北京量子院QPQIS2021论坛成功举办

光子盒研究院出品

2021年12月2日-3日，北京量子信息科学研究院(简称“北京量子院”)成功举办了第三届量子物理与量子信息科学前沿论坛(QPQIS2021)。

12月2日上午，北京量子院院长、南方科技大学校长薛其坤院士致欢迎词。接下来的两天，来自国内外多家知名大学、研究机构和高科技企业的19位国内外高水平专家学者，以“量子计算基础研究进展”为主题，展开讨论并分享了他们的最新研究成果。

本次大会首次设立线上和线下相结合的墙报展示环节(Poster Session)，收到来自多个研究机构的近40篇墙报投稿。

大会分为四场会议，12月2日上午进行了第一场会议，会议主席是来自北京量子院、清华大学的龙桂鲁教授。

首先，来自中国科学技术大学的杜江峰院士介绍了他的团队在固体中自旋的量子控制方面的研究进展，包括消相干抑制和高保真量子门操作。在量子计算、量子传感和基础物理研究中都有广泛应用。接下来，德州大学奥斯汀分校计算机科学教授、玻色取样理论提出者Scott Aaronson谈论了他对量子计算优越性的看法，九章量子计算机的量子计算优越性实验正是在Aaronson的理论基础上实现的。

最后，两个中国团队介绍了他们在超导量子计算方面的成果。北京量子院超导量子计算团队负责人于海峰研究院介绍了他们实验中的耦合超导量子比特系统中的高保真度门，使用两种不同的方案(绝热和非绝热方法)演示了CZ门，保真度分别为99.53(8)%和98.72(2)%。中国科学技术大学的朱晓波教授介绍了66量子比特”祖冲之二号“超导量子计算机原型。

中午进行了大会第一次墙报展示后，紧接着开始了第二场会议，来自北京量子院、清华大学的何珂教授担任会议主席。

在下午的第二场会议中，主办方邀请了多位国外专家学者。谷歌量子AI团队的研究科学家Tom O'Brien介绍了他们提出的一种算法，用于从自旋相关器(通过核磁共振(NMR)获得)的时间分辨测量中推断分子核自旋哈密顿量，并表示他们的算法在近期含噪量子计算机和未来容错量子计算机上都能执行这种计算。

来自日本理化学研究所(RIKEN)的Seigo Tarucha介绍了基于硅自旋的量子计算机，在最新的研究中，他们将微磁体技术用于硅/硅锗双量子点，快速实现单自旋量子比特驱动，最终实现99%以上的双量子比特门保真度。对于初始化和读出，使用量子非破坏方法将保真度提高到99%以上。

然后，德国美因茨大学量子部门负责人Ferdinand Shimidt–Kaler教授介绍了他们在离子阱量子计算方面的成果，研究人员使用分段微阱和动态穿梭离子，按照所需的量子算法对量子比特寄存器重新排序。最终，实现单量子比特门保真度99.995%，双量子比特门保真度99.75%。他们正在致力于实现50-100个量子比特，并已经构建了完整的计算堆栈，包括一个用户界面(参见https://iquan.physik.uni-mainz.de/)。

比利时鲁汶大学教授、QBee.com公司创始人Koen Bertels介绍了他们最近提出的一个新的概念——完美中等规模量子(Perfect Intermediate-Scale Quantum, PISQ)，这是一个与含噪中等规模量子(NISQ)互补的概念。其目的是在等待量子硬件技术成熟的同时，开始评估量子计算出现在各个科学领域的影响。

不同领域的长期量子研究

第二场会议的另外两个中国团队同样一直致力于离子阱系统的研究。清华大学交叉信息研究院的段路明教授回顾了离子阱量子计算和网络的最新进展。中国人民大学物理系教授张威报告了他与北京量子院的合作成果，他们利用单个囚禁离子系统中产生和调谐耗散的能力，观察到了从PT对称相到对称性破缺相的丰富动力学和详细的量子相变。

第三场会议于12月3日上午举行，会议主席是来自中科院物理研究所和北京量子院的范桁研究员。首先，来自斯坦福大学和NTT美国研究所的山本喜久(Yoshihisa Yamamoto)教授讨论了相干伊辛机(CIM)的最新成果，他也是CIM方案的最早提出者，CIM是一种模拟神经网络，由光学参量振荡器(OPO)组成，能够找到组合优化问题的最优或次优解。

然后，中国科学技术大学的陆朝阳教授介绍了最近实现的九章二号实验，通过发展对规模化的量子光源进行受激放大的技术，该团队在144×144模式的高斯玻色取样实验中探测到了至多113个光子同时符合的事件。这一结果对应了希尔伯特空间维数高达10⁴³的取样，对比超算运行的暴力求解取样算法实现了10²⁴倍的计算速度优势，比九章(10¹⁵)高9个数量级。

紧接着，来自谷歌量子AI团队的Yu Chen博士介绍了他们正在构建的用于容错计算的纠错量子计算机技术。来自北京量子院和北京大学的徐洪起教授报告了他们在外延生长独立InAs和InSb纳米板以及用这些纳米板构建量子器件和超导约瑟夫森结器件方面的最新进展。

12月3日下午进行了最后一场会议。首先，来自北京量子院和清华大学的刘东副教授报告了他们在量子纠错方面的最新成果，并介绍了他们正在开发的量子软件包——Qcover，表示可以高效模拟量子近似优化算法(QAOA)过程，基于图算法获得最优参数。

然后，南方科技大学的贺煜教授展示了一个可扩展的原子硅芯片的蓝图，该芯片采用硼量子比特的新型量子门。

短暂茶歇之后，来自荷兰莱顿大学和洛伦兹理论物理研究所的Carlo Beenakker教授报告了拓扑超导体中Majorana涡旋模式的退禁闭。

荷兰代尔夫特理工大学的Lieven Vandersypen教授介绍了自旋量子比特的最新进展，他们创建了自旋量子比特的本地寄存器，具有足够的控制能力，可以对任意操作序列进行编程，实现简单的量子算法，实现了99.5%以上的双量子比特门保真度。他们与英特尔合作在300 mm晶圆上使用全光学光刻技术，使用行业标准工艺制造和测量量子点，展示了出色的量子比特性能。

本次大会的最后一个报告是RIKEN量子计算中心(RQC)主任中村泰信(Yasunobu Nakamura)带来的，早在1999年，他展示了超导量子比特的第一次相干操纵。本次报告他介绍了“具有垂直存取的二维量子比特阵列的超导量子计算芯片”，其中固定频率的transmon量子比特通过电容器直接与最近的相邻量子比特耦合。该电路仅通过微波信号进行控制和读出。为了解决复杂的布线问题，他们将控制线和读出线垂直放置在芯片上。

本次大会最后，徐洪起教授致闭幕词，并由北京量子院院长向涛院士为最佳墙报奖获得者颁奖。

至此，北京量子院QPQIS 2021论坛圆满闭幕。

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