第五届光学青年科学家论坛大会报告

大会报告

光量子计算进展

陆朝阳
中国科学技术大学

摘要：提升光量子技术的主要挑战是缺乏完美的量子光源。我们将参数转换推到其物理极限，并产生双光子源，同时收集效率为97%，独立光子之间的不可区分性为96%。我们在微腔中使用单个量子点，按需生产具有高纯度(>99%)、近乎统一的不可区分性和高提取效率的单光子，所有这些都兼容且同时结合在单个设备中。基于高性能量子光源，我们实现了玻色取样——它是量子计算的中间模型，是展示量子计算优势和驳斥“扩展邱奇-图灵论题”的有力证据——光子数增加到113个，多光子量子干涉线路增加到了144维度。光量子计算机“九章”使用超级计算机上最先进的模拟策略，输出态空间维度达到了10⁴³，取样速度比目前最快的超级计算机快10²⁴倍。

个人简介：陆朝阳，剑桥大学博士，中国科学技术大学教授。长期致力于量子物理和量子计算的研究，在包括《现代物理评论》2篇、《自然》和《科学》12篇、《自然》子刊12篇、《美国科学院院刊》5篇、《物理评论快报》53篇等国际顶级学术期刊发表论文130余篇，被引用19000余次。主要研究成果入选英国物理学会评选的国际物理学年度突破榜首，入选美国物理学会评选的国际物理学年度十大进展，六次入选两院院士评选的年度中国科技十大进展新闻。曾获国家杰出青年科学基金、科学探索奖、中国青年五四奖章、中国物理学会黄昆半导体物理奖、日本仁科芳雄亚洲奖、《自然》“中国科学之星”、欧洲物理学会菲涅尔奖、IUPAP-ICO青年科学家奖、全球高被引学者、美国光学学会阿道夫隆奖章、美国物理学会量子计算奖、世界经济论坛全球青年领袖、全球华人物理学会亚洲成就奖等。担任2020国际量子大会主席、九三学社中央青工委副主任、全国青联常委、中国科学院《科学通报》副主编，以及美国物理学会、英国物理学会、美国化学学会等旗下多个国际期刊的编委。

微纳光场调控与激光

马仁敏
北京大学

摘要：在各不同维度实现光场极端局域化的高性能激光极大地推动了现代科学和技术的发展，其中在空间维度实现局域化的半导体激光成为了现代信息技术的基石。报告将讨论在波长和亚波长尺度调控光场的新机制，包括等离激元光场局域、能带反转光反射、平带光场局域和奇异点反常自发辐射，同时将讨论利用这些光场调控新机制实现空间维度高度局域化的高性能微纳激光，包括等离激元纳米激光、拓扑体态激光、魔角纳米激光和涡旋微纳激光。

个人简介：马仁敏，北京大学长聘副教授。2004年和2009年分别在北京科技大学和北京大学获得学士学位和博士学位。2009年至2014年在加州大学伯克利分校从事博士后研究工作。2014年入职北京大学。研究方向为微纳激光物理与器件、光与物质相互作用和非厄密与拓扑光子学。发表的工作包括Nature / Science 3篇，Nature Physics / Materials / Nanotechnology 8篇，Nature Communications / Science Advances / PRL 4篇，被引用8800余次。研究成果入选2018美国物理学会Physics年度重点成果、2018中国光学十大进展、2020中国光学十大进展、2020中国半导体十大研究进展、2020中国百篇最具国际影响学术论文。曾获科学探索奖、纳米光子学杰出青年科学家奖、王选青年学者奖、全国百篇优秀博士论文奖，2019-2021连续三年获得北京大学优秀博士论文指导教师奖等。在APS March Meeting、CLEO、Nature Conference、Gordon Research Conference等学术会议做90余次邀请报告；Science, Nature, Nature Physics, Nature Photonics, Nature Materials, Nature Nanotechnology等杂志审稿人。

光场调控研究进展：从涡旋光到结构光

王健
华中科技大学

摘要：与光有关的所有应用几乎都离不开光场调控。除了调控光场的波长、时间、偏振、复振幅等传统维度，近年来，光场的空间维度调控受到了广泛的关注。本报告将介绍我们在光场空间维度调控领域的研究进展，包括具有空间螺旋相位分布且携带轨道角动量的涡旋光，具有空间变化偏振分布的矢量光，以及具有空间变化幅度、相位、偏振分布的广义结构光。我们将介绍涡旋光、矢量光和结构光调控的基础物理、核心器件和关键技术，在此基础上，将重点汇报不同场景下跨尺度（片上、自由空间、水下、光纤）涡旋光通信、矢量光通信、结构光通信的研究进展。最后，我们也将简要介绍涡旋光、矢量光和结构光在光学操控、光学成像、光学计量和量子信息处理等领域的研究进展。

个人简介：王健，华中科技大学教授、博导，武汉光电国家研究中心副主任。美国光学学会会士（Optica Fellow）、国际光学工程学会会士（SPIE Fellow）。获批国家杰出青年科学基金。曾入选国家优秀青年科学基金、长江学者奖励计划青年学者、国家万人计划青年拔尖人才、英国皇家学会牛顿高级学者。第1完成人2016和2019年两次获教育部自然科学一等奖，2020年获教育部青年科学奖。主要研究方向为光场调控、多维光通信、光信号处理、光子集成芯片、硅基光子学。承担国家重点研发计划（项目负责人）、国家973计划（课题负责人）和国家自然科学基金杰青/优青/国际合作/面上等项目。第一/通讯作者在Science、Nature Photonics、Nature Communications、Science Advances、Light: Science & Applications、Physical Review Letters、Optica、Laser & Photonics Reviews、ACS Photonics等期刊上发表论文200余篇，论文被引用13200余次，入选爱思唯尔2020中国高被引学者。获邀国际会议邀请报告110余次（光通信顶级会议OFC2014 Invited Talk、OFC2016 Tutorial Talk）。授权国家发明专利24项，技术转让6项。研究成果入选国家“十三五”科技创新成就展。

异核中性原子量子计算研究进展

何晓东
中国科学院精密测量科学与技术创新研究院

摘要：光镊中的中性原子阵列体系是实现可扩展量子计算的重要候选者，近年来其发展趋势是基于异核原子共振频率的差异实现不同原子量子比特间的光谱隔离，从而有望构建能有效地执行纠错并避免串扰的异核原子量子比特体系。实现基于异核原子量子比特的量子计算的相关研究在国际上尚处于起步阶段。本报告将重点介绍我们研究团队近年来在该方向的研究进展。

个人简介：何晓东，男，中科院精密测量科学与技术创新研究院研究员，中科院青年创新促进会会员,获国家自然科学基金优秀青年基金资助。近年来主要开展光镊中单分子的相干合成及其量子态调控，以及基于光镊中中性原子阵列的量子计算等方向的研究，在Science、Phy. Rev. Lett.等国际学术期刊上共发表研究论文20余篇。