刘刚钦特聘研究员

简 历：2009年毕业于北京师范大学物理系。2014年在中国科学院物理研究所获得博士学位。2014-2018年在香港中文大学物理系进行博士后研究。2018年加入物理研究所。

主要研究方向：

(1) 量子计算: 量子计算利用物理系统的量子特性，如量子叠加态和纠缠态，来解决特定的计算问题。量子计算是当前物理和信息科学中最热门的研究领域之一，学术界和业界均寄予厚望。量子计算的快速发展刷新着我们对信息处理方式和处理能力的预期，也不断加深着我们对量子力学基本规律的认识。我们的研究以可拓展的量子计算为远期目标，通过发展和优化固体中自旋量子比特的制备，操控，测量技术，探索量子计算和量子信息相关的物理问题。

(2) 量子精密测量：为了实现量子计算而发展起来的量子调控技术，也是研究微观物质世界的有力工具，量子精密测量应运而生。我们以金刚石氮空位中心的单个自旋为纳米尺度探针，利用其自旋量子态对周围环境非常敏感的机制，构建高灵敏度的量子传感探测方案，并应用到凝聚态物理前沿问题的研究中。量子精密测量和量子计算相辅相成，既有深刻的物理问题，也有广阔的应用前景。

过去的主要工作及获得的成果：我们课题组在自主搭建的多套光磁共振实验平台上，经过十来年的探索，发展了完备的金刚石氮空位中心量子调控技术，并在量子计算方面取得了一系列阶段性成果：如在实验上演示了两种抑制电子自旋退相干的方案(动态核自旋极化和动力学解耦)，首次提出并实现了相干性自保护的两比特量子逻辑门 (Gate by DD)；实验演示了量子克隆机以及量子纠缠对于精密测量的提升效果；室温下利用连续的弱测量实现了单个核自旋量子跳变(quantum jump)的观测等。另外，我们也将自旋相干操控技术应用于量子精密测量，实现了纳米尺度温度探测灵敏度的极大提升。

目前的研究课题及展望：目前我们对单个自旋和少数几个自旋的理解和控制已经非常完备，现在正在往(可拓展的)更多量子比特方向进行探索，并将自旋量子调控应用于凝聚态物理前沿课题研究。

培养研究生情况：每年拟录取2名博士研究生，欢迎对量子科学感兴趣的同学加入。

代表性论文及专利：

(1) Ning Wang^#, Gang-Qin Liu^#, Weng-Hang Leong^#, Hua-Ling Zeng^#, Xi Feng, Si-Hong Li, Florian Dolde, Helmut Fedder, Jorg Wrachtrup, Xiao-Dong Cui, Sen Yang, Quan Li, and Ren-Bao Liu. “Magnetic Criticality Enhanced Hybrid Nanodiamond Thermometer under Ambient Conditions”. Physical Review X 8, 011042 (2018). 

(2) Ting Zhang#, Gang-Qin Liu^#, Weng-Hang Leong^#, Chu-Feng Liu, Man-Hin Kwok, To Ngai, Ren-Bao Liu & Quan Li.  “Hybrid nanodiamond quantum sensors enabled by volume phase transitions of hydrogels”, Nature Communications 9, 3188 (2018) 

(3) Gang-Qin Liu, Jian Xing, Wen-Long Ma, Ping Wang, Chang-Hao Li, Hoi Chun Po, Yu-Ran Zhang, Heng Fan, Ren-Bao Liu, and Xin-Yu Pan, “Single-Shot Readout of a Nuclear Spin Weakly Coupled to a Nitrogen-Vacancy Center at Room Temperature”, Physical Review Letters 118, 150504 (2017). 

(4) Gang-Qin Liu, Yu-Ran Zhang, Yan-Chun Chang, Jie-Dong Yue, Heng Fan and Xin-Yu Pan, “Demonstration of entanglement-enhanced phase estimation in solid”, Nature Communications, 6, 6726(2015). 

(5) Gang-Qin Liu, Hoi Chun Po, Jiangfeng Du, Ren-Bao Liu, and Xin-Yu Pan, “Noise resilient quantum evolution steered by dynamical decoupling”, Nature Communications,4 2254(2013). 

(6) Gang-Qin Liu, Qian-Qing Jiang, Yan-Chun Chang, Dong-Qi Liu, Wu-Xia Li, Chang-Zhi Gu, Hoi Chun Po, Wen-Xian Zhang, Nan Zhao, and Xin-Yu Pan, “Protection of centre spin coherence by dynamic nuclear spin polarization in diamond”, Nanoscale, 6,10134-10139(2014). 

(7) Gang-Qin Liu, Xin-Yu Pan, Zhan-Feng Jiang, Nan Zhao and Ren-Bao Liu “Controllable effects of quantum fluctuations on spin free-induction decay at room temperature”, Scientific Reports, 2, 432(2012).