前沿动态

D-Wave公司与波士顿大学团队的合作研究表明，D-Wave公司5000量子比特的Advantage量子模拟机在解决自旋玻璃的3D优化问题方面性能明显高于经典系统，该工作展示了了迄今为止最大规模的可编程量子模拟器。该成果于4月19日发表在《自然》杂志上。D-Wave公司生产一类特殊的量子处理器，其系统中的量子比特与Google，IBM等采取的量子比特方案完全不同。D-Wave采用的是“绝热量子计算”方案，其激发的初始态是可编程的，之后系统被静置，量子比特自然退入系统能量最低状态，系统的最终最小能量状态即是一个特定优化问题的解。该方案对量子比特的相干性要求较低，因而较容易扩展到更多的比特数目并进行运算。然而绝热量子计算方案相较于经典计算机的优越性无论从理论上还是实验上都尚待证实。在最近的一项研究中，D-Wave和波士顿大学合作，演示了其5000量子比特的Advantage量子模拟机可以解决自旋玻璃的3D优化问题——一类棘手的优化问题，性能明显高于经典系统。自旋玻璃是磁性合金材料的一种亚稳态。在铁磁性和反铁磁性状态中，磁矩方向（自旋）的分布是长程有序的，而自旋玻璃中的磁矩方向是

4月19日，欧盟出资1900万欧元成立Qu-Pilot项目。该项目将欧洲试点基础设施联合量子技术生产设施，最终目标是加快欧洲量子技术工业创新走向市场，并帮助建立可信赖的供应链。Qu-Pilot项目由来自9个不同国家的21个合作伙伴组成，于2023年4月启动，将运行3.5年。Qu-Pilot项目旨在升级欧洲现有的试验线基础设施，并与欧洲的量子技术硬件行业一起实现产品开发。联合试验线根据欧洲现有和正在开发的试验线分为四个技术平台，主要侧重于超导、光子学、半导体和金刚石技术的四种方法。各种技术平台主要为不同的应用提供解决方案。其中，超导技术是量子器件最成熟的平台之一，超导电路和离子阱是最成熟的量子计算平台，而金刚石平台中的光子学和氮空位（NV）中心在量子通信中占主导地位，金刚石平台也被公认为适合传感的平台。参考资料：https://www.ipms.fraunhofer.de/en/press-media/press/2023/Quantum-Technologies-from-Europe.html

4月18日，加拿大创新、科学和工业部长宣布将向国家量子战略投资近5100万美元，通过加拿大自然科学和工程研究理事会（NSERC）和协作研究和培训经验（CREATE）两大联盟机构资助75名获奖者，旨在解决量子科学中的重要挑战，同时支持量子技术在多个领域的发展，包括量子算法和加密、量子通信、量子计算、量子材料和量子传感。本次投资将通过国内和国际研究合作提高加拿大量子研究能力。具体项目内容包括：（1）量子科研项目。超600万加元授予8个量子科研项目，旨在建立一个或多个科研人员和私营、公共或非营利部门组织的中等规模的国内研究伙伴关系，加强、协调以及扩大加拿大在量子科学和技术方面的研究能力。（2）量子创新创新。超3800万加元授予8个量子创新项目，这些项目将通过协调加拿大区域量子研究和创新中心的学术团队，与联邦实验室在内的各个领域的合作关系，帮助发展量子科学和技术方面的大规模国内研究伙伴关系，并与工业应用和政府需求建立联系。（3）量子国际合作项目。近100万加元授予4个项目，帮助加拿大研究人员建立和发展量子科技领域的国际研究合作项目。（4）CREATE计划。向3个项目团队提供

来自德国汉诺威莱布尼兹大学、荷兰特文特大学和创业公司QuiX Quantum的国际研究团队首次提出并演示了一个完全集成在芯片上的纠缠量子光源。该研究结果于4月17日发表在《自然·光子学》杂志上。在量子网络中，量子光源用于产生光量子比特。近年来，集成光子学已成为一个重要的平台，用于实现和处理紧凑、可扩展的芯片形式的光学纠缠量子态，并应用于远距离量子安全通信、量子信息处理和量子精密测量。然而，迄今为止开发的量子光源都依赖于外部笨重的激光器，实用性较低，可扩展性较差。为了解决这一缺点，实现完全集成的纠缠量子光源可以使量子信息处理的所有阶段都集成在一个芯片上。然而，实用量子光源系统的制造主要面临的技术难点是如何将一个稳定、可调谐的滤波激光器与一个非线性参量纠缠光子源结合起来。该研究团队通过整合激光腔、一个利用游标效应（Vernier effect）的高效可调谐噪声抑制滤波器（55dB），以及通过自发四波混频产生纠缠光子对的非线性微镜，实现了完全集成的量子光源。这项工作的关键是采用了将磷化铟激光器、一个过滤器和氮化硅谐振腔体集成到一块芯片上的“混合技术”。利用该芯片，研究团队实现了电

由德国柏林自由大学、以色列魏茨曼科学研究所、瑞士巴塞尔大学、德国马普所、荷兰拉德布德大学研究人员组成的合作团队利用惰性气体原子对氢气分子离子进行碰撞，提出并验证了一种新的方法来探测近阈值的Feshbach共振态。该工作为共振碰撞动力学的量子态映射提供了新的思路，其成果于4月6日发表在《科学》杂志上。量子效应的出现通常除了要求研究对象尺寸非常小之外，还需要环境对这些物体的影响极低。这个条件在实验中一般体现在实验时间极短，或实验温度接近绝对零度，即零下273.15摄氏度。此时只有少数量子态被占据，整个系统的行为是有序的。随着温度的增高，越来越多被量子力学允许的状态将被占据，量子效应也将在所有状态的统计平均中消失。这种情况下系统的行为更加随机，可以用统计的方法来描述。目前的实验结果表明，即使在最冷的温度下进行原子和分子的碰撞，这种统计行为也可以被观测到。由于很难甚至不可能从原子和分子的测量中得出关于它们相互作用的结论，从而无法在实验测量和理论模型之间建立直接联系。在该工作中，Margulis及其合作者开发了一种方法，通过精度为几开尔文的离子-电子符合速度成像将Feshbach共振

4月3日，欧洲量子旗舰计划启动了新项目“PASQuanS2”(大规模可编程原子量子模拟器)，旨在开发一个能够处理多达10000个中性原子的量子模拟器，在未来七年内进一步改变欧洲可编程量子模拟发展格局。根据欧盟“地平线计划”，欧盟会在未来3.5年内为PASQuans2提供1660万欧元的资金。PASQuans2项目是欧洲量子旗舰计划之前的“PASQuanS”项目（2018-2022）的延续。PASQuanS是一项旨在量子模拟技术和应用领域做出重大贡献的研究工作。该项目将实验小组、理论团队和工业合作伙伴联系起来，扩大了基于原子和离子的量子模拟平台，使其成为迄今为止最先进的量子模拟平台。最初由PASQuanS开始的任务现在由后续项目PASQuanS2继续和扩展。PASQuans2项目由德国马克斯普朗克量子光学研究所牵头，联合了来自奥地利、法国、德国、意大利、斯洛文尼亚和西班牙的25个学术和技术合作伙伴，与研究机构、工业、中小型企业和初创企业以及国际领先专家们组成了一个合作框架伙伴关系，并提出了一个雄心勃勃的七年研究计划：该团队将推进量子模拟相关科学和工业问题的硬件和软件，开发能够

3月27日，加拿大国防部和武装部队（DND / CAF）发布量子科技战略实施计划《Quantum 2030》，该计划是项七年行动计划，旨在确保DND / CAF为开发量子技术在国防和安全方面的颠覆性潜力做好准备。该计划认为，量子技术的潜在军事应用包括：全球定位系统（GPS）无法正常运行时的定位、导航和计时，用于检测化学、生物、放射性和核威胁的传感器，安全通信和密码破译，以及先进材料和医学研究等。对这些量子技术的研究和开发将确保DND / CAF成为量子技术的早期应用者，并保持与盟友合作，持续领先于潜在对手。该战略计划包括了DND/CAF的五项行动呼吁：1.明确在DND / CAF中的量子技术使用者；2.培训工作人员有关量子技术的基本理解与科学素养；3.协调DND/CAF对量子技术领域的投资；4.通过创新计划获得最先进的技术；5.鼓励支持工业界和学术界积极参与。《Quantum 2030》确定了四种有前景的量子技术：量子增强雷达、量子增强型光探测和测距（LiDAR）、用于国防和安全的量子算法、量子网络，并针对这四种量子技术制定了一项包括人才培养、科学开发、

3月9日和13日，由瑞士和中国分别完成的高速量子通信成果先后在线发表在《自然·光子学》（Nature Photonics）杂志上[1, 2]。两项工作的共同特点是都利用了高速的多像素超导条带光子探测器（学术界通常称其为超导纳米线单光子探测器，SNSPD）。而在此前的1月26日，美国喷气推进实验室（JPL）报道了高精度高计数率的多像素新型超导纳米线单光子探测器，发表在《光学》（Optica）杂志上[3]。这些进展表明，超导单光子探测器正在为高速量子通信带来新的突破。瑞士日内瓦大学Hugo Zbinden团队与ID Quantique公司合作，将14根超导纳米线并行，形成光敏面约15微米的SNSPD，该探测器速度比单线条SNSPD计数率快了20倍。利用该高速SNSPD，团队在10公里的光纤上实现了64Mbps（bits per second，每秒比特率）的实时量子密钥成码率。中国科学技术大学潘建伟、徐飞虎等与上海微系统所尤立星等合作，利用8根并行纳米线形成的光敏面约15微米的SNSPD，实现了每秒输入5.5亿个光子的情况下仍能保持62%的探测效率。在此基础上，研究团队在10公里的光

近日，在俞大鹏院士的带领下，依托南方科技大学建设的深圳十大基础研究机构-深圳量子科学与工程研究院、深圳国际量子研究院助理研究员徐源等联合福州大学郑仕标教授、清华大学孙麓岩教授等团队，在基于超导量子线路系统的量子纠错领域取得突破性实验进展。联合研究团队通过实时重复的量子纠错技术延长了量子信息的存储时间，在国际上首次超越盈亏平衡点，展示了量子纠错优势。这一里程碑式的突破代表了迈向实用化可扩展通用量子计算的关键一步，相关研究成果以“Beating the break-even point with a discrete-variable-encoded logical qubit”为题于3月23日在线发表在《自然》杂志上 [Nature (2023)]。虽然基于超导量子线路系统的量子信息处理领域研究近些年发展迅猛，但由于量子计算机体系的错误率远高于经典数字计算机，想要构建具有实用价值的通用量子计算机，量子纠错依然不可或缺，因为量子纠错可以有效地保护量子信息避免受到环境中噪声的干扰。传统的量子纠错方案编码一个逻辑量子比特需要多个冗余的物理比特，不但需要巨大的硬件资源的开销，发生错误的通

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