周报丨美国7亿美元加码量子技术；科技巨头们亮出“杀手锏”

光子盒研究院出品

本周头条

白宫提议在2021财年增加约20％的量子技术研发资金

在白宫科技政策办公室（OSTP）发布的一份报告中，提议将量子信息科学（QIS）研发预算从2020财年的5.79亿美元提高到2021财年的6.99亿美元，增长20.7%。

2021财年从2020年10月1日开始，一直持续到2021年9月30日。该预算将分配给美国国防部、能源部、国家标准与技术研究院、国家科学基金会和NASA等部门。这是2018年12月通过的多年期美国国家量子计划法案的一部分。

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https://www.whitehouse.gov/wp-content/uploads/2017/12/Artificial-Intelligence-Quantum-Information-Science-R-D-Summary-August-2020.pdf

IBM实现第一台64量子体积的超导量子计算机

在IBM最新发布于arxiv的预印论文中，IBM量子计算团队在其Montreal超导量子计算机上验证了量子体积为64的量子线路，证明了要想实现更大的量子体积，需要同时在相干时间、门保真度、测量保真度以及量子软硬件协同方面进行优化。

Montreal量子计算机采用IBM实现的Falcon量子芯片。该芯片共有27个量子比特。在最新发布的量子体积为64的量子计算机中，IBM从以下方面进行了优化：

优化早期的Qiskit量子编译器；

实现了激发态放大读取；

实现更快的双门操作；

增加了孤立量子比特的可调耦合器。

两个月前，霍尼韦尔发布了一台64量子体积的基于离子阱技术的量子计算机。现在，IBM实现了第一台64量子体积的超导量子计算机。过去四年IBM总共制造了28台量子计算机。

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https://arxiv.org/pdf/2008.08571.pdf

亚马逊AWS宣布其量子计算平台Braket全面上市

亚马逊AWS宣布，其量子计算平台Braket全面上市，作为完全托管的AWS服务，Braket可提供量子计算开发环境帮助客户探索和设计量子算法，在模拟量子计算机上进行测试。用户通过Braket可访问D-Wave、IonQ、Rigetti的后端系统。

除了运行量子算法，客户还可以使用Braket来设计运行混合算法。在该算法模式中，量子和经典计算系统的结合使用，可以帮助克服当今量子计算固有的局限性。

目前亚马逊不是唯一一家进入量子计算领域的主要云提供商。在云服务领域，微软是最接近亚马逊的竞争对手，拥有18%的市场份额，它已经开发出自己的量子计算机，而不是依赖于小公司。IBM也提供量子计算云服务，尽管它控制着不到2%的新兴云市场。

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https://aws.amazon.com/cn/braket/

IBM最新的芯片处理器IBM POWER 10将满足同态加密和量子安全加密等加密标准

IBM最近发布了其最新的芯片处理器——IBM POWER 10，它将基于三星的7纳米工艺技术制造。

该芯片主要用于整个数据中心运营。IBM POWER 10拥有比前一代IBM POWER 9高出三倍的性能。这将有助于数据中心实现更高的运营效率。

此外，改进后的容量将有助于基于IBM POWER 10的系统支持更多的工作负载和更高的红帽OpenShift容器密度。它的加密处理能力比IBM POWER 9快四倍，可以满足同态加密和量子安全加密等加密标准。

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https://finance.yahoo.com/news/ibm-inks-deal-samsung-build-153303281.html

谷歌研究人员利用量子计算来帮助改进图像分类

谷歌研究人员在一个新的教程中演示了如何使用量子计算技术对单个光子照射的28像素×28像素图像进行分类。通过转换光子的量子态，他们能够在流行的手写数字语料库上达到至少41.27%的准确率，比传统的计算方法提高了21.27%。

这项工作展示了教科书中的量子力学如何能给人工智能问题带来新的启示，它考虑的是如果一个算法必须在发现第一个光子通过液晶屏（显示数据集中的图像）后作出决定，那么可以达到的最大分类精度。

谷歌预测，量子计算将显著推进人工智能和机器学习领域。

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https://venturebeat.com/2020/08/14/google-researchers-use-quantum-computing-to-help-improve-image-classification/

国家战略

合肥发布“新基建”方案：扩大量子通信网络体系覆盖范围

合肥8月19日发布《合肥市推进新型基础设施建设实施方案（2020—2022年）》。《方案》提出，合肥要构建国内先进的信息基础设施网络，其主要任务包括：

“支持通信运营商、量子通信企业及科研机构开展合作，扩大量子通信网络体系覆盖范围。依托“墨子号”卫星、“京沪干线”，灵活运用星路链接、光纤链接等模式，加快建设城域网，拓展建立城际网，探索部署洲际网，逐步构建覆盖全球的量子通信网络。同步开展量子通信标准制定、网络建设运营及试点应用等工作，形成具有国际影响力的量子通信生态圈和示范高地。”

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https://mp.weixin.qq.com/s/LjHM3NwsakdKLk3TXqKIhg

ColdQuanta宣布任命战略顾问委员会

ColdQuanta宣布成立战略咨询委员会，并任命前美国政府和行业高管为董事会成员。ColdQuanta的技术有助于支持国防和情报部门的重要任务，其客户包括许多联邦政府机构，如国防部、能源部、NASA和DARPA，以及商业航空航天和国防公司。

ColdQuanta的首席执行官Bo Ewald说：“ColdQuanta的新战略咨询委员会将帮助指导我们的商业战略和技术路线图，并就如何最好地应用冷原子量子技术解决国家和全球重要问题提供重要的投入。”“我们深感荣幸的是，每一位杰出人士都同意加入我们的董事会，并将他们的专业知识和经验贡献给ColdQuanta的成功。”

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https://www.marketscreener.com/news/ColdQuanta-Announces-Strategic-Advisory-Board-Appointments--31100574/

两所高校的科学家加入美国国家量子互联网中心

俄勒冈大学的物理学家Michael Raymer和Brian Smith，马萨诸塞大学阿默斯特分校的计算机科学家Don Towsley宣布加入由亚利桑那大学领导的量子网络中心。与哈佛大学、耶鲁大学和麻省理工学院等多家机构一道，演示创建“量子互联网”所需的关键技术。

该中心的目标是发展量子通信和量子互联网，为期5年，耗资2600万美元。

详情：

https://around.uoregon.edu/content/uo-researchers-collaborate-new-national-quantum-centers

https://www.umass.edu/newsoffice/article/computer-scientist-don-towsley-named-team

印第安纳大学开设量子信息科学理学硕士课程

印第安纳大学董事会已经批准了六个新学位，其中一个是量子信息科学的理学硕士。

课程为期一年，涉及多学科密集性教学，涵盖物理学、化学、数学、计算机科学、工程学和商业。量子信息科学理学硕士课程由研究生院的多学科研究生课程办公室提供，负责授课的教师多来自新成立的印第安纳大学量子科学与工程中心。

获得量子信息科学理学硕士学位的学生有机会进入量子计算硬件和软件公司以及从事量子信息科学的国家实验室工作。

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https://news.iu.edu/stories/2020/08/iu/inside/14-6-new-degrees-receive-approval-from-trustees.html

商业动态

本源量子发布全物理体系学习机

本源量子发布了国内首款量子计算全物理体系学习机。通过3D虚拟仿真实验室、量子计算微课堂、量子计算GUI编程以及量子开源社区等，为学习者建立了理论、实验、实践、交流一体的量子计算学习生态环境。

详情：

https://mp.weixin.qq.com/s/krOEIztsyUkQ946g-vjETA

韩国SK电讯联手大邱银行打造业界首个5G量子密码移动银行

SK电讯宣布与DGB大邱银行合作，于9月推出韩国首个使用5G量子安全技术的移动银行服务“IM Bank”。这款服务是为SK电讯即将推出的世界首款量子安全智能手机Galaxy A Quantum量身打造的。用户通过DGB大邱银行的IM Bank应用程序进行即时一次性验证码转账、远程开户等服务时可通过量子密码通信进行身份认证，从而保障个人信息安全。

SK电讯将Galaxy A Quantum的开放型API共享给DGB大邱银行，以此来实现手机银行端的量子加密功能。

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https://www.ajudaily.com/view/20200820124617772

SeeDevice宣布推出带有量子隧穿的PAT-PD（TM）智能视觉传感器

量子图像传感技术的先驱SeeDevice宣布推出光辅助隧穿光探测器（Photo Assisted Tunneling–Photo Detector, PAT-PDTM）。PAT-PD使用量子隧穿技术重新定义了光传感器。

PAT-PD将CMOS传感器的光敏光范围扩展到可见光以外的近红外（NIR）光谱（300nm-1600nm之间），并计划使用下一代传感器将其扩展到2000nm，从而使短波红外（SWIR）频率能够在微光和近无光的情况下保持高视觉质量感测。

PAT-PD将感光度提高到106 A/W，同时在室温下保持60分贝以上的信噪比，提供始终如一的清晰图像信号。反应时间也从微秒减少到亚纳秒，同时将动态范围提高到100dB线性和150dB非线性，允许PAT-PD传感器在记录时间内捕捉图像，同时保持极高的保真度图像。

详情：

https://finance.yahoo.com/news/seedevice-announces-pat-pd-tm-050000512.html

Sectigo宣布启动量子实验室

自动化数字身份管理和网络安全解决方案的领先提供商Sectigo，宣布已经启动Sectigo量子实验室，帮助组织为后量子密码时代做好准备。

作为公司量子计划的一部分，Sectigo与领先的加密敏捷量子安全解决方案提供商ISARA Corporation合作，为企业提供为用户、应用程序、服务器、DevOps、代码等颁发量子安全证书的工具。Sectigo的量子安全证书工具包是这一新伙伴关系产生的第一个解决方案。

为了帮助计算机安全专家和IT从业者了解并准备应对这一不断变化的局面，Sectigo推出了Sectigo量子实验室。这一宝贵的行业资源最初是为企业和其他证书用户提供信息，以了解量子密码的前景，以及如何通过量子化计算机的出现确保持续的安全性。Sectigo制作了40多个视频、网络研讨会、白皮书、播客和其他教育资源，任何人都可以免费阅读和下载。

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https://londonlovesbusiness.com/sectigo-publishes-toolkit-to-help-organisations-survive-the-quantum-apocalypse/

俄罗斯Quantelecom公司开发量子通信技术，以满足特定的运输条件

俄罗斯的Quantelecom公司正在开发量子通信技术，用于保护与传输相关的数据免受中间人攻击。

开发人员已经在道路运输系统中实现了三个实际应用，包括500英里、125英里和50英里的光纤线路。随着量子技术的飞速发展，越来越多的公司正在考虑如何将其应用于道路运输所面临的挑战。

Quanttelecom的商业主管Igor Nalivayko说：“使用QKD，数据安全级别呈指数级上升，即使量子计算机也无法进行恶意操作，因为加密的数据总量更大，密钥经常更改，每个密钥保护的数据量也明显减少。”

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https://urgentcomm.com/2020/08/10/traffic-data-cybersecurity-works-for-now/

科技前沿

芝加哥大学将量子系统相干时间延长10000倍

芝加哥大学普利兹克分子工程学院的科学家宣布发现了一种可以延长量子系统相干时间10000倍的新方法。该方法已在固态量子位一类的量子系统上测试有效，并有望适用于超导量子位和分子量子位等其他种类的量子系统，对量子通信、量子计算和量子传感领域均意义重大。

这一新方法的广泛适用性与极简单的实现方式，可以实现强鲁棒性量子相干，进而影响量子工程的许多方向，提供众多新研究课题。

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https://phys.org/news/2020-08-scientists-quantum-states-longer.html

UCLA的计算机科学家设定了优化量子计算机性能的基准

两位加州大学洛杉矶分校（UCLA）的计算机科学家已经证明，改进量子编译设计可以帮助实现比目前所证明的快45倍的计算速度。

科学家创造了一系列具有已知最佳深度或尺寸的基准量子电路。在计算机设计中，电路深度越小，完成计算的速度就越快。更小的电路也意味着可以在现有的量子计算机中进行更多的计算。量子计算机设计者可以利用这些基准来改进设计工具，从而找到最佳的电路设计。

UCLA萨缪利工程学院计算机科学校长教授Jason Cong说：“现在我们已经揭示了巨大的优化差距，我们正在开发更好的量子编译工具，我们希望整个量子研究界也能这样做。”

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https://techxplore.com/news/2020-08-scientists-benchmarks-optimize-quantum.html

美国陆军资助的研究开发了制造量子计算机芯片的新方法

一个由美国陆军资助的研究项目开发了一种制造量子计算机芯片的新方法，这标志着在制造大规模量子处理器以向战场提供快速处理能力方面迈出了重要一步。

作战能力发展司令部陆军研究实验室的一员，陆军研究办公室量子信息科学项目经理Sara Gamble解释说：“目前，我们可以发挥控制作用并成功操纵少数量子比特。但是，当涉及到我们真正感兴趣的应用所需的数百万或数十亿个量子比特时，如何获得这些量子比特是一个重大的研究挑战。”

在这项研究中，研究员通过制造的量子“小芯片”并将其放置在更大的线路中，成功地将128量子比特集成到光子芯片上。这些芯片能够通过科学家利用钻石中的缺陷通过人造原子携带量子信息。该研究由麻省理工学院和桑迪亚国家实验室的科学家完成。

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https://www.c4isrnet.com/battlefield-tech/it-networks/2020/08/17/us-army-funded-research-project-makes-inroads-on-scaling-quantum-processors/

亚利桑那大学致力于确保在脆弱量子态下的精确解码

亚利桑那大学电子和计算机工程教授、工程学院纠错实验室主任Bane Vasić一直致力于开发一类纠错代码（称为低密度奇偶校验码，简称LDPC码）。在一个由国家科学基金会资助的110万美元的项目中，Vasić正与James C.Wyant光学科学学院的Saikat Guha合作，首次测试量子LDPC码在量子计算机中的可行性。

Vasić说：“LDPC码的最大优点是支持这类容错的消息传递算法。在量子系统中，我们必须有容错能力，因为由于噪声水平较高，量子门比经典逻辑门噪声大一个数量级，而且更不可靠。”

Vasić和其他几名工程系教师也是新成立的量子网络中心（Center for Quantum Networks）的一部分，该中心由亚利桑那大学领导，为期5年，耗资2600万美元。

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https://news.arizona.edu/story/researchers-work-ensure-accurate-decoding-fragile-quantum-states

横滨国立大学的纠缠技术推动了量子互联网的探索

在由光纤电缆连接的电信网络中，传输的光子往往在几公里内被电缆制成的材料吸收。为了避免信号恶化，中继器每隔一定的时间就被建立起来以放大它。类似的问题也困扰量子通信和量子互联网。

横滨国立大学的Tomoyuki Horikiri团队正在通过开发一种新的纠缠光子源来解决这个问题。

传统产生纠缠粒子最常见的方法是一种叫做自发参量下转换（SPDC）的技术。它使用晶体将单个高能光子转换成具有一半原始能量的纠缠光子对。但对于宽带量子通信来说，SPDC与量子中继器所需的量子存储器的生产过程中涉及的非常窄的能量跃迁不太兼容。

在这一概念证明的基础上，一种新的量子存储器兼容纠缠光子源可以通过光纤电缆以低损耗进行部署，研究人员现在希望通过多个中继器节点在更远的距离上部署他们的技术。

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https://phys.org/news/2020-08-quest-quantum-internet-boost-technique.html

研究人员首次发现“时间晶体”相互作用

时间晶体是一种新发现的物质。2012年，诺贝尔奖得主、麻省理工学院教授Frank Wilczek首次提出了这一奇怪的理论，并在四年前得到证实。

来自英国兰卡斯特大学、伦敦皇家霍洛威大学伦敦分校、美国耶鲁大学和芬兰阿尔托大学的国际团队在《自然·材料》杂志撰文称，他们首次观察到了“时间晶体”的相互作用。

最新研究有望促进量子信息处理技术的发展，改善当前的原子钟技术，提高陀螺仪以及依赖原子钟的系统(如GPS)的性能。

科学家观察到两个时间晶体相互作用，并交换组成颗粒——这些粒子从一个时间晶体流向另一种时间晶体，然后又返回，这种现象称为约瑟夫森效应。这是一种在量子计算领域有应用的宏观量子现象。

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https://www.nature.com/articles/s41563-020-0780-y

人工智能自动调谐在量子计算领域向前迈进了一步

牛津大学的研究人员与DeepMind、巴塞尔大学和兰卡斯特大学合作，开发了一种机器学习算法，它可以与量子设备接口，并比人类专家更快地“调整”，而无需任何人工输入。研究人员将其命名为“量子设备的Minecraft探索者”

文章第一作者、牛津大学材料系的Natalia Ares博士说：“调谐困难一直是建造大型量子电路的主要障碍。我们已经证明我们的量子装置的调谐可以完全自动地使用机器学习来完成。”

研究人员希望通过消除量子器件之间的差异，使大型量子电路成为可能，并在医学、密码学等领域释放量子技术的潜力。他们的最终目标是使大型量子电路的控制完全自动化，为利用量子物理特性的全新技术开辟道路。

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https://techxplore.com/news/2020-08-ai-automatic-tuning-quantum.html

物理学家正在研究测量重力波的新方法

近一个世纪以来，量子引力一直是物理学中“缺失的一环”。

在英国和荷兰工作的物理学家们提出了一种台式探测器，而不是目前的千米大小的LIGO和VIRGO探测器。该探测器将比电流检测器对更低的频率敏感，并且很容易将它们指向天空的特定部分，相比之下，电流检测器只能看到固定的部分。

探测器的关键部分是一颗只有几纳米大小的微小钻石。在这种钻石中，碳原子之一被氮原子取代了。该原子在价带中引入一个自由空间，该自由空间可以充满一个额外的电子。

这种装置允许进行各种测量，其中之一可用于确定引力本身是否是量子现象。

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https://phys.org/news/2020-08-stone-quantum-gravity.html

-End-

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。