段潤堯

段潤堯於1995年9月考入雲南省名校大理一中（其前身為1877年創辦的西雲書院）州招班就讀高中，於1998年8月以大理州高考理科第一名的優異成績被清華大學計算機系錄取。2002年7月和2006年7月分別獲得清華大學計算機科學與技術專業的工學學士和工學博士學位。

2006年8月段潤堯留校任清華大學計算機系助理研究員，並在2007年10月至2008年4月期間應邀以訪問科學家身份赴美國密歇根大學安娜堡分校進行合作研究。

2008年12月他作為高級講師（終身職位）加入澳大利亞悉尼科技大學量子計算與智能系統中心並組建量子計算實驗室，2010年8月晉升為副教授，自2012年7月起擔任澳大利亞研究理事會（ARC）Future Fellow和正教授。

2016年9月，段潤堯出任悉尼科技大學量子軟件和信息研究中心創辦主任。

自2018年3月起，段潤堯博士再次回到北京並擔任百度量子計算研究所所長至今。 ^[2-3] 

悉尼科技大學：量子計算實驗室主任 （2008年12月-2016年9月）

中國科學院數學與系統科學研究院-悉尼科技大學：中澳量子計算和量子信息處理聯合實驗室副主任、訪問教授（2012年8月-2018年3月）

清華大學-悉尼科技大學：量子計算和人工智能聯合研究中心副主任（2013年2月-2018年2月）

中國科學院軟件所：兼職研究員（2017年12月-2020年11月）

南方科技大學量子科學與工程研究院：訪問教授（2018年1月-2020年12月）

英國艾薩克牛頓數學科學研究所：訪問研究員（2013年9月-2013年11月）

量子信息網絡產業聯盟：副理事長（2022年7月-至今） ^[11] 

量子計算產業知識產權聯盟：理事長（2023年3月-至今） ^[12] 

2019年亞洲量子信息科學會議（AQIS’19）程序委員會聯席主席（Co-Chair）

2018-至今：《中國科學：信息科學》（Science China Information Sciences）編委

2013-2016：量子信息處理（QIP）會議的管委會（Steering Committee）委員以及2015年度輪值主席（全球華人中目前僅有2000年圖靈獎得主姚期智先生曾於2013年擔任過此職）（QIP是量子計算和量子信息理論方面最具有影響力的頂級會議）

2015年1月：擔任QIP2015組委會負責人帶領四所澳洲高校在悉尼成功舉辦會議。

2017年1月和2018年1月：作為主要組織者與清華大學交叉信息科學研究院的姚班兩次舉辦“清華大學-悉尼科技大學量子計算機科學暑期學校”

自2012至2017年連續六次作為共同組委會主席在中科院數學與系統科學研究院組織國際量子計算和量子信息處理會議（QCQIP 2012-2017）

段潤堯在2001年下半年在清華大學就讀大三時無意中接觸到量子計算和量子信息這一新興領域，隨後即追隨應明生教授從事相關研究。截至目前，他與合作者已經在國際頂級權威學術期刊或會議上發表或宣讀論文百餘篇，涉及量子計算的多個方向。最具代表性的五項研究成果簡介如下：

信息論的創始人Shannon在1956年提出零錯容量（Zero-Error Capacity）的概念用於刻畫通信信道精確傳遞信息的極限，由此開創了零錯信息論（Zero-Error Information Theory）的研究。自2007年起有關零錯通信中量子效應的探索成為非常活躍的研究方向。段潤堯是國際上最早進入這一方向的學者之一，並在其中系統地做出了幾項奠基性工作：

1） 2016年段潤堯與巴塞羅那自治大學的量子信息專家Winter合作引入一類“量子不可超光速關聯”（Quantum No-Signaling Correlations）作為全新物理資源，將著名的Lovász theta函數（由匈牙利著名數學家，沃爾夫獎、Knuth獎、京都獎得主László Lovász於1979年引入）解釋為在這種資源輔助下的經典信道的零錯容量，從而巧妙地用量子信息的方法解決了傳統信息論和圖論中自1979年以來一直懸而未決的公開問題 。

2） 2012年他和Winter以及倫敦大學學院的Severini給出著名的Lovász theta函數在量子信道上的推廣並證明它是糾纏輔助零錯容量可有效計算的一個上界。這篇論文還首次引入了非交換圖（Non-Commutative Graph）的概念作為經典圖的量子推廣，從而使得用算子代數研究量子零錯通信變為可能。這一工作引發了大量的後續研究，特別地，2018年段潤堯和指導的博士生王鑫還取得了量子Lovász theta函數的重要突破。

3） 2016年段潤堯和Winter以及Severini進一步獲得在“無噪量子反饋”（Noiseless Quantum Feedback）輔助下一個量子信道具有正的零錯容量的完整刻畫。

4） 2008年段潤堯與密歇根大學的施堯耘教授首次發現量子信道和經典信道在零錯通信中的一個根本差別，即存在一類奇特的量子信道， 單次使用信道沒有辦法精確傳遞信息但是兩次或者多次使用卻可以。

這些工作引起了諸多頂尖學者的廣泛關注和進一步研究，最終使得量子零錯通信成為了量子信息論不可或缺的一部分。僅舉一例，2013年10月，量子信息科學先驅、2016年Shannon獎（信息論最高獎）的獲得者Holevo教授在英國劍橋牛頓數學研究所作的“Rothschild傑出訪問院士報告”中引用了段潤堯的相關工作，並將量子零錯通信和非交換圖論列為量子信息論中最為重要的研究方向之一。

量子操作（比如量子邏輯門電路、量子測量設備、以及量子信道等）代表了在量子力學所允許的物理可實現操作。量子信息中一個具有根本重要性的問題是刻畫量子操作的完美分辨性 （Perfect Distinguishability ）。段潤堯與馮元和應明生於2009年徹底解決了這一問題，獲得判定任意有限個多量子操作可以得到完美分辨的完整刻畫。在這結果之前段潤堯還給出全新分辨協議證明量子糾纏對於分辨（單方或者多方）酉變換是不必要的，否定了“完美分辨需要糾纏”錯誤直覺，從而使得這一任務在物理實現上變得可行。已經被國內外的三個知名實驗小組獨立證實。

量子狀態分辨則是量子信息論中另外一個根本重要性的方向。段潤堯從2002年起就進行相關研究並取得豐碩成果。僅舉一例，2009年段潤堯與合作者研究使用可分操作（SEP）分辨一組狀態的問題，獲得一個總維數為D的多方狀態空間中任意D-1個正交狀態可以進行精確分辨的完整刻畫，進而發現即使在系統上也有一大類可分操作無法用LOCC（局域操作經典通信）操作來實現，從而否定了這一方向的一個重要猜想。

量子糾纏是諸多量子信息處理任務中最核心的物理資源，研究不同糾纏態之間的相互轉換對於理論和實際應用都非常要緊。段潤堯對量子糾纏如何在不同的量子操作下進行轉換進行了深入研究，早在2005年他就證明糾纏催化和多拷貝轉換這兩種看似完全不同的糾纏轉換的基本方式在是等價的。近年來他與合作者（包括多名博士生）在PRL, CMP，以及IEEE TIT發表了一系列論文。特別地，他在2017年與博士生王鑫證明糾纏轉換在PPT操作下是不可逆的，從而解決了量子信息論中公開問題列表的第20個問題，是量子糾纏理論方面的一項重要突破。

段潤堯長期參與量子程序設計的研究並在量子程序設計語言、量子併發理論、量子程序正確性驗證等方向取得進展。他和馮元和應明生於2011年引入了量子進程互模擬的概念，成果首先在POPL（程序設計語言方面的頂級會議）上宣讀，擴展版本於2012年發表在ACM TOPLAS。此外，他和應明生共同領導的一個研發團隊於2017年10月27日發佈了一個量子程序設計環境Q|SI>。這一工具使得程序設計員能使用高級語言編寫量子程序，從而有助於傳統軟件工程師完成從經典編程到量子編程的平滑過渡。

在2010年段潤堯與合作者藉助於量子信息論的工具對基於量子測量計算的多個看似相差甚遠的實例進行了統一處理，而最近他與人工智能專家合作研究使用量子計算加速傳統機器學習算法，並給出一個可分非負矩陣分解的量子分治算法（Quantum Divide and Conqur Algorithm），在特定的條件下這個算法可以達到指數時間加速 ^[4]  。

段潤堯博士是量子零錯通信與非交換圖論的主要提出者之一，他解決了量子操作精確分辨性問題。

2014年10月，榮獲悉尼科技大學（UTS） Chancellor’s Medal for Exceptional Research. 這是UTS表彰個人或團體傑出研究成果的最高獎項（與應明生教授和馮元教授共同得獎）

2012年7月，榮獲澳大利亞研究理事會（ARC）授予的Future Fellowship. 這是一個澳洲政府推出的旨在吸引或者保留最傑出的mid-career研究人員的國家基金計劃，每年僅有極少的名額，申請者遍佈全球，競爭極為激烈

2006年12月，中國計算機學會（CCF）首屆優秀博士學位論文獎

2006年9月，清華大學優秀博士學位論文獎一等獎，並獲全國優博提名

2006年7月，清華大學優秀博士畢業生稱號

2006年6月，清華大學第十一屆“航天海鷹”杯學術新秀

2005年9月，微軟學者獎學金（該項獎授予亞太地區傑出博士研究生）

[1] Runyao Duan, Andreas Winter, No-signalling-assisted zero-error capacity of quantum channels and an information theoretic interpretation of the Lovász number, IEEE Transactions on Information Theory, 2016/01/18.

[2] Runyao Duan, Simone Severini, Andreas Winter, Zero-error communication via quantum channels, noncommutative graphs,and a quantum Lovász number,IEEE Transactions on Information Theory, 2013/01/16.

[3] Xin Wang, Runyao Duan, Separation between quantum Lovász number and entanglement-assisted zero-error classical capacity, IEEE Transactions on Information Theory, 2018/02/15.

[4] Runyao Duan, Simone Severini, Andreas Winter On zero-error communication via quantum channels in the presence of noiseless feedback, IEEE Transactions on Information Theory, 2016/08/16.

[5] Runyao Duan, Yaoyun Shi, Entanglement between two uses of a noisy multipartite quantum channel enables perfect transmission of classical information, Physical Review Letters, 2008/07/10.

[6] Runyao Duan, Yuan Feng, Mingsheng Ying, Perfect distinguishability of quantum operations, Physical Review Letters, 2009/11/20.

[7] Runyao Duan, Yuan Feng, Mingsheng Ying, Local distinguishability of multiparite unitary operations, Physical Review Letters, 2008/01/17.

[8] Runyao Duan, Yuan Feng, Mingsheng Ying, Entanglement is not necessary for perfect discrimination between unitary operations, Physical Review Letters, 2007/03/12.

[9] Runyao Duan, Yuan Feng, Yu Xin, Mingsheng Ying, Distinguishability of quantum states by separable operations, IEEE Transactions on Information Theory, 2009/02/25.

[10] Nengkun Yu, Runyao Duan, Mingsheng Ying, Distinguishability of quantum states by positive operator-valued measures with positive partial transpose,IEEE Transactions on Information Theory, 2014/03/13.

[11] Nengkun Yu, Runyao Duan, Mingsheng Ying, Four locally indistinguishable ququad-ququad orthogonal maximally entangled states, Physical Review Letters, 2012/07/13.

[12] Eric Chitambar, Runyao Duan, Min-Hsiu Hsieh, When do local operations and classical communication suffice for two-qubit state discrimination? IEEE Transactions on Information Theory, 2013/08/08.

[13] Xin Wang, Runyao Duan, Irreversibility of asymptotic entanglement manipulation under quantum operations completely preserving positivity of partial transpose, Physical Review Letters, 2017/11/03.

[14] Yinan Li, Youming Qiao, Xin Wang, Runyao Duan, Tripartite-to-bipartite entanglement transformation by stochastic local operations and classical communication and the structure of matrix spaces, Commmunications in Mathematical Physics, 2018/01/08.

[15] Eric Chitambar, Runyao Duan, Nonlocal entanglement transformations achievable by separable operations, Physical Review Letters,2009/09/08.

[16] Nengkun Yu, Cheng Guo, Runyao Duan, Obtaining a W state from a Greenberger-Horne-Zeilinger state via schochastic local operations and classical communication with a rate approaching unity, Physical Review Letters, 2014/04/21.

[17] Lin Chen, Eric Chitambar, Runyao Duan, Andreas Winter, Tensor rank and stochastic entanglement catalysis for multipartite pure states, Physical Review Letters, 2010/11/08.

[18] Eric Chitambar, Runyao Duan, Yaoyun Shi, Tripartite entanglement transformations and tensor rank,Physical Review Letters, 2008/10/02

[19] Yuan Feng, Runyao Duan, Mingsheng Ying, Bisimulation for quantum processes, ACM Transactions on Programming Languages and Systems, 2012/12/01

[20] Xie Chen, Runyao Duan, Zhengfeng Ji, Bei Zeng, Quantum state reduction for universal measurement based computation, Physical Review Letters, 2010/07/07.

[21] Yuxuan Du, Tongliang Liu, Yinan Li, Runyao Duan, Dacheng Tao, Quantum divide-and-conquer anchoring for separable non-negative matrix factorization, 2018 IJCAI International Joint Conference on Artificial Intelligence, pp. 2093-2099.

[22] Kun Fang, Xin Wang, Marco Tomamichel, Runyao Duan, Non-Asymptotic Entanglement Distillation, IEEE Transactions on Information Theory, 2019/05/06 ^[5] 

長期致力於中國量子計算和量子信息科學的科普活動，特別地，2017年3月-11月，先後在武漢大學、上海交大（致遠學院ACM班）、清華大學、北京大學、中科院數學與系統科學研究院、復旦大學、中山大學等多地作了題為“量子計算：一次正在進行中的信息技術革命”的報告。