前沿动态

超导处理器中的量子信息存储为低能量微波光子，但如果要在长距离上传输这些信息以构建量子信息处理网络，则需要将低能量光子转换为更高能量的可以在光纤中传输的光子。美国芝加哥大学与斯坦福大学组成的联合研究团队在低温（5K）环境下，将85Rb冷原子系综同时与三维超导谐振器和振动抑制光腔耦合，展示了利用激光冷却的铷原子实现低能量和高能量光子之间的转换。该转换器若与超导量子比特相结合，将构成一个完整的量子网络平台。该成果于3月22日发表在《自然》杂志上。量子比特（Qubits）是量子信息的基本单位。它们被编码在物理系统中，如光子、原子和离子的量子态。在超导量子计算平台中，量子比特经常被编码在具有低能量、厘米级波长的微波光子上。尽管这些量子比特可被局域地操纵，但在室温下难以进行远距离信息传输。这是由于，室温环境的热辐射中存在着丰富的低能量光子，导致携带量子信息的光子无法与热背景噪声光子区分出来。而波长在可见光和近红外范围内的光子则没有这样的问题，因为它们具有更高的能量，可在光纤中携带信息进行长距离传输，且信息损耗最低。在低能量和高能量的光子之间转换量子信息便是建立量子计算网络的关键。利用缀

由澳大利亚悉尼大学和瑞士巴塞尔大学联合主导的研究团队首次演示了对具有高度关联性的少量相互作用光子态的操纵和识别。该成果于3月20日发表在《自然·物理学》杂志上。一个多世纪前，通过观察光与物质的相互作用，科学家们发现光不是一束粒子，也不是能量波，而是同时表现出这两种特性，被称为波粒二象性。由于其强大的实际应用，科学家们一直致力于研究光与物质相互作用的方式。另一方面，爱因斯坦于1916年提出受激辐射理论，为激光的发明奠定了基础，使人们对光的研究进入新的阶段。当今社会许许多多现代技术均依赖于对光的操控，尤其是通信方面，因为光子之间不易相互影响，这为近乎无失真的光速信息传输提供了可能。然而，人们有时还是希望光能够相互作用，比如光学干涉仪可用来测量距离的微小变化，这些测量工具现在很常见，无论是在先进的医学成像中，还是食品质量检验，或者引力波的探测，但量子力学定律在测量的灵敏度和测量设备中的平均光子数量之间设定了一系列限制。悉尼大学和巴塞尔大学的联合研究团队恰好利用了光学非线性过程实现了光子之间的相互作用。为此，他们选择了一个与光学谐振腔耦合的半导体量子点，即人造原子作为实验系统。关于

3月14日，英国科学、技术与创新部发布《国家量子战略》（National Quantum Strategy），将量子技术确定为未来十年保障英国繁荣和安全的重中之重，并为英国国家量子科技计划（National Quantum Technologies Programme ，NQTP）提供了十年愿景和扩展行动计划。该行动计划分为两个五年阶段进行，将在2024年至2034年提供25亿英镑的政府投资，并吸引至少10亿英镑的额外私人投资。该行动计划将促进量子技术领域多方面发展，包括支持建立研究中心、量子网络加速器计划、培训和人才计划、合作研发项目以及基础设施投资等。新成立的科学、创新与技术部（DSIT）部长Michelle Donelan MP表示：“2023年，英国政府成立了科学、创新与技术部（DSIT），旨在推动实现英国成为世界上最具创新性的经济体和科技超级大国的使命。2014年，英国实施了世界上首个国家量子技术计划，高度协作的量子经济体反映了十年前的远见卓识。目前，英国在量子技术方面拥有（部分）世界领先的优势，新的十年计划将进一步资助量子前沿研究，支持发展不断扩大的量子部门，为更广

3月17日，美国国家航空航天局（NASA）宣布创建两个新的空间技术研究所，以开发工程和气候关键研究领域的技术，其中的Quantum Pathways Institute（QPI）将专注于支持气候相关研究的量子传感技术。每个研究所将在五年内获得1500万美元的资助。QPI由德克萨斯大学奥斯汀分校管理，该研究所将聚焦太空飞行任务，致力于开发满足下一代科学需求的高精度量子传感器。该研究所的合作伙伴包括科罗拉多大学博尔德分校、加州大学圣巴巴拉分校、加州理工学院，以及美国国家标准与技术研究院NIST。参考资料：https://www.nasa.gov/press-release/nasa-awards-advance-3d-printing-quantum-tech-for-climate-research

3月6日，英国首相兼技术大臣公布英国新的政府计划“科学超级大国蓝图”，目标是推动英国在2030年成为科技超级大国。新蓝图是英国新成立的科学、创新和技术部的第一项主要工作，包括了十项关键行动和八项一揽子计划，政府将耗资超3.7亿英镑支持这些措施，推动从量子科技、超级计算到人工智能技术等的基础设施、投资和人才的发展。新计划的十个关键行动：1.识别、追求和实现对实现英国目标最关键的技术的战略优势。2.在国内外展示英国的科技实力和雄心，以吸引人才、投资并提升英国的全球影响力3.促进私人和公共对研发的投资，以促进经济增长和提高生产力4.建立在英国已经令人羡慕的人才和技能基础之上5.为创新科技初创企业和公司提供融资6.利用英国政府的购买力，通过公共部门采购促进创新和增长7.通过战略性国际参与、外交和伙伴关系塑造全球科技格局8.确保研究人员能够获得用于研发的最佳物理和数字基础设施，从而吸引人才、投资和发现9.利用脱欧后的自由制定世界领先的支持创新的法规并影响全球技术标准10.在整个英国公共部门营造一种支持创新的文化，以改善公共服务的运行方式，以推动科学和技

奥地利因斯布鲁克大学研究团队利用离子阱囚禁冷却氘,首次在实验中观察到了化学反应中的量子力学隧穿效应。该成果可作为分子理论的一个基准，推进对基本碰撞过程的理解。该成果于3月1日发表在《自然》杂志上。量子隧穿效应至关重要，尤其对于那些经典物理学中被能量禁止的过程。然而，隧穿效应又是很难预测的。由于量子动力学的高维特征，这种效应在理论上的计算非常困难，在实验中也很难被发现。目前，可以在忽略量子效应的前提下用经典理论来模拟这些反应，但这种经典描述只能提供近似值，很难确定其极限在哪里。因斯布鲁克大学离子物理和应用物理系的Roland Wester长期以来一直想探索这一前沿领域。他表示：“这个实验需要非常精确的测量，且仍可以用量子力学描述。”15年前Wester在美国的一次会议上与一位同事通过谈话产生了该实验的想法，他想在一个非常简单的反应中追踪量子力学隧穿效应。Wester的团队选择了氢，即宇宙中最简单的元素作为他们的实验对象。他们将氘­——一种氢的同位素——引入到一个离子阱中将其冷却，然后再用氢气填充该阱。由于温度非常低，带负电荷的氘离子缺乏以常规方式与氢分子反应的能量。然而，在非

3月初，欧洲量子技术旗舰推出欧洲量子计算机项目OpenSuperQPlus（开放超导量子计算机），该项目是OpenSuperQ项目增强版，并聚集了OpenSuperQ项目大部分团队以及新的合作伙伴，包括荷兰、法国、芬兰、德国、匈牙利和瑞典以及全栈量子计算初创公司和该领域的许多其他关键参与者。由尤利希研究中心协调的后续项目涉及来自10个国家的28个合作伙伴。该团队已经形成了一个框架伙伴关系，和为期七年的项目议程，目标是建立一个1000量子位的量子计算系统。目前正在启动项目第一阶段OpenSuperQPlus 000，一方面开发用于评估硬件和软件的系统，另一方面开发面向用户的100量子比特系统，用于未来3年内的第一个量子应用。未来项目的第二阶段，还将研究量子计算系统所需的关键组件和技术。OpenSuperQPlus将由欧盟资助，其中2000万欧元来自地平线欧洲框架计划中。与其前身项目OpenSuperQ一样，该项目在OpenSuperQPlus框架内的延续旨在实现欧洲制造的多功能量子计算机，将用于在化学工业、材料科学和机器学习中应用的量子模拟特殊用例。参考资料：https://

近日，谷歌Quantum AI团队分别使用17和49个物理量子比特来构建码距为3和5的逻辑量子比特，演示了逻辑错误率随着纠错规模的增加而降低，将可扩展量子纠错往前推进重要一步。该成果于2月22日发表在《自然》杂志上。任何计算过程都会遇到错误，因此量子纠错是构造具有实用价值的量子计算机必不可少的一步。经典计算机可以利用冗余编码将比特中的信息进行复制，以探测并纠正少数比特发生的错误。类似地，量子计算机也可以通过引入更多量子比特构建量子纠错码，来实现错误的探测和纠正。谷歌Quantum AI团队所使用的纠错码方案是表面码（surface code）。表面码由于容错阈值高、且与二维网格结构完美兼容，被认为是最有潜力和实用价值的量子纠错码方案之一。在该项工作中，研究人员一方面进一步提升了量子处理器的性能，实现了保真度约为0.999、0.994和0.98的单比特门、两比特CZ门和读取，以及保真度为0.998的reset操作；另一方面，也开发了一系列模拟器和解码器，包括基于张量网络的近似极大似然解码器、可用于模拟态泄露和串扰的问题的Pauli模拟器，以及发展了一套逻辑错误率各成分影响分析

以色列魏茨曼科学研究所的研究团队利用电子的波粒二象性，在扭曲双层石墨烯系统中展示了一种概念上的新型扫描探针显微镜，即量子扭转显微镜（quantum twisting microscope，QTM）。这种显微镜可以在创造新型量子材料的同时作为探测其电子的最基本量子性质的新型工具，有望为量子材料的新型实验开辟道路。该成果于2月22日发表在《自然》杂志上。2018年，科学家们发现将两片单原子厚的碳（即石墨烯）相对彼此扭转某一特定角度（魔角）时即可观察到该系统可以无电阻地导电。这个扭转角随后被证明是控制电子行为的最关键参数。仅仅改变一个非常小的角度，就可以将材料从一个特异性超导体转变为一个非常规绝缘体。然而，尽管它很关键，这个参数在实验中是最难控制的，因为扭曲双层石墨烯的稳定性远低于结构完全对齐的石墨烯。为此，魏茨曼科学研究所的研究团队开发了量子扭转显微镜。具体而言，他们先制造了一个由铂金制成的金字塔形AFM针尖，在其上沉积了石墨和氮化硼，最后在这个针尖上覆盖了一层石墨烯。将针尖安装在原子力显微镜上，使石墨烯与另一层石墨烯接触，而该石墨烯层则被放置在一个角度旋转器上，用来控制层间的

2月21日，SK电讯在全球移动通信展览会MWC（2023）上发布了量子密码学芯片，展示了集成量子随机数生成功能和加密通信功能的新一代安全芯片。该芯片由SK Square的子公司IDQ和韩国安全公司KCS合作开发的。这种超轻、低功耗的芯片具备基于量子的加密密钥生成技术和物理不可克隆函数（PUF）技术，为基于物联网（IoT）的产品和设备提供安全功能。SK电讯称，新芯片的最大优势是其强大的安全性，该产品目前正在申请韩国国家情报局安全认证，以推向国防安全市场。同时，新芯片的另一优势是其成本比购买一个量子随机数生成器芯片和一个加密通信芯片低30%；此外，与安装了两个芯片的电路板相比，该芯片可以将电路板的尺寸减少20%。参考资料：http://www.businesskorea.co.kr/news/articleView.html?idxno=109749