控BEEC的技技術基礎礎上，開開發(fā)光晶晶格中的的單格點點分辨的的成像系系統(tǒng)和單單原子操操縱的關關鍵技術術，并開開發(fā)兩維維超晶格格技術，將原子子裝載到到兩維超超晶格中中，探索索模擬四四體相互互作用的的可能性性，并進進一步探探索任意意子的產產生。(3) 利用一一維冷原原子和光光場進行行量子調調控的探探索

33、。將將超冷原原子裝載載到空心心光子晶晶體光纖纖中，形形成一維維量子光光學系統(tǒng)統(tǒng)。利用用光子和和原子相相互作用用和EIIT原理理，進行行新型量量子存儲儲器件的的前瞻性性探索和和研究。利用原原子的多多個能級級，在一一維體系系中引入入光子之之間的相相互作用用，進行行一維量量子光學學系統(tǒng)中中有相互互作用的的玻色子子費米化化等量子子仿真研研究。經費比例例：300%承擔單位位：中國國科學技技術大學學、浙江江大學課題負責責人：陳陳帥學術骨干干：陳啟啟瑾、鄭鄭堅、顏顏波、單單旭課題4：光和冷冷原子量量子調控控的理論論研究研究目標標：通過過對基于于不同科科學原理理的量子子信息處處理及量量子計算算理論方方案及其其

34、優(yōu)劣性性的深入入研究，探索各各方案實實驗實現(xiàn)現(xiàn)的可能能性，并并開發(fā)更更加優(yōu)化化的實驗驗方案。研究量量子存儲儲的各種種物理機機制，設設計更高高品質的的量子中中繼器方方案。對對光晶格格量子仿仿真系統(tǒng)統(tǒng)進行場場論研究究，并發(fā)發(fā)展相應應的高效效蒙特卡卡洛算法法。設計計新穎量量子基礎礎檢測實實驗方案案，探索索量子力力學的弱弱測量理理論的一一般數(shù)學學形式及及其應用用。挖掘掘量子糾糾錯碼的的深層數(shù)數(shù)學機制制?？偠灾?，與實驗驗緊密結結合，為為前三個個課題組組提供理理論指導導和配合合，并且且對量子子信息前前瞻性或或基礎性性物理問問題進行行深入研研究。本本課題的的實施，將通過過密切的的國際國國內交流流，同時時

35、將吸引引優(yōu)秀的的高年級級本科生生和研究究生參與與，為我我國今后后在量子子信息處處理相關關理論方方面奠定定人才基基礎。研究內容容：(11) 可可拓展可可升級量量子信息息處理及及量子計計算實驗驗系統(tǒng)及及實驗方方案研究究。對基基于拓撲撲性質的的量子糾糾錯碼、簇態(tài)及及非簇態(tài)態(tài)單向量量子計算算、制備備超糾纏纏等實驗驗方案進進行進一一步研究究并探索索進行實實驗實現(xiàn)現(xiàn)的可能能性。(2) 量子存存儲及退退相干物物理機制制研究。深入研研究基于于光和冷冷原子系系綜的量量子存儲儲物理機機制，特特別是基基于電磁磁誘導透透明(EEIT)技術的的量子存存儲，及及相應的的退相干干機制，開發(fā)可可升級的的量子中中繼器方方案。(

36、3) 量子場場論和光光晶格仿仿真系統(tǒng)統(tǒng)的理論論研究和和高效數(shù)數(shù)值算法法設計。對光晶晶格仿真真系統(tǒng)的的量子相相變行為為進行保保角場理理論(cconfformmal fieeld theeoryy)的刻刻畫。應應用在算算法設計計方面積積累的豐豐富經驗驗，從數(shù)數(shù)據(jù)庫結結構、物物理系統(tǒng)統(tǒng)蘊含的的對稱性性、不同同算法中中巧妙技技巧的結結合、以以及深層層的數(shù)學學機制，發(fā)展和和設計能能模擬量量子場論論和光晶晶格仿真真系統(tǒng)的的高效量量子蒙特特卡洛算算法，特特別是基基于蠕蟲蟲類更新新的算法法和能克克服費米米系統(tǒng)符符號問題題的圖像像蒙特卡卡洛算法法。(44) 弱弱測量理理論應用用及量子子糾錯碼碼數(shù)學機機制研究究。

37、研究究量子力力學的弱弱測量理理論在一一般情況況下的數(shù)數(shù)學形式式，以及及其利用用先選擇擇和后選選擇對信信號的放放大原理理，探索索在光學學和冷原原子系統(tǒng)統(tǒng)的實驗驗實現(xiàn)。研究量量子糾錯錯碼的普普適數(shù)學學機制，設計更更加優(yōu)化化的糾錯錯碼方案案。經費比例例：111%承擔單位位：中國國科學技技術大學學課題負責責人：鄧鄧友金學術骨干干：郁司司夏、蔣蔣一、劉劉乃樂、吳盛俊俊四、年度度計劃20111年1月20011年年12月研究內容容：搭建高功功率激光光系統(tǒng)，多探測測器測量量裝置，設計多多通道符符合電子子學系統(tǒng)統(tǒng)。優(yōu)化化兩光子子糾纏源源的亮度度和對比比度；采采用不同同帶寬的的干涉濾濾波片優(yōu)優(yōu)化光子子干涉的的效果

38、；采用不不同的糾糾纏相干干拓撲結結構，優(yōu)優(yōu)化多光光子糾纏纏保真度度。搭建激光光器、真真空腔，實現(xiàn)基基于磁光光阱的冷冷原子裝裝置,引引入暗磁磁光阱技技術，優(yōu)優(yōu)化原子子光學厚厚度和原原子裝載載速率。在冷原原子團中中建立兩兩套基于于EITT機制的的存儲單單元，分分別用來來存儲單單光子極極化態(tài)的的兩個正正交極化化模，結結合高精精度鎖相相技術實實現(xiàn)通用用量子存存儲器；利用腔腔增強的的光參量量下轉換換方法，通過優(yōu)優(yōu)化泵浦浦光脈沖沖的長度度，有效效的解除除極化糾糾纏光子子的頻率率關聯(lián)，制備適適合于量量子存儲儲的單模模的窄帶帶極化糾糾纏光子子源；實實現(xiàn)將量量子糾纏纏相干地地存入冷冷原子系系綜中并并可控地地和高

39、保保真度地地讀出。實現(xiàn)光阱阱中的玻玻色-愛因斯斯坦凝聚聚；搭建建Fesshbaach共共振的磁磁場和磁磁場控制制裝置；搭建光光晶格實實驗裝置置和用于于產生規(guī)規(guī)范勢阱阱的激光光、磁場場裝置。設計單單格點分分辨本領領的光學學成像系系統(tǒng)；建建立空心心光子晶晶體光纖纖的實驗驗裝置，嘗試將將冷原子子裝載進進入光子子晶體光光纖。對基于空空間拓撲撲結構的的拓撲圖圖態(tài)量子子計算的的實驗方方案進行行深入分分析，定定量計算算可升級級對拓撲撲圖態(tài)的的要求，圖態(tài)對對各種可可能的量量子比特特錯誤的的容忍度度。在有有限的光光子糾纏纏對下，探索利利用超糾糾纏構造造更復雜雜的拓撲撲圖態(tài)。細致分分析窄帶帶糾纏光光子對之之間可能

40、能存在的的頻率關關聯(lián)等。對利用用重力場場以及磁磁場不均均勻性在在超冷原原子系綜綜產生規(guī)規(guī)范場的的實驗方方案進行行第一性性原理的的數(shù)值模模擬。發(fā)發(fā)展和設設計連續(xù)續(xù)虛時的的蠕蟲算算法。進進一步完完善和發(fā)發(fā)展量子子力學的的弱測量量理論，給出一一般情況況下弱測測量理論論的完整整數(shù)學表表達形式式。預期目標標：實現(xiàn)最終終計數(shù)330萬對對，保真真度955%以上上的高亮亮度高保保真度糾糾纏源；在此基基礎上，實現(xiàn)可可見度880%的的四光子子糾纏源源；成功功實現(xiàn)八八光子GGHZ糾糾纏態(tài)以以及八光光子消相相干自由由空間糾糾纏態(tài)的的實驗制制備。暗磁光阱阱提高原原子光學學厚度，20以上上；解除除極化糾糾纏光子子的頻率率

41、關聯(lián)，并維持持窄帶糾糾纏光子子帶寬到到10 MHzz量級；相干存存儲糾纏纏光子到到微秒量量級。成成功實驗驗驗證窄窄帶糾纏纏源的相相干量子子存儲。實現(xiàn)光阱阱中的玻玻色-愛因斯斯坦凝聚聚，并將將凝聚體體裝載到到3維光晶晶格中；完成單單格點分分辨的光光學成像像系統(tǒng)的的設計；建成空空心光子子晶體光光纖實驗驗裝置，裝載冷冷原子光光學厚度度達到110。構造當前前實驗技技術能實實現(xiàn)的并并且具有有拓撲性性質的圖圖態(tài)；為為無頻率率關聯(lián)的的窄帶光光子糾纏纏在冷原原子系統(tǒng)統(tǒng)的量子子存儲實實驗實現(xiàn)現(xiàn)提供具具體參數(shù)數(shù); 為為阿貝爾爾等效規(guī)規(guī)范場的的量子模模擬實驗驗實現(xiàn)建建議合理理的實驗驗方案; 完成成連續(xù)虛虛時的蠕蠕蟲

42、算法法代碼的的編寫；給出一一般情況況下弱測測量理論論的完整整數(shù)學表表達形式式。20122年1月20012年年12月研究內容容：通過操縱縱光子的的多個自自由度探探索多光光子多量量子比特特的制備備；研究究多比特特簇態(tài)和和關聯(lián)空空間糾纏纏態(tài)的制制備；并并探索在在其基礎礎上實現(xiàn)現(xiàn)單向量量子計算算中單比比特量子子門和多多比特的的量子門門的實驗驗實現(xiàn)；基于關關聯(lián)空間間糾纏態(tài)態(tài)實現(xiàn)小小規(guī)模演演示性量量子算法法；基于于量子隱隱形傳態(tài)態(tài)的CNNOT門門演示；基于多多光子糾糾纏態(tài)實實現(xiàn)用于于單向量量子計算算的拓撲撲量子比比特。通過使用用兩團由由光纖連連接的原原子系綜綜，制備備其中一一團原子子的集體體激發(fā)態(tài)態(tài)，然后

43、后將制備備的原子子的任意意量子態(tài)態(tài)轉化成成光子態(tài)態(tài)后隱形形傳態(tài)到到另外那那團遠程程原子；使用光光學粘團團的技術術進一步步冷卻磁磁光阱中中的冷原原子達到到亞多普普勒溫度度，同時時開發(fā)和和優(yōu)化藍藍失諧的的偶極光光阱，裝裝載冷原原子到藍藍失諧偶偶極光阱阱，研究究如何在在光阱中中獲得合合適的原原子數(shù)目目、長囚囚禁時間間、低散散射率和和小光頻頻移效應應，優(yōu)化化量子存存儲的壽壽命和讀讀出效率率。研究光晶晶格中冷冷原子的的超流態(tài)態(tài)到Moott絕絕緣態(tài)的的相變，通過FFeshhbacch共振振調節(jié)原原子之間間的相互互作用強強度，實實驗上觀觀察由原原子相互互作用的的變化帶帶來的影影響；定定制單格格點分辨辨的光學

44、學系統(tǒng)，開始搭搭建具有有單格點點分辨能能力的光光晶格實實驗系統(tǒng)統(tǒng)；提高高冷原子子在空心心光纖中中的光學學厚度，研究冷冷原子在在空心光光纖中與與激光相相互作用用的特性性。根據(jù)實驗驗室能制制備的多多量子比比特的糾糾纏態(tài)以以及相應應的噪聲聲水平，設計能能超越經經典極限限的高精精度測量量的實驗驗方案；數(shù)值模模擬和計計算相應應量子多多體系統(tǒng)統(tǒng)的相圖圖及具體體相變行行為，討討論這些些系統(tǒng)在在實驗室室超冷原原子系統(tǒng)統(tǒng)下的具具體行為為，如光光晶格特特有的勢勢場下溫溫度定義義；深入入研究弱弱測量對對微弱信信號的放放大作用用，推導導其對微微弱信號號實現(xiàn)放放大的一一般性原原理；深深入研究究克服費費米系統(tǒng)統(tǒng)的符號號問

45、題的的關鍵因因素，發(fā)發(fā)展和設設計圖形形蒙特卡卡洛算法法。預期目標標：實驗實現(xiàn)現(xiàn)十個比比特以上上的量子子糾纏態(tài)態(tài)制備；完成關關聯(lián)空間間糾纏態(tài)態(tài)制備；基于多多比特關關聯(lián)空間間非簇態(tài)態(tài)實現(xiàn)單單比特量量子門；實現(xiàn)單單向雙比比特量子子門；實實現(xiàn)在關關聯(lián)空間間中的DDeuttch算算法演示示；實驗驗實現(xiàn)基基于量子子隱形傳傳態(tài)的CCNOTT門演示示；實驗驗實現(xiàn)拓拓撲量子子比特。實驗實現(xiàn)現(xiàn)原子的的任意激激發(fā)態(tài)的的遠程量量子隱形形傳態(tài)到到另外一一團冷原原子，兩兩團冷原原子之間間用1550米以以上光纖纖連接；冷原子子進一步步冷卻到到10-20微微開后裝裝載到空空心藍失失諧光阱阱，光學學厚道達達到200以上，量子存

46、存儲的壽壽命達到到幾十到到一百毫毫秒的量量級。實現(xiàn)3維維光晶格格中BEEC的超超流態(tài)到到Mottt絕緣緣態(tài)相變變；完成成單格點點分辨光光學系統(tǒng)統(tǒng)的制作作，建成成具有單單格點分分辨能力力的光晶晶格實驗驗系統(tǒng)；提高空空心光纖纖中原子子的光學學厚度到到1000量級，在此基基礎上開開展一維維量子光光學實驗驗研究。設計實現(xiàn)現(xiàn)能超越越經典極極限的高高精度測測量的實實驗方案案；與冷冷原子量量子模擬擬密切相相關的量量子多體體物理系系統(tǒng)的相相變行為為機理分分析；深深入研究究弱測量量對微弱弱信號的的放大作作用；建建立圖形形蒙特卡卡洛算法法的框架架。20133年1月20013年年12月研究內容容：利用十個個比特以以

47、上的量量子糾纏纏態(tài)，探探索其在在超分辨辨量子精精細測量量中的應應用；提提高十個個比特以以上糾纏纏態(tài)的保保真度，以實現(xiàn)現(xiàn)超出經經典極限限的超分分辨量子子精細測測量。搭建環(huán)形形光學共共振腔，研究環(huán)環(huán)型共振振腔與冷冷原子集集體激發(fā)發(fā)態(tài)的耦耦合機制制，開發(fā)發(fā)鎖定腔腔長的技技術，實實現(xiàn)量子子存儲器器長存儲儲壽命和和高讀出出效率。同時開開展冷原原子量子子存儲在在提高量量子糾纏纏產生效效力方面面的研究究，引入入冷原子子的內態(tài)態(tài)自由度度和光子子的路徑徑自由度度，開展展超糾纏纏方面的的研究，更高效效率的利利用原子子比特形形成多比比特糾纏纏，形成成4比特簇簇態(tài)，進進行存儲儲內嵌的的單向量量子計算算。初步利用用激光

48、和和超冷原原子的相相互作用用，探索索產生規(guī)規(guī)范勢的的機理，以BEEC為基基礎進行行規(guī)范矢矢量勢的的產生的的研究，系統(tǒng)性性研究規(guī)規(guī)范勢下下原子的的有效質質量和能能量-動量色色散關系系；在單單格點分分辨的光光晶格實實驗系統(tǒng)統(tǒng)中實現(xiàn)現(xiàn)玻色-愛因斯斯坦凝聚聚并將凝凝聚體裝裝載到22D光晶晶格中；探索利利用空心心光子晶晶體光纖纖中的冷冷原子進進行量子子存儲的的技術。探索漸次次關閉探探測器漏漏洞和類類空間隔隔漏洞的的Belll不等等式檢測測的實驗驗方案，并比較較“利用自自由空間間通信”和“微觀-宏觀量量子糾纏纏態(tài)”的優(yōu)劣劣性以及及它們實實驗實現(xiàn)現(xiàn)的可能能性；對對電磁誘誘導透明明(EIIT)機機制進行行系統(tǒng)

49、深深入地理理論分析析和從第第一性原原理出發(fā)發(fā)進行數(shù)數(shù)值模擬擬計算；數(shù)值模模擬利用用空心光光纖裝載載冷原子子的過程程，探索索裝載效效率及冷冷原子在在光纖內內壽命的的關鍵因因素；設設計和發(fā)發(fā)展基于于蠕蟲更更新的圖圖形蒙特特卡洛算算法；針針對線性性光學和和冷原子子系統(tǒng)的的一些具具體量子子體系研研究量子子信息處處理和量量子測量量過程中中弱測量量帶來的的信號放放大方案案。預期目標標：實現(xiàn)十二二個量子子比特的的實驗制制備，并并在此基基礎上實實現(xiàn)超分分辨測量量，并證證明其超超出了經經典極限限，為量量子超精精細測量量的應用用打下基基礎。實現(xiàn)光學學共振腔腔和原子子集體激激發(fā)模式式的共振振，共振振腔的品品質因子子

50、約400-500，實現(xiàn)現(xiàn)物理讀讀出效率率到800%左右右；實現(xiàn)現(xiàn)光子原原子超糾糾纏態(tài)，如兩體體四維糾糾纏態(tài)，實現(xiàn)四四比特簇簇態(tài)，實實驗實現(xiàn)現(xiàn)存儲內內嵌的單單向量子子計算方方案。利用BEEC產生生規(guī)范矢矢量勢，可控的的調節(jié)在在規(guī)范勢勢下原子子的有效效質量和和能量-動量色色散關系系；單格格點分辨辨的光晶晶格實驗驗中形成成BECC，并裝裝載到22D光晶晶格，用用單格點點分辨的的成像系系統(tǒng)觀測測到BEEC在光光晶格中中的分布布特性；在空心心光子晶晶體光纖纖中可控控的存儲儲-讀出單單光子信信息。設計實現(xiàn)現(xiàn)新型BBelll不等式式檢測實實驗方案案；為超超長壽命命量子存存儲和遠遠距離量量子中繼繼器的實實驗實

51、現(xiàn)現(xiàn)提供指指導；理理論分析析和數(shù)值值計算空空心光纖纖裝載冷冷原子的的實驗實實現(xiàn)；完完成針對對Ferrmi-Hubbbarrd模型型的圖形形蒙特卡卡洛算法法代碼的的編寫；探索新新的弱信信號測量量方案的的可能性性。20144年1月20014年年12月研究內容容：利用非線線性晶體體，探索索光子數(shù)數(shù)糾纏態(tài)態(tài)的實現(xiàn)現(xiàn)；探索索微觀-宏觀糾糾纏態(tài)和和宏觀-宏觀糾糾纏態(tài)的的制備；在微觀觀-宏觀糾糾纏態(tài)的的基礎上上，利用用糾纏交交換技術術，制備備出宏觀觀-宏觀糾糾纏態(tài)。進一步冷冷卻冷原原子到BBEC，構建光光晶格體體系，裝裝載冷原原子到光光晶格，研究冷冷原子光光晶格MMottt絕緣態(tài)態(tài)，有效效抑制原原子運動動帶

52、來的的自旋波波退相干干，研究究量子存存儲在冷冷原子光光晶格中中的壽命命和讀出出效率；在光子子-原子超超糾纏的的基礎上上構建更更多比特特的糾纏纏態(tài)，如如使用兩兩個兩體體四維糾糾纏態(tài)在在存儲器器的幫助助下實現(xiàn)現(xiàn)四體八八比特糾糾纏。進行產生生等效規(guī)規(guī)范磁場場和等效效規(guī)范電電場的研研究，觀觀測玻色色-愛因斯斯坦凝聚聚體在等等效規(guī)范范磁場和和等效規(guī)規(guī)范電場場中的動動力學行行為；在在2D光晶晶格中研研究超流流態(tài)到MMottt絕緣態(tài)態(tài)的相變變，通過過單格點點分辨觀觀測超冷冷原子在在光晶格格中的分分布和相相變的動動力學過過程；探探索利用用空心光光子晶體體光纖中中的冷原原子進行行光開關關的技術術，對存存儲的信信

53、號光進進行相干干操控。系統(tǒng)分析析和數(shù)值值計算影影響量子子存儲的的各種物物理機制制和因素素；研究究光和原原子在空空心光纖纖內的相相互作用用，數(shù)值值計算進進行光子子或其它它玻色子子費米化化實驗實實現(xiàn)的具具體參數(shù)數(shù)；應用用連續(xù)虛虛時蠕蟲蟲算法研研究多組組分玻色色系統(tǒng)，探索超超固態(tài)的的可能微微觀物理理機制；應用圖圖形蒙特特卡洛算算法研究究Ferrmi-Hubbbarrd模型型在二維維及三維維系統(tǒng)中中的行為為。預期目標標：實現(xiàn)微觀觀-宏觀光光子數(shù)糾糾纏態(tài)以以及宏觀觀-宏觀糾糾纏態(tài)的的制備；并實現(xiàn)現(xiàn)實驗室室內部的的宏觀-宏觀糾糾纏態(tài)用用來破壞壞Belll不等等式的實實驗演示示。實現(xiàn)Rbb原子的的BECC，

54、冷原原子裝載載到光晶晶格，實實現(xiàn)量子子存儲壽壽命到1100毫毫秒以上上；實現(xiàn)現(xiàn)超糾纏纏和量子子存儲幫幫助下的的多比特特糾纏態(tài)態(tài)，如四四體八比比特糾纏纏態(tài)，驗驗證糾纏纏特性并并研究其其在單向向量子計計算方面面的應用用。利用BEEC和光光場/磁場相相互作用用產生規(guī)規(guī)范磁場場或規(guī)范范電場，實驗得得到BEEC在規(guī)規(guī)范勢場場中形成成渦旋態(tài)態(tài)；實現(xiàn)現(xiàn)2D光晶晶格中MMottt絕緣態(tài)態(tài)到超流流態(tài)的相相變，并并通過單單格點分分辨成像像系統(tǒng)觀觀測到相相變的動動力學過過程；利利用少數(shù)數(shù)光子控控制空心心光子晶晶體光纖纖中存儲儲的信號號光。為實驗實實現(xiàn)超長長壽命量量子存儲儲和超遠遠距離量量子中繼繼器提供供理論支支持；

55、為為應用空空心光纖纖相關物物理實驗驗提供理理論依據(jù)據(jù)；進行行一些典典型多組組分玻色色系統(tǒng)相相變行為為的數(shù)值值模擬；研究理理解二維維及三維維Ferrmi-Hubbbarrd模型型的行為為。20155年1月20015年年8月研究內容容：基于多光光子量子子糾纏態(tài)態(tài)，進一一步探索索其在量量子計算算、量子子模擬、量子基基礎理論論驗驗等等方面的的應用。探索宏宏觀-宏觀糾糾纏態(tài)和和自由空空間分發(fā)發(fā)實驗相相結合，從而實實現(xiàn)關閉閉探測器器漏洞和和類空間間隔漏洞洞的Beell不不等式破破壞實驗驗。探索索量子糾糾纏源的的小型化化，功能能化，集集成化?；谠幼酉稻C量量子存儲儲器的應應用研究究。研究究如何利利用量子子

56、反饋技技術和長長壽命光光與原子子糾纏態(tài)態(tài)來提升升糾纏交交換的成成功概率率，進而而提高異異地原子子糾纏態(tài)態(tài)制備的的效率；在實現(xiàn)現(xiàn)異地原原子團間間的確定定性糾纏纏態(tài)制備備的基礎礎上，利利用四團團原子系系綜進行行糾纏純純化研究究，提升升異地間間糾纏的的品質；利用長長壽命光光與原子子糾纏，結合自自由空間間量子通通訊技術術，研究究遠距離離光與原原子糾纏纏態(tài)的分分發(fā)技術術；根據(jù)據(jù)已有的的理論工工作，開開展多節(jié)節(jié)點多級級次量子子中繼器器的可行行性研究究。進一步探探索產生生強磁場場的可能能性，以以及利用用玻色-愛因斯斯坦凝聚聚體進行行量子霍霍爾效應應模擬的的可能性性；進一一步的開開發(fā)兩維維超晶格格技術，將原子

57、子裝載到到兩維超超晶格中中，探索索模擬四四體相互互作用的的可能性性，并進進一步探探索任意意子的產產生；探探索在空空心光子子晶體光光纖中利利用單光光子進行行信號光光子的控控制開關關的技術術的可能能，爭取取實現(xiàn)簡簡易的量量子器件件功能。探索一一維系統(tǒng)統(tǒng)光子費費米化的的可能性性。協(xié)助實現(xiàn)現(xiàn)單向量量子計算算、Beell不不等式驗驗證等實實驗方案案；協(xié)助助實現(xiàn)可可擴展可可集成光光與冷原原子系統(tǒng)統(tǒng)的量子子交互界界面；應應用連續(xù)續(xù)虛時蠕蠕蟲算法法和圖形形蒙特卡卡洛算法法研究各各種玻色色和費米米系統(tǒng)，設計進進行冷原原子和光光晶格量量子模擬擬實驗方方案和提提供相應應實驗參參數(shù)；構構造量子子糾錯碼碼的深層層數(shù)學機

58、機制。預期目標標：實現(xiàn)多光光子糾纏纏態(tài)的制制備，操操縱和測測量的小小型化，從而為為光量子子計算機機的應用用提供實實驗基礎礎和依據(jù)據(jù)；實驗驗演示關關閉探測測器漏洞洞和類空空間隔漏漏洞的BBelll不等式式破壞實實驗。在量子存存儲器的的幫助下下實現(xiàn)六六光子糾糾纏，首首次實驗驗演示原原子系綜綜糾纏的的純化，實驗演演示基于于糾纏原原子系綜綜的糾纏纏分發(fā)技技術，在在多團原原子系綜綜糾纏的的基礎上上，首次次實現(xiàn)兩兩個量子子中繼器器節(jié)點的的連接。得到用超超冷原子子模擬量量子霍爾爾效應的的可能性性；利用用單格點點分辨技技術，實實現(xiàn)單格格點內單單元子的的激光操操控；實實現(xiàn)單原原子的光光開關，實現(xiàn)簡簡易的量量子存儲儲器件；找到產產生光子子之間非非線性相相互作用用的實驗驗機理。協(xié)助基于于光和冷冷原子系系統(tǒng)相互互作用的的各種量量子調控控方案的的實驗實實現(xiàn)，并并探索進進一步的的實驗方方案；構構造量子子糾錯碼碼的深層層數(shù)學機機制。一、研究究內容（1）多多光子量量子糾纏纏的制備備、操縱縱和應用用。在實實現(xiàn)量子子計算的的諸多可可能中，線性光光學系統(tǒng)統(tǒng)是最有有前景的