前沿动态

2022年5月，美国国家标准与技术研究院（NIST）已向六个州的七个组织拨款208万美元，用于制定制造技术路线图，以加强美国在制造行业领域的创新和生产力。6月13日，NIST宣布授予大学、行业和非营利组织长达18个月的项目资助，开展先进制造技术路线图计划(MfgTech)工作，以解决美国先进制造技术发展的优先事项，例如关键基础设施的制造、通信以及建设中的变革性方法和技术。其中，独立非营利性研究机构SRI International宣布，它被NIST选中制定有史以来第一个量子技术制造路线图(QTMR)。QTMR将确定美国量子相关领域的竞争发展和供应链差距，促进多个量子技术应用领域发展。该路线图重点关注识别美国量子相关设备、组件和系统先进制造的障碍；具体来说，它将确定共同需求和挑战、评估供应链障碍，并对各种技术和制造差距进行详细分析。QTMR工作将有助于确定共同的制造挑战，并促进美国潜在制造机构的规划，以支持发展量子技术。SRI International计划于2022年9月启动QTMR工作，利用其行业、国家实验室、学术合作伙伴以及SRI管理的量子经济发展联盟(QED-C)成员

美国国家标准与技术研究院(NIST)和科罗拉多大学博尔德分校(CU Boulder)的联合研究机构JILA领导了一项研究，展示了如何使用激光从超导量子比特中读取信号，并且不会破坏量子比特。该成果于6月15日发表在《自然》杂志上。超导量子比特阵列所构建的超导量子计算机是可扩展量子计算的领先平台，在适当的情况下，超导体将以“光子”的形式发射量子信号，这些光子以微波频率振荡。超导设备运行通常要求100mk以下的温度，其量子信息编码在微波场中，如果在常温下传输，则会被热噪声破坏。相比较下，光量子网络用于长距离传输量子态（主要以可见光形式）时不要求低温环境。因此，连接超导量子比特的微波场和可见光的量子电光换能器将极大扩展量子信息科学的能力。对超导量子比特光量子网络的追求催生了寻找高效、低噪声电光转换技术的丰富研究领域。虽然目前已经取得了重大进展，但如何将这些换能器与超导量子比特以不干扰量子比特操作的方式结合起来仍然是一个突出的挑战，部分原因在于，将微波光子转化为可见光所需的主要工具之一是激光，而激光是超导量子比特的克星。即使来自激光束的一个杂散光子击中量子比特，它也会完全擦除量子信息。　

6月7日，美国和丹麦签署了一份关于量子信息科学与技术（QIST）合作的联合声明，利用两国在QIST的优势加强供应链与产业基础发展，并培养下一代量子人才。美国政府在发展QIST方面进行了大量投资，形成了国家Q-12教育合作伙伴关系、13个QIST研究中心和一个强大的行业联盟。同样，丹麦在量子领域拥有强大的研究和教育环境，正在制定新的量子研究战略和更广泛的跨政府量子行动计划，该计划旨在加强丹麦量子生态系统与可信赖合作伙伴的国际合作。白宫科技政策办公室量子信息科学助理主任、国家量子协调办公室主任Charles Tahan表示，“解决量子信息科学中最棘手的问题需要强有力的国际合作。美国-丹麦量子合作声明的签署将再次确认我们两国愿意共同努力克服这一领域的主要障碍。”https://www.state.gov/joint-statement-of-the-united-states-of-america-and-denmark-on-cooperation-in-quantum-information-science-and-technology/

5月31日，新加坡宣布启动量子工程计划（QEP），以提高新加坡在量子计算、量子安全通信和量子设备制造方面的能力。量子工程计划（QEP）由新加坡国立大学（NUS）、新加坡南洋理工大学（NTU Singapore）、新加坡科技研究局（A*STAR）和新加坡国家超级计算中心（NSCC）主办，将协调各研究机构的活动并建立公私合作，使新加坡处于量子技术的前沿。根据新加坡“研究、创新与企业2020计划”，将投入2350万美元，为期3.5年建设三个国家平台。三个国家量子平台分别为：国家量子计算中心，将通过行业合作开发量子计算能力并探索应用；国家量子无晶圆厂，将支持量子器件的微制造技术和使能技术；国家量子安全网络，将在全国范围内对量子安全通信技术进行试验，旨在增强关键基础设施的网络安全。https://thequantuminsider.com/2022/05/31/singapores-three-new-national-platforms-aimed-at-making-country-a-global-quantum-leader/

加州理工学院的Huang等人从数学上证明了在某些学习任务中，操纵多个量子态比经典的单量子态测量提供了指数优势，包括预测量子系统的特性，对噪声状态进行量子主成分分析，以及学习物理动力学的近似模型。他们在谷歌“悬铃木”量子处理器上使用40个量子比特进行了原理验证实验，并在经典下界上实现了所需实验次数近乎4个数量级的减少。该研究成果于6月10日发表在《科学》杂志。量子计算机具有在给定初始条件下预测多粒子量子系统行为的能力。机器学习可以在不完全了解系统的情况下实现这种预测，只需要访问以前的实验数据：计算机接收到一个数据集，该数据集来源于之前在量子系统上的一些实验。然后，经典或量子计算机将在略有不同的设置下预测系统的未来。直观地说，这样的数据分析可能包含了费曼所描述的所谓量子－经典性能差距：对量子系统未来状态给出完整的描述，对于经典方案来说是困难的，但对于量子计算来说是可行的。然而，纳入更多训练数据可能会缩小这一差距。经典机器学习有时也可以预测复杂量子系统的特性，因此量子计算机在这一设置中是否有优势尚不清楚。Huang等人提出了一种将赋予量子计算机决定性优势的方法：利用量子计算机处理

5月24日，英国科技行业协会（techUK）发布了一份新的量子技术商业化报告《量子商业化：为英国成功定位》，呼吁英国政府和产业界共同设定明确的商业目标，让英国的国内外企业相信英国是实现商业化的可行之地。techUK的研究强调了英国应解决的五个关键优先事项，以维持一个以商业化为核心的领先量子生态系统。第一，确保有机会获得量子人才，并继续在英国发展量子技能。第二，与英国科技部门合作开发易于获取量子技术的模型，包括建立与其他关键新兴技术的途径。第三，促进国际合作，以帮助为英国部门创造机会并保护英国的能力。第四，英国政府鼓励公共部门采购量子技术产品及服务，以发展量子市场、提供稳定性并实现商业化。第五，必须确保以负责任和合乎道德的方式实现商业化和创新。https://www.capacitymedia.com/article/2a4zum8brv69ebbfuo000/news/uk-quantum-requires-more-investment-says-techuk-report

加拿大量子计算公司Xanadu的Madsen等人构建了一台名为Borealis的光量子计算机，可以通过测量多达216个纠缠光子的行为来进行计算，在36微秒内完成的高斯玻色取样任务，最好的超级计算机至少需要9000年才能完成。该公司还将Borealis连接到互联网上，允许其他人对其进行使用。相关研究成果于6月1日发表在《自然》杂志上。量子计算机领域的一个近期目标，是实现“量子计算优越性”，即证明量子计算机在特定问题上可以击败经典计算机。此次，加拿大的Xanadu量子科技公司的Madsen等人构建的Borealis是继“九章”、“九章二号”之后，第三个在高斯玻色采样中展示“量子计算优越性”的设备。Borealis是一种光子处理器，可提供动态可编程性。研究人员通过时间复用和光子数解析结构，对216个三维连接性纠缠的压缩模进行高斯玻色子采样（GBS），记录了多达219个光子和125个平均光子数的事件。研究人员称三维簇态足以用于基于测量的容错量子计算，虽然本次工作中合成的态本身不是团簇态，但是通过在环路处选择合适的相位和分束比，器件可以很容易地编程产生团簇态。“九章”在构造中使用了更

5月19日，管理咨询公司麦肯锡发布最新报告《量子计算可能拯救地球》。报告指出，2021年联合国气候变化大会(COP26)上制定的新减排目标，需要每年4万亿美元的巨额投资，即使完全实现，到2050年，这些措施也只能将气候变暖程度减缓1.7℃到1.8℃之间，低于人们认为的避免灾难性的气候变化所需的1.5℃的水平。量子计算可以为整个经济带来跨越式的变化，包括帮助解决持续存在的可持续发展问题。麦肯锡介绍了量子计算对碳减排和碳清除可能带来的一些突破性改变，并试图量化未来十年内可用的量子计算技术所产生的影响。他们预测，到2035年，与目前的发展轨迹相比，运用量子计算可以使每年减少70亿吨二氧化碳对气候的影响，或者在未来30年内累计超过1500亿吨，并有可能使世界达到1.5℃的气候变化目标。麦肯锡报告中指出的量子计算未来可用于减少碳排放的具体途径如下。一、电池技术革新量子计算将能够以现在无法实现的方式模拟电池的化学性质，从而帮助找到更好的电极材料，乃至革新电池结构，从而制造出能量密度高于50%的电池，可以用于重型卡车以提高其经济用途。此外，更高能量密度的电池可以用于电网的规模储能

5月18日，亚马逊网络服务公司(AWS)加入成为美国五个国家量子科学研究中心之一Q-NEXT成员，该中心正在开发用于控制和分发量子信息的科学和技术，通过将科学组织和商业企业联合起来解决量子技术挑战，帮助创建量子生态系统。随着AWS加入，Q-NEXT现在由13家公司、10所大学和3个美国能源部国家实验室组成。AWS将为Q-NEXT贡献基础研究，以推进量子技术的使用。5月19日，波音公司为加州大学洛杉矶分校（UCLA）量子科学与工程中心（该中心由UCLA物理学院和工程学院联合运营）提供500万美元资助，以推动量子技术在航空航天业的创新。加州大学洛杉矶分校的教师和研究人员已经在研究量子科学和工程方面取得了形势良好的进展，波音公司的资助除了用于专业研究，还将有助于支持量子科学与工程中心人才培养。https://www.businesswire.com/news/home/20220518005880/en/Amazon-Web-Services-Joins-Q-NEXT-Quantum-Centerhttps://newsroom.ucla.edu/releases/boeing-5-

荷兰代尔夫特理工大学的Hermans等人首次在实验上演示了未通过量子通道直接连接的量子节点之间的量子隐形传态，保真度达到71%，高于⅔ 的经典界值，证明量子隐形传态是成功的。相关研究成果于5月25日发表在《自然》杂志上[1]。将量子信息通过隐形传态的方式发送的第一步是在发送方以及接收方之间建立量子纠缠。然后对发送方的量子比特进行所谓的贝尔态测量(BSM)，在进行此操作后，量子比特会从发送者的节点上消失，并以测量结果相应的形式出现在接收者的节点上。然后发送方可以通过经典通道（例如光纤）将BSM 的结果发送给接收方，接收方从而能够恢复量子态。以前，这仅在两个相邻的网络点上完成，传统上称为Alice 和Bob。 添加第三点Charlie 并非易事，因为Alice 和Charlie 之间的纠缠需要通过中间节点Bob 来建立，这需要很高的纠缠保真度才能使传送功能发挥作用。荷兰代尔夫特理工大学研究团队于2021年建立了第一个三节点量子网络[2]，使用了金刚石NV色心制成的量子比特，每个节点包含一个通信量子比特，其中一个节点还包含一个存储比特，可以存储节点的量子信息。在最新的工作中，研究