量子信息包括量子通信和量子计算,其学科特点在于高度的交叉性。量子力学原理保证了量子通信具有极高安全性,量子计算具有经典计算不可比拟的强大计算功能,因此量子通信和量子计算研究具有重要的科学意义和战略意义。

清华大学物理系是国内研究量子信息最早的单位之一。目前物理系有3名教授和4名副教授(副研究员)直接从事量子信息的研究,包括2 名国家杰出青年基金获得者,1名长江特聘教授;还有约10位教师的研究与量子信息相关。十多年来,相关教师在量子信息的研究中取得了一系列重要的研究成果。在国际上首先提出量子直接安全通信,开拓了新的量子通信研究方向,建立了两步方案和量子一次便笺方案;提出了分步传输、块传输和顺序重排三种构造量子通信的物理方法,在量子通信协议构造中得到广泛应用;建立了第一个多方高维量子密集编码模型,构造了高维两步通信等分布式量子通信模型;提出了量子搜索的相位匹配理论,改进了Grover量子算法,实现了7比特搜索算法实验;提出了3强度诱骗态(decoy state)量子密码理论,把量子密码实验安全距离从过去的不足20公里大幅度提高到100公里以上,解决了光强不能精确操控的问题。 3 强度诱骗态理论已经获得近20 个国际公开发表的实验支持。

具体的研究方向集中于:(1)基于自旋的量子信息处理。从理论和实验上研究利用包括核自旋、电子自旋的自旋体系开展量子信息处理,实验上采用磁共振操控技术;(2)开展量子通信的实用化理论与实验研究,解决量子通信中的一些关键科学与技术问题;(3)开展量子直接安全通信的实验研究。与量子密钥分发传输随机数不同,量子直接安全通信在量子信道中直接传输秘密信息。研究噪声下的量子直接安全通信及其实验实现;(4)开展基于量子光学的量子信息处理,包括量子信息基本原理的实验研究,与量子光学相关的物理体系的量子信息处理,包括微腔量子信息处理;(5)量子信息与量子力学基础,包括量子纠缠分类与刻画、量子失谐的刻画,广义量子门及其性质,量子contexuality、量子非局域性等的理论与实验研究;(6)量子控制理论与实验研究,包括量子动力学解耦方法、量子纠错及其在量子信息处理中的应用。