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量子信息学基础理论及其相关研究

研究方向:

量子信息学基础理论及其相关研究

研究特色及创新点:

量子纠缠是目前量子信息与量子计算领域的最为重要的资源,对于量子纠缠的研究不仅关系到量子信息科学发展,也深刻影响到整个量子物理学及其相关的众多学科的发展。我们的研究围绕着量子纠缠的概念,同时又不仅仅局限于此概念,更侧重了与其相关的交叉领域研究,并且也关注到量子纠缠以外的量子关联和量子压缩在量子信息处理等相关方面的重要作用,这是该方向的创新特色之一。量子磁性系统是实现量子信息处理与计算的一类重要物理系统,同时也是凝聚态物理学中的重要研究对象,包含了大量新奇的物理特性,例如量子相变。我们的研究的另一显著特色是将量子信息与凝聚态物理领域的重要问题相互关联,进行交叉领域研究,不仅为量子信息的物理实现提供理论依据,也为凝聚态物理中的重要问题提供一种新的研究思路。此外该方向还研究量子度量学、可控量子体系和量子开放系统中的许多量子相干特性,与量子信息学及量子光学中的重要问题密切相关。团队成员在此方向的研究有深厚积累,具有优势的研究力量。

考察量子相变环境中的动力学问题是近几年量子信息领域非常活跃的研究课题,而本团队成员孙哲副教授与其合作者共同完成的科研成果Disentanglement in a quantum-critical environment,Phys. Rev. A, 75 (6) (2007) 062312,是国际上较早进行相关研究的成果之一。他们发现纠缠的演化行为受到环境临界特性的显著影响,并提出一种以探测系统的纠缠特性来研究环境的量子临界行为的崭新思路和方法,此项工作发表在SCI二区期刊Physical Review A,受到国内外学者的广泛关注,SCI总引用频次90次,其中他引近80次,Google引用118次。此外,孙哲副教授与其合作者完成的有关高自旋磁性系统中的量子纠缠的科研成果发表在期刊New J. Phys. 7 (2005) 83(SCI二区,影响因子4.115),和J. Phys. A: Math. Gen. 38, 8703 (2005) (SCI 三区),他们发现高自旋系统的复杂能级结构,导致量子纠缠特性也出现复杂变化,并与磁性临界特性密切相关,而该系列成果是在国际上较早研究高自旋磁性系统中纠缠特性的工作。此外,孙哲副教授与其合作者完成的关于量子关联与量子退相干问题的研究成果发表在SCI二区期刊Quantum Inf. Compt. 10, No. 11&12 (2010) 0994–1003。

为了克服量子计算系统易受环境噪声的影响的问题,一种有效的方法是进行量子纠错,即可以纠正由于环境影响造成的错误信息,这对于量子计算的实现具有极其重要的意义。团队成员董莹博士擅长量子纠错理论,他与合作者发展了一种基于图态的系统构造量子纠错码的方案,并将此方案推广至纠缠辅助量子纠错码情况。并基于此种方法,构建了一系列新的量子码。其中一些码具有非常奇特和有趣的性质,例如可以打破传统上被认为是编码效率极限的量子线性编程界。此外发明了一种基于经典纠错码来构筑量子码的新方案。这种方法对于线性及非线性码均适用。基于此种方法,构造了一组称为Breeding码的最优的纠缠辅助量子码。这组码具有最优的编码效率,并可实现任意数目的量子比特进行编码。相关系列工作均发表于SCI二区期刊Phys. Rev. A上。

该研究方向,将继续发展原有优势的、特色的研究方法,在固态量子系统中量子关联,以及量子纠错编码等方面获得更多具有创新性,有价值的研究成果。

主要承研人员: 孙哲、董莹、周能吉、李炳伟

负责人:孙哲(副教授)

出生年月:

1976.10

性别:

职称:

副教授

学习科研经历:

1999.9-2003.6  东北师范大学物理学院,物理学学士;

2003.9-2008.6 浙江大学物理系,凝聚态物理博士;

2007.11-2008.1 香港大学物理系,研究助理;

2011.11-2012.2 日本理化学研究所,客员研究员;

2008.7-至今,杭州师范大学理学院,副教授。

研究领域:

量子信息、量子计算、量子光学及凝聚态相关理论研究,

Quantum Information and Computation, Quantum Optics, Condensed Matter Theory

荣誉:

迄今为止在SCI检索期刊上发表论文28篇,其中有16篇发表在SCI(二区期刊)Physical Review A、B, New J. Phys.上,单篇最高引用频次84次,引用频次大于20次的有4篇。 是Chinese Physics Letters、Physics letters A 以及 Communications in Theoretical Physics 等SCI期刊审稿人。主持科研项目6项,其中包括国家自然基金项目3项(包括:1项专项基金已结题,1项青年基金,1项面上项目),省自然基金1项(结题优秀),省教育厅项目1项(已结题)。参与2013年浙江省重点项目1项,排名2/7。获2011年浙江省高校科研奖论文类三等奖,“十一五”浙江省自然科学基金优秀项目奖,“十一五”浙江省自然科学基金优秀论文奖。