前沿动态

12月14日，美国阿贡国家实验室量子信息科学研究中心Q-NEXT发布了《量子互连路线图（A Roadmap for Quantum Interconnects）》，概述了在未来10到15年的时间尺度上发展量子信息所需的研究和科学发现。路线图讨论了量子互连在计算、通信和传感三个领域的作用，并回顾、总结了相关的科学问题和研究需求。该文件将这些考虑提炼为对未来十年战略科技研究的建议；除此之外，该路线图的制定还有一个更广泛的目标：为全世界量子科学和工程界制定未来十年所需的研究指南。该路线图特别关注量子互连，即在系统之间、远距离链接和量子信息传输以实现量子计算、通信和传感的设备。报告从计算、传感和通信的角度，重点讨论这种纠缠分发的科学和技术需求。每个部分都确定了未来十年推进研究领域所需的科学和技术要求，并概述了将技术转化为实际优势所需的发展。一、量子计算(一)未来10年的科技任务i.在低温下连接到量子比特以及量子比特之间的连接是具有挑战性的，目前，由于要求量子比特位于一个芯片上，并且需要使用物理体积很大的电子元件，如隔离器，这限制了集成进展。建立量子芯片之间的互连能力（例如，电缆上的2量子比特门

12月10日，美国参议院国土安全和政府事务委员会高级成员、共和党参议员Rob Portman和民主党参议员Maggie Hassan宣布，参议院通过了两党合作的《量子计算网络安全防范法案》，为联邦政府防范基于量子计算的数据泄露做好准备，加强国家安全。至此，该法案已通过了参众两院的审议，最终将由美国总统签署发布。随着量子计算的迅速发展，美国联邦机构努力确保联邦网络安全。法案提出者众议院议员Nancy Mace和Ro Khanna说，“随着量子计算的进步，我们需要采取措施保护美国个人数据以及美国国家安全相关数据。我很高兴参议院通过了这项法案，这将保护我们的信息系统，确保有价值的数据安全，在此过程中，国会将起到监督作用。”《量子计算网络安全防范法案》将要求管理和预算办公室（OMB）优先采购联邦机构的信息技术并将其迁移到抗量子密码；在美国国家标准与技术研究院（NIST）的抗量子密码标准发布一年后，OMB将制定指南评估关键系统；OMB将向国会发送一份年度报告，其中包括如何解决抗量子密码风险的战略、可能需要的资金以及相关技术。参考资料：https://estonianfreepress.com/c

12月9日，在白宫的一份声明中，美国总统拜登任命了John Preskill、Jun Ye（叶军）等15名量子信息领域学者加入美国总统咨询委员会——国家量子倡议咨询委员会（NQIAC），并强调国家量子计划是一项超越任何联邦机构的国家政府工作。《国家量子倡议法案》是一项政府整体计划，旨在确保美国在量子信息科学领域继续处于领先地位，涉及的革命性技术包括量子计算机、量子网络和量子传感器。NQIAC由来自工业界，学术界和联邦实验室的相关领域专家组成，于2019年8月由《国家量子倡议法案》授权成立，NQIAC的任务是对国家量子计划（NQI）进行独立评估，并向总统、国会主席、国家科学技术委员会（NSTC）、量子信息科学小组委员会等机构提出建议，以便在审查和修订NQI计划时做决策。2022年5月美国总统拜登将NQIAC提升为总统咨询委员会。参考资料：https://www.whitehouse.gov/briefing-room/statements-releases/2022/12/09/president-biden-announces-key-appointments-to-boards-an

谷歌量子AI研究团队使用24个超导量子比特的量子处理器上使微波光子聚在一起成为束缚态，然后发现这些光子团在一种预期会溶解成通常的孤立态的条件下存活下来。这一发现首次在量子处理器上实现，标志着这些平台在研究量子动力学方面发挥着越来越大的作用。该成果于12月7日发表在《自然》杂志上。在真空中传播的光子不会相互作用。然而，许多技术应用和基础物理研究都需要相互作用的光子。因此，实现光子之间具有强的相互作用的量子平台构成了一个主要的科学目标。在这方面，超导电路是很有希望的候选者，因为它们提供了一个可配置的晶格，在该晶格中，离散数量的光子可以被限制在量子比特位置，在格点之间跳转并发生交互。耦合元件的可调谐性使光子能够在两个点位之间跳跃，量子比特的非线性导致光子之间的相互作用。谷歌团队研究了一个能够容纳微波光子的24个超导量子比特环。通过将量子门应用于相邻量子比特对，光子可以通过在相邻节点之间跳跃并与相邻光子相互作用来行进。为了严格证明束缚态的行为确实与粒子一样，具有明确定义的量，如能量和动量，研究人员开发了新技术来测量粒子的能量如何随动量变化。通过分析光子之间的相关性如何随时间和空间变

12月1日，美国国防部长Lloyd Austin宣布成立战略资本办公室（OSC）。根据美国国防部的公告，OSC通过与私人资本合作，帮助企业开发更多对国家安全至关重要的关键技术，包括下一代国防技术、生物技术和量子科学。根据2022财年联邦预算数据，美国国防部计划支出1.21万亿美元预算资源，用以OSC在政策、收购和研究方面开展工作，增加关键技术公司可用的资金量，在国防高级研究计划局（DARPA）和其他帮助创新技术商业化的国防部门扩大关键技术生产投资。参考资料：https://www.heraldandnews.com/news/local_news/pentagon-to-help-fund-next-generation-weapons-biotech-quantum-science/article_db9b9022-71ca-11ed-9adb-9b4b0761366c.html

11月24日，西班牙加泰罗尼亚的六家研究机构，光子科学研究所（ICFO）、加泰罗尼亚纳米科学和纳米技术研究所（ICN2）、高能物理研究所（IFAE）、巴塞罗那大学（UB）、加泰罗尼亚理工大学（UPC）和巴塞罗那自治大学（UAB）正式启动了“量子互联网计划”，旨在开展量子技术研究，并最终将其应用在未来的欧洲量子互联网中。该项目未来三年的研究获得了1500万欧元的资助，其中970万欧元来自于欧盟复苏基金的资助，530万欧元来自科学与创新部。该计划的主要目标是研究目前尚未商业化的概念和技术开发，包括通信和计算、传感器和量子材料。与此同时，开展量子中继器和存储器的开发工作，通过光纤实现超过100公里距离的量子通信。同时，团队还将研究时间信号的超精确分布、量子传感器和分布式量子计算的连通性以及量子材料特性的探索技术。参考资料：https://www.icfo.eu/news/2105/start-of-the-future-quantum-internet-research-program-in-catalonia-with-next-generation-funds/

斯坦福大学的研究人员证明网络节点之间的空间分布纠缠提供了更好的随网络规模的扩展。一个共享的量子非破坏（QND）测量将一个时钟网络纠缠在一起，最多可有四个节点。与没有空间分布纠缠的网络相比，该网络提供了高达4.5 分贝的精度，与工作在量子投影噪声极限（QPN）下的传感器网络相比，提高了11.6 分贝。他们还展示了该方法在原子钟和原子干涉仪协议中的通用性。该成果于11月23日发表在《自然》杂志上。量子传感器用于精确计时、场传感和量子通信。例如，这些传感器的分布式网络之间的比较能够使不同位置的时钟同步。传感器网络的性能受到技术挑战以及与用于实现网络的量子态相关的固有噪声的限制。对于每个节点只存在空间局域纠缠的网络，网络的噪声性能最多只能随节点数的平方根而提高，而网络节点之间的空间分布纠缠则有望突破这一局限，提供更好的网络规模的扩展性。在斯坦福大学的工作中，研究人员展示了一个噪声低于QPN极限的空间分布式多模原子钟网络。在进行空间分布的QND测量以纠缠这些模的自旋之前，依赖于速度的拉曼跃迁产生多达四个空间模（每个模与相邻模分开约20 μm）。这种纠缠提高了相同时钟网络中频率比较的精度，每个时钟

欧盟量子旗舰计划（Quantum Flagship）发布初步战略研究和行业议程（StrategicResearchandIndustryAgenda，SRIA）。该文件是在旗舰战略咨询委员会（SAB）的监督下创建的，旨在使现有议程与即将推出的一系列计划保持一致。预计在2023年的最终SRIA中，将有更全面的欧盟量子技术战略更新。欧洲量子在研发和工业方面都在迅速发展，应运而生了各种路线图文件和工作方案。作为核心文件，SRIA概述了目前的量子计算、量子模拟、量子通信、量子传感和计量等量子技术工业和研发计划，以及劳动力发展和标准化等问题的2030年路线图明，确了发展路径。报告中主要量子技术目标如下：1.量子计算主要目标是开发性能优于或加速现有经典计算机的量子计算设备。未来五年将探索在没有量子纠错的情况下，在量子计算机中实现量子优势。从长远来看，目标是开发容错量子计算机，以及将这些计算机互连并实现量子信息交换——在量子计算和量子通信能力的基础上发展“量子互联网”。2.量子模拟量子模拟是专注于为特定应用而设计和优化的专用机器。量子模拟器的重要目标是实现：控制水平较高的状态制备保真度、大型系统以及

11月17日，欧盟宣布欧洲议会与欧盟成员国就预算为24亿欧元的《2023-2027年欧盟安全连接计划》达成的政治协议，该计划旨在部署一个欧盟卫星星座“IRIS²”（卫星适应性、互联性和安全性基础设施）。2022年2月15日提出的《2023-2027年欧盟安全连接计划》提案是欧盟继伽利略和哥白尼之后的第三个太空旗舰计划。为应对当前和未来的挑战，在支持欧洲大陆的自治和数字主权的同时，欧盟提出了“IRIS²”发展计划：新的天基安全连接系统。“IRIS²”安全连接计划将于2023年至2027年运行，它整合了具备成熟技术的航天工业的创新技术以及颠覆性的“新空间”生态系统，由于多轨道（低、中和地球同步轨道）方法，它将为未来需求提供可扩展性能力。“IRIS²”系统将支持各种各样的政府应用，主要是在监视（例如边境监视）、危机管理（例如人道主义援助）以及关键基础设施的连接和保护（例如欧盟大使馆的安全通信）等领域。该系统还将允许大众市场应用，包括移动和固定宽带卫星接入、B2B服务的卫星集群、用于运输的卫星接入、卫星和卫星宽带的增强网络以及基于云的服务。依靠包括量子通信在内的颠覆性技术，欧盟多轨道安全连接系

谷歌研究团队使用47个超导量子比特实现了一个周期性驱动的横向受激Ising模型，研究了对称性和噪声之间的相互作用，发现该系统的边缘模式对某些类型的对称性破坏噪声具有令人惊讶的鲁棒性。该成果于11月17日发表在《科学》杂志上。量子系统的对称性可以产生不同拓扑简并基态。这种态的量子叠加原则上不受退相干的影响；此外，能隙将基态与激发态分离，进一步保护基态不受能量衰减的影响。因此，对称保护的基态可以形成无退相干的子空间，是拓扑量子计算的潜在候选者。支持对称保护拓扑态的一个例子是一维线中无自旋费米子的Kitaev模型，该模型的Z2宇称对称性导致一对简并基态。这些简并基态的拓扑性质通常由导线末端一对局域的Majorana边缘模（MEMs ）来描述。然而物理噪声源并不一定尊重基本的对称性。在MEMs的背景下，人们已经在实验上实现了Kitaev模型，例如，在超导体附近具有自旋轨道相互作用的纳米线中。在这里，潜在的Z2对称性不能被封闭系统内的局部扰动所破坏。理论结果普遍认为MEMs仍然容易受到来自其开放固态环境的各种退相干效应的影响。实验结果还证实，亚间隙准粒子的密度往往比简单的热布居参数的预测高几个数