研究进展

日本国立自然科学院分子科学研究所的Kenji Omori等人使用光镊将两个冷却到接近绝对零度的原子分开，并使用10皮秒的特殊激光束进行操作，完成双量子比特门操作仅需6.5纳秒，刷新了2020年由谷歌所创造的15纳秒的世界纪录。该成果于8月8日发表在《自然•光子学》杂志上。量子门是构成量子计算的基本计算元素。它对应于超级计算机等传统经典计算机中的逻辑门，例如AND和OR。单量子比特门可以操纵单个量子比特的状态，双量子比特门可以在两个量子比特之间产生量子纠缠。特别是，双量子比特门是量子计算机高速的源泉，在技术实现上难度更大。一个有代表性的双量子比特门，称为“受控Z门”，其中一个量子比特的状态（“0”或“1”）决定了这个操作将比特的叠加状态从“0”+“1”更改为“0”-“1”。量子门的精度（保真度）容易因外部环境、运行激光器等产生的噪声而降低，给量子计算机开发带来困难。由于噪声的时间尺度一般大于1微秒（百万分之一秒），如果能够实现足够快的量子门，将有可能“完全”避免因噪声而导致的计算精度下降。所以在过去的二十年里，所有的量子计算机硬件都在追求更快的量子门。之前的世界纪录是15 纳秒，这是20

中国科大郭光灿院士团队在光力系统的全光远程同步研究中取得重要进展。该团队董春华教授及其合作者邹长铃等将微腔内的光辐射压力引起的机械振荡加载到泵浦光上，经过5km长的单模光纤传输后激发另一微腔内的机械振荡，通过光学模式和机械模式的有效调控从而实现了两个光力系统的全光远程同步。相关研究成果8月5日发表在Physics Review Letters上，选为“PRL Editors Suggestion”迄今为止，振荡器之间的全光同步距离仅限制在微米量级，这大大限制了同步网络的应用。尽管光力系统将机械振荡器与光子连接起来具有天然优势，但远程光力系统的全光同步实验实现仍然具有挑战性。首先，由于光学模式和机械模式在微腔制备过程和操控中不可避免的涨落，在不同的微腔系统中很难同时实现完全相同的光学和机械模式；其次，在传输过程中，机械振荡的振幅会衰减，必然会产生光损耗，从而限制了同步的距离。研究团队提出了一种新的光力系统全光同步的物理解释，将注入锁定机制与同步机制结合起来，实现了全光远程同步。首先，基于微腔中的热光效应和光弹效应，研究团队实现了最大达5.5nm的光学频移以及0.42MHz的机

8月15日，总部位于伦敦的风险投资公司2xN推出了价值1.2亿美元的基金，以支持整个欧洲的量子计算初创公司。该基金由2xN与红杉资本、A16Z、Kleiner、Founders Fund、Accel、YCombinator和Owl Ventures等共同投资，目标专注于欧洲和美国多达25家的量子初创公司和出行、协作、市场和教育技术领域的早期创业公司。每家公司涉及种子轮到A轮，投资规模从300-500万美元不等。关于2xN2xN由硅谷运营商Lars Fjeldsoe-Nielsen、量子计算企业家和投资者Niels Nielsen创立。该公司曾在2021年以隐身模式推出了其第一支5000万美元的基金，已经对包括霍尼韦尔衍生公司Quantinuum和StudySmarter在内的公司进行了21项投资。资料来源：https://2xn.vc/

中国科大郭光灿院士团队在量子非局域性研究中取得重要进展，该团队李传锋、柳必恒研究组将高维纠缠光子的总体探测效率提升到71.7%，从而实现了无探测漏洞的高维贝尔不等式检验。该成果8月3日发表在国际知名期刊《物理评论快报》上。非局域性是量子力学和量子信息科学的重要基础。随着贝尔不等式的提出，人们可以在实验上检验量子非局域性。由于实验装置的不完美，绝大多数实验都存在漏洞，其中广受关注的漏洞包括探测漏洞和局域性漏洞等。2015年，科学家们首次在二维纠缠体系中同时关闭了探测漏洞和局域性漏洞，并以此为基础发展出了各种设备无关的量子信息任务。相比二维量子纠缠而言，高维量子纠缠在信道容量、安全性及抗噪能力上都具有明显优势，因此实现无漏洞的高维贝尔不等式检验并以此为基础实现设备无关的高维量子信息任务是目前量子信息领域亟需发展的重要方向。近年来李传锋、柳必恒研究组致力于高维量子网络的实验研究，并已取得一系列进展，解决了高维量子纠缠的制备、传输、测量等困难，为实现高维量子网络打下坚实的基础。在本实验中，研究组在高维纠缠光子的探测效率方面取得突破，实现了无探测漏洞的高维贝尔不等式检验。研究组采

科罗拉多州量子计算公司Quantinuum的Eli Chertkov和他的同事仅仅使用了离子阱量子处理器的3到11个量子比特模拟了无限长的、纠缠的类电子粒子链的演变，实现了对全息动力学的基准测试。该方法重复利用量子比特，用量子张量网络态，一类有效压缩量子数据的态，用少量的量子比特模拟无限长的、纠缠的初始态的演变。相关结果表明，张量网络方法与最先进的量子处理器能力相搭配，有望在近期提供一条可行的实现量子计算优势的途径。该研究成果于8月4日发表在《自然•物理学》杂志上。模拟相互作用量子系统的动力学是量子科学中的一个基础问题，是计算材料和微电子器件的电子和光学特性、预测化学反应动力学，甚至揭示早期宇宙发展的基础。量子动力学的早期探索已经对热力学和量子混沌（及其替代方案）的量子基础产生了基本的见解，并揭示了量子多体纠缠结构中引人注目的普遍行为和临界现象。然而，用经典计算机模拟量子动力学也是一个众所周知的难题，通常需要在模拟系统的大小或演化时间上按指数缩放资源。一段时间以来，人们已经知道，量子计算机只能通过多项式缩放资源（量子比特数和电路深度）来模拟量子动力学。因此，量子动力学模拟被广泛认为是首

中国科学技术大学中科院微观磁共振重点实验室彭新华教授、江敏副研究员等在量子精密测量和超越标准模型领域取得重要进展，利用超灵敏量子精密测量技术实现了超越标准模型的新玻色子直接搜寻，质量大于65μeV的轴子观测界限提升国际纪录至少10个数量级。相关研究成果于7月26日以“Limits on Axions and Axionlike Particles within the Axion Window Using a Spin-Based Amplifier”为题发表于国际著名学术期刊《Physical Review Letters》上[Phys. Rev. Lett. 129, 051801 (2022)]。国际知名学术网站Phys.org以“Usingquantum technology to constrain new particles”为题专文报道了该工作。粒子物理标准模型的建立是20世纪物理学取得的最重大成就之一，成功预言希格斯玻色子和W±、Z0玻色子等，极大促进了基础物理学研究。尽管已经取得了巨大的成功，标准模型仍然存在着许多疑难问题，包括强CP问题、中微子振荡、重子不对

近日，中国科学技术大学潘建伟及其同事包小辉、张强等，将长寿命冷原子量子存储技术与量子频率转换技术相结合，采用现场光纤在相距直线距离12.5公里的独立量子存储节点间建立纠缠。相关研究成果以编辑推荐（Editors Suggestion）的形式于7月28日发表在《物理评论快报》上，并被美国物理学会（APS）下属网站Physics以”Distant Memories Entangled”为题报道。量子网络的基本单元是远距离双节点纠缠。通过采用量子存储技术对光子进行存储，将使不同节点间的高效纠缠连接成为可能。构建存储器间纠缠并拓展节点间距一直是量子网络方向的研究热点。已实现的双节点纠缠实验中，最远直线距离仅为1.3公里。2020年中国科大潘建伟团队在此方向取得突破 [Nature 578, 240 (2020)]，将双节点纠缠的光纤链路距离拓展至50公里。然而该实验中，两台量子存储器位于同一间实验室，并未实现长程分离。图：量子存储节点分布示意图为实现长程分离的存储器间纠缠，每个量子存储装置需能够独立操控。在本工作中，节点A位于合肥市创新产业园，节点B位于中国科大东区，二者之间由20

中国科大郭光灿院士团队在量子随机数研究领域取得重要原创性进展。该团队韩正甫教授及其合作者王双、银振强、陈巍等提出了一种新型的半设备无关量子随机数发生器协议并进行了实验验证。该协议即使在光源不可信条件下，也无需对探测设备进行表征，使用日常光源即可快速生成安全的量子随机数。该协议全面地提升了量子随机数发生器的安全性与实用性，为半设备无关量子随机数发生器的实用化奠定了坚实基础。相关研究成果于7月28日以“Certified Randomness from Untrusted Sources and Uncharacterized Measurements”为题在线发表于著名国际学术期刊《Physical Review Letters》上。图1 新型半设备无关量子随机数发生器结构示意图随机数是信息时代的一种重要基础资源。量子随机数发生器基于量子物理原理产生具有内禀随机性的真随机数，为科学仿真、密码学等领域提供了极大的助力。在目前受到广泛关注的量子保密通信中，量子随机数发生器更是其中的关键环节。然而，现实中的量子随机数发生器可能具有的非理想性会破坏随机数的不可预测性和私密性。虽然完全设备

马克斯普朗克量子光学研究所的Garching 团队开发了一种用于分子气体的新型冷却技术，技巧是基于旋转的微波场，这有助于在冷却过程中通过能量屏障阻止分子之间的非弹性碰撞。通过这种方式，他们成功地将钠钾分子气体冷却到绝对零度以上的十亿分之一度，创造了新的低温记录。该研究成果于7月27日发表在《自然》杂志上。超冷极性分子具有强电偶极矩和丰富的内部结构，这使其成为探索奇异量子物质、实施量子信息方案和测试自然界基本对称性的理想构件。实现它们的全部潜力需要将相互作用的分子气体深深地冷却到量子简并态。但主动冷却到量子简并态仍然具有挑战性。超冷分子有效蒸发冷却的主要障碍是它们的快速碰撞损失。即使是名义上对化学反应稳定的分子，当它们到达短程时也会发生非弹性碰撞。最近，通过施加强直流电场并将分子运动限制在二维，有效地防止了沿第三维的吸引碰撞，40K87Rb的分子气体被稳定并蒸发冷却到费米温度以下。对于三维的分子，通过使用特定的直流电场使碰撞分子的旋转状态相互共振，已经证明了碰撞损失的减少。然而，由于弹性-非弹性碰撞比率低，以及初始相位密度相对较低，试图通过碰撞冷却产生极性分子的简并量子气体，到目前为止在

近日，中国科学技术大学潘建伟及其同事张强、徐飞虎等，通过发展设备无关理论协议和构建高效率的光学量子纠缠系统，首次在国际上实验实现了设备无关量子密钥分发（DI-QKD）的原理性演示，相关研究成果以编辑推荐（Editors Suggestion）的形式于7月28日在线发表在《物理评论快报》上，并被美国物理学会（APS）下属网站Physics以”Hiding Secrets Using Quantum Entanglement”为题报道。量子密钥分发（QKD）相比于传统通信协议，能够使得两个远距离的用户之间共享信息理论安全性的密钥，结合一次一密的加密方式，可以确保原理上无条件安全的通信。传统QKD方案通常需要对使用的设备有一定的了解和信任，然而在现实条件下，设备可能存在着某些不完美的特性。这些特性往往会为攻击者提供威胁系统安全的侧信道，造成现实条件下的潜在安全隐患。目前的主要解决方案是对设备进行检测并制定相关标准，从而确保其在现实条件下的安全性[Rev. Mod. Phys. 92, 025002 (2020)]。设备无关量子密钥分发（DI-QKD）基于无漏洞量子力学基础检验，提