潘建伟发表国际论文

近日，中国 科技 大学潘建伟、陆朝阳、刘乃乐等科学家提出了一种用量子隐形传态来求解多体量子态测量复杂度难题的方法。 该研究成果于7月15日发表在国际权威学术期刊《物理评论快报》上。 （《Directly Measuring a Multiparticle Quantum Wave Function via Quantum Teleportation》，通过量子隐形传态直接测量多体量子态）。澎湃新闻就该论文采访了国内的相关研究人员。 “对于实践中广泛出现的稀疏多体量子态，它可以实现指数加速测量。同时，该方法也恰好解决了实现多体量子态波函数的直接测量这样一个基础物理问题。”一位国际知名量子物理学家表示。 论文介绍：使用复值波函数描述量子是量子力学的基础理论，复值波函数的干涉也是量子计算、量子测量等技术的底层原理。然而，复数值在实际测量中不能直接获得，这使复值波函数的概念难以被把握。另外，在测量多粒子的复值波函数时，常规的层析测量法所需的观测量随着粒子数指数增长，即便只测量中等规模的量子系统也是困难的。因此，一种直接、有效测量多粒子复值波函数的方法，不仅有助于更好理解量子力学的基础概念，也有助于测量实验中不断扩大规模的量子系统。 “一般来说，一个N个量子比特的量子状态有约4^N个自由参数；相应地，利用常规量子态层析方法来进行测量，需要指数级的测量配置和复杂的数据后处理。”量子物理学家表示，为了解决这个指数增长问题，这项研究提出把多体量子态密度矩阵元素依次逐个地隐形传态出来再进行测量的思路。 “相比于其他测量策略，量子隐形传态的方法不需要借助复杂的多体相干耦合演化，因此具有极大的技术可行性，使得人们能够首次从实验上实现对超过一个粒子的任意量子态进行直接测量。”前述量子物理学家表示，“同时，基于量子隐形传态方法可以非破坏性地提取多体系统的单个密度矩阵元素，可以作为一种基础的量子调控技术，用于构建新颖的量子信息处理协议。” 论文介绍了该方法在量子信息协议中的应用。一个直接的应用是量子态过滤，将分布式量子态中单个量子比特子空间的信息无损地提取出来。另一个应用是对多体量子态中两个分量之间的相对量子相位实现量子计量，将量子计量扩展到非经典相位，只需小规模的量子纠缠即可实现量子计量优势。 据了解，该方法所需的测量装置数量减少了，但实验中所需测量的次数仍然较多。“因为多粒子GHZ态的制备效率、多次隐形传态的成功率都还是比较低的，要重复多次才能有一次成功。” “虽然难度依然很大，但至少将以前不现实的任务变得有希望了。”他表示这项研究是一项基础性方法的创新，“基础性方法的用途很多，在有目的地测量多粒子系统的部分特征时基本上都可以用，包括光量子计算机。” 校对：丁晓

根据中国 科技 大学官网7月30日消息，中国科学技术大学教授潘建伟、张强、徐飞虎等与济南量子技术研究院合作，利用频率上转换单光子探测技术，实验实现了毫米级非视域三维成像，比之前的分辨率提高1个数量级，是目前非视域成像的最高精度，为该技术的实用化发展开辟了新道路。 研究成果于2021年7月28日发表在国际知名学术期刊《物理评论快报》上，并被美国物理协会下属网站Physics SYNOPSIS栏目专题报道。 非视域（Non-Line-of-Sight，简称NLOS）成像是一种针对隐藏物体成像的光学成像技术，即可以做到所谓“隔墙观物”。这项技术在反恐防暴、医疗检测、紧急救援、智能驾驶等领域具有广泛的应用价值。 “非视域成像技术是近几年新兴的技术，目前主要是在科研创新阶段，实用化和产业化刚刚起步。实用化需要解决快速探测、高精度成像、复杂场景成像等实际问题。”一位国内知名量子物理学家对澎湃新闻表示，此项工作主要实现了高时间精度的单光子探测技术，基于此核心技术，实现了目前最高精度（毫米精度）的非视域成像。 论文表示，与传统的光学成像相比，非视域成像分析多次反射的少量光子，而非一次反射直接进入探测器的光子。因此，该过程在理论和实验上都涉及几个挑战，如成像算法、高效单光子检测和光子飞行时间 (TOF) 测量的时间分辨率。 非视域成像利用单光子探测技术记录单个光子的飞行时间信息，结合相关计算成像算法，可以实现对相机视场范围外的目标成像。 徐飞虎教授曾在演讲中介绍，非视域单光子相机使用的方法是，首先主动发一束光，光会经过墙（中介面）和隐藏物体的多次漫反射（这其中经过三次漫反射：激光器发射的光子在墙上，经漫反射到整个空间；光反射到隐藏的物体上，再从隐藏的物体漫反射到墙上；然后通过墙漫反射回来），再探测返回的光子。通过计算这些光子所包含的飞行时间信息，就能实现对隐藏物体的重建。 由于光子的飞行时间信息包含了物体间的相对空间位置信息，因此，对光子飞行时间记录的精度会直接影响物体三维空间重构的精度。传统的非视域成像实验受限于单光子探测器的时间分辨能力（最优几十皮秒），其成像精度仅能达到厘米级。 而本次研究中，中国科大研究团队利用脉冲泵浦频率上转换探测技术，实现了时间分辨能力达到1.4皮秒的近红外单光子探测器，并通过长波泵浦和时间域滤波方式将探测器的暗计数降低至5Hz。（暗计数是探测器的一种误差。由于非信号光和电噪声可能被单光子探测器误认为是有效光信号，因而产生误差。） (a)高精度非视域成像装置 (b)脉冲泵浦上转换单光子探测器时间分辨力实验结果 (c)脉冲泵浦上转换单光子探测器探测效率及暗计数实验结果。 “频率上转换单光子探测技术是指将低频率的光子通过在非线性晶体中和泵浦光发生和频作用，转化为高频率的光子后进行探测。当光子能量提高到比如可见光波段，我们就能够进行更高效的单光子探测，包括效率和时间分辨率。”国盾量子的技术专家赵于康向澎湃新闻解释。 （a)成像目标文字：USTC（中国 科技 大学字母缩写）字母 (b)此次工作的非视域成像结果 （c)传统非视域成像结果 利用该单光子探测器所搭建的非视域成像系统，一方面借助于对漫反射墙回波和目标物体信号回波的分时探测，成功解决了非视域成像技术中难以实现完全同轴的成像系统的问题；另一方面借助于高时间分辨能力，成功实现了对视域外目标物体的高精度三维重构，其横向空间分辨能力达到2mm，纵向空间分辨能力达到0.18mm，与之前的结果相比提高了1个数量级。最终，研究团队成功对视域外毫米级大小的字母实现了高精度非视域成像。 “这是个很有用的方向。为了探测漫反射光并且识别其路径，前提是有足够高的探测灵敏度和时间分辨率，这项工作的意义在于实现了这个前提并且已经达到够用水平，探测器也是实用化的。”赵于康表示，“我觉得要真正应用还有一些工程性技术难题。目前实验是对反光材料、数十厘米距离的固定目标进行成像，光接收、分辨和成像时间等条件都很理想。以后在复杂环境里，这些条件都会显著劣化。” 《物理评论快报》杂志的审稿人对这项研究的评价为“该工作对于非视域成像领域的研究工作者来说极为有趣，是一项重要的技术里程碑”（This work is an important technical milestone, which will be very interesting to everyone working in the field of (NLOS) imaging.）。 校对：丁晓

潘建伟及其团队研发了量子计算机技术。

1、科研综述

2022年8月，中国科学技术大学潘建伟及其同事包小辉、张强等，将长寿命冷原子量子存储技术与量子频率转换技术相结合，采用现场光纤在相距直线距离12.5公里的独立量子存储节点间建立纠缠。

2022年，中国科学技术大学潘建伟团队与上海技物所、新疆天文台等单位合作，在国际上首次实现了百公里级的自由空间高精度时间频率传递实验时间传递稳定度达到飞秒（千万亿分之一秒）量级，可满足目前最高精度光钟的时间传递要求。

2、学术论著

根据2022年7月中国科学技术大学官网显示，潘建伟在《Nature》《Science》《PNAS》和《Physical Review Letters》等重要国际学术期刊上发表论文180余篇，并受国际权威综述期刊《Reviews of Modern Physics》邀请先后撰写关于多光子纠缠实验和现实条件下量子通信安全性的综述论文。

3、成果奖励

根据2022年7月中国科学技术大学官网显示，潘建伟曾获国家自然科学一等奖等奖项。