软件学院“光学系统中量子远程信息处理”创新团队

带 头 人

周清平

所属学科

信息科学

研究方向简介

量子信息学自上世纪90年代初,逐步发展为一门新兴的热点学科,吸引了越来越多的科技工作者加入到这个研究队伍中。量子信息学根据应用对象的不同,可以分为量子计算和量子通信两部分,量子信息学的最终目标是：1.制造出真正意义上可实际应用的量子计算机；2.实现安全的实用的远程量子通信。目前,量子计算机的研究仍然处在理论研究阶段,而远程量子通信的研究已经开始从理论研究,进入应用研究。量子通信是一种全新的通信方式,它的主要研究内容有,量子隐形传态(不发送任何粒子而实现未知量子态的远程传送)、量子密集编码(通过传送一个量子比特而实现两比特信息的传输)等等,这些量子信息处理的过程归根结底是对量子纠缠态的制备和操作过程。目前,人们已经在多种系统中尝试量子信息研究,常见的物理系统有光学系统(Linear Optics)、腔动力学系统(Cavity QED)、离子阱系统(Ion Trap)、核磁共振系统(Nuclear Magnetic Resonance System)、量子点系统(Quantum Dot System)、低温超导系统等,这些系统的区别在于,使用不同的方式来储存信息。其中,光学系统是一种比较好的量子信息处理系统,它的实验进展也比较迅速。本文主要讨论多体纠缠态的制备和量子密集编码在线性光学系统中的实现过程。具体研究内容为：

（1）发展制备高品质单量子纠缠态理论，以及纠缠光子态在光纤中耦合，存储、操纵及传输方面技术。通过对单量子态探测及量子态间相互作用研究，发掘新奇量子效应。在光纤理论上实现量子逻辑门操作和远程密码通信

（2）构建有效的量子真随机序列产生方案，对量子密钥分配协议改进与优化，提高密钥提取效率与协议的安全性。提出普适诱骗态量子密钥分配协议方案，增强现有量子密钥分配方案的实用性以及扩展现有量子密钥分配协议的应用范围。

（3）基于离散调制相干态连续变量量子密钥分配协议无条件安全性分析：对离散调制相干态的信号产生机制进行分析，探究信号调制的制备噪声，传输信道额外噪声对密钥提取效率的影响，对潜在攻击方式进行无条件安全性分析研究。

（4）量子密码通信网络模型的构建：设计量子网络通用线路简化模型，实现量子信息组播方案与量子秘密多方共享。包括多位量子寄存器的制备，量子交换机模型建立，探究长距离远程态制备以及远程通信通道构建，对混合纠缠与非最大纠缠的进行纠缠纯化与纠缠蒸。

1.团队带头人简介

周清平：吉首大学软件服务外包学院院长、教授、博士后、硕士生导师。现任湖南省光学学会常务理事、湖南省计算机学会常务理事、吉首大学物理学硕士生导师，担任《Chin. J. Electr.》等多家高级学术期刊特约审稿人、湖南省自然科学基金评委等。长期致力于量子光学和量子信息等方面的科学研究工作。近年来，主持部省级科研项目6项，参与国家自然科学基金项目2项，发表与本项目相关论文20余篇，获湖南省自然科学三等奖1项，湖南省自然科学优秀学术论文奖3项，具有较强的独立开展科学研究能力。

主要成果:

科研项目

[1]主持波谱与原子分子物理国家重点实验室基金课题《量子算法的线性光学分析与实现》(No.T152908)，研究期限为2009年1月至2010年12月；

[2]主持中国博士后科学基金资助项目《光学分束器的量子理论及其在量子信息处理中的应用》(No.20060400878)，研究期限为2007年1月至2008年12月；

[3]主持教育部科学研究重点项目《分束器量子模型与量子信息处理的线性光学实现研究》（No.208099），研究期限2008年1月至2009年12月；

[4]主持湖南省博士后科学基金《基于分束器的量子信息处理》(No.2007RS4015)，研究期限为2007年1月至2008年12月；

[5]主持湖南省自然科学基金资助项目《量子分束器的基本理论及其在量子信息处理中的应用研究》(批准号：05JJ40007)，；

[6]主持湖南省教育厅科学研究重点资助项目《光子纠缠态制备与光学量子信息处理》(No.07A057)，研究期限为2008年1月至2009年12月。

产学研项目

[1]软件工程国家工程实践教育中心/国家级实践教学平台/中华人民共和国教育部

[2]软件工程国家综合改革试点专业/国家级专业改革平台/中华人民共和国教育部

[3]全国服务外包技能考试培训中心/国家级专业人才培训平台/中华人民共和国工信部

[4]中国贫困生计算机应用能力提高与大学计算机课程改革/美国福特PHEII国际合作项目/中国福特基金办

[5]“数字武陵源”若干关键技术攻关研究/建设部国家风景名胜区信息化/建设重点项目

[6]软件工程湖南省综合改革试点/专业/省级专业改革平台/湖南省教育厅

[7]旅游信息公共服务支撑技术研究及应用/湖南省工业支撑计划重点项目/湖南省科技厅

[8]湖南省服务外包标准工作室/省级技术服务平台/湖南省商务厅

[9]湖南省服务外包人才培训基地/省级专业人才培训平台/湖南省商务厅

代表论著

[1]Zhou Qing-Ping,Fang Mao-Fa. Analytical solution of weak-coupling periodically driven two-level system. Commun. Theor. Phys. 49, 1025(2008).

[2]Zhou Qing-Ping. Fully Quantized theory of six-wave mixing with matter waves. Commun. Theor. Phys. 49, 477(2008).

[3]Zhou Qing-Ping, Zhang Yan-Liang, Zhou Fang, Wang Xiao-Bo, Xu Hong-Zhi, Fang Mao-Fa. Remote generation of quantum communication channel with continuous variable via beam splitters. Chin. J. Electr. 2, 329(2010).

[4]Zhou Qing-Ping, Fang Mao-Fa, Liu Xiao-Juan, Chen Xiao-Mei, Wu Qin. Entanglement manipulation for two-mode squeezed vacuum state. Chin. Phys. Lett. 21, 1692(2004).

[5]Zhou Qing-Ping, Fang Mao-Fa. Entanglement and photon statistics of output fields from beam splitter for binomial state inputs. Chin. Phys. 13, 1477 (2004).

[6]Zhou Qing-Ping, Fang Mao-Fa, Liu Xiao-Juan. Manipulation of quantum nonlocality of the single-photon entangled state via beam splitter. Chin. Phys. Lett. 22, 12(2005).

[7]Zhou Qing-Ping, Fang Mao-Fa, Liu Xiao-Juan, Chen Xiao-Mei, Wu Qin, Xu Hong-zhi. Entanglement and disentanglement from cascade beam-splitter for squeezed vacuum state inputs. Chin. Phys. 13, 1881(2004).

主要奖励

[1]线性光学量子信息处理研究/湖南省自然科学奖三等奖/湖南省人民政府/第一/2012

[2]制备压缩光场量子信源的六波混频全/量子理论/湖南省自然科学优秀学术论文三等奖/湖南省科技厅、人事厅、科学技术协会/第一/2010

[3]经过分束器单光子纠缠的量子非局域/性操纵/湖南省自然科学优秀学术论

[4]文三等奖/湖南省科技厅、人事厅、科学技术协会/第一/2008

[5]依赖强度耦合的多光子过程中缠绕与薛定谔猫态/湖南省自然科学优秀学术论文三等奖/湖南省科技厅、人事厅、科学技术协会/第一/2000

[6]Remote generation of quantum communication channel with continuous variable via beam splitters/张家界市自然科学优秀学术论文一等奖/张家界市科学技术协会/第一/2012

2.团队构成与基础

康国栋：软件服务外包学院教师、讲师，博士，科研助理，主要从事量子光学和量子信息处理研究，近五年参与国家自然科学基金面上项目1项，部省级课题2项，主持湖南省自然科学基金项目一项，在《quantum information processing》、《Eur. Phys. J. D.》、《Opt. Commun.》、《Int. J. Theor. Phys.》等国内外知名刊物发表学术论文10余篇，获国家专利一项，获2012年湖南省自然科学三等奖一项。

代表性论著

[1] Kang Guo-Dong, Zhou Qing-Ping, Fang Mao-Fa and Zhang Yan-Liang.Asymmetric "4+2"protocol for quantum key distribution with finite resources.Quantum Information Processing：quantum cryptography. 12,12(2013).

[2] Kang Guo-Dong and Fang Mao-Fa,A scheme to share information via employing discrete algorithm to quantum states.Commun. Theor. Phys. 55, 239(2011).

[3] Kang Guo-Dong, Fang Mao-Fa, Xiao Xing.One-way protocol for two-bit intrinsic random key distribution with entangled photon pairs.Int. J. Theor. Phys. 50, 663(2011).

[4] Kang Guo-Dong, Fang Mao-Fa.An applicable and resource-economical scheme for the sharing of W State via spin-path entangled quantum channel. Chin. Phys. B 17, 372905(2008).

[5] Kang Guo-Dong，Fang Mao-Fa, Li Yan-Ling and.Non-Markovian entanglement dynamics of two spin-1/2 particles embedded in two separate spin star baths with tunable external magnetic fields.Eur. Phys. J. D 57, 447(2010).

[6] Kang Guo-Dong, Fang Mao-Fa and Ouyang Xi-Cheng.Entanglement of two atoms interacting with adissipative coherent cavity field without rotating wave approximation. Chin. Phys. B 19, 110303(2010).

[7] Xing Xiao, Mao-Fa Fang, Yan-Ling Li and Guo-Dong Kang.Quantum discord in non-Markovian environments. Opt. Commun.283 :3001-3005(2010).

[8]Kang Guo-Dong，Ouyang Xi-ChengandFang Mao-Fa.Entanglement dynamics of a double two-photon Jaynes－Cummings model with Kerr-like medium.Chin. Phys. B, 19 (3) (2010).

[9]Deng Xiao-Juan, Fang Mao-Fa and Kang Guo-Dong.Entanglement dynamics between anisolated atom and a moving atom in the cavity.Chin. Phys. B, 18(10) 4100-4104 (2009).

专利

[1]发明人：康国栋专利名称：小交叉路口智能光感交通指挥系统，专利号：ZL 201220081873.6

科研课题

[1]主持湖南省自然科学基金项目《高性能低耗链式量子密码通信网络理论研究》研究起止年月：2014年1月至2016年12月，项目批准号：14JJ6035；,

[2]主持博士启动项目《基于光学系统的量子保密通信新方案》：2011-2013年，项目批准号：jsdxrcyjkyxm201104

[3]参与湖南省教育厅重点项目《连续变量多模系统量子非局域性蒸馏与调控技术研究》（No.11A096）研究期限研究期限为2011年至2013；

张延亮：软件服务外包学院教师、助教、硕士。主要从事量子信息处理、量子光学特性研究。

代表论文

[1]Zhang Yanliang, Zhou Qingping†, Kang Guodong, Zhou Fang, Wang Xiaobo. Remote state preparation in non-Markovian environment. International Journal of Quantum Information. Vol. 10, No. 3 (2012) 1250030 (SCI源刊)

[2]张延亮，康国栋，王晓波，周清平†.噪声环境下二比特量子态远程制备.现代物理，

[3]Qingping Zhou†, Yanliang Zhang, Fang Zhou, Guodong Kang and Xiaobo Wang. Remote preparation of arbitrary two-particle quantum state in noisy environments. Symposium on Photonics and Optoelectronics. 2012 5, 1-4.（EI收录）

[4]ZHOU Qing-Ping, ZHANG Yan-Liang, ZHOU Fang, WANG Xiao-Bo, XU Hong-Zhi, FANG Mao-Fa Remote generation of quantum communication channel with continuous variable via beam splitters. Chin. J. Electr. 2010(2): 329（SCI收录）

[5]Xiaobo Wang, Yanliang Zhang, Hongzhi Xu, Fang Zhou, and Qingping Zhou. Near Complete Remote Preparation of Bipartite Entangled State using Lossy Beam Splitters. Symposium on Photonics and Optoelectronics. 2011 5, 1-5.

[6]Xiaobo Wang, Yanliang Zhang, Xiaojuan Liu, Fang Zhou, Qingping Zhou.Scheme for Remote Construction of Continuous Variable Entangled Channel via Beam Splitters. International Conference on Future Computer Sciences and Application. 2011 6, 105-108.

[7]张延亮，周清平，周方，相干压缩态通过分束器的纠缠性质.《科技信息》2010（9）

科研课题

[1]主持吉首大学校级科研项目资助，《噪声环境下量子高斯通道的非马尔科夫纠缠动力学性质及量子信息处理》（No.11JD050）研究期：限2011年6月3日至2013年3月1日

[2]主持软件工程专业高等数学课程引入MATLAB数学实验的教学研究（编号：2011JSUJGB24）2011- 2013

[3]参与波谱与原子分子物理国家重点实验室基金课题《量子算法的线性光学分析与实现》(No.T152908)，研究期限为2009年1月至2010年12月参与湖南省教育厅重点项目《连续变量多模系统量子非局域性蒸馏与调控技术研究》（No.11A096）研究期限研究期限为2011年至2013。