他的團(tuán)隊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，今天我們來認(rèn)識一下他和他團(tuán)隊的新研究進(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，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授，中國科學(xué)院量子信息重點實驗室主任，中國科學(xué)院院士，現(xiàn)任中國物理學(xué)會常務(wù)理事、中國光學(xué)學(xué)會理事長。

自1965年中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)畢業(yè)后，長期從事量子光學(xué)、量子通信和量子計算的理論和實驗研究。擔(dān)任國際刊物《International J. of Quantum Information》 的Managing Editor；國家基金委創(chuàng)新群體學(xué)術(shù)帶頭人；國家科技部中長期規(guī)劃“量子調(diào)控”重大項目《量子通信與量子計算的物理實現(xiàn)》、中科院B類先導(dǎo)專項項目《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項《多功能固態(tài)量子存儲器》的首席科學(xué)家。

2001年獲中科院自然科學(xué)二等獎，2003年獲國家自然科學(xué)二等獎，2003年獲“何梁何利”科技進(jìn)步獎，2003年當(dāng)選為中國科學(xué)院院士，2006年獲安徽省自然科學(xué)一等獎，2007年獲安徽省重大科技進(jìn)步獎，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)的國際學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文700多篇，他引超過10000次。培養(yǎng)博士80余人，其中5人榮獲全國百篇優(yōu)秀博士論文獎。

主要從事量子光學(xué)、量子密碼、量子通信和量子計算的理論和實驗研究。提出概率量子克隆原理，推導(dǎo)出最大克隆效率，在實驗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)境作用下不會消相干的"相干保持態(tài)"，提出量子避錯編碼原理，被實驗證實。提出一種新型可望實用的量子處理器，被實驗證實。在實驗上實現(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，有其獨特的安全保密優(yōu)點。在實驗上驗證了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)隊在高維量子通信研究中取得重要進(jìn)展，該團(tuán)隊李傳鋒、柳必恒研究組利用六光子系統(tǒng)實驗實現(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)表在國際知名期刊《物理評論快報》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，受到人們的廣泛關(guān)注。如何實現(xiàn)高效的高維量子隱形傳態(tài)，從而實現(xiàn)高效的高維量子網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前量子信息領(lǐng)域的研究熱點之一。

為了實現(xiàn)高維量子通信，李傳鋒、柳必恒等人從2016年開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)展問題，實現(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題，實現(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年起開始了高維量子隱形傳態(tài)的實驗研究。然而理論研究表明，在線性光學(xué)體系中，必須采用輔助粒子才能實現(xiàn)高維量子隱形傳態(tài)。

為了實現(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個輔助糾纏光子對就可以高效的實現(xiàn)d維的量子隱形傳態(tài)，從而解決了資源消耗問題。然后實驗上利用主動反饋技術(shù)實現(xiàn)路徑間的相位鎖定，干涉可見度在45小時內(nèi)保持在0.98的水平，從而利用六光子系統(tǒng)實現(xiàn)了三維的量子隱形傳態(tài)。研究組對三維量子隱形傳態(tài)過程做了過程層析，保真度達(dá)到0.596，以7個標(biāo)準(zhǔn)差超過了經(jīng)典極限值1/3，證實了三維量子隱形傳態(tài)過程的量子特性。高效的高維量子隱形傳態(tài)的實現(xiàn)為構(gòu)建高效的高維量子網(wǎng)絡(luò)打下堅實的基礎(chǔ)。

文章共同第一作者為中科院量子信息重點實驗室特任副研究員胡曉敏和張超。本研究得到科技部、國家基金委、中國科學(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)的實驗裝置圖