他的團(tuán)隊(duì)在科研方面又取得了重要進(jìn)展！這位院士在量子光學(xué)研究潛心耕耘，今天我們來(lái)認(rèn)識(shí)一下他和他團(tuán)隊(duì)的新研究進(jìn)展。

郭光燦，男，漢族，中共黨員，1942年12月出生，福建泉州人，大學(xué)本科學(xué)歷，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授，中國(guó)科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，中國(guó)科學(xué)院院士，現(xiàn)任中國(guó)物理學(xué)會(huì)常務(wù)理事、中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)。

自1965年中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)畢業(yè)后，長(zhǎng)期從事量子光學(xué)、量子通信和量子計(jì)算的理論和實(shí)驗(yàn)研究。擔(dān)任國(guó)際刊物《International J. of Quantum Information》 的Managing Editor；國(guó)家基金委創(chuàng)新群體學(xué)術(shù)帶頭人；國(guó)家科技部中長(zhǎng)期規(guī)劃“量子調(diào)控”重大項(xiàng)目《量子通信與量子計(jì)算的物理實(shí)現(xiàn)》、中科院B類(lèi)先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目《基于固態(tài)系統(tǒng)的量子物理和量子信息》和基金委重大儀器專(zhuān)項(xiàng)《多功能固態(tài)量子存儲(chǔ)器》的首席科學(xué)家。

2001年獲中科院自然科學(xué)二等獎(jiǎng)，2003年獲國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)，2003年獲“何梁何利”科技進(jìn)步獎(jiǎng)，2003年當(dāng)選為中國(guó)科學(xué)院院士，2006年獲安徽省自然科學(xué)一等獎(jiǎng)，2007年獲安徽省重大科技進(jìn)步獎(jiǎng)，2009年當(dāng)選為第三世界科學(xué)院院士，2013年當(dāng)選“CCTV科技創(chuàng)新人物”。在包括Nature子刊（13篇）、Phys. Rev. Lett（31篇）在內(nèi)的國(guó)際學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文700多篇，他引超過(guò)10000次。培養(yǎng)博士80余人，其中5人榮獲全國(guó)百篇優(yōu)秀博士論文獎(jiǎng)。

主要從事量子光學(xué)、量子密碼、量子通信和量子計(jì)算的理論和實(shí)驗(yàn)研究。提出概率量子克隆原理，推導(dǎo)出最大克隆效率，在實(shí)驗(yàn)上研制成功概率量子克隆機(jī)和普適量子克隆機(jī)。發(fā)現(xiàn)在環(huán)境作用下不會(huì)消相干的"相干保持態(tài)"，提出量子避錯(cuò)編碼原理，被實(shí)驗(yàn)證實(shí)。提出一種新型可望實(shí)用的量子處理器，被實(shí)驗(yàn)證實(shí)。在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的量子密鑰傳輸，建立基于量子密碼的保密通信系統(tǒng)，并提出"信道加密"的新方案，有其獨(dú)特的安全保密優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了K-S理論，有力地支持了量子力學(xué)理論。發(fā)現(xiàn)奇偶相干態(tài)的奇異特性等。

近期，郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在高維量子通信研究中取得重要進(jìn)展，該團(tuán)隊(duì)李傳鋒、柳必恒研究組利用六光子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了高效的高維量子隱形傳態(tài)。該成果2020年12月2日發(fā)表在國(guó)際知名期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上。

量子隱形傳態(tài)是建立遠(yuǎn)距離量子網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一。相比二維系統(tǒng)，高維量子網(wǎng)絡(luò)具有更高的信道容量、更高的安全性等優(yōu)點(diǎn)，受到人們的廣泛關(guān)注。如何實(shí)現(xiàn)高效的高維量子隱形傳態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)高效的高維量子網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前量子信息領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

為了實(shí)現(xiàn)高維量子通信，李傳鋒、柳必恒等人從2016年開(kāi)始采用光子的路徑自由度編碼，解決了路徑比特的相干性問(wèn)題[PRL 117, 220402 (2016)]，制備出了高保真度的三維糾纏態(tài)[PRL 117, 170403(2016)]；解決路徑維度擴(kuò)展問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了32維量子糾纏態(tài)[PRL 125, 080503 (2020)]；解決路徑自由度的傳輸問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了高維量子糾纏態(tài)在11公里光纖中的有效傳輸[Optica 7, 738 (2020)]等。研究組從2017年起開(kāi)始了高維量子隱形傳態(tài)的實(shí)驗(yàn)研究。然而理論研究表明，在線(xiàn)性光學(xué)體系中，必須采用輔助粒子才能實(shí)現(xiàn)高維量子隱形傳態(tài)。

為了實(shí)現(xiàn)高維量子隱形傳態(tài)，研究組首先巧妙的提出了糾纏輔助的方式，利用log2d-1個(gè)輔助糾纏光子對(duì)就可以高效的實(shí)現(xiàn)d維的量子隱形傳態(tài)，從而解決了資源消耗問(wèn)題。然后實(shí)驗(yàn)上利用主動(dòng)反饋技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑間的相位鎖定，干涉可見(jiàn)度在45小時(shí)內(nèi)保持在0.98的水平，從而利用六光子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了三維的量子隱形傳態(tài)。研究組對(duì)三維量子隱形傳態(tài)過(guò)程做了過(guò)程層析，保真度達(dá)到0.596，以7個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差超過(guò)了經(jīng)典極限值1/3，證實(shí)了三維量子隱形傳態(tài)過(guò)程的量子特性。高效的高維量子隱形傳態(tài)的實(shí)現(xiàn)為構(gòu)建高效的高維量子網(wǎng)絡(luò)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

文章共同第一作者為中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室特任副研究員胡曉敏和張超。本研究得到科技部、國(guó)家基金委、中國(guó)科學(xué)院、安徽省的支持。

圖1、糾纏輔助的高維量子隱形傳態(tài)示意圖

圖2、三維量子隱形傳態(tài)的實(shí)驗(yàn)裝置圖