1. 九章光量子计算原型机求解图论问题

于杰平

  中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳、刘乃乐等组成的研究团队基于“九章”光量子计算原型机完成了对“稠密子图”和“Max-Haf”两类图论问题的求解，通过实验和理论研究了“九章”处理这两类图论问题为搜索算法带来的加速，及该加速对于问题规模和实验噪声的依赖关系。该研究成果系首次在具有量子计算优越性的光量子计算原型机上开展的面向具有应用价值问题的实验研究。相关论文2023年5月9日以“编辑推荐”的形式发表在国际知名学术期刊《物理评论快报》上，并被Physics网站专题报道。     2019年底，美国谷歌公司利用超导量子比特宣布实现“量子计算优越性”，但随之经典模拟算法取得快速发展，谷歌的这一宣称受到挑战。2020年，中国科大潘建伟团队成功构建了76个光子100个模式的高斯玻色取样量子计算原型机“九章”，首次达到基于光子的“量子计算优越性”里程碑。2021年，潘建伟团队进一步成功研制了 “祖冲之二号”和“九章二号”，使得我国成为唯一在两种技术路线都达到了“量子计算优越性”的国家。   目前，仅有谷歌、中国科大、以及加拿大Xanadu三个团队实现了“量子计算优越性”的目标。而只有在实现“量子计算优越性”的基础上，量子计算应用的实验研究才有望带来量子加速。因此，国际学术界下一阶段的一个重要科研目标是探索利用量子计算原型机演示具有实用价值的问题的求解。   近期，潘建伟团队在继续发展更高质量和更强拓展性的光量子计算原型机的同时，开展了将“九章”所执行的高斯玻色采样任务应用于图论问题的研究探索。图论起源于著名的“哥尼斯堡七桥问题”，被广泛用于描述事物之间的关系，例如社交网络、分子结构和计算机科学中的许多问题均可对应到图论问题。高斯玻色采样与图论问题具有紧密的数学联系，通过将高斯玻色采样设备的每个输出端口映射到图的顶点，将每个探测到的光子映射到子图的顶点，研究人员可以利用实验得到的样本加速搜索算法寻找具有更大密度或Hafnian的子图的过程，从而帮助这两类图论问题的求解。这两类图论问题在数据挖掘、生物信息、网络分析和某些化学模型研究等领域具有重要应用。该工作中，研究人员首次利用“九章”执行的高斯玻色采样来加速随机搜索算法和模拟退火算法对图论问题的求解。研究人员在实验中使用了超过20万个80光子符合计数样本，相比全球最快超级计算机使用当前最优经典算法精确模拟该实验的速率快约1.8亿倍。      论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.190601   Physics网站报道：https://physics.aps.org/articles/v16/s64

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发布时间: 2023-10-12

2. 欧盟量子旗舰计划推出欧洲量子计算机项目OpenSuperQPlus

于杰平

2023年3月1日，欧洲量子技术旗舰推出欧洲量子计算机项目OpenSuperQPlus（开放超导量子计算机），该项目是OpenSuperQ项目增强版，并聚集了OpenSuperQ项目大部分团队以及新的合作伙伴，包括荷兰、法国、芬兰、德国、匈牙利和瑞典以及全栈量子计算初创公司和该领域的许多其他关键参与者。由尤利希研究中心协调的后续项目涉及来自10个国家的28个合作伙伴。   该团队已经形成了一个框架伙伴关系，和为期七年的项目议程，目标是建立一个1000量子位的量子计算系统。目前正在启动项目第一阶段OpenSuperQPlus 000，一方面开发用于评估硬件和软件的系统，另一方面开发面向用户的100量子比特系统，用于未来3年内的第一个量子应用。未来项目的第二阶段，还将研究量子计算系统所需的关键组件和技术。   OpenSuperQPlus将由欧盟资助，其中2000万欧元来自地平线欧洲框架计划中。与其前身项目OpenSuperQ一样，该项目在OpenSuperQPlus框架内的延续旨在实现欧洲制造的多功能量子计算机，将用于在化学工业、材料科学和机器学习中应用的量子模拟特殊用例。 参考资料： https://www.opensuperqplus.eu/

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发布时间: 2023-04-25

3. 中国科大在量子点-谐振腔杂化系统的动力学驱动研究中取得重要进展

于杰平

 中国科大郭光灿院士团队在半导体量子点-微波谐振腔杂化系统的动力学驱动研究中取得重要进展。该团队郭国平教授和曹刚教授等人与马德里材料科学研究所西格蒙德·科勒（Sigmund Kohler）高级研究员以及本源量子计算有限公司合作，从实验和理论上研究了非色散耦合的受驱量子点-微波谐振腔杂化系统，发展并验证了一种可适用于不同耦合强度和多量子比特系统的响应理论方法。研究成果以“Probing Two Driven Double Quantum Dots Strongly Coupled to a Cavity”为题，作为封面文章发表在6月9日出版的国际物理知名期刊《Physical Review Letters》上。     论文链接：https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.130.233602

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4. 实现接近量子极限的光学时间传递

于杰平

 2023年6月21日，美国国家标准与技术研究院（NIST）的研究团队发展了时间可编程光频梳技术，将接收功率的最小值从数纳瓦特降低到了仅为数百飞瓦特，接收功率接近量子极限。研究团队展示了在创纪录的300公里自由空间距离和创纪录的102dB链路损耗下，以仅4.0毫瓦的输出功率实现了阿秒级时间传输，远远优于分布式相干传感、秒重新定义以及基础物理学检验所要求的水平。该成果验证了在高损耗星地链路中实现大规模自由空间时间频率传递网络的可能性。相关论文于发表在《自然》杂志上。 论文链接： https://www.nature.com/articles/s41586-023-06032-5 报道链接： https://phys.org/news/2023-06-team-lays-groundwork-future-ultra-precise.html

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发布时间: 2023-10-12

5. 中国科大在可扩展多体纠缠态的制备和测控方面取得重要进展

于杰平

中国科学技术大学潘建伟、苑震生等与清华大学马雄峰、复旦大学周游合作，使用光晶格中束缚的超冷原子，通过制备二维原子阵列、产生原子比特纠缠对、连接纠缠对的分步扩展方式制备了多原子纠缠态，并通过显微学技术调控和观测了其纠缠性质，向制备和测控大规模中性原子纠缠态迈出重要一步。这项研究成果近日发表在国际权威学术期刊《物理评论快报》上，美国物理学会“Physics”以《光晶格量子计算机的里程碑》（Milestone for Optical-Lattice Quantum Computer）为题作了报道。  量子纠缠是量子计算的核心资源，量子计算的能力将随纠缠比特数目的增长呈指数增长。因而，大规模纠缠态的制备、测量和相干操控是该研究领域的核心问题。在实现量子比特的众多物理体系中，光晶格中的超冷原子比特具备良好的相干性、可扩展性和高精度的量子操控性，成为实现量子信息处理的理想物理体系之一。自2010年开始，中国科大研究团队系统地研究了光晶格中原子的多体相变、原子相互作用、熵分布动力学等，并于2020年实现纠缠保真度为99.3%的1000多对原子纠缠态[Nature Physics 12, 783(2016)；Nature Physics 13, 1195(2017); Science, 369, 550(2020)]。这一系列研究工作推动了原子纠缠对保真度的提升和原子并行操控能力的增强，为连接扩展成更大的多原子纠缠态、进而开展量子计算研究打下基础。但是，在之前的工作中，由于技术上对单原子比特操控能力仍然不足、光晶格相位漂移较大、缺乏多原子纠缠判定的有效方法，进一步连接纠缠对和测控多原子纠缠态遇到了瓶颈问题。 为了解决上述问题，潘建伟、苑震生团队研发了一种新型的等臂交叉束干涉、自旋依赖超晶格系统，并集成了自主研发的单格点分辨、宽波段消色差的量子气体显微镜和多套用于光斑形状编辑的数字微镜，兼具多原子全局并行和局域单格点测控的能力，且实现了晶格相位长期稳定。在此基础上，该团队取得了填充率为99.2%的原子二维阵列的制备及原位观测，选择其中49对原子制备了纠缠贝尔态,平均保真度为95.6%，寿命为2.2秒；进一步，他们使用纠缠门将相邻纠缠对连接起来，制备了10原子一维纠缠链和8原子二维纠缠块，首次突破了光晶格中原子纠缠对连接和多原子纠缠判定的瓶颈，为开展更大规模的光晶格量子计算和模拟打下基础。   中国科学技术大学博士后章维勇、博士生何明根和博士后孙辉为论文的共同第一作者。该研究工作得到国家自然科学基金委、科技部、安徽省等的支持。   论文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.073401   Physics报道：https://physics.aps.org/articles/v16/s122

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发布时间: 2023-10-12

6. 实现迄今最高精度的电子电偶极矩测量

于杰平

2023年7月6日，美国实验天体物理联合研究所（JILA）的研究团队将电子电偶极矩（eEDM）上界值压缩到4.1×10-30e·cm，比之前的最好结果提升了2.4倍。这项新的测量意味着，如果将电子的大小比作地球，那么它形状中的任何不对称性都必须小于一个原子的尺度。该成果使得人们能够搜寻新粒子，所覆盖的质量范围可达到比目前大型粒子对撞机所能实现的能量还要高十倍，并可能有助于解释宇宙中正反物质的非对称性。该成果发表在《科学》杂志上。 为了评估电子的形状，研究团队观察了电子在电场中的旋转情况。如果电子不是球形而是稍微偏向一侧（有电偶极矩，eEDM），电场将对其施加扭矩，就像重力使一个竖立的鸡蛋倾倒一样。与原子相比，使用分子可以提高对eEDM的测量精度。为了观察到这种扭矩，研究团队观察了铪氟化物分子（HfF+）的带电能级变化，对电子施加的扭矩将导致分子在相对于电场方向不同的取向下有不同的能级。他们探测了电子的磁矩与分子内电场同向与反向两种构型之间的能级位移，从而得到了eEDM大小的上界为4.1×10-30e·cm。   这一结果使得研究团队能够搜索质量高达40TeV的未发现粒子，这是欧洲核子研究组织（CERN）的大型强子对撞机可观测能量的10倍。目前，新的结果没有发现任何隐藏的粒子的痕迹，这仍然没有解开物质为何比反物质更多的谜团。芝加哥大学的物理学家David DeMille表示，“我们仍然面临着关于宇宙中存在着什么奥秘的问题。” 论文链接： https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg4084 报道链接： https://www.sciencenews.org/article/electron-round-new-measurement-matter-physics

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发布时间: 2023-10-12

7. 中国科大探索万有引力对粒子自旋的作用

于杰平

 2023年5月15日，中国科学技术大学盛东教授与卢征天教授的联合课题组利用高精度氙同位素共磁力仪寻找中子自旋与万有引力的耦合效应，实验发现中子在自旋朝上与朝下之间的重量差别小于十万亿亿分之二（<2×10-21），结果将该效应的耦合强度设定了新的上限。        论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.201401   《物理》杂志报道链接：https://physics.aps.org/articles/v16/80

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发布时间: 2023-10-12

8. 欧盟量子旗舰计划推出欧洲量子计算机项目OpenSuperQPlus

于杰平

2023年3月1日，欧洲量子技术旗舰推出欧洲量子计算机项目OpenSuperQPlus(开放超导量子计算机),该项目是OpenSuperQ项目增强版,并聚集了OpenSuperQ项目大部分团队以及新的合作伙伴,包括荷兰、法国、芬兰、德国、匈牙利和瑞典以及全栈量子计算初创公司和该领域的许多其他关键参与者。由尤利希研究中心协调的后续项目涉及来自10个国家的28个合作伙伴。该团队已经形成了一个框架伙伴关系,和为期七年的项目议程,目标是建立一个1000量子位的量子计算系统。目前正在启动项目第一阶段OpenSuperQPlus 000,一方面开发用于评估硬件和软件的系统,另一方面开发面向用户的100量子比特系统,用于未来3年内的第一个量子应用。未来项目的第二阶段,还将研究量子计算系统所需的关键组件和技术。OpenSuperQPlus将由欧盟资助,其中2000万欧元来自地平线欧洲框架计划中。与其前身项目OpenSuperQ一样,该项目在OpenSuperQPlus框架内的延续旨在实现欧洲制造的多功能量子计算机,将用于在化学工业、材料科学和机器学习中应用的量子模拟特殊用例。参考资料：https://www.opensuperqplus.eu/

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发布时间: 2023-04-25

9. 声子干涉为新型量子计算奠定基础

于杰平

2023年6月8日，芝加哥大学Andrew Cleland团队首次实现了能够确定性地将单个声子转换为叠加输出态的声子分束器，且利用该相干过程演示了单声子干涉仪，并进一步实现了双声子干涉。该研究提出了一种可用于实现线性力学量子计算的新型固态系统，并给出了巡游声子和超导量子比特之间的直接转换，为混合计算系统的发展提供了重要机遇。该成果发表在《科学》杂志上。 论文链接： https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg8715 报道链接： https://phys.org/news/2023-06-phonons-quantum.html

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发布时间: 2023-06-27

10. 超导单光子探测器为高速量子通信带来新突破

于杰平

2023年3月9日和13日，由瑞士和中国分别完成的高速量子通信成果先后在线发表在《自然·光子学》（Nature Photonics）杂志上[1, 2]。两项工作的共同特点是都利用了高速的多像素超导条带光子探测器（学术界通常称其为超导纳米线单光子探测器，SNSPD）。而在此前的1月26日，美国喷气推进实验室（JPL）报道了高精度高计数率的多像素新型超导纳米线单光子探测器，发表在《光学》（Optica）杂志上[3]。这些进展表明，超导单光子探测器正在为高速量子通信带来新的突破。 瑞士日内瓦大学Hugo Zbinden团队与ID Quantique公司合作，将14根超导纳米线并行，形成光敏面约15微米的SNSPD，该探测器速度比单线条SNSPD计数率快了20倍。利用该高速SNSPD，团队在10公里的光纤上实现了64Mbps（bits per second，每秒比特率）的实时量子密钥成码率。中国科学技术大学潘建伟、徐飞虎等与上海微系统所尤立星等合作，利用8根并行纳米线形成的光敏面约15微米的SNSPD，实现了每秒输入5.5亿个光子的情况下仍能保持62%的探测效率。在此基础上，研究团队在10公里的光纤上实现了115.8 Mbps的实时量子密钥成码率。近期的实验进展相比此前国际上报道的同等距离下最高实时成码率（10 Mbps）有了大幅提升，对未来量子通信的规模化实际应用具有重要意义。 相关论文： [1]. https://www.nature.com/articles/s41566-023-01168-2 [2]. https://www.nature.com/articles/s41566-023-01166-4 [3]. https://opg.optica.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-10-2-183&id=525546

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发布时间: 2023-04-25

11. 实现光晶格高布洛赫能带中Feshbach分子的成像

于杰平

2023年3月20日自德国汉堡大学的科学家成功地对光晶格中高布洛赫能带超冷Feshbach分子的奇异二聚体进行了成像，有望为新形式超流的研究提供帮助。该成果于3月20日发表在《自然·物理学》杂志上。  玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）与巴丁-库珀-施里弗（BCS）超流是成对费米子系统基态的两个极限。量子气体系统为这两个极限之间的过渡行为（BEC-BCS交叉）提供了一个独特的实验平台。迄今为止，对这一过渡行为的研究往往集中在基于近谐波的光学势阱系统，而对光晶格中的BEC-BCS交叉行为的研究不仅稀少，而且往往受限于仅涉及局部s轨道的最低布洛赫带。 这一研究成果有望为新形式超流的研究提供帮助。已经有研究表明，第二布洛赫带中的凝聚玻色原子具有手性，甚至可以拥有拓扑激发。如果使用由费米子原子组成的Feshbach分子来代替玻色子原子，就会出现一种极其有趣的新可能性：如果最初的正散射长度在Feshbach共振的帮助下被绝热地减谐到负值，那么吸引性结合的库珀对就会从排斥性结合的分子中产生。那么，具有超越传统BCS理论的奇异特性的新形式的超流就有望出现。 论文链接： https://www.nature.com/articles/s41567-023-01994-9 报道链接： https://www.physik.uni-hamburg.de/en/ilp/hemmerich/scientific-news/2023/imaging-exotic-dimers.html

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发布时间: 2023-04-25

12. 欧盟启动Qu-Pilot项目联合量子技术生产设施

于杰平

2023年4月19日，欧盟出资1900万欧元成立Qu-Pilot项目。该项目将欧洲试点基础设施联合量子技术生产设施，最终目标是加快欧洲量子技术工业创新走向市场，并帮助建立可信赖的供应链。   Qu-Pilot项目由来自9个不同国家的21个合作伙伴组成，于2023年4月启动，将运行3.5年。Qu-Pilot项目旨在升级欧洲现有的试验线基础设施，并与欧洲的量子技术硬件行业一起实现产品开发。   联合试验线根据欧洲现有和正在开发的试验线分为四个技术平台，主要侧重于超导、光子学、半导体和金刚石技术的四种方法。各种技术平台主要为不同的应用提供解决方案。其中，超导技术是量子器件最成熟的平台之一，超导电路和离子阱是最成熟的量子计算平台，而金刚石平台中的光子学和氮空位（NV）中心在量子通信中占主导地位，金刚石平台也被公认为适合传感的平台。 https://www.ipms.fraunhofer.de/en/press-media/press/2023/Quantum-Technologies-from-Europe.html

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发布时间: 2023-06-27

13. 英国推出超3.7亿英镑的新政府计划投入量子科技等领域

于杰平

2023年3月6日，英国首相兼技术大臣公布英国新的政府计划“科学超级大国蓝图”目标是推动英国在2030年成为科技超级大国，新蓝图是英国新成立的科学、创新和技术部的第一项主要工作。包括了十项关键行动和八项一揽子计划，政府将耗资超3.7亿英镑支持这些措施，推动从量子科技、超级计算到人工智能技术等的基础设施、投资和人才的发展，八项一揽子项目涉及量子技术的包括。 1. 投资2.5亿英镑用于人工智能、量子技术和工程生物学领域的变革性技术：以巩固英国在的全球领先地位，其中还包括半导体和未来电信。这是对科技框架内五项技术的承诺，2. 提供900万英镑的政府资金用于支持PsiQuantum在西北部Daresbury建立量子计算研究中心。 参考资料： https://www.gov.uk/government/news/plan-to-forge-a-better-britain-through-science-and-technology-unveiled

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发布时间: 2023-04-25

14. 中国科大实现超越海森堡极限精度的量子精密测量

于杰平

 2023年5月1日，中国科大郭光灿院士团队在量子精密测量的研究中取得重要进展。该团队李传锋、陈耕等人与香港大学同行合作，利用量子不确定因果序实现了超越海森堡极限精度的量子精密测量。     量子精密测量致力于把量子力学原理运用到各种测量任务中以实现超过经典极限的测量精度。海森堡极限被认为是利用量子方法和资源所能达到的最终极限。之前国际上曾有一些工作声称超越了海森堡极限，然而这些工作利用了非线性效应或者包含了含时的哈密顿量，引起了广泛讨论，最终被理论上证明在以能量等作为规范化资源定义的前提下仍然会遵循海森堡极限。  论文链接：https://www.nature.com/articles/s41567-023-02046-y

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发布时间: 2023-10-12

15. 中国科大大幅增强单个碳化硅自旋色心的荧光亮度

于杰平

 2023年5月8日，中国科大郭光灿院士团队在单个碳化硅自旋色心荧光增强的研究中取得新进展。该团队李传锋、许金时等人成功利用表面等离激元大幅增强了单个碳化硅双空位PL6色心的荧光亮度，并利用共面波导的特性大幅提高了自旋操控效率。这项技术成本低、无需复杂的微纳加工工艺，且不影响色心的相干性质，对于发展基于碳化硅自旋色心的量子应用具有重要意义。   论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.3c00568

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发布时间: 2023-10-12

16. 多国合作团队实现Feshbach共振态层析

于杰平

2023年4月6日，德国柏林自由大学、以色列魏茨曼科学研究所、瑞士巴塞尔大学、德国马普所、荷兰拉德布德大学研究人员组成的合作团队利用惰性气体原子对氢气分子离子进行碰撞，提出并验证了一种新的方法来探测近阈值的Feshbach共振态。该工作为共振碰撞动力学的量子态映射提供了新的思路，其成果于4月6日发表在《科学》杂志上。 Feshbach共振在末态分布中具有明显的量子特征。这一特性可能会有助于通过操纵Feshbach态本身的量子状态来控制末态的分布，即通过调节总角动量实现，但实验上这很难控制。一种能够选出各总角动量态的可行方法是利用中性碰撞复合体的不同形状共振（shape resonances），可通过合并束的方法实现。 论文链接： https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf9888 报道链接： https://idw-online.de/de/news812474

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发布时间: 2023-04-25

17. D-Wave公司Advantage量子计算系统模拟自旋玻璃动力学

于杰平

 2023年4月19日，D-Wave公司与波士顿大学团队的合作研究表明，D-Wave公司5000量子比特的Advantage量子模拟机在解决自旋玻璃的3D优化问题方面性能明显高于经典系统，该工作展示了了迄今为止最大规模的可编程量子模拟器。  这项最新研究是在目前商业化的Advantage量子模拟机上进行的。接下来，D-Wave将研究下一代产品：Advantage2。该系统正处于实验原型阶段，将是D-Wave的第六代量子计算硬件，预计完整系统将推出7000个量子比特。 https://www.nature.com/articles/s41586-023-05867-2

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发布时间: 2023-06-27

18. 苏黎世理工大学实现迄今最大规模的薛定谔猫态

于杰平

2023年4月20日，瑞士苏黎世理工大学Chu Yiwen团队在一块质量为16.2微克的蓝宝石晶体上，使约1017个原子处于两种不同声子振荡模式的叠加，构建了迄今为止最大规模的薛定谔猫态。该结果为探索量子和经典世界之间边界提供了新的方向，有望在连续变量量子信息处理和机械谐振腔计量学中得到应用。 https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf7553

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发布时间: 2023-06-27

19. 中国科大实现“九章三号”光量子计算原型机

于杰平

 中国科学技术大学中国科学院量子信息与量子科技创新研究院潘建伟、陆朝阳、刘乃乐等组成的研究团队与中国科学院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，成功构建了255个光子的量子计算原型机“九章三号”，再度刷新了光量子信息的技术水平和量子计算优越性的世界纪录。科研人员设计了时空解复用的光子探测新方法，构建了高保真度的准光子数可分辨探测器，提升了光子操纵水平和量子计算复杂度。根据公开正式发表的最优经典精确采样算法，“九章三号”处理高斯玻色取样的速度比上一代“九章二号”提升一百万倍。“九章三号”在百万分之一秒时间内所处理的最高复杂度的样本，需要当前最强的超级计算机“前沿”（Frontier）花费超过二百亿年的时间。这一成果进一步巩固了我国在光量子计算领域的国际领先地位。  量子计算是后摩尔时代的一种新的计算范式，它在原理上具有超快的并行计算能力，可望通过特定量子算法在一些具有重大社会和经济价值的问题方面相比经典计算机实现指数级别的加速。因而，研制量子计算机是当前世界科技前沿的最大挑战之一。   为此，国际学术界制定了三步走的发展路线。其中，第一步是实现“量子计算优越性”，即通过对近百个量子比特的高精度量子调控，对特定问题的求解展现超级计算机无法比拟的算力，这标志着40年前 Feynman等人的梦想成为现实。“量子计算优越性”实验还可用于检验计算科学的“扩展的丘奇—图灵论题”。同时，在此过程中，发展出可扩展的量子调控技术，为具备容错能力的通用量子计算机的研制提供技术基础。   2019年，美国谷歌和加州大学发布了53比特“悬铃木”超导量子计算处理器，宣称用200秒求解的随机线路采样问题需要超级计算机一万年时间求解。然而，这一宣称随后受到了中国科学家的挑战，改进后的经典算法使得超算上的计算时间从一万年缩短到数十秒，快于“悬铃木”量子处理器。   2020年，中国科大团队成功构建76光子的“九章”光量子计算原型机[Science 370, 1460 (2020)]，首次在国际上实现光学体系的“量子计算优越性”，并克服了谷歌实验中量子优越性依赖于样本数量的漏洞。2021年，中国科大团队进一步成功研制了113光子的可相位编程的“九章二号”[PRL 127, 180502 (2021)]和56比特的“祖冲之二号”量子计算原型机[PRL 127, 180501 (2021)]，使我国成为唯一在光学和超导两种技术路线都达到了“量子计算优越性”的国家。   在这个“量子计算优越性”战略高地，国际竞争呈现出白热化。位于加拿大多伦多的Xanadu公司与美国国家标准与技术研究院合作，采用与“九章”光量子计算原型机相同的高斯玻色取样路线，在2022年发布了216光子的“北极光”量子处理器，在国际上第二个实现了光学体系“量子计算优越性”。 中国科大团队在理论上首次发展了包含光子全同性的新理论模型，实现了更精确的理论与实验的吻合；同时，发展了完备的贝叶斯验证和关联函数验证，全面排除了所有已知的经典仿冒算法，为量子计算优越性提供了进一步数据支撑。在技术上，研制了基于光纤时间延迟环的超导纳米线探测器，把多光子态分束到不同空间模式并通过延时把空间转化为时间，实现了准光子数可分辨的探测系统。这一系列创新使得研究团队首次实现了对255个光子的操纵能力，极大地提升了光量子计算的复杂度，处理高斯玻色取样的速度比“九章二号”提升了一百万倍。在激烈的国际竞争角逐中，“九章三号”的实现进一步巩固了我国在光量子计算领域的国际领先地位。   进一步，在构建“九章”系列光量子计算原型机的基础上，中国科大研究团队揭示了高斯玻色取样和图论之间的数学联系，完成对稠密子图和Max-Haf两类具有实用价值的图论问题的求解，相比经典计算机精确模拟的速度快1.8亿倍[PRL 130, 190601 (2023)]。此外，又在国际上首次演示了无条件的多光子量子精密测量优势[PRL 130, 070801(2023)]。 量子计算优越性的研究是一个复杂而富有挑战性的工作，量子计算硬件与经典算法之间存在着长期竞争。研究人员期待这项工作一方面能够激发更多关于经典算法模拟的研究工作，另一方面有助于逐步解决量子计算研究中的各种科学和工程挑战。   上述项目受到了安徽省、上海市、科技部、中国科学院和基金委的支持。   论文链接：https://journals.aps.org/prl/issues/131/15       Gaussian Boson Sampling with Pseudo-Photon-Number-Resolving Detectors and Quantum Computational Advantage

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发布时间: 2023-10-12

20. 首次实现微波光子和光学光子的纠缠

于杰平

 2023年5月18日，奥地利科学和技术研究所的研究团队设计及制作了一种光电装置，并演示了在不同能量尺度的光子间建立纠缠。这个新的突破可以在能量尺度相差五个数量级以上的物理平台之间架起桥梁，并保持脆弱的纠缠，这将为有效连接混合量子系统提供途径。该成果于5月18日发表在《科学》杂志上。   量子计算机有望解决材料科学和密码破译带来的算力挑战，但由于需要纠错，将可能需要数百万个高质量的量子比特。超导处理器的进展很快，目前的量子比特数量最高可达几百个。虽然超导量子技术具有计算速度快、与微纳芯片制造兼容等优点，但对超低温的需求最终限制了其尺寸，并且一旦冷却下来就无法对其进行任何物理访问。具有多个可单独冷却的处理器节点的模块化量子计算机可以解决这个问题。然而，单个微波光子并不适合在处理器之间通过室温环境传输，这是由于室温环境充满了噪声热量，很容易扰乱微波光子及其脆弱的量子特性，如纠缠。   奥地利科学技术研究所与维也纳理工大学和慕尼黑工业大学的研究人员合作，展示了克服这些挑战的重要技术进展。首先需要解决的是热噪声问题。当量子比特和相关控制线路越多时，产生的热量就越多，使用制冷机保持量子计算机的冷却就越难。该团队采用多个制冷机相互连接的方法解决该问题，即每个量子处理器配有自己的制冷机。其次，研究人员设计并制作了使得微波光子与光学光子纠缠的实验装置，即一个由非线性晶体制成光学谐振腔，其外是一个超导腔。当对晶体腔注入激光信号时，腔会输出光学光子和微波光子。“这个实验的挑战在于光学光子的能量大约是微波光子的2万倍，”文章第一作者Sahu解释说。为了解决这个问题，研究人员建造了一个比以前更庞大的超导装置，不仅避免了超导性的破坏，还有助于更有效地冷却该装置，并在光学激光脉冲的短时标内保持低温。通过测量他们发现离开腔的两个光子（光学和微波光子）是纠缠在一起的。   “我们是第一个将能量差异如此之大的光子纠缠在一起的团队，”项目负责人Fink说，“这是创建量子网络的关键一步，也对其他量子技术（如量子增强传感）有用。” 论文链接： https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg3812 报道链接： https://phys.org/news/2023-05-wiring-quantum-circuits.html

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发布时间: 2023-06-27

21. 实现用于模拟真实分子的人工分子

于杰平

2023年6月8日，荷兰拉德堡德大学的研究团队利用铯原子和铟锡表面上的电子表面约束，开发了一种用于模拟分子轨道的固态量子模拟器，可以通过人工合成分子来模拟真实分子的行为并调整分子的特性。该系统可作为一个模拟量子化学的多功能平台，并提供研究分子轨道和结构之间相互作用的新方法。这将有助于量子和有机化学、固体物理和多体物理等领域的研究。该成果发表在《科学》杂志上。 论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf2685 报道链接：https://phys.org/news/2023-06-scientists-artificial-molecules-real.html

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发布时间: 2023-06-27

22. 中国科大展示复杂系统随机建模的信息存储量子优势

于杰平

     2023年5月6日，中国科大郭光灿院士团队与曼彻斯特大学、南洋理工大学合作，利用量子技术在复杂系统随机建模中的信息存储方面取得重要进展。该团队李传锋教授和项国勇教授与合作者使用单个量子比特的内存实现的量子模型可以获得比相同内存维度的任何经典模型更高的精度。该研究成功展示了量子技术在复杂系统非马尔科夫过程建模中的存储优势。      https://www.nature.com/articles/s41467-023-37555-0

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发布时间: 2023-10-12

23. 美英联合新发《大西洋宣言》，加强量子等领域合作

于杰平

2023年6月7至8日，英国首相苏纳克展开为期两天的首次正式访美。6月8日，美国总统拜登与英国首相苏纳克在白宫会谈后共同发布《大西洋宣言：21世纪美英经济伙伴关系框架》（以下简称“大西洋宣言”），并随附《21世纪美英经济伙伴关系行动计划》（以下简称“行动计划”）。   双方强调，《大西洋宣言》将确保美英独特的联盟得到调整、加强和重新构想，以应对当前的挑战。双方将从以下五个方面开展合作：   （1）确保美英在关键和新兴技术方面的领导地位，包括加强在量子、5G、6G、合成生物学、先进半导体、人工智能等领域进一步合作；   （2）推进在经济安全和技术保护工具包和供应链方面的合作；   （3）进行包容和负责任的数字化转型；   （4）建设未来的清洁能源经济；   （5）进一步加强在国防、卫生安全和太空领域的联盟。   其中，在确保美英在关键和新兴技术方面的领导地位合作上，宣言表示：“少数关键和新兴技术正在形成新产业支柱，并塑造我们的国家安全格局。这些技术包括半导体、量子技术、人工智能、尖端电信和合成生物。作为世界领先公司和学术机构的所在地，我们致力于确保美英在这些领域继续处于领先地位。为实现这一目标，我们将在具体的研究和开发方面展开合作, 推动掌握先进技术的公私部门之间的沟通合作，动员私人资本投资战略性技术，并促进人才流动。”   未来12个月内，美英将通过以下共同工作计划推进合作：   1. 开展优先技术的合作   将在一系列关键和新兴技术方面的进行合作研发，并实施一系列初步举措：   （1）推行一系列发展量子技术的举措，以解决量子科学的基础研究问题，并采取其他举措，减少美英合作的障碍，如增强研究人员和学生的流动性，探索人才培养模式，促进人员和创意的交流。   （2）制定共同愿景，推进联合研发项目，深化创新5G和6G解决方案的技术活动合作，巩固美英两国在尖端电信领域的领导地位。加快将开放式无线接入网络（RAN）推向市场的步伐，提高关键供应链的多样性和弹性。   （3）深化合成生物学领域合作，以期达成一项联合工作计划，通过改善生物制造和生物技术供应链，推动公私合作、交流和联合研究，并开发新的应用，促进美英经济安全。   （4）探索、支持先进半导体技术领域的合作研发，如先进材料和化合物半导体，并促进美英国家研究机构之间的合作。   （5）加快美英在人工智能领域的合作，确保该技术的安全性与负责任发展。   2. 动员私人资本投资战略性技术   支持两国公司在这些关键和新兴技术方面的发展。共同努力，吸引私人资本，确保这些领域的公司能够脱颖而出并扩大规模。为此，承诺在未来12个月内成立美英战略性技术投资委员会（U.S-UK Strategic Technologies Investor Council）。利用新成立的委员会，聚集大西洋两岸的主要投资方与国家安全专家，分析目前存在的资金缺口，并释放关键和新兴技术的新的私人投资。   3. 促进人才流动   技术部门需要一支成熟的人才队伍。作为实现这一目标的一部分，利用公共部门、行业和学术界的专业知识，就如何最好地改善美英人才流动提供建议。美国欢迎英国提供资金，增加马歇尔和富布赖特奖学金，尤其是在科学、技术、工程和数学科目方面，以深化美英两国之间的人才交流。 参考资料： https://www.whitehouse.gov/briefing-room/statements-releases/2023/06/08/the-atlantic-declaration-a-framework-for-a-twenty-first-century-u-s-uk-economic-partnership/

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发布时间: 2023-06-27

24. 加拿大国防部和武装部队发布量子科技战略计划《Quantum 2030》

于杰平

 2023年3月27日，加拿大国防部和武装部队（DND / CAF）发布量子科技战略实施计划《Quantum 2030》，该计划是项七年行动计划，旨在确保DND / CAF为开发量子技术在国防和安全方面的颠覆性潜力做好准备。   该计划认为，量子技术的潜在军事应用包括：全球定位系统（GPS）无法正常运行时的定位、导航和计时，用于检测化学、生物、放射性和核威胁的传感器，安全通信和密码破译，以及先进材料和医学研究等。对这些量子技术的研究和开发将确保DND / CAF成为量子技术的早期应用者，并保持与盟友合作，持续领先于潜在对手。该战略计划包括了DND/CAF的五项行动呼吁：   1. 明确在DND / CAF中的量子技术使用者；   2. 培训工作人员有关量子技术的基本理解与科学素养；   3. 协调DND/CAF对量子技术领域的投资；   4. 通过创新计划获得最先进的技术；   5. 鼓励支持工业界和学术界积极参与。   《Quantum 2030》确定了四种有前景的量子技术：量子增强雷达、量子增强型光探测和测距（LiDAR）、用于国防和安全的量子算法、量子网络，并针对这四种量子技术制定了一项包括人才培养、科学开发、现场试验示范三个阶段的七年行动计划，目标是到2030年开发出可在现场实验的技术原型。 参考资料： https://www.canada.ca/en/department-national-defence/corporate/reports-publications/overview-quantum-2030.html

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发布时间: 2023-04-25

25. 中国科大成功实现最大规模的51比特量子纠缠态制备

于杰平

     中国科学技术大学中国科学院量子信息与量子科技创新研究院潘建伟、朱晓波、彭承志等组成的研究团队与北京大学袁骁合作，成功实现了51个超导量子比特簇态制备和验证，刷新了所有量子系统中真纠缠比特数目的世界纪录，并首次实现了基于测量的变分量子算法的演示。该工作将各个量子系统中真纠缠比特数目的纪录由原先的24个大幅突破至51个，充分展示了超导量子计算体系优异的可扩展性，对于多体量子纠缠研究、大规模量子算法实现以及基于测量的量子计算具有重要意义。相关研究成果于7月12日在线发表在国际学术期刊《自然》杂志上。   量子纠缠是量子力学中最神秘也是最基础的性质之一，同时也是量子信息处理的核心资源，是量子计算加速效应的根本来源之一。多年以来，实现大规模的多量子比特纠缠一直是各国科学家奋力追求的目标。自1998年人们首次利用核磁共振系统实现3比特GHZ态的制备开始，真多体纠缠态的制备成为包括光子、离子阱、NV色心、中性原子及超导量子比特等各种物理系统规模化扩展的重要表征手段。其中，超导量子比特具有规模化拓展的优势，在近年来发展迅速。我国科学家在超导量子比特多体纠缠制备方面取得了一系列重要成果，自2017年起先后完成了10比特、12比特、18比特的真纠缠态制备，不断刷新超导量子计算领域的纠缠比特数目纪录。   然而，更大规模的真纠缠态制备要求高连通性的量子系统、高保真的多比特量子门操作、以及高效准确的量子态保真度表征手段。高连通性保证了大规模量子态生成的可能性，避免了因缺陷和连通性不足限制量子态规模；通过高保真量子门才能够将量子比特连接起来形成高保真的多体量子纠缠态；而高效的量子态表征是克服随比特数指数级增长的量子态规模复杂度、进行量子态保真度准确估计的重要保证。这些要求对量子系统的性能、操控能力以及验证手段提出了很高的要求，使此前真纠缠比特的规模停留在约20个量子比特的水平。      研究团队在前期构建的“祖冲之二号”超导量子计算原型机的基础上，进一步将并行多比特量子门的保真度提高到99.05%、读取精度提高到95.09%，并结合研究团队所提出的大规模量子态保真度验证判定方案，成功实现了51比特簇态制备和验证。最终51比特一维簇态保真度达到0.637±0.030，超过0.5纠缠判定阈值13个标准差。这一结果将各个量子系统中真纠缠比特数目的纪录由原先的24个大幅突破至51个，充分展示了超导量子计算体系优异的可扩展性。在此基础上，研究团队通过结合基于测量的变分量子本征求解器，开展了对于小规模的扰动平面码的本征能量的求解，首次实现了基于测量的变分量子算法，为基于测量的量子计算方案走向实用奠定了基础。     论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06195-1

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发布时间: 2023-10-12

26. 中国科大实现室温下二维材料固态自旋色心的相干操控

于杰平

 2023年5月20日，中国科大郭光灿院士团队在二维材料固态自旋色心领域取得重要进展。该团队李传锋、唐建顺、王轶韬等人与匈牙利魏格纳物理研究中心的Adam Gali教授研究组合作，报道了六方氮化硼（hexagonal boron nitride，hBN）中一类超亮的具有优异光学性质和自旋性质的单自旋色心，并实现了对其在室温下的相干操控。    固态自旋色心是实现量子信息技术的重要体系之一，比较著名的是金刚石中的NV色心，目前已经在量子计算、量子传感、量子网络等方面取得重要进展。近年来，宽禁带材料hBN被证明是自旋色心的优秀宿主，由于其二维特性，在低维量子器件制备、近场传感探测等方面相对于三维体材料有特殊优势，hBN中的自旋色心已成为当前的一个研究热点。    文章链接: https://www.nature.com/articles/s41467-023-38672-6

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发布时间: 2023-10-12

27. 利用量子纠缠实现光学跃迁的量子增强传感

于杰平

奥地利因斯布鲁克大学的研究团队利用有限范围相互作用产生的原子纠缠，显著提高了原子的光学跃迁测量精度，展示了量子增强传感器中的优势。对原子系统中量子态的控制已经实现了迄今为止最精确的光学原子钟。然而，它们的灵敏度目前受到标准量子极限的限制，这是量子力学为非关联粒子设定的基本下限。但是，当与纠缠粒子一起操作时，可以克服这一限制。该研究代表了将纠缠整合到大量粒子运行的原子光钟中的关键一步，并有望用于更好地保护束缚光学量子比特。该成果于8月30日发表在《自然》杂志上。  量子系统的观测总是受到一定的统计不确定性的影响。“这是由量子世界的本质造成的，”论文的第一作者Johannes Franke解释道，“纠缠可以帮助我们减少这些错误。”研究人员使用激光来调整排列在真空腔中的离子的相互作用并使其纠缠。他们在实验室中测试了纠缠粒子系综的测量精度。   因斯布鲁克大学理论物理系的Raphael Kaubrügger解释道：“近邻粒子之间的相互作用随着粒子之间距离的增加而减弱。因此，我们利用自旋交换相互作用来让系统表现得更具相干性。”实验产生的一维链中的所有51个粒子都相互纠缠在一起，并形成了所谓的自旋压缩量子态。  利用这一点，研究人员在Ramsey型干涉仪中证明了该量子态的计量优势。通过将51个离子纠缠在一起，测量误差相比于无关联粒子情形可以大致减半，低于标准量子极限3.2 ± 0.5 dB。此前，纠缠增强传感则主要依赖于无限长程相互作用，限制了其仅适用于某些量子平台。   通过他们的实验，研究团队能够证明量子纠缠使传感器更加灵敏。这项技术可以改善目前使用原子钟的领域，例如卫星导航或数据传输。 此外，这些先进的时钟可以为寻找暗物质或确定基本常数随时间变化等研究开辟新的可能性。 论文链接： https://www.nature.com/articles/s41586-023-06472-z https://www.nature.com/articles/s41586-023-06360-6 报道链接： https://phys.org/news/2023-08-quantum-entanglement-accuracy-advanced-sensors.html

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发布时间: 2023-10-12

28. 丹麦宣布专项投资10亿克朗用于量子研究和创新

于杰平

2023年6月19日，丹麦政府公布将实施国内首个量子技术子战略，计划在量子研究和创新方面投入10亿克朗（约合9360万美元），用于推动丹麦的量子研究发展，为量子技术的开发和应用建立框架，以保持其全球领先地位，并促进将研究成果转化为应对全球挑战的实用量子解决方案。   作为量子领域战略研究与创新子战略中的一项关键举措，丹麦政府启动了量子领域研究与创新战略计划。该计划旨在保证对量子研究和创新的长期投入，并通过基础研究和早期应用投资，以及研究与创新的协同作用，促进丹麦量子技术的发展。   量子领域研究与创新战略计划主要聚焦在三个重点领域：   1. 对研究和创新的长期和战略投资；   2. 为丹麦的利益开展国际研究和创新合作；   3. 改善对数字研究基础设施的访问。   根据丹麦2023年财政法案，已经拨款2.12亿丹麦克朗用于量子技术领域的研究和创新。政府的目标是在未来四年内保持这一高水平的投入，这意味着在2023年至2027年期间，丹麦政府至少投入10亿克朗的资金。此外，丹麦政府还计划建立一个国家量子技术论坛，促进量子领域主要利益相关者之间的广泛合作。   这份发布的子战略只是丹麦量子技术战略的第一个部分，其余部分将通过商业、工业和金融事务部、教育和研究部、外交部、国防部以及数字化和平等部的持续合作进行开发，以进一步推动丹麦在全球量子技术领域的发展。 参考资料： https://ufm.dk/en/newsroom/press-releases/2023/the-danish-government-is-ready-with-a-dedicated-investment-of-one-billion-dkk-as-first-part-of-a-new-quantum-strategy

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发布时间: 2023-06-27

29. 美韩签署《关于量子信息科技合作的联合声明》

于杰平

  2023年4月26日，美国和韩国在华盛顿签署了《关于量子信息科技合作的联合声明》。此次签署是韩国总统尹锡悦和美国总统乔·拜登在华盛顿进行的国事访问的一部分。该声明表示，两国将在量子信息科学和技术方面开展合作，并强调“加强公共和私人合作，促进量子技术在内的关键新兴技术发展；加快量子科学和技术领域的联合研究和专家交流，进一步加强价值共享的合作伙伴关系。”   在美韩签署联合声明前，4月14日“世界量子日”，韩国宣布加入国际量子科技交流门户网站Entanglement Exchange，美国为该网站创始成员之一。这两项行动表明美韩持续深化量子科技领域的伙伴关系。   美韩两国近年来一直在增加量子科技领域的投入。美国早在2018年就启动了国家量子倡议法案，4年内新增政府投入约13亿美元，而2022财年政府投入就超过9亿美元；韩国承诺8年投资约10亿美元，其中包括为美国和欧盟的联合研究中心提供资金。 新闻来源： https://www.quantum.gov/the-united-states-and-republic-of-korea-sign-joint-statement-to-boost-quantum-cooperation/

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发布时间: 2023-06-27

30. 中国科大在《自然·综述物理》发表量子隐形传态综述论文

于杰平

 2023年5月24日，中国科大郭光灿院士团队胡晓敏、郭钰、柳必恒、李传锋等人发表子隐形传态综述论文。    基于研究组多年来在高维量子隐形传态及高维量子通信等方面取得的系列重要进展，《自然·综述物理》主编Iulia Georgescu博士特邀请郭光灿院士团队撰写“量子隐形传态进展”的综述论文。量子隐形传态作为量子信息领域最重要的协议之一，自1993年提出以来就受到广泛的关注。通过纠缠分发和Bell基测量，量子隐形传态可以实现未知量子态的远距离分发而不需要传输携带未知量子态的实际粒子。这种神奇的特性加深了人们对量子纠缠的理解。更重要的是量子隐形传态可以有效克服量子通信中直接传输量子态的距离限制，以及实现量子计算中不同量子比特之间的长程相互作用。   近年来，量子隐形传态无论在理论研究还是实验验证方面都取得了长足发展，正处于由原理性验证到实际应用的关键阶段。该论文全面阐述了量子隐形传态的最新进展，包括：量子隐形传态的理论进展；复杂量子态的量子隐形传态；量子通信中的量子隐形传态；量子计算中的量子隐形传态。对其在量子通信、量子计算等方面的潜在应用及未来发展做了深入讨论，将有力促进量子科技的实用化发展。  文章链接：https://www.nature.com/articles/s42254-023-00588-x    

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发布时间: 2023-10-12

31. 我国科学家实现千公里无中继光纤量子密钥分发

于杰平

 2023年5月25日，中国科学技术大学潘建伟、张强等与清华大学王向斌、济南量子技术研究院刘洋、中国科学院上海微系统所尤立星、张伟君等合作，通过发展低串扰相位参考信号控制、极低噪声单光子探测器等技术，实现了光纤中1002公里点对点远距离量子密钥分发，不仅创下了光纤无中继量子密钥分发距离的世界纪录，也提供了城际量子通信高速率主干链路的方案。    论文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.130.210801

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发布时间: 2023-10-12

32. 中国科大观测到单体量子系统中最强的量子互文性

于杰平

 中国科大郭光灿院士团队在量子物理基本问题研究中取得重要进展。该团队李传锋、许金时等与南开大学陈景灵教授、西班牙塞维利亚大学Adán Cabello教授等合作，实验研究了单体高维量子系统中对应于多体非定域性的量子关联，从而观测到迄今为止单体量子系统中最强的量子互文性。该成果6月13日发表在国际知名期刊《物理评论快报》上。     量子互文浓缩现象的发现不仅为更多奇异量子关联的观测打下了基础，而且有望推进通用量子计算在各种物理体系的最终实现。  论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.240202

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发布时间: 2023-10-12

33. 中国科大观测到量子导引的非马尔可夫动力学演化

于杰平

 2023年5月6日，中国科大郭光灿院士团队在量子信息基础研究中取得重要进展。该团队李传锋、许金时、孙凯等人实验研究了量子导引在开放系统中的动力学演化，验证了非马尔科夫记忆效应在恢复量子导引过程中的作用。    该成果展示了非马尔科夫记忆效应对于开放系统中量子导引动力学演化的影响，加深了对量子导引方向性的理解，也为其在开放量子系统中的应用提供了新的思路。   论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.200202

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发布时间: 2023-10-12

34. 首次实现非阿贝尔任意子的编织

于杰平

2023年5月11日，谷歌量子人工智能团队与康奈尔大学研究团队合作，在超导量子处理器上首次观察到了非阿贝尔任意子的奇异行为，他们还展示了如何利用这一现象进行量子计算。本周早些时候，量子计算公司Quantinuum发布了一项关于该主题的研究，补充了谷歌的初步发现。这些新的结果为拓扑量子计算开辟了一条新的道路，其中的操作是通过将非阿贝尔任意子像辫子中的线一样绕在彼此周围来实现的（即编织操作），这种粒子是实现容错量子计算，特别是拓扑量子计算的关键成分。该成果于5月11日发表在《自然》杂志上。 论文链接： https://www.nature.com/articles/s41586-023-05954-4 报道链接： https://phys.org/news/2023-05-google-quantum-ai-braids-non-abelian.html

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发布时间: 2023-06-27

35. 我国科学家在量子纠错领域取得突破性实验进展

于杰平

2023年3月23日在俞大鹏院士的带领下，依托南方科技大学建设的深圳十大基础研究机构-深圳量子科学与工程研究院、深圳国际量子研究院助理研究员徐源等联合福州大学郑仕标教授、清华大学孙麓岩教授等团队，在基于超导量子线路系统的量子纠错领域取得突破性实验进展。联合研究团队通过实时重复的量子纠错技术延长了量子信息的存储时间，在国际上首次超越盈亏平衡点，展示了量子纠错优势。这一里程碑式的突破代表了迈向实用化可扩展通用量子计算的关键一步，相关研究成果以“Beating the break-even point with a discrete-variable-encoded logical qubit”为题于3月23日在线发表在《自然》杂志上 [Nature (2023)]。 联合研究团队利用微波简谐振子或玻色模式系统中的无穷维希尔伯特空间，实现量子信息的冗余编码与量子纠错。在超导量子线路系统中，基于玻色编码的量子纠错方案具有错误类型简单、错误探测方便、相干性能好、硬件更高效、反馈控制易实现等优点。本研究工作中，研究团队通过开发高相干性能的量子系统，设计和实现低错误率的错误症状探测方法，以及改进和优化量子纠错技术等实验手段，最终在玻色模式中实现了基于离散变量的二项式编码的逻辑量子比特，并通过实时重复的量子纠错过程，延长了量子信息的存储时间，相关结果首次超过该系统中不纠错情况下的最好值，也就是突破了盈亏平衡点。这也是国际上首次通过主动的重复错误探测和纠错过程实现延长量子信息的存储时间超越盈亏平衡点，具有里程碑式的重要意义。 该研究工作得到了广东省科技厅、深圳市科创委、国家自然科学基金委和南方科技大学等单位的大力支持。 论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-05784-4

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发布时间: 2023-04-25

36. 美国国家航空航天局新设量子研究所

于杰平

2023年3月17日，美国国家航空航天局（NASA）宣布创建两个新的空间技术研究所，以开发工程和气候关键研究领域的技术，其中的Quantum Pathways Institute（QPI）将专注于支持气候相关研究的量子传感技术。每个研究所将在五年内获得1500万美元的资助。   QPI由德克萨斯大学奥斯汀分校管理，该研究所将聚焦太空飞行任务，致力于开发满足下一代科学需求的高精度量子传感器。   该研究所的合作伙伴包括科罗拉多大学博尔德分校、加州大学圣巴巴拉分校、加州理工学院，以及美国国家标准与技术研究院NIST。 参考资料： https://www.nasa.gov/press-release/nasa-awards-advance-3d-printing-quantum-tech-for-climate-research

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发布时间: 2023-04-25

37. 通信波段的不可区分光子发射为量子中继提供新机遇

于杰平

     普林斯顿大学的研究团队报道了构建量子中继器的新方法。他们利用固态晶体中的铒掺杂剂与纳米光子腔耦合后发射的光子，观察到36千米延迟线后80%的双光子干涉度，表明了出射光子较低的噪声水平与高度不可区分性。该研究为创建所需的通信波段光子态提供了直接途径，并为开发更灵活实用的量子中继技术提供了机遇。该成果于2023年8月30日发表在《自然》杂志上。 论文链接： https://www.nature.com/articles/s41586-023-06281-4 报道链接： https://www.nature.com/articles/d41586-023-02283-4

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发布时间: 2023-10-12

38. 密歇根大学投资5500万美元启动量子研究所

于杰平

 2023年5月25日，密歇根大学宣布投资5500万美元启动量子研究所（Quantum Research Institute），用于推动量子互联网的发展，以及创建可持续性创新（如碳捕获和能量收集）的量子工程应用。   量子研究所依托密歇根大学的量子材料和量子光研究的学科优势，致力于促进密歇根大学教师、政府和行业合作伙伴之间的研究合作。研究所通过运营研究孵化器，为教师提供包括种子资金在内的一系列服务和资源，帮助他们竞争大规模的外部资助，以便更好地开展科研项目。同时，研究所将任命20名密歇根大学教职员工，在未来六个月内开展一项跨学科的量子研究战略计划。   除了研究之外，研究所还将增加新课程，进一步扩展学术课程，帮助学生为未来就业做好准备。密歇根大学将借助量子研究所设立的奖学金招募能力强、多元化的研究生和博士后研究员，与教师合作开展多学科研究项目。   新成立的量子研究所将招募八名新教师，涵盖密歇根大学物理学、电气工程和计算机科学以及材料科学等量子相关领域的专业的人才。物理系Harrison M. Randall教授、Steven Cundiff和电气工程和计算机科学系Mack Kira教授将担任该研究所的联合主任。   参考资料： https://news.umich.edu/55m-quantum-institute-launches-at-u-m-to-accelerate-research-education/

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发布时间: 2023-06-27

39. 科学家在单量子点中观测到光子束缚态

于杰平

2023年3月20日，由澳大利亚悉尼大学和瑞士巴塞尔大学联合主导的研究团队首次演示了对具有高度关联性的少量相互作用光子态的操纵和识别。该成果于3月20日发表在《自然·物理学》杂志上。 悉尼大学和巴塞尔大学的联合研究团队恰好利用了光学非线性过程实现了光子之间的相互作用。他们选择了一个与光学谐振腔耦合的半导体量子点，即人造原子作为实验系统。该文章共同第一作者Natasha Tomm提到：我们造的系统在光子之间可诱发非常强烈的相互作用“以至于我们能够观察到该系统与一个光子、或两个光子相互作用的区别，我们观察到。与两个光子相比，一个光子被延迟的时间更长，在这种真正强大的光子-光子相互作用下。两个光子以所谓的双光子束缚态的形式纠缠在一起，这便是单光子的受激辐射的特征。 通过证明对光子束缚态的识别和操纵”该团队向量子光的实际用途迈出了重要一步。这种量子光的优势在于，原则上可用较少的光子进行更灵敏的测量。并具有更高的分辨率，Tomm说，我们可以利用同样原理开发更高效率设备来获得束缚态。其在生物学、先进制造和量子信息处理等广泛领域中都非常有应用前景。 论文链接： https://www.nature.com/articles/s41567-023-01997-6 报道链接： https://phys.org/news/2023-03-scientists-door-quantum.html

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发布时间: 2023-04-25

40. 中国科大量子模拟取得新进展：揭示格点规范理论的热化动力学与量子临界性之间关系

于杰平

 中国科学技术大学潘建伟、苑震生等与清华大学翟荟、兰州大学么志远等合作，使用自主开发的超冷原子量子模拟器，研究了格点规范场理论中的非平衡态热化过程与量子临界性之间的关系，揭示了具备规范对称性的多体系统处于量子相变临界区域时易于热化到平衡态的规律。这项研究成果2023年8月1日以“编辑推荐”的形式发表在国际权威学术期刊《物理评论快报》上。  论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.050401

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发布时间: 2023-10-12

41. 英国发布《国家量子战略》

于杰平

   2023年3月14日，英国科学、技术与创新部发布《国家量子战略》（National Quantum Strategy），将量子技术确定为未来十年保障英国繁荣和安全的重中之重，并为英国国家量子科技计划（National Quantum Technologies Programme ，NQTP）提供了十年愿景和扩展行动计划。该行动计划分为两个五年阶段进行，将在2024年至2034年提供25亿英镑的政府投资，并吸引至少10亿英镑的额外私人投资。  早在2013年，英国发布国际上首个国家量子技术计划（National Quantum Technologies Programme，NQTP）。在NQTP的推动下，2014年至2024年间，英国政府和相关行业在量子科技研发方面累积投资了10亿英镑，英国政府、学术界、工业界和最终用户合作伙伴之间形成了紧密合作，使得英国拥有了一个蓬勃发展的量子技术学术和产业集群。 新闻来源： https://www.gov.uk/government/publications/national-quantum-strategy/national-quantum-strategy-accessible-webpage

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发布时间: 2023-04-25

42. IBM和谷歌资助芝加哥大学和东京大学1.5亿美元发展量子计算

于杰平

 2023年5月17日《华尔街日报》报道，IBM、谷歌承诺为芝加哥大学和东京大学提供1.5亿美元，支持两所大学的量子计算研究工作。   IBM和谷歌都在开发量子计算芯片。通过资助大学的量子计算项目，支持可以使该技术更易实现商业化的研究。IBM将为芝加哥大学和东京大学的量子计算研究项目提供1亿美元，目标是在十年内建造一台包含10万量子比特的超级计算机；谷歌捐赠5千万美元，与大学科学家成为长期研究伙伴关系，分享谷歌量子计算硬件的使用。   谷歌和IBM两家公司的芯片都基于超导量子计算的处理方法。鉴于芝加哥大学和东京大学专注于超导量子芯片，IBM和谷歌优先考虑这一领域，作为他们新宣布的1.5亿美元研究计划的一部分；其次是拓扑量子计算，这是两家公司近年来都在利用的一种新兴的构建量子比特的方法。   除了支持相关量子计算研究，两家公司的捐赠计划还将培养新一代量子专家，包括设计计算机的物理学专家，以及能够利用计算机解决问题的邻近领域的科学家。 参考资料： https://siliconangle.com/2023/05/17/ibm-google-commit-150m-quantum-computing-research/

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发布时间: 2023-06-27

43. 中国科大取得量子密钥分发攻防研究重要进展

于杰平

    中国科大郭光灿院士团队在量子密钥分发（QKD）的实际安全性研究方面取得重要进展。该团队韩正甫、王双、银振强、陈巍等发现了QKD发送端调制器件的一种潜在安全性漏洞，并利用该漏洞完成的量子黑客攻击实验表明：当QKD的发送端未对该漏洞进行严格防护时，攻击者有可能利用其获取全部的密钥信息。相关研究的两项成果分别于4月20日和5月16日在线发表在国际学术知名期刊《Optica》[Optica, 10, 520-527(2023)]和《Physical Review Applied》[Physical Review Applied, 19,054052(2023)]上，并入选当期的编辑推荐工作。  研究组的成果为提升QKD系统的实际安全性研究打开了新的窗口，既发掘和分析了发送端潜在漏洞及其对系统实际安全性带来的威胁，也提出了相应的解决方法。该成果有助于引发领域研究人员对QKD实际安全性的更深入、更全面的思考，对推动QKD的实用化和标准化有重要的意义。    文章链接:     https://doi.org/10.1364/OPTICA.485389     https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.19.054052

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发布时间: 2023-10-12

44. 激光冷却原子使量子计算网络离现实更近一步

于杰平

2023年3月22日，美国芝加哥大学与斯坦福大学组成的联合研究团队在低温（5K）环境下，将85Rb冷原子系综同时与三维超导谐振器和振动抑制光腔耦合，展示了利用激光冷却的铷原子实现低能量和高能量光子之间的转换。该转换器若与超导量子比特相结合，将构成一个完整的量子网络平台。该成果于3月22日发表在《自然》杂志上。  这项工作将超导电路与光学光子连接了起来，为由不同系统组成的混合量子系统在量子信息处理、存储和通信方面的应用奠定了基础。除了波长转换，实验中的转换器还可以作为单个毫米波光子的传感器，在暗物质探测、天体毫米级光子探测等宇宙学领域中都有望得以应用。另一方面，由于目前在量子信息中毫米波光子的应用几乎尚未开展，例如，大多数超导平台在5GHz的微波频率下工作，而该实验则是在接近100GHz下工作，该平台有可能与在毫米波频率下工作的新兴量子电路技术相结合。 论文链接： https://www.nature.com/articles/s41586-023-05740-2 报道链接： https://www.nature.com/articles/d41586-023-00323-7

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发布时间: 2023-04-25

45. IBM发现错误缓解技术可能提升量子计算的实用性

于杰平

2023年6月14日，IBM公司的研究团队基于最新研制的127比特Eagle量子处理器IBM kyiv，通过错误缓解技术，实现了对特定结构伊辛模型的模拟，对于31，37，68，127比特规模的求解结果准确度均有一定程度提升。其中，对于系统规模为68比特的特定线路，提升效果最为明显，未使用错误缓解技术时的结果准确度不足20%，而通过错误缓解的处理，可以将准确度提升至95%以上。但系统的量子加速效果非常有限，IBM也明确表示，这一工作的目的不在于证明量子计算机比经典计算机快，而是在量子纠错尚未实现的阶段提升大规模量子计算线路的精度，为近期提高量子计算的实用性提供了可能。该成果以封面论文的形式发表在《自然》杂志上。 论文链接： https://www.nature.com/articles/s41586-023-06096-3 报道链接： [1]https://www.nature.com/articles/d41586-023-01884-3 [2]https://www.nature.com/articles/d41586-023-01965-3 [3] https://www.nature.com/articles/s41586-022-04940-6

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发布时间: 2023-06-27

46. 印度投入600亿卢比支持《国家量子任务》

于杰平

 2023年4月20日，印度内阁宣布在2023年-2030年期间投资超600亿卢比（约合50亿人民币），用于支持“国家量子任务（National Quantum Mission，NQM）”。该任务旨在促进量子科技研究和工业应用开发，使印度成为量子技术的全球领导者，同时支持数字印度、印度制造、技能印度和可持续发展目标等国家优先事项。   NQM的建设目标有：   1. 未来8年内开发具有50-1000个量子比特的中规模量子计算机。   2. 拟在建立卫星与印度境内地面站的安全量子通信，并与其他国家进行远距离安全量子通信；实现超过2000公里的城际量子密钥分发，同时也部署了具有量子存储的多节点量子网络。   3. 开发高灵敏度磁力计和用于精确计时、通信和导航的原子钟。   4. 支持量子材料的设计和合成，例如超导体、新型半导体结构和用于制造量子器件的拓扑材料。   5. 为量子通信、传感和计量应用开发单光子源/探测器和纠缠光子源。   为促进量子科技研发，NQM将在学术界和国家研发机构建立四个主题中心（T-Hubs），专注于量子计算、量子通信、量子传感与计量以及量子材料与器件。这些中心将通过基础和应用研究产生新知识和新技术，同时促进它们所承担任务领域的研究和开发。 参考资料： https://thequantuminsider.com/2023/04/20/india-announces-730-million-plus-national-quantum-mission/

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发布时间: 2023-04-25

47. 实现片上集成的纠缠量子光源

于杰平

2023年4月17日，德国汉诺威莱布尼兹大学、荷兰特文特大学和创业公司QuiX Quantum的国际研究团队首次提出并演示了一个完全集成在芯片上的纠缠量子光源。在量子网络中,量子光源用于产生光量子比特。集成光子学已成为一个重要的平台,用于实现和处理紧凑、可扩展的芯片形式的光学纠缠量子态,并应用于远距离量子安全通信、量子信息处理和量子精密测量。迄今为止开发的量子光源都依赖于外部笨重的激光器,实现完全集成的纠缠量子光源可以使量子信息处理的所有阶段都集成在一个芯片上。实用量子光源系统的制造主要面临的技术难点是如何将一个稳定、可调谐的滤波激光器与一个非线性参量纠缠光子源结合起来。该研究团队通过整合激光腔、一个利用游标效应(Vernier effect)的高效可调谐噪声抑制滤波器(>55dB),以及通过自发四波混频产生纠缠光子对的非线性微镜,实现了完全集成的量子光源。这项工作的关键是采用了将磷化铟激光器、一个过滤器和氮化硅谐振腔体集成到一块芯片上的“研究团队实现了电信波段上四个谐振模式上的成对发射(带宽约1 THz),其效率和量子态质量均有望应用于量子计算或量子互联网中。 论文链接： https://www.nature.com/articles/s41566-023-01193-1 报道链接： https://phys.org/news/2023-04-quantum-source-fully-on-chip-scalability.html

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发布时间: 2023-04-25

48. 中国科大实现低温集成量子纠缠光源

于杰平

    2023年6月2日，中国科大郭光灿院士团队在集成化量子光源制备研究中取得重要进展。该团队任希锋研究组基于低温集成自发四波混频过程，展示了低温条件下集成量子纠缠光源的制备。     该成果成功地将基于自发四波混频过程的量子光源扩展到低温条件，为光量子器件的全片上集成和低温条件下非线性光学的进一步应用奠定了基础。审稿人对该工作给出了高度评价：“This paper provides useful insight into the study of integrated quantum optics in cryogenic environments（这项工作为低温环境下集成量子光学的研究提供了重要依据）”。 文章链接: https://opg.optica.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-10-6-702

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发布时间: 2023-10-12

49. 欧盟启动PASQuanS2项目，开发能够处理多达10000个原子的量子模拟器

于杰平

2023年4月3日，欧洲量子旗舰计划启动了新项目“PASQuanS2”(大规模可编程原子量子模拟器)，旨在开发一个能够处理多达10000个中性原子的量子模拟器，在未来七年内进一步改变欧洲可编程量子模拟发展格局。根据欧盟“地平线计划”，欧盟会在未来3.5年内为PASQuans2提供1660万欧元的资金。   PASQuans2项目是欧洲量子旗舰计划之前的“PASQuanS”项目（2018-2022）的延续。PASQuanS是一项旨在量子模拟技术和应用领域做出重大贡献的研究工作。该项目将实验小组、理论团队和工业合作伙伴联系起来，扩大了基于原子和离子的量子模拟平台，使其成为迄今为止最先进的量子模拟平台。最初由PASQuanS开始的任务现在由后续项目PASQuanS2继续和扩展。   PASQuans2项目由德国马克斯普朗克量子光学研究所牵头，联合了来自奥地利、法国、德国、意大利、斯洛文尼亚和西班牙的25个学术和技术合作伙伴，与研究机构、工业、中小型企业和初创企业以及国际领先专家们组成了一个合作框架伙伴关系，并提出了一个雄心勃勃的七年研究计划：该团队将推进量子模拟相关科学和工业问题的硬件和软件，开发能够处理多达10000个原子的下一代量子模拟系统，并以最终用户可访问的形式验证量子模拟器的稳定运行。   PASQuanS2项目分两个阶段推进：   现在正在启动的第一阶段：PASQuanS2.1。在接下来的3.5年中，主要目标之一是开发具有至少2000个原子的量子模拟器，并在提高控制、稳定性和可扩展性的同时达到10000个原子。PASQuanS2.1一方面要在技术上推进平台建设以及开发相应的控制设备和软件系统，另一方面将继续探索工业应用，解决现实生活中的问题，建立包括最终用户和开放量子模拟平台的可持续生态系统。   PASQuanS2的第二阶段：基于第一阶段的成果，建立一个涉及硬件平台和相应定制软件的量子模拟生态系统，展示在学术和工业问题上的量子优势。此外，该生态系统将包括一个推进模块化系统集成的硬件供应链，助力行业驱动的量子模拟器和开放在线平台的生产。   作为欧洲量子技术旗舰的一部分，PASQuans2将继续与欧洲其他欧盟资助量子国家计划的力量进行交流和联络，并促进学术界和工业界在技术和最终用户层面的合作。 参考资料： https://pasquans2.eu/

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发布时间: 2023-04-25