前沿动态

哈佛大学和威斯康星大学麦迪逊分校的两个研究团队分别展示了如何在中性原子体系构建多量子比特量子电路，这是在中性原子体系上实现实用、可扩展量子计算机的关键一步。两篇论文于4月20日发表在《自然》杂志上。中性原子平台以冷原子为基础，冷原子通过使用激光创建的单个陷阱保持在一个阵列中。这些原子可以被聚焦的激光束（光镊）操纵，从而将它们重新排列成所需的几何形状。原子之间的间距通常为微米，因此包含数百个原子的阵列宽度可能小于50微米，可以产生的陷阱数量仅受可用激光功率的限制。研究人员通常使用原子的高激发态（里德堡态）来执行逻辑门操作。当一个原子处于里德堡态时，它的一个电子被激发到一个高能级，并且在物理上远离带正电的原子核。这种分离产生了一个大的偶极矩，就像一个小的条形磁铁，它的作用是使两个里德堡原子相互作用非常强烈，这意味着可以快速执行门操作。然而，里德堡态的寿命非常短，通常为数百微秒，这使得以前的实验中相干时间仅限于几微秒。通过使用里德堡态作为在低能态之间创建纠缠的管道，两个小组都能够构建基于激光的门，可以执行快速门操作并实现较长的相干时间。特别是，哈佛大学的研究团队使用了核磁共振研究中开

4月13日，美国和瑞典签署了《量子信息科学技术（QIST）合作联合声明》。联合声明将使两国能够利用各自在QIST中的优势，建立全球市场和供应链、创建相互尊重和包容的科学研究社区，并培养未来一代的技能和潜在人才。瑞典在2018年成立了一个耗资10亿瑞典克朗（1.05亿美元）的研究中心——瓦伦堡量子技术中心（WACQT），横跨多所大学，如今已经在量子计算、仿真、通信和传感领域实现创造了尖端专业知识。至此，美国已与英国、澳大利亚、芬兰、瑞典签署了关于量子信息科技合作的联合声明。https://www.state.gov/joint-statement-of-the-united-states-of-america-and-sweden-on-cooperation-in-quantum-information-science-and-technology/

2022年4月15日，华盛顿特区.C -国会女议员Elise Stefanik宣布提供2500万美元，用于扩大罗马空军研究实验室的研究，以制造和测试光子量子计算技术。“我很自豪能够提供2500万美元来支持纽约州北部的量子计算工作，”Stefanik说。“在我的倡导下，这些纳税人的钱将返回纽约州北部，以支持罗马空军研究实验室的光子量子计算研究。量子计算对21世纪的经济和国家安全至关重要，而纽约州北部正在引领我们国家在这一领域努力的中心。在国会任职期间，我不知疲倦地工作，为罗马的空军研究实验室带来了数千万美元，以确保纽约州北部的新兴技术环境得到充足的资金和支持。我期待着继续这项重要工作，并在未来几年为这些努力提供额外资金。”Stefanik致函支持将这笔资金纳入最终的国防拨款法案，该法案已在2022财年的支出计划中得到保障。在国会任职期间，Stefanik通过《国防授权法》和年度拨款为罗马实验室获得了数千万美元的资金。https://stefanik.house.gov/2022/4/stefanik-delivers-25-million-to-develop-the-nex

日本计划在2023年3月底，将其第一台国产量子计算机投入使用，并在2030年前让1000万人使用该技术，该目标已被纳入新的《国家量子技术战略草案》。战略草案显示，日本政府认为私营部门广泛采用该技术是跟上激烈的全球技术主导地位竞争的关键，量子计算机的处理信息的能力超过了超级计算机，被用于各种应用，诸如如药物开发、新材料、人工智能和下一代通信，将成为未来跨境霸权竞争的核心。日本希望在提高经济安全的同时，增强其在国际舞台上的竞争优势。日本政府将该战略草案定位为“新资本主义”的标志性增长战略的支柱，将于4月在“综合创新战略推进委员会会议”上最终确定。为了探索工业应用，政府将增加两个新的研究地点，总数达到10个。新添加的力资源开发中心将设在日本东北大学，以培训人员并支持研究和开发；另一个位于冲绳科技大学研究生院（OIST），将作为全球科学家推进联合研究的一个中心。同时，国立工业科学技术研究所（AIST）和国家量子科学技术研究所（QST）开设支援基地。为促进企业的广泛使用，培训精通使用量子计算的工人，该战略草案设想通过一个国有基金支持量子技术初创企业。但政府主导的努力有其局限性，为了促

2022年4月12日，量子加密技术公司Arqit宣布其已被英国国防部选中加入多域集成系统（MDIS）项目——该项目正在整合世界各地的军事数据系统和其他远程系统。Arqit表示，英国国防部对创建或采用一套用于接口、数据传输和数据管理的通用标准或架构有一个不断发展的要求，这些标准和架构既可用于遗留系统的升级，也可用于未来的采购，以实现系统的快速和简单的互操作。这将涉及多域集成系统，可能包括自主和集群技术。Arqit正是专注于数据管理和融合、通信承载、网络架构和服务领域的专业公司。Arqit创始人董事长兼首席执行官David Williams补充说：“互操作性对我们来说是一个显着的优势，对于任何MDI（在美国称为JADC2）支持未来联合行动的计划的成功至关重要。军事数据系统需要在全球范围内跨多个域实现自动化、互连和互操作，需要前所未有的规模和连接性的机器对机器以及人对人以及人对机器的界面，并且需要一个现代的安全架构来匹配。”https://arqit.uk/news/press-releases/https://arqit-res.cloudinary.com/image/upl

英国格拉斯大学和赫瑞-瓦特大学组成的一个物理团队提出了一种全场、无扫描的量子成像技术，并演示了利用平均每帧7个光子对的光子通量重建具有微米级深度特征的图像的能力。使用单光子雪崩二极管相机，研究人员测量了Hong–Ou–Mandel (HOM)干涉仪输出端的聚束和反聚束光子对分布，并将其结合起来，以提供样品的低噪声图像。这种方法证明了HOM显微镜作为一种工具在极低光子状态对透明样品进行无标记成像的可能性。相关研究成果于4月11日发表在《自然•光子学》上。Hong-Ou-Mandel (HOM) 效应于1987年被发现，并以三位发现者的名字命名。当单个光子进入分束器（半透半反镜）时，要么反射，要么透射，各自的相对概率由分束器的反射率决定。当两个光子从两个端口同时进入时，如果光子全同，它们总是从相同的输出端口离开分束器，这一过程称为“聚束”。如果它们变得更加可区分（例如，因为它们到达的时间不同或波长不同），它们各自进入不同探测器的概率就会增加。通过干涉仪信号可以准确测量路径长度和时序。该效应为线性光学量子计算中的逻辑门提供了一种潜在的物理机制。也可用于量子传感，通过在分束器的一个输出

4月5日，美国和芬兰签署了《量子信息科学技术(QIST)合作联合声明》。该联合声明建立在二十多年稳固的双边关系的基础之上，开展创新研究，发展未来市场，建立强大的供应链，并培养未来一代的技能和人才，促进QIST发展，包括但不限于量子计算、量子网络和量子传感。至此，美国已与英国、澳大利亚、芬兰等国签署了关于量子信息科技合作的联合声明。4月6日，北约宣布在丹麦首都哥本哈根建立一个新的量子技术发展中心。该中心将成为哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所的一部分，并开发和测试新的多用途技术，以促进绿色转型、导航、研究和国防。丹麦技术大学、奥胡斯大学和丹麦国家计量研究所也有望做出贡献。https://www.state.gov/joint-statement-of-the-united-states-and-finland-on-cooperation-in-quantum-information-science-and-technology/https://sputniknews.com/20220406/nato-to-build-new-centre-for-quantum-technolo

2021年12月，哈佛大学肯尼迪学院贝尔弗科学与国际事务中心发布报告《大型的科技竞争：中国与美国的较量》，报告了人工智能（AI）、5G、量子信息科学（QIS）、半导体、生物科技、绿色能源等六个方面中美的发展对比。报告中量子信息科学部分主要内容如下。一、整体情况报告评估，在量子计算、量子通信和量子传感这三个传统上由美国作为领头羊的QIS重要的子领域内，中国正在迎头赶上，并在特定领域已经实现了超越。与之前中国是一个贫穷国家时所发生的技术革命不同，中国近些年来的迅速崛起提供了资金与人才，使得中国有可能引领QIS的发展，引用中国著名量子物理学家潘建伟的话：“我们是现代信息科学诞生时的追随者和学习者。现在我们有机会（在量子信息领域）成为领导者。”报告认为，经过30年的发展，QIS已接近使实用化：事实上，破解现有加密以窃取国家机密的能力、建立完全安全的通信线路，以及能够将操作平台从对天基定位系统的依赖中解放出来的精确传感器等国家安全威胁可能并不像以前想象的那么遥远。图1. 2010年-2018年各国量子相关专利申请情况图1为报告给出QIS领域主要参与国家在2010年—2018年

4月6日，美国参议院多数党领袖Charles Schumer争取了2500万美元的赠款，支持芯片代工厂格芯(GlobalFoundries)和量子计算公司PsiQuantum。Charles Schumer表示，中国正在争取在美国之前制造世界上第一台实用量子计算机，量子计算机的研发将密切关系到国家战略。PsiQuantum是位于加州Palo Alto的一家量子计算公司，致力于开发使用光子或光来操作的量子计算机。格芯和PsiQuantum多年来一直在光量子计算方面进行合作，并在2021年5月宣布了一项技术突破：开发了一种光子“读取器”，该读取器能够获得量子比特并将其集成到计算设备中，该计算设备也将使用传统的硅光子驱动的芯片。https://www.timesunion.com/business/article/Schumer-gets-GlobalFoundries-25-million-grant-17061411.php?IPID=Times-Union-HP-business-package

3月底，英国市场研究咨询公司Emergen Research发布了名为“Quantum computing for enterprise Market Is Booming Worldwide”的最新报告，报告分析了企业量子计算行业趋势、驱动因素、限制因素、威胁和增长机会。预计到2027年，全球企业量子计算市场将达到39.074亿美元，并实现稳定的收入增长率。报告主要结论：1.硬件部门在预测期内将以47.5%的复合年增长率实现收入增长，这种高增长率可归因于量子比特在编程和管理量子比特方面的使用量不断增加；2.基于云的量子计算部门预计将在预测期内占据最大的市场份额，因为基于云的量子计算越来越多地用于新药发现、风险管理、供应链优化和金融交易；3.就全球量子计算企业市场收入贡献分析，由于量子计算模拟在电池生产和化合物鉴定中的应用日益增加，预计模拟领域将在预测期内处于领先地位。Emergen Research是加拿大的一家市场研究和咨询公司，提供联合研究报告和咨询服务，专注于未来拥有广阔市场前景的尖端颠覆性技术，主要服务的行业包括医疗保健、化学生物基材料、能源和前沿智能技术