周报丨谷歌的量子霸权即将被经典模拟超越；量子计算展示了商业潜力

光子盒研究院出品

继2019年谷歌首次实现量子计算优越性(量子霸权)以来，量子计算与经典计算的竞争开始备受关注。但量子计算优越性是经典模拟和量子设备之间的长期竞争，而不是一次性的实验演示。

最近两年经典算法和硬件的发展几乎将颠覆悬铃木已经取得的量子计算优越性，这在本周的几项重要研究中已经有所体现。例如，祖冲之2.1实现的量子计算优越性规模已经比谷歌高了6个数量级；一个俄罗斯团队探索了谷歌量子处理器在量子近似优化算法(QAOA)方面的极限；德克萨斯大学量子研究中心使用超级计算机模拟了一个45量子比特的随机电路。

此外，本周出现了几个用例，展示了量子计算的商业潜力。包括模拟铁晶体、演示用于蒙特卡罗模拟的量子算法以及用于金融建模的量子机器学习等。

本周还发布了两份行业研究报告，表明了企业对于量子计算的积极态度，以及量子计算行业的巨大潜力。

祖冲之2.1实现更大规模的量子计算优越性，比超算快了1亿倍

近日，中国科学技术大学潘建伟、朱晓波团队在arXiv提交了论文《60量子比特24层循环随机电路采样的量子计算优越性》(Quantum Computational Advantage via 60-Qubit 24-Cycle Random Circuit Sampling)。

文章报道了超导量子计算系统祖冲之2.1，与祖冲之2.0相比，量子比特数量仍为66，但是完成了更大规模的随机电路采样。祖冲之2.1系统规模达到60量子比特24层循环(祖冲之2.0为56量子比特20层循环)，读出保真度显著提高到平均97.74%(祖冲之2.0为95.48%)。

据估计，祖冲之2.1采样任务的经典模拟复杂度比谷歌“悬铃木”高6个数量级，比祖冲之2.0高3个数量级(5000倍)。采用最先进的经典算法(张量网络)和超级计算机(Summit)进行经典模拟随机电路采样实验，耗时长达数万年(约4.8万年)，而祖冲之2.1只需约4.2小时，速度快了1亿倍，大大提高了量子计算优越性(即量子霸权)。

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https://mp.weixin.qq.com/s/Q2vT_x_5kKLkKFD28d0oyw

超级计算机探索谷歌量子处理器的极限

俄罗斯Skoltech光子学和量子材料中心(CPQM)量子信息处理实验室与CDISE超级计算团队“Zhores”合作，模拟谷歌的量子处理器，旨在探索其性能极限。

他们创建了一个模拟，输出与谷歌相同统计分布的数据，并显示了一系列实例密度，在这些密度下，量子近似优化算法(QAOA)性能急剧下降，这种效应被称为可达性缺陷(一种由问题的约束变量比引起的性能限制)。他们进一步透露，谷歌的数据处于这个范围的边缘，超过这个范围，目前的技术水平不足以产生任何优势。

结果清楚地表明，可达性缺陷产生了一种雪崩效应，使谷歌的数据处于这种快速转变的边缘，超过这种转变，更长、更强大的QAOA电路成为必要。

研究结果发表在该领域的主要期刊《量子》上。

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https://techxplore.com/news/2021-09-supercomputer-probes-limits-google-quantum.html

德克萨斯大学量子研究中心模拟了45量子比特随机电路

在德克萨斯高级计算中心(TACC)举办的第六届“Texascale Days”活动上。应用研究实验室(ARL)德克萨斯大学量子研究中心主任Brian La Cour与其他研究人员合作进行大规模量子计算机模拟。

La Cour和他的团队在Frontera超级计算机上使用了8192个节点，模拟了一个45量子比特的随机电路，类似于谷歌2019年量子霸权实验中使用的电路。模拟使用的是由牛津大学的合作者开发的量子精确模拟工具包(QuEST)。

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https://www.hpcwire.com/off-the-wire/tacc-texascale-days-pushing-scientific-software-to-new-heights/

新日铁和CQC利用量子计算机成功模拟铁晶体

近日，全球第三大、日本第一大钢铁生产商新日铁和剑桥量子计算(CQC)表示，他们以两种不同的配置模拟铁晶体的行为，使用的算法和噪声缓解技术可以在当今NISQ量子计算机上运行。参与这项研究的科学家表示，这些技术最终可能有助于制造新型钢。

这种化学模拟非常复杂，科学家们无法在传统计算机上精确地进行。在这种情况下，新日铁和CQC使用IBM量子计算机和CQC开发的专门算法来运行模拟。

为了模拟铁晶体，剑桥量子计算公司和新日铁公司的科学家们使用了一个IBM量子处理器的七个量子比特。在这里，研究人员也指出，要实现对铁晶体能量状态的更精确模拟，需要一种比目前存在的更强大、更不容易出错的量子设备。

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https://thequantumdaily.com/2021/09/21/cq-nippon-steel-scientists-forging-path-to-algorithms-that-can-simulate-materials-on-todays-quantum-computers/

IonQ和富达为金融建模开发了新的量子机器学习技术

本周，IonQ宣布与富达应用技术中心(FCAT)联合发表了一篇论文。该论文展示了其量子计算机如何超越传统计算机，生成用于测试金融模型的高质量数据。金融机构通常使用模型进行资产配置、电子交易和定价，并需要测试数据来验证这些模型的准确性。

IonQ和FCAT采用了Copula，这是一种在统计模型中常用来描述大量变量之间关系的方法。例如，大型金融机构使用Copula来理解股票价格之间的关系。通过使用量子计算机来实现该技术，IonQ和FCAT证明了量子计算机构建复杂模型的能力远远大于经典计算机。

首个使用Copula的量子机器学习方法很可能被应用于风险管理和投资组合优化。

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https://ionq.com/news/september-22-2021-ionq-fidelity-quantum-machine-learning-finance

高盛、QC Ware和IonQ为金融行业展示了量子算法概念验证

本周，国际知名投行高盛、量子算法公司QC Ware和量子硬件公司IonQ宣布，量子计算在金融服务行业的现实应用向前迈出了重要一步。

具体来说，一篇新的arXiv论文展示了IonQ量子计算机现在是如何强大到足以演示高盛和QC Ware最先进的量子算法，有望加快蒙特卡罗模拟的速度。蒙特卡罗模拟是许多行业解决问题的关键，包括金融、电信、机器人、气候科学和药物发现。

QC Ware和高盛为蒙特卡罗模拟理论化的量子算法现在已经在最新的IonQ量子计算机上得到实践演示。两个团队正在一起设计量子算法，旨在让企业以比现在快得多的速度评估风险并模拟各种金融工具的价格，如果成功，这可能会改变全球金融市场的运行方式。

高盛、IonQ和QC Ware进行的实验只涉及四个量子比特，能够执行大约100个逻辑运算。

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最新报告预测，到2026年全球量子计算硬件市场将超过71亿美元

Research and Markets发布了一份名为《混合计算:量子计算和高性能计算》的报告。

报告显示，到2026年，全球量子计算硬件市场将超过71亿美元；量子计算中的托管服务将达到2.06亿美元，复合年增长率为44.2%；基于超导技术的量子计算将达到33亿美元。

到2026年，人工智能驱动的高性能计算市场将在全球范围内达到220亿美元，主要由模拟、工程和设计解决方案驱动

生物科学是增长最快的高性能计算领域，其次是政府、制造、金融和能源。

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https://www.prnewswire.com/news-releases/hybrid-computing-research-bundle-2021-quantum-and-classical-cpus-on-the-same-computing-platform-will-lead-to-combined-general-purpose-and-use-case-specific-computation-solutions-301381284.html

行业调查报告：量子计算可能比你想象的更近

2021年7月和8月，以色列量子算法公司Classiq委托市场研究公司Propper Insights开展了一项针对509名熟悉量子技术的美国高管进行了调查。9月22日，Classiq发布了调查报告的第一部分，第二部分将于今年10月发布。

主要调查结果包括：

●61.9%的受访者表示，他们的公司已经为量子计算分配了预算。

●98.6%的人认为量子计算对于提高技术能力是必要的或重要的。

●95.7%的人认为量子计算可以带来能力突破。

●当被问及量子计算发展最重要的组成部分时，“更好的开发平台”是最多的答案。

●超过60%的人表示，量子计算将是未来5-10年的大趋势，仅次于虚拟现实和增强现实。

●89.8%的人认为IT部门应该有专门用于量子计算技术的预算。

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https://www.classiq.io/insights/2021-survey-part-1

《2021年全球创新指数报告》发布，中国排名连续9年稳步上升

世界知识产权组织(WIPO)9月20日在日内瓦发布的《2021年全球创新指数报告》显示，中国排名第12位，较2020年上升2位。《报告》高度评价中国在创新方面取得的进步，并强调了政府决策和激励措施对于促进创新的重要性。

特别值得一提的是，中国自2013年起，全球创新指数排名连续9年稳步上升，上升势头强劲。

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英国投资9300万英镑建设国家量子计算中心

在9月20日举行正式奠基仪式后，位于英国牛津郡的国家量子计算中心(NQCC)即将开始建设。该建设工程将在五年内获得9300万英镑的资金，目标是加速开发可扩展的实用量子计算机。

NQCC是英国为期十年、耗资10亿英镑的国家量子技术计划(NQTP)的一部分，旨在确保量子技术从实验室到工业生产的成功过渡。NQCC的关键目标之一是在未来五年内展示超过100个量子比特的量子计算机，NQCC团队已经试运行其第一批量子研究和开发项目。

占地4035平方米的NQCC中心大楼将于2023年年中开放。最终将为来自学术界、产业界、政府、量子合作伙伴组织和量子初创公司的120多名员工和研究人员提供空间。

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https://techhq.com/2021/09/worlds-first-center-prioritizing-quantum-computing-for-business-coming-to-the-uk/

荷兰制定全球首个量子计算机供应链路线图

为了加速量子计算机的发展，荷兰量子生态系统成立了ImpaQT项目，其首要任务是：制定路线图。将量子计算机视为一个产品需要接口的标准化和其所有构建模块的集成，以及能够提供高质量组件并确保供应安全的成熟供应链。

ImpaQT团队表示，产品开发方法将重点放在功能和性能需求上。其产品路线图包括以下四类：

●量子计算机演示平台

●量子器件开发平台

●量子算法开发平台

●商用量子计算机

ImpaQT预计，全功能量子计算机将在十年内面世，并将用于高性能计算(HPC)市场，取代(部分)目前用于复杂计算和数据管理的超级计算机。

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加州大学洛杉矶分校将成立美国第一个量子生物中心

加州大学洛杉矶分校(UCLA)的加州纳米系统研究所(California NanoSystems Institute, CNSI)成立了一个新的中心，致力于生物过程中可能出现的量子基础的跨学科研究。该中心由CNSI成员、UCLA电子与计算机工程助理教授Clarice Aiello领导，将培养学生、早期科学家和工程师，重点关注科学网络。

英国、德国、韩国、丹麦和日本已经有专门研究量子生物科学的学术中心，该中心将是美国第一个量子生物研究中心。该中心最初的资金来自国家科学基金会、卡夫利基金会、戈登和贝蒂·摩尔基金会以及多尔研究和教育学院。

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https://newsroom.ucla.edu/stories/quantum-biology-center

耶鲁大学将启动量子计算化学中心

耶鲁大学将领导一个新项目，利用量子计算技术模拟复杂化学反应的动力学，这是耶鲁大学在化学领域的第一个量子计算项目，并成立了模块化量子设备量子动力学中心，由化学教授Victor Batista领导。美国国家科学基金会化学创新中心为该中心拨款180万美元。

量子计算可以用于研究化学反应动力学，例如启动人类视网膜视觉过程的反应。耶鲁将通过开发新一代量子处理器和算法为该项目做出贡献。

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https://news.yale.edu/2021/09/21/insights-outcomes-one-order-quantum-chemistry-hold-potatoes

创新英国拨款42.5万英镑，支持量子设备新制造技术

英国Ionoptika公司和萨里大学(University of Surrey)从创新英国(Innovate UK)获得了总价值为42.5万英镑的项目拨款，以扩大他们对量子设备新制造技术的研究。这项新的创新基金将为英国和世界各地的研究人员开辟新的可扩展的制造方法。

研究人员使用电离原子束，利用铒和镱等稀土元素制造量子设备。离子束广泛应用于科学界和制造业，从电脑芯片生产到医疗诊断仪器和癌症治疗。这种被称为离子注入的技术已经在现代计算机芯片制造中使用了几十年，其优点是比其他制造方法更快。该技术在量子应用方面的主要局限性是不能在单离子水平上精确控制注入离子的位置和数量。Ionoptika的新工具Q-One解决了这个问题，它每秒可快速植入1000个量子比特。

该项目将帮助Ionoptika扩大规模，在未来5-10年内预计在南安普顿地区创造20多个高技能STEM工作岗位，并为英国工程供应链带来超过600万英镑的价值。

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https://www.dpaonthenet.net/article/187200/New-funding-boosts-the-UK-s-future-in-Quantum-manufacturing.aspx

IBM推出一项新服务，旨在加速量子计算商业化

IBM推出了一项新服务，帮助企业部署量子计算机，并培训员工使用这一新兴技术。这项新服务名为“量子加速器”(Quantum Accelerator)，IBM专家将与企业合作，找出量子计算机业务中最有价值的近期用例，帮助它们围绕这些用例开展研究并进行概念验证项目。

此外，IBM 还将涉及定制课程，培训企业员工如何使用量子计算机和量子算法。根据每家公司不同群体的需求，IBM将量身定制教育服务，同时，软件工程师可能需要更多的技术培训，其中包括学习如何为量子计算机编程或编写自己的量子算法。

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https://fortune.com/2021/09/22/ibm-quantum-computing-accelerator-training/

字节跳动公开首个量子计算研究进展

近日，在arXiv.org更新的预印本发布的一篇论文《Toward Practical Quantum Embedding Simulation of Realistic Chemical Systems on Near-term Quantum Computers》显示，字节跳动作为第一参与机构，设计了一个量子与经典混合算法，可高效模拟计算小分子特性。

该研究意味着有可能在近期的量子设备上解决工业化学问题。这是字节跳动首次公开在量子计算领域的相关研究进展。

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https://arxiv.org/pdf/2109.08062.pdf

Infosys和亚马逊Braket合作，助力企业探索量子计算的潜力

总部位于印度的IT跨国公司Infosys宣布与亚马逊网络服务(AWS)进行战略合作，共同开发量子计算能力和用例。作为Infosys Cobalt云产品的一部分，Infosys将使用亚马逊量子计算云服务Braket探索并构建量子计算的多个用例。

Infosys新兴技术解决方案中心(iCETS)正在利用亚马逊Braket开发车辆路径优化、欺诈检测等领域的量子计算用例。此外，该公司还将通过Infosys创新网络(IIN)寻求与量子计算领域初创公司的合作机会。这将进一步完善Infosys Cobalt，为企业提供一系列服务、解决方案和平台，以加速他们的云之旅。

目前，Infosys提供了14000个云资产和超过200个行业云解决方案蓝图。

详情：

https://thequantumdaily.com/2021/09/22/india-based-infosys-cobalt-and-amazon-braket-collaborate-to-enable-businesses-to-begin-exploring-the-potential-of-quantum-computing/

IonQ公布2021上半年财报，研发支出大幅增长

本周，IonQ公布了2021年第二季度和上半年的财务状况。今年第二季度确认收入为9.3万美元，2020年同期为零，2021年上半年为21.8万美元。根据最新的业绩预测，IonQ将在2021年实现1500万美元的收入，相比年初的预测(500万美元)高出了2倍。由此可见，IonQ手中已有大量订单。

2021年第二季度研发费用为550万美元，而2020年同期为270万美元，2021年上半年为910万美元。与2020年同期相比，2021年第一季度和第二季度，研发支出均大幅增长。

根据计划，IonQ将在未来几周内完成上市。

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IonQ和GE Research合作探索量子计算如何影响风险管理

近日，量子计算领导者IonQ宣布与GE Research开展合作，以探索量子计算和IonQ的量子计算机在关键风险分析领域的影响。该计划预计将为金融、政府和其他关键行业的风险管理提供见解。

最近的研究结果表明，各行各业都需要围绕金融、网络安全、第三方关系等方面进行更强的风险分析。有了IonQ和GE Research的合作，这种分析可以通过在量子计算上使用Copula实现。Copula是描述变量之间关系的灵活方法。该模型适合测量来自多组随机数据输入的信息，并将它们提取成单个变量。由于量子硬件适合这种类型的分析，所以该团队旨在探索风险管理基于量子计算的突破性的解决方案。

详情：

https://aithority.com/machine-learning/neural-networks/quantum-computing/ionq-and-ge-research-partner-to-explore-how-quantum-computing-could-impact-risk-management/

IonQ启动第二轮研究学分计划

继第一轮计划完成后，IonQ本周启动了第二轮研究学分计划，该项目专注于加速量子计算应用的创新，为来自合格学术机构的团队和个人提供免费学分，以在IonQ的尖端硬件上构建新的量子算法。

IonQ研究学分计划为全球学者提供高达1万美元的学分，这些学分可以访问IonQ的离子阱量子计算机。目前的项目涵盖了从蛋白质折叠动力学到纠错再到基准测试的主题。在IonQ的网站上可以找到资格详情和其他常见问题的完整建议书，感兴趣的团队可以通过项目申请表申请。申请将进行滚动审查。

截止日期是美东时间2021年11月16日星期二。

详情：

https://ionq.com/news/september-20-2021-ionq-research-credit-program-second-cohort

Riverlane开发新的硬件抽象层，将作为量子操作系统的主干

总部位于剑桥的量子计算软件公司Riverlane和英国国家物理实验室(NPL)领导的一个联盟，开发了一种开源硬件抽象层(HAL)，使软件可以搭载在不同的量子计算硬件平台上。

HAL被设计成可以适配四种先进的量子比特技术：超导量子比特、离子阱量子比特、光子系统和硅基量子比特。它将允许用户利用先进的硬件能力来提高性能。这意味着开发者可以专注于算法，而不是特定的硬件，并且算法在不同的量子技术中是可移植的。HAL将构成Riverlane高度创新的量子操作系统Deltaflow.OS的主干。未来，HAL还将为高级功能提供支持，如编译器优化、基于测量的控制和纠错。

英国产业战略挑战基金为该项目提供了760万英镑的资助。

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https://www.businesswire.com/news/home/20210922005101/en/

Archer Materials的12CQ量子计算芯片获得美国专利

澳大利亚上市公司Archer Materials的12CQ量子计算芯片获得了美国专利，这是该公司早期商业化的一个重要里程碑。该专利保护了Archer的12CQ芯片技术知识产权，使其有可能与美国量子计算企业合作。

此前，该技术已分别于今年1月和8月在日本、韩国和中国获得专利。接下来，Archer计划在欧洲、澳大利亚和中国香港开展与12CQ芯片相关的专利申请流程。

详情：

https://www.proactiveinvestors.com/companies/news/960960/archer-materials-higher-on-securing-key-us-patent-for-12cq-quantum-computing-chip-960960.html

CDS集团将为超级游艇提供后量子加密算法

英国海运公司CDS集团正在推出量子安全虚拟专用网络(VPN)，以保护客户及其资产。CDS将为世界上最大的超级游艇提供网络安全服务，确保受其保护的船只之间的通信在混合解决方案中使用传统和新的“量子安全”加密算法进行加密。

新的加密技术将从世界上最大的超级游艇上进行推广，以保护该船的资产以及其4G和卫星通信系统。有了新的混合VPN，第三方/离岸支持对船舶网络敏感区域的访问将仅限于所需的设备或网络。

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https://www.helpnetsecurity.com/2021/09/21/cds-post-quantum/

Seraphim完成对Arqit Quantum的投资

Seraphim空间信托投资基金(伦敦证券交易所: SSIT)是世界上第一家专注于空间技术的上市基金。近日，该公司宣布从Seraphim Space LP手中收购了量子加密公司Arqit的股权。根据IPO招股说明书，Seraphim信托将从Seraphim Space LP收购四项资产，作为公司新发行的普通股。这次收购是完成的第二项交易。

根据IPO时签订的相关买卖协议，Seraphim信托以现金形式收购Arqit的242万股，价值为2732.87万美元。

详情：

http://spaceref.com/news/viewpr.html?pid=58292

Entanglement公司将推动量子计算在医疗技术方面的应用

近日，美国健康事务中心(CHA)与量子计算公司Entanglement达成合作协议，致力于使美国克利夫兰和中西部地区成为人工智能、量子技术和高级计算支持的医疗应用领域中心，加速医疗保健和医疗应用领域的下一波计算突破。

CHA与Entanglement合作，将通过变革性计算应用为其成员提供竞争优势。量子计算不仅将彻底改变药物发现的关键模拟，还将改变医疗分析、医院管理和全球医疗供应链的格局，最终为患者提供量身定制的预测性医疗解决方案。

详情：

https://www.prnewswire.com/news-releases/entanglement-continues-a-midwest-surge-to-provide-quantum--high-performance-computing-applications-to-the-nations-leading-hospital-association-in-the-heartland-of-america-301383891.html

Element Six推出用于量子技术应用的新型金刚石

戴比尔斯集团子公司Element Six发布了最新的通用化学气相沉积(CVD)量子级金刚石产品DNV-B14™，是磁场器件、RF传感器、固态陀螺仪和室温脉泽等量子技术的理想材料。

Element Six的DNV™系列扩展了该公司用于新兴量子技术的先进材料的范围。金刚石NV中心为研究人员提供了一个独特的固态平台，该平台具有自旋量子比特，可在室温下初始化和读出，具有较长的寿命。

DNV- B14™旨在为终端用户提供均匀而高密度的NV自旋中心，与上一代产品相比，其NV密度增加了10倍以上。DNV-B1™于去年推出，2021年3月获得量子领域SPIE Prism奖。

NV密度与DNV-B14相当Element Six金刚石已用于开发高灵敏度光纤耦合磁强计。不需要笨重的冷却设备，这样的设备可以变得紧凑，甚至便携。它们是心脏磁图(MCG)和脑磁图(MEG)等医学诊断技术的理想传感器。

详情：

https://www.businesswire.com/news/home/20210920005612/en/Element-Six-Launches-DNV-B14-a-New-Grade-of-Diamond-for-Quantum-Technology-Applications

QDevil推出新型电压源，能够更快地调谐量子比特

最近，丹麦公司QDevil推出了一种新型超稳定电压源——QDAC-II，使调谐速度比以前快100倍，并且不再需要部分传统仪器。除了几个突出的新功能外，QDAC-II还克服了两个难题：一是能够进行非常快速的量子比特调谐；二是在量子比特调谐后能够随时间保持稳定。

除了提供24通道超稳定直流电压外，QDAC-II还具有其他一些功能，包括单独的电流放大器、万用表、任意波形发生器和脉冲/信号发生器。该新产品旨在控制量子器件，包括量子比特中的栅电极和通量偏置线圈，是一种用途广泛的仪器。

详情：

https://secureservercdn.net/50.62.89.79/80b.bf1.myftpupload.com/wp-content/uploads/2021/09/PR-QDAC-II-September-15-2021.pdf

里程碑！我国首次实现15用户量子安全直接通信网络

由上海交通大学的陈险峰和江西师范大学的李渊华组成的研究团队构建了一个15个用户的量子安全直接通信(QSDC)网络。他们利用量子安全直接通信原理，首次实现了网络中15个用户之间的安全通信，其传输距离达到40公里。为未来基于卫星量子通信网络和全球量子通信网络奠定了基础。

QSDC通过安全的量子信道直接发送秘密信息，而不直接传输信息。对该技术的任何攻击都只能产生一个随机数，并且不能从中获得任何有用的信息。因此，QSDC的通信步骤简单，减少了潜在的安全漏洞，并提供了更高的安全保障。

相关论文发表在《自然》旗下的《光：科学与应用》杂志上。

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https://www.nature.com/articles/s41377-021-00634-2

量子计算纠错研究获得2021年磁学进展奖

一项利用分子自旋进行纠错和逻辑运算的量子计算可扩展架构的研究获得了AIP Advances赞助的磁学进展奖。

这篇论文名为“分子自旋量子比特的嵌入量子纠错和可控相位门”，由评选委员会从2020年磁学和磁性材料线上会议提交的论文中选出。该论文表明，磁性分子是未来可扩展量子计算架构中特别有前途的逻辑单元，可以在单分子水平嵌入量子纠错和受保护的双量子比特门。研究人员设计并研究了分子纳米网络，它能够有效提高量子纠错能力，并成为量子计算机中可靠的单元。

该篇论文的作者获得了现金奖励和前往下一届磁学和磁性材料研讨会的旅费。

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https://www.prnewswire.com/news-releases/correcting-quantum-computing-platforms-study-wins-2021-advances-in-magnetism-award-301379929.html

 “高温”新型超导量子比特为大型量子计算机铺平道路

近日，日本情报通信研究机构(NICT)的研究人员开发出了一种全氮化物超导量子比特，这种量子比特在硅衬底上外延生长，可用于大型量子计算机。这种量子比特不使用铝作为导电材料。它的超导转变温度为16K(-257℃)，约瑟夫森结的绝缘层为氮化铝(AlN)。这比其他超导量子比特结构所需的温度高15度。

通过使用氮化铌作为超导体，有可能构建运行更稳定的超导量子电路，并有望促进量子计算机和量子节点作为量子计算基本元素的发展。研究人员将继续致力于优化电路结构和制造工艺，并将继续研发，以进一步延长相干时间，实现大规模集成。

这是世界上第一次通过在硅衬底上外延生长氮化物超导量子比特来减少介电损耗，从而成功地在氮化物超导量子比特中观察到几十微秒的相干时间。使用这种新的材料平台，有可能取代传统的铝，并可以加速量子信息处理的研发。

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伯克利国家实验室首次在三进制量子比特上演示了随机基准

美国劳伦斯伯克利国家实验室(Berkeley Lab)高级量子实验台(AQT)的一组研究人员在超导量子处理器上演示了一种错误表征方法——随机基准(RB)。他们用qutrit(三进制量子比特)测试了这种广泛使用的误差表征方法。

量子处理器通常在qubit(二进制)上工作，标记为“0”和“1”。qutrit利用了一个额外的量子态“2”，增加了存储的信息量。由于增加了存储和处理能力，基于qutrit的处理器有望在实现特定算法方面优于qubit。目前RB技术已经成为基于qubit处理器的错误表征标准。该技术将所有可能的错误平均为一个数字，以便在处理器和系统之间进行有意义的比较。

他们的研究结果发表在《物理评论快报》上，标志着对基于qutrit的量子设备的准确性进行基准测试的一个重要里程碑，并确定了未来研究中需要克服的障碍。

详情：

https://thequantumdaily.com/2021/09/20/raising-the-bar-in-error-characterization-for-qutrit-based-quantum-computing-berkeley-lab-demonstration-of-randomized-benchmarking-protocols-on-qutrit-processors/

南科大在隐藏自旋轨道耦合领域取得进展

近日，南方科技大学物理系与量子科学与工程研究院副教授刘奇航课题组、量子科学与工程研究院副研究员陈朝宇课题组联合理论与实验研究，在隐藏自旋极化这一研究领域取得进展。有关成果以“Observation of spin-momentum-layer locking in a centrosymmetric crystal”为题发表于期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)。

该研究发现了一类崭新的对称性诱导自旋-动量-晶层锁定(Spin-Momentum-Layer Locking)的现象，即量子材料中自旋、轨道及晶格的联合耦合方式。同时，这一研究亦弥补了全布里渊区的隐藏自旋极化测量的空白，可以对基于隐藏自旋极化的自旋器件设计产生启发。

详情：

https://newshub.sustech.edu.cn/html/202109/41249.html

研究表明，在宏观系统中也能观察到量子现象

最近，维也纳大学和奥地利科学院量子光学和量子信息研究所(IQOQI)的研究发现，在宏观极限内，完全保留量子理论的数学结构是可能的。这使得在宏观尺度上观察量子非定域性将成为可能。

研究人员证明了量子理论的整个数学结构(如玻恩法则和叠加原理)在极限内保持稳定。他们把这个特性称之为宏观量子行为，这直接证明了贝尔非局域性在宏观极限内是可见的，只需要测量波动，偏离期望值，就能在宏观系统中看到量子现象。

该研究发表在最近的《物理评论快报》上。

详情：

https://phys.org/news/2021-09-quantum-macroscopic-scale.html

量子成像有望用于探测系外行星

澳大利亚麦考瑞大学和英国谢菲尔德大学的研究人员预测，量子成像可以显著提高直接探测系外行星的概率。他们还提出，目前已有两种技术可以达到这项任务的灵敏度极限——一种基于干涉测量法，另一种方法是基于将恒星图像中的光分解成不同的空间模式。

他们将行星的探测看作是量子态的鉴别，其中两个量子态——“恒星加行星”和“仅恒星”，与探测到的光子的空间分布有关。他们发现，正确区分这些状态的概率取决于恒星和行星之间的角间距、两个物体的亮度比以及望远镜收集到的光子数量。

研究人员预测，与目前的方法相比，量子技术应该能够探测到更暗、更靠近恒星或两者兼有的系外行星。

详情：

https://physics.aps.org/articles/v14/s122

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