前沿动态

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

5月9日报道，近期美国空军研究实验室信息局（AFRL / RI）发布公告，预计将在五年内增加5亿美元的资金征集相关量子技术研究项目，目标是推进和评估先进的算法设计和技术，利用量子计算技术，研究异构量子网络中的纠缠分布，支持美国空军研究实验室信息局的C4I任务（指挥、控制、通信、计算机和智能）。该实验室已发布广泛征集公告（BAA），征集内容为量子信息科学技术的研究、设计、开发、概念测试、评估和实验，包括量子算法和计算、基于内存节点的量子网络、量子信息处理、异构量子平台和量子信息科学，以及支持C4I相关的信息和通信技术。同时支持AFRL / RI组建量子用户社区，包括美国政府组织（联邦、州和地方）、美国政府承包商、产业界以及学术界（公共和私人）。可申请的研究项目将以内部发起和签订合同的形式开展。该BAA公告是名为BAA FA8750-20-S-7006量子信息科学的后续产品，预估资金约4.99亿美元。预计设立多个资助项目，通常在50万美元到2700万美元之间，资助周期36个月以内。新闻来源：https://sam.gov/opp/03e6c9dbc79f439aac57fef0

5月9日，2021年由霍尼韦尔量子部门和量子软件企业Cambridge Quantum合并成立的量子计算公司Quantinuum宣布推出量子计算系统H2，并成功创造和操控非阿贝尔任意子（non-Abelian anyon），迈出了构建容错量子计算机的关键一步。来自Quantinuum的科学家与哈佛大学、加州理工学院的研究人员合作，对Quantinuum H2进行了首批实验，展示了操控量子物质的一个新阶段：合成、操纵非阿贝尔任意子。长期以来，对非阿贝尔任意子的精确控制一直被认为是将拓扑量子比特用于容错量子计算机的途径。这一成就表明，通过保持它们在空间和时间旅程的几乎不可破坏的记录，非阿贝尔任意子可以为建立容错的量子计算机提供最有希望的实现途径。Quantinuum展示了32个量子比特的GHZ状态（这是一种非经典状态），并且所有的32个量子比特都是全局纠缠，这是有记录以来最大的一次，也是有史以来性能最高的量子计算机。系统模型H2的离子阱采用椭圆形赛道设计，实现了量子比特之间的全连接，这意味着H2中的每个量子比特都可以直接与系统中的任何其他量子比特进行成对纠缠，短期可以减少算法中

5月4日，澳大利亚政府发布了该国首个国家量子战略《National Quantum Strategy》。该战略用于指导科学研究、行业伙伴、初创企业和政府之间的合作，目标是培育工业、企业、大学、各州地区和国际合作伙伴间的合作优势，建立一个繁荣、可靠的量子生态系统，将澳大利亚变成全球量子技术领导者，在未来建立更强大的产业并创造就业机会。该战略有5个主题，每个主题都有一套超过7年周期的行动方案，主要集中在政府可以实施和促进的协调和合作行动，维持量子产业持续稳定发展。五大战略主题及其行动方案概述如下：一、支持量子技术的研发和商业应用1.投资和发展澳大利亚的量子生态系统，持续培养与其他量子强国竞争的能力。2.鼓励量子技术研究，以应对国家面临的重大挑战。3.加速推进私人和公共领域投资可产业化的量子技术。具体行动包括：通过新的项目激励量子传感、量子通信和量子计算方面的应用；推动生态系统增长，加强与国际国内战略合作伙伴的联系，支持产学研联合开展量子研究成果应用转化；通过总投入为150亿美元的国家重建基金（National Reconstruction Fund）资助包括

4月26日，美国和韩国在华盛顿签署了《关于量子信息科技合作的联合声明》。此次签署是韩国总统尹锡悦和美国总统乔·拜登在华盛顿进行的国事访问的一部分。该声明表示，两国将在量子信息科学和技术方面开展合作，并强调“加强公共和私人合作，促进量子技术在内的关键新兴技术发展；加快量子科学和技术领域的联合研究和专家交流，进一步加强价值共享的合作伙伴关系。”在美韩签署联合声明前，4月14日“世界量子日”，韩国宣布加入国际量子科技交流门户网站Entanglement Exchange，美国为该网站创始成员之一。这两项行动表明美韩持续深化量子科技领域的伙伴关系。美韩两国近年来一直在增加量子科技领域的投入。美国早在2018年就启动了国家量子倡议法案，4年内新增政府投入约13亿美元，而2022财年政府投入就超过9亿美元；韩国承诺8年投资约10亿美元，其中包括为美国和欧盟的联合研究中心提供资金。新闻来源：https://www.quantum.gov/the-united-states-and-republic-of-korea-sign-joint-statement-to-boost-quantu

瑞士苏黎世理工大学Chu Yiwen团队在一块质量为16.2微克的蓝宝石晶体上，使约1017个原子处于两种不同声子振荡模式的叠加，构建了迄今为止最大规模的薛定谔猫态。该结果为探索量子和经典世界之间边界提供了新的方向，有望在连续变量量子信息处理和机械谐振腔计量学中得到应用。该成果于4月20日发表在《科学》杂志上。量子效应通常局限于原子、分子等微观尺度，人眼可见的日常世界不具有量子特性。科学家可以使某些微小物体显示量子特征，但是并没有完全理解量子和非量子之间的边界。1935年，埃尔温·薛定谔设想了一种可以通过放射性衰变毒害猫的装置，并得出结论，一个原子同时处于“衰变”和“未衰变”的叠加可以映射到猫同时“死”和“活”的叠加上。这个假想的场景有两个方面使它显得荒谬和反直觉：首先，猫是一个宏观的、日常的物体；其次，“死”和“活”是我们的经典经验中相互排斥的状态。对于为什么我们可能永远不会遇到处于如此不幸状况下的猫，人们提出了许多解释，比如宏观物体可能过于复杂，受制于太多的退相干源，无法维持不同状态的叠加等。另一些理论则引入了超出标准量子力学的额外效应，如本征随机噪声或引力退相干导致的波函

4月20日，印度内阁宣布在2023年-2030年期间投资超600亿卢比（约合50亿人民币），用于支持“国家量子任务（National Quantum Mission，NQM）”。该任务旨在促进量子科技研究和工业应用开发，使印度成为量子技术的全球领导者，同时支持数字印度、印度制造、技能印度和可持续发展目标等国家优先事项。NQM的建设目标有：1.未来8年内开发具有50-1000个量子比特的中规模量子计算机。2.拟在建立卫星与印度境内地面站的安全量子通信，并与其他国家进行远距离安全量子通信；实现超过2000公里的城际量子密钥分发，同时也部署了具有量子存储的多节点量子网络。3.开发高灵敏度磁力计和用于精确计时、通信和导航的原子钟。4.支持量子材料的设计和合成，例如超导体、新型半导体结构和用于制造量子器件的拓扑材料。5.为量子通信、传感和计量应用开发单光子源/探测器和纠缠光子源。为促进量子科技研发，NQM将在学术界和国家研发机构建立四个主题中心（T-Hubs），专注于量子计算、量子通信、量子传感与计量以及量子材料与器件。这些中心将通过基础和应用研究产生新知识和新技