陈增兵

教授

个人简历

1972年4月生于江苏省沭阳县，南京大学物理学院教授、博士生导师，教育部“长江学者”特聘教授（2012）、“国家杰出青年基金”获得者（2011）、中国科学院“百人计划”入选者（2006）和863主题专家组专家（2011-2016）。

学习经历
1990.09 - 1995.07  中国科学技术大学，地球化学专业理学学士学位
1995.09 - 2000.07  中国科学技术大学，理论物理专业理学博士学位

工作经历
2000.07 - 2001.12  讲师，中国科学技术大学近代物理系
2002.01 - 2003.12  副教授，中国科学技术大学近代物理系
2004.01 - 2018.09  教授，中国科学技术大学近代物理系
2018.10 - 目前     教授，南京大学物理学院
2003.12 - 2004.03  访问学者，海德堡大学物理所
2004.04 - 2004.09  洪堡学者, 海德堡大学物理所
2004.10 - 2006.09  Marie Curie学者, 海德堡大学物理所

研究方向

量子理论基本问题、量子引力、量子信息物理学（物理基础、量子计算、量子通信）、量子人工智能等。

主要课程

《量子力学》

代表成果

一、‌量子理论基础与量子引力研究‌

信息完备量子论：提出了“信息完备原理（或假设），即任何信息必须由某种量子系统来携带、获取。根据这一原理，为了发展一个没有任何经典概念和经典系统的纯粹量子的理论，除了通常所说的量子的被测量系统S和量子的测量装置A，还必须引进第三个量子系统，即“量子程序系统”P，用于编码A和S之间的基矢选择信息──这三个系统具有特殊的双重纠缠结构，其中S和A互相纠缠，P和作为一个整体的SA也互相纠缠，这就是信息完备量子论中为了满足信息完备原理而必需的“三元描述”。该理论描述一个纯粹量子的世界，其中不需要量子测量公理，量子纠缠就是一种测量，它是信息获取的充分必要条件。进一步地，信息完备量子论还给出了满足信息完备原理的三元体动力学：P系统服从一个单独的薛定谔方程，而SA则服从P量子态控制下的另外一个薛定谔方程（代表论文3）。

时空与物质的量子纠缠动力学理论‌：基于信息完备量子论，对广义相对论和量子论的统一问题提出了一种新的理论尝试，新理论为量子引力中的“时间问题”、黑洞信息丢失疑难等提供了新的思路。理论显示，在量子场论层面，三元描述是充分必要的，理论的逻辑自洽性唯一地确定P系统是且只能是量子化时空或量子引力；整个宇宙由“时空-物质纠缠”描述，这种纠缠把时空和物质（基本费米子及其规范场）“粘合”成一个不可分的基本三元体、编码了关于这个宇宙的信息完备的物理预言；宇宙的动力学就是关于时空和物质的纠缠动力学。该研究表明，宇宙就是一个信息完备量子论定义的”信息完备量子计算机“，其动力学演化就是一个信息完备的量子计算过程。基于一个猜想的时空-物质纠缠态，可以导出经典爱因斯坦引力场方程的完整信息（即包括了该方程的宇宙学项，代表暗能量）且符合天文学观测到的宇宙加速膨胀的事实，这种理论和物理上的内在一致性在某种意义上支持了时空-物质纠缠动力学理论及其关于暗能量定义的合理性（代表论文2）。

量子非定域性：证明了“两粒子Greenberger-Horne-Zeilinger定理”、“连续变量Bell不等式的最大违背”（代表论文30、31）。

二、‌量子通信理论与实验研究

QKD和量子中继：在中国科学技术大学工作期间，陈增兵领衔的团队是全球较早开展量子通信实用化、网络化研究的团队之一，该团队在量子密钥分发（代表论文10）、多方量子通信（代表论文13）、量子中继（代表论文6、26）等方面均有建树。

量子数字签名：提出“一次一哈希”，结合秘密共享的密钥非对称特性和“一次一密”的加密原理构造了可商用化的量子数字签名框架。该实用化量子数字签名协议只需消耗数百比特的非对称量子密钥即可实现对几乎任意长的文件进行信息论安全的数字签名，从而确保文件传输的真实性、完整性和不可否认性，解决了量子密码学中缺失的高可用量子非对称密码体制问题。基于此，该团队在实验上演示了全球首个全功能量子安全网络，实现了信息安全的全要素——机密性、真实性、完整性和不可抵赖性——保护（代表论文4）。将量子数字签名作为一项底层技术，可以构建一个无条件安全的量子电子商务协议（代表论文5）；还可以实现突破1/3容错极限的量子区块链（代表论文9）。

三、‌量子人工智能

同时实现了机器学习和通信复杂度的量子优越性：通过巧妙地设计相干态优惠券协议，陈增兵团队成功地使用线性光学量子技术实验演示了量子优惠券收集任务，利用可能近似正确（PAC）学习理论，首次实验证明量子技术可以为机器学习提供具有量子优势的学习算法（代表论文7）。

提出了基于一种新的量子神经网络模型的“量子神经计算”，该量子神经网络同时满足神经网络规则和量子规则。该模型显著降低了量子神经网络物理实现的难度，并允许使用传统优化算法进行快速优化。陈增兵团队针对手写数字识别和非线性分类任务，对该模型进行了测试，表明该模型的量子感知器在非线性分类能力方面超越经典感知器。这些研究结果拓展了量子计算的应用领域，也提示我们：在实现标准量子计算机之前，可以致力于研发更易于实现的量子神经计算机，这种新颖的量子神经计算机的计算能力介于经典计算机和通常的量子计算机之间，有助于为人类智能的理解提供量子视角（代表论文8）。

代表论文

1.	Yu-Shuo Lu, Yuan-Mei Xie, Yao Fu, Hua-Lei Yin, Zeng-Bing Chen Repeater-like asynchronous measurement-device-independent quantum conference key agreement Reports on Progress in Physics, accepted for publication.
2.	Zeng-Bing Chen Quantum entanglement dynamics of spacetime and matter Fundamental Research 5, 999-1010 (2025).
3.	Zeng-Bing Chen The Information-Complete Quantum Theory Quantum Engineering 2022, 9203196 (2022).
4.	HL Yin, Y Fu, CL Li, CX Weng, BH Li, J Gu, YS Lu, S Huang, ZB Chen Experimental quantum secure network with digital signatures and encryption National Science Review 10, nwac228 (2023).
5.	XY Cao, BH Li, Y Wang, Y Fu, HL Yin, ZB Chen Experimental quantum e-commerce Science Advances 10 (2), eadk3258 (2024).
6.	CL Li, HL Yin, ZB Chen Asynchronous quantum repeater using multiple quantum memory Reports on Progress in Physics 87 (12), 127901 (2024).
7.	MG Zhou, XY Cao, YS Lu, Y Wang, Y Bao, ZY Jia, Y Fu, HL Yin, ZB Chen Experimental quantum advantage with quantum coupon collector Research 2022, 9798679 (2022).
8.	MG Zhou, ZP Liu, HL Yin, CL Li, TK Xu, ZB Chen Quantum neural network for quantum neural computing Research 6, 0134 (2023).
9.	Chen-Xun Weng, Rui-Qi Gao, Yu Bao, Bing-Hong Li, Wen-Bo Liu, Yuan-Mei Xie, Yu-Shuo Lu, Hua-Lei Yin, Zeng-Bing Chen Beating the fault-tolerance bound and security loopholes for byzantine agreement with a quantum solution Research 6, 0272 (2023).
10.	Yuan-Mei Xie, Yu-Shuo Lu, Chen-Xun Weng, Xiao-Yu Cao, Zhao-Ying Jia, Yu Bao, Yang Wang, Yao Fu, Hua-Lei Yin, Zeng-Bing Chen Breaking the rate-loss bound of quantum key distribution with asynchronous two-photon interference PRX Quantum 3 (2), 020315 (2022).
11.	J Gu, XY Cao, Y Fu, ZW He, ZJ Yin, HL Yin, ZB Chen Experimental measurement-device-independent type quantum key distribution with flawed and correlated sources Science Bulletin 67 (21), 2167-2175.
12.	Wen-Bo Liu, Chen-Long Li, Yuan-Mei Xie, Chen-Xun Weng, Jie Gu, Xiao-Yu Cao, Yu-Shuo Lu, Bing-Hong Li, Hua-Lei Yin, and Zeng-Bing Chen Homodyne Detection Quadrature Phase Shift Keying Continuous-Variable Quantum key Distribution with High Excess Noise Tolerance PRX Quantum 2, 040334 (2021).
13.	Y Fu, HL Yin, TY Chen, ZB Chen Long-distance measurement-device-independent multiparty quantum communication Physical Review Letters 114 (9), 090501 (2015).
14.	JW Pan, ZB Chen, CY Lu, H Weinfurter, A Zeilinger, M Żukowski Multiphoton entanglement and interferometry Reviews of Modern Physics 84 (2), 777-838 (2012).
15.	Xing-Can Yao, Tian-Xiong Wang, Hao-Ze Chen, Wei-Bo Gao, Austin G Fowler, Robert Raussendorf, Zeng-Bing Chen, Nai-Le Liu, Chao-Yang Lu, You-Jin Deng, Yu-Ao Chen, Jian-Wei Pan Experimental demonstration of topological error correction Nature 482 (7386), 489-494 (2012).
16.	Yang Liu, Lei Ju, Xiao-Lei Liang, Shi-Biao Tang, Guo-Liang Shen Tu, Lei Zhou, Cheng-Zhi Peng, Kai Chen, Teng-Yun Chen, Zeng-Bing Chen, Jian-Wei Pan Experimental demonstration of counterfactual quantum communication Physical Review Letters 109 (3), 030501 (2012).
17.	Han Zhang, Xian-Min Jin, Jian Yang, Han-Ning Dai, Sheng-Jun Yang, Tian-Ming Zhao, Jun Rui, Yu He, Xiao Jiang, Fan Yang, Ge-Sheng Pan, Zhen-Sheng Yuan, Youjin Deng, Zeng-Bing Chen, Xiao-Hui Bao, Shuai Chen, Bo Zhao, and Jian-Wei Pan Preparation and storage of frequency-uncorrelated entangled photons from cavity-enhanced spontaneous parametric downconversion Nature Photonics 5 (10), 628-632 (2011).
18.	Wei-Bo Gao, Xing-Can, Yao, Jian-Ming Cai, He Lu, Ping Xu, Tao Yang, Chao-Yang Lu, Yu-Ao Chen, Zeng-Bing Chen, and Jian-Wei Pan Experimental measurement-based quantum computing beyond the cluster-state model Nature Photonics 5, 117-123 (2011).
19.	Wei-Bo Gao, Alexander M. Goebel, Chao-Yang Lu, Han-Ning Dai,Claudia Wagenknecht, Qiang Zhang, Bo Zhao, Cheng-Zhi Peng, Zeng-Bing Chen, Yu-Ao Chen, and Jian-Wei Pan Teleportation-based realization of an optical quantum two-qubit entangling gate PNAS 107, 20869-20874 (2010).
20.	Xing-Can Yao, Jaromir Fiurasek, He Lu, Wei-Bo Gao, Yu-Ao Chen, Zeng-Bing Chen, and Jian-Wei Pan Experimental Realization of Programmable Quantum Gate Array for Directly Probing Commutation Relations of Pauli Operators Phys. Rev. Lett. 105, 120402 (2010).
21.	Bastian Jungnitsch, Sönke Niekamp, Matthias Kleinmann, Otfried Gühne, He Lu, Wei-Bo Gao, Yu-Ao Chen, Zeng-Bing Chen, and Jian-Wei Pan Increasing the statistical significance of entanglement detection in experiments Phys. Rev. Lett.104, 210401 (2010).
22.	Wei-Bo Gao, Chao-Yang Lu, Xing-Can Yao, Ping Xu, Otfried Gühne, Alexander Goebel, Yu-Ao Chen, Cheng-Zhi Peng, Zeng-Bing Chen, and Jian-Wei Pan Experimental demonstration of a hyper-entangled ten-qubit Schrödinger cat state Nature Physics 6, 331-335 (2010).
23.	Wei-Bo Gao, Ping Xu, Xing-Can Yao, Otfried Gühne, Adán Cabello, Chao-Yang Lu, Cheng-Zhi Peng, Zeng-Bing Chen, and Jian-Wei Pan Experimental Realization of a Controlled-NOT Gate with Four-Photon Six-Qubit Cluster States Phys. Rev. Lett. 104, 020501 (2010).
24.	Chao-Yang Lu, Wei-Bo Gao, Otfried Gühne, Xiao-Qi Zhou, Zeng-Bing Chen, and Jian-Wei Pan Demonstrating Anyonic Fractional Statistics with a Six-Qubit Quantum Simulator Phys. Rev. Lett. 102, 030502 (2009).
25.	Xiao-Hui Bao, Yong Qian, Jian Yang, Han Zhang, Zeng-Bing Chen, Tao Yang, and Jian-Wei Pan Generation of Narrow-Band Polarization-Entangled Photon Pairs for Atomic Quantum Memories Phys. Rev. Lett. 101, 190501 (2008).
26.	Bo Zhao, Zeng-Bing Chen, Yu-Ao Chen, Jörg Schmiedmayer, and Jian-Wei Pan Robust Creation of Entanglement between Remote Memory Qubits Phys. Rev. Lett. 98, 240502 (2007).
27.	Tao Yang, Qiang Zhang, Jun Zhang, Juan Yin, Zhi Zhao, Marek Żukowski, Zeng-Bing Chen, and Jian-Wei Pan All-Versus-Nothing Violation of Local Realism by Two-Photon, Four-Dimensional Entanglement Phys. Rev. Lett. 95, 240406 (2005).
28.	Sixia Yu, Jian-Wei Pan, Zeng-Bing Chen, and Yong-De Zhang Comprehensive Test of Entanglement for Two-Level Systems via the Indeterminacy Relationship Phys. Rev. Lett. 91, 217903 (2003).
29.	Sixia Yu, Zeng-Bing Chen, Jian-Wei Pan, and Yong-De Zhang Classifying N-Qubit Entanglement via Bell’s Inequalities Phys. Rev. Lett. 90, 080401 (2003).
30.	Zeng-Bing Chen, Jian-Wei Pan, Yong-De Zhang, Časlav Brukner, and Anton Zeilinger All-Versus-Nothing Violation of Local Realism for Two Entangled Photons Phys. Rev. Lett. 90, 160408 (2003).
31.	Zeng-Bing Chen, Jian-Wei Pan, Guang Hou, and Yong-De Zhang Maximal Violation of Bell’s Inequalities for Continuous Variable Systems Phys. Rev. Lett. 88, 040406 (2002).

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