研究进展

10月5日，在加拿大魁北克举行的2022年硅量子电子研讨会上，英特尔展示了在量子芯片生产研究方面实现的关键里程碑结果。首先，英特尔硅自旋（半导体）量子比特芯片良率高达95%；同时，刷新了硅自旋量子比特数量的新纪录达到12个。这意味着硅自旋量子比特芯片已经非常接近量产，是朝着商业量子计算机所需的数千甚至数百万量子比特迈出的关键一步。该硅自旋量子比特器件是在位于俄勒冈州希尔斯伯勒的英特尔晶体管研发中心开发的，是使用英特尔的第二代硅自旋测试芯片进行的。通过使用英特尔低温探针（在低温（1.7 K或-271.45摄氏度）下运行的量子点测试设备，该团队分离出12个量子点和4个传感器。这是业界最大的硅电子自旋器件，在整个300 mm硅晶圆的每个位置都有一个电子。而且这些芯片采用极紫外(EUV)光刻技术制造，具有显著的一致性，整个晶圆的良率达到95%。英特尔量子硬件总监James Clarke表示：“英特尔继续在利用自己的晶体管制造技术制造硅自旋量子比特方面取得进展。实现的高良率和一致性表明，在英特尔已建立的晶体管工艺节点上制造量子芯片是一项明智的战略，是随着技术商业化的成熟而取得成功的有力标志。”资

近日，中国科学技术大学潘建伟及其同事张强、姜海峰、彭承志等与上海技物所、新疆天文台、中科院国家授时中心、济南量子技术研究院和宁波大学等单位合作，通过发展大功率低噪声光梳、高灵敏度高精度线性采样、高稳定高效率光传输等技术，首次在国际上实现百公里级的自由空间高精度时间频率传递实验，时间传递稳定度达到飞秒量级，频率传递万秒稳定度优于4E-19。实验结果有效验证了星地链路高精度光频标比对的可行性，向建立广域光频标网络迈出重要一步。该成果于2022年10月5日在线发表于国际著名学术期刊《自然》杂志。近年来，基于超冷原子光晶格的光波段原子钟（光钟）的稳定度已进入E-19量级，将形成新一代的时间频率标准（光频标），结合广域、高精度的时间频率传递可以构建广域时频网络，将在精密导航定位、全球授时、广域量子通信、物理学基本原理检验等领域发挥重要作用。例如，当全球尺度时频传递的稳定度达到E-18量级时，就可形成新一代的“秒”定义，2026年国际计量大会将讨论这种“秒”的重新定义。进一步，高轨空间具有更低的引力场噪声环境，光频标和时频传递的稳定度理论上能够进入E-21量级，有望在引力波探测、暗物质搜寻

中国科大郭光灿院士团队在二维范德瓦尔斯材料固态自旋色心领域取得重要进展。该团队李传锋、唐建顺研究组与匈牙利魏格纳物理研究中心AdamGali教授等人合作，实验研究并理论解释了六方氮化硼（hexagonalboronnitride，hBN）中带负电硼空位（VB-）色心受磁场调制的自旋相干动力学行为，揭示了hBN中VB-色心电子自旋与核自旋之间的相干耦合和弛豫机制，对发展基于二维范德瓦尔斯材料的相干自旋系统及低维量子器件具有重要意义。该成果9月29日发表在国际知名期刊《Nature Communications》上。近年来的研究发现宽禁带范德瓦尔斯材料hBN是室温自旋色心的优秀宿主，由于范德瓦尔斯材料通过简单的机械剥离就能制备为原子厚度的二维结构，且能和多种微纳结构相耦合，在低维量子器件制备和近场传感探测等方面比三维体材料具有天然优势，因此hBN中的自旋色心成为固态自旋色心领域的研究热点。目前研究最广泛的hBN自旋色心为VB-色心，且研究主要集中于VB-的电子自旋，对VB-电子自旋周围的核自旋尚缺乏深入研究及观测。由于色心周围的核自旋是固态自旋维度扩展的主要途径之一，另外也是造

荷兰代尔夫特理工与荷兰应用科学研究组织的联合机构QuTech的研究人员，设计并实现了创纪录的6个硅基自旋量子比特量子处理器，可以以较低误差率运行。这是由新的芯片设计、自动校准程序以及量子比特初始化和读出的新方法实现的，这些进展将有助于实现基于硅的可扩展量子计算。该成果于9月28日发表在《自然》杂志上。在实用的大规模量子计算的道路上，半导体量子点中的电子自旋量子比特显示出良好的前景，因为它们可以通过小尺寸、长寿命的相干性和与先进的半导体制造技术的兼容性进行扩展。然而，与超导、离子阱和光子平台相比，硅自旋量子比特的规模目前还很落后，迄今为止的演示使用了1到4个量子比特。此外，其他量子比特平台的经验表明，在扩大规模时，保持控制的质量需要大量的努力，例如，处理离子阱中更密集的运动谱，避免超导电路中的串扰或避免光子电路中的损失增加。因此，该领域的一个主要挑战和重要方向是在扩大量子比特数量的同时实现所有组件的高保真度。QuTech的研究人员设计、制造和运行了一个六量子比特处理器，并同时实现了通用操作、态制备和测量的可观保真度。为了制造量子比特，单个电子被放置在一个由六个“量子点”组成的线性阵列中，

中国科学技术大学中科院微观磁共振重点实验室杜江峰、王亚等人在金刚石量子器件制备方向取得重要进展，发展了一种全新的基于自对准的光子学器件制备加工技术，可将氮-空位色心这一原子级量子传感器以纳米级精度加工到金刚石器件最佳工作位置，实现接近最优光学探测性能的量子传感器阵列。这项研究成果以“Self-aligned patterning technique for fabricating high-performance diamond sensor arrays with nanoscale precision”为题发表在《科学进展》[Sci. Adv.8, eabn9573 (2022)]上。金刚石，俗称“钻石”，具有高硬度、高稳定性、高透光性、高热导率以及超高的禁带宽度等优异的物理化学性质，在超精密加工、光学材料以及半导体电子器件等工业领域有着广泛的应用。近十多年来，科学家发现金刚石中一种可以发光的原子尺度晶格缺陷–氮-空位色心（简称NV色心）具有极大的量子应用前景，让存在缺陷的不“完美”金刚石变得在实用性上更加“完美”。NV色心不仅可以以纳米空间分辨率对电磁场、压力等多种物理

中国科学技术大学卢征天、蒋蔚教授带领的单原子探测团队与云南大学田立德研究员带领的冰川学团队合作，首次对冰芯进行了氩-39（39Ar）同位素定年测量，为青藏高原羌塘冰川冰芯建立了上千年的精准年代标尺。相关成果以“A Tibetan ice core covering the past 1,300 years radiometrically dated with 39Ar”为题于9月26日在《美国国家科学院院刊》上发表【Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2022, DOI:10.1073/pnas.2200835119】。冰芯是保存环境大气的独特档案，对冰芯进行定年是正确解读其中古气候信息的关键。我国青藏高原被誉为世界第三极，拥有众多的山地冰川，是中低纬度古气候研究的宝贵资源。但是科研人员一直缺少给青藏高原深冰芯绝对定年的可靠方法。半衰期为268年的放射性39Ar覆盖了50-1800年的定年范围。作为一种惰性气体，39Ar在大气中分布均匀，是山地冰川的理想定年同位素。然而，39Ar在环境中的同位素丰度极低，可低至十亿亿分之一，因此冰芯中39Ar的定量分析在

9月23日，QuiX Quantum宣布与德国航空航天中心（DLR）签订价值1400万欧元的通用量子计算机合同，为DLR创建光量子计算机原型。光量子计算机是DLR量子计算倡议的一部分，德国计划在未来四年内建造基于不同架构的量子计算机原型，包括超导、中性原子等。德国联邦经济事务和气候行动部（BMWi）为DLR提供相关资源，以支持开发、建设量子计算机和软件。根据合同计划，QuiX Quantum将提供基于光子学的8和64比特的量子计算机，将其处理器的现有技术与信号源、检测器和前馈相整合，创建一个模块化的光量子计算机。建设将分两个阶段进行，第一阶段开发8个量子比特，将在三年后达到；第二阶段将在项目总工期四年后，至少达到64个光子量子比特，可能扩展到拥有超过100个量子比特的系统。QuiX Quantum是一家位于荷兰的光量子技术初创公司，由光子学行业创业者Hans van den Vlekkert博士、量子光子学专家Jelmer Renema博士和特温特大学教授团队于2019年1月创立。公司开发了一个非通用的量子计算机——目前正在运行的玻色采样器。其核心是QuiX Quantum光子处理器，

当地时间9月22日，2023年科学突破奖（Breakthrough Prize）获奖名单在美国旧金山公布。科学突破奖包括基础物理学、生命科学、数学三个领域，分别授予5个研究项目的11位科学家，以表彰他们在各自领域所做出的“改变游戏规则式”的重要贡献。其中基础物理学突破奖授予量子信息领域的四位先驱：查尔斯·H.本内特（Charles H. Bennett）、吉勒斯·布拉萨德（Gilles Brassard）、戴维·多伊奇（David Deutsch）和彼得·肖尔（Peter Shor）。按照科学突破奖官方网站的介绍，Charles H. Bennett和Gilles Brassard设计了第一个有实用价值的量子密钥分发协议——BB84协议，开创了量子密码学。他们还与合作者一起发现了量子隐形传态，表明尽管纠缠本身没有通信能力，但它是一种有用的量子资源，从而开启了量子信息处理的新科学。David Deutsch首次提出量子图灵机的架构和可以证明量子加速的算法，奠定了量子计算的基础。Peter Shor发明了首个有现实应用前景的大数分解算法，并提出量子纠错编码。这些想法不仅为今天快速发展的量子

9月21日，德国图林根州科学部宣布提供1100万欧元资金，用于在德国联邦州图林根州开发量子通信网络基础设施，包括耶拿和爱尔福特之间基于光纤的测试路线。弗劳恩霍夫应用光学与精密工程研究所的合作伙伴现已在75公里路线上首次成功交换量子密钥，在为期十天的测试中，发送了超过300000个量子密钥。9月22日，在欧洲航天局（ESA）和欧盟委员会的支持下，由卢森堡卫星公司SES将与欧洲合作伙伴一起共同设计、开发、发射和运营EAGLE-1卫星的端到端系统，包括建设欧洲首个主权端到端天基QKD系统，开发和运营专用的低地球轨道（LEO）卫星，并在卢森堡建立一个最先进的QKD运营中心。EAGLE-1卫星将于2024年发射，届时将完成欧盟委员会支持的三年在轨任务，为实现超安全数据传输的欧盟星座铺平道路。资料来源：https://www.iof.fraunhofer.de/en/pressrelease/2022/quantum-keys-exchange-successful.htmlhttps://www.ses.com/press-release/ses-esa-and-european-commiss

9月21日，丹麦制药巨头诺和诺德公司宣布，由诺和诺德基金会拨款2亿美元（15亿丹麦克朗），目标是建造第一台用于开发新药的量子计算机，该计算机还将提供有关气候变化和绿色转型的见解。诺和诺德基金会量子计算项目是诺和诺德基金会和哥本哈根大学尼尔斯·波尔研究所的合作项目，该项目包括一个由大学和企业组成的大型生态系统，参与者包括来自美国麻省理工学院、荷兰代尔夫特理工大学、丹麦技术大学、丹麦奥尔胡斯大学和加拿大多伦多大学的研究人员。该项目将持续12年，任务是为量子计算机开发和构建量子硬件和算法，以解决生命科学中的重要问题。在前七年，研究人员和工程师将开发量子计算机的材料和硬件。研究人员将建立合作开发三个最有前途的量子计算平台的能力，这将为确定哪个平台或其部分最适合进一步扩展奠定基础。之后五年，将与来自生命科学的研究人员合作，扩大选定平台的规模，解决当前计算机无法解决的生命科学中的相关问题。诺和诺德基金会表示，量子技术将是个性化医疗到来的关键，因为它可以分析巨大的基因组数据集，增加人类微生物群复杂相互作用的清晰度，或者加速药物发现和新药开发。他们的目标是，量子计算机成为设计新的可持续材料、提供新的节