2024年度山西省自然科学奖拟提名项目公示内容

项目名称:连续变量量子资源调控机理与应用研究

提名者：山西大学

提名意见：

该项目面向量子科技国家重大需求，围绕连续变量光量子信息处理的新原理和新方法，聚焦连续变量量子资源表征、调控和应用的关键科学问题开展研究，在损耗环境连续变量量子资源表征和分发、噪声环境连续变量量子资源调控机理、基于连续变量量子导引的远程态制备等方面取得了一系列具有国际影响力的重要科学发现。

（1）提出了连续变量量子资源分发的新方法，实验实现了损耗环境连续变量量子纠缠、量子导引和光学薛定谔猫态的分发，证明了损耗环境中连续变量量子资源的鲁棒性。（2）发展了抑制量子导引退相干的新途径，实验实现了噪声环境连续变量量子导引的死亡、恢复和提纯，验证了噪声环境连续变量量子资源的调控机理，为基于连续变量量子资源的量子通信奠定基础。（3）基于远程分发的连续变量量子导引，实验实现了具有Wigner负值的非高斯态远程制备，拓展了连续变量量子导引在量子通信中的应用。

该项目所取得的研究成果有效解决了连续变量量子资源调控与应用的一系列关键科学问题，为基于连续变量量子资源的量子信息处理奠定了基础。项目5篇代表性论文包括Phys. Rev. Lett. 2篇、npj Quantum Information 2篇、Photonics Research 1篇。所取得的研究成果受到了国内外同行的高度认可和肯定评价，被Phys. Rev. Lett.、PRX Quantum、Laser & Photonics Reviews等国际著名期刊发表的论文引用，SCI引用136次、他引103次。

经审查，申报材料属实，符合推荐要求。拟提名该项目为山西省自然科学奖一等奖。

项目简介：

该项目属于物理学领域中的量子光学，研究光的量子行为、光与物质相互作用的新奇量子现象，发展光量子信息技术和量子调控的新原理和新方法，并应用于量子通信、量子计算和量子精密测量。量子科技是当前国际前沿研究领域，属于国家重大需求，对于解决经典计算机难以解决的复杂问题、实现经典通信系统无法完成的通信任务、提升测量精度具有重要意义。

量子资源的表征、分发和调控是发展量子科技的基础和前提。项目面向量子科技国家重大需求，聚焦连续变量量子资源表征、调控和应用，实验制备了连续变量量子导引和光学薛定谔猫态等量子资源，发展了损耗和噪声环境量子资源调控新方法，解决了连续变量光量子信息处理的系列关键科学问题。主要科学发现点包括：（1）提出了连续变量量子资源分发的新方法，实验实现了损耗环境连续变量量子纠缠、量子导引和光学薛定谔猫态的分发，验证了这三种量子资源在损耗环境的鲁棒性；（2）发展了抑制量子导引退相干的新途径，实验实现了噪声环境连续变量量子导引的死亡、恢复和提纯，揭示了噪声环境连续变量量子资源的调控机理；（3）基于远程分发的连续变量量子导引，实验实现了具有Wigner负值的非高斯态远程制备，拓展了连续变量量子导引在量子通信中的应用。研究成果有效解决了连续变量量子资源调控和应用的关键科学问题，为基于连续变量量子资源的量子信息奠定了基础。

项目共发表SCI论文25篇，包括SCI一区论文10篇，SCI引用437次。5篇代表性论文均为SCI一区论文，包括Phys. Rev. Lett. 2篇、npj Quantum Information 2篇、Photonics Research 1篇，被Phys. Rev. Lett.、PRX Quantum等期刊引用，SCI引用136次，他引103次，受到了国内外同行的广泛关注与认可。中国科学技术大学郭光灿院士团队发表在Phys. Rev. Lett. 128, 120402 (2022)和Phys. Rev. Lett. 130, 200202 (2023)的论文分别引用了项目团队4篇和2篇论文，肯定了团队连续变量量子导引的研究成果。西班牙光学中心Maciej Lewenstein教授团队发表在PRX Quantum 4, 010201 (2023)的教程（Tutorial）论文引用了团队量化光学薛定谔猫态量子相干性的论文，肯定了团队表征猫态相干性的成果。

客观评价：

项目5篇代表性论文受到了国内外同行的广泛关注和肯定。典型的引用评价如下：

（1）中国科学技术大学郭光灿院士团队发表在Phys. Rev. Lett. 128, 120402 (2022)的论文引用了项目团队量子导引研究的4篇论文，包括利用可分态实现多组份纠缠和导引确定性分发的工作[代表性论文1，Phys. Rev. Lett. 125, 260506 (2020)]，并评述“EPR 导引共享性的识别对理解分发到多方的EPR导引提供了全面的见解，丰富了基于多方导引的量子任务，例如量子因特网”，肯定了项目团队代表性论文1的研究成果。

（2）欧洲科学研究委员会高级研究基金获得者、西班牙光学中心Maciej Lewenstein教授团队发表在PRX Quantum 4, 010201 (2023)的教程（Tutorial）论文引用了项目团队量化光学薛定谔猫态量子相干性的工作[代表性论文2, Photonics Research 9, 887 (2021)]，并评述“猫态退相干可以使用一个由于与高斯热库相互作用引入光子损耗的噪声模型，通过冯诺伊曼熵或者保真度量化”，肯定了项目团队代表性论文2的研究成果。

（3）中国科学技术大学郭光灿院士研究团队发表在Phys. Rev. Lett. 130, 200202 (2023)的论文引用了项目团队2篇论文，包括噪声信道高斯量子导引死亡和恢复的工作[代表性论文3, npj Quantum Information 7, 65 (2021)]，并评述“在连续变量系统，损耗和噪声信道高斯量子导引的突然死亡和恢复已被研究”，肯定了项目团队代表性论文3的研究成果。

（4）国际著名量子光学专家、澳大利亚昆士兰大学T. C. Ralph教授团队发表在PRX Quantum 5, 020359 (2024)的论文引用了项目团队连续变量量子导引提纯的工作[代表性论文4, npj Quantum Information 8, 38 (2022)]，并评述“无噪声放大无与伦比的品质使得它成为许多量子协议的唯一前进之路，这包括量子通信、量子中继网络、量子纠缠提纯、量子增强传感和量子纠错等应用”，肯定了项目团队代表性论文4的研究成果。

（5）Optics Express编辑、捷克帕拉茨基大学Radim Filip教授研究团队发表在Optics Express 30, 31456 (2022)的论文引用了研究团队量子导引调控和应用的5篇论文，包括连续变量量子导引死亡和恢复[代表性论文3, npj Quantum Information 7, 65 (2021)]和基于连续变量量子导引的远程态制备[代表性论文5, Phys. Rev. Lett. 128, 200401 (2022)]，肯定了项目团队代表性论文3和5的研究成果。

代表性论文专著目录：

(1) Meihong Wang, Yu Xiang, Haijun Kang, Dongmei Han, Yang Liu, Qiongyi He, Qihuang Gong, Xiaolong Su, and Kunchi Peng, Deterministic distribution of multipartite entanglement and steering in a quantum network by separable states, Phys. Rev. Lett. 125, 260506 (2020).

(2) Miao Zhang, Haijun Kang, Meihong Wang, Fengyi Xu, Xiaolong Su , and Kunchi Peng, Quantifying quantum coherence of optical cat states, Photonics Research 9, 887-892 (2021).

(3) Xiaowei Deng, Yang Liu, Meihong Wang, Xiaolong Su, and Kunchi Peng, Sudden death and revival of Gaussian Einstein-Podolsky-Rosen steering in noisy channels, npj Quantum Information 7, 65 (2021).

(4) Yang Liu, Kaimin Zheng, Haijun Kang, Dongmei Han, Meihong Wang, Lijian Zhang, Xiaolong Su and Kunchi Peng, Distillation of Gaussian Einstein-Podolsky-Rosen steering with noiseless linear amplification, npj Quantum Information 8, 38 (2022).

(5) Shuheng Liu, Dongmei Han, Na Wang, Yu Xiang, Fengxiao Sun, Meihong Wang, Zhongzhong Qin, Qihuang Gong, Xiaolong Su, and Qiongyi He, Experimental demonstration of remotely creating Wigner negativity via quantum steering, Phys. Rev. Lett. 128, 200401 (2022).

主要完成人情况:

完成人合作关系说明:

1. 项目完成人苏晓龙、何琼毅、王美红、刘阳合作完成了利用可分态实现多组份连续变量纠缠和导引的确定性分发的研究工作，研究成果发表在Phys. Rev. Lett. 125, 260506 (2020)（代表性论文1）。

2. 项目完成人苏晓龙、王美红合作完成了量化光学薛定谔猫态量子相干性的研究工作，研究成果发表在Photonics Research 9, 887 (2021)（代表性论文2）。

3. 项目完成人苏晓龙、邓晓玮、刘阳、王美红合作完成了噪声信道高斯量子导引的突然死亡和恢复的研究工作，研究成果发表在npj Quantum Information 7, 65 (2021)（代表性论文3）。

4. 项目完成人苏晓龙、刘阳、张利剑、王美红合作完成了基于无噪声线性放大的高斯量子导引提纯的研究工作，研究成果发表在npj Quantum Information 8, 38 (2022)（代表性论文4）。

5. 项目完成人苏晓龙、何琼毅、王美红合作完成了基于量子导引远程制备具有Wigner负值的非高斯态的研究工作，研究成果发表在Phys. Rev. Lett. 128, 200401 (2022)（代表性论文5）。

知情同意证明：