周报丨美国中小学量子教育步入正轨；多国开展量子卫星项目

光子盒研究院出品

本周头条

今年早些时候，美国希望开展中小学阶段的量子教育，如今终于付诸行动：

美国启动面向中小学生的“国家Q-12教育合作伙伴计划”

美国国家科学基金会（NSF）和白宫科学技术政策办公室（OSTP）以及各类量子计算产学研组织，包括亚马逊网络服务（AWS）、波音公司、谷歌、IBM、洛克希德马丁公司、蒙大拿仪器、微软公司、Rigetti、Zapata、伊利诺伊大学香槟分校，芝加哥大学、APS、IEEE、OSA和SPIE建立了国家Q-12教育合作伙伴关系，旨在传播多样化且公平的量子教育。这项计划的独特之处在于，它专注于为中小学生（K-12）提供量子教育，而不是大学学生。

国家Q-12教育伙伴关系承诺在未来十年内与美国的教育工作者合作，确保一个强大的量子学习环境，该计划内容包括开发量子教育教材教具，以及量子行业就业指导等。

美国国家科学基金会将提供近100万美元的资金来支持该计划。奖励一75万美元，奖励二99996美元，奖励三97718美元。

来源：

http://q12education.org/about

IBM量子教育主管Abe Asfaw博客：“必须重视更多学生群体的量子计算教育”

IBM量子教育主管Abe Asfaw在博客写道，虽然IBM将早期量子技术课程瞄准研究生阶段的物理学生，但它意识到量子计算在实验室和企业中的成功，必须重视更多学生群体的教育。

IBM的量子教育者计划，为教授和学生提供IBM量子计算机及其开发的最新学习资源，帮助他们开始在量子计算机上编程和实验。而与经典计算机上运行的量子仿真器不同，该课程使学生能够理解噪声、量子耦合和其他编程挑战的影响。该项目正在帮助教师准备秋季学期的课程。

量子计算教育工作的另一个重要组成部分是Qiskit全球暑期学校，这是一个为期两周的线上活动，旨在让下一代量子开发者掌握独立编写量子应用程序的知识。帮助那些几乎没有量子计算经验的学生编写量子算法，理解超导器件物理，并使用Qiskit解决量子化学问题。先决条件不多，只需要熟悉矩阵乘法和一些Python编程经验。

来源：

https://www.ibm.com/blogs/research/2020/07/future-quantum-workforce/

此外，量子领域的第一个学士学位出现在了新南威尔士大学：

新南威尔士大学（UNSW）将提供世界上第一个量子工程学士学位

澳大利亚悉尼的新南威尔士大学将提供量子工程学士学位（荣誉学位），该学位将培训高级电子和电信工程专业的学生，专门研究如何设计和控制复杂的量子系统。该学位将涵盖纳米电子学、微波工程和先进传感器、安全通信和计算的量子技术。

此前威斯康星大学麦迪逊分校提供了物理学-量子计算的硕士学位，但UNSW是第一个提供量子技术学士学位的高校。虽然许多早期的量子产业参与者都是拥有物理学博士学位的研究人员，但随着这个产业的扩张，将需要更多的工人来帮助实现这些技术，而不是去研究理论概念。

来源：

https://www.pickr.com.au/news/2020/unsw-offers-world-first-degree-in-quantum-engineering/

也在本周，国内首家量子计算教育科普基地——本源量子计算体验中心在合肥高新区开幕：

本源量子计算体验中心正式开放

本源量子计算体验中心暨量子计算教育科普基地旨在为量子计算相关行业人员与社会大众打造一个科研加科普教育的融合平台，推动量子计算这一前沿技术的普及。未来，体验中心将面向所有希望了解量子计算的公众免费开放。

本源量子计算体验中心是国内首个以量子计算为主题的科普展馆。中心搭建了由本源量子公司自主研发的国内首台超导量子计算机原型机，和国内首台半导体量子计算机原型机。两台原型机计划于今年底接入本源量子云平台，向用户开放。

来源：

https://mp.weixin.qq.com/s/B_CJQUhR6JnBCcPSgF-WoA

中国“墨子号”不再孤单，已经有越来越多国家启动了量子通信卫星项目：

加拿大航天局启动量子通信卫星项目

霍尼韦尔是加拿大航天局量子加密和科学卫星项目QEYSSat的总承包商。该项目的目标是对天基量子密钥分配（QKD）进行测试。双方在2019年签署了一份3000万加元（约2300万美元）的合同。

Loft Orbital是一家专门从事太空基础设施的部署和运营的公司。近期与霍尼韦尔公司签署了合同，负责QEYSSat项目的卫星发射。

Loft Orbital公司在新闻发布会上说，QEYSSat将使用Blue Canyon Technologies提供的FlexBus平台，用于100公斤级小型卫星。这颗卫星预计将在18至24个月内发射升空。QEYSSat将通过光学地面站接收量子密钥，验证密钥，并将其传输到另一个地面站。

来源：

https://spacenews.com/loft-orbital-to-fly-canadian-quantum-communications-satellite/

SpooQy-1演示了量子纠缠，打开了量子互联网的大门

由新加坡发射的量子通信卫星SpooQy-1已成功演示了轨道上的量子纠缠。量子纠缠是各种量子通信应用的基础。利用蓝色激光二极管和非线性晶体，SpooQy-1在两个硼酸钡晶体中产生了对纠缠光子。这是在一个不到8×4英寸只有5磅重的卫星上实现的。

新加坡国立大学（National University of Singapore）物理学家Aitor Villar说，未来他们的系统可能成为全球量子网络的一部分，向地球或其他航天器上的接收器传输量子信号。

来源：

https://www.engineering.com/AdvancedManufacturing/ArticleID/20488/SpooQy-1-Miniature-Satellite-Studies-Quantum-Physics-in-Orbit.aspx

美国太空与导弹防御司令部技术中心进行量子实验

美国太空和导弹防御司令部（SMDC）技术中心正在进行量子实验。

据技术中心量子纠缠和空间技术实验室首席研究员Travis Taylor介绍，SMDC将打造一支在开发小型卫星安全通信和量子传感技术方面具有实践经验的员工队伍。终极目标是使用量子密钥分发（QKD）来测量光子信息组件在太空环境应用中的性能。

来源：

https://www.theredstonerocket.com/special_reports/article_efde37be-d1b4-11ea-8004-9fc0d9f7246b.html

商业动态

Rigetti宣布完成7900万美元的新一轮融资

正在挑战IBM、微软、谷歌和D-Wave等行业重量级企业的量子计算公司Rigetti Computing本周宣布，已完成7900万美元的新一轮融资。

这一轮由贝塞默风险投资公司（Bessemer Venture Partners）牵头，Franklin Templeton、Aluminal Ventures Group、DCVC、EDBI、Morpheus Ventures和Northgate Capital参与。Bessemer的Tomer Diari和Veritas Software的前CEO Mark Leslie将加入公司董事会。

今年早些时候美国证券交易委员会（SEC）提交了Form D，金额为7100万美元，显然Rigetti在过去几个月里为这一轮获得了800万美元的额外投资。

“这一轮融资使我们离量子优势（Quantum Advantage）又近了一步，”Rigetti创始人兼首席执行官Chad Rigetti表示。

来源：

http://www.globenewswire.com/news-release/2020/08/04/2072699/0/en/Bessemer-Leads-79M-Series-C-Round-of-Rigetti-Computing-to-Advance-Practical-Quantum-Computing.html

IBM和东京大学在日本成立量子创新计划联盟

IBM与东京大学在日本宣布成立量子创新计划联盟（QIIC），开展里程碑意义的合作。此举是拓展2019年12月日本政府与IBM签订的《量子伙伴关系计划》。QIIC旨在加速行业、学术界和政府之间的合作，以提升日本在量子科学，商业和教育领域的地位。

QIIC总部位于东京大学，通过举办研讨会、讲习班和其他各类活动，QIIC将加深量子领域内高材生、教研人员和从业者之间的研究合作，在日本培育量子新商机。联盟成员还包括庆应义塾大学、东芝、日立、瑞穗银行、三菱日联、JSR、迪爱生、丰田、三菱化学和IBM日本公司。

作为IBM Q Network的成员，QIIC将获得IBM的专业知识和资源、云开发环境，以及基于云访问IBM量子计算中心，包括其最先进的量子计算系统。IBM将于2021年在日本安装一台IBM Q System One，该系统将成为日本的第一台量子计算机系统。

来源：

https://newsroom.ibm.com/2020-07-30-IBM-and-the-University-of-Tokyo-Unveil-the-Quantum-Innovation-Initiative-Consortium-to-Accelerate-Japans-Quantum-Research-and-Development-Leadership

微软正在开发最先进的算法来加速量子计算机应对气候变化的路径

著名科学家Matthias Troyer撰写了一篇微软博客。他表示，微软已经开始在化学中创造量子计算机的应用，它们可以帮助解决迄今为止世界上最大的挑战之一：气候变化。

微软量子研究人员与苏黎世ETH的研究人员合作开发了一种新的量子算法来模拟催化过程。在气候变化的背景下，一个目标将是找到一种有效的固定碳催化剂，即通过将二氧化碳转化为有价值的化学物质来减少二氧化碳的过程。

一个关键发现是，在容错量子计算机上实现他们的算法所需的资源比目前最先进的算法低10倍以上。这些改进大大减少了量子计算机在化学领域进行极具挑战性的计算所需的时间。

这篇文章中的研究证明了量子计算正在迅速发展，微软的算法比他们三年前创造的算法快10000倍。

来源：

https://www.microsoft.com/en-us/research/blog/state-of-the-art-algorithm-accelerates-path-for-quantum-computers-to-address-climate-change/

国家战略

亚利桑那大学从美国国家科学基金会（NSF）获得2600万美元的资助

亚利桑那大学将获得NSF提供的初始5年期2600万美元的拨款以及额外的5年期2460万美元的期权，与核心合作伙伴哈佛大学、麻省理工学院和耶鲁大学一起，建立并领导一个新的国家科学基金会工程研究中心——量子网络中心（Center for Quantum Networks）。

亚利桑那大学校长Robert C. Robbins说：“亚利桑那大学很幸运地吸引了量子光学、材料和信息科学领域的关键人才。”“看到我们校园内深厚的合作文化使我们能够与全国各地令人惊叹的机构合作，领导这一极其雄心勃勃的项目，是令人欣慰的。”

来源：

https://news.arizona.edu/story/university-arizona-awarded-26m-architect-quantum-internet

日本政府采取措施应对外国干涉科研的风险，事关量子计算

日本政府正考虑制定更严厉的规定，以应对外国干涉科研的风险，比如对留学生和研究人员的签证申请进行更彻底的审查，并要求各机构申报外国收入来源。

上个月，日本内阁批准了2020年创新战略，要求政府机构、研究机构和企业围绕科研诚信和利益冲突加强行为准则，防止与国家安全相关的敏感研究和技术外流，如量子计算，人工智能与半导体制造。该战略还建议，政府机构应考虑向未申报外国收入的机构扣留资金。

东京国立政策研究所（GRIPS）的科学政策分析员Atsushi Sunami表示，日本政府在加强其科研诚信准则和维护与美国的科学关系方面感到压力。他说：“当美国和其他西方国家开始谈论这些问题时，日本自然也会更清楚地解决这些问题。”

来源：

https://www.nature.com/articles/d41586-020-02273-w

Sandia国家实验室研究员Kevin Young获得DOE奖励以改进量子信息处理器

Kevin Young入选美国能源部（DOE）科学办公室的早期职业研究计划，获得一笔赠款，用于改善现代量子信息处理器的性能。Young是Sandia量子性能实验室的领导者之一，主要从事量子计算机的建模、评估和性能改进方面的研究。他的获奖提案的题目是“量子性能增强”

Sandia国家实验室的Young是全美76名获得该奖项的研究人员之一，也是来自该实验室的26名同事中的一员，其中包括在3个国家核安全管理局实验室工作的3名同事。

来源：

https://www.hpcwire.com/off-the-wire/sandia-researcher-to-improve-quantum-information-processors/

国际光学工程学会和格拉斯哥大学成立量子光子学早期职业研究员加速器基金

位于美国的国际光学工程学会（SPIE）和英国格拉斯哥大学宣布成立量子光子学领域SPIE早期职业研究员加速器基金。SPIE和格拉斯哥大学分别出资50万美元，支持在量子光子学领域工作的不同的研究生群体。

该基金将在该大学设立两个新项目：一名年度的SPIE早期职业量子光子学研究员奖学金将授予一名正在完成学业的格拉斯哥优秀研究生。作为与全球领先的量子光子学研究小组持续合作的一部分，SPIE全球早期职业研究计划还将每年选择几名大学早期职业研究人员与来自外部实验室的同行进行为期6个月的共享项目。

来源：

https://optics.org/news/11/7/46

科技前沿

IBM研究人员意外地揭示了新的量子优势证据

IBM量子计算部门Sergey Bravyi领导的研究团队在进行一项研究时，原本目标是研究Clifford 群的结构特性，却意外的发现了新的量子优势，通过数学证明，在某些用例中，量子计算机的阈值超过了经典计算机。

该研究的预印本发布在arXiv上，论文展示了已知最小的计算下，对各自线路中的2（量子）比特门（量子计算与经典计算分别对应了量子比特和比特）进行计算，量子方法相较于经典的可逆计算机，其效率更高。这被称为白盒（White Box）量子优势。

“白盒”相较于“黑盒（Black Box）”式的量子优势，区别在于，黑盒不了解内部工作原理，而白盒是显式线路。黑盒算法通常涉及到发现由给定黑盒计算的函数的属性。

来源：

https://www.ibm.com/blogs/research/2020/08/quantum-conundrum-unexpected-quantum-advantage/

美国陆军通过新的研究帮助发展混合量子计算

美国陆军和马里兰大学的研究人员第一次证明了囚禁离子系统和中性原子系统的光子之间的双光子干涉是可能的。有助于加快未来量子计算机的进程。

当两个相同的光子从不同的输入端口进入分束器，但它们通过同一个端口退出时，就会发生双光子干涉，也称为Hong-Ou-Mandel效应。美国陆军作战能力发展司令部陆军研究实验室的物理学家Qudsia Sara Quraishi博士解释说：“被捕获的离子具有报道中最高的保真度量子操作，中性原子在操纵携带量子信息的光子方面表现出色。”

研究人员称，通过与囚禁离子系统以及中性原子系统合作，未来的量子网络将受益。

来源：

https://interestingengineering.com/us-army-helps-develop-hybrid-quantum-computing-with-new-research

英国量子技术中心开发的超表面光学芯片可以扩大量子传感器的使用范围

伯明翰大学领导的英国量子技术中心开发了一种超表面光学芯片，可以扩大量子传感系统的使用范围。

据伯明翰大学称，研究人员采用了一种新方法，能够缩小量子传感器的尺寸。小型化仪器的一个关键挑战是减少激光束所需的空间，激光束通常需要以一定角度排列成三对。激光通过向运动中的原子发射光子来冷却原子，降低其动量并使其冷却。

这项研究是由伯明翰大学、中国南方科技大学与德国帕德伯恩大学领导的一个国际团队合作进行的。他们的研究结果发表在《科学进展》上。

新的发现显示了一种新技术可以用来减少激光传送系统所需的空间。该方法使用可用于控制的光学超曲面设备浅色。

来源：

https://www.theengineer.co.uk/quantum-sensing-systems-metasurface-optical-chip/

南非研究人员展示了在多方之间共享秘密的量子协议

南非威特沃特斯兰德大学（University of the Witwatersrand）的研究人员展示了一种创纪录的量子协议，可以在多方之间共享秘密。这个团队创造了一个11维的量子态，并用它在10个小组之间共享一个秘密。

通过Quantum tricks，只有当双方相互信任时秘密才能被解开。这项工作为状态的维度（影响秘密的大小）以及共享秘密的各方数量创造了新的记录，是在量子网络中跨多个节点安全地分发信息的重要一步。

利用结构光作为量子光子态，研究人员展示了如何将信息从一个发送者分发给10个参与者。然后，通过使用一些巧妙的量子技巧，他们可以设计协议，这样只有当双方相互信任时，秘密才能被泄露。

来源：

https://www.sciencedaily.com/releases/2020/07/200731102631.htm

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1930年秋，第六届索尔维会议在布鲁塞尔召开。早有准备的爱因斯坦在会上向玻尔提出了他的著名的思想实验——“光子盒”，公众号名称正源于此。