中国科大入选中科院“率先行动”第一阶段成果进展（一）

自2014年“率先行动”计划实施以来，中国科学院认真贯彻落实习近平总书记提出的“三个面向”“四个率先”要求，取得了重大进展和突出成效，在我国创新型国家和科技强国建设中起到了引领带动作用，为2030年全面实现“四个率先”目标打下了坚实基础。

在系统梳理“率先行动”计划第一阶段众多科技成果基础上，中科院按照“三个面向”凝练归纳出59项重大科技成果及标志性进展。其中，我校负责的光量子计算、大尺度光量子信息处理和亚纳米分辨的单分子光谱成像等研究成果以及参与的空间科学前沿探索与月球探测、暗物质粒子探测卫星和科学研究进展等5项成果入选“面向世界科技前沿”成果进展。同时，我校参与的基于高等级生物安全实验室的新冠肺炎基础及其转化研究入选“面向国民经济主战场”成果进展，该研究中由中国科大提出的“托珠单抗+常规治疗”方案编入国家诊疗方案。

近日，“中科院之声”微信公众号开设了“‘率先行动’第一阶段成果进展”专栏，为大家介绍相关成果进展。现摘录其中我校完成的三项成果：“光量子计算”，“大尺度光量子信息处理”和“亚纳米分辨的单分子光谱成像”。

一、光量子计算

在多光子纠缠及干涉度量方面继续保持世界领先。首次实现十光子纠缠、十二光子纠缠和十八光量子比特纠缠，多次刷新并至今保持着光子纠缠的世界记录。成功制备出基于微腔耦合半导体量子点的兼具最高效率和最高品质的单光子源、最大规模和最高透过率的多通道光学干涉仪。研制出首 个针对特定问题的求解能超越早期经典计算机的光量子计算原型机，实现了20光子输入60模式干涉线路的玻色取样量子计算，其输出复杂度相当于 48 个量子比特希尔伯特态空间，逼近了超越经典超级计算机的“量子优越性”的里程碑目标。在国际上首次理论提出和实验实现多自由度和高维度量子隐形传态，为复杂量子系统的完整态传输以及发展高效量子计算网络奠定了坚实科学基础。

多自由度和高维度量子隐形传态示意

玻色取样量子计算国际发展现状

二、大尺度光量子信息处理

点对点光纤量子通信的安全距离突破500公里，实现满足500公里光纤量子通信需求的量子存储器和相距50公里的量子存储器的纠缠；“墨子号”实现千公里级星地量子密钥分发、星地双向量子纠缠分发及量子力学非定域性检验、地星量子隐形传态，实现千公里级基于纠缠的量子密钥分发，首次利用量子卫星在地球引力场中对尝试融合量子力学与广义相对论的理论进行了检验，首次实现量子安全时间传递。上述成果为构建天地一体的安全广域量子通信网络奠定了坚实的基础。相关成果入选习近平总书记2017年和2018年新年贺词，被十九大报告列为创新型国家建设的重大科技成果， 多次入选“中国十大科技进展新闻”和美国物理学会评选的年度物理学重大事件。

“墨子号”量子科学实验卫星过境

对引力诱导量子退相干模型的检验

三、亚纳米分辨的单分子光谱成像

利用纳米等离激元天线的宽频、局域和增强特性，在高分辨化学成像和分子相互作用探测方面取得了重大突破。在首次实现亚纳米分辨的单分子拉曼成像的基础上，进一步将空间分辨率推向单个化学键的埃米（1.5 ）新极限，并提出了一种可视化构建分子结构的新方法 ——埃级分辨扫描拉曼显微术。自主研发了亚纳米分辨的电致发光技术，国际上首次在单分子水平上实现了分子间偶极相干耦合的实空间观察。这些研究成果极大推动了针尖增强光谱研究领域的发展，对于在单分子水平上解析微观物质世界、理解生命过程，特别 是生物分子的高分辨结构和光合作用中的高效传能机制，具有重要的科学意义。

埃级分辨扫描拉曼显微术

埃级分辨扫描拉曼显微术

完成单位：中国科学院量子信息与量子科技创新研究院（中国科学技术大学）