--量子纠缠态的制备与操控

    量子纠缠是量子力学中最神秘也是最基础的性质之一，同时也是量子信息处理的核心资源，是量子计算加速效应的根本来源之一。多年以来，实现大规模的多量子比特纠缠一直是各国科学家奋力追求的目标。

相关研究方向的导师：夏岩、陈叶鸿、施志成、黄碧华、赵新宇

--和乐量子计算

    几何量子计算是利用几何相位来实现量子逻辑门操作的量子计算策略，其特点是利用几何位相的整体几何性质来避免某些局域无规噪声的影响，从而实现高保真度的量子逻辑门。因此，基于阿贝尔和非阿贝尔几何相位的几何与和乐量子操控是量子物理和量子信息领域中非常重要的研究课题。

相关研究方向的导师：夏岩、施志成、陈叶鸿

--量子纠错码和容错量子计算

    量子纠错码可以用来解决退相干等硬件的不完美导致的计算错误问题。在错误的分布满足某些条件的情况下，我们可以把最终计算结果出错的概率降得任意低，这被称作容错量子计算。当然，量子纠错是有代价的。为了降低最终出错率，需要使用很多的量子比特来进行编码。进行容错量子计算的首要条件，也就是错误率低于容错阈值（亚阈值）的初始化、量子门以及读取等操作已经能够在实验中被演示。目前看来，在错误率低于阈值的条件下，巨大的量子比特数量是最终实现容错量子计算的主要障碍。

相关研究方向的导师：陈叶鸿

--量子优化控制——绝热捷径方向

    绝热演化是一种在经典和量子系统中均有广泛应用的控制策略。 在经典情境下，顾名思义，系统与环境不发生热量交换。而在量子体系中，系统将不会在瞬时本征态之间发生跃迁。 绝热演化过程可以作为一种算法方案完成需要的信息处理任务。然而，绝热过程通常要求很慢的演的实验方案——统称为绝热捷径方案。这些控制策略使得系统在极短的时间内实现目标绝热演化，而不引起远离瞬时平衡状态的不好结果。

相关研究方向的导师：夏岩、陈叶鸿、黄碧华、赵新宇

--量子鲁棒控制——复合脉冲方向

    鲁棒相干控制是执行精确量子计算的前提。通常情况下，量子系统的物理参数无法完全已知或存在误差，从而很难实现精确相干控制。复合脉冲作为一种有效控制技术，它能有效地降低误差对系统操控的影响，实现高保真度量子计算。特别地，该技术能够有效抑制已知各种类型误差的影响且在实验上易于实现，被认为是非常有前景的控制手段之一。

相关研究方向的导师：夏岩、施志成

--硅基半导体量子计算

    好的量子比特是通用量子计算的实现的基石。硅基半导体量子点自旋量子比特因具有相干时间长, 可控性好, 以及与现代集成电路制造工艺相兼容等特点, 成为有望实现容错量子计算的潜在候选体系之一, 受到科学界的广泛关注。近年来, 由于在硅基材料性质, 量子点制造工艺和结构以及量子比特操控技术等方面取得的显著进步, 硅基半导体量子计算在自旋量子比特的高保真度态初始化和读取、单比特逻辑门和两比特逻辑门保真度等方面均取得了重要研究进展。本小组致力于硅基量子比特的设计、制备、读取、操控等方面的理论研究。

相关研究方向的导师：赵新宇

--量子临界现象及量子相变

    量子系统在某个参量发生细微变化时出现剧烈的物理性质改变的现象，一般可以称之为量子临界现象。而量子相变是经由量子涨落所造成。量子相变的发生代表着在量子多体系统中基态的性质随着外部参数发生突然的骤变。传统上研究量子相变的方法和研究热相变的方法类似，主要根据朗道的对称破缺理论和序参量来决定量子系统的相图。这种类型的临界效应对于量子精密测量、量子传感等领域具有显著的增强作用。这是因为在量子临界点附近，体系的序参量通常具有发散的敏感性，相邻量子基态的可区分性也被明显增强。这些性质意味着人们其实可利用量子临界效应实现海森堡极限精度的测量。然而，量子临界性所带来的优势往往被制备趋近临界点的初态所需的时间所抵消。这是因为系统的能级在临界点附近趋于闭合，到达临界点所需要的演化时间将趋于发散，制备临界点的物理状态存在较大困难。探究既能进一步缩短初态制备时间，又能精确制备系统初态的方案是临界增强型量子传感的一个重要目标。

相关研究方向的导师：陈叶鸿