金奇奂 - 清华大学

个人简介

学习经历 1998/03-2004/02 国立首尔大学，物理博士，导师：Wonho Jhe 1996/03-1998/02 国立首尔大学，物理硕士，导师：Wonho Jhe 1992/03-1996/02 国立首尔大学，物理学士工作经历 2022/01-至今清华大学物理系教授 2021/04-2022/01 清华大学物理系长聘副教授 2016/09-2021/04 清华大学交叉信息研究院长聘副教授 2011/02-2016/08 清华大学交叉信息研究院副教授 2008/01-2011/01 马里兰大学博士后，导师：Chris Monroe 2005/08-2007/12 因斯布鲁克大学博士后，导师：Rainer Blatt 2004/02-2005/07 国立首尔大学博士后，导师：Wonho Jhe

研究领域

我们正在开发一种带有囚禁离子的量子器件，用于量子信息处理，包括量子计算，量子模拟和量子精密测量。开发一个足以解决现今最强大的超级计算机都无法解决的问题的量子器件，是当前量子计算领域的最重要的任务。在过去几年，我们在清华主要研究用离子阱系统来开发这样的量子器件。评估一个量子系统所具备的量子计算潜力基准主要有如下三点：1）单个量子比特的相干时间，2）一定数量的量子比特可以被相干操纵，3）非平凡量子门操作的保真度。对于第一点，我们实现了超过十分钟的单个离子量子比特相干时间，这目前仍然是所有量子体系中的世界纪录。这一工作于2017发表于《自然·光子学》和2021年《自然·通讯》。对于第二点，提升系统中的可操作量子比特数目，我们开发了一个基于线性离子链可拓展的全可控量子系统，目前我们在该系统上通过五个量子比特演示了全局纠缠量子门，并在2019年发表于《自然》。此外我们还开发了二维离子晶体来提供更多的可拓展性。针对提升保真度，我们最近通过错误缓解方案实现了单量子比特门99.999%和双量子比特门99.9%的保真度，这已不输世界上所有量子系统中最好的结果。在开发硬件的同时，我们通过一些小型系统，在实验上研究了量子计算的潜在应用，比如量子化学模拟和计算、量子场论、量子热力学，这些都展现了相比于经典超级计算机的优越性。囚禁单个离子的离子阱作为最单纯的小型量子系统，在实验中实现了之前只在理论当中谈及的量子力学的一些基本原理，并且排除了实验漏洞。我们还利用囚禁离子系统对量子域的基本不等式进行了检验，这只是在理论上讨论的。例如，我们对热力学中的一个基本等式量子Jarzynski等式进行了测试，并在实验上证明了该等式在量子域有效，这一结果已在《自然物理学》2015年发表。

近期论文

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“Double-Electromagnetically-Induced-Transparency Ground-State Cooling of Stationary Two-Dimensional Ion Crystals,” Mu Qiao, Wang Ye, Zhengyang Cai, Botao Du, Pengfei Wang, Chunyang Luan, Wentao Chen, Heung-Ryoul Noh, Kihwan Kim, Phys. Rev. Lett. 126, 023604 (2021) “Single ion qubit with estimated coherence time exceeding one hour,” Pengfei Wang, Chun-Yang Luan, Mu Qiao, Mark Um, Junhua Zhang, Ye Wang, Xiao Yuan, Mile Gu, Jingning Zhang, and Kihwan Kim, Nature Commun. 12, 233 (2021). “Realization of two-dimensional crystal of ions in a monolithic Paul trap,” Ye Wang, Mu Qiao, Zhengyang Cai, Kuan Zhang, Naijun Jin, Pengfei Wang, Wentao Chen, Chunyang Luan, Haiyan Wang, Yipu Song, Dahyun Yum, and Kihwan Kim, Adv. Quant. Techn. 3, 2000068 (2020). “Error-mitigated quantum gates exceeding physical fidelities in a trapped-ion system,” Shuaining Zhang, Yao Lu, Kuan Zhang, Wentao Chen, Ying Li, Jing-Ning Zhang, and Kihwan Kim, Nature Commun. 11, 587 (2020). “Modular quantum computation in a trapped ion system,” Kuan Zhang, Jayne Thompson, Xiang Zhang, Yangchao Shen, Yao Lu, Shuaining Zhang, Jiajun Ma, Vlatko Vedral, Mile Gu and Kihwan Kim, Nature Commun. 10, 4692 (2019). “Global entangling gates on arbitrary ion qubits,” Yao Lu, Shuaining Zhang, Kuan Zhang, Wentao Chen, Yangchao Shen, Jialiang Zhang, Jing-Ning Zhang, and Kihwan Kim, Nature 572, 363 (2019). “NOON States of Nine Quantized Vibrations in Two Radial Modes of a Trapped Ion,” Junhua Zhang, Mark Um, Dingshun Lv, Jing-Ning Zhang, Lu-Ming Duan, and Kihwan Kim, Phys. Rev. Lett. 121, 160502 (2018). “Quantum Simulation of the Quantum Rabi Model in a Trapped Ion,” Dingshun Lv, Shuoming An, Zhenyu Liu, Jing-Ning Zhang, Julen S. Pedernales, Lucas Lamata, Enrique Solano, and Kihwan Kim, Phys. Rev. X 8, 021027 (2018). “Quantum simulation of molecular spectroscopy in trapped-ion device,” Yangchao Shen, Yao Lu, Junhua Zhang, Kuan Zhang, Shuaining Zhang, Joonsuk Huh, and Kihwan Kim, Chem. Sci. 9, 836 (2018). “Single-qubit quantum memory exceeding 10-minute coherence time,” Ye Wang, Mark Um, Junhua Zhang, Shuoming An, Ming Lyu, Jing -Ning Zhang, L.-M. Duan, Dahyun Yum and Kihwan Kim, Nature Photon. 11, 646 (2017). “Shortcuts to adiabaticity by counterdiabatic driving for trapped-ion displacement in phase space,” Shuoming An, Dingshun Lv, Adolfo del Campo and Kihwan Kim, Nature Commun. 7, 12999 (2016). “Phonon arithmetic in a trapped ion system,” Mark Um, Junhua Zhang, Dingshun Lv, Yao Lu, Shuoming An, Jing-Ning Zhang, Hyunchul Nha, M. S. Kim, and Kihwan Kim, Nature Commun. 7, 11410 (2016). “Experimental test of the quantum Jarzynski equality with a trapped-ion system,” Shuoming An, Jing-Ning Zhang, Mark Um, Dingshun Lv, Yao Lu, Junhua Zhang, Zhang-Qi Yin, H. T. Quan and Kihwan Kim, Nature Phys. 11, 193 (2015). “State-independent experimental test of quantum contextuality with a single trapped ion,” Xiang Zhang, Mark Um, Junhua Zhang, Shuoming An, Ye Wang, Dong-ling Deng, Chao Shen, Lu-Ming Duan, Kihwan Kim, Phys. Rev. Lett. 110, 070401 (2013).