前沿动态

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。新计划的十个关键行动：1.识别、追求和实现对实现英国目标最关键的技术的战略优势。2.在国内外展示英国的科技实力和雄心，以吸引人才、投资并提升英国的全球影响力3.促进私人和公共对研发的投资，以促进经济增长和提高生产力4.建立在英国已经令人羡慕的人才和技能基础之上5.为创新科技初创企业和公司提供融资6.利用英国政府的购买力，通过公共部门采购促进创新和增长7.通过战略性国际参与、外交和伙伴关系塑造全球科技格局8.确保研究人员能够获得用于研发的最佳物理和数字基础设施，从而吸引人才、投资和发现9.利用脱欧后的自由制定世界领先的支持创新的法规并影响全球技术标准10.在整个英国公共部门营造一种支持创新的文化，以改善公共服务的运行方式，以推动科学和技

奥地利因斯布鲁克大学研究团队利用离子阱囚禁冷却氘,首次在实验中观察到了化学反应中的量子力学隧穿效应。该成果可作为分子理论的一个基准，推进对基本碰撞过程的理解。该成果于3月1日发表在《自然》杂志上。量子隧穿效应至关重要，尤其对于那些经典物理学中被能量禁止的过程。然而，隧穿效应又是很难预测的。由于量子动力学的高维特征，这种效应在理论上的计算非常困难，在实验中也很难被发现。目前，可以在忽略量子效应的前提下用经典理论来模拟这些反应，但这种经典描述只能提供近似值，很难确定其极限在哪里。因斯布鲁克大学离子物理和应用物理系的Roland Wester长期以来一直想探索这一前沿领域。他表示：“这个实验需要非常精确的测量，且仍可以用量子力学描述。”15年前Wester在美国的一次会议上与一位同事通过谈话产生了该实验的想法，他想在一个非常简单的反应中追踪量子力学隧穿效应。Wester的团队选择了氢，即宇宙中最简单的元素作为他们的实验对象。他们将氘­——一种氢的同位素——引入到一个离子阱中将其冷却，然后再用氢气填充该阱。由于温度非常低，带负电荷的氘离子缺乏以常规方式与氢分子反应的能量。然而，在非

3月初，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://

近日，谷歌Quantum AI团队分别使用17和49个物理量子比特来构建码距为3和5的逻辑量子比特，演示了逻辑错误率随着纠错规模的增加而降低，将可扩展量子纠错往前推进重要一步。该成果于2月22日发表在《自然》杂志上。任何计算过程都会遇到错误，因此量子纠错是构造具有实用价值的量子计算机必不可少的一步。经典计算机可以利用冗余编码将比特中的信息进行复制，以探测并纠正少数比特发生的错误。类似地，量子计算机也可以通过引入更多量子比特构建量子纠错码，来实现错误的探测和纠正。谷歌Quantum AI团队所使用的纠错码方案是表面码（surface code）。表面码由于容错阈值高、且与二维网格结构完美兼容，被认为是最有潜力和实用价值的量子纠错码方案之一。在该项工作中，研究人员一方面进一步提升了量子处理器的性能，实现了保真度约为0.999、0.994和0.98的单比特门、两比特CZ门和读取，以及保真度为0.998的reset操作；另一方面，也开发了一系列模拟器和解码器，包括基于张量网络的近似极大似然解码器、可用于模拟态泄露和串扰的问题的Pauli模拟器，以及发展了一套逻辑错误率各成分影响分析

以色列魏茨曼科学研究所的研究团队利用电子的波粒二象性，在扭曲双层石墨烯系统中展示了一种概念上的新型扫描探针显微镜，即量子扭转显微镜（quantum twisting microscope，QTM）。这种显微镜可以在创造新型量子材料的同时作为探测其电子的最基本量子性质的新型工具，有望为量子材料的新型实验开辟道路。该成果于2月22日发表在《自然》杂志上。2018年，科学家们发现将两片单原子厚的碳（即石墨烯）相对彼此扭转某一特定角度（魔角）时即可观察到该系统可以无电阻地导电。这个扭转角随后被证明是控制电子行为的最关键参数。仅仅改变一个非常小的角度，就可以将材料从一个特异性超导体转变为一个非常规绝缘体。然而，尽管它很关键，这个参数在实验中是最难控制的，因为扭曲双层石墨烯的稳定性远低于结构完全对齐的石墨烯。为此，魏茨曼科学研究所的研究团队开发了量子扭转显微镜。具体而言，他们先制造了一个由铂金制成的金字塔形AFM针尖，在其上沉积了石墨和氮化硼，最后在这个针尖上覆盖了一层石墨烯。将针尖安装在原子力显微镜上，使石墨烯与另一层石墨烯接触，而该石墨烯层则被放置在一个角度旋转器上，用来控制层间的

2月21日，SK电讯在全球移动通信展览会MWC（2023）上发布了量子密码学芯片，展示了集成量子随机数生成功能和加密通信功能的新一代安全芯片。该芯片由SK Square的子公司IDQ和韩国安全公司KCS合作开发的。这种超轻、低功耗的芯片具备基于量子的加密密钥生成技术和物理不可克隆函数（PUF）技术，为基于物联网（IoT）的产品和设备提供安全功能。SK电讯称，新芯片的最大优势是其强大的安全性，该产品目前正在申请韩国国家情报局安全认证，以推向国防安全市场。同时，新芯片的另一优势是其成本比购买一个量子随机数生成器芯片和一个加密通信芯片低30%；此外，与安装了两个芯片的电路板相比，该芯片可以将电路板的尺寸减少20%。参考资料：http://www.businesskorea.co.kr/news/articleView.html?idxno=109749

2月20日，英国创新部门Innovate UK启动了一项2000万英镑基金。该基金申请对象为此前从受到Innovate UK资助的英国小型、微型初创企业，资助的行业包括半导体、未来通信、人工智能、工程生物学、量子科技和可持续材料与制造。英国创新部执行董事迈克·比德尔表示：“这场新的英国创新变革技术竞争将意味着整个英国的小型公司可以加速产品、服务和系统的发展，这些变革技术将支撑未来的经济。”关于Innovate UKInnovate UK是英国的国家创新机构，通过新产品、流程和服务的开发和商业化帮助企业成长，进而建立更具包容性、敏捷度和指导意义的创新生态系统。参考资料：https://apply-for-innovation-funding.service.gov.uk/competition/1492/overview/15b16995-e60c-49e7-81cc-f47d0dc62af2

荷兰代尔夫特理工大学研究人员公布了首个对马约拉纳费米子的非拓扑学版本，即“低配版的”马约拉纳（“poor man’s” Majorana）的测量结果。他们通过调节人工基塔夫链（Kitaev chain）这种系统，使得系统的传输特性满足一定的理论预测，包括成对的关联性、零电荷以及对局部扰动的稳定性，从而预测出一对低配版马约拉纳态的出现。这项工作有望被用来探索非阿贝尔任意子物理学，为马约拉纳领域注入新的活力。该成果于2月15日发表在《自然》杂志上。马约拉纳费米子是可能彻底改变量子计算的奇异量子态，但寻找它的工作一直很困难。它是一种假想的集体电子状态，是自己的反粒子，其拓扑保护来自于该状态的高度局域化性质。这意味着，如果两个马约拉纳的位置被调换，它们的态不会发生相互作用，从而使得它们保留各自的原始编码。这一特性使得这些态很适合作为量子比特，因为这样可以对量子比特进行操作，并且还不会有噪声去降低或改变它们所包含的信息，有望彻底改变量子计算。2018年，马约拉纳费米子有一个“表亲”的证据被发现，即所谓“低配版”马约拉纳。它也是自己的反粒子，但它缺乏马约拉纳的拓扑学保护，所以低配版的马约拉

2月13日，美国财经商业媒体《福布斯（Forbes）》就近期热点问题发表观点[1]：未来的国际竞争将聚焦于量子技术领域的科技之战。报告详细内容如下。福布斯认为，美国一直寻找利用量子技术进行战争的新方法，无论是开发更强大的计算机、支持GPS、加强通信安全，还是创建能够更好地探测潜艇和地下掩体的监视手段。这是非常紧迫的，因为中国也在大力投资发展这些能力。在与中国的技术竞赛中，五角大楼增加了包括量子科学在内的许多领域的研发支出。2022财年，政府机构用于量子研发的支出为9.18亿美元，高于2019财年的4.49亿美元。空军实验室、国防高级研究计划局（DARPA）和海军研究办公室是主要资助者。他们的贡献得到了越来越多的风险投资的补充。根据Pitchbook的数据，美国量子创业公司在2022年吸收了8.7亿美元的资金，几乎是2020年的两倍。国防部评估了一系列量子技术的成熟度和预期军事影响。国防部认为，有用的量子计算机可能还需要十年甚至更长时间才能实现，但是一些关于控制单个原子和光子的基础研究即将被用于制造更准确的传感器，包括追踪运动的加速度计和陀螺仪，以及探测重力和磁场小变化的设备

马克斯-普朗克量子光学研究所研究人员首次研制了一种钠钾分子的简并费米气体。该团队将钠原子的玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）和钾原子的费米气体的密度相匹配，使得原子碰撞的损耗大大降低，突破了一直以来创建分子简并费米气体的主要瓶颈。这项工作是生成稳定的大型极性分子量子气体的重要一步，并为更好地理解强相互作用的玻色-费米原子混合物铺平了道路。该成果于2月13日发表在《自然·物理学》杂志上。大约三十年前，物理学家首次成功制造了一种原子的量子简并气体，也就是所谓的BEC。从那时起，研究人员一直在努力将基态分子冷却到一定程度，使其表现出量子简并的特性。这些基态分子具有较大的偶极矩和许多内部自由度，这使它们非常适合用在量子模拟、量子计算，以及超低温下的化学过程等方面的研究中。此外，还可以用它们测量基本的物理对称性。然而，由于分子的复杂结构，难以直接的方式对其进行冷却。在实验上，不同类型的原子之间的损耗限制了通过所谓的Feshbach共振从超冷原子组装分子的效率。在理论上，近二十年来人们一直在讨论BEC和费米气体的混合物如何能有效地联系起来并形成分子。马普所的研究人员开发了一项简单的技术，通过