前沿动态

4月18日，美国共和党众议员Nancy Mace与民主党众议员Ro Khanna共同发起了《量子计算网络安全防范法案》(The Quantum Computing Cybersecurity Preparedness Act)（H.R.7535），旨在促使联邦政府采取必要措施，防止图谋不轨者在量子计算时代窃取有价值的信息。5月11日，美国众议院监督和政府改革委员会一致通过了该法案，现已提交众议院全体会议审议。Mace表示：“这项法案对我们的未来至关重要。我对量子计算作为前沿新技术，我们持乐观态度，但我们必须采取先发制人的措施，以确保图谋不轨者无法以更邪恶的方式使用这项技术。量子网络安全防范法案是保护公民免受未来网络安全威胁的关键一步。”该法案同时得到了谷歌、IBM、PQSecure Technologies、QuSecure、Maybell Quantum和Quantinuum的支持。https://khanna.house.gov/sites/khanna.house.gov/files/2022-04-18%20Quantum%20Computing.pdf

5月5日-6日，白宫科技政策办公室（OSTP）和美国国务院主持了一场量子科学和技术领域的国际圆桌会议2Nvs 2N(意指当量子位纠缠时，性能呈指数级增长)。圆桌会议聚集了来自美国、澳大利亚、加拿大、丹麦、芬兰、法国、德国、日本、荷兰、瑞典、瑞士和英国的量子战略办公室负责人，以加强量子信息科技（QIST）的国际合作，加速发现、共享资源，共同应对全球挑战。5月5日，参会国家在国家层面分享了其量子发展方面的具体方法，目标是分享最佳实践并发现共同的挑战。随后的讨论环节是“科学与全球经济”和“发展量子劳动力和量子意识社会”。对话重点是为加强这些领域的国际合作而采取的具体下一步行动计划。5月6日讨论的重点是塑造健康的全球QIST生态系统，该小组讨论了指导每个国家QIST方法的共同价值观，包括开放、透明、诚实、公平、公平竞争、客观性和民主价值观的原则，主题包括确定QIST投资的潜在安全风险和保障措施、国际标准的作用，以及平衡QIST热情与潜在机会的现实基础的必要性。与会者还讨论了促进多样性、公平性和包容性的具体措施，以及互惠互利对提高合作价值的重要性。https://www.whitehou

1. PS Intelligence发布量子计算市场研究报告5月4日，PS Intelligence发布量子计算市场研究报告《global market for quantum computing is witnessing robust growth rate》。报告指出，政府和私营公司对量子科技发展的投资不断增加，将推动量子计算市场在2020-2030年以33.1%的复合年增长率增长。2019年市场规模为8960万美元，预计到2030年将达到18.668亿美元。量子计算市场处于初级阶段，参与者之间为将量子计算系统商业化而展开激烈竞争。量子计算市场的行业细分为银行、金融服务和保险(BFSI)、医疗保健、信息(IT)和电信、制造、航空航天和国防、能源和公用事业等。其中，BFSI类别在2019年占据了最大的市场份额。PS Market Research是一家全球市场研究和咨询公司，成立于2014年印度德里，围绕全球新兴行业的市场信息需求、市场情报，提供联合和定制的市场研究报告和咨询服务。https://www.einnews.com/pr_news/571173338/glo

作为万有引力计划的一部分，荷兰研究委员会(NWO)已向荷兰的七个学术团体提供了总计1.427亿欧元的资助，这笔资金使他们能够进行十年的顶级大学研究和多学科合作。“量子时代材料(Qumat)”是其中一个资助项目。5月5日，Qumat将获得2150万欧元用于开发具有稳定相干量子态的原型材料。这些将使经典计算变得更强大，同时更节能。此外，在负担得起的条件下保持一致的稳健量子态将允许升级强大的量子计算。该团体由乌特勒支大学牵头，还包括代尔夫特理工大学、埃因霍温理工大学、格罗宁根大学、奈梅亨大学和特文特大学。https://bits-chips.nl/artikel/nwo-grants-for-research-on-brain-interfaces-and-quantum-materials/

5月4日，美国总统乔·拜登签署了两项“总统政令”，《关于加强国家量子计划咨询委员会的行政命令》、《关于促进美国在量子计算方面的领导地位同时减少对脆弱的密码系统的风险的国家安全备忘录》，旨在加快美国量子信息科学（QIS）发展，表明了拜登政府对这项关键的新兴技术的重视和承诺。拜登签署的第一项是《关于加强国家量子计划咨询委员会的行政命令》，根据2018年通过的国家量子倡议（NQI）法案，将成立“国家量子计划咨询委员会”——即联邦政府在量子信息科技方面的独立专家咨询机构。该委员会成员由来自业界、学界和政府的多达26名量子专家组成，直接置于白宫的领导之下，由总统直接任命。拜登还签署了《关于促进美国在量子计算方面的领导地位同时减少对脆弱的密码系统的风险的国家安全备忘录》。研究表明，当量子计算机达到一定规模和复杂程度时，将有能力破解目前保障互联网数字通信的大部分密码学。为了应对这一风险，美国国家标准与技术研究院（NIST）将发布新的后量子密码标准，以防止这些未来的攻击。同时必须从现在开始更新IT基础设施，以防止未来的这种量子计算威胁。这两项指令是在全球担忧和不确定的时刻发布的：乌克兰

哈佛大学和QuEra Computing、麻省理工学院、因斯布鲁克大学及其他机构的科学家合作，展示了中性原子量子处理器在解决实际应用问题方面的突破性应用。他们在哈佛的289 个量子比特的里德堡（Rydberg）原子阵列上，以模拟模式运行，展示了“最大独立集”问题的量子加速，其有效电路深度高达32。中性原子量子处理器此前已经被提出，并已有效地编码一些复杂的组合优化问题。而在这个工作中，作者不仅首次在此类量子处理器上部署实现了高效量子优化，还展示了前所未有的量子硬件能力。相关研究成果于5月5日发表在《科学》杂志上。组合优化在科学技术的许多领域都是普遍存在的。许多这样的问题已经被证明是计算困难的，并且构成了理解现代计算机科学中复杂类的基础。20多年来，人们一直在使用各种量子算法，从理论上探索如何使用量子机器来加速解决此类问题。通常，相关成本函数以量子哈密顿量编码，并且通过绝热演化或变分方法，通过闭合优化循环从通用初始态开始寻找其低能态。此类算法的计算性能已在具有浅量子电路的小型量子系统或缺乏多体相干特性的系统中进行了理论和实验研究。然而，这些研究对算法在涉及大尺寸系统和高电路深度时的

2022年4月26日，英国电信、东芝和咨询公司安永宣布，2021年10月由英国电信和东芝宣联合建设的商用量子安全城域试验网络正式启动，自4月初开始运行，并将运行长达三年的初始期。除此之外，英国电信集团预计其在量子通信方面的投资将在18个月内获得回报收入。英国电信表示，量子密钥分发是一项重要技术，在使用量子计算保护网络和数据免受新出现的网络攻击威胁方面发挥着重要作用。未来这一网络的客户可能包括英国政府和银行，并代表了建立量子安全通信国家网络的重要一步，这将刺激英国量子就绪经济的增长，是实现英国政府成为量子型经济体战略的关键一步。4月26日，德国著名光通信公司ADVA宣布，德国北部最大的电网运营商之一Schleswig-Holstein Netz已经成功完成了使用ADVA FSP 3000平台与ConnectGuard™第一层加密技术的量子安全数据传输的现场试验。这是德国第一次使用完整的商业解决方案，用基于量子密钥分发(QKD)的密钥交换对跨越架空光缆的数据进行加密。此次的概念验证(PoC)也是欧盟OPENQKD项目(目标是实现一个泛欧QKD网络，解决基于光纤和卫星通信基础设施的应

由佐治亚理工学院(GTRI) 领导的一个研究团队最近获得美国国防部高级研究计划局（DARPA）一个920 万美元项目第二阶段的资助。该项目旨在构建一种混合计算系统，将结合经典计算与量子计算的优势，以解决一些困难的优化问题。在接下来的两年里，该团队计划使用数百个由束缚离子制成的量子比特构建量子计算系统以应对这些优化问题挑战。该团队还包括来自佐治亚理工学院工业与系统工程学院、美国国家标准与技术研究院(NIST) 和橡树岭国家实验室的研究人员，他们已经使用10 量子比特离子链展示了该系统的一些要素。这项研究得到了美国国防部高级研究计划局（DARPA）的支持，作为其“使用含噪声中等规模量子器件解决优化”（Optimization with Noisy Intermediate-Scale Quantum Devices , ONISQ）项目的一部分。具体来说，GTRI领导的团队将使用量子近似优化算法（Quantum Approximate Optimization Algorithm, QAOA）解决一个称为Max-Cut的难题及其相关的优化问题（当一个图一分为二时，如何最大化切割

人们一直在寻找与半导体二极管相似的超导约瑟夫森二极管，理论家们为此提出了多种实现途径。近日，荷兰代尔夫特理工大学副教授Mazhar Ali 的研究小组取得了突破，利用二维量子材料构建超导约瑟夫森结，在没有磁场的情况下，观察到在正向电流下发生超导，同时在负向电流下具有电阻，证实了超导二极管效应。这一成果于4月27日发表在《自然》杂志上。1911年，荷兰物理学家Kamerlingh Onnes发现了超导现象，一直以来，科学家们对超导的本质感到困惑。在正常的电流传导中，电子作为单独的粒子运动。而在超导体中，电子成对的移动，且不会损失电能。在超导体中，电流不受任何电阻的通过导线，意味着控制这种电流很困难，而控制电子单向运行是现代电子设备所需的基本特性（例如二极管）。由于内部存在电偶极子，经典半导体中的导电可以是单向的。以PN结为例，将两个不同掺杂工艺的半导体拼接到一起（P型半导体含有较高浓度的“空穴”，带正电；N型半导体含电子浓度较高，带负电），二者的交界面称为PN结，会产生一个内置的电势差，使得电子在其中运动时产生单向性。而在没有磁场的情况下，超导体与金属的导电性更类似，没有内置电势

美国加利福尼亚大学（尔湾）（University of California, Irvine）的Wilson Ho教授研究组利用基于飞秒太赫兹（THz）泵浦-探测的扫描隧道显微镜（STM）技术，在原子级空间分辨与飞秒级时间分辨尺度上实现了氢分子（H2）量子相干性的精确测量。这一相干性的测量来源于H2在氮化铜（Cu2N）岛上不同吸附位点所构成的双能级系统，及其相干叠加态在THz电场作用下的高灵敏响应。相关研究成果于4月21日发表在《科学》杂志上。量子传感和量子计算已显示出优于经典过程的优势。与量子计算追求长退相干时间的不同，量子传感更追求量子系统对外部环境的高灵敏度。目前，金刚石氮空位(NV色心)、俘获离子和单电子晶体管已被用作量子传感器。但是在这些体系中，由于传感器的大尺寸或实验技术的局限性，难以实现原子尺度的空间分辨率。针对量子传感器在高空间与时间分辨尺度的精确测量，Wilson Ho教授研究组通过把THz脉冲耦合到STM针尖与衬底之间的纳腔，研究Cu2N岛上单个H2分子在双能级系统（TLS）之间的相干叠加。通过进行太赫兹整流光谱（TRS）和太赫兹泵浦探针测量，他们证明了