研究进展

8月16日，全球首家离子阱量子计算上市公司IonQ宣布，推出具有23个算法量子比特的IonQ Aria系统，用户可通过Azure Quantum平台进行访问。这是继2019年推出IonQ Harmony（计算能力从之前的基准#AQ 6提高到#AQ 9，提高了8倍）之后，在Azure Quantum平台推出的第二个量子系统。用户可通过Azure Quantum购买每月订阅，访问IonQ Aria 的客户将获得高级入门、咨询服务和技术支持。关于IonQ成立于2015年的IonQ公司是美国量子计算领域领先的科技公司，其量子计算机IonQ Forte是一系列尖端系统中的最新一代，IonQ Aria系统拥有行业领先的23个算法量子位。IonQ是唯一一家通过Amazon Braket，Microsoft Azure和Google Cloud上的云以及直接API访问获得量子系统的公司。参考资料：https://ionq.com/news/august-16-2022-ionq-2022-aria-azure

8月9日，美国总统拜登签署了《2022年芯片和科学法案》（The CHIPS and Science Act of 2022）法案。新的法案提供合计2241亿美元的支持。其中为美国境内半导体芯片的开发、生产提供了527亿美元资金，为无线供应链创新提供了15亿美元资金，1699亿美元资金分配给美国国家科学基金会（NSF）、商业部、国家标准与技术研究院（NIST）和能源部（DOE），以资助涉及先进研究和创新的各个方面。其中，多个量子相关项目在法案中被提及。1.量子网络基础设施计划（Quantum Network Infrastructure）。该计划将在2023-2007财年每年获得1亿美元，总额为5亿美元，具体包括：将对量子网络设备和方法进行研究，开发量子网络技术的供应链；与量子网络相关的先进科学计算、粒子和核物理以及材料科学的基础研究；开发实验工具和测试平台；研究潜在的量子网络应用。同时，2023-2027财年每年额外拨款1500万美元，总计7500万美元，用于与量子网络、通信和传感方法标准化相关的活动。2.科学和技术量子用户扩展（QUEST）。该计划将为美国境内的研究人员提供访问美国

西班牙光子科学研究所（ICFO）的研究人员通过在玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）中实现Chern-Simons理论的一维约化（手征BF理论），首次实现了拓扑规范场论的量子模拟。该成果于8月10日发表在《自然》杂志上。拓扑规范场论通过有效的弱相互作用模型描述了某些强关联量子系统的低能性质。一个主要的例子是分数量子霍尔效应的Chern–Simons理论，其中任意子激发来自弱相互作用物质粒子与密度相关规范场之间的耦合。分数量子霍尔效应是指在受到非常强磁场作用的二维量子材料中，电子交换的光子表现得好像非常重，只有附着在物质上才可以移动。因此，电子具有非常特殊的性质：它们只能沿着由磁场方向设定的方向流过材料的边缘，并且它们的电荷量明显地变成分数。为了更好地理解这些理论，一种可能性是使用人工和高度可控的量子系统来实现它们，即量子模拟。在过去十年中，量子模拟已被广泛应用于研究量子材料，然而，对规范场论的模拟非常具有挑战性，目前还没有实现对电磁力以外的规范场论的模拟。为了实现拓扑规范场论并在他们的实验中进行模拟，ICFO的研究小组使用了一团冷却到绝对零度以上十亿分之一度的钾原子云。因为钾的一种同位素具有

近日，中国科学技术大学潘建伟、包小辉等，将里德堡相互作用与高效单光子接口技术相结合，首次成功制备基于里德堡超原子的多光子纠缠，为单向量子中继等应用奠定基础。相关研究成果于8月11日发表在《自然·光子学》上。多光子纠缠在量子计算、量子通信以及量子精密测量中有重要应用。以往多光子纠缠的主要制备方式是采用非线性晶体内的参量下转换过程。然而参量过程中，光子是概率产生的，导致其向更多光子拓展时亮度下降较快。采用单量子体系的确定性优点，顺序生成多个关联单光子是制备多光子纠缠的另一重要途径。该方案非常节省实验资源，并且在原理上具有更高的可拓展性。以往实验已在量子点等体系实现该方案的原理性演示，然而在光子数的可拓展性上并未超越传统参量下转换实验。原子系综是量子存储的重要物理体系。通过引入里德堡相互作用，原子系综变为一个超原子，使得确定性的量子态操控成为可能。里德堡超原子同时具有单原子体系与原子系综体系的双重优点，在光子接口、纠缠制备等方面具有优势。图：实验方案示意图为实现基于里德堡超原子的多光子纠缠制备，潘建伟、包小辉研究组近年来发展了超原子与光腔的耦合技术[Optica 9, 853

清华大学交叉信息研究院段路明研究组利用同种离子首次实现了可以相干转换的双重量子比特编码，以克服量子计算过程中多比特之间串扰的影响，该实验验证了在各种量子操控过程中系统的串扰误差均显著低于量子纠错中（例如表面码）所要求的阈值。克服串扰的影响是实现量子纠错和大规模容错量子计算的一个关键要求，段路明研究组的突破为基于离子阱系统的容错量子计算提供了重要工具。该研究成果于8月1日发表在《自然·物理学》杂志上。离子阱系统是实现量子计算和量子网络最有希望的系统之一，对于离子量子计算和量子网络系统，拥有两种相互间无串扰的量子比特类型至关重要：一种比特类型用于计算和存储，称为“数据比特”；另一种比特类型用于测量、协同冷却、离子-光子纠缠等辅助操作，称为“辅助比特”。为了避免在辅助操作过程中辅助比特自发辐射的光子破坏临近的数据比特中储存的量子信息，此前的离子阱量子计算研究需要采用两种不同种类的离子分别担任这两种类型的量子比特。但实现不同种类离子之间的高保真度量子纠缠逻辑门极具挑战，且随着离子阵列规模的扩大，调控两种类型离子的分布及位置并实现协同冷却也愈发困难。为了克服上述困难，段路明研究组在实验上利用同种

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

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