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1、基于光与冷原子的量子操纵：可拓展的量子通信、量子计算与量子模拟潘建伟中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室2011年6月19日叠加态量子构成物质的最基本单元能量的最基本携带者不可分割光子原子分子量子力学测不准原理量子比特经典比特01光子极化＋量子不可克隆定理量子与量子叠加＋“遥远地点之间的诡异互动”——爱因斯坦量子纠缠两光子极化纠缠态量子纠缠利用量子纠缠研究量子力学非定域性检验、量子通信、量子计算、量子模拟和精密测量…单粒子方案Bennett&Brassard(1984)纠缠态方案Ekert,PRL67,661(1991)一次一密，完全随机绝对安
2、全量子不可分割量子不可克隆定理量子通信：量子密钥分发初态纠缠源纠缠对经典通信初态纠缠对Bennettetal.,PRL70,1895(1993)量子通信：量子隐形传态Zukowskietal.,PRL71,4287(1993)如何在草堆中找到一根针？经典搜寻：步量子搜寻：步可破译DES密码：使得利用经典THz计算机分解300位的大数，需1024步，150000年利用Shor算法THz计算机，只需1010步，1秒！这意味着RSA将不再安全！量子并行性使得量子计算机可以同时对2N个数进行数学运算，其效果相当于经典计算机重复实施2N次操作量子并行性0或100
3、，01，10或11000，001，010……...0+100+01+10+11000+001+010+……...经典比特量子比特Shor算法P.W.ShorGrover搜寻算法L.K.Grover1000年4分钟！256个数中搜寻密钥量子计算一个由N个二能级系统组成的量子系统由一个2N维希耳伯特空间描述——若要用经典计算机来模拟其演化，需要内存大小为2N，且需要计算2N×2N维矩阵元的系数！无法进行有效模拟！费曼普适的量子模拟器可以设计由N个量子比特构成的程序化量子装置，来模拟量子系统的状态及其演化利用超冷等离子体模拟惯性约束聚变利用超冷原子模拟凝聚态
4、物理探索二维体系相变过程研究（分数）量子霍尔效应模拟高温超导可控的量子化学过程……量子模拟精密测量V.S.诱骗态量子密钥分发理论Wang,PRL94,230503(2005)Loetal.,PRL94,230504(2005)光纤诱骗态量子密钥分发超过100公里Rosenbergetal.,PRL98,010503(2007)(Los-Alamos国家实验室-NIST联合实验组)Pengetal.,PRL98,010505(2007)光纤诱骗态量子密钥分发达到200公里Liuetal.,Opt.Express18,8587(2010)实用化光纤量子密钥
5、分发实用化城域量子通信网络欧洲SECOQC网络Peevetal.,NewJ.Phys.11,075001(2009)日本TokyoQKD网络合肥全通型城域量子通信网络Chenetal.,Opt.Express17,6540(2009)Chenetal.,Opt.Express18,27217(2010)芜湖量子政务网Xuetal.,ChinSciBull54,2991(2009)Wangetal.,Opt.Lett.35,2454(2010)量子隐形传态光子比特的隐形传态（最远距离～600米）Bouwmeesteretal.,Nature390,575
6、(1997)Marcikicetal.,Nature421,509(2003)Panetal.Nature421,721(2003)Ursinetal.,Nature430,849(2004)终端开放的量子隐形传态Zhaoetal.,Nature430,55(2004)复合系统量子隐形传态Zhangetal.,NaturePhysics2,678(2006)光量子计算线性光学量子计算（理论）Knilletal.,Nature409,46(2001)Shor量子算法的光学实现：15=?×?Luetal.,PRL99,250504(2007)基于簇态的单向
7、量子计算（理论）Raussendorfetal.,PRL86,5188(2001)Nielsen,PRL93,040503(2004)Browneetal.,PRL95,010501(2005)6光子簇态的制备Luetal.,NaturePhysics3,91(2007)用簇态和非簇态实现量子计算Chenetal.,PRL99,120503(2007)Gaoetal.,NaturePhotonics5,117(2011)8光子纠缠态的制备Yaoetal.,submitted(2011)光量子模拟用多光子图态证实任意子服从分数统计Hanetal.,PRL
8、98,150404(2007)（理论）Luetal.,PRL102,030502(2009)（
