薛鹏——东南大学物理系教授

薛鹏，女，东南大学物理系教授，博导。 赴奥地利因斯布鲁克大学物理系、奥地利科学院量子光学和量子信息研究所，以及加拿大卡尔加里大学物理系作为博士 后从事量子通信和量子计算的物理实现以及量子光学和原子分子光学物理的基础研究工作，致力于量子通信和量子计算的实用化和工程化，   2010年入选东南大学优秀青年教师教学科研资助计划，2011年被东南大学聘为青年特聘教授，2013年获得江苏省六大人才高峰项目支持。

教育及工作经历：

1995年9月-1999年7月，中国科学技术大学，获学士学位。

1999年9月-2004年7月，中国科学技术大学量子信息重点实验室 ， 师从郭光灿院士， 获博士学位。

2004年9月-2006年9月，奥地利茵斯布鲁克大学 量子光学和量子信息研究院，博士后。

2006年10月-2009年7月，加拿大卡尔加里大学量子信息科学研究院，资深博士后。

2007年9月-2008年4月，加拿大卡尔加里大学物理系，讲师（Instructor）。

2009年10月-2010年12月，加拿大卡尔加里大学物理系，客座教授。

2009年7月-至今，东南大学物理系，教授。

学术兼职：

2008年开始担任学术期刊the Central European Journal of Physics编委，以及多个国内外学术期刊的审稿人。

培养研究生情况：

在读博士生4名，硕士生3名，已出站的博士后1名，硕士生1名。

招生信息：

欢迎有意从事量子光学及量子信息方面实验和理论研究的硕士、博士报考，并欢迎博士毕业生前来做博士后研究工作。

地址: 江苏省南京市江宁区 东南大学物理 田家炳北楼311

邮编：211189

gnep.eux@gmail.com

研究方向：

量子计算：1982年，美国著名物理物学家理查德费曼在一个公开的演讲中提出利用量子体系实现通用计算的新奇想法。紧接其后，1985年，英国物理学家大卫杜斯提出了量子图灵机模型。量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。具体实现量子计算机，包括硬件和软件两个方面。硬件即选择何种物理体系实现量子态工程，普适的量子逻辑门操作，及量子测量等。而软件方面则是利用量子力学的基本原理设计开发解决NP问题的量子算法，其优越性远超越经典算符。最重要的量子算法是针对NPC问题。我们课题组则从以上两个方面研究量子计算，硬件方面：选择光子作为量子信息的载体，利用线性光学体系实现量子信息处理，软件方面：利用量子行走设计开放新型量子算法。

量子行走：量子行走在量子信息中有着广泛的应用，如利用量子行走开发针对无序数据库的搜寻算法, 正是因为其拥有优于经典的特性，导致携带信息的量子态的扩散速度与经典相比有二次方式的增长。而我们课题组将量子行走作为一个在线性光学体系中易于实现的重要工具，在这方面的工作分为两个层面：第一，用不同物理体系实现量子行走，研究量子行走的物理意义；第二，利用量子行走相较于经典的不可比拟的优势，将量子行走作为一个普适的量子信息处理平台，应用于量子模拟，量子测量和量子态工程等方面。薛鹏教授关于量子行走的学术报告请见这里。

量子计量：人类社会的发展进程从某种意义上讲就是测量技术不断发展进步的过程。在科学实验以及一些重要的应用中，人们利用光的干涉以及激光等手段大大提高了测量的精度。由于经典的测量手段受到经典物理的限制，使得测量精度有着不可逾越的极限。近年来科研工作者提出利用量子特性来研究提高计量学的精度---量子计量学。量子的方法可以使人们以超越经典物理极限的精度实现某些物理学参量的测量。如何突破经典极限，并向海森堡极限逼近，在近些年来一直是很活跃的研究方向。我们课题组在这方面的工作分为两个测量：第一，实验上在线性光学体系中实现高精度的量子测量，包括投影测量，广义测量和量子弱测量等；第二，利用纠缠及量子反馈控制等方法在噪声信道中提供测量精度，突破经典极限。

量子关联：1935年，爱因斯坦、波多尔斯基和罗森提出了著名的EPR佯谬，他们以量子力学基本原理为基础，推导出与经典理论中的定域实在论相矛盾的结论，对量子力学提出了质疑。除了定域实在性，量子力学还与经典的语境实在性相互矛盾，即量子力学中的关联具有互文性。量子关联是量子信息中最重要的资源，是量子信息与经典不同的根源，是实现一切量子信息处理过程的基础。我们课题组也将量子关联作为重要的科研方向之一，在这方面的工作分为两个层面：第一，利用量子关联实验验证量子力学基础理论；第二，量子关联的度量及其在量子信息处理中的应用。

承担科研项目情况：

先后主持多项国家自然科学基金、教育部基金、江苏省自然科学基金面上项目，作为学术骨干参与科技部重大研究计划。 

1、基于时间域的量子行走及其应用的实验研究（2017/1-2020/12），国家自然科学基金，主持。

2、量子信息处理器的设计与开发（2016/7-2019/6），江苏杰出青年基金，主持。

3、全光量子信息处理器的实验研究（2015/1-2018/12），国家自然科学基金，主持。

4、腔阵列中纠缠特性和多体问题及其在量子模拟中的应用（2012/1-2015/12）， 国家自然科学基金，主持。

5、基于新材料的半导体量子点及其在量子信息和量子计算中的应用 （2010/1-2010/12），国家自然科学基金，主持。

6、可扩展的一维及高维量子随机行走及其物理实现（2011/1-2013/12），国家自然科学基金，主持。

7、基于H-terminated硅晶半导体量子点实现量子计算（2011/1-2013/12），江苏省自然科学基金，主持。

8、大规模、一维及高维量子随机行走及其物理实现（2011/1-2013/12），高等学校博士学科点专项科研基金，主持。

9、基于新材料的半导体量子点及其在量子信息和量子计算中的应用（2012/1-2015/12），教育部留学回国人员科研启动基金，主持。

10、江苏省六大人才高峰计划（2014/1-2016/12），主持。

11、量子通信网络和量子仿真关键器件的物理实现（2011/1-2015/12），国家重点基础研究发展计划（973计划），学术骨干参与。

在国际顶级学术期刊包括：Physical Review Letters, New Journal of Physics, Physical Review A/B, Optics Letters等以第一/通信作者发表学术论文80余篇，并且得到国内外本领域重要专家学者的广泛关注，文章被Science, Nature等国际主要学术期刊近千余次引用，单篇引用最高达百余次。并受新华出版社邀请翻译澳大利亚科学家G.J. Milburn撰写的《神奇的量子世界》一书(11万字)。 

发表论文：SELECTED ARTICLES IN REFEREED JOURNAL (*通讯作者)

2016

1. X. Zhan, X. Zhang, J. Li, Y. S. Zhang, B. C. Sanders, and P. Xue*, Realization of the Contextuality-Nonlocality Tradeoff with a Qubit-Qutrit Photon Pair, Phys. Rev. Lett. 116, 090401.

2. K. K. Wang, X. Zhan, Z. H. Bian, J. Li, Y. S. Zhang*, and P. Xue*, Experimental investigation of the stronger uncertainty relations for all incompatible observables, Phys. Rev. A 93, 052108.

3. P. Xue*, R. Zhang, H. Qin, X. Zhan, Z. H. Bian, and J. Li, A one-dimensional quantum walk with multiple-rotation on the coin, Scientific Reports 6, 200095.

4. P. Xue*, and Z. H. Bian, Scheme for preparation of multi-partite entanglement of atomic ensembles, Chin. Phys. B 25, 080305.

5. H. Qin, and P. Xue*, Quantum walks with coins undergoing different quantum noisy channels, Chin. Phys. B 25, 010501.

6. Z. H. Bian, H. Qin, X. Zhan, J. Li, and P. Xue*, A quantum walk in phase space with resonator-assisted double quantum dots, Chin. Phys. B 25, 020307.

2015

7. P. Xue*, R. Zhang, H. Qin, X. Zhan, Z. H. Bian, J. Li, and B. C. Sanders, Experimental Quantum-Walk Revival with a Time-Dependent Coin, Phys. Rev. Lett. 114, 140502.

8. Z. H. Bian, J. Li,H. Qin, X. Zhan, R. Zhang, B. C. Sanders, and P. Xue*, Realization of Single-Qubit Positive-Operator-Valued Measurement via a One-Dimensional Photonic Quantum Walk, Phys. Rev. Lett. 114, 203602.

9. P. Xue*, R. Zhang, Z. H. Bian, X. Zhan, H. Qin, and B. C. Sanders, Localized State in a Two-Dimensional Quantum Walk on a Disordered Lattice, Phys. Rev. A 92, 042316.

10. P. Xue*, X. Zhan, and Z. H. Bian, Simulation of the ground states of spin rings with cavity-assisted neutral atoms, Scientific Reports 5, 7623.

11. X. Zhan, J. Li, H. Qin, Z. H. Bian, and P. Xue*, Linear optical demonstration of quantum speed-up with a single qudit, Opt. Exp. 23, 18422.

12. R. Zhang, Y. Xu and P. Xue*, Disordered quantum walks in two-dimensional lattices, Chin. Phys. B 24, 010303.

13. H. Luo, and P. Xue*, Properties of long quantum walks in one and two dimensions, Quantum Information Processing 14, 4361.

2014

14. P. Xue*, H. Qin, B. Tang, and B. C. Sanders, Observation of quasiperiodic dynamics in a one-dimensional quantum walk of single photons in space, New Journal of Physics 16, 053009.

15. P. Xue*, H. Qin, and B. Tang, Trapping photons on the line: controllable dynamics of a quantum walk, Scientific Reports 4, 04825.

16. R. Zhang, P. Xue*, and J. Twamley, One-dimensional quantum walks with single-point phase defects, Phys. Rev. A 89, 042317.　

17. X. Zhan, H. Qin, Z. H. Bian, J. Li, and P. Xue*, Perfect state transfer and efficient quantum routing: A discrete-time quantum-walk approach, Phys. Rev. A 90, 012331.

18. R. Zhang, and P. Xue*, Two-dimensional quantum walk with position-dependent phase defect, Quantum Information Processing 13, 1825-1839.

19. H. Qin, and P. Xue*, Implementation of a one-dimensional quantum walk in both position and phase spaces, Chin. Phys. B 23, 010301.

20. B. Tang, H. Qin, R. Zhang, J. M. Liu, and P. Xue*, Cavity-assisted quantum computing in a silicon nanostructure, Chin. Phys. B 23, 050307. 　

2013

21. P. Xue*, and B. C. Sanders, Controlling and reversing the transition from classical diffusive to quantum ballistic transport in a quantum walk by driving the coin, Phys. Rev. A 87.022334.

22. P. Xue*, Implementation of multi-walker quantum walks with cavity grid, the Journal of Computational and Theoretical Nanoscience: Special Issue: Theoretical and Mathematical Aspects of the Discrete Time Quantum Walk (Invited)10, 1.

23. P. Xue*, Non-Markovian dynamics of spin squeezing, Physics Letters A 377, 1328.

24. P. Xue*, and Y. S. Zhang, Non-Markovian decoherent quantum walks, Chin. Phys. B 22, 070302.

25. R. Zhang, H. Qin, B. Tang, and P. Xue*, Disorder and decoherence in coined quantum walks (Invited Review Article), Chin. Phys. B 22, 110312.

26. A. Hardal, P. Xue et al., Discrete-time quantum walk with nitrogen-vacancy centers in diamond coupled to a superconducting flux qubit, Phys. Rev. A 88, 022303.

2012

27. P. Xue*, and B. C. Sanders, Two quantum walkers sharing coins, Phys. Rev. A 85, 022307.

28. P. Xue*, Spin-squeezing property of weighted graph states, Phys. Rev. A 86, 023812.

29. P. Xue*, Z. Ficek, and B. C. Sanders, Probing multipartite entanglement in a coupled Jaynes-Cummings system, Phys. Rev. A 86, 043826.

30. P. Xue*, High-fidelity quantum memory realized via Wigner crystals of polar molecules, Chin. Phys. B 21, 010308.

31. P. Xue*, Improved frequency standard via weighted graph states, Chin. Phys. B 21, 100306.

32. Y. X. Gong, P. Xu, J. Shi, L. Chen, X. Q. Yu, P. Xue, and S. N. Zhu, Generation of polarization-entangled photon pairs via concurrent spontaneous parametric downconversions in a single chi((2)) nonlinear photonic crystal, Opt. Lett. 37, 4374.

33. Y. Y. Xu, F. Zhou, L. Chen, Y. Xie, P. Xue, and M. Feng, Irreversibility of a quantum walk induced by controllable decoherence employing random unitary operations, Chin. Phys. B 21, 040304.

2011

34. P. Xue*, Universal quantum computing with nanowire double quantum dots, Phys. Scr. 84, 045002.

35. P. Xue*, Decoherence-free spin entanglement generation and purification in nanowire double quantum dots, Chin. Phys. B 20, 100310.

36. P. Xue*, Entangling Gate of Dipolar Molecules Coupled to a Photonic Crystal, Chin. Phys. Lett. 28, 050307.

37. P. Xue*, Quantum Memory via Wigner Crystals of Polar Molecules, Chin. Phys. Lett. 28, 120307.

38. P. Xue*, Quantum Computing via Singlet-Triplet Spin Qubits in Nanowire Double Quantum Dots, Chin. Phys. Lett. 28, 070305.

39. P. Xue*, Z. Ficek, and B. C. Sanders, Two coupled Jaynes-Cummings cells, Quantum Communications and Quantum Imaging IX 8163.

40. Y.-X. Gong, Z.-D. Xie, P. Xu, X.-Q. Yu, P. Xue, and S.-N. Zhu, Compact source of narrow-band counterpropagating polarization-entangled photon pairs using a single dual-periodically-poled crystal, Phys. Rev. A 84, 053825.

2010

41. P. Xue*, and B. C. Sanders, Nearest-neighbor coupling asymmetry in the generation of cluster states in a charge-qubit structure, Phys. Rev. B 82, 085326.

42. P. Xue*, Many-body interactions with single-electron quantum dots for topological quantum computation, Phys. Rev. A 81, 052331.

43. P. Xue*, Universal quantum computing with semiconductor double-dot molecules on a chip, Phys. Lett. A 374, 2601.

44. P. Xue*, A Controlled Phase Gate with Nitrogen-Vacancy Centers in Nanocrystal Coupled to a Silica Microsphere Cavity, Chin Phys. Lett. 27, 060301.

45. Y. F. Xiao, C. L. Zou, P. Xue, et al, Quantum electrodynamics in a whispering gallery microcavity coated with a polymer nanolayer, Phys. Rev. A 81, 053807.

46. L. Livadaru, P. Xue, Z. Shaterzadeh-Yazdi, G. A. DiLabio, J. Mutus, J. L. Pitters, B. C. Sanders, and R. A. Wolkow, Dangling-bond charge qubit on a silicon surface, New J. Phys. 12, 083018.

2009

47. P. Xue*, B. C. Sanders, and D. Leibfreid, Quantum walk on a line for a trapped ion, Phys. Rev. Lett. 103, 183602.

2008

48. P. Xue*, and B. C. Sanders, Quantum walk on circles in phase space, New J. Phys. 10, 053025.

49. P. Xue*, and X.-F. Zhou, Bipartite entanglement purification with neutral atoms, Phys. Lett. A 372, 632.

50. P. Xue*, B. C. Sanders, A. Blais, and K. Lalumiere, Quantum walk on a circle in phase space via superconducting circuit quantum electrodynamics, Phys. Rev. A 78, 042334.

51. P. Xue*, Neutral atoms with cavity-assisted interaction for robust long-distance quantum communication, Phys. Lett. A 372, 6859.

2006

52. P. Xue*, and Y.-F. Xiao, Universal Quantum Computation in Decoherence-Free Subspace with Neutral Atoms, Phys. Rev. Lett. 97, 140501.

53. X.-M. Lin, P. Xue, et al., Scalable preparation of multiple-particle entangled state via the cavity input-output process, Phys. Rev. A 74, 052339.

2005

54. C. Han, P. Xue, and G.-C. Guo, Multipartite entanglement preparation and quantum communication with atomic ensembles, Phys. Rev. A 72, 034301.

2004

55. P. Xue*, C. Han, B. Yu, X.-M. Lin, and G.-C. Guo, Entanglement preparation and quantum communication with atoms in optical cavities, Phys. Rev. A 69, 052318.

56. W. Jiang, C. Han, P. Xue, L.-M. Duan, and G.-C. Guo, Nonclassical photon pairs generated from a room-temperature atomic ensemble, Phys. Rev. A 69, 043819.

57. P. Xue*, and G.-C. Guo, Nondeterministic scheme for preparation of nonmaximal entanglement between two atomic ensembles, J. Opt. Soc. Am. B 21, 1358.

58. P. Xue*, and G.-C. Guo, Secure direct communication using the ‘polarization’ entangled atomic ensembles, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys, 37, 711.

59. X.-M. Lin, B. Yu, Z.-W. Zhou, P. Xue, and G.-C. Guo, Implementing entanglement swapping with trapped atoms via cavity decay, Chin. Phys. Lett. 21, 1525.

2003

60. P. Xue*, and G.-C. Guo, Scheme for preparation of mulipartite entanglement of atomic ensembles, Phys. Rev. A 67, 034302.

61. P. Xue*, and G.-C. Guo, Efficient scheme for multipartite entanglement and quantum information processing using atomic ensembles, Phys.Lett. A 319, 225.

62. X.-M. Lin, Z.-W. Zhou, P. Xue, Y.-J. Gu, and G.-C. Guo, Scheme for implementing quantum dense coding via cavity QED, Phys. Lett. A 313, 351.

63. C. Han, P. Xue, and G.-C. Guo, A controlled quantum key distribution scheme with three-particle entanglement, Chin. Phys. Lett.20, 183.

2002

64. P. Xue, C.-F. Li, and G.-C. Guo, Addendum to “Efficient quantum-key-distribution scheme with nonmaximally entangled states”, Phys. Rev. A 65, 034302.

65. P. Xue, C.-F. Li, and G.-C. Guo, Conditional efficient multiuser quantum cryptography network, Phys. Rev. A 65, 022317.

2001

66. P. Xue, C.-F. Li, and G.-C. Guo, Efficient quantum-key-distribution scheme with nonmaximally entangled states, Phys. Rev. A 64, 032305.

67. P. Xue, Y.-F. Huang, Y.-S. Zhang, C.-F. Li, and G.-C. Guo, Reducing the communication complexity with quantum entanglement, Phys. Rev. A 64, 032304.

68. P. Xue, C.-F. Li, Y.-S. Zhang, and G.-C. Guo, Three-party quantum communication complexity via entanglement tripartite pure states, J. Opt. B: Quantum Semiclass. Opt. 3, 219.

69. P. Xue, C.-F. Li, and G.-C. Guo, A two-party probabilistic communication complexity scenario via Werner states, Chin. Phys. Lett. 18, 1305.

SELECTED CONFERENCE TALKS

1. Realization of the contextuality-nonlocality tradeoff with a qubit-qutrit photon pair (Long talk), 16th Asian Quantum Information Science Conference, Taipei, Taiwan, Aug. 2016.

2. Realization of the contextuality-nonlocality tradeoff with a qubit-qutrit photon pair (Invited), the 8th International Conference on Information Opics and Photonics, Shanghai, China, July 2016.

3. Realization of the contextuality-nonlocality tradeoff with a qubit-qutrit photon pair, International Conference on the Frontiers in Atomic, Molecular, and Optical Physics, Shanghai, China, May 2016.

4. Generalized measurements with photonic quantum walks, Workshop of ”Quantum Simulation and Quantum Walk (QSQW 2015)“, Yokohama, Japan, Nov. 2015.

5. Violation of a generalized non-contextuality inequality with single-photons (Invited), UTS-AMSS Joint Annual Workshop on Quantum Computing and Quantum Information Processing 2015, Beijing, China, Sept. 2015.

6. Quantum measurements with photonic quantum walks (Invited), the Workshop on Quantum Information, Quantum Control and Quantum Devices, Bilbao, Spain, Sept. 2015.

7. Realization of single-qubit positive operator-valued measurement via a one-dimensional photoninc quantum walk (Long talk), the 15th Asian Quantum Information Science Conference, Seoul, Korea, Aug. 2015.

8. Generalized measurements with photonic quantum walks (Invited), the Sino-German Symposium on Frontiers of Quantum Information and Quantum Simulation, Heidelberg, Germany, July 2015.

9. Quantum simulations and generalized measurements with photonic quantum walks (Invited), the 1st Workshop on Multi-Photon Interferometry, Shanghai, China, May 2015.

10. Experimental realization of quantum walks via linear optical elements (Invited), the 6th Workshop on Quantum Information Science, Hong Kong, China, Dec. 2014.

11. Experimental quantum-walk revival with a time-dependent coin, the Quantum Simulation and Quantum Walks Conference, Umzumbe, South Africa, Nov. 2014.

12. Photonic quantum walks (keynote), International Iran Conference on Quantum Information, Isfahan, Iran, Sept. 2014.

13. Observation of localization effect and quasi-Periodic dynamics in a one-dimensional photonic quantum walk, the 14th Asian Quantum Information Science Conference, Kyoto, Japan, Aug. 2014.

14. Two quantum walkers sharing coins (Invited), AMS Special Session on quantum walks, quantum computation and related topics at 2014 Joint Mathematics Meetings (JMM), Baltimore, USA, Jan. 2014.

15. Observation of localization effect and quasi-Periodic dynamics in a quantum walk architecture (Invited), Workshop of Quantum Simulations and Quantum Walks, Pisa, Italy, Nov. 2013.

16. An introduction to quantum walks (Invited), the 2013 International Summer School on Quantum Information Science and Technology, Changsha, China, July 2013.

17. Implementation of quantum walks (Invited), the 4th Workshop on Quantum Information Science, Hong Kong, China, Dec. 2012.

18. Implementation of multi-particle quantum walk (Invited), Workshop of Quantum Dynamics and Quantum Walks, Okazaki Conference Center, Japan, Nov. 2012.

19. Implementation of quantum walks with many particles (Invited), International Workshop on Quantum Computing and Quantum Information Processing, Beijing, China, Sept. 2012.

20. Spin squeezing property of weighted graph states, the 12th Asian quantum information science conference, Suzhou, China, Aug. 2012

21. Two-coupled JC systems, the SPIE Quantum Communications and Quantum Imaging IX Conference (OP514), San Diego, USA, Aug. 2011.

22. Probing multipartite entanglement in a coupled Jaynes-Cummings system, the 5th Asia-Pacific Workshop on Quantum Information Science 2011, Singapore, May 2011.

23. Quantum computing for singlet-triplet spin qubits in nanowire double quantum dots, Quantum Optics and New Materials (IV), Beijing, China, Jan. 2011.

24. Many-body interactions with single-electron quantum dots, the 10th Asian Conference on Quantum Information Science (AQIS'10), Tokyo, Japan, Aug. 2010.

25. Many-body interactions with single-electron quantum dots for topological quantum computation, the 4th Asia Pacific Conference in Quantum Information Science (4'APCQIS), Taiyuan, China, Aug. 2010.

26. Implementation of quantum walk, International Conference on Quantum Foundation and Technology: Frontier and Future (ICQFT'09), Shanghai, China, July 2009.

27. Quantum walk on a line for a trapped ion, International Conference on Quantum Information and Technology (ICQIT'09), Tokyo, Japan, Dec. 2009.

28. Quantum walk on a line for a trapped ion, the 9th Asian Conference on Quantum Information Science (AQIS'09), Nanjing, China, Aug. 2009.

29. Quantum walk on circles in phase space via superconducting circuit quantum electrodynamic, 2008 CAP Congress, Quebec City, Canada, Aug. 2008.

30. Neutral atoms with cavity-assisted interaction for universal quantum computation in DFS, the 38th Annual Meeting of the Division of Atomic, Molecular, and Optical Physics (DAMOP'07), Calgary, Canada, June 2007.

31. Neutral atoms with cavity-assisted interaction for robust long distant quantum communication, the Workshop in Quantum Algorithms and Applications, Sydney, Australia, May 2007.

32. Quantum correlations and spin squeezing in spin lattices and spin gases, German Physical Society Deutsche Physikalische Gesellschaft (DPG) Conference, Berlin, Germany, Mar. 2005.

 

 

荣誉奖励：

1、2010年入选东南大学优秀青年教师教学科研资助计划。

2、2011年被东南大学聘为青年特聘教授。

3、2013年获得江苏省六大人才高峰项目支持。

学术交流：

受邀在国内外专业学术会议上作大会报告并论文宣读达60余次。

来源：东南大学建筑设计研究院 更新时间：2016/7/19

东南大学物理系薛鹏教授课题组首次观测到了量子行走中光信息的传播扩散与恢复现象，日前，最新一期的《物理评论快报》[Physical Review Letters 114, 140502 (2015)]发表了这一项关于光在量子行走中的动力学演化研究的重要进展。

量子行走在量子信息中有着广泛的应用，例如利用量子行走开发的针对无序数据库的搜寻算法等。正是因为其优于经典的特性，导致携带信息的量子态的扩散速度与经典相比有二次方式的增长，因此人们的普遍认识中，ballistic spreading才是量子行走的特性并加以利用。而随着薛鹏教授课题组对量子行走在理论和实验方面的深入研究，逐渐认识到其可控的自由度之多，例如量子行走者和量子硬币，并对位置、位相、演化时间等条件逐一加以控制操作，发现通过依赖于演化时间的硬币抛掷操作，只要选择合适的抛掷参数，携带信息的量子行走者和量子硬币的态可以在任意的偶数演化时间后恢复至初始状态，而在此之前态依然遵从量子行走的扩散规律。

薛鹏教授课题组利用参量下转换产生的标记单光子的空间模式作为量子行走者，偏振作为硬币，实现了在由光束偏移器构建的部分级联的干涉仪中十六次演化，连续两次观测到了周期为八的量子行走恢复现象。实验中涉及到的利用三明治式波片组实现依赖于演化时间的硬币抛掷操作及具有极高干涉可见度的十五级的部分级联干涉仪，均为该实验的创新点和技术难点。而十六步的演化也开创了单光子量子行走迄今为止最长演化纪录。

这一理论的提出及实验的验证颠覆了人们以前对量子行走的认识，并为量子行走在量子信息中的应用提供了新的方向，为理解基于量子力学的动力学演化的基本现象提供了新的视角，同时也为研究量子扩散及对拓扑现象的量子模拟提供了新的思路。

据悉，薛鹏教授自2013年下半年开始负责建设东南大学量子光学实验平台，在物理系领导的大力支持下，在基金极其匮乏的情况下，通过集中使用资金，解决科研平台空间狭小、建设滞后的问题，建设和完善科研平台。在短短一年半的时间内实现从理论向实验的华丽转身，对量子行走这一课题开展了开创性和系统性的实验研究，率先观测到量子行走中的光子的局域化现象及准周期现象，可以用于模拟和解释复杂物理现象如：狄拉克颤动（zitterbewegung）,安德森局域化（Anderson localization）,布洛赫振荡（Bloch oscillation）,朗道-齐纳隧穿（Landau-Zener tunneling）等，并且在知名学术期刊上New Journal of Physics及Scientific Reports等发表了相关的实验论文。

该论文的合作者为现就职于中国科学技术大学及加拿大卡尔加里大学的Barry C. Sanders教授。上述研究得到了基金委、科技部、教育部等的支持。

日前，东南大学物理系薛鹏教授领导的课题组首次在实验中观测到非定域性和互文性这两种量子特性之间存在此消彼长的monogamy关系，从而提供直接证据揭示量子纠缠是一种普适的资源。最新一期的《物理评论快报》[Physical Review Letters 116, 090401 (2016)]刊发了这一项关于量关联的重要进展，并选为Editors' Suggestion。

1935年，爱因斯坦、波多尔斯基和罗森提出了著名的EPR佯谬，他们以量子力学基本原理为基础，推导出与经典理论中的定域实在论相矛盾的结论，以此对量子力学提出了质疑。除了定域实在性，量子力学还与经典的语境实在性相互矛盾，即量子力学中的关联具有互文性。通过量子纠缠验证量子力学的非定域性和互文性的实验屡见不鲜。但是先前的研究却从未将两者联系起来。而薛鹏教授的课题组则开创性地通过验证了处于纠缠态的物理体系，非定域实在性和互文性之间存在一种此消彼长的关系，即这两种量子特性之间存在一个tradeoff。

实验上，首先通过参量下转换过程制备两光子纠缠态，其中一个光子的偏振和路径比特作为一个qutrit用来验证量子互文性，而这两个光子之间的纠缠关联用来验证量子非定域性。实验结果表明，一旦量子非定域性被实验验证，体系则不再满足量子互文性，反之亦然。这个实验的重要意义在于刷新了人们对于量子纠缠的传统认识，首次提出量子纠缠作为一种更普适的量子资源，非定域性和互文性的验证都将耗费这种资源，其中一个被验证另一个则没有资源可以耗费。

实验论文《Realization of the contextuality-nonlocality tradeoff with a qubit-qutrit photon pair》发表于Physical Review Letters，并被选为Editors' Suggestion，审稿人高度评价这个工作：This is the first experiment ever that combines tests of correlations between distant particles and of correlations between sequences of compatible measurements on one of the parties. This is, by itself, a great achievement and opens the door to experimentally observing other interesting phenomena.

这是薛鹏教授课题组继2015年4月及5月在《物理评论快报》上发表关于量子行走及量子计量学的成果之后，在量子关联的实验研究方面取得的又一重大进展。上述研究得到了国家自然科学基金数理部物理一处（面上项目）和东南大学物理系（省优势学科工程建设经费）的支持。

论文的链接为：http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.090401

21世纪是信息化时代，人类社会的飞速发展要求计算机处理信息的能力不断提高，而传统的信息技术已无法满足人类的需求。于是，量子信息学应运而生。

量子信息学是量子物理与信息科学相融合的新兴交叉学科，有着传统的信息技术不可比拟的优越性，已经成为信息技术新的革命性发展方向，被国际上公认是21世纪涉及物理学、材料学、信息学等多学科交叉的最活跃、最重要的研究领域之一。

东南大学的薛鹏教授多年来致力于量子信息和量子光学的研究，成果卓然。而2013年从理论到实验的学术转型更是拓宽了其在量子领域的研究广度，使其对量子物理愈加融会贯通。

“别人能做到的我也可以”

“学好数理化，走遍天下都不怕。”高中时的薛鹏对此深信不疑，并对物理产生了浓厚的兴趣。1995年，薛鹏考入中国科学技术大学物理系，进一步学习物理知识。随后，薛鹏获取提前一年毕业并免试研究生资格，师从郭光灿院士，并取得博士学位。博士毕业之后，薛鹏申请在国外的量子信息和量子光学研究中心进一步学习，先后在奥地利的因斯布鲁克大学和加拿大的卡尔加里大学从事博士后工作。

2009年7月，在国外学习5年的薛鹏选择回国，并作为引进人才加入东南大学。“回国是理所当然的，我从未想过要在国外久居。”薛鹏说：“该学的知识都学到了以后，回国多陪陪父母家人，是我当时最主要的想法。”

东南大学以工科见长，物理系科研力量相对薄弱。初回国的薛鹏研究的依然是量子物理的理论方向，但物理是实验的学科，很多物理现象的发现和验证都离不开实验。而“作为理论物理学家，与实验物理学家合作时，发现很多理论的想法由于实验条件所限无法实现”。且在量子物理方面，“实验得出的成果往往更能得到认可，也就可以带来更多的经费支持”。为了更好地验证量子物理的理论，薛鹏决定在实验物理方向“试一试”。

少年时起，薛鹏就属于“聪明孩子”那一类，年少懵懂的她认为只有理论物理的难度才能体现出自己的天资。从1999年读研开始，薛鹏一直从事的是量子物理的理论研究。2013年，不管是薛鹏的学术年龄还是她自身的年纪都不算小了，薛鹏坦言，从理论转到实验，她曾有过挣扎。但她从来不是一个轻易认输的人。薛鹏坚信一点：“别人可以做到的我也一定可以！”

从理论到实验的“华丽”转身

2013年下半年，薛鹏开始负责建设东南大学量子光学实验平台，正式转向实验物理方向，初步建成科研平台。目前，薛鹏所在的实验室拥有飞秒激光器、半导体激光器、单光子探测器、八通路数字信号符合仪等实验仪器，对量子行走这一课题开展了开创性和系统性的实验研究。

2015年，薛鹏课题组率先观测到量子行走中光信息的传播扩散与恢复现象，并且在国际知名学术期刊Physical Review Letters上发表了相关的实验论文。

量子行走在量子计算中有着广泛的应用，如利用量子行走开发的针对无序数据库的搜寻算法等。那么，量子行走是否能够应用于量子通信呢？这主要取决于量子行走中是否存在信息的传播与恢复。

而薛鹏观测发现，携带信息的量子行走者可以在任意的偶数演化时间后恢复至初始状态，在此之前依然遵从量子行走的扩散规律。这一理论的提出及实验的验证颠覆了人们以前对量子行走的认识，并为量子行走在量子信息中的应用提供了新的方向，为理解基于量子力学的动力学演化的基本现象提供了新的视角，同时也为研究量子扩散及对拓扑现象的量子模拟提供了新的思路。

凭借在实验方向有如此重大的发现，薛鹏在短短一年半的时间内实现了从理论到实验的“华丽”转身。但这转身背后，却是“步步艰难”。

薛鹏回忆道：“一共有三个方面的问题。首先是实验用房，其次是人员，最后是经费。”实验用房是最难解决的问题，薛鹏说，空间的狭小、建设的滞后使得实验举步维艰。除此之外，生源的有限和经费的欠缺也使薛鹏这“华丽的转身”异常艰难。

“当初经费非常紧缺，连基础的实验仪器和材料都无法购齐。所幸后来系里支援了36万，作为购买第一批仪器的钱，这笔钱直接坚定了我做实验的决心。”薛鹏对物理系给予的支持抱有深深的感激，但经费的紧张也让她有所感悟：“有钱就做有钱的事儿，没钱也可以做没钱的事儿，做实验不一定非要那么多经费。经费不足的时候，我们可以从巧思方面去突破。总有一个方向你可以找到，突破了之后就柳暗花明了。”

薛鹏补充道，对人生做出改变，什么时候都不算晚。她谦虚地表示，“现在看来，我的转型不见得多成功，但至少没有失败。”

在实验领域佳音频传

1982年，诺贝尔物理奖得主理查德?费曼在一个公开的演讲中提出利用量子体系实现通用计算的新奇想法。紧接其后，1985年，英国物理学家大卫?杜斯提出了量子图灵机模型。理查德?费曼当时就想到如果用量子系统所构成的计算机来模拟量子现象，则运算时间可大幅度减少。就这样，量子计算机的概念诞生了。

当前量子信息科学与技术的核心发展目标，是实现长程的量子通信和通用的量子计算机。经过多年的研究和发展，在量子通信方面，人们已经能够很好地利用量子态来建立经典信息关联，且这一技术已经向着实用化的方向发展。而量子计算的终极目标是实现真正意义上的量子计算机。要想实现这一目标，还有很长的路要走。

薛鹏课题组现阶段承担的主要是国家自然科学基金的项目“全光量子信息处理器的实验研究”。这个项目拟将全光量子信息处理器应用于量子通信和量子计算两个方面。一方面，对于实用化的量子通信课题，该项目着重研究利用量子信息技术提高信道容量的理论和实验实现。另一方面，针对量子计算，薛鹏将从软件和硬件两个方面进行研究。“硬件方面着重研制多比特量子逻辑门操作，实现量子测量及量子模拟等任务；软件方面则利用量子信息处理器实现基于量子随机行走的量子算法，去计算一些经典计算机很难解决的问题。”

目前，薛鹏课题组用线性光学体系首次在实验上实现了基于量子行走的正定算符测量。通过依赖光子空间模式的量子行走演化，薛鹏构建了正定算符测量的测量算符，成功地对非正交态进行了最优化的无差错态识别。这一理论的提出及实验的验证颠覆了人们以前对量子行走的应用的单一认识，为量子行走在量子计量学中的应用提供了新的方向，为理解基于量子力学的基本原理提供了新的工具——广义测量及钝化测量，同时也为研究量子信道和量子保密通信提供了新的思路。

“全光量子信息处理器除了量子计算和量子通信，还包括利用量子关联的性质验证量子力学基础理论，我们在此方向也做了很多深入的研究。”薛鹏说，她所在的课题组首次在实验中观测到非定域性和互文性这两种量子特性之间存在此消彼长的monogamy关系，从而提供直接证据揭示量子纠缠是一种普适的资源。“这个实验刷新了人们对于量子纠缠的传统认识，首次提出量子纠缠作为一种更普适的量子资源，非定域性和互文性的验证都将耗费这种资源，证明了‘非定域性和互文性是同一实在性的两种不同表示’这一全新的观点。”

对于薛鹏来说，目前的研究工作已经有了诸多进展：在Physical Review Letters等国际知名学术期刊上发表了多篇学术论文，且获得了江苏省杰出青年基金项目的支持。这让她对接下来的实验工作有了更多的信心。“下一步除了量子关联的验证方面，我希望做一些更有应用前景的工作，比如开发基于量子行走的真正普适的量子信息处理平台，同时处理量子计算和通信任务。”薛鹏补充道：“目前的量子信息处理器只能处理量子计算任务或通信任务的一种，而对于追求‘大统一’的物理学家来说，实现更普适的量子信息处理平台才是最终目标。”

对于薛鹏来说，现阶段的她不用顾虑家庭，生活的重心都在工作上，对待科研可谓“衣带渐宽终不悔”。而从理论到实验的探索也使她更为明确自身的科研方向，相信她在这条转型道路上会越走越好。 

来源：科学中国人 2016年第8期