3 光量子信息技术

光量子信息技术是为了解决半导体芯片发展中的瓶颈问题而发展的核心技术。光量子信息技术利用了量子力学特有的特性，如叠加性、纠缠、非局域性、不可克隆性等，因此其功能远远优于相应的经典信息技术。将这些光量子信息技术应用在量子计算机、量子密码、量子精密测量与量子网络等量子信息技术中可以开辟信息技术发展的新方向。光量子信息技术方向现有教授3人，副教授6人，具有博士学位15人，主持和参与国家、省部级课题15项，经费达到126万元；获得教育部科技进步奖一等奖1项、三等奖1项；并在Physical Review A（SCI二区）发表论文1篇，Physical Review B（SCI二区）发表论文2篇，Physical Review C（SCI二区）发表论文1篇, Optics Express（SCI二区）发表论文2篇，以及在Laser Physics Letters，Physics Letters A等期刊分别发表论文若干篇。

3.1 经典效应的研究

理论上系统研究光与物质相互作用的若干物理体系中的各种非经典效应及其应用，提出了纠缠产生、交换（相关研究成果发表于Laser Physics Letters, 2019, 16(8):85205），以及纠缠控制的方案（相关研究成果发表于Chinese Physics B, 2019, 28(9):090304），为量子通信的实验研究提供理论依据；以及提出了利用脉冲控制实现量子噪声压缩的方案，为实现低噪声的量子器件提供理论支持，该工作受到国家自然科学基金青年基金的支持（批准号：12104141）。

3.2 多体量子效应的研究

基于多体量子系统探索了量子霍尔效应以及拓扑性（相关研究成果发表于Phys. Rev. A 2021,103: 033316与Phys. Rev. B 2020,102: 115132），为实现量子霍尔器件、拓扑保护量子器件提供理论指导，同时为后续探索拓扑量子计算奠定基础，上述工作受到国家自然科学基金委理论物理专项项目（批准号：11947027）和国家自然科学基金青年基金项目（批准号：12004105）的支持。

3.3 量子精密测量的研究

在2021年主持了量子钻石原子力显微镜中光路自动校准功能的技术开发横向项目，金额为20万，已结题。在该技术开发横向项目中通过对量子钻石原子力显微镜光路自动校准，有效提高NV色心自旋磁共振和AFM扫描探针技术的测量精度，可实现样品磁学性质的定量无损成像，该技术手段在磁畴成像、二维材料、拓扑磁结构、超导磁学、细胞成像等领域有着广泛应用。

3.4 量子光学与量子信息的研究

在基于光力的量子光学系统中，提出了利用相干反馈调控光力系统阻塞效应的方案，证明了相干反馈可以有效增强光力系统的阻塞效应，从而抑制多光子的激发，让系统中只能一次激发一个光子，实现单光子源（相关研究成果发表Optics Express 2021, 29,22:35299-35313），该工作受到湖北省教育厅科学研究计划中青年人才项目的支持（批准号：Q20202503）。在量子信息实验中，利用钛宝石飞秒脉冲激光器制备出了具有纵模频率间隔相等、周期脉冲序列位相恒定、且具有较强的量子关联特性的脉冲量子纠缠光子，测量的S值为2.47，保真度为0.87，为量子通信和量子网络提供了优质的量子光源，其中实验装置与实验结果如图1所示。实验利用制备的脉冲单光子源搭建出了时间复用结构的一维离散时间量子行走实验，目前使用15米和16米光纤完成22步量子行走，该实验实现了部分量子计算算法的应用、对量子力学基本问题的验证，以及随机数的产生，为量子信息处理奠定了坚实基础。