1987年至1995年，就读于中国科学技术大学近代物理系，先后获学士、硕士学位。
1995年至1996年，任中国科学技术大学助教。
1996年至1999年，赴奥地利留学，获维也纳大学博士学位。
1999年至2001年，历任奥地利维也纳大学实验物理所博士后研究员、高级研究员。
2001年至今，任中国科学技术大学近代物理系教授。
2002年至2007年，任教育部“长江学者奖励计划”特聘教授。
2003年至2008年，兼任德国海德堡大学玛丽·居里讲席教授。
2005年至今，任中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室量子物理与量子信息研究部主任。
2008年至今，任德国海德堡大学物理所荣誉教授。
2012年至今，历任中国科学技术大学校长助理、副校长、常务副校长。
2017年，任中国科学院量子信息与量子科技创新研究院院长。
2017年7月，当选为九三学社安徽省第十一届委员会主任委员。
2017年12月，当选为九三学社第十四届中央委员会副主席。
2018年4月，任西湖大学创校校董会成员。
2021年1月，任欧美同学会（中国留学人员联谊会）第八届理事会副会长。
2017年12月21日，入选“2017年度中国留学人员50人榜单”。
2017年9月9日，第二届“未来科学大奖”“物质科学奖”。
2017年12月19日，入选《自然》2017十大科学人物、获称“量子之父”。
2018年4月，获《时代周刊》2018年全球最具影响力人物荣誉。
2018年11月，入选100名改革开放杰出贡献对象。
2018年12月18日，获改革先锋称号，颁授改革先锋奖章，并获评量子信息研究的创新者。
2018年12月22日，入选“中国改革开放海归40年40人”榜单。
2019年4月26日，荣获2019年度“墨子量子奖”。
2020年4月，获2020年蔡司研究奖。
2005年，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室量子物理与量子信息研究部主任。
2010年，任中国科学院“量子科学实验卫星”战略性先导专项首席科学家。
2010年12月，中国科学技术大学国际合作交流推进委员会主任。
2011年，任中国科学院量子技术与应用研究中心主任。
2011年-2016年，《物理学报》编审委员会编辑委员。
2012年，九三学社第十三届中央委员会常委。
2012年06月-2013年12月，中国科学技术大学校长助理。
2012年07月，教育部量子信息与量子科技前沿协同创新中心主任。
2013年12月-2015年06月，中国科学技术大学副校长。
2014年，第五届中国青年科技工作者协会会长。
2014年01月，中国科学院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心主任。
2015年07月，第十二届中华全国青年联合会副主席。
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