周报丨华为发布HiQ 3.0量子计算平台；美国投入上亿美元构建量子网络基础设施

光子盒研究院出品

本周头条

华为发布HiQ 3.0量子计算平台

在9月24日的华为全连接大会“华为HiQ 3.0量子计算平台，探索量子世界”分会上，华为量子计算首席科学家翁文康介绍了华为量子计算软件HiQ3.0云平台的技术内核、近期开发的新特性和对开发者编程体验的改进情况。

华为在2018全联接大会上首次发布了量子计算模拟器HiQ云服务平台，迈出在量子计算上的第一步。去年全连接大会上，华为发布了HiQ 2.0量子计算软件解决方案，推出业界首个一站式VQE量子化学模拟云服务，助力量子化学应用研究。

本次发布的HiQ 3.0增加了两个模块，量子组合优化（HiQ Optimizer）和张量计算（HiQ Tensor）。

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https://live.huawei.com/huaweiconnect/meeting/cn/5787.html?

美国众议院提议投入上亿美元构建量子网络基础设施

这项法案名为《量子网络基础设施法案》，由美国国家实验室的两位联合主席，即纽约州的共和党议员Lee Zeldin和伊利诺伊州的民主党议员Bill Foster联合提出。法案要求联邦政府在2021-2025财年期间，向能源部科学办公室拨款1亿美元，以支持构建美国量子网络基础设施。

如果这项草案通过，将修改特朗普总统在2018年签署的《国家量子倡议法案》——该法案制定了一项计划，旨在加强量子领域、研究和相关技术应用，以推动由能源部主导的“相关研发工作，以及加速量子网络基础设施创新的示范计划。”

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https://www.congress.gov/bill/116th-congress/house-bill/8279/text

商业动态

Zapata公司的Orquestra工作流管理器全面商业发布

量子软件公司Zapata宣布其Orquestra工作流管理器的全面商业发布，通过对复杂的工作流进行编程和控制，将每一步的工作流抽象成一个简单的代码或程序。

Orquestra集成了IBM Q计算机、霍尼韦尔的HØ系统和亚马逊云平台Braket，而通过Braket又可以访问IonQ、Rigetti的量子计算机。

Zapata计划在今年晚些时候集成更多的硬件平台，包括基于光子的机器、量子退火器和专用的经典硬件。学术用户将免费访问Orquestra。企业和政府用户可以获得两个月的免费试用。

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https://www.orquestra.io/post/orquestra-v1

美国大学空间研究协会、D-WAVE和渣打银行宣布量子研究竞赛

美国大学空间研究协会（USRA）、D-Wave和渣打银行联合宣布了一项研究机会计划，邀请符合条件的候选人参加D-Wave 2000Q量子研究竞赛。

本次比赛是在以往比赛成功的基础上进行的。研究机会计划（Research Opportunity Program）于2014年首次启动，为30多个机构的主要研究者和合作者提供了使用D-Wave量子计算机的机会，并发表了50多篇论文。

有关先前获奖项目的信息，可访问https://riacs.usra.edu/quantum/rfp。该计划的目标是推进量子计算的最新技术及其在人工智能中的应用。

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https://www.prnewswire.com/news-releases/usra-d-wave-and-standard-chartered-bank-announce-quantum-research-competition-301130218.html

微软将在Azure Quantum上提供东芝的模拟分岔机

东芝加入1Qbit、霍尼韦尔、IonQ和QCI的行列，成为Azure Quantum平台的服务提供商。

东芝的模拟分岔机（SBM）是一个定制的经典CMOS硬件实现，旨在使用一些人所称的量子启发（Quantum inspire）方法来解决复杂的优化问题。

量子启发的方法使用对量子力学的更深入理解，创建独特的解决方案来解决大规模组合优化问题（称为伊辛模型），并使用Azure云中的GPU资源。

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https://cloudblogs.microsoft.com/quantum/2020/09/22/toshiba-joins-azure-quantum-network-machine-solving-large-combinatorial-optimization-problems/

Miraex加入IBM Q Network

总部位于瑞士的初创公司Miraex加入了IBM Q Network。Miraex利用IBM最先进的量子基础设施和相应的专业技术，致力于量子硬件的模拟和脉冲电平控制。

Miraex由一个国际企业家团队创建，位于洛桑的EPFL创新园。由经验丰富的量子科学家和工程师组成的团队为下一代传感、网络和计算开发光子和量子全栈解决方案。该公司得到了瑞士多个项目的支持（VentureKick、ESA BIC、InnoBooster GRS、IMD等）。

经过近十年的研究，Miraex推出了量子转换器，可以将微波量子比特和光学量子比特相互转换。Miraex致力于将不同的QPU连接在一起。这将有助于实现量子互联网，即通过安全光通信信道连接的量子计算机分布式网络。

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https://www.miraex.com/news/miraex-joins-ibm-q-network

后量子网络安全创业公司Ambit发布AmbitVPN

美国后量子网络安全创业公司Ambit专注于后量子密码（PQC）的美国后量子网络安全初创公司发布AmbitVPN。PQC是量子计算机使用已知攻击无法破解的加密。AmbitVPN利用PQC确保客户数据现在或将来无法通过量子计算机解密。

除了即将到来的量子解密危机外，大多数现有的VPN都是基于一种称为传输层安全的过时技术标准。AmbitVPN建立在一种称为Wireguard的现代网络协议上。

Wireguard比OpenVPN中现有的协议更快、更高效，而且在技术上优于现有的协议。利用Wireguard，AmbitVPN的连接速度比OpenVPN快1000倍，总体速度快60%。在某些情况下，AmbitVPN可将下载速度提高50 Mbps

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https://www.pr.com/press-release/821374

国家战略

欧盟领导人希望提高量子计算、区块链、人工智能、5G等领域的自主性

一份报告透露，欧盟委员会主席Ursula Leyen将在10月1月至2日举行的欧盟峰会上要求欧盟委员会列出欧盟过于依赖中美等国的战略薄弱领域，提高自主性。

呼吁发展新的产业联盟，包括在原材料、微处理器、电信网络、低碳产业、工业云和平台等领域。

各国领导人还将宣布，他们希望在欧盟复苏计划下，在未来7年向欧盟国家提供的1.8万亿欧元中相当大的一部分投资于超级计算机与量子计算机、区块链、人工智能、微处理器、5G移动网络以及网络安全。

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https://news.yahoo.com/eu-leaders-ask-european-commission-140403775.html

科技前沿

西北大学的科学家开发出自旋基量子材料的新设计原理

美国西北大学的材料科学家已经开发出自旋基量子材料的新设计原理，可以在限制生态破坏的同时，促进未来用于发展许多物联网设备和数据中心的设备和其他资源密集型技术的量子材料的开发。

西北大学材料科学与工程系教授、James Rondinelli表示：“需要新的突破性材料和计算范例，以使数据中心在未来更加节能。”

这项研究标志科学家致力于开发非易失性、节能、发热量少的新材料的重要一步，这是未来超快、低功耗电子和量子计算机的重要方面，可以帮助满足世界对数据不断增长的需求。

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https://www.sciencedaily.com/releases/2020/09/200918122207.htm

上海交大和中国科大使用IBM Qiskit实现担保债务凭证模型

上海交大集成量子信息技术研究中心与中国科大的一个研究小组使用量子计算实现了两种担保债务凭证模型：单因子高斯copula模型和正态逆高斯copula模型。

担保债务凭证（CDO）是最常用的结构化金融产品之一，在定量金融领域得到了广泛的研究。

通过应用条件独立性方法，他们成功地在量子电路中加载了每个分布模型，将量子振幅估计作为CDO定价的蒙特卡罗模拟的替代方案。他们用IBM Qiskit演示了量子计算的结果。

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https://arxiv.org/pdf/2008.04110.pdf

微软和哥本哈根大学合作研发用于拓扑量子比特的新材料

微软量子材料实验室宣布与哥本哈根大学合作成功实现了一种重要的、有希望用于拓扑量子计算机的材料。有了这种新材料，就有可能在没有磁场的情况下实现拓扑状态

所谓的马约拉纳零模有一种天然的容错能力，这使得拓扑状态非常适合量子计算。但是由于需要大磁场来诱导拓扑相位，实现马约拉纳零模的进展受到了阻碍，这需要付出代价：系统必须在大磁铁的孔中工作，并且每个拓扑段必须沿磁场方向精确对齐。

新研究展示了在没有施加磁场的情况下，拓扑超导性的关键特征，在超导体和半导体元件中一层薄薄的铕硫化物(Eus)材料 ，其内部磁性自然地与纳米线的轴对齐，并在其中产生一个有效磁场(比地球磁场强一万倍以上) ，该磁场足以诱发拓扑超导相位。

新材料有望应用于拓扑量子比特，从而实现真正的拓扑量子计算机。

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https://phys.org/news/2020-09-collaboration-yields-material-quantum.html

哈佛大学的Mikhail Lukin介绍了在量子存储器和量子中继器方面的工作

哈佛大学的Mikhail Lukin最近介绍了他的团队如何努力扩大安全量子通信的范围。特别是，他描述了基于金刚石的量子存储器如何提高涉及贝尔态测量的量子密钥分配（QKD）的效率。

QKD系统在商业上已经有一段时间了，但仍然是一个激烈研究的主题。特别是，由于光子沿光纤传播时的吸收和散射，安全通信不能在几百公里以外的地方进行。传统上，这种损耗可以用放大器来克服。然而，对量子信号做类似的事情会损害它的安全性。

Lukin解释了量子存储器是如何改进量子密钥分配的，并为量子中继器设备提供了一个关键的组成部分，在未来，量子通信可以扩展到任意长的距离。

Lukin和他的团队正致力于研究所谓的硅空位中心原子缺陷，这种缺陷产生于金刚石晶格中的两个碳原子被一个硅原子和一个间隙所取代。这种缺陷集成在纳米光子金刚石谐振器内，产生一个孤立的自旋，当冷却到绝对零度以上几度时，它可以保持在相干量子态超过两毫秒。

详情：

https://www.osa-opn.org/home/newsroom/2020/september/of_rydberg_blockades_and_quantum_repeaters/

Riverlane发表论文《实用量子计算：局部计算的价值》

位于剑桥的Riverlane公司发表了一篇新论文《实用量子计算：局部计算的价值》称，量子计算机将引入一种新的计算范式，用于解决最先进的经典高性能计算机（HPC）无法解决的问题。

目前的量子计算机采用一种“黑匣子”模型：量子程序被写在CPU上，然后被转发到QPU进行盲目的实现。这种方法会导致性能瓶颈：

与CPU和QPU之间通信容量有限有关的带宽问题；

由于往返时间延迟造成的延迟瓶颈；

量子位相干性时间短导致的量子位错误率增加。

他们提出了一种策略，利用QPU附近的经典器件。依靠经典器件来补充计算，优化CPU和QPU之间的相互作用。相对简单且频繁发生的进程由本地经典硬件完成，他们确定了随机标杆分析、自适应量子化学算法和纠错等具有这一特性的元素，通过允许局部计算处理这些算法组件，证明了“黑匣子”模型的限制性问题是可以克服的。

详情：

https://www.cambridgenetwork.co.uk/news/new-paper-riverlane-%E2%80%98practical-quantum-computing-value-local-computation%E2%80%99

芝加哥大学团队在碳化硅中演示了原子量子存储器的控制并创造了纠缠态

芝加哥大学的研究小组在碳化硅中演示了原子量子存储器的控制，碳化硅是LED灯泡中常见的材料。然后，他们用这种控制创造了一个“纠缠态”，代表了量子存储器和被困在半导体材料中的电子之间的联系。

这项研究发表开启了构建能够在极长时间内保持运行或“相干”的量子比特的潜力。作者称，研究结果对量子计算具有重要意义。

详情：

https://news.uchicago.edu/story/uchicago-scientists-control-single-subatomic-quantum-memories-semiconductors

物理学家在室温下实现了光和物质之间的超强耦合；可能会为量子技术的进步铺平道路

瑞典查尔姆斯理工大学的物理学家以及俄罗斯和波兰的同事们，已经成功地在室温下实现了光和物质之间的超强耦合。这一发现对基础研究具有重要意义，并可能为光源、纳米机械和量子技术等领域的进步铺平道路。

Timur Shegai副教授表示：“我们仍然不能完全确定我们的系统中耦合的极限是多少，但它显然比我们现在看到的要高得多。重要的是，研究超强耦合的平台现在可以在室温下使用。”

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https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-09/cuot-cul092220.php

特文特大学成立量子纳米技术中心（QUANT）

特文特大学的量子纳米技术中心（QUANT）于9月21日开业，将结合超导、光子学和芯片设计知识开发组件和技术。

QUANT由两位特文特大学（UT）科学家领导，即量子光学教授Pepijn Pinkse教授和硅量子电子学副教授Floris Zwanenburg教授领导。它涉及几个UT研究小组。

QUANT不为未来的量子计算机选择一个单一的方向：一个智能的组合可能就是未来。由于UT校园内的MESA+纳米实验室提供了高水平的设施，因此可以开发和构建多种解决方案。

详情：

https://www.utwente.nl/en/news/2020/9/783889/quant-ut-builds-nano-components-for-quantum-computing

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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。