前沿动态

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

量子传感器和测量设备能够为商业、政府和科学应用提供精确性、稳定性和新功能，产业界、学术界、政府部门间的合作可以促进量子测量科学和产业进展。2022年3月，美国国家科学和技术委员会(NSTC)量子信息科学小组委员会(SCQIS)发布题为《将量子传感器付诸实践（Bringing Quantum Sensors to Fruitioncan be found）》的报告。[1]报告以美国《量子信息科学国家战略概览》和《国家量子倡议(NQI)》法案为基础，讲述了当前主要应用的5类量子传感器是原子钟、原子干涉仪、光学磁力器、利用量子光学效应的装置和原子电场传感器，量子测量从研发到产业化阶段主要面临人才多样化、技术可行性、关键辅助性技术和组件和知识产权与技术转让4大方面挑战。报告针对量子测量研发、应用领域提出1-8年的短中期建议，其长期目标是通过量子技术的发展促进经济发展、安全应用和科学进步。该报告增强了美国QIS国家战略，体现出美国在量子测量领域的重视和决心。（一）量子传感器量子传感器(quantum sensors)是利用量子力学特性(如原子能级、光子态或基本粒子的自旋)进行测量

3月21日，IonQ公司宣布与微软签署协议，将IonQ Aria引入Azure Quantum平台。上个月IonQ推出了其新一代离子阱量子计算机原型机IonQ Aria，并实现了创纪录的20个算法量子比特（AQ）（注）。此次合作将该公司最新的量子系统IonQ Aria添加到微软云平台中，标志着IonQ Aria进入了商业市场。早期访问合作伙伴已经在使用该系统解决金融建模和电动汽车电池化学等方面的问题，更多的客户开始使用领先的硬件来探索从量子机器学习到物流的应用。注：算法比特（Algorithmic Qubits）是IonQ提出的刻画量子计算机性能的标准，目前还没有见诸正式的文献。该标准的大致为：假如N个量子比特运行一个包含约N^2个量子门的量子线路（比如Amplitude Estimation、VQE simulation、Phase Estimation等量子算法的量子线路），输出结果的保真度大于0.37，则可认为该量子计算机具备N个算法比特。https://ionq.com/news/march-21-2022-ionq-aria-coming-to-microsoft-a

2022年2月2日，兰德公司发布了报告《美国和中国量子技术工业基础评估》（An Assessment of the U.S. and Chinese Industrial Bases in Quantum Technology）。该项研究是由美国国防部(DOD)研究和工程部发起的咨询项目。评估报告从国家科研基础、政府活动、私营企业活动和技术成果4个方面对美国和中国量子技术工业基础发展情况进行了量化分析，并给出了维持美国量子工业基础优势的政策建议。[1]（一）中美量子技术工业基础四大评估框架量子技术最终会对经济和国家安全能力带来颠覆性的影响。该报告从国家科研基础、政府活动、私营企业活动和技术成果4个方面对美国和中国量子技术工业基础发展情况进行了量化分析。表1 中美量子技术工业基础四大评估指标评估内容评估指标科研基础根据学术机构、国家实验室、私营企业发表的科研论文进行评估，指标包括：科研活动整体情况（发表论文总数）、科研活动增长率（发表论文数量年增长量）、科研活动机构集中度（发布论文的机构数量、Herfindahl-Hirschman Index）、全球科学影响力（被引论文数、

3月8日，美国国家航空航天局(NASA)宣布与德国航空航天中心(DLR)签订协议，联合开发开发量子计算机的开源软件，以解决现实世界的航空航天应用。自2016年以来，DLR和NASA一直在对量子计算进行联合研究。此次合作，除其他事项外，还将进一步开发软件，关注用于计算过程中的编译和错误抑制的软件，以支持创建新的量子计算机算法。[1]3月10日，美国参议院宣布，已经在综合立法中为美国空军研究实验室申请获得了2.93248亿美元的联邦资金。其中包括3500万美元的量子计算预算：2500万美元用于开发先进的量子光子系统，为量子超级计算机开发和制造芯片；1000万美元用于创新促进中心的“量子计算试验台”。[2]3月10日，两家加拿大量子公司Ki3 Photonics和Quantum Bridge Technologies获得美国空军科学研究办公室(AFOSR) 的资助，以开发和方法论研究用于生成大型团簇态的新技术。更好地了解创建和操纵大型簇态，有助于实现可扩展的基于测量的量子计算机、量子中继器，甚至是基于量子现象的大型传感器网络等应用。这个项目的目标将包括找到在使用各种源时减少生成团