潘建伟教授量子信息学研究占领科技前沿课件.ppt

1、量 子 力 学涉及的研究领域涉及的研究领域及在考研中的地位及在考研中的地位你将一点一点地掀开你将一点一点地掀开物质世界的神奇面纱物质世界的神奇面纱目 录第一讲第一讲 量子力学涉及的量子力学涉及的研究领域研究领域附：高等学校物理学重附：高等学校物理学重点学科点学科1 1 原子与分子研究领原子与分子研究领域域2 2 凝聚态研究领域凝聚态研究领域3 3 材料学研究领域材料学研究领域4 4 光学、光电子领域光学、光电子领域5 5 化学、生命科学等化学、生命科学等领域领域6 6 天文学、粒子物理、天文学、粒子物理、理论物理研究领域理论物理研究领域7 7 量子力学在考研中量子力学在考研中的地位的地位第二讲

2、第二讲 中国在量子信息中国在量子信息理论与实验领域获得理论与实验领域获得重大突破重大突破第一讲 量子力学涉及的研究领域1 1 在原子与分子研究领域中应用在原子与分子研究领域中应用2 2 在凝聚态研究领域的应用在凝聚态研究领域的应用3 3 在材料学研究领域中应用在材料学研究领域中应用4 4 在光学、光电子领域中应用在光学、光电子领域中应用5 5 在化学、生命科学等领域中应用在化学、生命科学等领域中应用6 6 在天文学、粒子物理、理论物理在天文学、粒子物理、理论物理研究领域中的应用研究领域中的应用附：高等学校物理学重点学科名单附：高等学校物理学重点学科名单v理论物理：理论物理：北京大学、北京师范大

3、学、复旦大学、南京大学、中国科学技术大学v粒子物理与原子核物理：粒子物理与原子核物理：北京大学、清华大学、中国科学技术大学、兰州大学v原子与分子物理：原子与分子物理：清华大学、吉林大学、四川大学v等离子体物理：等离子体物理：大连理工大学、中国科学技术大学v凝聚态物理凝聚态物理：北京大学、清华大学、吉林大学、复旦大学、上海交通大学、南京大学、中国科学技术大学、山东大学、郑州大学、中山大学v声学：声学：南京大学v光学：光学：北京大学、北京工业大学、山西大学、哈尔滨工业大学、复旦大学、中国科学技术大学、华南师范大学v无线电物理：南京大学、武汉大学v天体物理：北京大学、南京大学、中国科学技术大学v生物

4、物理学：清华大学、中国科学技术大学v光学工程：光学工程：清华大学、北京理工大学、南开大学、天津大学、长春光学精密机械学院（长春理工大学）、浙江大学v材料物理与化学：材料物理与化学：清华大学、北京科技大学、河北工业大学、浙江大学、中南大学、西北工业大学、南昌大学v物理电子学：物理电子学：北京大学、清华大学、北京理工大学、哈尔滨工业大学、华中科技大学、电子科技大学v微电子学与固体电子学微电子学与固体电子学:北京大学、清华大学、吉林大学、复旦大学、南京大学、电子科技大学、西安交通大学、西安电子科技大学1 1 在原子与分子研究领域中应用在原子与分子研究领域中应用v吉林大学原子与分子物理研究所吉林大学原

5、子与分子物理研究所05年硕士招生年硕士招生v070203原子与分子物理原子与分子物理方向v01原子与分子的负离子结构与性质理论 v02电子与分子非弹性碰撞理论 v03强场物理与分子动力学中的保结构算法及应用 v04电子-原子碰撞理论 v05强激光场原子物理 v06原子分子物理中若干非线性问题的保结构计算 v07强激光与原子分子相互作用实验研究 v08激发态原子分子动力学实验研究 v09飞秒激光与原子分子的超快进程 v10金属团簇性质与反应性实验研究 v11生物分子与激光相互作用 v12固体表面的脉冲激光烧蚀 v13分子红外光谱实验研究070205v初试科目v101政治v201英语v364原子物

6、理v876固体物理或878激光物理或880量子力学v同等学力考生加试可在科目四中任选两门与初试不同的科目，复试科目为专业综合。同等学力考生加试可在科目四中任选两门与初试不同的科目，复试科目为专业综合。中科大070203原子与分子物理v01电子与原子分子碰撞物理v02原子测控和识别v03量子信息和冷原子物理v04同步辐射原子分子物理v初试科目：101政治理论201英语313普通物理A435原子物理2 2 在凝聚态研究领域的应用在凝聚态研究领域的应用v吉林大学凝聚态物理 v01高温高压极端条件稀土固体物理学 02新型功能稀土钙钛矿材料的设计v03稀土过渡族纳米材料的高压 04软物质、生物物质行为的

7、高压飞秒研究 v05新物质新材料合成探索 06固体氧化物电解质燃料电池发电的研究 v07新能源固体元器件的设计与制备技术 08地球内部物质的模拟合成探索 v09纳米陶瓷膜的研究及界面的显微分析 10低维凝聚态电子理论 v11复合材料介电性质 v12高压物理理论 v13纳米晶稀土永磁材料永磁特性的研究 v14新型稀土-过渡族金属间化合物磁性的研究 v15稀土氧化物巨磁电阻效应的研究 v16纳米材料的物性与应用研究凝聚态物理v01超高压与高低温、超快过程等极端条件物理 v02生物活性物质的压力效应 v03新型超硬单晶与复合材料的高压合成 v04金刚石膜的制备、物性及应用研究 v05立方氮化硼及相关

8、功能薄膜材料的制备与应用 v06高压相材料 v07C60、纳米碳管及其衍生物的结构与性质 v08纳米材料合成及应用，纳米材料物理 v09纳米结构材料 v10低维材料物理与固体微结构 v11多层薄膜材料的制备与物理性质 v12计算高压物理 v13材料设计与计算机模拟 v14高温高压下材料合成及性质研究v初试科目101政治201英语或202俄语或203日语343普通物理（力学、热学、电磁学）466量子力学或469固体物理v复试：中未选科目 v初试科目初试科目v101政治v201英语v364原子物理v876固体物理或877热力学与统计物理或878激光物理或880量子力学v同等学力考生加试可在科目四中

9、任选两门与初试不同的科目，复试科目为专业综合。同等学力考生加试可在科目四中任选两门与初试不同的科目，复试科目为专业综合。中科大070205凝聚态物理v01强关联体系与低温物理v02纳米材料与物理v03凝聚态物理v04功能薄膜与器件物理v05光学材料与光谱学v06自旋电子学理论v07非线性光学理论v复试科目：101政治理论201英语313普通物理A434量子力学或437固体物理v北大凝聚态物理北大凝聚态物理(070205)人数人数:32研究方向研究方向01.固体理论v02.介观物理03.表面物理04.计算物理05.超导物理06.材料物理07.低温物理08.光与物质相互作用09.薄膜材料及物理10

10、.纳米半导体材料、器件和物理11.非线性理论与实验12.稀土过渡金属合金磁性13.半导体光电子学14.超导电子学15.扫描探针显微学16.纳米材料及电子显微学17.纳米结构与低维物理18.生物信息学v考试科目考试科目关于考试科目：报考本专业第方向的考生限考固体物理，报考第方向的考生两门任选一门。此外，报考第方向生物信息学的考生还可选考北大化学与分子工程学院物理化学专业、或生命科学学院生物学（生物信息学）专业的v1101政治2201英3313量子力学 4408经典物理(含电动力学、热力学与统计物理)、411固体物理3 3 在材料学研究领域中应用在材料学研究领域中应用v中科大080501材料物理与

11、化学v01纳米组装体系的制备与物性v02光电功能材料的制备与物性v03高温超导与自旋相关材料研究v04新型陶瓷材料的制备与物性v初试科目：101政治理论201英语302数学434量子力学或440无机化学或485材料科学基础4 4 在光学、光电子领域中应用在光学、光电子领域中应用v吉大070207光学 v 01光与物质的相互作用 02激光物理 v03量子光学 04激光应用 05光通讯 06激光光谱学 v07飞秒时间分辨光谱 08非线性光学 09光纤传感技术v10光纤拉曼光谱 11红外辐射与物质相互作用 v12光纤激光 13光子晶体中原子相干效应研究 v14有机材料的上转换发光 v15有机及聚合物

12、薄膜的光存储与光调制中科大070207光学v01量子信息v02光电子科学与技术v03光信息处理与计算设计v04强激光与激光生物v初试科目：101政治理论201英语313普通物理A434量子力学v北大光学北大光学 (070207)(070207)人数人数:11:11研究方向研究方向v01.非线性光学及光谱学02.光折变材料制备、表征与应用研究03.光电子器件和光电子学04.新型光功能材料的物理与应用研究05.飞秒强场光物理06.飞秒超快光谱及应用07.量子光学理论08.光存储器件及应用09.近场光学的理论和实验10.介观光学与光电子学复试科目复试科目。1 1101政治2 2201英3 3313量

13、子力学 4 4410电动力学 5 5 在化学、生命科学等领域中应用在化学、生命科学等领域中应用v中科大生命科学：生命科学：071020结构生物学v01生物大分子晶体学 02核磁共振波谱学v03计算生物学方法与技术 04结构基因组学v05结构免役学v初试科目：101政治理论201英语313普通物理A434量子力学v中科大071021生物信息学v01蛋白质空间结构的生物信息学v02生物信息获取、存贮、分析与利用v03统计学与生物信息v初试科目：101政治理论201英语313普通物理A434量子力学v080501材料物理与化学v1501纳米组装体系的制备与物性02光电功能材料的制备与物性03高温超导

14、与自旋相关材料研究04新型陶瓷材料的制备与物性v初试科目：101政治理论201英语302数学（二）434量子力学或440无机化学或485材料科学基础6 6 在天文学、粒子物理、理论物理在天文学、粒子物理、理论物理研究领域中的应用研究领域中的应用v中科大070401天体物理v01活动星系核v02宇宙大尺度结构v03相对论天体物理v04吸积盘物理v初试科目：101政治理论201英语313普通物理A434量子力学或436电动力学v中科大中科大070201070201理论物理理论物理01场论与粒子物理 02近代量子理论及其应用03量子信息与量子计算 04原子分子物理理论05凝聚态理论与多体理论 06量

15、子统计与自旋玻璃理论07计算物理与非线性动力学08统计物理与自适应复杂系统初试科目：101政治理论201英语313普通物理A434量子力学或467热力学统计物理v070202粒子物理与原子核物理01粒子物理实验02粒子物理理论03核固体物理04核技术应用初试科目：101政治理论201英语313普通物理A434量子力学v北大理论物理北大理论物理 (070201)(070201)人数人数:18:18研究方向研究方向v01.粒子物理及量子规范理论02.场论与弦理论03.中高能核物理理论04.原子核结构理论05.数学物理和计算物理06.凝聚态理论考试科目考试科目1 1101政治2 2201英3 331

16、3量子力学 4 4408经典物理(含电动力学、热力学与统计物理)v粒子物理与原子核物理粒子物理与原子核物理 (070202)(070202)人数人数:10:10研究方向研究方向v01.理论核物理02.实验核物理及其应用03.粒子物理04.离子束材料05.微机应用与核电子学考试科目考试科目本专业考试科目中经典物理、原子核物理任选一门。1 1101政治2 2201英3 3313量子力学 4 4408经典物理(含电动力学、热力学与统计物理)、413原子核物理 7 7 量子力学在考研中的地位量子力学在考研中的地位v1999级共有毕业生75人，参加考研同学62人，初试过线29人，录取25人，占初试人数的

17、86.2%，占全部毕业生人数的33.3%。录取25人中18人初试科目选取量子力学，占考取人数的72%，最高分为146分，平均分为116.6分（折合百分制为77.74分）其中王建文考取中科大量子力学为130分、耿优福、张兴房考取郑州大学量子力学为146分。v2000级共有毕业生77人，参加考研同学64人，初试过线39人，录取35人，占初试人数的89.7%，占全部毕业生人数的46%。录取35人中23人初试科目选取量子力学，占考取人数的71.88%，最高分为135分，平均分为103.26分（折合百分制为68.84分）。其中尹相国报考中科大量子力学为135分。第二讲第二讲 中国在量子信息理论与实验领域

18、中国在量子信息理论与实验领域获得重大突破获得重大突破v“量子信息技术的基础研究”成果获得国家自然科学奖二等奖 v量子信息技术的基础研究”成果简介v 中国科学技术大学郭光灿、段路明、郑仕标、周正威、张永生等针对量子信息技术若干热点问题开展深入的研究，共发表SCI论文153篇，SCI他引452次，主要发现点是：1在国际上首创概率量子克隆原理，为有效提取量子信息提供新的途径。量子不可克隆定理给量子信息的提取设置了不可逾越的界限，于是学术界着眼于不精确克隆的研究。现有两种不同原理的量子克隆机：普适克隆和概率克隆。后者为该项目组首创，其原理是将幺正操作和量子测量结合起来，以一定的几率克隆出保真度为1的量

19、子态。证明了，只有线性无关的态集才能被概率克隆，并推导出最大克隆效率的公式。此外还采用线性光学方法在实验上研制成功普适量子克隆机。2在国际上首创量子避错编码原理并已被美国学者在实验上所证实。量子计算机实际应用的最重要障碍是环境会不可避免地引起消相干。量子编码是克服消相干的最有效办法。现有三种不同原理的编码方案：纠错、避错和防错，其中避错编码原理是该项目首创的。与英国学者独立地发现不会消相干的“相干保持态”，进一步提出避错编码的方案，它具有明显优点。美、意等国学者在此基础上做了许多新的推广，美国Los Alamos和NIST三个小组相继在实验上证实了避错原理的正确性。v 3量子处理器是量子通信网

20、络和量子计算的基本单元，消相干是其研制中的主要困难，提出一种易于克服光腔消相干影响的量子处理器，可以在量子信息技术上发挥重要作用。法国巴黎高师学者在实验上已证实其原理的正确性。v 4提出一种基于量子纠缠的信道编码的量子密钥分配新方案，它具有显著的优点。v 5发现奇、偶相干态的奇异非经典特性；首次在实验上证实纠缠可以有效地降低通信复杂度；提出非破坏性量子质询新方案，使成功效率达100。潘建伟教授量子信息学研究占领科技前沿潘建伟教授量子信息学研究占领科技前沿 我国科学家首获奥地利科学院奖 v2003年度奥地利科学院奖于10月10日颁发，中国科技大学潘建伟教授因其在量子态隐形传输以及量子纠缠态纯化研

21、究方面取得成就而获奖，这是我国科学家首次获得这一奖项。v33岁的潘建伟1992年毕业于中国科技大学近代物理系，1999年获维也纳大学博士学位。他多年来从事量子信息学领域的研究并取得了多项重大成果。今年5月22日，自然杂志以封面文章的形式，发表了潘建伟为第一作者的论文任意纠缠态纯化的实验研究。v潘建伟近年来做出的原创成果还包括：首次成功地实现了量子态隐形传送以及纠缠态交换。欧洲物理学会、美国物理学会分别评选该成果为1997年度世界物理学的十大进展之一。科学杂志将其评选为1998年度全球十大科技进展之一。1999年底入选国家科技部年度基础科学研究十大新闻之一。同年，自然杂志从百年来在该杂志发表过的

22、物理学论文中选出21篇经典性论文，该研究成果列在其中。v据悉，截至目前，潘建伟教授已在自然杂志发表论文5篇，其中4篇为第一作者；在国际权威杂志物理评论快报发表论文12篇，相关论文被国际同行引用1000多次。其中关于量子态隐形传送的论文，是目前国际量子信息实验领域引用频次最高的论文，也是1997年在国际上发表的所有学术论文中被引用频次最高的10篇论文之一。v最近几年来，国际量子信息学研究取得了一系列重大突破，但如何解决量子态隐形传输距离短的难题仍然是当今国际上重要研究课题之一，潘建伟及其同事下一步的计划是在解决这一研究课题上寻求突破。中科大教授论文上自然杂志寻找爱因斯坦未解之谜 v科幻小说星际旅

23、行中，星球战士可以在某一地点突然消失而瞬间出现在遥远的另一地点。现实生活中是否真的存在某种手段，可把某一客体以最快捷的方式送到遥远的另一地点？如果有，又将是一种什么手段？中国科技大学教授潘建伟便是在研究这种“远程传送”幻想前最脚踏实地的研究：量子理论。日前，自然杂志以封面形式报道了他在量子领域的突破性进展，他希望通过对量子力学基础以及量子信息的研究，能够为找到爱因斯坦未解之谜的密钥做出贡献。v爱因斯坦未解之谜即多瑙河畔的量子纠缠经典信息处理，一个按照一定数学规则给出的随机二进制数据串构成一个密钥，经典通信中最难解决的问题是密钥分配问题。如果密钥分配不是绝对保密，经典密码通信也就不可能绝对保密。

24、然而，潘建伟等科学家最近开展的研究发现，基于量子力学线性叠加原理和不可克隆定理的量子密钥分配，却可以从根本上解决密钥分配这一世界性难题。“为了对一个400位的阿拉伯数字进行因子分解，目前最快的超级计算机将耗时上百亿年，而具有相同时钟脉冲速度的量子计算机只需大约一分钟。因此，人们一旦拥有了一台量子计算机，那么目前的密码系统将毫无保密性可言！”v潘建伟和他的外籍同事一起，今年在多瑙河两岸开展的一项实验表明，两个相距遥远的光子即使在没有光纤联结和存在噪声干扰的情况下，也可以纠缠在一起。而在他们开展以上实验之前，两个粒子间的量子纠缠要么发生在相对很短的距离，要么将两个粒子通过光纤联结起来。多瑙河两岸的

25、实验表明，不管两个粒子之间的距离有多远，哪怕其间全是“自由空间”，二者也有根本的互相联系，其中一个粒子状态的变化都会影响到第二个粒子的状态。潘建伟说：“量子纠缠”的这种现象蕴含着的神奇力量，也许今后会形成超级量子计算机和“万无一失”的密码系统的基础。这是自然杂志及其网站第四次报道潘的理论。此外，他多次获得国际大奖，全是原创性成果。v中科大量子物理与量子信息实验室在量子通讯实验中成功实现了量子纠缠态的浓缩，并利用这一技术在国际上首次实现了远距离量子通信中最为关键的单元器件量子中继器，为未来远距离量子通信的实现奠定了基础。2003年5月23日物理评论快报报道了这一研究成果。2003年5月22日自然

26、杂志以封面文章的形式发表了中国科大教授潘建伟与奥地利维也纳大学合作者关于任意纠缠态纯化的研究论文。v v 潘建伟教授当选为第潘建伟教授当选为第1515届届“中国十大杰出青年中国十大杰出青年”v11月21日，北京传来喜讯，我系潘建伟教授光荣当选为第15届“中国十大杰出青年”。v潘建伟，中国科学技术大学教授、博士生导师，“中科院引进国外杰出人才”，教育部“长江学者”。潘建伟1970年出生于浙江东阳，1987年考入我校，就读我系理论物理专业，硕士毕业后留校工作。1996年，赴奥地利因斯布鲁克大学攻读博士，毕业后直接被维也纳大学聘为研究员。v1997年以来，潘建伟在世界上系统地开创了量子通讯的实验研究

27、领域，在量子信息论和量子基础研究领域取得突出的、具有国际广泛影响的成果。首次成功实现了量子态隐形传送以及纠缠态交换；首次成功实现三光子、四光子纠缠态，并利用多粒子纠缠态首次成功地实现了GHZ定理的实验验证；首次成功地实现了自由量子态的隐形传送；首次实现纠缠态纯化以及量子中继器的成功实验；首次取得五粒子纠缠态的制备与操纵。1998年潘建伟与爱因斯坦等21位世界著名科学家的论文一道入选了自然杂志物理学百年经典。v潘建伟教授的研究成果先后被评选1997年度、1999年度世界物理学的十大进展、1998年度全球十大科技进展、2003年度“中国十大科技进展”和2003年“中国高校十大科技进展”。2003年

28、，潘建伟教授获得奥地利科学院颁发的Erich Schmid奖，今年，他又连续得了欧盟的玛丽居里奖、洪堡基金会索菲亚奖和德国自然基金委尼托奖。v中国十大杰出青年是从全国30家单位推报的41名人选中，经组委会审定、社会公示、评委会无记名投票产生的，分布在科技、教育、农林牧渔、企业管理、文化艺术、体育、政法、解放军武警等行业和系统，具有广泛的代表性。本次评选活动是由中华全国青年联合会、中国青少年发展基金会等单位联合主办的。潘建伟教授等的成果入选潘建伟教授等的成果入选2004年度国际物理学十大进展年度国际物理学十大进展 v12月1日，由美国物理学会评选的2004年度国际物理学十大进展(The Top

29、Physics Story for 2004)揭晓，我校潘建伟研究组的论文“五光子纠缠和终端开放的量子态隐形传输”榜上有名，这是美国物理学会首次将中国科学家在国内取得的研究成果选入国际物理学年度十大进展。v潘建伟教授和他的同事杨涛、赵志等首次实现了国际上长期以来公认的高难课题“五粒子纠缠态的制备与操纵”，并利用五光子纠缠源在实验上演示了一种更新颖的量子态隐形传输，即“终端开放”的量子态隐形传输。实验中，他们在不确定选择某个粒子作为量子态输出终端的情形下，先将一个粒子的量子态隐形传输到另外多个纠缠着的粒子上，尽管这些粒子分距遥远的异地，但他们发现只须通过适当操作，就可将输入的量子态在任意选定的一

30、个粒子上读出。v潘建伟等人的上述成就引起了众多国际同行的广泛关注。自然杂志称赞说：“尽管五粒子纠缠的实现非常困难，但是中国科学技术大学的潘建伟教授和他的同事们完成了这一壮举。这种新颖的量子态隐形传输是量子纠错和分布式量子信息处理所需要的关键技术。他们的实验方法在量子计算和多粒子量子通信中将会有重要的应用价值。”该成果今年7月1日发表在国际物理学权威杂志自然上，曾在第一时间被美国物理学会和欧洲物理学会同时以专题形式报道，被誉为“多粒子纠缠态实验研究上的重大突破，将极大地推动量子纠错和网络化量子信息处理的实验探索。”这也标志着我国在多粒子纠缠研究方面已经成功超越欧美等国，在量子信息研究领域跃居国际领先水平。v刚刚荣获第15届“中国十大杰出青年”的潘建伟今年34岁，1992年毕业于我校近代物理系，1999年获维也纳大学博士学位。他多年从事量子信息学领域的研究并获多项重大成果。1999年，他的研究成果还入选了自然杂志百年经典论文。2003年10月，他由于在自由量子态隐形传输以及纠缠态纯化实验实现上的重要贡献，被奥地利科学院授予ErichSchmid奖，成为我国科学家获此殊荣的第一人。v 谢 谢！