前沿动态

2月15日，在法国举行的欧盟关于太空政策的会议上，欧盟委员会提出了“Space-based Secure Connectivity System”（天基安全连接）计划，将确保欧盟在通信系统的安全性方面保持独立。欧盟建设的卫星星座将和欧洲量子通信基础设施（EuroQCI）集成在一起，以借助量子加密技术为欧洲政府和军事组织提供安全通信。计划预估费用总额为60亿欧元，其中24亿欧元来自欧盟预算、成员国和欧空局的资助。本次会议欧盟还提到太空交通管理办法（Space Traffic Management，STM）。STM一般包括安全、可持续和有保障地进入外层空间，以及在外层空间内开展活动和从外层空间返回的手段和规则。欧盟表示，将加强空间监视和交通能力，以支持STM，并加快研发活动，以开发自动防撞服务。在这个过程中，会使用到AI和量子技术。 来源：https://ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/en/ip_22_921

芝加哥大学Hannes Bernien团队实现了一种双元素原子阵列，可以单独控制单个铷原子和铯原子。研究人员使用512个光镊捕获铷原子和铯原子各256个，并观察到两个元素之间的串扰可以忽略不计。由此，中性原子体系实现了创纪录的512量子比特。论文于3月2日已经发表在《物理评论X》上[Phys. Rev. X 12, 011040 (2022)]。在量子计算领域，所有量子体系结构共同面临的一个核心挑战是在扩大系统规模的同时保持对单个量子比特的高保真控制和低串扰。目前，中性原子阵列已经成为一种很有前途的量子体系结构，可以突破目前对系统规模、相干性和高保真态制备和控制的限制。在中性原子系统中，单个中性原子被捕获在光镊阵列中，通过将它们激发到里德伯态来产生原子之间的相干相互作用。原子阵列实验已经达到了数百个原子的系统规模，包括哈佛大学Mikhail Lukin团队256个原子(量子比特)的可编程量子模拟器[Nature 595, 227 (2021)]，证明了这种平台的潜力。然而，这些演示仅限于单个原子元素的阵列，其中原子的相同性质使得大量原子量子比特的无串扰控制和非破坏性读出具有挑战

2月2日，欧洲量子旗舰（Quantum Flagship）计划官网发布了《欧洲量子计算和量子模拟基础设施》白皮书，详细介绍了当前欧洲量子计算技术的发展状况与未来规划，并为如何实现高性能计算机（HPC）与量子计算的融合发展达成了共识。量子技术（QT）具有潜力对整个社会和经济产生颠覆性影响，可能实现新药物设计、新材料发现、绝对安全通信、金融策略与投资组合的优化等如今觉得困难乃至不可能的事情。因此，QT成为当今多个经济体争夺的科技制高点。欧盟委员会于2018年成立“量子旗舰计划”，宣布创建量子互联网，用来连接量子计算机、量子模拟器、传感器以及传输保密信息，以保护欧盟的数字基础设施。同年还建立了欧洲高性能计算联合体（EuroHPC JU），这是欧盟、欧洲国家和私人合作伙伴之间的一项联合倡议，旨在开发欧洲的世界级超级计算生态系统。EuroHPC JU使欧洲国家能够与欧盟一起协调其超级计算战略和投资，以进一步开发、部署、扩展和维护欧盟的世界级超级计算和数字基础设施。白皮书由欧洲高性能（HP）和量子计算社区联合推出，涵盖了欧洲各大超算中心以及对高性能计算有巨大需求的相关科研机构，包括：　

英国伯明翰大学研究人员23日在《自然》杂志上发表研究称，世界上第一台非实验室条件下的量子重力梯度仪问世。这种利用量子技术的传感器可找到隐藏在地下的物体，这是科学家们期待已久的里程碑，其对学界、业界和国家安全等将具有深远的影响。量子重力梯度仪的工作原理是利用超低温原子云测量原子云之间的干涉，从干涉信号中提取出与重力梯度有关的量。物体越大，其密度与周围环境的差异越大，测量到的重力的差异就越大。但振动、仪器倾斜以及磁场和热场的干扰，使得量子理论转化为商业现实具有挑战性。伯明翰量子传感器的突破性成功开启了一条商业之路，是第一个迎接这些现实世界挑战并进行高空间分辨率重力制图的项目。研究人员表示，这是传感领域的“觉醒时刻”，这一传感器可能有多种用途。城市工程师可利用它检测一些特殊用地的近地表（地下10米）特征，这些特征可能会影响新的建筑，因此可利用其降低铁路和公路项目的成本和延误；考古学家或可用于测绘墓穴和隐藏在地下的结构，在不破坏性挖掘的情况下了解考古奥秘；它还可用于测量地质特征，例如含水层或土壤密度，以确定含水量或发现隐藏的自然资源；还可改进对火山喷发等自然现象的预测。此前的重

曾经，相对论测试需要相隔数千公里的精确时钟来完成。如今，光钟技术的发展令这种测试在尺寸不超过一毫米的原子团中就可以完成。正如爱因斯坦在其广义相对论中所预测的那样，一个巨大质量物体的引力场会扭曲时空，这会导致时间在离物体越近时流逝越慢。这种现象被称为引力时间膨胀，而且这种效应是可以测量的——尤其是在像地球这样的巨大物体附近。测量需要足够精确的时钟，而如今最精确的计时器是原子钟，它通过检测原子中两个量子态之间的跃迁来计时。最近，美国JILA实验室的Bothwell等人和威斯康星大学麦迪逊分校的Zheng等人分别报道了他们使用超冷锶原子团在原子钟稳定性方面取得的惊人进展。Bothwell和其同事甚至成功地测量了单个原子团中重力导致的时间膨胀效应，即引力红移。1976年，NASA在其发射的重力探测（Gravity Probe A）卫星上，首次搭载了氢原子微波钟（作用与光钟类似），并执行了第一个敏感到足以测量引力红移的实验。重力探测卫星到达了地球表面上方10000公里的高度。在这个高度，以氢原子钟产生的高精度微波信号作为时钟，大约每73年将比地球上的等效时钟快一秒。重力探测卫星团

《自然》杂志1月19日连发三篇论文，来自三个团队的科学家们在开发容错量子计算机方面取得重要突破。他们验证了硅双量子比特门保真度，超越了容错计算机的阈值（99%）。研究结果证实，硅材料中强大、可靠的量子计算正在成为现实。研究还表明，硅量子计算机与超导和离子阱一样，是实现大规模量子计算机研发的有前途的候选者。澳大利亚新南威尔士大学研究团队[1]在两个磷原子核自旋之间创建了双量子比特通用量子逻辑运算，通过行业标准的离子注入方法将其引入硅中。他们使用一种被称为“量子门集层析成像（GST）”的方法，对其量子处理器的性能进行了验证，实现了高达99.95%的单量子比特保真度和99.37%的双量子比特保真度。此外，根据研究结果，电子自旋本身就是一个量子比特，可和两个原子核纠缠在一起，形成一个三量子比特的量子纠缠态，这一保真度达到了92.5%。这为大型硅基量子处理器在现实世界中的制造和应用铺平了道路。荷兰代尔夫特理工大学研究团队[2]使用由硅和硅锗合金堆栈形成的材料创造了一个双量子比特系统，其中量子信息被编码在限制于量子点的电子自旋中，最终实现99.87%的单量子比特保真度和99.65%的双

在爱因斯坦的广义相对论中，引力是时空曲率的一种表现形式。其中一个被广义相对论所预测的现象是相对论的时间膨胀，即当时钟被放在引力场的不同位置、或以不同速度移动时，这个时钟将以不同的速率滴答作响。这一现象已被大量的实验所证实。在适当的条件下，时间膨胀可以影响量子波的相位，这可以通过干涉实验测量。斯坦福大学的Overstreet等人在原子喷泉实验中观测到了这一现象，相应的工作于1月13日发表在《科学》杂志上。在该研究中，他们利用高灵敏度原子干涉仪来测量原子波包之间的相位移动，从而达到测量时间膨胀的目的。实验中所搭建的单源梯度仪，在每次发射原子时，其重力梯度分辨率可以达到5×10-10/s2（差分加速分辨率为1.1×10-11g1.1×10-11g，在70次发射后可达1.4×10-12g），为地基重力梯度仪设定了新的标准。该结果是首次观察到重力相移，该相移本质上与测试粒子的质量成正比。在量子力学中，微观粒子可以表现为波，每个粒子都可以看作一个“波包”。作用在波包上的力可以改变这个波包的传播，这与经典力学中改变粒子的轨迹是一样的。然而，势能的均匀变化可以在不影响其轨迹的情况下改变波包

美国科学家在最新一期《自然·光子学》杂志撰文指出，他们开发出世界上第一台光学示波器——一种能够测量光电场的仪器。该设备能将光振荡转换为电信号，就像医院监视器将患者的心跳转换为电振荡一样。这款先进的新设备有望提升光纤通信的效率。迄今为止，由于光波会高速振荡，读取光的电场一直是科学家们面临的一大挑战。现有最先进的技术可以测量覆盖电磁频谱无线射频和微波波段的高达千兆赫兹频率的电场。由于光波能以更高的速率振荡，所以可以传输更高密度的信息。然而，目前用于测量光场的工具只能解

11月30日消息，美国参议院将审议年度国防政策法案，为信息和通信技术项目寻求的4.3亿美元基础上增加1亿美元。这些资金将用于“加快大规模量子计算系统的部署，以帮助确保美国在量子计算能力方面保持世界领先地位。”这笔资金将拨给美国国防高级研究计划局(DARPA)，要求DARPA“向提出可靠的大规模量子计算系统开发计划的实体提供一项或多项资助。”同日，全球量子企业巨头剑桥量子公司(CQ)和霍尼韦尔量子解决方案公司(HQS)宣布完成企业合并，成立了新公司Quantinuum。

1965年诺贝尔物理学奖得主菲利普·沃伦·安德森在1973年首次提出一种新物质状态——量子自旋液体。其不同性质在高温超导和量子计算机等量子技术领域有着广阔的应用前景。但问题在于，从未有人见过这种物质状态，至少近50年来一直如此。如今，哈佛大学领导的一个物理学家团队表示，他们终于通过实验模拟并分析了这种奇异的物质状态。相关论文发表在2日的《科学》杂志上，这一成果标志着人们对量子自旋液体的神秘本质有了全新理解，向能够按需创造出这种难以捉摸的状态迈出了一大步。量子自旋液体与