周报丨量子计算迎来新的里程碑；量子RAM取得突破

光子盒研究院出品

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本周头条

This week's headlines

继续领跑！IBM推出433量子比特的Osprey芯片

2021年，IBM推出了首款拥有100多个量子比特的量子处理器Eagle。今天，该公司推出了Osprey芯片，它拥有超过Eagle约三倍的433个量子比特。IBM表示，在短短一年内将芯片上的量子比特数量增加三倍的进展表明，公司有望在2023年交付世界上第一台拥有超过1,000个量子比特的通用量子计算机Condor。

IBM开发的量子计算机拥有的量子比特数随着时间的推移稳步增长。2016年，该公司将第一台量子计算机放在云上供公众进行实验，当时还是一个只有5个量子比特的设备，每个超导电路冷却到大约20毫开尔文（-273.13摄氏度）的温度。随后IBM于2019年、2020年和2021年分别推出了27量子比特的Falcon、65量子比特的Hummingbird和127量子比特的Eagle。

IBM预计于2023年推出1,121量子比特的Condor处理器，该处理器有望成为世界上最大的通用量子处理器。本次新的Osprey芯片于11月9日在IBM的量子计算峰会上亮相，揭示了该公司为实现这一雄心勃勃的目标而采取的关键步骤。来自IBM的Oliver Dial说：“我们使用的每一项改进都会带来一点运算速度的提升，一旦我们消除了所有这些瓶颈，我们就会看到运算速度有了很大的提升。”  

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英国科学家取得量子RAM新突破

随机存取存储器（RAM）是计算机的一个组成部分，充当可以快速调用信息的短期记忆库。手机或计算机上的应用程序使用RAM，因此可以在眨眼之间切换任务。致力于构建量子计算机的研究人员希望，这样的系统有朝一日可以使用类似的量子RAM组件运行，这可以加速量子算法的执行或增加可存储在量子处理器中的信息密度。伦敦纳米技术中心的James O'Sullivan及其同事于近期朝着实现量子RAM迈出了重要一步，展示了一种硬件高效的方法，该方法使用啁啾电磁脉冲和超导谐振器读取和写入信息，使其硬件效率显着高于以前的设备。

O'Sullivan和他的同事为微波光子信息的存储和检索提供了一个优雅的解决方案，该解决方案使用了高效硬件的方法。实验设备由一个超导电路谐振器组成，该谐振器位于一个嵌入有铋原子的硅芯片上。该团队向谐振器发送了包含大约1000个光子的微弱微波激发，这些激发被铋原子的自旋吸收。然后他们用电磁微波脉冲撞击谐振器，该脉冲的频率随着时间的推移而上升，这种效应被称为啁啾。

该实验团队表明，他们的存储设备能够以四个微弱的微波脉冲的形式同时存储多条光子信息。重要的是，他们还证明了可以按任何顺序读回信息，从而使他们的设备成为真正的RAM。

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Xanadu完成1亿美元C轮融资，以加速容错量子计算机的开发

光量子计算领域的全球领导者Xanadu宣布已在C轮融资中筹集了1亿美元。加拿大最大的成长股权股市Georgian领投了这轮融资，保时捷汽车控股公司、Forward Ventures、Alumni Ventures、Pegasus Tech Ventures、硅谷银行以及之前的投资者Bessemer Venture Partners、Capricorn、BDC Capital和Tim Draper参投。迄今为止，Xanadu已经筹集了2.5亿美元，使公司估值达到10亿美元。

自2016年成立以来，Xanadu一直致力于打造对人们有用的量子计算机。Xanadu构建量子计算机的光子方法是独特且有效的。使用光子学可以利用现代芯片制造设施、现有电信行业开发的光学元件的应用以及使用光纤将光子芯片联网在一起。这种网络需要超过一百万个量子比特，才能达到可以访问应用程序的规模。Xanadu的卓越成就包括通过Xanadu Cloud推出世界上第一台云部署光量子计算机、构建广泛使用的量子软件框架PennyLane、与全球领先企业建立关键战略合作伙伴关系，以及最近在其量子计算机Borealis上展示了量子计算优势。

Xanadu创始人兼首席执行官Christian Weedbrook说：“在这种不确定的经济环境中，顶级投资者的持续支持证明了对我们的卓越团队、光子技术和执行能力的信任。”

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德国将创建其首个量子计算业务云

德国经济事务和气候行动部(BMWK)与斯图加特大学和弗劳恩霍夫FOKUS研究所签订了软件公司QMWare和云专家IONOS的合同，为德国工业构建量子计算应用平台，其中的云平台将是德国首创。

本次合作项目名为SeQenC，将运行三年，是该部门“商业数字技术”支持计划的一部分。该部将投资数千万欧元，但没有透露具体数字。在该项目的三年期间，将邀请来自行业和更广泛经济体的选定合作伙伴公司测试在电信、物流、金融、汽车和能源等领域的应用。该项目是来自BMWK的一系列量子计算中的最新项目。9月下旬，该部宣布将投入1400万欧元用于基于光子系统开发的量子处理器原型。BMWK已承诺在整个量子计算方面投资7.4亿欧元。

“德国政府的投资表明德国对量子计算的重视程度，”德国政府机构贸易与投资署的计算行业专家Asha-Maria Sharma说，“这些举措不仅为活跃在德国的企业创造了优越的条件。还表明国际量子计算企业正在进入欧洲最大的经济体并从这一激动人心的转型中获利。”

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IBM将量子计算带入法国金融业

法国第一家加入IBM量子网络（Quantum Network）的企业法国国民互助信贷银行通过其技术子公司Euro-Information与IBM合作培训团队并探索量子技术在金融服务的用例和概念验证，同时计划扩展法国的量子生态系统。这家银行于11月8日宣布，他们已开始进入量子计算就绪发现阶段，包括探索量子计算在银行和保险用例中的适用性以及开发概念验证并开始了劳动力发展。

此次合作标志着IBM Quantum Network在法国的首次企业合作，将通过开源Qiskit软件开发套件中的量子计算专业知识提升国民互助信贷银行员工的技能，并应用量子算法在其团队中发展量子专业知识，为组织利用量子技术做好充分准备。国民互助信贷银行的员工将通过IBM Quantum奖励计划获得最好的IBM量子技术和Qiskit Runtime服务，以及IBM的量子和行业领域专业知识，借以帮助在金融服务领域推进潜在的量子用例应用程序。

在接下来的几个月里，国民互助信贷银行将探索与金融服务相关领域的用例。该银行还将寻感兴趣的客户合作，将法国的量子生态系统扩展到金融和保险行业，并加快量子应用程序的识别、开发和采用。

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战略政策

Strategy & Policy

英国发布《量子技术愿景》报告

物理研究所（IOP）于11月10日发布了英国量子技术愿景报告，旨在为英国政府的量子战略提供支持。该报告提出了英国量子领域的愿景，并提出了10条相应的建议以实现这一愿景，重点部分为：量子商品和服务商业化的路线图；支持生态系统的发展和规模化能力；建立强大的技能基础以支持量子产业；以及更广泛的推动因素，包括伙伴关系和沟通。

这份报告提供了来自广泛由成员主导的IOP参与计划的证据，其中包括圆桌会议和研讨会以及与商业、能源和工业战略部(BEIS)进行的练习，从而确定了IOP有可能支持英国量子战略的关键领域。IOP认为，英国的量子战略需要通过提供直接和间接支持、协调和规划以及一致的政策，支持从基础研究到市场的商业化量子产品和服务的每个阶段解决方式和其他有利因素。

IOP科学、创新和技能总监Louis Barson表示：“量子技术有可能改变人们的生活方式，并彻底改变计算、通信、国防、安全、医疗保健和制药等多元化行业。这份报告表明，物理学界认为，政府应该以该行业的整体价值、企业和员工数量以及量子生态系统在多大程度上由高生产力公司驱动的程度方面的显着增长为目标。”

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英国推出量子商业创新奖

英国物理研究所(IOP)于11月10日宣布，通过与Quantum Exponential plc合作推出量子商业创新和增长团队(qBIG)奖，继续推动量子技术领域的增长，成立英国首个专注于量子技术的企业风险投资基金。这一享有盛誉的奖项专注于支持量子技术的创新和商业化。

qBIG奖的获奖者将获得10,000英镑的无限制现金奖励，以及来自创新型Quantum Exponential投资团队长达十个月的指导。在访问Quantum Exponential广泛的网络的同时，这个机会将使获胜者在其领域获得未来成功的最佳机会。获胜者将通过IOP的qBIG与不由工业量子物理学家、工程师、创新者和企业家组成的商业社区和公司建立联系。他们将获得六个月的免费使用物理研究所加速器工作空间的机会，并将在IOP的年度商业展示展览中进行介绍。获奖者将由IOP的qBIG集团委员会选出，该委员会成员包括Aegiq、Airbus、AnchoredIn、BAE Systems、Coherent、ColdQuanta和Fraunhofer等。

Quantum Exponential首席投资官Stuart Nicol表示：“Quantum Exponential非常自豪地宣布与IOP这样享有盛誉的机构建立合作关系，使我们能够持续关注英国量子的商业化，通过在财务上支持更广泛的潜在投资组合以及通过指导等方式获得更广泛的支持。我们希望对IOP创新奖的赞助将有助于推动整个行业增加支持，并有助于加快量子市场的就绪。”

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量子计算与模拟

Quantum computing & simulation

法国电力公司宣布使用光量子计算机模拟水电大坝结构

法国初创企业Quadela和法国领先的能源公司法国电力公司（EDF）签署了一项合作协议，以研究光子的贡献水电大坝变形数值模拟计算。该突破性技术可以提高模拟的准确性，加快计算和降低运算时的能耗。Quadela预计在未来可将仿真模型推广到其他类型的工业应用并将光子计算扩展到机器学习，特别是应用在消费预测中。

EDF是最早投资量子技术的法国工业企业之一，于2018年开始以提高能源管理的计算性能为目的，支持法国和欧洲的研究团队。正是在这种背景下，EDF和欧洲光量子计算的领导者Quandela开始了合作，这一合作关系标志着法国的量子计算进入了一个新的阶段。

Quandela联合创始人兼首席执行官Valérian Giesz说：“这种合作关系使我们能够将工程师的知识应用于工业问题。Quandela和EDF是完美的互补。我们将自己的专业知识用于微分方程求解和算法开发以及我们第一台全栈光量子计算机由法国电力集团使用。作为回报，我们将受益于EDF获得的知识和专业技能数十年的研发团队。”

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富士通推出用于解决量子化学问题的量子/HPC混合计算技术

富士通于11月8日宣布开发量子/HPC混合计算技术，以优化客户的工作负载选择。

新技术利用富士通世界一流的39量子比特量子模拟器和配备与超级计算机“富岳”相同的A64FX CPU的“富士通超级计算机PRIMEHPC FX 700”的强大功能结合运行，为客户的量子化学选择最佳计算方法。至关重要的是，该技术允许没有专业知识的用户使用量子模拟器和HPC技术为现实世界的问题提供有效的解决方案。富士通为实现对计算工作负载代理的愿景，现已开发出一种用于解决量子化学问题的量子/HPC混合计算技术，从而能够基于计算阐明药物发现和新材料开发中使用的材料的特性。作为计算工作负载代理的先驱，这项新技术通过自动优化组合量子模拟器和HPC两种类型计算机，实现了高速高精度计算。新技术的特点如下：量子/HPC算法判别技术；计算时间估计技术；基于时间、成本和精度的最优控制技术。

展望未来，富士通将验证该技术的有效性并进一步开发，旨在2023年于量子化学计算领域建立新的计算工作负载代理技术。富士通将进一步继续开发可使用的计算平台，通过将服务添加到富士通计算服务中，无需专业知识的任何人都可以使用，富士通的服务组合通过公共云为客户提供世界领先的计算技术。

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应用量子计算设计散热窗户，减缓全球气候变暖

空调造成约4%的温室气体排放，而随着世界变得越来越热、人口增加和全球收入增加，使用中的空调装置数量预计将从今天的不到20亿台到2050年飙升至56亿台到。这不仅会导致更多的全球温室气体排放，也会导致城市局部变暖，形成“城市热岛”效应。

近期，圣母大学和庆熙大学的研究人员在量子计算和人工智能的帮助下已经开发出一种透明的窗户涂层，可以降低建筑物内部的温度，而无需使用任何电力，也不用着色或阻挡视野。设计的透明窗户涂层将热量从窗户散发到大气中，它可以将花在风扇和空调上的能源减少31%，不仅能帮助建筑物降温，还可以帮助地球降温。

为了找到一种可以满足实验目标的材料，该研究团队制作了由四种常见材料（包括二氧化硅和二氧化钛）交替叠成的模型，将这些材料夹在玻璃基底和聚合物薄膜之间。随后结合了机器学习和量子计算过程用于找到最佳排列层。这种方法使他们能够在几分之一秒内模拟所有可能的组合。在测试中，所得涂层的性能优于使用传统方法设计的几种透明辐射冷却器。

目前尚不清楚这种透明的窗户涂层是否能被大规模应用于市场中。根据实验结果，它可以使用最先进的沉积技术用于实际应用制造，但先进通常意味着昂贵。如果涂层（或类似涂层）的生产成本可以降得足够低，则可以帮助降低建筑物的冷却成本，甚至可能进行调整以用于车窗，从而最大限度地减少我们对汽车、飞机等空调的需求。

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科研团队使用物质的量子态模拟早期宇宙

由德国海德堡大学的实验物理学家Nikolas Liebster带领的科研团队已经使用超冷原子制成的“量子场模拟器”创造了一种微小的膨胀宇宙。该实验能够模拟不同版本的弯曲时空，它们对应于宇宙模型中的球形或双曲线几何形状。这些可调节的时空曲率以及许多其他因素会影响粒子的产生方式。该实验的目标是在实验室的不同场景下探索可能类似于早期宇宙的动力学，并能够暂停整个系统以便更仔细地进行分析，这是真实宇宙无法做到的。

研究结果表示，实验的成功证明了类似的模拟器提供了进入量子物理学中未探索状态的可能性，量子物理学是在原子的微小尺度上研究物质和能量。虽然没有任何实验可以产生与早期宇宙条件直接可比的条件，但新研究探索的机制有点类似于大爆炸后控制时空和粒子产生的物理学。

科研团队概述了量子物理学中的一系列基本问题，这些问题可以通过未来版本的模拟器进行探索。

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德国科技巨头博世宣布与IBM在量子计算领域合作

在德国工程和电子公司罗伯特·博世公司11月9日的一份声明中，博世与美国科技公司IBM在量子计算领域建立新的合作伙伴关系，共同开展对未来技术的探究。

据博世称，IBM将为其量子计算机提供云访问，以换取其在材料模拟方面的经验。这将使博世对包括硬件在内的量子计算的能力和适用性有更深入的了解，同时双方将共同使量子模拟提升到一个新的水平，并在国际上获得竞争优势。

博世还表示，这种对量子计算机的访问将使合作伙伴能够找到用于生产电机和燃料电池的贵金属和稀土的碳中和替代品，并且这些替代品将更小、更轻、更高效、更实惠。

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费米实验室超导量子计算机将采用芝加哥大学普利兹克纳米制造设施

由美国能源部费米国家加速器实验室主办的超导量子材料和系统中心（SQMS）的研究人员正在致力于解开量子设备的架构并研究每种材料，以了解它们如何影响设备的性能，因此SQMS正在使用芝加哥大学提供的普利兹克纳米制造设施。这是一个最先进的用户设施，研究人员可以在这里制造具有不同材料和工艺的超导量子器件。

普利兹克纳米制造设施为SQMS的研究提供了一系列工具来试验不同的材料，以扩展其超导量子器件的性能。芝加哥大学提供的支持和访问权使SQMS能够制造实现构建量子计算机目标所需的设备。

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D-Wave公布第三季度业绩，营收同比增长30%

D-Wave Quantum Inc.是一家唯一同时构建退火和门模型量子计算机的供应商，于11月10日公布了截至2022年9月30日的第三季度财务业绩。

据财报显示，2022财年第三季度的收入为170万美元，比2021财年第三季度的130万美元增加388,000美元，增长率为30%，比2022财年第二季度的140万美元增加324,000美元，增长率为24%。2022财年第三季度的毛利润为110万美元，比2021财年第三季度的100万美元增加了86,000美元，增长率为9%，比上一财年第二季度的785,000增加了301,000美元，增长率为38%。

“我们第三季度的业绩反映了D-Wave今天通过将量子计算用于实际业务应用来帮助客户实现真正价值的使命的持续进展。商业化量子计算的时代已经到来，这在我们扩大客户足迹、加速应用程序开发和收入增长方面所看到的势头很明显。

今年迄今为止，商业客户数量增长了34%，季度收入同比增长了30%，很明显，客户正在看到我们的量子混合解决方案在释放竞争优势和推动增长方面的影响增长，”D-Wave首席执行官Alan Baratz说，“此外，我们仍然专注于不懈的产品开发和交付。”根据截至2022年11月10日的可用信息，D-Wave维持其2022财年收入和调整后EBITDA指导如下：收入预计在700万美元至900万美元之间，调整后的EBITDA预计将低于-4900万美元。

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量子通信与安全

Quantum Communication & Security

SES选择Arianespace为欧洲发射量子通信卫星EAGLE-1

SES公司的EAGLE-1卫星将支持欧洲的端到端安全量子密钥分发(QKD)系统，最早将于2024年第四季度由Arianespace在法属圭亚那的Vega C火箭上为SES发射。这颗卫星将被送入近地轨道。

EAGLE-1项目由欧洲航天局在ARTES旗下的德国、卢森堡、奥地利、意大利、荷兰、瑞士、比利时和捷克共和国以及欧洲委员会通过Horizon Europe共同资助。项目由卫星和地面基础设施组成，由SES及其20个欧洲合作伙伴组成的财团在欧洲航天局(ESA)和欧盟委员会的支持下开发。根据最近与ESA签署的协议，SES及其合作伙伴将设计、开发、发射和运营一个基于卫星的端到端QKD系统，用于测试和验证基于空间的加密密钥安全传输。第一个欧洲主权天基QKD系统将包括专用的低地球轨道EAGLE-1卫星和位于卢森堡的最先进的QKD运营中心。EAGLE-1卫星将为欧盟成员国实现天基QKD的早期访问、验证和集成。

SES首席技术官Ruy Pinto表示：“为安全数据传输构建EAGLE-1端到端系统并验证远程量子密钥分发技术是一项创新项目，将使欧盟成员国受益。几十年来，我们一直在与Arianespace合作，将我们的卫星送入太空，很高兴在这次合作中他们将会送EAGLE-1卫星进入轨道。”

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2024年发射，英国量子通信中心授予ISISPACE集团卫星研发任务

英国量子通信中心已选择荷兰公司ISISPACE集团作为卫星系统和服务提供商，以支持该中心的在轨演示(IOD)任务，展示量子加密节点处于太空的分布。IOD将成为围绕卫星与地面之间的量子安全通信的英国科技核心枢纽开发计划的高潮。该计划是在所有距离范围内提供量子安全的战略目标的一部分，包括开发新型量子信号发射器作为卫星的有效载荷，以及用于专用中心光学地面站(OGS)的量子接收器。由约克大学牵头的开发计划的中心学术合作伙伴分别是布里斯托大学、赫瑞瓦特大学、斯特拉思克莱德大学以及科学和技术设施委员会的RAL空间设施。

ISISPACE已被选为IOD任务的卫星平台提供商。这颗鞋盒大小的卫星将使用光和红外信号以及无线电频道与位于苏格兰Hub OGS站点的量子接收器进行通信。ISISPACE在启用和支持创新的小型卫星任务方面拥有丰富的经验，包括集线器IOD所需的集成、发射和操作。

Hub IOD将于2024年初启动，它将促进实验和测试，这对于展示克服基于光纤的地面通信网络的距离限制所需的科学和技术至关重要。IOD是目前正在开发的三个重点项目之一，英国投入大量资金和投资，将对大规模商业量子安全通信的战略目标做出重大贡献。这项工作是英国量子通信中心核心技术开发的一部分，由约克大学领导，并由英国国家量子技术计划资助。

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量子加密公司Arqit将与Nine23联手为英国政府提供安全云服务

量子安全加密领域的领头公司Arqit Quantum Inc.已与英国受监管和合规行业的网络安全解决方案提供商Nine23 Ltd签署合同，在Nine23的英国Sovereign Secure私有云基础设施Platform FLEX上共同部署Arqit的对称密钥协议软件QuantumCloud™，旨在为其客户提供最高水平的安全保障。

Nine23的专有平台FLEX“提供了一个多私有云环境，具有与所有英国政府网络（包括PSN、PNN、RLI、HSCN等）的直接网络网关连接，且经过验证的认可平台提供数据驻留和解决方案集成，可用于官方敏感和更高级别的分类。而Arqit和Nine23将携手解决英国政府和国防客户的需求，以提高其基础设施抵御网络攻击的安全性，消除与传统加密方法公钥基础设施(PKI)相关的漏洞，并防止量子计算机带来的数据安全威胁。该合作伙伴关系将为政府和国防客户跨数据网络和基础设施提供由英国主权部署的完全托管QuantumCloud™，而无需对现有硬件、软件或支持进行重大更改。这些服务将通过数字市场在新的G-Cloud 13框架上提供。

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WISeKey公司推出抗量子安全架构QUASARS

全球领先的网络安全、人工智能、区块链和物联网公司WISeKey International Holding Ltd.于美国东部时间11月7日宣布其QUASARS（抗量子安全架构）项目是一个基于新的WISeKey Secure RISC V平台的激进创新解决方案，正在为后量子密码时代铺平道路。混合解决方案符合ANSSI的建议，并得到了法国安全通信解决方案（SCS）集群的大力支持。

WISeKey是美国国家网络安全卓越中心(NCCoE)项目的一部分，这是一个新的安全平台，将帮助定义执行可信网络层载入的最佳实践，并帮助大规模实施和使用物联网设备的可信载入解决方案。

SCS是一个致力于数字技术的世界级竞争力集群。他们正在共同努力开发和营销产品和创新服务，以在高增长的量子市场创造更多的就业机会。

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IBM和电信运营商沃达丰就量子安全网络达成合作

IBM于11月9日在2022年IBM量子峰会上宣布，沃达丰集团正在与其就量子安全网络展开合作，同时还将加入IBM Quantum Network，这将使沃达丰可以云访问IBM先进的量子计算系统，以及分享IBM行业领先的量子专业知识。这家跨国电信公司将与IBM合作，帮助验证和推进电信领域的潜在量子用例。

作为此次合作的一部分，沃达丰将探索用于各种电信用例的量子计算。该公司还将通过由IBM领导的迭代原型设计来提升员工在量子技术方面的技能，并积极招聘量子计算专家，在其队伍中建立专门的能力。在整个参与过程中，沃达丰将探索如何将IBM量子安全加密技术应用于其整个多样化的网络基础设施和系统。而沃达丰对美国NIST发布的量子安全协议的探索标志着IBM量子安全在理解和准备电信领域的这种风险方面处于领先地位。

IBM和沃达丰也是最近宣布的GSMA后量子电信网络工作组的初始成员之一，该工作组的任务是帮助定义政策、监管和运营商业务流程，以在先进量子计算的未来加强对电信的保护。

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欧洲电信标准化协会使用新的算法保护关键基础设施免受量子网络威胁

随着世界面临日益严峻的挑战，包括欧洲战争和全球能源危机，公共安全、关键基础设施和公用事业部门（包括运输、电力、天然气和水厂）更加重视抵抗第三方攻击，以保护通信和敏感数据。由于120多个国家和地区为这些关键服务使用专用TETRA（陆地集群无线电）网络，因此开展工作以确保欧洲电信标准化协会（ETSI）TETRA技术标准在面对不断变化的威胁时保持稳健已经迫在眉睫。

为了适应技术创新和潜在的网络安全攻击，包括来自量子计算机的攻击，ETSI使用新的TETRA算法保护关键基础设施免受网络威胁，该公司已经完成了旨在保护TETRA网络至少在未来20年内安全的新算法的工作。这些新规范是与ETSI量子安全密码学组的专家密切合作完成的。该工作是在负责增强TETRA标准的全球代表组织的支持下进行的。据预测，在2021-2026年内，对TETRA技术的需求将继续以4.7%的复合年增长率增长。

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美国公司推出世界上第一个抗量子UCC平台Mercury Workspace

作为全球最先进的安全双重用途数字通信平台，Secured Communications Inc.于美国东部时间11月10日宣布旗下的Mercury Workspace成为世界上第一个集成了后量子加密的统一通信和协作(UCC)平台，以保护客户端数据免受未来量子计算机的攻击。

Secured Communications与前FBI高级情报领导人合作，开发的Mercury Workspace平台受到全球反恐专业人士、安全专业人士和公司的信赖，现在这个平台已经是最先进、最安全的两用通信平台，可实施美国国家科学技术研究院(NIST)选定的后量子加密算法，该算法将成为新密码标准的一部分。Mercury Workspace UCC平台包括完全加密的消息传递、无限大小的文件共享、高清视频会议和VoIP呼叫，所有这些都在一个封闭的生态系统中得到保护，采用多因素身份验证(MFA)技术来验证用户身份。随着量子计算规模的稳步推进以及存在采用“现在窃取，以后解密”的潜在威胁，Mercury Workspace已完成将Crystals-Kyber和Crystals-Dilithium加密算法集成到其现有消息传递层的加密协议，保护传输中和静止的数据，从而消除量子计算机在现在和将来能够解密被盗数据的危险。

借助后量子加密，Mercury Workspace将可以全面保护企业、机构和组织客户的所有通信，使安全通信比竞争对手具有明显优势，并为客户的敏感业务和运营数据提供所需的安全性。各国政府已经认识到量子技术存在的风险，要求并鼓励所有有能力的利益相关者将先进的抗量子加密技术整合为一种双重技术。这将立即开始保护专有信息、知识产权和关键基础设施免受当前和未来的量子威胁。Secured Communications非常重视这一紧迫的国家安全需求，并专注于这一新兴的关键技术，同时与政府和行业合作伙伴一起加快研究进度。

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量子精密测量

Quantum precision measurements

麻省理工学院开发了低成本的太赫兹相机

太赫兹辐射的波长介于微波和可见光之间，可以穿透许多非金属材料并检测某些分子的特征。该特性使其适用于广泛的应用，包括机场安全扫描、工业质量控制、天体物理观测、材料的非破坏性表征以及比当前手机频段更高带宽的无线通信。但设计使用太赫兹波检测和成像的设备一直具有挑战性，并且大多数现有的太赫兹设备价格昂贵、速度慢、体积大，同时需要真空系统和极低的温度。

由麻省理工学院带领，包含明尼苏达大学和三星的研究团队开发了一种新型相机，可以在室温和压力下快速检测太赫兹脉冲，灵敏度高。更重要的是，它可以同时实时捕获有关波的方向或“极化”的信息，这是现有设备无法做到的。该信息可用于表征具有不对称分子的材料或确定材料的表面形貌。该团队生产了两种可以在室温下运行的不同设备：一种利用量子点将太赫兹脉冲转换为可见光的能力，使该设备能够产生材料图像；另一种利用量子点将太赫兹脉冲转换为可见光的能力，产生显示太赫兹波偏振状态的图像。

虽然太赫兹波原则上可以用来探测一些天体物理现象，但这些来源非常微弱，新设备无法捕捉到如此微弱的信号，科研团队正在努力提高其灵敏度。

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悉尼科技大学研发了新一代量子显微镜原型

虽然量子计算是基于原子和亚原子水平上物质和能量行为发展中技术的重要项目，但量子显微镜有望为科学研究本身打开一扇新的大门。随着量子技术的进步，新的显微镜模式将可以看到电流、检测波动的磁场，甚至可以看到表面上的单个分子。

由悉尼科技大学Igor Aharonovich教授和RMIT大学的Jean-Philippe Tetienne博士领导的澳大利亚研究小组已经开发出一种具有高分辨率灵敏度的显微镜原型。该团队的研究结果现已发表在《自然物理学》上。其研发的量子显微镜原型基于原子层面，在激光照射后，发出的光可以与其他物理量直接关联，例如磁场或电场附近的化学环境。

Aharonovich教授说，新方法的独创性在于，团队使用了与通常用于量子传感的笨重晶体相反的原子级薄层，称为六方氮化硼(hBN)。这种由牢固结合的二维层组成的范德华材料可以做得很薄，并且可以适应任意粗糙的表面，从而实现高分辨率灵敏度。这些特性使团队产生了使用量子活性hBN箔来执行量子显微镜的想法，本质上是一种利用量子传感器阵列来创建敏感的量子空间图的成像技术。

“新一代量子显微镜具有巨大的潜力，”UTS高级研究员Mehran Kianinia博士说，“它不仅可以在室温下运行并同时提供有关温度、电场和磁场的信息，而且可以无缝集成到纳米级设备中，并且因为hBN是一种非常鲁棒的材料，所以能承受非常恶劣的环境。而未来的主要应用包括可用于研究化学反应和识别分子起源的高分辨率MRI（磁共振成像）和NMR（核磁共振），以及遥感和成像在太空、国防和农业中的关键应用。”

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德国实现世界上第一个带有高电荷离子的光学原子钟

光学原子钟是有史以来最精确的测量仪器，并且正在成为基础实验和应用研究的关键工具。德国联邦物理技术研究所(PTB)QUEST研究所的研究人员近期与马克斯普朗克核物理研究所(MPIK)和布伦瑞克工业大学合作，在Quantum Frontiers卓越集群的范围内，首次实现了基于高电荷离子的光学原子钟计时。这种类型的离子因其具有非凡的原子特性和对外部电磁场的低灵敏度而适合应用于测量中。

为了实现利用高电荷离子在光学原子钟中的应用，PTB开发出量子算法成功地冷却了高电荷离子，即接近量子力学基态。这对应于绝对零度以上百万分之200开尔文的温度。现在研究人员已经成功实现了基于13倍带电氩离子的光学原子钟，并将其计数声与PTB现有的镱离子钟进行了比较。为此，他们必须对系统进行非常详细的分析，以了解例如高电荷离子的运动和外部干扰场的影响。团队期望通过技术改进进一步减少不确定性，这将使实验成果进入最好的原子钟范围。

因此，研究人员为现有的光学原子钟创建了一个基于单个镱离子或中性锶原子的附加系统。这样的改进允许研究更多不同的高电荷离子，其中包括可用于搜索粒子物理标准模型扩展的原子系统。其他高电荷离子对精细结构常数的变化和某些暗物质特别敏感，这些物质在标准模型之外的模型中需要但不能用以前的方法检测到。

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德国将量子技术用于癌症成像

迄今为止，在常规临床环境中使用磁共振成像(MRI)追踪肿瘤细胞的代谢是不可行的。近期，包括慕尼黑工业大学(TUM)在内的跨学科研究团队正在努力推进基于量子的超极化器的开发，以便将其部署到临床应用中。该机器旨在显着改善代谢过程的MRI成像，例如允许更早、更准确地评估肿瘤，以及改进肿瘤治疗的选择和监测。

在实验过程中，将代谢分子的原子核引向超极化状态是困难的。因此，研究人员使用了一个基于氢的特殊磁性状态的中间步骤，称为仲氢。这可以使用已知方法在低温下用液氮生产并储存在气瓶中。仲氢的特性也建立在量子力学定律之上。

虽然仲氢本身是磁屏蔽的并且无法使用磁共振方法测量，但它的自旋配置可以使其他原子核超极化，从而增加它们在MRI中的可见度。使用这种方法，研究人员超极化了对研究代谢过程很重要的分子。例如丙酮酸是一种被肿瘤加工成乳酸的代谢产物，特别适用于诊断。研究人员将对氢停靠在超极化器中的丙酮酸上，并利用其自旋配置使用无线电波在磁场中超极化丙酮酸的碳原子。因此，来自丙酮酸的信号在MRI中得到增强，从而允许以时间分辨率可视化相应的代谢过程。

项目合作伙伴已经开发出超极化器的功能原型。在QuE-MRI项目中，医学、物理、化学和工程领域的研究人员、医生、工业合作伙伴和开发人员现正在密切合作以优化这些原型，以便超极化器可以在临床上大规模部署。此外，项目组计划在癌症诊断的初步临床试验中验证了非侵入性和非放射性技术。

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06

量子材料

Quantum Materials

科学家发现用于开发混合材料的新量子相变

物理学家所说的“相变”正如水结冰的过程。日本大阪市立大学的科学家们发现了一种前所未有的量子相变，在此过程中，晶体在保持晶体特性的同时实现了无定形特性。他们的发现有助于开发用于恶劣环境（例如外太空）的混合材料。

大阪市立大学工程研究生院Yui Ishii副教授领导的研究小组发现，在结构量子临界点附近的化学成分处，AlO4网络中形成了高度无序的原子排列，从而导致了结晶形成包含两种特性和无定形的材料。Ba1-xSrxAl2O4是结晶固体，但研究人员发现在高于结构量子临界点的Sr浓度下，Ba1-xSrxAl2O4表现出无定形材料的热特性，即与玻璃材料（例如二氧化硅）相当的低热导率。他们观察到，由于非相干停止的声学软模式，部分原子结构失去了周期性。结果，实现了玻璃状Al-O网络和周期性Ba排列的组合。这种混合状态是研究团队第一个发现的，只需将原材料均匀混合并加热即可。

Ishii总结道：“原则上，这项研究中揭示的现象可以发生在表现出声学软模式的材料中。将这种技术应用于各种材料可能有助于我们创造出结合晶体物理特性的混合材料，例如光学特性和电学特性，以及具有非晶材料的低导热性。此外，晶体的高耐热性可开发用于外太空等恶劣环境的绝缘材料。”

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科学家发现了用于拓扑量子计算机的新材料

芝加哥大学普利兹克分子工程学院(PME)的研究人员发现了一种新材料MnBi6Te10，可用于创建电子可以沿其移动的量子高速通道。这些电子通道可能有助于连接强大、节能的量子计算机的内部组件。

当电子穿过传统的金属线时，它们会因为产生热量而损失少量能量，并且一些内在特性会发生变化。因此，传统金属线不能用于连接以电子的量子特性编码数据的量子计算机部分。研究团队发现了MnBi6Te10中的微妙铁磁性，这有可能打开量子高速通道，让电子在没有耗散的情况下流动。团队认为MnBi6Te10可以充当磁性拓扑绝缘体，拥有使电子在保持能量的同时围绕其周边穿梭的电子和量子特性。这是拓扑量子计算机工程的一个重要里程碑。

PME研究人员获得了由Zhiqiang Mao领导的宾夕法尼亚州立大学二维晶体联盟合作制造的MnBi6Te10原材料。然后，该团队结合使用角度分辨光电子能谱和透射电子显微镜(TEM)这两种方法，准确研究MnBi6Te10中的电子表现以及电子的运动如何随磁性状态而变化。

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07

核心器件

Core Equipments

浙江大学开发了低损耗、芯片级可编程硅光子处理器

集成光信号处理器已被确定为光信号处理的强大引擎。它们可以在具有极高控制精度的小型芯片上实现宽带和稳定的信号处理操作。目前，人们对提供功能可重构性非常感兴趣，以匹配可编程微电子处理器的关键优势。为了实现具有大量调谐元件的大规模可编程光子集成电路，挑战降低硅光子波导的损耗并最大限度地减少由这些调谐元件的移相器的制造缺陷引起的随机相位误差。

Opto-Electronic Advances的新论文讨论了低损耗芯片级可编程硅光子处理器。浙江大学研究团队通过引入低损耗多模光子波导螺旋和低随机相位误差马赫-曾德开关，提出了一种高性能可编程硅光子处理器。这些波导螺旋设计为宽达2µm，可实现0.28dB/cm的超低传播损耗，远小于传统的硅波导(2-3dB/cm)。同时，装置设计有2µm宽的臂波导，因此其中的随机相位误差可以忽略不计。在这种情况下，硅光子处理器校准变得容易，而且功耗更低，可以大大减少相位误差的补偿。此外，每个通道都有一个Ge/Si光电探测器和光栅耦合器来检测信号。

通过对该器件进行编程，这款可编程硅光子处理器成功地验证了许多截然不同的功能，包括可调谐时间延迟、微波光子波束形成、任意光信号滤波和任意波形生成。

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硅光子微机电系统实现技术突破

为了应对不断增长的数据速率，光纤通信系统使用许多专用波长的单独通信信道，这种技术称为波分复用。这些通道在通过光纤传输之前在多路复用器中组合。为了检索数据，光谱在接收端被解复用。通常，此操作是使用光子集成电路(PIC)执行的。PIC将光限制并引导到微型组件中，这些组件在多个波长通道中操纵信息，例如阵列波导光栅或集成环形谐振器。

近期，学者Hamed Sattari带领的研究团队通过物理移动光子集成电路中的悬浮硅环形谐振器，展示了一种用于解复用操作的节能组件。环形谐振器的机械位移允许将波长通道提取到总线波导中，有效地充当微机械操作的分插滤波器。静电驱动机制建立在微机电系统(MEMS)之上，这是一种广泛应用于消费电子产品的技术，例如视频投影仪的微镜。与这些已有的光学MEMS相比，团队展示的新型硅光子MEMS大约小了3个数量级。环形谐振器的波导横截面小于650nmx220nm，小于500nm的位移足以操作滤波器。与现有的MEMS产品相比，这种紧凑的占位面积允许快速运行，并且静电驱动机制确保了极低的功耗，使这种新型滤波器具有高能效。

“我们的研究在硅光子MEMS技术成熟度方面迈出了重要一步，”Sattari说，“现在可以构建由数千个组件组成的大规模光子集成电路，例如分插滤波器，提供一个缺失的平台，可以使数据中心和光纤通信应用更加节能。”

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08

基础研究

Basic Research

中国科学家成功在强量子色动力学体系中直接测量质子广义极化率

量子色动力学是探索由胶子介导的夸克之间的强相互作用的研究领域。夸克是带电荷的基本粒子，是复合粒子（如强子和质子）的组成部分。而科研领域对量子色动力学体系中强相互作用的某些方面仍然知之甚少，特别是在低能量和低动量传递的相互作用方面，可对核子广义极化率进行预测的理论是手性微扰理论。

而近期，新罕布什尔大学、弗吉尼亚大学、威廉玛丽学院以及美国和中国的其他机构的研究人员在实验环境中验证了手性微扰理论的预测。他们发表在Nature Physics上的论文提供了在强量子色动力学体系中质子的自旋结构和广义极化率的测量。

团队设计的实验会导致光束在通过场到达目标的途中发生很大的偏转，从而需要大量的工程将光束传送到目标上，并需要多年的分析才能从目标出现的散射电子中提取反应截面。使用实验收集的测量数据，研究人员能够表征单个质子的内部自旋结构，同时还提取了质子的纵向-横向自旋极化率、twist-3矩阵元素和极化率d2，这些都是通过手性微扰理论估计的关键参数。为了确定理论预测的有效性，团队将收集的研究结果通过实验用于验证手性微扰理论的预测，同时又可以提高现阶段科学家对强量子色动力学机制的理解，包括质子的自旋结构和广义自旋极化率。

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物理学家首次实验观察到两种超流体在超冷原子云中的共存

目前的研究还无法通过实验观察到两种超流体在超冷原子云中的共存。然而，海德堡大学的物理学家于近期已经证明了这种磁性量子流体以两种方式呈现在原子气体中。由Markus Oberthaler教授领导的研究人员已经成功地在超冷铷原子云中制备了这种状态，并对其进行了详细表征。

玻色-爱因斯坦凝聚态(BEC)是一种原子气体的特殊量子力学状态，可在极冷的温度下达到。处于这种状态的单个原子云集体表现为单一流体。这种量子流体作为超流体能够无阻力地流动。根据Oberthaler教授的说法，近几十年来，原子玻色-爱因斯坦凝聚体是由钠和铷等非常不同类型的原子产生的，但最近也由铒和镝等更奇异的原子产生。然而，这些原子中的大多数也表现出有自旋并且像小磁铁的内部自由度。实验小组使用铷原子的超冷云，将原子系统初始化为远离平衡状态，并一直等到铷原子达到新的平衡状态。为了创建和追踪这种状态，研究人员使用了专门为此开发的独特检测和扰动方法。他们观察到，不仅运动自由度变得超流体，而且自旋也变得超流体。因此，磁性量子流体可以以两种方式变得极其流动。

这种新研究方法不仅使可以在实验中表征冷凝物，而且还使业内研究人员能够更好地了解从非平衡状态到新状态的路径。

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