光子盒年度系列 | 2020年全球量子领域十大高校

光子盒研究院出品

高新技术最初大多都是从实验室孕育萌发，最终走向大众，量子领域也不例外。

高校不仅是量子技术创新方面最强劲的原始动力，也是量子人才孵化器，更是推动量子商业发展的助力器。

国内高校方面，已设立有相关研究院，且大部分高校有着相关的课题研究组，但大多并没有独立设置院系，而是依托于物理系、电气工程系等。

国外高校方面，大多有着独立院系或独立研究团队，教学及课程设置较完善。同时依托各种国家研究机构或实验室，在高校之间建立了大量合作。

因此，依据是否设置独立院系、师资团队、2020年研究成果，遴选出全球量子领域十大高校。排名不分先后，仅按校名首字母排序。

北京大学量子电子学研究所始建于1959年，是我国无线电物理专业首批博士点和博士后流动站。该所面向国家重大战略需求和前沿基础科学发展，开展量子技术领域多个研究方向的研究工作。

主要研究方向：量子信息科学与技术、量子信息感知与获取、量子时频与时频传递、冷原子物理及其技术、强场零场磁共振技术、光纤激光技术及应用以及空间光通信技术。

开设课程包括面向本科生的量子力学、原子物理导论以及力学，以及面向硕士的量子光学、量子频标物理以及原子结构与光谱。招生仅招收硕士和博士。

师资团队：

师资方面，北京大学量子电子学研究所有陈景标教授、郭宏教授等等

陈景标教授长期从事量子频率标准（原子钟）、新型激光、原子滤光器、原子磁力仪等方面的研究。目前研究兴趣包括主动光钟，小型钙原子束光钟，小型铷原子光钟、精密测量物理与新型原子钟，新型激光与光谱，法拉第原子滤光器。

郭宏教授主要研究领域：量子光学与量子信息（量子电磁传感及其在基础物理与生物学中的应用、量子时频传递、量子密钥分发与量子随机数）、量子频标与量子精密测量、量子开放系统与纠缠动力学。

科研成果：

5月，郭弘教授团队在原子共磁力仪系统研制及自旋-引力耦合作用探测领域取得突破。

北京大学量子信息技术团队与国防科技大学前沿交叉学科学院合作，提出了利用铷原子的两个超精细能级实现共磁力仪的新方法，并成功构建该共磁力仪系统。系统核心元器件为北京大学量子信息技术团队自研的镀膜铷原子气室，具有对激光功率、激光频率、共模磁场、磁场梯度等重要系统误差良好的抑制效果。

6月，郭弘教授团队实现国际传输距离最远的相干态连续变量量子密钥分发。

北京大学量子信息技术团队与北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室、英国约克大学、中国电子科技集团公司第三十研究所合作，提出了超远距离传输下系统过量噪声压制与极低信噪比下密钥高效提取等新方法，解决了传输距离受限的难题，将CV-QKD系统实验室光纤的安全传输记录提升到202.81 km。安全传输距离与密钥生成速率两项核心指标均处于世界领先水平。

同月，北京大学电子学系量子信息技术团队提出利用磁场线圈稳定外磁场并结合梯度测量抑制外界共模磁场噪声的新方法，在无磁屏蔽环境下搭建了一套高灵敏度的光泵磁力仪系统。该系统的核心元器件为北京大学量子信息技术团队自研的窄线宽高性能镀膜铯原子气室。利用该系统，研究人员在无磁屏蔽环境下对人脑部磁场信号中的阿尔法波信号以及听觉诱发信号进行了为期10天的稳定测量，是目前国际上首次在开放无磁屏蔽环境下实现的脑磁信号测量。

除了量子电子学研究，北京大学量子相关研究机构还有量子材料中心。

北京大学量子材料科学中心成立于2010年，是一个直属于北京大学的新型教学与科研机构。

量子材料科学中心以凝聚态物理和量子材料科学为主要研究领域，目前，中心根据研究方法分为低温及量子输运实验、谱学及高分辨探测实验、自旋及低维磁性实验、AMO实验及精密测量、凝聚态物理理论、凝聚态物理计算五个研究部分。

目前中心共建有17个独立实验室、1个综合物性测量公共实验室及1个纳米微加工公共实验平台。此外，依托中心还建有北京大学崔琦实验室和全校综合性氦气液化回收车间(北京大学液氦中心)。

量子材料科学中心招收应届本科生和符合招生资格的硕士生。应届本科生需报名参加当年7月左右举行的夏令营；硕士生需在入学前一年的6月份以前和感兴趣的导师联系。

代尔夫特理工大学和国家应用科学研究院合作建立了量子计算与量子互联网研究中心QuTech。QuTech的使命:基于量子力学的基本定律，开发可扩展的量子计算机原型和本质安全的量子互联网。

科研成果：

2月，Qutech和英特尔一起设计并制造出了低温集成量子电路，后成功制造出第一代低温芯片Horse Ridge。

3月，Qutech研究团队在重复奇偶校验期间进行了第一次泄漏检测实验研究，成功地保护了两个量子比特的纠缠态免受三量子比特电路QED处理器中的量子比特错误和泄漏的影响。未来的工作将把这种保护扩展到具有更多量子位的更大电路，这是构建容错量子计算机道路上的重要一步。

4月，研究人员通过硅技术制造出可在1.1开尔文温度下运行的量子电路，这比以前的运行温度高了50多倍，实际运行温度的提高代表着向功能量子计算机的一个重要飞跃。

5月，Qutech展示了一种新的快速周转测试和验证量子材料和器件的装置。该装置使用普通的电子芯片组件，可以在极端低温下工作，并且可以很容易地集成在任何类型的低温恒温器中。

7月，仅仅使用标准的半导体制造技术，QuTech的研究人员现在已经证明了一个被困在锗量子点中的空穴可以有效地用作量子比特。

加州理工学院量子信息与物质研究所（IQIM）是美国国家科学基金物理前沿中心。IQIM的研究项目涵盖量子信息物理、拓扑量子物理和量子动力学，教员来自加州理工学院的物理系、应用物理系、电子工程系、计算机科学系和化学系，涉及各种各样的实验和理论研究课题。

科研成果：

3月，在IQIM研究生Aaron Chew、Jason Alicea和校友David Mross的一篇新论文中，他们讨论了“一维时间晶体拓扑超导体，对于这种超导体，时间平移对称性破缺和拓扑物理相互交织，产生了在自由费米子系统中不可能出现的异常Floquet Majorana模式。”时间结晶性和拓扑物理之间的研究，则与容错量子计算有关。

3月底，Andrei Faraon研究小组构建了一种长度约为10微米的纳米光腔，空腔改变了离子的环境，使得每当它发射光子时，99%以上的时间光子都留在空腔中。这使得离子发射光子的速率增加，从而提高了系统的整体效率。研究人员在光腔中发现了镱离子，镱离子能够在自旋中存储30毫秒的信息，这将使构建量子网络成为可能。

8月，在一篇Nature Physics 论文中， Manuel Endres小组描述了利用高激发里德堡态提高纠缠保真度的工作。在《高保真度纠缠和碱土里德堡原子的检测》（High-fidelity entanglement and detection of alkaline-earth Rydberg atoms,）这篇论文中，他们展示了一种利用单个碱土里德堡原子的双价电子结构创建纠缠态的新方法。

9月，加州理工学院研究人员Victor Albert、Jacob Covey和John Preskill在一篇新论文《对分子中的量子比特进行鲁棒编码》中，描述了一种保护量子比特免受噪声影响的新方法。

马里兰大学2019年8月宣布启动量子技术中心(QTC)，旨在将量子物理研究转化为创新技术。

该中心将利用该大学在量子科学和系统工程方面的强大研究项目和伙伴关系，并寻求与工业和政府实验室的合作，以帮助将有前途的量子技术从实验室推向市场。QTC还将对学生进行量子技术开发和应用方面的培训，以培养受过量子相关工程教育的劳动力。

这个新中心是由马里兰大学的James Clark工程学院电气和计算机工程系与计算机、数学和自然科学学院(CMNS)物理系合作建立的。

这一宣布正值量子科学研究从物理扩展到材料科学、工程、计算机科学、化学和生物学的关键时刻。这些学科的科学家正在寻找利用量子物理来建造强大的计算机、开发安全的通信网络以及提高传感和成像能力的方法。在未来，量子技术也可能影响人工智能、能源和医学等领域。

QTC的主任是Ronald Walsworth，他在哈佛大学任教并担任Smithsonian 物理天文台的高级物理学家后，最近加入了马里兰大学。

马里兰大学还与美国国家标准技术研究院建立了两个量子研究合作伙伴关系，即联合量子研究所和量子信息与计算机科学联合中心，以及与陆军研究实验室的研究合作。

科研成果：

6月，Ronald Walsworth研究小组利用钻石中的氮空位量子缺陷来探测皮克级样品（picoliter-scale samples）产生的核磁共振信号。Walswort和他的同事们将量子钻石核磁共振与一种“超极化（hyperpolarization）”方法结合起来，这种方法可以将样品的核自旋极化（因此核磁共振信号强度）提高100倍以上。

7月，发表在《自然》杂志上的论文《石墨烯中狄拉克流体的粘性流动成像》（Imaging viscous flow of the Dirac fluid in graphene）中，Ronald Walsworth团队描述了他们基于钻石的量子传感器如何在石墨烯中产生电流图像，他们的结果首次揭示了室温石墨烯如何产生电流的细节。

8月，Ronald Walsworth研究团队开发了一种量子金刚石显微镜(QDM)，这是一种集成氮空位(NV)宽场磁共振成像的常用方法，并辅以机器学习(ML)，为集成电路的无损物理测试提供了一种更优的方法。

在他们发表在 Physical Review Applied上的论文中，研究人员介绍了他们的QDM + ML技术优于典型的扫描磁测量技术的许多优点，包括使用宽视场成像，高空间分辨率，增加的频率范围，增加了磁场的图像速度，矢量场映射功能和室温操作能力。

麻省理工学院量子工程中心（Center for Quantum Engineering）由麻省理工学院电子科研实验室（Research Laboratory of Electronics）与林肯实验室（Lincoln Laboratory）共同创建。

量子工程中心（CQE） 会集结林肯实验室和 MIT 的专家学者、设施和资源来加速量子科学的研发以及量子技术的应用。这方面的突破会改变未来的网络安全、药品研发、机器学习、通信系统、磁学量测量、导航等等。

师资团队：

Raymond Ashoori

集成量子材料中心共同负责人

物理学教授

Marc A. Baldo

Professor of Electrical Engineering, Electrical Engineering and Computer Science (EECS)

电子学研究实验室主任

电气工程、电气工程和计算机科学教授(EECS)

科研成果：

4月，麻省理工研究人员找到了一种方法，可以将钠锂分子冷却到开尔文的2000亿分之一，仅比绝对零度高一点。他们通过应用一种称为碰撞冷却的技术来做到这一点，在该技术中，他们将冷钠锂分子浸入了钠原子甚至更冷的云中。超冷原子充当制冷剂以进一步冷却分子。

在微开尔文和纳米开尔文体系中的超冷分子，由于其与原子相比具有丰富的内部自由度，有望为量子模拟和量子计算带来强大的能力，并有助于精确测量和量子化学的研究。

7月，麻省理工学院的研究人员发现了一种扩大量子芯片规模的方法。研究人员开发了一种制造和集成“人造原子”的方法，这种“人造原子”是由微观金刚石薄片中的原子级缺陷产生的，带有光子电路，生产出同类中最大的量子芯片。

通过他们的混合方法，Englund和他的同事们能够研发出了一个128比特的光子芯片，它是迄今为止量子比特数最多的集成光子芯片。

随后，麻省理工学院电子研究实验室博士后Yujia Yang和他在麻省理工学院、加州大学戴维斯分校、德国电子加速器(Deutsches Elektronen-Synchronic)和德国汉堡大学的合作者，展示了一种微芯片，它具有纳米长度的电路元件，其作用类似于天线，收集以每秒近1000万次振荡的光的电场。芯片很小，自成一体，只需要廉价的电子设备就可以读出。

同月，麻省理工学院（MIT）的研究人员介绍了一种量子计算架构，它可以执行低错误的量子计算，同时在处理器之间快速共享量子信息。这项工作代表了迈向完整量子计算平台的关键一步。

他们用超导量子比特构建了“巨型原子”，并以可调协的配置连接到微波传输线（即波导）上。该研究还证明双量子比特的纠缠操作有 94% 的保真度。这是首次使用与波导强耦合的量子比特实现双量子比特的保真度，在这种结构中使用传统小原子进行此类操作的保真度通常很低。

深圳量子科学与信息工程研究院于2018年1月挂牌筹建。深圳量子研究院依托南方科技大学进行建设和管理，将探索量子信息领域的前沿基础科学问题，服务于深圳市在量子通信、高性能计算技术及精密测量、量子材料等领域在技术与产业化等方面的重大需求。

深圳量子研究院院长是俞大鹏院士，俞大鹏院士主要从事半导体纳米线材料的制备与关键材料科学问题的研究。

师资团队：

博导

量子材料：陈廷勇

量子计算：范靖云、贺煜

量子精密测量：范靖云、陈洁菲

量子拓扑理论：孔良、郑浩、王浩

量子工程应用：张振生、付柏山、张守著

硕导

量子材料：刘才、李彬、陈朝宇、黄文、林本川、王硕、邓可

量子计算：李剑、谭电、辛涛、黄培豪、李俊、邓修豪、徐源、胡玲、邓晓玮、刘松、张君华

量子精密测量：杨胜军、钟满金、吴志钢、Georgios A. Siviloglou、汪福东、尉石、李正达

量子拓扑理论：虞祥龙

研究成果：

3月，南科大俞大鹏院士、博士后李彩珍与北京大学廖志敏教授、荷兰Twente大学Chuan Li助理教授以及Alexander Brinkman教授等合作，在狄拉克半金属-超导体异质结量子调控方面取得新进展，研究人员制备了高质量的Cd3As2纳米片，样品具有低的载流子浓度，从而能够通过背压调控探测狄拉克点附近费米弧表面态的性质。该项工作实现的费米弧表面态传导电流的磁场和背压调控，对于深入研究狄拉克半金属的输运性质以及拓扑超导具有重要意义。

同月，南科大俞大鹏团队在拓扑自旋电子学领域取得重要进展，研究人员通过生长拓扑半金属Cd3As2的高质量单晶纳米线，制备局域和非局域两种量子输运器件，成功观测到了表面态费米弧的自旋信号，并且发现还可以通过调控栅压实现自旋信号的开关效应，进而提出了一种新型的场效应晶体管——拓扑场效应晶体管的实施方案，为未来拓扑自旋电子学的实际应用提供了更多可能。

4月，南方科技大学量子科学与工程研究院首席科学家、美国电气和电子工程师协会 会士（IEEE Fellow）Masahito Hayashi课题组及其合作者在量子信道资源理论及其在通信的应用上取得重要进展，研究人员首先研究了两种沟道长度不同的约瑟夫森结中超导临界电流随栅压的依赖关系。通过增长沟道长度，研究人员将超导电流的传导从三维体态降到了二维表面态。

7月，南方科技大学量子科学与工程研究院、物理系在用非时序关联函数实验探测量子相变研究中取得重要进展。量子研究院的李俊副研究员、辛涛助理研究员、物理系的鲁大为副教授以及合作者香港中文大学（深圳）的魏勃勃助理教授联合，在基于核磁共振（NMR）量子计算平台的四量子比特自旋系统上实现用非时序关联函数探测平衡态量子相变和动力学量子相变。

11月，南方科技大学物理系副教授赵悦课题组、副教授刘畅课题组、副教授刘奇航课题组在磁性拓扑材料领域取得重要进展。

该研究结果表明，不同于传统拓扑绝缘体中的体表对应关系（其表面态由体态拓扑性质决定），磁性拓扑异质结构MnBi4Te7中具有两种不同的表面态，这两种表面态强烈依赖于表面磁性拓扑绝缘体MnBi2Te4层和非磁性拓扑绝缘体Bi2Te3层之间的相互作用。

12月，南方科技大学量子科学与工程研究院、物理系教授卢海舟团队在三维霍尔效应理论方面取得重要进展，在研究团队的模型中，一个磁场诱导的电荷密度波可以用来解释三维量子霍尔效应平台。

清华大学量子信息中心，简称量子中心，挂靠交叉信息研究院，成立于2011年，由世界著名计算机学家、2000年图灵奖得主姚期智院士领导，清华大学姚期智讲座教授段路明担任执行主任，致力于在创建量子计算机和量子互联网的竞赛中，占据国际领先的位置，为中国在国际前沿科学研究上树立标杆，建设世界一流的量子信息研究中心和人才培养基地。

量子信息中心采取国际一流院校和研究机构的管理方式，主要研究方向包括全量子网络、量子计算、量子仿真、量子算法、量子通讯复杂性理论、量子运筹学等。

目前已搭建其中包括离子量子计算、金刚石色心量子计算、超导量子计算、光量子网络、原子量子中继等多个量子计算的实验研究平台及微纳加工超净间。

培养人才方面，既有本科生课程也有研究生、博士培养方案。本科生课程主要是应用数学、基础物理、计算机相关课程以及量子计算机科学的基本知识。

师资团队：

师资团队方面，教授有姚期智教授、段路明教授、龙桂鲁教授、金奇奂教授、马雄峰教授、孙麓岩教授等等。

姚期智教授的研究方向包括计算理论及其在密码学和量子计算中的应用，他是研究量子计算与通讯的国际前驱，于1993年最先提出量子通信复杂性，基本上完成了量子计算机的理论基础。

段路明教授是清华大学姚期智讲座教授、清华大学基础科学讲席教授。主要从事量子计算机和量子网络方向的研究。

科研成果：

2月，清华大学交叉信息研究院段路明教授研究组与徐勇助理教授合作，在基于钠原子的玻色爱因斯坦凝聚体中，首次观测到与多体激发态相对应的动力学量子相变。该成果论文发表于国际学术期刊《物理评论快报》（Phys. Rev. Lett）上。

3月，马雄峰研究组基于小组相位匹配量子密钥分发的理论工作，和中国科学技术大学的实验团队进行合作，首次实现了超过500公里的无中继光纤量子密钥分发实验，实现了容忍信道损耗的记录，创造了新的世界纪录。

5月，孙麓岩研究组与中国科学技术大学邹长铃研究组合作，在超导量子系统中基于微波光子二项式量子纠错码首次实现了错误透明的相位门操作，可以容忍逻辑门操作中发生的错误。该成果论文发表于Nature Physics（《自然•物理》）杂志上。

6月，段路明教授研究组在量子中继网络领域取得重要进展，首次实现了两个处于不同实验平台的多路复用原子存储器间的量子通信，这一成果展现了利用多路复用量子存储器实现量子中继网络的可行性。该成果论文发表于国际学术期刊《物理评论快讯》（Phys. Rev. Lett）。

10月，邓东灵研究组与北京大学张亿研究组合作，首次把强化机器学习的方法引入到量子编译中，实现了优化量子编译线路的普适算法。该成果论文发表于国际学术期刊Physical Review Letters（《物理评论快报》）。

奥地利因斯布鲁克大学的量子信息与计算研究中心，致力于研究量子信息处理的模型和量子信息理论的基本方面。

其研究的一个焦点是基于测量的量子计算理论，以及在量子通信、量子纠错和量子算法中的应用。另一个焦点在于量子力学对自主和自适应系统的作用。他们的一些工作是跨学科的，涉及人工智能、行为生物学和行动哲学领域的问题。

首席研究员：Hans J. Briegel教授和Wolfgang Dür教授。

主要研究方向是人工智能与学习、基于测量的量子计算、量子网络、量子计量学、量子生物学和宏观量子系统。

科研成果：

期刊文章：

‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍A. López-Incera,A. Hartmann, 和 W. Dür《加密我！基于博弈的贝尔不等式和量子密码方法》(Encrypt me! A game-based approach to Bell inequalities and quantum cryptography)

Eur. J. Phys. 10.1088/1361-6404/ab9a67 (2020).

J. Wallnöfer, A. A. Melnikov, W. Dür和H. J. Briegel《关于远程量子通信的机器学习》(Machine Learning for long-distance quantum communication)

PRX Quantum 1, 010301, [1904.10797].

S. Wölk, P. Sekatski和 W. Dür《贝叶斯环境下的噪声分布式传感》(Noisy distributed sensing in the Bayesian regime)

Quantum Sci. Technol 5 045003.

P. Sekatski, S. Wölk和W. Dür《噪声环境下的最优分布式传感》 (Optimal distributed sensing in noisy environments)

Phys. Rev. Research 2, 023052 (2020).

预传论文：

R. R. Ferguson, L. Dellantonio, K. Jansen, A. Al Balushi, W. Dür和C. A. Muschik《基于测量的VQE》( A measurement-based variational quantum eigensolver)

e-print arXiv:2010.13940.

A. Erhard, H. Poulsen Nautrup, M. Meth, L. Postler, R. Stricker, M. Ringbauer, P. Schindler, H. J. Briegel, R. Blatt, N. Friis和T. Monz《在晶格中纠缠的逻辑量子比特》(Entangling logical qubits with lattice surgery)

e-print arXiv:2006.03071.

J. Miguel-Ramiro, A. Priker和W. Dür,《真正的量子网络：叠加和寻址》(Genuine quantum networks: superposed tasks and addressing)

e-print arXiv:2005.00020.

F. Flamini, M. Walschaers, N. Spagnolo, N. Wiebe, A. Buchleitner和F. Sciarrino《有限数据验证多光子量子干涉》(Validating multi-photon quantum interference with finite data)

e-print arXiv:1904.12318.

新南威尔士大学是澳大利亚量子计算与通信技术中心（CQC²T）成员之一。

新南威尔士大学是2000年建立的量子计算技术特别研究中心的创始高校，随后的ARC卓越中心计划从2003年开始获得资助。

CQC²T的六名首席调查员常驻在新南威尔士大学悉尼分校，其中包括中心主任Michelle Simmons教授、Andrew Dzurak教授、Sven Rogge教授、Andrea Morello教授、 Arne Laucht博士和Matthew House博士。

新南威尔士大学悉尼分校拥有70多名研究人员和学生，领导着5个研究项目，包括精密量子位处理器项目、硅硬件项目、集成硅纳米自旋电子学项目、硅量子位环境和接口项目以及放大工程项目。

新南威尔士大学悉尼分校拥有一流的实验室，包括原子制造实验室、低温测量实验室和ANFF-UNSW 纳米制造设施实验室。

新南威尔士大学堪培拉分校与澳大利亚国立大学的首席研究员一起领导通信和网络互联项目。UNSW坎培拉分校的激光实验室因其快速、量子噪声受限、线性光电探测器及相关电子设备而享有国际声誉，他们还利用多个红外单光子探测器模块以及微波数字和模拟测试和测量设备。

科研成果：

2月，为量子计算机提供了更好的稳定性，新南威尔士大学悉尼分校的量子工程师在硅芯片中制造了人造原子。发表在《自然通讯》期刊上研究中，新南威尔士大学的量子计算研究人员，描述了他们是如何在硅“量子点”中创建人造原子。

新南威尔士大学电气工程学院的Andrew Dzurak教授和团队在硅中配置了一个量子设备，以测试人造原子中电子的稳定性。通过金属表面的“栅”电极向硅施加电压，以吸引硅中的多余电子形成量子点，这是一个直径只有10纳米左右的无限小空间。研究结果证明：当慢慢增加电压时，会一个接一个地吸收新的电子，在量子点中形成一个人造原子。

3月，新南威尔士大学悉尼分校研究人员 Andrea Morello教授及其团队解决了一个持续了半个多世纪的问题，这对量子计算机和传感器的发展具有重大影响。发表在《自然》杂志上的一项研究中，研究人员实现了只使用电场控制单个原子的原子核。这意味着可以利用单原子自旋制造量子计算机，而不需要任何振荡磁场来运行它们。

4月，新南威尔士大学悉尼分校Andrew Dzurak及Henry Yang博士与加拿大、芬兰和日本的合作者发表在Nature的一篇文章中，一起报告了一种经过概念验证的量子处理器单元，该单元与全球正在探索的大多数设计不同，它不需要在 0.1 开尔文的温度下才能工作，它的运行温度是 1.5 开尔文。这个温度比 Google、IBM 等公司使用超导量子比特芯片的运行温度高 15 倍。

7月，新南威尔士大学悉尼分校Sven Rogge教授领导的团队大大提高了硅中自旋轨道量子位的相干时间，从而使他们可以保留更长时间的量子信息，这一结果为扩展硅量子计算机开辟了一条新途径。其相关研究成果发表于Nature Materials （doi:10.1038）上。

8月，新南威尔士大学悉尼分校Michelle Simmons教授领导的团队在硅量子计算机的开发方面又向前迈出了重要的一步，研究人员已经证明了有史以来最低噪声级的半导体量子比特或量子比特。研究人员通过优化硅芯片的制造工艺，实现了比以前记录低10倍的噪声水平，这是所有半导体量子比特中最低的电荷噪声记录。其研究发表在Advanced Materials（doi：10.1002）上。

12月，新南威尔士大学悉尼分校Sven Rogge教授领导的团队与墨尔本大学合作，找到了在硅中定位量子位的“最佳位置”，以扩大基于原子的量子处理器的规模。研究人员利用相同的扫描隧道显微镜(STM)光刻技术在二维图像中绘制出原子的波函数，确定它们在硅晶体中的精确空间位置，并观察原子尺度上耦合原子量子位之间相互作用的细节。其研究结果发表在Nature Communications（doi：10.1038）上。

中国科学技术大学设立了一个综合性的量子信息与量子科技创新研究院。

量子创新研究院的依托单位为中国科学技术大学，实行理事会领导下的院长负责制，院长为潘建伟院士。

中国科学院内参与建设单位有：中国科学院上海技术物理研究所、半导体研究所、光电技术研究所、物理研究所、上海微系统与信息技术研究所、微小卫星创新研究院、武汉物理与数学研究所、中国科学院大学、国家授时中心等。

量子创新研究院的战略任务是通过对本领域重大前沿科学问题的研究，在量子通信方面，构建完整的天地一体广域量子通信网络技术体系；在量子计算方面，为最终实现通用量子计算机摸索出一条切实可行的道路；在量子精密测量方面，突破与一系列量子精密测量关键技术，并完成一批重要量子精密测量设备的研制。

师资方面，中国科学技术大学主要有潘建伟团队、郭光灿团队以及杜江峰团队。

科研成果：

潘建伟团队：

量子通信领域，潘建伟及其同事彭承志、印娟等联合牛津大学Artur Ekert、中科院上海技术物理研究所王建宇团队、微小卫星创新研究院、光电技术研究所等相关团队，利用“墨子号”量子科学实验卫星在国际上首次实现千公里级基于纠缠的量子密钥分发。

12月，中国科学技术大学潘建伟及其同事彭承志、张强等与清华大学王向斌、中科院上海微系统所尤立星等人合作，首次在国际上实现了基于远距离自由空间信道的测量设备无关量子密钥分发（MDI-QKD）实验。

近日，潘建伟及其同事陈宇翱、彭承志等与中国科学院上海技术物理研究所王建宇研究组、济南量子技术研究院及中国有线电视网络有限公司合作，实现了地面跨度4600公里（中国最东端到最西端为5200公里）的星地一体的大范围、多用户量子密钥分发。

量子计算领域，11月，潘建伟、苑震生领导的团队与德国海德堡大学、意大利特伦托(Trento)大学的合作者共同开发了一种专用的量子计算机——71个格点的超冷原子光晶格量子模拟器，对量子电动力学方程施温格模型(Schwinger Model)进行了成功模拟。

12月，潘建伟、陆朝阳团队与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，构建了76个光子的量子计算原型机“九章”，实现了具有实用前景的“高斯玻色取样”任务的快速求解，这一成果让中国无限逼近量子霸权，相比谷歌的“量子优越性”大概可以快100万倍，实现了100亿倍于谷歌的速度。

量子测量领域，10月，潘建伟、陆朝阳等与美国普林斯顿大学Marlan Scully、德国维尔兹堡大学Sven Hofling等合作，在同时具备高纯度、高不可分辨、高效率的单光子源器件上观察到强度压缩，为基于单光子源的量子精密测量奠定了基础。

12月，潘建伟及其同事陈宇翱、徐飞虎等利用多光子量子纠缠在国际上首次实现分布式量子相位估计的实验验证，这为将来构建基于量子网络的高精度量子传感奠定基础。

郭光灿团队：

2月，郭光灿院士团队在量子存储领域取得重要进展。该团队李传锋、周宗权等人采用飞秒激光微加工技术制备出高保真度的可集成固态量子存储器，并基于自主研制设备首次实现稀土离子的电子自旋及核自旋相干寿命的全面提升。相关成果分别于2月20号和28号发表在著名物理学期刊Optica和Physical Review Applied上。

3月，郭光灿院士团队在量子通信实验方面取得重要进展。该团队李传锋、黄运锋研究组与暨南大学李朝晖教授，中山大学余思远教授等合作，首次实现公里级三维轨道角动量的纠缠分发。该研究成果于2020年3月12日发表在国际知名光学期刊Optica上。

4月，郭光灿院士团队在里德堡原子研究方向取得重要进展：该实验室史保森教授、丁冬生教授与英国杜伦大学的Charles. Adams教授等合作在实验上实现了基于里德堡原子的多体自组织模拟，主要研究成果于2020年4月29日发表在国际物理学知名期刊Physics Review X上。

6月，郭光灿院士团队在碳化硅色心自旋操控研究中取得重要进展。该团队李传锋、许金时、王俊峰等人与其合作者在国际上首次实现了碳化硅中氮-空位（NV）色心的室温相干操纵，并且实现了单个NV色心的可控制备和光探测磁共振谱的探测。

同月，郭光灿院士团队在延长硅基自旋量子比特寿命（弛豫时间）研究中取得重要进展。该团队固态量子计算研究组郭国平教授、李海欧研究员等人与中科院微电子所集成电路先导工艺研发中心王桂磊副研究员、美国加州大学洛杉矶分校姜弘文教授和美国纽约州立大学布法罗分校胡学东教授，以及本源量子计算公司合作，在国际上首次发现了硅基自旋量子比特弛豫的强各向异性：通过改变外加磁场与硅片晶向的相对方向，可以将自旋量子比特寿命提高两个数量级以上。

7月，郭光灿院士团队首次实验实现了最优效率的多光子纠缠态检验，该团队李传锋、陈耕、许小冶等人构造了一种新的纠缠态测量方法，可以快速检验出实际制备的多体纠缠态相对于目标纠缠态的保真度，测量精度达到海森堡极限，更重要的是该方法所需测试样本数不会随着纠缠态规模增大而增加。

8月，郭光灿院士团队在高维量子通信研究中取得重要进展，该团队李传锋、柳必恒研究组与奥地利Marcus Huber教授研究组合作，首次实现了高保真度32维量子纠缠态。

12月，郭光灿院士团队在高维量子通信研究中取得重要进展，该团队李传锋、柳必恒研究组利用六光子系统实验实现了高效的高维量子隐形传态。

同月，郭光灿院士团队在源无关量子随机数研究领域取得新进展。该团队的王双、韩正甫等人针对源无关量子随机数系统中测量设备的实际特性展开研究，提出了测量端由于探测器后脉冲、探测效率不匹配、探测器对光源分布敏感等特性所带来的安全性问题，并给出了相应的解决方案。

杜江峰团队：

杜江峰院士领导的中国科学院微观磁共振重点实验室提出并实验实现了一种基于金刚石氮-空位（NV）色心量子传感器的高分辨顺磁共振探测方法，获得了千赫兹（kHz）谱线分辨率的单自旋顺磁共振谱。该研究成果发表在《科学进展》上[Science Advances 6:eaaz8244 (2020)]。

杜江峰院士领导的中国科学院微观磁共振重点实验室在金刚石单自旋量子精密测量研究方向取得重要进展，提出并通过实验实现了一种以金刚石氮-空位（NV）色心单自旋为量子传感器的电探测方法，并首次通过磁抑制的NV色心实现了金刚石近表面电噪声信息的提取，为金刚石量子传感器在电探测方向的应用提供新的途径。该研究成果以“编辑推荐”形式发表在近期的《物理评论快报》上。

杜江峰院士领导的中科院微观磁共振重点实验室在实用化量子度量方案的实现上取得重要进展。该室彭新华教授与理论合作者新加坡南洋理工大学Mile Gu教授提出并验证了一种实用化的量子度量探针态优化方案，为实现大尺度量子系统中最优探针态的制备提供了一种可扩展的方法。该研究成果于2020年7月16日在线发表在国际学术期刊《npj Quantum Information》上。

全球设立量子相关研究方向的高校繁多。

国内未设置独立院系，但在量子领域方面有着出色表现的高校，如在超导量子芯片架构设计取得重要进展的南京大学、华中科技大学物理学院下属科研机构的量子光科学中心以及西安交通大学隶属于理学院物理学科的量子光学与量子信息研究团队等等。

值得一提的是，浙江大学虽未独立设置院系，但在面向2030的学科会聚研究计划（创新2030的计划）中，重点发布了“量子计划”。该计划围绕“量子计算与感知”重点方向进行未来科研布局，其“量子计划”的平台包括浙江大学微纳加工中心、现代光学仪器国家重点实验室、浙江省量子技术与器件重点实验室、浙江大学量子信息交叉中心。

除此以外，有着相关独立研究机构但其官网未更新2020年科研成果的有：国防科技大学的量子信息学科交叉中心、创建于1985年的山西大学量子光学实验室等等。

国外仍有许多高校值得关注，如在量子退火研究方面较为突出的日本东京大学、专注离子量子技术的萨塞克斯大学的离子量子技术小组、获得美国能源部资助建设量子中心的杜克大学以及衍生众多量子初创公司的剑桥大学等等。

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