前沿动态

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

3月14日，Space Hellas公司与雅典大学(UOA)的光通信和光子技术实验室合作，为希腊的一个公共机构演示了量子密钥分发技术(QKD) 的首次试点应用。该演示是在欧洲项目Open QKD的背景下进行的，该项目旨在欧洲的各种用例中广泛利用QKD。希腊希望通过此次量子通信国家战略，参与到欧盟委员会的欧洲量子通信基础设施(Euro QCI)项目中。希腊还加强了Space Hellas公司在信息安全领域创新技术方面的众多行动，这些行动涉及扩大和改进量子网络安全服务，以及参与相关的研发项目。[1]3月21日，日本总务省为了实现新一代加密技术“量子加密通信”的应用，决定通过广域网连接多个网点，2022年度内将开始试运行。日本将通过政企合作开展量子通信业务，正与金融、通信企业等协调共同实施试验，日本政府将承担设备等先行投资。例如，日本总务省下辖的国立研究开发法人情报通信研究机构（NICT）将在东京都内新设立4～5个量子加密通信的试验网点。[2][1] https://www.strategyr.com/market-report-quantum-computing-forecas

德国玻恩大学的Busley等人，在使用微结构化方法创建的平底镜盒中捕获光子，首次创建出均匀的光子量子气体。该团队测量了光子气体在相变到量子简并态附近的可压缩性，并确定了其状态方程。这项工作为研究室温下的奇异量子相提供了一个平台。相关成果于3月24日发表在《科学》杂志上。Busley等人使用两个间隔很近的反射镜，光子在反射镜之间来回反射。每个光子的大部分能量用于其来回运动，只留下少量能量用于其平行于反射镜的运动。这个限制使每个光子都具有一个有效的质量，即其的行为就像一个粒子—尽管是一个非常轻的粒子，质量只有一个电子的千万分之一。至关重要的是，在镜子之间有一种“染料”，可以不断吸收和发射光子。这种染料保持在室温下，使得光子气体在300 K下进入热力学平衡。Busley等人直接观察到随着盒子中光子数量的增加，玻色-爱因斯坦凝聚开始形成。起初，光子占据了许多不同的能量状态，这与麦克斯韦-玻尔兹曼分布相同（比如空气所遵循的统计分布）。然而，当光子总数达到一个临界值时，热激发态的布居就会饱和，额外的光子开始在低能态以宏观数目堆积起来。Busley等人通过倾斜其中一个限制镜来测量光子气体的可

奥地利因斯布鲁克大学量子光学和量子信息研究所(IQOQI)的Peter Zoller、Thomas Monz和Rainer Blatt等人将量子信息处理领域的概念与计量学相结合，在实验上成功地演示了一种基于离子阱量子计算机（最多包含26个纠缠原子）的可编程量子传感器，传感性能可以在不需要先验输入的情况下，接近绝对量子极限，有望应用于从改进原子钟和全球定位系统到磁测量和惯性传感等领域。相关成果于3月23日发表于《自然》杂志。量子传感器是一项新兴的技术，为科学领域的精确传感创造了新的机遇。这些传感器中的大多数都是“启用量子的”，也就是说，它们使用量子系统的特性来执行计量任务，其准确度有两个极限，一个是标准量子极限（SQL），一个是绝对量子极限。启用量子的传感器性能可以接近或达到SQL，该极限源自于其状态初始化时的量子噪声。最新一代的传感技术正在通过使用纠缠态超越SQL。然而，现有的这些量子增强的传感器在超越SQL的同时，距离量子力学所允许的结果—绝对量子极限还比较远。根据物理学家的说法，人们知道原子钟可以在量子纠缠的帮助下更精确地运行。然而，针对此类应用实现鲁棒纠缠的方法迟迟没有出

哥伦比亚大学和谷歌量子人工智能团队合作，在“悬铃木”量子计算机上最多使用16个量子比特计算分子基态能量，这是迄今为止在量子计算机上进行的最大规模的量子化学模拟。相关成果于3月16日发表在《自然》杂志。基态能量受一些变量的影响，比如分子中的电子数、它们的自旋方向以及它们围绕原子核运行时的路径。这种电子能量可以由薛定谔方程解出。在经典计算机上求解这个方程，难度随着分子变大呈指数级增长。如何利用量子计算机绕过量子化学模拟中计算资源指数增长问题一直是一个热门研究课题。原则上，量子计算机应该能够像求解薛定谔方程所需要的那样，利用量子叠加态的优势（不同于由0和1组成的二进制数字或比特，量子比特可以同时处于0和1的叠加态），处理指数级或更复杂的计算。然而，量子比特是脆弱且容易出错的：使用的量子比特越多，最终的答案就越不准确。哥伦比亚大学和谷歌量子人工智能项目研究人员提出了一种方法，利用经典计算机和量子计算机的组合能力，在最小化量子计算机错误的同时，更有效地求解化学方程。经典计算机可以处理算法中大部分量子蒙特卡罗模拟（QMC），量子计算机“悬铃木”跳到了最后一步，也是计算上最复杂的一步：计