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量子通信实现“中国领跑”“量子密钥分发已经成功实现商业化，在光纤中已经能做到几百公里，用卫星可以做到上千公里。
”这两项纪录都是由中国科学家创造的，也是中国量子通信领先世界的标志。
文|《中国报道》记者 张利娟采访 | 解读中国工作室量子通信技术被誉为影响人类未来的重大技术之一，成为国际竞争的新热点。
经过20多年的科研攻关，我国在量子通信领域取得了一系列世界领先的创新成果。
从“墨子号”量子卫星成功发射，到量子“京沪干线”正式开通，再到在国际上首次实现的多维度量子隐形传态……虽然在全球量子通信赛道中，中国起步并非最早，但如今已经实现了“弯道超车”。
量子“梦之队”诞生追溯量子通信的起源，需要从爱因斯坦的“幽灵”——量子纠缠的实证说起。
由于人们对纠缠态粒子之间的相互影响一直有所怀疑，几十年来，物理学家一直试图验证这种神奇特性是否真实。
1982年，法国物理学家艾伦·爱斯派克特（Alain Aspect）和他的小组成功地完成了一项实验，证实了微观粒子“量子纠缠”的现象确实存在。
此后大量的实验也都证实了爱因斯坦的幽灵——量子力学非定域性的存在。
在验证“爱因斯坦的幽灵”的过程中，人们发展出了对量子系统进行精确调控的技术，从而使得利用量子力学进行全新的信息处理成为可能。
在量子力学理论的基础上，1993年，美国科学家本奈特（C. H. Bennett）和加拿大科学家布拉萨德（G. Brassard）提出了第一个量子密钥分发（量子密码）的协议。
随后，来自不同国家的6位科学家，提出了基于量子纠缠理论，可以将一个粒子的未知量子态传送到遥远地点而不需要传递这个粒子本身，即量子态隐形传送的方案，这就是量子通信的基本应用。
1997年在奥地利蔡林格（A.Zeilinger）教授研究组留学的中国青年学者潘建伟与荷兰学者波密斯特等人合作，首次实现了未知量子态的远程传输。
这是国际上首次在实验上成功地将一个量子态从甲地的光子传送到乙地的光子上。
项目名称：基于光场量子态的量子信息研究一、研究内容项目将围绕重大科学研究计划“量子调控”专项中的“基于光场量子态的量子信息研究”的指南内容，瞄准利用光场量子态进行量子信息处理中的关键科学和技术问题，如：稳定可靠的纠缠光源的获得，有效的纠缠光纯化以及光与原子量子接口的实现等开展深入的研究。
从实验上构建稳定可靠、可扩展、易操控的量子信息处理物理系统，以及在原理探讨中加强核心技术的获得。
本项目拟解决的关键科学问题包括：1. 具有实用价值的纠缠态光源的研制：需解决以下关键问题：（1）研制高质量高功率全固态1.5μm/1.3μm 连续单频激光光源、窄线宽连续可调谐钛宝石激光器；（2）降低作为泵浦源的激光器的位相噪声使之达到散粒噪声极限，最大限度克服其对量子纠缠态光场纠缠度的影响；（3）改善反馈控制系统以降低光束间相对位相波动，提高非线性晶体的控温精度，以获得高纠缠度连续变量量子纠缠态光场；（4）当非简并光学参量振荡器运转于阈值以上时，研究解决两个下转换模在光学参量振荡腔内的不平衡损耗；（5）优化基于光纤的纠缠光源的参数，提高纠缠度，并使该系统全光纤化。
2. 多色多组份纠缠态光场产生及量子态传输：需解决以下关键问题：（1）将作为泵浦源的光纤激光器输出噪声降低到散粒噪声极限水平；（2）寻找合适的控制参数，实现量子离物传态以及可控的量子克隆；（3）多色多组份纠缠态在传输和与节点发生相互作用过程中的消相干问题。
3. 量子纠缠纯化和量子接口：需解决以下关键问题：（1）制备非高斯混合纠缠态光场；（2）获得高光学厚度、极低温度的冷原子系综；（3）减小原子退相干效应对量子存储的影响；（4）设计可行的探测系统, 消除杂散光的影响，完成光场量子态信号的探测。
4. 单量子比特（光子或分子）的产生与探测及其在量子信息处理上的应用：需解决以下关键问题：(1) 利用低温超导技术实现微波段光场量子态的制备和表征;(2)实现光通信波段(即波长为1.3μm,1.5μm)和原子吸收线(即波长为780nm,850nm)的快响应时间、高量子效率和低暗计数率的超导单光子测量。
中科大考博辅导班：2019中科大化学与材料科学学院考博难度解析及经验分享中国科学院大学2019年博士研究生招生统一实行网上报名。
报考者须符合《中国科学院大学2019年招收攻读博士学位研究生简章》规定的报考条件。
考生在报考前请联系所报考的研究所(指招收博士生的中科院各研究院、所、中心、园、台、站)或校部相关院系，了解具体的报考规定。
下面是启道考博辅导班整理的关于中国科学技术大学化学与材料科学学院考博相关内容。
一、院系简介化学系成立于1997年，现有无机化学、有机化学、分析化学和应用化学四个学科方向，化学为国家一级重点学科。
现有教职员工共59人，包括教授24人，其中中国科学院院士3人，教育部长江学者4人，国家杰出青年基金获得者6人，副教授22人(包括3名高级工程师)。
诺贝尔化学奖获得者J.M.Lehn教授和美国化学会前主席R.Breslow教授担任名誉教授，17名国内著名学者受聘担任兼职或客座教授。
目前在校博士生143人，硕士生290人，本科生288人。
化学系本科设化学专业，学制4年。
培养的学生具有坚实的数理化基础、前沿的专业理论知识和精良的计算机操作和化学实验技能。
80%以上的毕业生被国内外著名大学或研究机构录取为研究生，其余学生为各科研机构或公司等聘用。
二、招生信息中国科学技术大学化学与材料科学学院博士招生专业有4个：070200物理学研究方向：1．量子信息．量子光学．冷原子物理．量子光学量子信息物理学．冷原子物理及量子．低维凝聚态物理．低维材料中的电子态结构研究及量子态调控．新型二维半导体的探索及光电性质研究．基于NV色心光磁共振谱的量子测量．纳米光学．量子信息物理学．量子基础．冷原子物理．量子光学．超导物理．强关联电子体系．扫描探针电子能谱学．单分子反应动力学固液界面振动光谱．量子信息物理学．量子基础．电子谱学与电子显微学．计算凝聚态物理．单分子光电子学．纳米光电．量子计算和量子信息．纳米材料与结构制备与表征．纳米物理与纳米器件．单分子高分辨表征．单分子电子态调控．分子光谱．冷原子物理．量子信息．固态量子材料和器件．单光子源、纠缠光子源．超导量子计算机芯片材料．关联电子材料与物理．先进功能薄膜材料与器件．电子结构理论与计算．燃料电池理论与模拟．量子纠缠与非定域性．量子信息与量子通信．量子基础．原子分子物理．原子核物理1．量子计算和量子信息．量子光学和量子物理．低维物理与表面物理．纳米物理与纳米器件．极弱信号测量仪器1．多参量复合量子功能材料与物理．表面和界面新奇量子效应．ThZ近场光学．超材料设计与制备．光电功能材料与器件6．非线性光学与激光．新型能源材料．超材料及敏感技术．量子信息物理学．量子基础．量子光学．原子分子物理．量子计算和量子信息．量子物理基础1．超导材料结构与物性．磁电阻材料．纳微米材料结构与物理070300化学研究方向：．金属纳米材料．纳米催化．辐射化学和顺磁共振应用．磁场下无机合成．纳米药物载体和磁共振对比剂．纳米催化剂与储能材料．电催化．单分子光电子．单分子化学物理．合成化学．电催化学．新能源材料．金属/有机分子联合催化．手性有机小分子催．天然产物的不对称合成．有机化学、不对称催化．生物活性分子合成．单分子反应动力学．STM 物理化学．表面科学与催化．基于配位化学的多孔晶态材料2．无机功能复合材料．多孔复合材料在催化中的应用．理论与计算化学．单分子化学物理．分子光谱．高分子及胶体智能材料．高分子物理中的模拟计算．生物材料1．理论与计算化学．单分子化学物理．分子电子学．高分子物理中的理论计算和计算机模拟．DNA分子机器的设计与应用1．分子光谱．化学反应动力学071000生物学研究方向：．免疫突触的形成．代谢性疾病中炎症的发生机制1．神经可塑性．神经发育与疾病．神经细胞与网络生物物理学．神经生物光电子学前沿技术．真核生物转录及染色质结构调控的分子机制．冷冻电子显微学1．听觉神经生物物理．听觉信息加工1．致病菌表面蛋白的结构和功能．膜蛋白的结构和功能．肺炎链球菌表面蛋白的结构和功能1．肿瘤代谢调控的分子机制．非编码RNA对干细胞命运的调节作用．蛋白质对物理化学因素的响应机制．酶分子改造与应用．斑马鱼、爪蟾神经发育．神经损伤修复与髓鞘重建．生物大分子结构和动力学的计算机模拟．蛋白质设计的理论与实验研究．蛋白质序列－结构关系的生物信息学分析与应用．生物分子网络的建模与功能分析．记忆，衰老和神经退行性疾病1．肿瘤发生发展的分子基础．非编码RNA与肿瘤形成．学习记忆及衰老的神经生物学．神经退行性疾病．脑血管及其疾病的细胞生物学．神经免疫学．中枢神经系统药物发现及生物标记．蛋白质与核酸的核磁共振波谱研究．基因表达调控重要蛋白质复合物的结构与功能．细胞连接重要蛋白质复合物的结构与功能080500材料科学与工程研究方向：．强磁场下材料合成．纳米粒子生物医学应用．催化化学．表面化学．材料化学．自旋相关材料的合成、性能与器件．低维材料制备与性能．光电功能材料与器件．非线性光学与激光．新型能源材料．超材料及敏感技术1．功能材料结构与物理1．高温超导材料．低维磁性材料．半导体薄膜与器件．高转换效率薄膜太阳能电池研究．复杂氧化物异质外延与界面物理．功能氧化物薄膜材料与器件．人工微结构．理论与计算材料学．低维功能材料的设计与模拟．材料物理化学过程．电活性材料（用于智能变色窗，传感器和驱动器）．光电功能材料与器件．新型能源材料三、报考条件（1）中华人民共和国公民；拥护中国共产党的领导，愿意为祖国社会主义现代化建设服务；品德良好，遵纪守法，学风端正，无任何考试作弊、学术剽窃及其它违法违纪行为；（2）身体健康状况符合我校规定的体检要求，心理正常；（3）申请者原则上应来自国内重点院校或所在高校学习专业为重点学科；（4）专业基础好、科研能力强，在某一领域或某些方面有特殊学术专长及突出学术成果；（5）对学术研究有浓厚的兴趣，有较强的创新意识、创新能力和专业能力；（6）申请者的学位必须符合下述条件之一：应届硕士毕业生须在博士入学前取得硕士学位；或已获得硕士或博士学位；在境外获得学位的考生，须凭教育部留学服务中心的认证书报名；（7）具有较强的语言能力，外语（限本单位招生专业目录中公布的语种）水平较高。
项目名称：囚禁离子、原子体系的精密调控及在量子频标上的应用首席科学家：王力军清华大学起止年限：2010年1月-2014年8月依托部门：教育部中国科学院一、研究内容1、高性能的实验平台、可推广技术的建设将主要搭建以下两个基础实验技术平台和提供一套可推广技术：（1）高精度原子钟国家标准、比对平台。
（2）小型化、可搬动的高精度离子频标，用于频标比对。
（3）发展能可靠运行超窄线宽激光稳频技术。
2、离子囚禁技术、精密光谱及应用（1）研究离子囚禁新方法，新技术。
特别是特大离子云的囚禁、冷却方法。
研究各种新物理现象，包括相变的新型光学探测方法。
研究囚禁离子与外界相互作用，以及内外自由度的耦合和调控。
（2）基于镉离子的小型化、激光冷却射频量子频标，用于比对。
（3）开展离子囚禁新方法的理论研究。
3、光晶格锶原子光频标和铯原子喷泉微波频率基准及比对平台（1）研究光晶格囚禁锶原子光频标。
（2）研究铯原子喷泉微波频率基准性能指标提升关键技术。
改造现有NIM5铯原子喷泉钟, 使其频率天稳定度和不确定度均达到(1-2)x10-15，运行率99％。
（3）研究喷泉钟-光钟的溯源比对平台的关键技术。
为本项目研制的光频标提供绝对频率溯源比对参考，争取为未来国际改定秒定义提供基础数据。
4、超窄线宽激光及精密光谱研究（1）研制超窄线宽稳频激光。
为开展光学频率标准研究提供必不可少的激光源，发展能可靠运行的超窄线宽激光稳频技术。
（2）开展光梳精密光谱学的研究。
提高光谱检测灵敏度及分辨率，探索多频窄线宽相干光场同时与原子分子相互作用及相干控制新机理。
（3）开展基于三维光晶格冷原子的精密光谱与精密测量的研究。
用研制的578nm窄线宽激光，研究三维光晶格光钟的理论和实验问题。
研究与三维光晶格光钟相关的物理问题。
(4) 研究超窄线宽光纤精密传输系统，为光频标精密传输和光钟比对研究提供有效的技术路线和手段。
5、囚禁量子体系内外部量子态相互作用原理与调控（1）研究囚禁下粒子体系内外部量子态的耦合。
项目名称：量子通信网络和量子仿真关键器件的物理实现首席科学家：起止年限：2011.1至2015.8依托部门：中国科学院二、预期目标本项目的总体目标是实现若干量子通信网络和量子仿真关键器件。
通过系统的研究各个物理体系在实现量子信息过程中的基本物理问题，为量子信息的实用化找到一条切实可行的道路，同时完善现有的实验研究平台，磨炼和造就一支国际先进水平研究队伍。
我们希望在通信波段的量子光源的实现与应用，多光子操控，量子精密测量，网络量子信息过程，光学微腔量子信息器件的加工与操控以及量子仿真的理论与实验等方面作出若干国际领先的有显示度的成果。
五年的预期目标：1.研制基于量子点发射的通信波段非经典光源原型器件，并利用这些器件进行量子通信网络化、长程化的各种基本问题的研究，如信道的非马尔科夫性、信道的波分复用等。
完成基于量子点中自旋态的量子控制的原理性验证。
2.完成八光子通信复杂度实验；提高多光子干涉的过程保真度；可能实现逼近或达到海森堡极限的高精度量子测量实验；研制二维网络纠缠光源原型器件，建立一个可用于研究网络量子信息过程的有一定规模的量子网络平台。
3.掌握基于微纳光学腔的可集成化量子仿真中的核心技术和并实现其中的关键操作，如实现光腔中单量子体与腔模强耦合；实现对光子态或者原子能级态的量子相干操纵；制备由多个光学腔构成的光学腔阵列，并实现其中两个耦合腔体系的相互作用。
4.在具有可集成性的量子系统芯片式设计和调控，强关联模型的量子仿真和量子奇异相探测以及在基于量子信息的算法研究、量子相变和量子纠缠的理论方面获得若干重要的进展。
我们预期在国际高水平杂志上发表论文100篇以上，培养博士生30名左右。
三、研究方案一、研究方案本项目将利用光子及光子与固态物质相互作用过程，拟在量子通信网络和量子仿真的关键性技术上取得突破。
在量子信息物理实现方面，各种物理体系具有不同特点。
不同的量子比特系统相对于不同的量子信息实现过程具有不同的长处和不足，如光学有利于量子信息传播；固态系统有利于器件的集成和信息的定域化存储；而在高品质的微腔中光与原子的相互作用有利于实现量子信息的操纵。
项目名称：受限空间中光与超冷原子分子量子态的调控及其应用首席科学家：贾锁堂山西大学起止年限：2012.1至2016.8依托部门：山西省科技厅一、关键科学问题及研究内容拟解决的关键科学问题：超冷原子分子作为一种理想的介质已经被广泛用于物质与场的相互作用，原子/分子量子态是精密光谱、量子信息以及超高灵敏测量的重要量子资源。
为实现受限空间中光场与超冷原子分子相互作用所产生的新型量子态的操控与应用，拟解决的关键科学问题如下：1) 在超冷条件下，从单原子到原子系综的量子态（包括纠缠态、相干叠加态、自旋压缩态等）制备和操控的新原理、新方法。
中性原子的冷却及长时间的有效控制；偶极阱中单粒子的高效装载以及在特定环境（如微光学阱、微腔）中单粒子的外态和内态的控制；基于冷原子系综的自旋压缩态制备和应用及量子非破坏性测量；失谐偶极光阱，制备高密度超低温冷原子团；利用量子非破坏性测量并实现冷原子自旋压缩态、冷原子自旋压缩、量子Fisher信息及量子关联。
2) 受限空间中光与原子/分子相互作用（包括强耦合）的物理实现及其新奇量子效应。
微型光学阱和微光学腔的构建和控制的新方法；基于强耦合真空受激拉曼绝热输运过程的量子态的制备；耗散过程对量子态制备和操控的影响以及克服退相干的新途径；极化费米子超流体系、玻色-费米混合体系、组错晶格的相互作用与玻色体系等的新奇量子态; BCS-BEC渡越的物理机制。
3) 超冷极性分子量子气体的高效制备和分子量子态操控的新机制。
超冷极性分子及相干叠加态和纠缠态的制备；利用外场有效调控极性分子之间的偶极—偶极相互作用以及超冷极性分子与单光子的强耦合作用；实现高保真度的量子信息存储以及精密光谱测量。
4）精密光谱、量子计量、量子测量(包括量子非破坏性测量等)和量子信息中的新原理和新技术。
发展基于噪声微扰的新型精密光谱方法，进行原子系统中磁场的精密测量；基于光腔和电磁诱导透明（EIT）联合作用以及冷原子系综的自旋压缩态的制备，实现突破标准量子极限的精密测量，提高量子计量中参数估计的精度；进行超冷极性分子的超高分辨光谱测量，利用分子纠缠态实现量子逻辑门；利用受限空间中光与原子分子强耦合相互作用产生的新型量子态，实现原子的量子寄存、可控单光子源以及量子节点。
量子物理实验技术中的冷原子与玻色爱因斯坦凝聚近年来，量子物理实验技术在科学界引起了广泛关注。
其中，冷原子与玻色-爱因斯坦凝聚（Bose-Einstein Condensate，简称BEC）作为量子物理实验技术中的重要一环，无疑是这一领域里的明星。
在本文中，将探讨冷原子与BEC技术的背景、原理及其在实验上的应用。
一、冷原子与BEC技术的背景冷原子物理学是在20世纪末兴起的一门研究微观物理现象的学科。
它的出现彻底改变了传统物理学中对气体行为的认识。
在常温常压下，气体分子之间会由于热运动而发生碰撞，导致粒子运动具有一定的随机性。
而在冷原子物理学中，科学家们通过降低气体温度将原子冷却到极低温的状态，使原子的热运动减缓，从而消除了粒子间的碰撞。
这种冷却原子的方法主要有激光冷却、退偏激光冷却和磁致冷等。
BEC的概念最早由爱因斯坦和印度物理学家萨蒂亚恒达·纳特·玛克斯韦尔于1924年提出。
BEC是指在极低温度下，当波长较长的玻色子（像光子、声子等）的粒子数密度超过一定临界值时，粒子会趋向于凝聚到相同的量子态，形成一个群体，表现出典型的波动性质。
BEC的产生需要高度冷却的原子气体，使其达到玻色-爱因斯坦凝聚温度，进而使原子凝聚成一个物质波，并且在超低温下出现量子现象。
这种高度集中的粒子群体为科学家研究量子行为提供了绝佳的实验平台。
二、冷原子与BEC技术的原理冷原子与BEC技术的实现依赖于各种冷却方法，其中最为重要的是激光冷却。
激光冷却利用电磁辐射压力对原子施加反向作用力，使原子动能降低，从而冷却原子气体。
随后，通过磁致冷等方法进一步冷却原子，最终达到BEC的临界温度。
在实验中，冷原子与BEC技术的应用主要可以分为三个方面。
首先是研究量子信息和量子计算。
冷原子的波动性和量子态转变使其成为研究量子信息和量子计算的理想系统。
其次是量子仿真和模拟。
由于量子行为的存在，冷原子可以模拟许多经典和量子系统，这在研究固态材料和高能物理问题上具有重要意义。
冷原子技术探索量子物理的极限冷原子技术是一种近年来备受关注的物理研究领域，它将量子物理学的研究推向了一个新的高度。
通过降低原子的温度，使其接近绝对零度，冷原子技术为我们探索量子物理的极限提供了新的途径和实验手段。
本文将介绍冷原子技术的基本原理、应用领域以及在量子物理研究中的重要进展。
一、冷原子技术的基本原理冷原子技术的基本原理是利用激光和磁场对原子进行强迫冷却，使其温度接近绝对零度。
冷却原子的方法主要包括“光致冷却”和“磁致冷却”。
光致冷却是利用激光的辐射压力把原子从高能级状态冷却到低能级状态，实现原子的冷却。
磁致冷却则是通过磁场的作用将原子限制在一个特定的区域，在这个区域内通过调节磁场的强度使原子的熵降低，从而实现原子的冷却。
冷却原子后，我们可以通过进一步的操控来研究原子的量子行为。
二、冷原子技术的应用领域冷原子技术在很多领域都有广泛的应用。
首先，在量子信息处理方面，冷原子技术可以用来制备量子比特，并进行量子计算和量子通信的研究。
通过将原子束缚在特定的光学场和磁场中，可以实现对原子的精确控制，从而构建出高效且稳定的量子比特。
其次，在凝聚态物理学中，冷原子技术可以模拟出量子多体系统，帮助我们理解和研究固体材料的性质和行为。
此外，冷原子技术还在原子物理学、光物理学、粒子物理学等领域有广泛的应用，为研究者提供了一个开放的实验平台。
三、冷原子技术在量子物理研究中的进展冷原子技术在量子物理研究中取得了一系列重要的进展。
首先，通过冷原子技术，科学家们实现了玻色-爱因斯坦凝聚态的研究。
玻色-爱因斯坦凝聚态是一种具有特殊量子性质的物质状态，通过冷却原子，使原子的密度达到一定程度，可以实现玻色-爱因斯坦凝聚态的形成。
其次，冷原子技术也被应用于制备超冷分子。
超冷分子是一种冷却到极低温度的分子态，具有很强的凝聚性和相干性，可以用来研究分子的量子行为以及化学反应的量子效应。
最后，冷原子技术还帮助科学家们实现了原子钟的高精度控制，提高了时间测量的精度和稳定性。
项目名称：基于光与冷原子的量子物理和量子信息首席科学家：潘建伟中国科学技术大学起止年限：至依托部门：中国科学院二、预期目标1. 总体目标：项目的总体目标是瞄准我国未来信息技术和社会发展的重大需求，开展量子物理和量子信息领域的基础性、战略性和前瞻性探索研究和关键技术攻关，为我国在未来的国际战略竞争中抢占核心技术的制高点打下扎实基础，为我国在量子物理和量子信息及相关领域的发展提供战略性建议，协调和推动我国在该领域的研究和发展；培养和造就从事量子物理和量子信息研究的高级专门人才。
通过本项目诸多科研课题独立又相互交叉的深入研究，预期在多光子纠缠的制备和应用研究，纠缠光子和原子系综交互界面的可升级的量子存储和量子中继器的研究，超冷原子量子调控的研究，和光-冷原子量子信息处理的相关理论研究等方面做出一些原创性的有重要意义的处于国际领先水平的成果，并在若干方面将研究成果转化为可预期的具有市场价值的产品。
这将为构筑具有我国自主知识产权的量子调控技术的科学基础，以及推动我国量子物理和量子信息的实用化做出重要贡献。
本项目预计将在量子物理与量子信息等研究领域内发表高质量学术论文数十篇、出版专着2-3部、申请5-10项发明专利、组织高水平的国内外学术会议、培养30名左右的优秀人才，从而凝聚和培养一支高素质的从事量子物理和量子信息科学技术研究的科研队伍，建立在学术上具有重要国际影响的科研基地，提升我国在这一前沿交叉领域的国际竞争能力，在量子物理和量子信息相关研究领域内继续保持国际领先地位。
2. 五年预期目标:（1）实验实现八光子纠缠的产生和基于纠缠的单向量子计算；（2）实现基于纠缠光子的干涉器件、量子计算器件的研制；（3）将纠缠光子存储到冷原子系综中，实验实现窄带纠缠光子与量子存储器的接口；（4）延长冷原子系综量子存储的寿命到100毫秒数量级，探索更贴近实用的量子中继器；（5）实验实现光阱中的玻色-爱因斯坦凝聚，产生等效规范势场；（6）开发光晶格中单原子分辨和定位技术，探索对单原子的操控技术；（7）探索冷原子在空心光子晶体光纤中与光场相互作用的特性，开展一维量子光学体系中光子费米化的研究；（8）在理论上建立利用光子和冷原子进行量子物理和量子信息研究的一系列物理模型及相应的算法和设计，实现对相关实验的理论指导。
三、研究方案1. 学术思路：本项目计划以光子与冷原子为主要研究对象，开展量子物理与量子信息等领域的一系列关键问题，关键技术以及面向应用的研究工作。
在中国科学技术大学科研团队业已取得的系列量子物理与量子信息理论、实验及相关应用的研究成果基础上，本项目将结合当今先进的激光技术，信息技术和电子学技术，充分发挥多学科交叉互补、实验理论紧密结合的优势，开展对光子和冷原子操控的各个关键环节、关键技术攻关，系统性地理论研究量子物理与量子信息基本原理与应用，实验实现更多光子更多自由度的纠缠和基于多纠缠光子的量子计算演示，研发基于光子与原子相干操控和量子存储技术的可实用化的量子中继器，发展超冷原子的制备和操控技术和量子仿真应用。
最终在上述研究的基础上，本项目的开展实现将为中国构筑具有自主知识产权的量子信息技术的科学基础，为推动中国量子信息的实用化做出重要贡献。
2. 技术途径：在多光子纠缠态制备及其在量子信息中的应用方面，本项目计划在现有技术基础上，着力于提升单光子的收集效率与探测效率，结合高维光子纠缠度的应用来实现多光子多自由度量子比特的快速高精度的操控。
以此为基础，系统地研究上述体系在量子精密测量，量子计算，新颖量子基础检测等方面的能力，为其应用于量子信息处理提供重要依据。
进一步，把这些已经搭建的实验体系整合成为功能化小型化的量子实验器件，运用于量子精密测量原理的演示、新型量子计算模式的验证以及重要基础物理问题的研究。
在光子与冷原子的量子存储方面，深入研究量子存储的退相干机制和损耗机制；在理论指导下，实验上采用激光、磁场控制等多种途径提高冷原子的光学厚度，抑制退相干和原子损耗，增大光子与原子的耦合强度以期提高冷原子系综量子存储的寿命和量子态读出效率。
在应用研究方面，我们将优化单个量子存储器性能，提升其稳定性和效率；开发多单元量子存储器件；与多光子纠缠技术结合起来，将纠缠光子的操控和冷原子的操控统一联接起来，为将来实用型量子中继器的开发奠定基础。
在超冷原子的量子调控方面，以玻色-爱因斯坦凝聚为基础，依靠中国科学技术大学科研团队已具有的光子操控和原子操控的技术，通过激光、磁场和超冷原子的耦合，实现对超冷原子量子态的精密操控和调节，为量子仿真凝聚态物理现象打下基础。
进一步，开发光晶格中的单格点分辨以及单原子操纵技术，对光晶格格点中的单个原子进行相干操控。
同时通过研究原子与光子之间的相互作用，探索利用空心光子晶体光纤中的原子和光子进行量子存储，量子仿真的技术可行性，为今后多用途量子器件的开发打下基础。
3. 创新点与特色：本项目中所选择的研究内容，都是针对量子物理和量子信息中广泛受到关注、具有重要应用前景的关键科学问题。
其中每个问题的解决，都具有重要的科学意义和应用前景。
这个过程中发展起来的技术不仅在量子物理和量子信息领域中很重要，而且可以广泛应用于原子物理，光学和凝聚态物理等领域产生的众多交叉学科的研究中。
因此，本项目的成功将是具有重大价值的科技进展。
（1）在研究对象上，我们采用光子和冷原子作为主要的研究和量子调控对象。
光和原子系统优势互补是本项目的一大特色。
光子是理想的量子信息载体，具有传输迅捷、性能稳定、易于进行相干操作等一系列优点。
量子信息学十余年来的发展，光子始终是研究者们有力的工具，相关技术已相当成熟。
原子是当前量子信息理想的存储介质，在量子物理和量子信息技术中可以弥补单纯操作光子的局限性。
另外，冷原子体系也成为量子调控的重点。
原子操控技术的发展和推广将应用于更大的领域中，产生更多的学科交叉。
（2）从研究手段上，依靠已有的雄厚实验技术，利用经验丰富的研究成员借鉴和吸收当前先进技术，是本项目完成的重要保证。
在多光子纠缠方面，本项目计划发展高效率的光子收集系统和探测器，高稳定性的单光子干涉Sagnac环等关键器件，进行更多光子纠缠的研究，发展量子信息处理和量子计算的新技术。
在光和冷原子量子存储和量子中继器的研究方面，科研团队将从克服量子退相干的目标出发，结合暗磁光阱、蓝失谐光偶极阱、“钟态”原子和光学腔等新开发技术，提高量子存储的品质，并发展多信息的存储介质，开发更加贴近于实用的量子中继器技术。
在利用超冷原子进行量子调控方面，科研团队将结合超冷原子获取和操控技术、光晶格技术、Feshbach共振技术，和最新发展的单原子分辨与定位技术、空心光子晶体光纤装载原子技术，有效开展具有我们自己特色的量子仿真，量子调控的研究工作，进一步探索量子物理学的奥秘。
（3）从研究方法上，注重实验与理论的紧密结合。
理论计算与实验分析将始终贯穿于每一个课题、每一项研究工作中。
这种密切结合，即能够确保理论上掌握基于光和冷原子量子调控实现的各个环节的条件、揭示实际可行的技术途径和发展具有原创性的量子物理和量子信息新技术，又能够在实验上将各种技术手段有机集成迅速有效运用到各种物理问题的研究和探索当中。
因此，形成理论和实验互相促进、多学科和多技术手段交叉的良好研究氛围和机制，将为本项目预期目标的完美实现创造必要和可靠的条件。
4. 取得重大突破的可行性分析：各课题组在多光子纠缠，冷原子量子存储及其相关的理论已开展了多年研究，已有很好的研究基础，开展了广泛深入的国际学术交流和科技合作，培养和创建了完整的研究梯队，取得了一系列国际领先的研究成果。
完备的研究队伍、雄厚的技术储备、成熟的科研实验平台和广泛的国际合作等方面为本项目的进一步深入研究奠定了良好的基础。
通过几个课题组的继续发展和紧密结合，本项目极有可能在更多光子纠缠的产生和应用、基于光子和原子相互作用的新型量子存储和量子中继器的开发、超冷原子的量子调控以及贯穿其中的机理研究和解决方法等方面取得一批重大突破和科技进展。
5．项目组织形式：项目将参照“973”项目的要求实施，实行首席科学家负责制，成立以首席科学家为组长的项目执行机构，把握学术方向，协调解决有关问题，每年召集1-2次项目学术研讨会，推进项目顺利实施；成立战略研究小组，瞄准国际最新研究前沿，为总体目标的实现提供信息指导；成立顾问组，聘请资深专家作为项目顾问，对项目的进展提出咨询意见。
6. 课题设置思路：以光学系统、冷原子系综、以及它们之间的量子界面为主要研究对象，针对量子信息处理、计算、及仿真等量子调控的各个关键环节，探索宏观新奇量子现象可能的微观物理机制及数值计算方法，设计和发展基于各种科学原理的实验体系和理论方案，开发满足可扩展、可升级、规模化、集成化、小型化、实用化等要求的关键技术，研制量子信息处理中量子态制备、存储、操纵、测量等模块的关键器件和集成系统。
在中国科学技术大学科研团队业已取得的研究成果和技术的基础上，结合当今先进的激光技术，信息技术和电子学技术，充分发挥多学科交叉互补的优势，针对量子信息科技进行系统全面的探索和研发。
科研项目课题合理规划，实验与理论紧密结合，科研人员统筹安排密切合作，将保证本项目的顺利实施和完成。
在保证项目系统性的基础上，根据项目的预期目标和具体实验对象侧重点的差别，设置以下4个研究课题：多光子量子纠缠的制备、操纵和应用；光与冷原子量子存储和量子中继器的研究；超冷原子量子调控及其应用；光和冷原子量子调控的理论研究。
7. 课题间的有机联系、与项目预期目标的关系：上面这些课题，既有各自的特点，又有密切的融合交叉。
课题之间的密切关联可粗略地概括为如下几点。
第一，四个课题都紧紧围绕整个项目的总目标，即致力于研发量子信息处理及相关量子调控实用化所需求的关键器件、关键技术，探索与之相关的物理机制。
第二，在各种实验系统中，由于光和冷原子系综各自的优越性及它们的互补性，同时考虑到中国科学技术大学量子信息领域完整的科研团队已经积累的雄厚技术和丰富经验，课题的研究对象聚焦于光学系统和冷原子系综，以及它们的结合。
各课题自成系统，各有侧重，相互独立，又相互关联，理论上相互印证，技术上相互支撑。
第三，理论与实验研究分工明确，又紧密合作。
量子现象的理论阐述和实验验证，量子信息的方案设计和物理实现，共同为整个研究项目的最终目标服务。
课题1以光学系统为研究对象，研制小型化高效率的多光子纠缠器件、高效率的光子收集器和探测器、以及超纠缠态的制备手段；同时探索这些技术和器件在量子信息处理、高精度测量、量子力学基础检测等方向的应用。
课题2以光和冷原子接口为主要研究对象，应用窄带纠缠源、电磁诱导透明、光晶格和暗磁光阱技术等，进行可拓展可升级的量子存储和量子中继器的研制。
