前沿动态

Flatiron 研究所的Dumitrescu等人使用可编程的离子阱量子处理器，将量子比特用基于斐波那契数列的准周期激光脉冲激发，创造了一种前所未有的物质相，带来了一种不易出错的量子信息存储方式。该研究成果于7月20日发表在《自然》杂志上。该团队使用的是由10个囚禁在离子阱中的镱离子构建的量子处理器，每个离子可以使用激光脉冲进行单独操控，可以编码一个量子比特。为提高量子比特的相干时间，通常可以用周期性的激光脉冲调控离子以增加时间对称性。该团队则是通过使用有序但不重复的激光脉冲，使离子的时间对称性达到两种。以其他有序但不重复的东西为例：准晶。典型的晶体具有规则的重复结构，例如蜂窝状六边形。准晶仍然是有序的，但其模式却永远不会重复。准晶就像从更高维度投射或压扁到更低维度的晶体。这些更高维度甚至可以超出三维。例如，二维Penrose拼接是5维晶格的投影切片。Dumitrescu等人在2018年便提出在时间而非空间维度创造准晶。周期性激光脉冲是交替发射，而研究人员则创建了基于斐波那契数列的准周期性激光脉冲方案。在这样的序列中，序列的每一部分都是前两部分的总和，这样的排列，就像准晶一样，是有序但

7月12日，英伟达发布了一个量子版本的统一计算平台QODA（Quantum Optimized Device Architecture，量子优化设备架构），用于加速人工智能、高性能计算、健康、金融和其他学科的量子研发的突破，使一个统一计算平台将量子计算（QPU，量子处理单元）与经典计算（CPU和GPU）结合在一起。QODA旨在通过创建相干的混合量子-经典编程模型，使量子计算更易于访问。QODA是一个开放、统一的环境，适用于当今一些功能最强大的计算机和量子处理器（QPU），将提高科学生产力，并实现更大规模的量子研究。英伟达表示，领先的量子组织已经在使用英伟达GPU和高度专业化的英伟达cuQuantum（英伟达的量子加速工具）来开发单个量子电路。有了QODA，开发者可以在GPU加速的超级计算机上构建用英伟达cuQuantum模拟的完整量子应用程序。7月12日举办的东京Q2B会议上，英伟达宣布QODA与量子硬件供应商IQM Quantum Computers、Pasqal、Quantinuum、Quantum Brilliance和Xanadu合作；软件供应商则有QC Ware和

7月6日，波士顿咨询公司（BCG）发布一份新报告指出，量子计算在未来15-30年内可在全球范围内创造高达8500亿美元的价值，但欧洲有可能落后于美国和中国。根据BCG的报告，美国显然是量子竞赛的领跑者，但欧盟、中国和英国仍有机会发挥领导作用。波士顿咨询公司董事总经理兼高级合伙人François Candelon表示，2025年至2035年将是量子技术从研发走向应用的十年。这十年对政府来说绝对至关重要，依赖传统加密的国防、公用事业和银行系统存在潜在风险，中美科技影响欧洲的技术主权问题以及疫情影响下的产业供应链在这一时期将非常重要；同时，这十年将有一波量子技术初创公司涌入市场。与美国相比，欧洲的私人投资格局在涉及初创企业和成熟公司时都比较弱。如果欧洲政府想要避免依赖美国和中国的量子技术创新，必须即刻出击。BCG指出，法国和荷兰试图建立自身的量子网络，但可能没有足够的力量来建立一个真正的量子网络。法国的计划非常注重对技术的投资，而德国的计划则更注重实际用例，但两国并没有将这些结合在一起。针对欧洲国家之间协调有限的问题，BCG建议：1.欧盟需努力协调国家倡议和整个地区的量子技术

加拿大西蒙菲莎大学Stephanie Simmons等人将可单独寻址的“T 中心”（硅中单自旋缺陷）产生的光子-自旋量子比特集成到硅光子结构中，并用光学手段表征了它们与自旋相关的通信波段光学跃迁。这些结果为构建硅集成的通信波段量子信息网络提供了直接的机会。相关研究成果于7月13日发表在《自然》杂志上。现代量子科学的一个成就是分离、操控和利用单个量子粒子，例如单电荷、单光子和单自旋。包括纠缠的产生、长距离隐形传态、无漏洞的贝尔不等式检验和基于量子中继的量子通信等科学突破，其核心都是“光子-物质比特”纠缠。具有自旋和自旋相关光学跃迁的固态色心是一类重要物理体系。这种自旋可以通过光子进行远程纠缠，形成量子计算和通信网络。为此，全球量子互联网将需要大规模制造长寿命、通信波段的光子-物质比特接口。硅是商业规模固态量子技术的理想载体。它已经是全球集成光子学和微电子行业的先进平台，也是有记录的最长寿命自旋量子比特的载体。在硅中确定合适的可单独处理的光子-自旋接口可以避免在一个全新的、更具挑战性的材料平台上重复开发集成光子学。但在硅中进行可单独寻址的单自旋光学检测仍然很难实现。最近，T色心被认

6月30日，北约宣布启动世界首个“多主权风险投资基金”——北约创新基金（NATO Innovation Fund）。该基金将向早期初创企业和其他风险投资基金投资10亿欧元，涉及的技术包括量子技术、人工智能、大数据处理、生物技术和人类进步、新材料、能源、推进和空间技术，其中量子技术是核心。该创新基金总部将设在卢森堡，并由该国托管。作为一个军事组织，北约非常重视在军事方面有巨大潜力的量子技术的发展，一直在积极布局量子技术。北约希望量子技术能够从实验室走向战场。4月，北约宣布在丹麦首都哥本哈根建立新的量子技术开发中心，负责开发和测试新的多用途技术，以推动绿色转型、导航、研究和国防。参考资料https://www.nato.int/cps/en/natohq/news_197494.htmhttps://delano.lu/article/nato-innovation-fund-to-be-dom

7月6日，德国半导体巨头英飞凌科技股份公司（Infineon Technologies）与牛津离子公司（Oxford Ionics）宣布合作打造高性能、完全集成的离子阱量子处理器（QPU）。第一批牛津离子的设备将在2022年底之前实现云访问，为商业用户提供尖端量子计算机的访问权限，具有足够高性能的完全集成设备将于两年内推出，并计划扩展到数百个量子比特。英飞凌和牛津离子的最终目标是在五年内提供完全集成的单个QPU：使用牛津离子的量子网络技术，将数百个量子比特联网成一个量子超级计算集群，从而推进量子技术从实验室研究转移到工业解决方案应用中。英飞凌自2016年在Villach的晶圆厂开始离子阱技术相关研究。英飞凌将新型材料和技术工业化和组合，为可预测、可重复和可靠的定制离子阱提供先进的技术平台。如今，英飞凌正在寻求各种量子计算方法，除了离子阱技术，公司还活跃于超导和基于半导体的量子比特。牛津离子是一家高性能量子计算公司。通过将离子阱量子比特与其独特的无噪声电子量子比特控制技术相结合，牛津离子在半导体生产线上制造芯片时实现了有史以来最高的性能。参考资料：https://www.in

德国慕尼黑大学的Harald Weinfurter教授和萨尔大学的Christoph Becher 教授领导的团队在长达33公里的电信光纤上实现了两个远程量子节点之间的纠缠分发，量子链路效率达到10-5到10-6左右的水平。这个结果显示了在通信光纤链路上进行纠缠分发是可行的，对于与设备无关的量子密钥分发和量子中继器等技术具有实用前景，向实现大规模量子网络链路迈出了重要一步。该研究成果于7月6日发表在《自然》杂志上[1]。量子网络有望为许多颠覆性的应用提供基础设施，如高效的长距离量子通信和分布式量子计算。在遥远的量子系统之间共享纠缠是实现未来量子网络的一个关键因素。一般来说，量子网络由单个量子存储器的节点组成——如原子、离子或晶格中的缺陷。这些节点能够接收、存储和传输量子态。节点之间的连接可以使用光子来完成，这些光子可以通过自由空间或光纤连接，并以有针对性的方式进行纠缠交换。由于此过程中光子的衰减损耗是不可避免的，量子中继器对中间节点有效地纠缠分发至关重要。为了最大限度地减少量子通道上的损耗，从而利用现成的光纤基础设施最大限度地扩大量子网络中相邻节点之间的距离，有必要在通信波长下运行（通

6月27日，美国海军研究实验室（NRL）宣布于5月18日与其他五个美国政府机构合作，成立华盛顿城域量子网络研究联盟（DC-QNet），旨在创建、演示和运行一个量子网络区域试验台。该试验台将在经过充分表征和控制的量子网络上执行数公里距离的量子比特纠缠分发，具体任务包括：开发高保真量子存储节点、单光子器件、网络计量、量子比特平台、换能和频率转换；开发和建设量子网络基础设施，以连接六个城域机构；节点间量子纠缠传输技术研发；网络仿真、建模；量子网络经典管控、路由、监控与计量及相关软件研发。组建DC-QNet的六个机构分别是：美国陆军作战能力发展司令部陆军研究实验室、美国海军研究实验室、美国海军天文台、美国国家标准与技术研究院（NIST）、美国国家安全局、中央安全服务研究局、美国国家航空和航天局（NASA）。该联盟还有两个区域外分支机构：美国海军信息战太平洋中心、美国空军研究实验室。DC-QNet的组织架构包括一名执行董事和一个执行指导委员会，以及来自六大机构的主要调查员，他们将负责各种技术目标，包括搭建美国政府和美国国防部值得信赖的量子网络试验台，优化美国政府官方网络，促进研发运行量子

6月21日，德国联邦教育和研究部（BMBF）宣布了一项研究项目——量子系统研究计划（forschungsprogramm quantensysteme），其任务是在未来十年将德国带入欧洲量子计算和量子传感器领域的领先地位，并提高德国在量子系统方面的竞争力。作为联邦政府内量子系统研究政策的领导者，BMBF计划从战略上长期促进该领域的技术转让和生态系统的扩展。56页的项目报告详细讲解了BMBF如何在未来十年内带领德国在量子计算和量子传感器方面在欧洲网络中处于世界领先地位，扩大德国在量子系统方面的竞争力，其目的还在于确保技术主权并利用量子系统提供的机会来实现现代和可持续的经济和社会。参考资料：https://www.bmbf.de/SharedDocs/Publikationen/de/bmbf/5/31714_Forschungsprogramm_Quantensysteme.pdf?__blob=publicationFilev=5

6月21日，英国量子计算企业Rigetti Computing宣布推出其32量子比特Aspen系列量子计算机。该成果是2020年9月英国研究与创新署领导的英国政府量子技术挑战赛资助的一个项目成果，资金为1000万英镑，Rigetti Computing的合作伙伴包括牛津仪器、爱丁堡大学信息学院、量子计算企业Phasecraft和渣打银行。不到两年时间，Rigetti Computing就推出了一个32量子比特的Aspen系列量子计算机。Aspen系列量子计算机将通过量子云计算平台Rigetti QCS在云端给英国合作伙伴提供服务。参考资料：https://www.globenewswire.com/news-release/2022/06/21/2466148/0/en/Rigetti-Computing-Expands-Global-Presence-with-UK-Quantum-Computer-Launch.html