国内量子信息研究学术“重镇”大盘点
导读
又是一年诺奖季。今年10月,大洋彼岸传来“量子”捷报:诺贝尔物理学奖花落量子研究,3位量子信息先驱赢得了全世界的掌声,量子的未来发展成为举世瞩目的焦点。实际上,量子这个熟悉又陌生的领域并不专属于西方;把目光拉回到国内,我国也早已敏锐觉察、布局量子,且近年来涌现出一批极具竞争力的科研单位。它们,是中国量子未来的探索者,也是世界量子研究“天花板”的挑战者!
今天,我们就来共同走近国内从事量子研究的学术“重镇”。
中国科学技术大学
中国科学技术大学是我国“睁眼看量子世界”的代表性高校,在国内量子研究中具有举足轻重的地位。早在20世纪80年代,中国量子光学和量子信息科学的先行者、奠基人郭光灿院士便开始攻关量子光学;2001年,中科大正式组建量子物理与量子信息研究部,任命潘建伟院士为研究部主任,从此开始了系统的科研工作;后来,又涌现出以杜江峰院士为代表的科研人、不断攀登“量子高峰”。20多年来,郭院士、潘院士和杜院士领衔的研究团队厚积薄发,在国际上逐渐占据一席之地,实现从跟跑、并跑到领跑的飞跃。
2020年,相关团队成功研制76个光子的量子计算原型机“九章”,震惊世界;这项研究推动了全球量子计算的前沿研究达到新高度,帮助我国首次实现“量子计算优越性”的里程碑式突破。
近年来,随着合肥国家实验室和量子创新研究院的搭建,中科大在量子力学基本原理检验、光纤量子通信等方向资源实力更加雄厚,未来将扮演“抢占世界量子信息领域发展制高点,打造代表国家水平、承载国家使命的创新基础平台”的重要角色。
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中科院上海光机所
中科院上海光机所是我国研究所系统中量子研究较为出色、平台资源较为出众的单位。
1989年,上海光机所下辖的量子光学重点实验室成功创建,自此踏上全面探索量子奥秘的道路。实验室创始人为王育竹院士,主要以冷原子和光子为载体,开展原子频标物理及应用研究,超冷原子气体和量子气体的物性、量子调控物理和精密测量物理研究,以及基于强度关联的新型量子成像研究。
30余年来,上海光机所承担了量子研究相关的国家重大科研项目,核心研究成果颇丰、突破连连:自主研制了铷喷泉原子钟;自主研制了空间冷原子钟;自主研制了脉冲光抽运铷原子钟;实现了积分球冷却并自主研制了积分球冷原子钟;实现了460km的高精度光纤时频传递;国内首次实现了铷原子的玻色-爱因斯坦凝聚;自主研制了原子芯片并实现了芯片上的玻色-爱因斯坦凝聚;实现了汞原子的激光冷却;自主研制了主动激光三维量子成像平台和单次曝光多光谱量子成像平台。
山西大学
山西大学的量子光学和量子信息研究历史底蕴深厚,低调而有实力。
1984年,依托于山西大学建设的量子光学实验室问世。在彭堃墀院士的带领下,实验室长期从事量子光学基础研究及光量子器件应用开发,是国内最早开展量子光学研究的单位之一。历经30余年的深耕细作,如今面貌一新的量子光学与光量子器件国家重点实验室面向量子科学前沿和国家重大需求,聚焦量子调控、量子信息、量子器件等重大科学技术问题,在连续变量量子信息、超冷原子分子和光量子器件等领域形成了优势与特色,涌现出一批勇闯量子“无人区”的科创骨干。
实验室在单模单频激光器方面的研究成果荣获2002年度国家技术发明二等奖,在连续变量量子通信方面的研究成果荣获2006年度国家自然科学二等奖。2007年,实验室团队成功完成了国内第一个费米气体量子简并试验;2016年,在国际上率先实现了二维自旋轨道耦合的简并费米气体;2020年,“基于超冷费米气体的量子调控”项目荣获国家自然科学二等奖。
清华大学
清华大学的量子研究进展依托于物理系的深厚积累,同时也离不开量子信息中心的发扬传承。自2011年成立以来,量子信息中心主要从事全量子网络、量子计算、量子仿真、量子算法、量子通讯复杂性理论、量子运筹学以及信息安全相关领域的研究;该中心由姚期智院士牵头,先后完成了十余个国际尖端水平实验室的创建工作。
近年来,量子信息中心在量子科技领域取得了许多国际瞩目的成就:
2020年,与中国科学技术大学团队合作,首次完成了超500公里无中继光纤量子密钥分发实验,刷新了量子密钥分发最远距离的世界记录;2021年,在量子拉比模型中首次观测到量子相变现象,而基于拉比-哈伯德模型,又在今年验证了量子相变及量子动力学的过程,为未来量子计算的发展提供了参照依据及蓝图。
清华大学量子信息中心的研究工作、很大程度上影响了中国量子通信网络科研事业的发展态势,并在世界范围内打造出高水平的量子技术标杆。
北京大学
北京大学的量子研究内功扎实、稳步提升。1959年,量子电子学研究所应运而生,瞄准量子光学与量子信息、冷原子与精密测量、超快光学等七个主要研究方向。作为我国无线电物理专业首批博士点和博士后流动站,量子电子学研究所挂靠信息与工程学部,在彭练矛院士的带领下,在量子技术领域内开展了多项创新型研究工作,填补了多项技术空白。例如量子密钥分发光源监控、最远距离连续变量量子密钥分发以及最快码率量子随机数产生等实验成果,均属于国内首次实验实现、国际率先提出的前沿进展,大大助推了国内量子科技的发展进程。
随着龚旗煌院士领导的现代光学研究所人才队伍不断发展壮大,北京大学的量子研究拥有了新的增长点,前景无限。
招聘指南:
浙江大学
浙江大学的量子信息研究大动作频频,近些年加入了发展“快车道”。
2016年,浙大成立量子信息交叉研究中心,集结首席科学家朱诗尧院士等多位高层次人才,形成了量子信息科技从理论到实验、从制造到测试、从基本器件到系统集成的一体化全覆盖;2017年,成功实现了10个超导量子比特的操纵,这也是人类首次成功操控两位数以上的超导量子比特;2019年,又重磅推出“量子计划”,进一步瞄准量子计算、量子传感与精密测量、超分辨量子成像、量子光电集成芯片等重要领域,并实现了一系列重点突破。
就在今年7月,浙江大学发布“天目1号”超导量子芯片系列应用成果。依托量子计算创新工坊自研的“天目1号”超导量子芯片,在芯片上首次采用全数字化量子模拟方式展示了一种全新的物质——拓扑时间晶体,解开了世界科学家高度关注的科学问题,亮相Nature;同时,相关团队开发了首个面向用户的、支持多量子计算机并行调度的超导量子计算云平台——“太元一号”,该平台利用可视化的编程环境,降低量子计算机的使用门槛,可远程访问“天目1号”量子芯片,为量子计算机在多行业的广泛应用打下坚实基础。
华中科技大学
华中科技大学的量子研究业内知名、前景广阔。
2021年,学校物理学院牵头组建量子科学与工程学院,由徐红星院士、方忠院士等学术大咖领衔、协同一系列国家、省部级平台共同支撑,正在快速建成具有华科特色的量子科技创新高地。研究院在量子科技领域较为集中的研究方向,主要为量子精密测量技术的研究与量子器件的开发。
近年来,相关研究团队针对近零磁化率合金的相图提出了先进的成分检验及工艺设计方案,为空间引力波探测计划打下了坚实保障;此外,还基于二维材料开展了系列量子计量学、超导电子学以及超导量子计算等领域的工作,并将以此为基础对高质量量子器件的研发进行深入研究。
研究院成立后,承担起多项国家级重点项目的研发重任,同时也促成了武汉量子技术研究院的建设工作,实现了产学研相结合的宏大布局。
http://phys.hust.edu.cn/list.jsp?urltype=tree.TreeTempUrl&wbtreeid=1060
南方科技大学
南方科技大学的量子研究进程如同这所学校的发展轨迹——快速勃兴、充满活力。
它牵头成立的量子科学与工程研究院(深圳量子研究院)成立于2018年,在俞大鹏院士的引领下,对量子信息领域前沿基础科学问题展开了系列研究。为响应国家及深圳对量子科技的战略布局,研究院以量子通信、高性能计算技术、精密测量及量子材料等领域为主要奋斗方向,力争解决量子信息领域内一大批关键科学及工程问题。
近几年,研究院在量子信息领域内取得了杰出的研究成果,不仅为大规模超导量子处理器的设计提供了优秀的量子控制方案,还利用超低温集成电路技术,有效解决了大规模量子器件的控制及读取问题,为量子计算机的实现奠定了理论与实验相结合的基石。
https://siqse.sustech.edu.cn/Zh/Index/lists/mid/104
https://siqse.sustech.edu.cn/Zh/Index/lists/mid/10
国内从事量子信息研究的单位还有很多,例如南京大学、上海交通大学、华东师范大学、西安交通大学、华南师范大学、中山大学、国防科技大学、北京量子信息科学研究院等,都呈现出良好的发展态势,我们在此只是梳理了“冰山一角”;如果你还想了解更多高校/科研院所在量子领域的相关进展,欢迎在评论区留言哦~
编辑 | 徐睿
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