包小辉

中国科学技术大学网络空间安全学院教授

包小辉

包小辉，男，毕业于德国海德堡大学，博士，中国科学技术大学网络空间安全学院教授。[0][1]2004年，包小辉于在中国科学技术大学近代物理系获得学士学位。[0]2012年5月，包小辉等同德国研究人员合作实验实现了具有高读出效率及长存储寿命的高性能量子存储器。[2]2013年，包小辉担任中国科学技术大学教授。[0]2014年3月，包小辉研究团在国际上首次实现了不同颜色独立光子间的量子纠缠，解决了量子网络中如何在不同频率终端间进行纠缠连接这一难题。[3]2015年1月21日，包小辉团队的科研成果《成功实现不同颜色独立光子间的量子纠缠》获得中国科学技术大学物理学院2013年度十大科研进展提名。[4]2016年6月，包小辉团队采用冷原子系综在国际上首次实现了百毫秒高效量子存储器，为远距离量子中继系统的构建奠定了坚实基础。[5]2022年8月，包小辉研究团队将里德堡相互作用与高效单光子接口技术相结合，首次成功制备基于里德堡超原子的多光子纠缠，为单向量子中继等应用奠定基础。[6]2024年5月15日，包小辉团成功研究出了构建国际首个“基于纠缠的城域量子网络”。[7]

包小辉，男，毕业于德国海德堡大学，博士，中国科学技术大学网络空间安全学院教授。[1][2]

2004年，包小辉于在中国科学技术大学近代物理系获得学士学位。[1]2012年5月，包小辉等同德国研究人员合作实验实现了具有高读出效率及长存储寿命的高性能量子存储器。[3]2013年，包小辉担任中国科学技术大学教授。[1]2014年3月，包小辉研究团在国际上首次实现了不同颜色独立光子间的量子纠缠，解决了量子网络中如何在不同频率终端间进行纠缠连接这一难题。[4]2015年1月21日，包小辉团队的科研成果《成功实现不同颜色独立光子间的量子纠缠》获得中国科学技术大学物理学院2013年度十大科研进展提名。[5]2016年6月，包小辉团队采用冷原子系综在国际上首次实现了百毫秒高效量子存储器，为远距离量子中继系统的构建奠定了坚实基础。[6]2022年8月，包小辉研究团队将里德堡相互作用与高效单光子接口技术相结合，首次成功制备基于里德堡超原子的多光子纠缠，为单向量子中继等应用奠定基础。[7]2024年5月15日，包小辉团成功研究出了构建国际首个“基于纠缠的城域量子网络”。[8]

包小辉曾获得中国科大杰出研究校长奖、海外校友基金会“青年教师事业奖”等荣誉。[1]

教育经历

包小辉于2004年在中国科学技术大学近代物理系获得学士学位，2010年在德国海德堡大学物理与天文系获得博士学位。[1]

工作经历

2012年5月，包小辉等同德国研究人员合作实验实现了具有高读出效率及长存储寿命的高性能量子存储器。该实验在国际上首次将长存储寿命和高读出效率在单个存储器内结合起来，向可升级长程量子通信及可升级光学量子计算迈出了至关重要的一步。[3]2013年，包小辉担任中国科学技术大学教授。[1]

2014年3月，包小辉等在国际上首次实现了不同颜色独立光子间的量子纠缠，解决了量子网络中如何在不同频率终端间进行纠缠连接这一难题。该工作以编辑推荐论文（Editors' Suggestion）的形式发表在国际权威物理学杂志《物理评论快报》上，美国物理学会《物理·观点》栏目（Physics: Viewpoint）也对该成果进行了专题报道。[4]2015年1月21日，包小辉团队的科研成果《成功实现不同颜色独立光子间的量子纠缠》获得了中国科学技术大学物理学院2013年度十大科研进展提名。[5]

2016年6月，包小辉等采用冷原子系综在国际上首次实现了百毫秒高效量子存储器，为远距离量子中继系统的构建奠定了坚实基础。该成果已发表在国际权威学术期刊《自然·光子学》上。[6]2019年1月，包小辉等在量子网络方向研究取得重要进展，成功地利用多光子干涉将分离的三个冷原子量子存储器纠缠起来，为构建多节点、远距离的量子网络奠定了基础。该成果发表在国际学术权威期刊《自然·光子学》上。[9]

2020年2月，包小辉研究团队与济南量子技术研究院和中科院上海微系统与信息技术研究所合作，在量子中继与量子网络方向取得重大突破。他们通过发展高亮度光与原子纠缠源、低噪高效单光子频率转换技术和远程单光子精密干涉技术，成功地将相距50公里光纤的两个量子存储器纠缠起来，为构建基于量子中继的量子网络奠定了基础。[10]2022年8月，包小辉研究团队将里德堡相互作用与高效单光子接口技术相结合，首次成功制备基于里德堡超原子的多光子纠缠，为单向量子中继等应用奠定基础。该研究成果于同年8月11日发表在《自然·光子学》上。[7]

2024年5月，包小辉所在的研究团队首次采用单光子干涉在独立存储节点间建立纠缠，并以此为基础构建了国际首个基于纠缠的城域三节点量子网络。该工作使得现实量子纠缠网络的距离由以往的几十米整整提升了三个数量级至几十公里，为后续开展盲量子计算、分布式量子计算、量子增强长基线干涉等量子网络应用奠定了科学与技术基础。该研究成果已在线发表在《自然》上。[8]

研究方向

基于原子系综的量子存储；量子中继器与可升级量子网络；窄带纠缠的制备与操纵。[2]

科研成果

包小辉的主要学术成果包括：实现经由50公里光纤传输的存储器间纠缠；实现三个原子系综间的量子纠缠；实现百毫秒高效率量子存储器；利用里德堡阻塞效应制备多个激发态并观测到HOM干涉效应，进而产生半确定性光与原子纠缠；在系综量子存储器内实现单量子水平自旋回波等。已在包括Nature (1篇)、Nature Physics (2篇)、Nature Photonics (5篇)、PNAS (1篇)、Physics Reports (1篇)、Phys. Rev. Lett. (12篇)等国际学术期刊上发表SCI论文30多篇。已承担或正在承担包括国家重点研发计划在内多个科研项目。[注1][1]

人才培养

包小辉指导过的学生有多人次获得中国科学技术大学优秀博士论文、中国科学院优秀博士论文、中国科学院院长特别奖等荣誉。[注1][1]

主要论文

论文名称发表期刊
Creation of memory–memory entanglement in a metropolitan quantum network[11][8]《自然》629, 579–585 (2024)
Single-Shot Readout of a Nuclear Spin in Silicon Carbide[1] 《物理评论快报》 132, 180803 (2024)
Experimental Generation of Spin-Photon Entanglement in Silicon Carbide[1] 《物理评论快报》132, 160801 (2024)
Creation of memory–memory entanglement in a metropolitan quantum network[1]《自然》629, 579-585 (2024)
Sequential Generation of Multiphoton Entanglement with a Rydberg Superatom[1]《自然光子学》16, 658-661 (2022)
Deterministic Measurement of a Rydberg Superatom Qubit via Cavity-Enhanced Single-Photon Emission[1]《光学的》9, 853-858 (2022)
Postselected Entanglement between Two Atomic Ensembles Separated by 12.5 Km[1]《物理评论快报》129, 050503 (2022)
Deterministic Time-Bin Entanglement between a Single Photon and an Atomic Ensemble[1]《物理评论快报》128, 060502 (2022)
Measurement-Device-Independent Verification of a Quantum Memory[1]《物理评论快报》127, 160502 (2021)
Cavity-Enhanced Atom-Photon Entanglement with Subsecond Lifetime[1]《物理评论快报》126, 090501 (2021)
Experimental creation of single Rydberg excitations via adiabatic passage[1]《物理学评论A辑》102, 013706 (2020)
Entanglement of two quantum memories via fibres over dozens of kilometres[12]《自然》578, 240-245 (2020)
Semideterministic Entanglement between a Single Photon and an Atomic Ensemble[12]《物理评论快报》123, 140504 (2019)
Entanglement of three quantum memories via interference of three single photons[12]《自然光子学》13, 210-213 (2019)
Experimental Time-Resolved Interference with Multiple Photons of Different Colors[12]《物理评论快报》121, 080501 (2018)
Hong-Ou-Mandel Interference between Two Deterministic Collective Excitations in an Atomic Ensemble[12]《物理评论快报》117, 180501 (2016)
Demonstration of interferometric atom-pattern engineering via Rabi oscillations[12]《物理学评论A辑》93, 033837 (2016)
Dynamical zeroing of spin-wave momentum to suppress motional dephasing in an atomic-ensemble quantum memory[12]《物理学评论A辑》93, 063819 (2016)
An efficient quantum light–matter interface with sub-second lifetime[12]《自然光子学》10, 381-384 (2016)
Operating Spin Echo in the Quantum Regime for an Atomic-Ensemble Quantum Memory[12]《物理评论快报》115, 133002 (2015)
Highly Retrievable Spin-Wave–Photon Entanglement Source[12]《物理评论快报》114, 210501 (2015)
Modulation of single-photon-level wave packets with two-component electromagnetically induced transparency[13]《物理学评论A辑》91, 053805 (2015)
Entangling Different-Color Photons via Time-Resolved Measurement and Active Feed Forward[13]《物理评论快报》112, 103602 (2014)
Demonstration of active feedforward one-way quantum computing with photon-matter hyperentanglement[13]《物理学评论A辑》86, 050304 (2012)
Holographic Storage of Biphoton Entanglement[13]《物理评论快报》108, 210501 (2012)
Efficient and long-lived quantum memory with cold atoms inside a ring cavity[13]《自然物理学》8, 517-521 (2012)
Observation of eight-photon entanglement[13]《自然光子学》6, 225-228 (2012)
Realization of double resonance for a bright frequency-tunable source of narrowband entangled photons[13]《中国物理B》20, 024202 (2011)
Preparation and storage of frequency-uncorrelated entangled photons from cavity-enhanced spontaneous parametric downconversion[13]《自然光子学》5, 628 (2011)
Entangled photons and quantum communication[13]《物理学报告》497, 1 (2010)
Experimental demonstration of a heralded entanglement source[14]《自然光子学》4, 549 (2010)
Heralded generation of an atomic NOON state[14]《物理评论快报》104, 043601 (2010)
A millisecond quantum memory for scalable quantum networks[14]《自然物理学》5, 95 (2009)
Experimental quantum teleportation and multiphoton entanglement via interfering narrowband photon sources[14]《物理学评论A辑》80, 042321 (2009)
Generation of Narrow-Band Polarization-Entangled Photon Pairs for Atomic Quantum Memories[14]《物理评论快报》101, 190501 (2008)
Demonstration of a scheme for the generation of "event-ready" entangled photon pairs from a single-photon source[14]《物理学评论A辑》77, 062316 (2008)
Experimental quantum “Guess my Number” protocol using multiphoton entanglement[14]《物理学评论A辑》75, 022302 (2007)
Optical nondestructive controlled-NOT gate without using entangled photons[14]《物理评论快报》98, 170502 (2007)
Experimental free-space distribution of entangled photon pairs over 13 km: Towards satellite-based global quantum communication[14]《物理评论快报》94, 150501 (2005)
注：以上更新至2024年5月16日

获得荣誉

honor中国科学技术大学杰出研究校长奖[1]
time-
type
honor海外校友基金会“青年教师事业奖”[1]
time-
type

参考资料 14

  1. 包小辉 — 量子物理与量子信息研究部
  2. 包小辉 — 中国科学技术大学网络空间安全学院
  3. 中国科学家在国际上首次成功实现高效率长寿命量子存储器 — 量子物理与量子信息研究部
  4. 我中心成功实现不同颜色独立光子间的量子纠缠 — 量子物理与量子信息研究部
  5. 物理学院2014年度十大科研进展 — 中国科学技术大学物理学院
  6. 中国科大在长寿命高效量子存储器研究中取得重要进展 — 量子物理与量子信息研究部
  7. 中国科大实现基于里德堡超原子的多光子纠缠- — 量子物理与量子信息研究部
  8. 中国科学家构建国际首个基于纠缠的城域量子网络 — 今日头条
  9. 中国科大实现基于冷原子的多节点量子存储网络 — 量子物理与量子信息研究部
  10. 中国科大成功实现相距50公里光纤的存储器间的量子纠缠 — 量子物理与量子信息研究部
  11. Creation of memory–memory entanglement in a metropolitan quantum network — nature
  12. 相关论文 — 量子物理与量子信息研究部
  13. 相关新闻 — 量子物理与量子信息研究部
  14. 相关论文 — 量子物理与量子信息研究部

注释

  1. 截至2024年5月16日
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