周报丨中科院量子计算云平台上线远程控制指令集；科学家首次发现量子自旋液体

中科院量子计算云平台上线量子计算硬件系统远程控制指令集QCIS

12月2日，中国科学院量子信息与量子科技创新研究院量子计算云平台公开发布了用于量子计算物理系统远程调控的指令集QCIS(Quantum Control Instruction Set)，这意味着云平台将支持用户远程调用其开放接口，在真实量子计算原型机上进行“云端”量子编程实验。

目前全球各大量子云平台如IBM等广泛使用的是QASM(Quantum Assembly Language)指令集，其主要针对量子门的抽象表达。而此次量子计算云平台发布的QCIS指令集则针对超导量子计算机硬件系统控制，旨在将硬件控制用指令进行抽象标准化。

其次，除了包含QASM指令集的功能外，QCIS还侧重物理系统的标定、校准以及量子操控的实现，更符合超导量子计算硬件系统当前发展阶段的特点和要解决的实际问题。不管是QCIS指令集还是“祖冲之二号”的编译语言，此前都是科研人员内部使用，本次为首次对外开放。

未来，云平台将更新更多编译语言，同时进一步丰富QCIS指令功能，实现对硬件更为复杂的操作。在硬件方面，国盾量子将为量子计算云平台接入更大规模的超导量子计算原型机提供支持。

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https://quantumcomputer.ac.cn/

哈佛大学科学家首次发现量子自旋液体

1973年，物理学家Pillip W. Anderson提出了量子自旋液体这一新型物质状态。在量子自旋液体中，电子在冷却时不会稳定形成固体，并且会在纠缠量子态之中不断变化、波动。

现在，哈佛量子倡议(Harvard Quantum Initiative, HQI)领导的物理学家团队终于通过实验记录到了这一奇异物质状态。《科学》杂志上的一项新研究对这项工作进行了描述，这标志着朝着按需制备这种难以捉摸的状态，并获得对其神秘本质的全新理解迈出了一大步。量子自旋液体的奇异性质可能是创造更强大量子比特(拓扑量子比特)的关键，这种量子比特有望抵抗噪声和外部干扰。

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https://phys.org/news/2021-12-scientists-document-presence-quantum-liquids.html

欧洲启动“高性能计算机和量子模拟器混合”(HPCQS)项目

欧洲超级计算中心(EuroHPC JU)是欧盟、欧洲国家和私人合作伙伴的联合倡议，旨在在欧洲开发世界级的超级计算生态系统。作为EuroHPC JU支持的首个量子计算计划，12月1日，“高性能计算机和量子模拟器混合”(HPCQS)项目将启动创新解决方案(PPI)的公共采购方案，以实施两个100+量子比特量子模拟器。

为期四年的HPCQS计划将基于Atos的量子学习机(QLM)和Parastation的Modulo开发量子模拟器编程平台，为最终用户设计的量子计算和量子HPC混合应用程序提供一个综合编程平台；除此之外，HPCQS还将致力于部署完整的混合软件堆栈，具体包括：云访问、混合工作负载的资源管理库、基准测试和性能分析。

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https://www.hpcqs.eu/

谷歌量子计算机成功创造时间晶体

根据7月28日的一篇arXiv预印版论文，来自斯坦福大学、谷歌量子人工智能团队、德国马克斯-普朗克研究所和牛津大学的研究人员使用谷歌的Sycamore量子计算硬件成功创造时间晶体，这篇论文已在11月30日发表于Nature上。

正如晶体的结构在空间中重复，时间晶体也在时间中重复，而且无限重复，没有任何进一步的能量输入，就像一台“永动机”。一直以来，追求实现物质的这一阶段一直是理论和实验的一大挑战。如今这一突破还给凝聚态物理学领域的探索提供了新的机会。

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https://phys.org/news/2021-11-physicists-crystals-quantum.html

全球最大量子计算企业合并项目宣布完成

11月30日，剑桥量子公司(CQ)和霍尼韦尔量子解决方案公司(HQS)宣布，它们已经满足了完成企业合并所需的所有条件，并成立了新公司，名为Quantinuum。新公司旨在以与平台无关的方式加速量子计算的发展和量子技术的创新，为经典计算机无法解决的一些最棘手的问题提供现实世界的量子解决方案。

Quantinuum将于2021年12月和2022年晚些时候在全球推出量子网络安全产品，这是一个企业软件包，应用量子计算解决制药、材料科学、特种化学品和农用化学品领域的复杂科学问题。霍尼韦尔目前是Quantinuum的最大股东，持有约54%的股权。

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https://mp.weixin.qq.com/s/BH8U14YvKUA4jrbKk7TkSg

美国国防授权法案寻求为量子计算加码1亿美元

美国参议院将于本周开始审议年度国防政策法案，法案中的一项条款将增加对美国量子计算研究的资助。参议院版本的美国《国防授权法案》将在五角大楼为信息和通信技术项目寻求的4.3亿美元基础上增加1亿美元。

参议院法案随附的报告在解释额外资金的必要性时表示，这些资金将用于“加快大规模量子计算系统的部署，以帮助确保美国在量子计算能力方面保持世界领先地位。”

这笔资金将拨给美国国防高级研究计划局(DARPA)，要求DARPA“向提出可靠的大规模量子计算系统开发计划的实体提供一项或多项资助。”但众议院版本的国防法案没有量子计算相匹配的条款，这个问题必须在两院的会议谈判中解决。

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https://mp.weixin.qq.com/s/32YvP9n3JA-1GIWN24T8Ww

美国国会2022量子计算报告启动征求意见程序

美国国家标准与技术研究院(NIST)正在寻求包括量子计算在内的八个新兴技术领域的公共和私营部门市场趋势、供应链风险、立法、政策和未来投资需求的信息。NIST正在向业内人士和普通公众征求意见，帮助识别、理解、提炼和指导量子计算和其他七个新兴技术领域的当前和未来技术发展。这些信息将用于提交给美国国会的最终报告。回复RFI(信息请求)的截止日期是2022年1月31日。

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https://mp.weixin.qq.com/s/LBbnxYo1hhVNHyYpEu8I2g

全国首个！中国科大获批量子科学与技术交叉学科博士学位授权点

日前，教育部正式公布了2020年度学位授权自主审核单位增列的学位授权点名单，中国科学技术大学的量子科学与技术博士学位授权交叉学科位列其中。这是我国第一个量子科学与技术方向的博士学位授权点，也标志着中国科大在量子科技领域的学科建设取得了阶段性成果，并迈入了系统布局、成熟发展的新阶段。该博士授权点的获批，对促进量子科学与技术学科的发展，提升量子科技创新领军人才的培养质量和数量等方面具有重要的推动作用和意义。

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https://mp.weixin.qq.com/s/dFck_OdFgDKQIoINGH4giQ

芝加哥大学普利兹克分子工程学院(PME)推出量子科学和工程博士学位

自2013年推出博士课程以来，芝加哥大学普利兹克分子工程学院(PME)致力于建立一支在理论物理学、化学、计算机科学、电气工程和材料科学方面的专业队伍。如今量子技术虽然只在萌芽阶段，但PME希望为学生提供创造、操纵和应用量子现象所需技能。

基于此目标，成功入选该项目的学生将被允许使用芝加哥大学和阿贡国家实验室校区最先进的设备和技术，具体包括：芝加哥大学材料研究科学和工程中心(MRSEC)、中西部计算材料综合中心(MICCoM)、量子环路和先进光子源等。其中，阿贡量子通信试验台将被拓展至芝加哥大学的海德公园校区，以创建长达100英里的美国最长量子试验台之一。

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https://news.uchicago.edu/story/pritzker-school-molecular-engineering-announces-quantum-science-and-engineering-phd

英国布里斯托大学领导建设量子数据中心

布里斯托大学智能互联网实验室将会和业界合作开设量子数据中心，这一创举将被纳入英国研究与创新部门(UKRI)总投资1.7亿英镑的量子技术商业化项目。

该量子数据中心预计将于2022年初正式运营，学界和业界团队将致力于研发一个光纤城域量子网络系统，并期待其能支持境内外量子计算机远程访问。这个城域实验项目有望打破以往量子计算机与通信系统孤立运行的局面，加速远程量子数据传输，最终实现业界信息的互联运用。

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https://www.photonicsonline.com/doc/smart-internet-lab-will-deliver-quantum-data-centre-of-the-future-0001

芬兰国家技术研究中心(VTT)推出该国首台量子计算机

2020年开始，VTT选择量子初创公司IQM为芬兰提供境内首台量子计算机，如今一台由5个量子比特构成的计算机Micronova已成功坐落于VTT和阿尔托大学的微观和自然技术中心。此台机器将用来向阿尔托大学在读学生提供开源教学资源。

IQM架构在三个关键领域提供了优势：复位、门和读出。未来也将致力于20位量子比特机器的研发。预计到2024年，芬兰将成功实现50位量子比特计算机。

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https://quantumcomputingreport.com/vtts-five-qubit-quantum-computer-is-now-operational/

德国科学基金会将延长与帕德博恩大学的联合研究计划

德国科学基金会(DFG)于12月1日宣布，将延长与帕德博恩大学的联合研究计划(CRC)/Transregio 142关于“定制非线性光子学：从基本概念到功能建设”的联合研究项目。此项目专注于光子学和量子光学的基本原理，以通过对光的定向操作在非线性光子系统领域取得进展。

CRC计划最初于2013年被DFG批准了为期四年、价值1000万欧元的计划；于2018年宣布第二次延长。如今，该项目已进入第三阶段，旨在将帕德博恩大学在光子材料、量子光学领域的专业知识同多特蒙德工业大学在非线性光谱学领域的专业知识相结合，以建立一个创新的光子系统跨学科中心。

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https://www.azooptics.com/News.aspx?newsID=27229

阿德莱德大学启动量子材料战略

澳大利亚阿德莱德大学于12月1日启动了其量子材料战略，其重点是前沿基础研究，提供新的量子技术，创造一个更安全、更富裕和更健康的世界。阿德莱德大学将在各个校区建立一个量子材料协作研究计划，具体包括：

•在基础和应用量子材料研究方面培养世界一流的能力；

•成为产业界和国防部值得信赖的合作伙伴；

•位列全球量子材料专业前五名；

•为未来的工业、国防和学术环境创造一支高素质的劳动队伍。

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https://www.newswise.com/articles/quantum-materials-deliver-a-better-world

新南威尔士州科技中心成功引入三家量子计算公司

新南威尔士州政府投资2100万澳元设立的科创技术中心位于悉尼市中心，旨在促进科创公司合作交流和技术研发。本周，该科技中心已成功引入三家位于新南威尔士州的量子计算公司——Q-Ctrl、悉尼量子学院(Sydney Quantum Academy)和Quantum Brilliance。

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https://www.crn.com.au/news/nsws-quantum-terminal-gets-first-tenants-573280

Duality宣布成立量子科技技术委员会(TAC)

Duality是一家位于芝加哥的为期12个月的加速器计划，目前是美国第一家专门致力于量子科技公司孵化的计划。其于2021年4月由芝加哥大学的Polsk创新与创业中心、芝加哥量子交易所(CQE)、伊利诺伊大学香槟分校(UIUC)、阿贡国家实验室和P33联合发起。

TAC成员具体包括波士顿咨询集团(BCG)合伙人兼董事Jean-Francois Bobier、亚马逊网络服务(AWS)量子计算全球业务发展和上市战略负责人Michael Brett等多人，将与Duality一同为初创公司提供指导、技术建议和专业知识。

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https://www.marketscreener.com/news/latest/Duality-Announces-Technical-Advisory-Committee-with-Deep-Expertise-in-Quantum-Science-and-Tech--37184623/

印度政府与Synergy Quantum SA公司合作创办量子技术合资企业

2018年成立的瑞士初创公司Synergy Quantum SA开发了适用后量子端对端加密保护私人信息的技术，确保从私人票据到金融和法律合同的保密信息都用后量子加密进行编码。

印度科技部国家跨学科网络物理系统下属的I-Hub量子技术基金会与Synergy Quantum SA签署了合资协议。该协议表示，为鼓励和促进量子技术研发方面的双边技术合作，科技人员应相互交流培训，并计划共同布局后量子加密、量子密钥分配、空间量子通信和量子计算机领域的建设。

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https://finance.yahoo.com/news/synergy-quantum-sa-swiss-start-140000300.html?guccounter=1

IBM Quantum新一轮科学挑战赛：量子模拟

IBM Quantum举办的第二届科学挑战赛已经开始报名，截止日期为2022年4月16日。参赛团队被要求在IBM Quantum的7量子比特Jakarta系统上模拟一个三粒子系统的海森堡模型哈密顿量，以使用Trotterization来模拟一个已知量子态演变趋势。

参赛人员自行组队，但不能多于5人；演示方法限定为两种：运用允许用户对量子门进行脉冲级控制的Qiskit模块，或使用Qiskit默认值。每种方法中的最佳演示将被奖励40000美元，最终赢家将获得额外20000美元奖金。

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https://research.ibm.com/blog/quantum-open-science-prize

Linux基金会启动量子计算联盟以推动量子计算生态系统互操作性

新的量子计算软件工具包(SDK)、量子处理器不断出现，为弥合两者间的差距并提供互可操作性，Linux基金会宣布成立新的联盟：量子中间表示(QIR)，旨在减少量子生态系统各个成员的开发工作。

QIR致力于为量子电路建立一个中间表示，以促进量子生态系统的内部互操作性，并提供适合当前和未来异构量子处理器的表示。QIR将建立在经典计算中使用的LLVM中间语言标准之上。其创始成员包括霍尼韦尔、微软、橡树岭国家实验室、量子电路公司和Rigetti Computing。

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https://www.techradar.com/news/linux-foundation-launches-quantum-computing-alliance-to-drive-interoperability

Classiq和NTT数据集团合作设计金融建模的量子算法

提供突破性量子算法设计平台的Classiq宣布将与NTT数据集团合作，使用量子计算机实现新的信用风险分析算法。信用风险分析被用来确定借款人或供应商的信誉，以量化和限制贷方的损失风险。

Classiq的独特平台将使得NTT数据集团能够捕捉、合成、分析和优化可扩展的量子算法，这将使得全球数字业务和IT服务领导者NTT数据集团能够以独立于硬件的新方式实现信用风险分析，而不受传统量子算法规则的限制。

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https://www.valdostadailytimes.com/news/business/classiq-ntt-data-collaborate-on-quantum-algorithm-design-for-financial-modeling/article_aec797af-6911-5be7-8706-2756d02ba2f1.html

加拿大量子战略研究所宣布成立董事会

12月2日，加拿大量子战略研究所(Quantum Strategy Institute, QSI)任命来自六个不同国家(美国、法国、加拿大、西班牙、英国和印度)的11名特别顾问专家加入董事会。专家们均在量子机器学习、教育、密码学、云等垂直行业拥有专业知识，董事会将与学界、业界合作，探索量子计算的商业意义、量子技术的潜力与业务需求。

目前，该董事会成员包括：

•Google Cloud法务总监Bert Kaminski

•ColdQuanta量子计算总裁Paul Lipman

•Complicated Things创始人、1QBit首席战略官Sasha Grujicic

•BDC Deep Tech Fund合伙人Thomas Park

•QSI创始人兼主席Brian Lenahan

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https://www.streetinsider.com/PRNewswire/Quantum+Strategy+Institute+Announces+Board+of+Directors/19300832.html

Rigetti利用量子机器学习提高预测天气的能力

12月1日，全栈量子计算公司Rigetti Computing宣布，它已经开发出一种使用量子计算机解决天气建模问题的有效方案。在现有机器学习工作流程的基础上，该公司将经典和量子机器学习技术相结合生成高质量的合成天气雷达数据，并将其用于改进风暴预测的经典模型。这项工作是在Rigetti的32量子比特系统上进行的，这证明了近期量子硬件的实际应用是可以实现的。

Rigetti将于12月13日在“人工智能促进人道主义援助和灾难应对研讨会”上介绍这些发现，这是神经信息处理系统大会(NeurIPS 2021)线上会议的一部分。NeurIPS是一个关于机器学习和计算神经科学的国际会议。

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https://mp.weixin.qq.com/s/JdmBO3U1_XumaRWJBV4VAQ

全球首款Shor量子算法破解密码的演示应用上线

近期，本源量子云平台上线了全球首款Shor量子算法破解密码的演示应用，向大众科普展示量子计算将如何颠覆现代密码体系，旨在维护未来量子计算时代的信息安全。

本源量子统合现有量子破密算法的理论研究成果，依靠量子硬件、量子测控系统和量子软件全栈式的先进研发体系，对相关量子算法进行改进优化，开发出基于独有的改进型量子模数算术组件的RSA及ECC量子破密方案，减少了运行算法所需的量子比特数量，较微软在2020年的同类成果具有一定优势。

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https://mp.weixin.qq.com/s/KsO1NBTBFw8u3ZY4vh8sXQ

亚马逊Braket宣布支持混合量子-经典算法

Braket是AWS公司于2019年推出的量子计算服务，主要为Rigetti、IonQ和D-Wave等商业合作伙伴提供云服务。近年来，因为量子算法的优越性，越来越多的开发人员开始尝试在经典计算机上运行混合算法。11月30日，AWS宣称混合算法今后也将运用于Braket的服务中。

开发人员可以实现量子计算机和经典计算机之间的硬件和软件交互，同时还可以优先访问量子处理器，提供更高的可预测性。Braket将自动启动必要的资源，并在作业完成后关闭。不需要部署、配置和管理经典基础设施，使得迭代实验和改进算法变得容易。用户也可以为他们的算法设置自定义指标，然后使用亚马逊云监控CloudWatch，他们可以近乎实时地可视化结果。

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https://mp.weixin.qq.com/s/kdNiee6gamL7_OIvoMeKrg

牛津仪器向科克大学提供两台新一代稀释制冷机

爱尔兰科克大学(UCC)材料实验室主要从事对电子、磁性、原子和时空量子物质奇异状态的基础物理研究，研究中需要超新低温技术设备来突破技术界限。牛津仪器纳米科技公司此次将为UCC提供两台Cryofree®稀释制冷机，其最新的ProteoxMX系统内含一个高均匀性的14T磁铁，为量子材料的超低温实验和量子计算产业化提供了模块化、适应化的技术条件。

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https://thequantuminsider.com/2021/11/30/oxford-instruments-nanoscience-next-generation-dilution-refrigerators-to-support-advanced-materials-work-at-university-college-cork/

启科量子随机数发生器通过中国信通院检测

近日，启科量子自主研发的量子随机数发生器QRNG-G1通过了中国信通院的权威检测，获得了信通院颁发的《检测报告》，QRNG-G1的量子熵源采用脉冲形式的相位涨落方案，是国内首款通过信通院检测的该方案产品。

随机数是一种重要的基础资源，在信息安全、密码学、科学仿真等领域以及日常生产生活中有着广泛的应用需求。量子随机数发生器作为一种新型的随机数源，拥有物理意义上真正安全的随机数源，具有不可预测性、不可重复性和无偏性等特征，在原理上可保证数据的绝对安全性。

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https://mp.weixin.qq.com/s/NgvO2E1JmBreHKeeV_FmTg

微软将联合毕马威，运用Azure Quantum构建行业优化解决方案

微软Azure Quantum宣布与国际专业服务机构毕马威达成合作，将利用量子启发优化(QIO)算法构建行业优化解决方案。优化问题存在于许多行业中，并且通常难以使用可以加速优化的传统方法解决。在经典计算机中模拟此类量子效应将导致在经典硬件上运行的量子启发优化算法的发展，从而提高传统方法的速度。

微软Azure Quantum是世界首个运用量子解决方案的全栈公共云生态系统，能够运用相同的代码探索多种不同的求解器方法，从而最大限度地减少返工，提高生产效率。如今，毕马威已建立起一支专注于量子技术的服务团队，并试图将这一新兴能力运用于当今的金融服务组合优化、车队优化的基准解决方案之中。

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https://cloudblogs.microsoft.com/quantum/2021/12/02/microsoft-and-kpmg-collaborate-to-build-industry-optimization-solutions-using-azure-quantum/

SpeQtral融资830万美元，用于开发量子安全通信系统

SpeQtral宣布已成功完成由初创科技投资平台Temasek领投、Xora Innovation跟投的850万美元融资，这笔资金将加强SpeQtral的量子通信行业地位。新的资金将被用来扩大SpeQtral的区域和国际影响力、建立战略业务伙伴关系、招聘顶尖人才、商业推广和开发卫星系统。

SpeQtral的使命是在全球通信网络中提供防止篡改和不可破解的加密密钥——量子密钥分发(QKD)，确保数据免受互联网黑客威胁。目前，SpeQtral协同合作伙伴重塑量子时代的新型密码技术，利用近地轨道卫星来确保全球数据网络信息安全。

预计到2035年，QKD市场将价值200亿美元。

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https://www.helpnetsecurity.com/2021/12/01/speqtral-financing/

Q-CTRL融资2500万美元，红杉中国参投

11月30日，澳大利亚量子初创公司Q-CTRL宣布获得由空客风险投资公司(Airbus Ventures)牵头的2500万美元的B轮融资。其他投资者包括Ridgeline Partners、Main Sequence Ventures、Horizons Ventures、Square Peg Capital、Sierra Ventures、DCVC、红杉资本中国和In-Q-Tel。

Q-CTRL创始人兼首席执行官Michael Biercuk表示，最新的资金将用于招聘员工，并支持由量子传感驱动的新的数据即服务市场。Q-CTRL还将继续投资开发用于量子计算的量子控制和用于加速度、重力和磁场的量子传感。迄今为止，该公司已筹集了超过4300万美元(6000万澳元)。

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https://mp.weixin.qq.com/s/l_JkPeqwD-Pq8turKMtbiw

Q-CTRL获InnovationAus卓越奖国防类决赛2021年度提名

Q-CTRL获得澳大利亚InnovationAus卓越奖国防类决赛2021年度提名。此前，Q-CTRL首次提出了修正量子计算过程中环境噪声的算法。长久以来，环境噪声的存在使得量子计算无法扩展到几百量子比特之上，因此成为量子计算在网络安全、金融市场、国防后勤等应用领域的有效性和可扩展性的最大挑战。如今，Q-CTRL为现有硬件中执行的量子算法带来了超过25倍的性能优势。

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https://www.innovationaus.com/finalist-q-ctrl-and-quantums-quiet-obsession/

Archer Materials将与澳大利亚机器学习研究所(AIML)联合研发量子半导体

开发12CQ量子计算芯片的Archer Materials公司于宣布已同澳大利亚阿德莱德大学签署了一份长达5年的非约束性谅解备忘录。

在此期间，Archer将协同阿德莱德大学的AIML就器件制造和表征、先进材料、量子半导体技术等进行研发，具体包括：

•对Archer公司的量子半导体设备进行原型设计和测试，并将其运用于人工智能、机器学习、深度学习和计算机视觉等关联领域；

•针对和12CQ量子计算芯片相关的量子半导体进行技术研发、专利申请、文章发表等工作。

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https://www.proactiveinvestors.com.au/companies/news/967420/archer-materials-to-collaborate-with-aiml-on-quantum-semiconductor-development-967420.html

IDC：2027年全球量子计算市场将增长至86亿美元

11月29日，国际数据公司(IDC)发布了其对全球量子计算市场的首次预测，预计客户在量子计算方面的支出将从2020年的4.12亿美元增长到2027年的86亿美元。2021-2027年预测期内，复合年增长率达到50.9%。预测的领域包括核心量子计算即服务，以及使能和相邻量子计算即服务。

IDC认为2021年是量子计算行业的关键一年。这一趋势有望持续到2022年及以后，因为量子计算供应商正在向量子优势发展，企业正在利用当前和新兴的量子技术寻求竞争优势。

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https://www.idc.com/getdoc.jsp?containerId=prUS48414121

抗量子区块链平台QANplatform的代币已成功在Gate.io上市

作为抗量子的混合区块链平台，QANplatform为开发者和企业提供抗量子智能合约、去中心化应用(DApp)、去中心化金融(DeFi)和不可替代代币(NFT)平台服务，其通过构建与现有的编程语言、软件开发和IT运营技术、主要云平台、索引和oracle API的集成来快速解决问题。QANplatform将与以太坊虚拟机兼容。

QANX是QANplatform的实用代币，已于2021年6月2日在两个最常用的去中心化交易所Uniswap(wETH/QANX)和PancakeSwap(wBNB/QANX)上市，并于2021年11月28日在全球十大加密货币交易所之一的Gate.io获得交易资格。

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https://cointelegraph.com/press-releases/qanplatform-the-quantum-resistant-blockchain-gets-listing-on-gateio

科学家将超导量子比特芯片尺寸缩小了1000倍

虽然经典计算机中使用的晶体管已经缩小到纳米级，但现在超导量子比特的测量单位仍然是毫米——一毫米等于一百万纳米。最近，在与雷神公司的合作中，哥伦比亚工程学院James Hone教授的实验室展示了一种由2D材料制成的超导量子比特电容器，其尺寸仅为以前的一小部分。然后，研究团队将电容器与铝电路相结合，制造出一种包含两个量子比特的芯片，面积为109平方微米，厚度仅为35纳米，比传统方法生产的芯片小1000倍。

从这里开始，Hone和他的团队将继续改进他们的制造技术，并测试其他类型的2D材料以增加相干时间(量子比特存储信息的时间)。Hone说，通过将这些元件组合成一个范德华堆栈，或者为电路的其他部分部署2D材料，新的器件设计应该能够进一步缩小尺寸。

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https://mp.weixin.qq.com/s/IZy8cbkZ0XO_EEXY8jPnYg

科学家借助量子处理器模拟量子物质的二维状态

据Science杂志报道，德国慕尼黑工业大学、英国诺丁汉大学的研究人员和谷歌量子人工智能团队合作，使用高度可控的量子处理器来模拟复曲面码哈密顿量的基态——基于量子纠缠提出的一种现代凝聚态物理中的原型系统。

研究人员提出了一套量子算法，用以实现具有拓扑顺序的状态，并且可以通过模拟任意粒子激发的产生并将它们相互扭曲来证实这一点。这种拓扑有序的状态可以通过实现新的纠错方式来改进量子计算机。

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https://phys.org/news/2021-12-scientists-quantum-processor-simulate-2d.html

新型量子设备有望按需分配纠缠电子对的规则流动

量子计算机和许多其他量子技术依赖于量子纠缠电子对的产生。然而，迄今为止开发的系统通常会产生嘈杂而随机的纠缠电子流，对纠缠粒子的同步操作形成阻碍。12月2日，芬兰阿尔托大学的研究人员提出了一种产生规则的自旋纠缠电子流的方法。

在库珀对分离器中，超导体附近的两个量子点用于产生和分离一对纠缠电子对，称为库珀对。当使用静态电压驱动库珀对分离器时，结果是一个随机且嘈杂的过程；阿尔托大学团队提出，动态驱动系统与外部的栅极电压能够控制分离过程的时序，因此可以在每一分离周期中提取出纠缠电子，实现完全无噪声且规律的自旋纠缠电子流。

这种设备将为使用自旋纠缠电子进行动态量子信息处理铺平道路，也为未来的量子技术开辟了广泛的可能性。

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https://phys.org/news/2021-12-quantum-device-regular-entangled-electrons.html

量子领域新突破：传统时间观被打破

英国布里斯托大学联合维也纳量子光学与量子信息研究所(IQOQI-Vienna)发表在Communications Physics期刊上的一篇论文，展示了量子系统可以同时存在通向未来和过去的相反时间线。

量子世界中，波函数诠释了量子比特于不同状态的可能性，因此时间轴在此领域也会同时存在正、反两种状态。研究组首先量化了量子叠加产生逆向时间轴所需的熵值，并发现此时实验系统将被投射入一个确定时间方向；然而当熵值足够小时，物理层面上将观察到系统同时存在着向前和向后的时间进程。由于我们的日常生活遵循熵增原理，所以时间逆转这一现象通常很难被感知。

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https://phys.org/news/2021-11-quantum-realm.amp

无需受控时间演化的全组态相互作用计算的量子算法

大阪市立大学的一个研究团队应用其最近开发的贝叶斯相位差估计量子算法来执行原子和分子的全组态相互作用(full-CI)计算，而不模拟以辅助量子比特为条件的波函数的时间演化。在量子计算中量子门的并行执行方面，这种新算法优于传统方法，有望在实际量子计算机中更容易实现。

该团队将其应用于计算H2分子的势能曲线，而无需控制时间演化。通过在他们之前开发的贝叶斯相位差估计(BPDE)量子算法中加入受控状态制备步骤，该团队计算了零电子“真空”波函数与所需电子状态波函数的叠加，绕过了以辅助量子比特为条件模拟波函数时间演化的需要。这解决了传统量子算法的一个共同问题，即量子门的并行处理和两个非相邻量子比特之间的大量量子门的并行处理，证明其本身是可在量子计算机上执行的量子算法，可以执行原子和分子的full-CI计算。

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https://phys.org/news/2021-11-newly-quantum-algorithm-full-configuration.amp

德国团队精确实现量子气体的3D成像

量子气体指温度略微高于绝对零度的气体。德国汉堡大学激光物理研究所的一个团队利用光学晶格(重叠一系列激光束以产生的周期性、鸡蛋状的势能下降模式)捕获气体原子，并利用气体本身的波状性质和所谓的物质波透镜成功将气体原子的空间分布放大了90倍，精确观测到了每一晶格点原子数量、相互关联和内部结构的三维系统。

为进一步测试成像技术，该团队又测量了量子气体的热力学特性以证明气体原子已转化为玻色-爱因斯坦凝聚态(所有原子组成的“超级原子”)。如今该技术已证实可以精确地实现3D成像，团队下一步将致力于研究原子拓扑状态，以解释系统边缘区域和核心区域原子的行为差异。

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https://physicsworld.com/a/new-technique-puts-3d-quantum-gases-under-the-microscope/

华沙大学提出量子态转换过程中的催化剂理论

类似于化学催化剂，量子催化剂可以用来提升量子态转换的效率。华沙大学量子光学技术中心-量子物理团队近期发表论文，证实了催化剂在促进量子态转换过程中的有效性，并量化了其可用于量子信息处理过程中的纠缠数量。这一突破可能是未来量子密钥分发网络或分布式量子计算的关键。

量子系统中的纠缠数量通常取决于纠缠熵，纠缠熵物理表征了量子态转换过程，量子催化剂能在不改变自身特性的情况下增加纠缠熵，因而在实际运用中能够提高量子通信的效率。例如，在量子密码学领域，量子催化剂能够帮助终端快速在环境噪音中找到量子比特间的最优传播路径。

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https://phys.org/news/2021-11-catalytic-recipe-quantum-states.html

量子磁体之间的可编程相互作用

海德堡大学量子力学中心团队已成功改变了微观量子磁体的强度和自旋这一内在性质。当经典磁体系统遇到不稳定性配置时，常导致所有的磁体都随机定向：例如，限制空间中无序的磁偶极子，将致使磁极呈现无序转向。借助量子模拟器，研究团队将此理论用于研究量子磁体，由于量子磁体并非无序，而是可以长时间维持原有自旋方向，因此物理学家可以针对特定量子体系的自旋现象进行编程。

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https://phys.org/news/2021-11-programmable-interaction-quantum-magnets.html

可以实时估计多个参数变化的量子传感器

韩国科学技术院(KIST)量子信息中心的一个团队展示了一个新的量子传感器，借助“多模式N00N状态”可以超出标准极限的高精度实时估计多个参数的变化。众所周知，“多模式N00N状态”是一种光子数N=2和模式数m=4的量子纠缠态，它在理论上具有超高精度，却一直难以现实演示。

该团队通过生成“多模式N00N状态”成功演示了量子增强的多相位估计，并将它应用于一个干涉仪，从而以超过标准量子极限的精度同时观测其多个相位差。

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https://www.azosensors.com/news.aspx?newsID=14829

研究表明，地球深处的量子过程将加速地震和火山爆发

科学家们在地幔1400-2000公里的深处发现了超1000公里的铁方镁石量子聚变，具体体现为电子自旋交叉的地震学特征。电子是围绕原子核的带电粒子，其行为能够控制化学相互作用。影响控制自然化学的电子云最突出的行为是微粒的自旋交叉运动，它在某些材料中能够自发发生。

目前研究人员已经证实，该铁矿石内部的自旋交叉可能正在加速构造板块运动，因此这将与近期地震和火山爆发增加密切相关。

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https://cvbj.biz/quantum-processes-deep-in-the-earth-increase-earthquakes-and-volcanic-eruptions.html

量子力学结合机器学习：预测高温下的化学反应

高温环境下从氧化物中提取金属对于钢铁等金属的生产和回收利用都必不可少。但是由于传统过程属于碳密集型提取，会排放大量温室气体，研究人员一直致力于开发更绿色环保的新方法。

在12月3日发表于Nature Communications ASAP的论文中，哥伦比亚大学工程学院领导的一个团队已成功开发出一种新型计算技术，可以通过结合量子力学和机器学习准确预测金属氧化物对贱金属的还原温度。该团队目前正致力于将该方法扩展到其他与温度相关的材料特性：溶解度、电导率和熔化，这将进一步打开清洁电能驱动型电解金属提取工艺的大门。

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https://www.azoquantum.com/News.aspx?newsID=8600

机器学习助力量子磁体研究

量子自旋液体磁体是无法以规则、稳定的模式排列磁矩或自旋的材料。因为自旋以无法同时最小化的竞争方式相互作用，所以自旋会不断改变方向，使物质即使在接近绝对零度时也表现出液体特性。

目前，北京大学的Sizhuo Yu、Yuan Gao、Bin-Bin Chen、Wei Li发表在《中国物理快报》的一篇论文详细描述了机器学习如何帮助科学家提升对量子自旋液体行为的研究。在研究中，其将准确的多体方法与高效的全局优化器(包含贝叶斯和多次重启自动梯度策略)相结合，并公开了一个名为QMagen的开源多体计算包，借助于这个计算包而得以准确再现TmMgGaO4的模型参数和α-RuCl3的有效自旋模型。

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https://physicsworld.com/a/machine-learning-aids-studies-of-quantum-magnets/

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