1999年，中国科学技术大学成立 “量子通信与量子计算实验室”， 2001年该实验室被批准为“中国科学院量子信息重点实验室”。郭光灿院士任实验室主任。
实验室现有固定人员30人，其中院士1人，中科院百人计划两人，教育部新世纪优秀人才 5人，高级职称22人，在读博士后8人，研究生65人。
该实验室以实现量子通信网络和量子计算机为长远目标，开展导向性基础研究，目前已建成量子密码、量子光学、原子系综、量子点、介质微腔和表面等离子体等研究平台。
实验室成立以来，做出了一系列原创性研究成果，发表SCI论文400余篇，其中国际著名刊物Nature 1篇， PRL 23篇、 PRA.B 160 篇、 Opt.Lett 4 篇、APL 2 篇,SCI他引4000余次，出版著（译）作9部。
其重要成果有：提出量子避错编码原理，该原理被学术界公认为三种不同原理的量子编码之一，成为克服“消相干”的有效途径；提出了概率量子克隆原理，是迄今两类不同原理的量子克隆机之一，国际学术界称此为“段-郭克隆机”，最大的克隆效率ηmax称为“段-郭界限”。提出了一种基于腔量子电动力学（腔QED）的新型量子处理器方案，并被实验所证实。该论文成为该方向发展的重要转折点，被SCI引用400余次，根据中国科学技术信息研究所“2008年中国科技论文统计结果”，在近十年来国内发表的高影响力国际论文中，该篇论文排在第十位，这是量子信息这一新兴科学领域唯一进入全国前十位的高影响力国际论文。在实验上演示了受控量子非门的隐形传送，为分布量子计算的研究迈出重要一步；2004年研制成功从北京到天津125公里商用光纤量子密码系统。这是当时报导的最远距离商用光纤量子密码系统；发明“量子路由器”，2007年，在50公里范围内实际商用光纤上实现四个用户光纤量子密码网络。这是国际第一个公开报道的唯一无中转、可同时、任意互通的四终端的量子保密通信网。2009年国际上首次实现芜湖量子政务网。
作为首席科学家承担科技部973项目1项，科技部重大基础研究计划项目2项，总装备部973项目1项，基金委优秀创新群体基金1项，中科院重要方向项目4项，基金委重点基金1项等国家和各部门科研项目。
培养博士生毕业生65名，其中获得基金委杰出青年称号1人，教育部长江特聘教授1人，荣获全国百篇优秀博士论文两人，全国百篇优秀论文提名奖1人，中科院院长特别奖2人，中科院院长奖3人，教育部新世纪人才5人，这些青年人才在我国量子信息领域发挥着重要作用。
荣获2001年中科院自然科学二等奖，2003年国家自然科学二等奖、何梁何利奖，2006年安徽省自然科学一等奖，2007年安徽省突出贡献奖。在国家重点基础研究发展计划实施十周年纪念大会上，“量子通信与量子信息技术”研究团队荣获 “973计划优秀研究团队”称号。
该实验室已建成国内最重要的量子信息研究基地，在国内外学术界有较大的影响。
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