前沿动态

10月18日消息，美国将与瑞士签署一项协议，以支持双方在量子信息科学研究和技术开发方面的国际合作。瑞士国家教育、研究和创新秘书处（SERI）高级官员将于10月19日赴美签署该项协议。两国早在2009年签署了科技合作协议。瑞士国家教育、研究和创新秘书处（SERI）发言人Martin Fischer说：“我们的目标是加强美国和瑞士之间由来已久的合作，将进一步寻求促进双边研究项目的机会。”瑞士是利用量子技术确保投票完整性的先驱。2007年，瑞士日内瓦州部署了一个由瑞士科技公司ID Quantique SA开发的量子密钥分发系统来保证选举顺利进行。美国公司也在瑞士进行量子研究，其中IBM在苏黎世运营其12个全球研究实验室之一，并与苏黎世联邦理工学院和瑞士政府建立了为期十年的战略合作伙伴关系。资料来源：https://www.bnnbloomberg.ca/us-switzerland-plan-new-cooperation-on-quantum-computing-1.1834326

7月27日，量子计算公司Multiverse Computing与全球最大汽车零部件供应商之一博世集团宣布合作开展量子数字孪生计划。Multiverse将在博世集团实施基于量子的优化算法，利用数据来评估单个设备的性能以及更广泛的生产过程，加强质量控制并提高整体效率，包括能源和废物管理，为全球多家原始设备制造商提供尖端的电子元件。博世马德里工厂技术副总裁Carlos Conde说，“与Multiverse的合作重点是通过研究量子和量子启发的机器学习工具及其使用，来提高工厂的生产力和竞争力，这符合博世集团的全球智能工厂战略”。两家公司预计将于今年末在马德里工厂开发和实施定制的量子和量子启发算法，并尝试整合到博世制造工厂的生产环境中。这是量子计算与数字孪生的首批应用之一，量子计算也将越来越多地为各行业的企业提供更优的解决方案。Multiverse Computing是一家西班牙量子软件公司，致力于运用量子技术解决金融领域的复杂问题，其旗舰产品Singularity允许各行各业的专业人士利用通用量子计算软件工具解决行业难题。该公司为金融、能源、生命科学和工业4.0等领域的公司提供服务。参考资料

英国牛津大学、德国慕尼黑大学的团队分别独立进行了与设备无关量子密钥分发（DI-QKD）技术的实验演示，两项实验证明DI-QKD消除了设备带来的安全风险，使量子加密技术离实际安全性又近了一步。相关研究成果均于7月27日发表在《自然》[1,2]杂志上。20世纪80年代，物理学家开始提出基于量子的加密方法，这些方法利用了量子系统的一个特殊性：对这些系统的测量本质上改变了系统的属性。具体来说，这些协议涉及到对量子的连续测量，其统计数据应该会暴露出任何窃听者。然而，真实的设备与数学模型是不同的，如果不完全了解这种差异，可能会给攻击留下后门。研究人员一直在努力建造能够完全按照协议规定工作的设备。2007年，瑞士政府使用ID Quantique的量子加密设备来确保其国家选举中的投票。但到了2010年，两个研究小组利用ID Quantique设备的操作与理论描述之间的差异，成功入侵了该设备。例如，一个团队利用机器产生连续光子的时间间隙，在Alice和Bob都没有注意到的情况下截获了一个加密密钥，而理论上要求连续光子的产生是没有延迟的。在任何一个密码系统，每个需要被信任的模块都可能留下被黑客入侵的后门。

2021年6月，奥地利联邦政府启动了“量子奥地利”（Quantum Austria）项目，该项目由奥地利联邦教育、科学与研究部（BMBWF）资助，资助金融为1.07亿欧元，并由奥地利科研促进署（FFG）和奥地利科学基金会（FWF）共同管理。2022年7月12日消息，FFG的第一次申请征集已有27个项目提案提交，申请总资金额为8470万欧元；投标的资金3920万欧元。其中第一个获得批准的项目是“MUSICA”（奥地利多站点计算机）项目提案，资金数额为2000万欧元。在维也纳科学集群财团领导下的该合作项目，旨在未来几年在奥地利的高性能计算领域建立一个强大的额外研究基础设施。将此HPC基础设施与量子计算机相结合是资助计划的目标之一，该项目为此提供了重要基础。参考资料：https://science.apa.at/power-search/412490101313780715

7月17日消息，以色列政府宣布成立量子计算研发中心，该项目的总预算为1亿新谢克尔（2900万美元），将由以色列创新局在三年内支付。创新局建立该中心为量子计算机的控制和操作创建硬件和软件解决方案，它将为以色列的工业界和学术界提供全栈量子计算机的访问权限。中心将专注于三种不同量子计算技术路线（超导量子比特、囚禁离子和光量子）的所有硬件和软件层。以色列创新局主席Ami Appelbaum博士表示，该中心将根据技术需求提供服务，使以色列工业界和学术界能够获得研发基础设施，从而跨越式地推进行业现有的技术创新。该中心是对以色列现有战略性市场动荡的解决方案，也是当局使该行业在突破性和颠覆性技术前沿保持领先地位的政策的一部分。参考资料：https://nocamels.com/2022/07/world-first-quantum-computing-center/

7月12日至14日，美国第四届年度量子信息科学研讨会（Q4I）在纽约市中心的Innovare促进中心举办，旨在建立一个由政府、学术和行业合作者组成的全球互联的开放生态系统，进一步塑造量子创新的未来。Q4I会议由美国空军研究实验室（AFRL）和空军科学研究办公室主办，纽约州技术企业公司（NYSTEC）和纽约州立大学合作参与。会议有两位主旨发言人，第一位是杜克大学电气与计算机工程、物理和计算机科学教授Jungsang Kim博士，他在基础量子计算技术前沿牵头组织了多项合作研发项目，是IonQ的联合创始人兼首席技术官。第二位是QuTech的量子网络工程师Wojciech Kozlowski博士，他曾牵头开展了量子网络软件堆栈工程和全栈集成工作。活动参与者听取了从事量子信息科学的领导者、顶级研究人员、行业高管、高等教育领导者和学生的意见。此外，与来自NASA、IBM、Google、Rigetti、Honeywell、纽约州立大学理工学院、康奈尔大学、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校、代尔夫特理工大学等的行业领导者一起体验了专注于量子网络和计算的技术分组会议。Q4I的量子网络和计算研讨会

清华大学交叉信息研究院邓东灵研究组与浙江大学物理学院王震、王浩华研究组、马里兰大学的Alexey V. Gorshkov、爱荷华州立大学Thomas Iadecola教授以及科罗拉多矿业大学龚哲轩教授等合作，在超导系统中首次实验实现了拓扑时间晶体的全数字化量子模拟。该成果论文于7月20日以research article的形式发表在《自然》杂志上。时间晶体的概念最早由诺贝尔物理学奖得主Frank Wilczek教授于2012年提出。我们日常熟悉的晶体，如钻石、石英等，构成它们的原子在空间上周期排列，破坏了连续的空间平移对称性。时间晶体就是把“晶体”的特征拓展到时间维度，即系统的某些特性在时间上呈周期性重复，破坏了时间的平移对称性。而拓扑时间晶体由于具有特殊的拓扑性质，其时间平移对称性破缺只发生在系统边界。时间晶体的研究具有重要的基础理论意义和潜在的应用价值。自这一概念被提出以来，时间晶体在理论和实验上都取得了重要的进展。理论方面，科学家提出了离散时间晶体的概念，并阐明了如何在周期驱动的量子多体局域化系统中实现时间晶体。实验方面，国际上分别有研究团队在离子阱、金刚石色心、核磁共振、冷原子

奥地利因斯布鲁克大学的Thomas Monz等人利用40Ca+离子阱链的天然多能级结构演示了一个通用的qudit（quantum digit）离子阱量子处理器，具有接近量子比特（qubit）处理器的性能，将有望对高维量子系统进行本地模拟，并更有效地实现部分量子算法。该研究成果于7月21日发表在《自然•物理学》杂志上。几十年来二进制信息处理一直作为经典信息学领域的基本范式。量子信息处理（QIP）同样也在此范式上成功地建立了丰硕成果。量子比特（qubit），就像它们的经典对应物一样，是利用二能级系统编码|0⟩和|1⟩。然而，底层物理系统几乎总是由更高维的希尔伯特空间组成。人们往往需要刻意地对物理系统加以限制以适应二进制范式，因此脱离二进制范式而利用物理系统的多级结构编码的qudit有望为QIP提供一个强大的资源。与量子比特相比，qudit具有非平凡相干性，可用于量子传感，同时也具有更丰富的纠缠结构，这是量子比特无法复制的。尽管两能级叠加态足以进行相位估计和通用量子计算，但涉及多个相位偏移的分辨或多参数信号的估计的任务必然需要多级系统。另一方面，多能级系统的量子纠缠资源不仅能够增加我们对量子

7月21日，塞浦路斯研究部副部长发布声明表示，将集资750万欧元建设该国第一个国家量子通信网络，其中375万欧元已由电子通信部牵头的财团向欧盟申请获得，由欧盟的数字欧洲计划（DIGITAL）提供。DIGITAL专注于为企业、公民和公共管理部门提供数字技术，包括为超级计算、人工智能、网络安全、高级数字技能、数字技术应用等五个关键领域的项目提供战略资金。该项目被称为“CyQCI”，将在塞浦路斯创建一个基于量子密钥分发的先进实验性光网络，并将网络与欧洲量子通信网络互连，在整个欧盟范围内开发一个量子安全的跨欧洲网络，从而实现该国公众、学术和产业最终用户之间高度安全的信息传输。参考资料：https://cyprus-mail.com/2022/07/21/cyprus-secures-e3-75m-for-first-national-quantum-communications-network/

Flatiron 研究所的Dumitrescu等人使用可编程的离子阱量子处理器，将量子比特用基于斐波那契数列的准周期激光脉冲激发，创造了一种前所未有的物质相，带来了一种不易出错的量子信息存储方式。该研究成果于7月20日发表在《自然》杂志上。该团队使用的是由10个囚禁在离子阱中的镱离子构建的量子处理器，每个离子可以使用激光脉冲进行单独操控，可以编码一个量子比特。为提高量子比特的相干时间，通常可以用周期性的激光脉冲调控离子以增加时间对称性。该团队则是通过使用有序但不重复的激光脉冲，使离子的时间对称性达到两种。以其他有序但不重复的东西为例：准晶。典型的晶体具有规则的重复结构，例如蜂窝状六边形。准晶仍然是有序的，但其模式却永远不会重复。准晶就像从更高维度投射或压扁到更低维度的晶体。这些更高维度甚至可以超出三维。例如，二维Penrose拼接是5维晶格的投影切片。Dumitrescu等人在2018年便提出在时间而非空间维度创造准晶。周期性激光脉冲是交替发射，而研究人员则创建了基于斐波那契数列的准周期性激光脉冲方案。在这样的序列中，序列的每一部分都是前两部分的总和，这样的排列，就像准晶一样，是有序但