前沿动态

6月19日，丹麦政府公布将实施国内首个量子技术子战略，计划在量子研究和创新方面投入10亿克朗（约合9360万美元），用于推动丹麦的量子研究发展，为量子技术的开发和应用建立框架，以保持其全球领先地位，并促进将研究成果转化为应对全球挑战的实用量子解决方案。作为量子领域战略研究与创新子战略中的一项关键举措，丹麦政府启动了量子领域研究与创新战略计划。该计划旨在保证对量子研究和创新的长期投入，并通过基础研究和早期应用投资，以及研究与创新的协同作用，促进丹麦量子技术的发展。量子领域研究与创新战略计划主要聚焦在三个重点领域：1.对研究和创新的长期和战略投资；2.为丹麦的利益开展国际研究和创新合作；3.改善对数字研究基础设施的访问。根据丹麦2023年财政法案，已经拨款2.12亿丹麦克朗用于量子技术领域的研究和创新。政府的目标是在未来四年内保持这一高水平的投入，这意味着在2023年至2027年期间，丹麦政府至少投入10亿克朗的资金。此外，丹麦政府还计划建立一个国家量子技术论坛，促进量子领域主要利益相关者之间的广泛合作。这份发布的子战略只是丹麦量子技术战略的第一个部分，其余

芝加哥大学Andrew Cleland团队首次实现了能够确定性地将单个声子转换为叠加输出态的声子分束器，且利用该相干过程演示了单声子干涉仪，并进一步实现了双声子干涉。该研究提出了一种可用于实现线性力学量子计算的新型固态系统，并给出了巡游声子和超导量子比特之间的直接转换，为混合计算系统的发展提供了重要机遇。该成果于6月8日发表在《科学》杂志上。© Science研究论文以《分裂声子：构建线性力学量子计算平台(Splitting phonons: Building a platform for linear mechanical quantum computing)》为题发表于《科学》杂志声子是材料内部的基本量子振动，单个声子代表了数万亿原子的集体运动。在该实验中，研究人员使用了在铌酸锂表面传播的单个表面声波声子，其频率比人耳能听到的高出大约一百万倍。此前，Cleland团队已经找到了如何产生和探测单个声子的方法，并首次实现了两个声子的纠缠 [Phys. Rev. Lett. 124, 240502 (2020)]。为了展示这些声子的量子特性，研究团队构建了一种声学分束器，它可

荷兰拉德堡德大学的研究团队利用铯原子和铟锡表面上的电子表面约束，开发了一种用于模拟分子轨道的固态量子模拟器，可以通过人工合成分子来模拟真实分子的行为并调整分子的特性。该系统可作为一个模拟量子化学的多功能平台，并提供研究分子轨道和结构之间相互作用的新方法。这将有助于量子和有机化学、固体物理和多体物理等领域的研究。该成果于6月8日发表在《科学》杂志上。© Science研究论文以《量子模拟器用于模拟低维分子结构(Quantum simulator to emulate lower-dimensional molecular structure)》为题发表于《科学》杂志分子的变化和反应是化学的基础。负责进行实验的Emil Sierda表示：“几年前，我们有一个疯狂的想法，想建立一个量子模拟器。我们想创建类似于真实分子的人工分子。因此，我们开发了一个可以捕获电子的系统。电子像云一样围绕着分子，而我们利用这些被囚禁的电子来构建人工分子。”研究团队发现的结果令人惊讶。Sierda说：“我们构建的人工分子与真实分子之间的相似性令人难以置信。”论文通讯作者之一的Alex Khajeto

6月7至8日，英国首相苏纳克展开为期两天的首次正式访美。6月8日，美国总统拜登与英国首相苏纳克在白宫会谈后共同发布《大西洋宣言：21世纪美英经济伙伴关系框架》（以下简称“大西洋宣言”），并随附《21世纪美英经济伙伴关系行动计划》（以下简称“行动计划”）。双方强调，《大西洋宣言》将确保美英独特的联盟得到调整、加强和重新构想，以应对当前的挑战。双方将从以下五个方面开展合作：（1）确保美英在关键和新兴技术方面的领导地位，包括加强在量子、5G、6G、合成生物学、先进半导体、人工智能等领域进一步合作；（2）推进在经济安全和技术保护工具包和供应链方面的合作；（3）进行包容和负责任的数字化转型；（4）建设未来的清洁能源经济；（5）进一步加强在国防、卫生安全和太空领域的联盟。其中，在确保美英在关键和新兴技术方面的领导地位合作上，宣言表示：“少数关键和新兴技术正在形成新产业支柱，并塑造我们的国家安全格局。这些技术包括半导体、量子技术、人工智能、尖端电信和合成生物。作为世界领先公司和学术机构的所在地，我们致力于确保美英在这些领域继续处于领先地位。为实现这一目标，我们将在具体

康斯坦茨大学Peter Baum团队将透射电子显微镜的时间分辨率提升到了阿秒量级，并将材料内外的电磁近场解析为时空中的动态影像，为纳米材料和介电超原子的功能提供了新的见解。该结果表明了结合电子显微镜和阿秒激光科学，从空间和时间的基本维度来理解光与物质相互作用的价值，对进一步理解和控制纳米尺度下的光与物质相互作用有着重要意义。该成果于5月31日发表在《自然》杂志上。© Nature 研究论文以《阿秒电子显微镜观察亚周期光学动力学(Attosecond electron microscopy of sub-cycle optical dynamics)》为题发表于《自然》杂志。光与物质之间的相互作用是自然界中最普遍的现象之一，其在太阳能电池、显示器或激光器等设备中无处不在。这些相互作用是由光的振荡推拉电子所定义的，而这种动力学过程非常快：光波在阿秒量级振荡，即一秒的一百亿亿分之一。一直以来，直接在时空中可视化这些极快的过程是非常困难的，但康斯坦茨大学的研究团队现在成功实现了这一目标。阿秒场周期对比电子显微镜的原理示意图“如果你仔细观察会发现，几乎所有光学、纳米光子学或超材料中的

5月25日，密歇根大学宣布投资5500万美元启动量子研究所（Quantum Research Institute），用于推动量子互联网的发展，以及创建可持续性创新（如碳捕获和能量收集）的量子工程应用。量子研究所依托密歇根大学的量子材料和量子光研究的学科优势，致力于促进密歇根大学教师、政府和行业合作伙伴之间的研究合作。研究所通过运营研究孵化器，为教师提供包括种子资金在内的一系列服务和资源，帮助他们竞争大规模的外部资助，以便更好地开展科研项目。同时，研究所将任命20名密歇根大学教职员工，在未来六个月内开展一项跨学科的量子研究战略计划。除了研究之外，研究所还将增加新课程，进一步扩展学术课程，帮助学生为未来就业做好准备。密歇根大学将借助量子研究所设立的奖学金招募能力强、多元化的研究生和博士后研究员，与教师合作开展多学科研究项目。新成立的量子研究所将招募八名新教师，涵盖密歇根大学物理学、电气工程和计算机科学以及材料科学等量子相关领域的专业的人才。物理系Harrison M. Randall教授、Steven Cundiff和电气工程和计算机科学系Mack Kira教授将担任该研究

奥地利科学和技术研究所的研究团队设计及制作了一种光电装置，并演示了在不同能量尺度的光子间建立纠缠。这个新的突破可以在能量尺度相差五个数量级以上的物理平台之间架起桥梁，并保持脆弱的纠缠，这将为有效连接混合量子系统提供途径。该成果于5月18日发表在《科学》杂志上。量子计算机有望解决材料科学和密码破译带来的算力挑战，但由于需要纠错，将可能需要数百万个高质量的量子比特。超导处理器的进展很快，目前的量子比特数量最高可达几百个。虽然超导量子技术具有计算速度快、与微纳芯片制造兼容等优点，但对超低温的需求最终限制了其尺寸，并且一旦冷却下来就无法对其进行任何物理访问。具有多个可单独冷却的处理器节点的模块化量子计算机可以解决这个问题。然而，单个微波光子并不适合在处理器之间通过室温环境传输，这是由于室温环境充满了噪声热量，很容易扰乱微波光子及其脆弱的量子特性，如纠缠。奥地利科学技术研究所与维也纳理工大学和慕尼黑工业大学的研究人员合作，展示了克服这些挑战的重要技术进展。首先需要解决的是热噪声问题。当量子比特和相关控制线路越多时，产生的热量就越多，使用制冷机保持量子计算机的冷却就越难。该团队采用多个

5月17日《华尔街日报》报道，IBM、谷歌承诺为芝加哥大学和东京大学提供1.5亿美元，支持两所大学的量子计算研究工作。IBM和谷歌都在开发量子计算芯片。通过资助大学的量子计算项目，支持可以使该技术更易实现商业化的研究。IBM将为芝加哥大学和东京大学的量子计算研究项目提供1亿美元，目标是在十年内建造一台包含10万量子比特的超级计算机；谷歌捐赠5千万美元，与大学科学家成为长期研究伙伴关系，分享谷歌量子计算硬件的使用。谷歌和IBM两家公司的芯片都基于超导量子计算的处理方法。鉴于芝加哥大学和东京大学专注于超导量子芯片，IBM和谷歌优先考虑这一领域，作为他们新宣布的1.5亿美元研究计划的一部分；其次是拓扑量子计算，这是两家公司近年来都在利用的一种新兴的构建量子比特的方法。除了支持相关量子计算研究，两家公司的捐赠计划还将培养新一代量子专家，包括设计计算机的物理学专家，以及能够利用计算机解决问题的邻近领域的科学家。参考资料：https://siliconangle.com/2023/05/17/ibm-google-commit-150m-quantum-computing-rese

谷歌量子人工智能团队与康奈尔大学研究团队合作，在超导量子处理器上首次观察到了非阿贝尔任意子的奇异行为，他们还展示了如何利用这一现象进行量子计算。本周早些时候，量子计算公司Quantinuum发布了一项关于该主题的研究，补充了谷歌的初步发现。这些新的结果为拓扑量子计算开辟了一条新的道路，其中的操作是通过将非阿贝尔任意子像辫子中的线一样绕在彼此周围来实现的（即编织操作），这种粒子是实现容错量子计算，特别是拓扑量子计算的关键成分。该成果于5月11日发表在《自然》杂志上。直觉告诉我们，应该看不出来两个完全相同的物体是否被交换过位置，但其实这只是在我们熟悉的三维世界中如此。当相同的物体被限制只能在二维平面内移动时，这种直觉有时会失效。量子力学允许一种奇怪的现象：非阿贝尔任意子保留了某种记忆，尽管它们完全相同，仍然可以判断它们中的两个是否进行了交换。非阿贝尔任意子的这种“记忆”可以被视为时空中的连续线，即粒子所谓的“世界线”。当两个非阿贝尔任意子被交换时，它们的世界线会相互缠绕。通过适当地缠绕，形成的结和辫子将构成拓扑量子计算的基本操作。研究团队首先将超导量子比特制备于纠缠量子态中，为

由苏黎世联邦理工学院主导的多国合作研究团队利用超导电路，演示了一个无漏洞的贝尔实验。通过表明相距遥远的量子力学对象之间可以存在比传统系统中更强的关联，为反驳爱因斯坦“定域实在论”概念提供了进一步的证实。该实验的特别之处在于，研究人员首次使用超导电路来实现，而超导电路被认为是构建量子计算机的有潜力的候选物理体系。该成果于5月10日发表在《自然》杂志上[1]。为了探索传统的因果关系概念是否适用于原子微观世界，英国物理学家约翰-贝尔在20世纪60年代提出同时对两个纠缠的粒子进行随机测量，并根据贝尔不等式进行检验，即贝尔实验。若局域因果关系的概念正确，这些实验将总是满足贝尔不等式（即S≤2）；相比之下，量子力学则预言能够存在违背贝尔不等式的情况（Smax=22）。第一次现实的贝尔实验在20世纪70年代初实现[2]，但该实验是建立在一系列假设上的，还存在一些可能的漏洞。随着时间的推移，越来越多的漏洞被关闭，直到2015年，多个研究团队同时成功地进行了首次同时关闭两类主要漏洞，局域漏洞和探测漏洞的贝尔不等式检验[3]。2022年，Alain Aspect, John Clauser和Ant