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【科学中国人】李传锋:放眼未来 不懈探索

发布时间:2010-06-28
量子信息科学,主要是由物理科学与信息科学等多个学科交叉融合在一起所形成的一门新兴的科学技术领域。当前,量子信息科学领域的研究工作在国际上刚刚起步,我国在这一领域的研究工作与国际同步,并且在许多方面居于国际领先地位。

    李传锋,1973年2月生于山东省莱芜市,1990年进入中国科学技术大学物理系读本科与研究生,师从郭光灿院士,1999年博士毕业后留校任教。现为中国科学技术大学光学与光学工程系和中科院量子信息重点实验室副教授。

    他多年来以科研为追求、以事业为依托,常年奋战在量子信息科学一线, 为我国量子科学的发展做出了应有的贡献。

    李传锋主要从事量子光学、量子信息、低维固态量子系统等的理论与实验研究。李传锋在目前已在Nature子刊,Physical Review Letters, Physical Review 等发表SCI论文50余篇。论文被SCI总引用760余次,最高单篇引用160余次。H影响因子15。
 
    他在多光子纠缠态的制备与应用,量子纠缠与量子关联在噪声信道中的演化等研究方向取得诸多开创性成果。目前正致力于搭建真正意义上的量子通信网络。

    攻坚克难 首次发现量子关联可以不被环境破坏

    在量子信息科学发展的初期,人们认识到纠缠是量子信息技术优越性的关键所在。然而随着近几年的深入研究,人们发现了一个更普遍的概念—关联,它反映了量子 态各部分之间的相互联系。关联可分为经典关联和量子关联,而纠缠只是量子关联中特殊的一类。人们发现,没有纠缠的量子关联也能实现许多量子信息过程,而且 量子关联可以用来解决诸如相变等物理难题。

    但作为量子通信和量子计算领域重要资源的量子关联非常脆弱,很容易被环境破坏而消失,如何解决这一问题,一直是对学术界的极大挑战。中国科大中科院量子信 息重点实验室李传锋博士研究组,在光学系统中制备出各种贝尔对角态,用它们作为初始态在消相干环境中进行传输,在实验上研究关联的演化。他们在世界上首次 发现了一类初态,其量子关联能在很大范围的消相干环境中不被破坏,称之为量子关联无消相干子空间。同时,他们还验证了量子关联与经典关联在消相干演化过程 中的突变现象,并证实,某些特殊的初始态在演化过程中量子关联可以大于经典关联,推翻了以前文献中经典关联一定大于等于量子关联的猜想。这项成果将极大地 推动量子关联的物理学研究及其应用研究,尤其是量子关联无消相干子空间和关联演化中的突变现象,更是值得深入探索的重要科学问题。

    精益求精 解决对量子纠缠在噪声信道中演化进行有效刻划的难题

    量子信道是构造量子网络必不可少的物质基础,由于真实信道具有不可避免的损耗,因此如何在实验上有效地定量描述纠缠在信道中的传输,一直困扰着学术界。以 往的方法是采取态层析技术,但由于各粒子间纠缠的存在,要对多粒子态进行层析,需要的测量次数随粒子数呈指数增长,其难度难以想象。

    李传锋研究组采用一种新的表征方式,他们应用光学体系在实验上证实,只要给定输入态的纠缠度便可轻而易举地得到输出态的纠缠度,这对于量子网络通信具有重要意义。

    再创辉煌 首次观察到量子纠缠“死而复活”现象

    随着量子信息研究的不断深入,纠缠态在信道中的传输过程越来越受到关注,因为这关系到在非局域的观点下重新考虑以前的许多量子过程,并且是在量子信息的实用化过程中必须要考虑的问题。
 
    前人的理论工作表明,在噪声环境中纠缠态的演化和单体系的演化很不相同,后者是指数衰减的,而前者存在纠缠的突然死亡。如果噪声信道具有非马尔科夫效应,纠缠突然死亡后可以复活。这对量子存储具有重要意义。

    李传锋研究组创造性地利用特制的法布里-玻罗腔作为量子信道,在光学体系中首次观测到量子纠缠的崩塌与复原现象,即纠缠逐渐减少后在相同环境下继续传输又 会自动增加。特别有趣的是,他们还首次观察到了量子纠缠突然死亡一段时间后又重新复活这一奇异现象。这一成果将在量子存储等方面获得重要应用。

(出处:《科学中国人》2010年第六期)