周报丨美国通过又一项量子法案；北京量子院/清华取得重要成果

光子盒研究院出品

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本周头条

This week's headlines

美国众议院通过《量子计算网络安全防范法案》

美国众议院最近通过了《量子计算网络安全防范法案》，该法案的通过正值美国联邦政府开始更加积极地支持和应对量子计算机带来的网络安全威胁之际，量子技术领域的专家预计这些威胁将在未来几年成为全球政府和企业日益频繁的风险因素。就在美国国家标准与技术研究院(NIST)宣布其最初选择用于加密和数字签名的后量子密码学(PQC)标准几天后，这项立法就通过了，同时美国网络安全和基础设施安全局决定创建自己的PQC计划，以更好地组织和领导其努力，更好地应对量子威胁。

所有这些举措都是在拜登团队于5月敦促联邦政府机构开始规划其战略以抵御这些威胁之后采取的，并且可能代表政府努力成为支持量子技术和量子安全的全球领导者的新阶段解决方案。这一切都发生在中国迄今为止在制定自己的处理量子技术的国家战略和愿景方面更加积极进取之后。

退休的美国海军少将迈克布朗曾在美国国防部和国土安全部担任高级网络安全专家，他在众议院法案获得批准前几天公开表示：“我们还没有一个与量子相关的明确战略，我们也没有公共和私营部门之间明确的伙伴关系，这种伙伴关系将有利于技术创新。我们应该学习中国的形式，即每个人都从量子计算技术的角度理解美国正在做的事情，那将非常有利于美国发展。现在私营部门已经开始处理大量的工作，以领导诸如量子加密算法开发之类的事情。”

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https://www.quantumchina.com/newsinfo/4663019.html?templateId=520429

北京量子院/清华研制国内首颗全集成超低温量子比特控制芯片

最近，北京量子信息科学研究院量子计算云平台团队与清华大学集成电路学院研究人员合作，在面向量子计算系统大规模集成的超低温CMOS量子比特控制芯片研究方面取得进展，相关研究被“芯片奥林匹克大会”ISSCC 2023录用。

研究团队在前期大量CMOS元器件超低温特性建模研究的基础上，设计出目前具有最低功耗水平的双通道量子比特控制芯片。该芯片基于极化调制技术，在3.5K超低温环境下可以产生超导量子比特控制所需的XY通道任意包络脉冲信号和Z通道偏置信号，同时集成了片上本振、时钟、存储等电路，在国际上首次把单个量子比特控制能耗降低至20mW以下。该芯片在我院量子计算云平台实现了对超导量子比特的有效控制。近期，该工作以“A Polar-Modulation Based Cryogenic Qubit State Controller in 28nm Bulk CMOS”为题被ISSCC 2023录用。该芯片是国内首个公开报道的集成化量子比特控制芯片，对于推进量子计算系统自主可控的集成化、小型化有关键支撑作用。

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https://mp.weixin.qq.com/s/cz3QXddHUdPOJGrYXRq1JA

南京大学实现源不完美的测量设备无关量子密钥分发

近日，南京大学物理学院、固体微结构物理国家重点实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心陈增兵-尹华磊课题组与中科院物理所等单位合作提出了四相位测量设备无关量子密钥分发协议并进行了原理性实验演示，该协议在保证了不完美光源的实际安全性的同时解决所有探测器端的漏洞。该工作将抽象的光源不完美特性转化为可在实验中量化的各种偏差参数，成功实现了在20 dB的信道传输损耗下0.25 kbps的密钥率；在10 dB（约50千米光纤）的信道传输损耗下实现91 kbps的安全密钥率，可满足语音通话等一次一密加密需求。同其他考虑了光源不完美的测量设备无关类量子密钥分发协议相比，该研究在安全密钥率和传输距离方面都有了显著提高，展现了该协议巨大的应用潜力。

对于量子密钥分发的光源而言，现有技术下的源不完美主要包括四个方面：量子态制备缺陷、由模式依赖引起的边信道攻击、特洛伊木马攻击和脉冲关联。为了解决这几方面的源不完美对系统产生的安全性漏洞，团队工作采用国际上最新提出的参考技术安全性证明方法，对上述几种源不完美性对应的参数进行了完全表征，并证明了一个四相位测量设备无关类量子密钥分发协议的安全性。本工作还在实验中测量了相应的源不完美性的各种表征参数，提供了该协议针对相干攻击下的有限密钥分析。此外，研究组以一个原理性的验证实验来展示了协议的可行性。实验中使用含有Sagnac干涉仪的即插即用（plug-and-play）系统来自动稳定信道中的相位涨落，同时使用保偏光纤来稳定光信号的偏振。

总的来说，该工作首次实验实现了基于参考技术表征源不完美性参数的量子密钥分发协议，证明了该方法的实际可行性。即使同时考虑光源不完美和抵御所有探测器端攻击，四相位测量设备无关量子密钥分发也可以在城域范围内迈向实际应用，显示出了其应用于实际量子通信网络部署的潜力。未来的工作还需要在实验中使用远距离锁频锁相技术解决Sagnac环的缺点，同时需要更细致地表征各种偏差参数。

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量子计算有望将药物模拟时间从1000多年缩短到几天

作为一家为纠错量子计算构建世界上第一个操作系统的量子工程公司，Riverlane于美国东部时间11月15日发表同行评审研究，强调量子改变药物发现和开发的潜力。这篇发表在《化学理论与计算杂志》上的论文概述了量子算法的进步如何从根本上减少了研究人员获得有用结果所需的资源量。

该研究以癌症生长抑制剂依鲁替尼(Ibrutinib)为重点，提供了模拟逐渐增大的嵌入区域的估计值。Riverlane团队的估计表明，在50个轨道和电子的活跃空间中运行这些计算所需的时间已从1000多年减少到仅几天，这证明了量子改变制药业的潜力。例如，量子可以通过评估哪些可能是最有希望的来帮助筛选用于特定治疗的候选药物的数量。从候选药物到产品的整个过程可能需要长达10年的时间，缩短这个时间线有可能降低数十亿美元的成本。这就是为什么波士顿咨询集团估计到2040年量子技术可以为该行业创造多达800亿美元的价值。

至关重要的是，这些资源节省只有在纠错架构上才有可能实现。虽然未来的量子计算机将能够在分子尺度上准确地模拟自然界，但今天的量子计算机却要与高错误率作斗争。纠错是量子计算中的重大挑战，这就是为什么Riverlane正在组建世界上最好的纠错团队来解决整个量子计算堆栈的问题。

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QC Ware即将举行年度Q2B量子计算大会

领先的量子软件和服务公司QC Ware于美国东部时间11月16日宣布，硅谷版年度Q2B实用量子计算大会即将举行，这是全球最大的量子计算社区聚会，于美国东部时间2022年12月6日至8日在圣克拉拉会议中心亲自举行。

本次会议由Quantinuum、AWS、ColdQuanta、IBM、Quantum Delta以及英国国家量子技术计划等赞助，今年的活动将举行为期三天的讨论，由来自政府和学术界的量子计算研发和创新前沿的主要参与者领导和财富100强企业分享关于优化、化学模拟、蒙特卡洛方法和机器学习方面的最新硬件突破和应用。期间，商业研讨会和技术研讨会、演讲、小组讨论和演示将使与会者亲眼目睹量子计算的最新发展。

QC Ware首席执行官Matt Johnson表示：“量子计算有望解决世界上一些最重大的问题，近期将在药物发现、金融和制造等领域取得进展。虽然我们的商业化之旅才刚刚开始，但今年的活动将提供宝贵的见解，让我们了解如何作为一个社区共同努力，为量子准备搭建桥梁，并充分发挥该技术的潜力。”

会议注册链接：

https://q2b.qcware.com/2022-conferences/silicon-valley/registration/

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战略政策

Strategy & Policy

IBM与拜登政府就量子管制问题进行了会谈

随着各大企业和政府持续投资新兴技术，国际商业机器公司IBM已经与拜登政府就量子计算机的潜在出口管制进行了谈判。IBM研究部负责人Dario Gil表示，IBM建议，制定的任何法规都应涵盖量子计算的潜在应用问题，而不是仅仅基于处理能力来限制该技术。Gil认为量子技术极有可能会受到出口管制等限制，而IBM已经在德国和日本等国家安装了量子基础设施。蓝色巨人在量子领域投资了数百万美元，并于本月推出了内含433个量子比特的新款量子处理器。

IBM在首席执行官Arvind Krishna的领导下，收购欲越来越强。目前IBM已收购了Red Ha等公司，以支持该公司在人工智能方面的产品。同时IBM还投资了Quantinuum等量子初创公司，未来有可能在该行业进行收购。

Gil分享道，量子计算的第一个实际应用可能会在工业领域或金融建模，例如开发耐腐蚀飞机机翼的高级模拟等。并指出包括高盛集团在内的银行正在成为IBM合作伙伴网络的一部分。量子系统可以在十年内用于商业活动，微软、谷歌和英特尔等公司都为各种量子项目投入了数百万美元的研究资金。

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德国五年计划：使用量子传感器技术改善脑肿瘤手术

不久的将来，量子传感器技术有望通过新的诊断设备进一步改善某些大脑区域的功能分配以及改进神经导航。美因茨约翰内斯古腾堡大学(JGU)和亥姆霍兹美因茨研究所(HIM)组成的联盟正在与来自科研界、医学界和工业界的各种合作伙伴一起，在新的DiaQNOS项目中致力于该目标。这个为期五年的项目于2022年10月开始，由德国联邦教育和研究部(BMBF)资助，总计投资近1100万欧元，作为项目负责人的美因茨大学将获得150万欧元。

DiaQNOS项目的基础是由合作项目BrainQSens奠定的，JGU也参与其中。BrainQSens联盟开发了高度灵敏的磁传感器，可改进医疗诊断。

JGU和HIM的Arne Wickenbrock博士解释说：“在这个旗舰量子传感器项目中，我们已经能够将磁场传感器技术改进到原则上可以用它记录大脑磁场的程度，现在需要解决的是在医疗应用的道路上迈出下一步，让量子传感器技术对社会有用。”适用于手术的设备将在三年内开发出来，随后进行两年的医学研究。除其他事项外，来自弗莱堡组织库的脑组织样本将首次接受磁特性检查，特别是在脑肿瘤的新诊断可能性方面。这项研究成果将会为负责切除脑肿瘤的外科医生带来了全新便捷的体验。

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欧盟将英国排除在敏感量子项目之外

由于对英国是否愿意为欧盟研究人员提供对英国项目的互惠访问权并遵守知识产权规则的意愿存在怀疑，欧盟于10月将英国排除在欧洲地平线（Horizon Europe）的敏感量子项目之外，现已获得资助的英国公司将不能参与其中，如果不能及时更换英国参与者，则相关项目会面临被取消的风险。

此举推翻了欧盟此前接受英国参与具有高“技术准备水平”的更成熟的量子项目的决定。尽管在2021年春季，英国、瑞士和以色列便被欧盟以安全为由排除在与量子传感器、模拟器和电信相关的电话会议之外。但在成员国和研究人员的反对下，欧盟委员会决定在2021年底向某些英国实体企业开放2021-2022年的电话会议权限，前提是它们保证会保护欧盟的战略利益、资产、自主权和安全，并尊重互惠和知识产权条件。但现在，在评估英国提交的提案后，欧盟已将申请参与的量子技术公司排除在外。此举遭到了英国官员和业界的失望和不满。

英国商业、能源和工业战略部发言人表示：“我们对欧盟在最后一刻决定将英国排除在量子研究项目之外感到惊讶和失望。尽管欧盟拒绝实施协议于2020便年达成。”对于直接参与相关项目的英国实体企业来说，被排除在外会产生严重的后续问题。

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印度政府首席科学顾问：加快量子布局

印度政府首席科学顾问Ajay K Sood教授表示，印度将很快启动量子任务，进行量子布局，加入技术先进国家联盟。本周三，他在班加罗尔科技峰会上就“技术革命的融合——推进印度的增长轨迹”发表了全体演讲。

Sood教授表示，印度在量子通信、量子模拟、量子计算以及量子传感和计量学前沿领域正在进行大量工作。他评价道：“该国正在进行一场量子革命，预计未来会发生很多变化。量子模拟器有助于模拟经典计算机无法做到的经典现象。”此外，Sood还表示，印度已成为第三大初创企业生态系统，但重点应放在建立深度技术初创企业上。目前印度拥有大约3,000家深度技术初创企业，到2025年应该至少达到7,500家。

会议期间印度政府还分享了有关One Health Mission的详细信息，该任务强调需要采用整体方法来了解人和动物的健康并整合疾病监测，做到用量子技术来监测民众的健康信息。

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量子计算与模拟

Quantum computing & simulation

英国公司为量子计算开发了晶体管模型，用于低温CMOS芯片设计

英国格拉斯哥大学的初创公司Semiwise于近期开发了晶体管SPICE模型，用于使用GlobalFoundries (GF) 22FDX 22nm全耗尽绝缘体上硅(FD-SOI)工艺技术进行低温CMOS芯片设计和验证。该技术可用于量子计算机的芯片，也可用于液氮冷却的数据中心处理器。

Semiwise使用其获得专利的“re-centring”技术来开发典型(TT)快速(FF)和慢速(SS)晶体管角的模型。这包括使用经过低温验证的Synopsys Sentaurus设备模拟器组合晶体管测量和TCAD模拟。“re-centring”过程使用Synopsys TCAD-to-SPICE流程实现自动化，该流程是Synopsys设计技术协同优化(DTCO)工具链的一部分。Semiwise开发低功耗CMOS晶体管级IP，可提高性能和可变性，并大幅降低功耗，并为包括fables、IEDM和代工厂在内的半导体行业提供模拟服务和咨询。而低温CMOS芯片的设计对于扩展不同类型的量子计算机以适应解决实际问题所需的大量量子比特至关重要。

许多电缆将信息从量子比特传输到低温恒温器外部的室温CMOS芯片，这些芯片进行读取、调节和处理量子信息，只有相对少量的量子比特可以容纳在单个大型低温恒温器中。这种温度降低导致晶体管特性发生剧烈变化，使得室温芯片设计和相应的芯片技术不适合低温芯片操作。大多数当前技术都需要进行重大的重新优化以实现低温芯片操作。Semiwise首席执行官Asen Asenov教授说：“低温芯片设计不仅将释放量子计算机的真正力量，还将显著提高数据中心向净零经济过渡的能源效率。”

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M Squared展示英国首台中性原子量子计算机

M Squared在英国国家量子技术展上展示了其基于中性原子的量子计算机原型，并称其为英国第一台商用中性原子量子计算机。该计算机原型系统名为“Maxwell”，依赖于M Squared先进的激光系统和量子系统集成，以及思克莱德大学的里德堡原子和量子算法专业知识。中性原子平台使用激光来冷却和控制原子，以提高量子比特的可扩展性和保真度。

许多量子专家认为，中性原子技术可能是通往解决实际问题的量子计算机的最可靠途径。量子计算机对环境噪声和错误很敏感，因此它们的构造和运行成本很高。在这方面，中性原子可能更难。通过与斯特拉斯克莱德大学成功的合作，M Squared希望Maxwell能够处理复杂的优化问题，而量子计算机比经典计算机更擅长这些问题。这将引导英国迅速成为全球领先的量子生态系统。

M Squared的创始人兼首席执行官Graeme Malcolm博士说：“量子计算不仅仅是传统计算的更快实现，而是一种全新的、更强大的信息处理方式。实现量子计算潜力的合作努力表明了英国在将工业界和学术界聚集在一起方面的独特实力——在科学前沿的进步基础上，在实验室之外为改善社会创造现实世界的应用程序。”而构建中性原子量子计算机的项目展示了M Squared在掌握中性原子技术方面的重要技术能力，已经在量子计算领域实现了质的飞跃。M Squared已经是量子技术的领先供应商，包括集成系统，如量子加速度计、重力计和时钟。

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量子+人工智能，初创公司Kuano为阿尔茨海默病开发新药

云计算和人工智能的进步正在推动生命科学、生物技术和药物发现领域的研究人员取得突破。在人工智能和机器学习的支持下，新平台可以加速处理大量数据，以加速新药的发现和开发。总部位于英国的初创公司Kuano正在利用生物分子模拟和人工智能方面的计算进步，为基于结构的药物发现添加量子细节，同时运用量子计算进行药物模拟，以加快研发进度。这家新贵公司的早期结果显示了治疗领域令人兴奋的新方法，包括对阿尔茨海默病研究。

“虽然最初的项目提供了抗阿尔茨海默病药物的关键验证，但我们的平台为许多治疗领域提供了新方法，”联合创始人兼首席技术官David Wright博士说，“我们可以使用比以前的方法更好、更快的途径来设计出适合开发的化合物。”

大规模计算对于药物研发至关重要，因为它需要大幅提高效率和速度，才能探索新的药物靶点，从而比以前更快地找到可供使用的新化合物。例如，典型的过渡状态搜索非常复杂，涉及数百到数千个单独的计算，每个计算都与集合的其他计算相关联。运用量子计算将使这样的研究从几年和几个月缩短到几周甚至几天。通过与量子计算相关领域公司合作，Kuano可以获得下一代计算能力、AI/ML的最新进展、技术专长和赞助等。

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量子计算公司IonQ2022年第三季度收入同比增长超十倍

量子计算公司IonQ于美国东部时间11月14日公布了截至2022年9月30日的季度财务业绩。IonQ确认第三季度收入为280万美元，高于先前预测范围，而去年同期为23.3万美元，同比增长率超过十倍，净亏损为2400万美元，调整后EBITDA为-1340万美元。IonQ第三季度订单量为1640万美元，截至2022年9月30日，现金、现金等价物和投资总额为5.558亿美元。

“第三季度代表了IonQ业务发展势头的一个重要转折点，”IonQ总裁兼首席执行官Peter Chapman说，“本季度，我们宣布了与美国空军研究实验室签订的价值1340万美元的合同，这是实现我们今年的预订目标以及公私合作将量子技术带入主流的重要一步。我们还实现了25个算法量子比特这一年度技术里程碑，创造了行业记录，这代表着IonQ Aria的计算能力提高了4倍。”

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微软发布量子资源估算器，帮助减少算法运行时间

微软近期发布了一个被称为Azure Quantum Resource Estimator（量子资源估算器）的应用程序用以解决未来的量子计算挑战，并且方便世界各地的开发者使用它。该应用程序是最初为微软内部使用而开发的软件工具，目前已经在指导公司开发全栈量子计算机，现在它还可以帮助外部开发人员计算出他们需要多少算力才能在合理的时间内执行给定的量子算法。

“这是了解混合型方式的好工具，”来自微软的Svore说，“微软将经典计算和量子计算结合在一起。通过比较每种计算成本，当量子计算能够比使用经典计算更快时，就使用它。所以你想比较经典+经典与经典+量子哪一种更便捷时，便需要实现此类比较的工具。”估算器会根据量子比特的数量、纠错方案的类型和其他参数，大致告诉用户在不同的计算场景中执行给定算法需要多少处理时间。

Svore表示，估算器可以向软件开发人员展示如何通过调整他们的量子算法来缩短运行时间。微软也一直在使用该工具来开发机器的底层架构，以了解什么样的机器甚至可以启用这些算法。该工具支持微软基于拓扑的量子机器将实现所需的扩展的观点。

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IonQ与戴尔合作推出端到端量子计算解决方案

量子计算领域的行业领导者IonQ于美国东部时间11月14日宣布参加Super Computing 2022(SC22)活动。这项为期多天的活动于2022年11月13日至18日在美国达拉斯举行，戴尔科技和亚马逊的量子研究人员、科学家和高管联合参加了IonQ的演示。

在SC22上，戴尔科技和IonQ将展示其全新的戴尔量子计算解决方案。混合量子平台基于戴尔PowerEdge服务器上构建的戴尔经典量子模拟器，并集成了IonQ的量子计算机和量子算法开发团队的核心量子能力。Qiskit Dell Runtime和IonQ Aria的结合使用户能够快速开发复杂用例的算法方法，包括化学和材料模拟、自然语言处理和机器学习。该解决方案将戴尔定位为有兴趣优化其混合量子计算用例的组织的顾问，而IonQ则作为应用程序开发的技术支柱。

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任重道远！量子计算机在材料模拟中无法超越经典计算机

美国加州理工学院的Garnet Chan带领他的团队使用基于Sycamore的名为Weber的53量子比特谷歌处理器对分子和材料进行模拟，以此来思考现目前量子计算对研究分子和材料过程中的日常挑战的解决能力。考虑到这些系统的复杂程度以及经典算法的优秀程度，团队的目标是了解Sycamore硬件在具有物理相关成功指标的物理相关电路类别中的表现如何。

该团队选择了两个当前人们感兴趣的问题，而选择忽略它们对量子电路的匹配程度。第一个涉及计算在固氮酶催化核心中发现的铁和硫的8原子簇的能态。作为称为固氮的重要生物过程的第一步，这种酶会破坏氮分子中的强键。了解这一过程的化学性质对于开发用于化学工业的人工固氮催化剂可能很有价值。其次，该团队试图推断晶体材料α-三氯化钌（α-RuCl₃)中磁自旋的集体行为，它被认为在低温下采用一种称为自旋液体的奇异量子相。研究这些状态是探索材料中的量子现象的项目的一部分。这两个系统的基态电子态和低能激发由原子的电子自旋如何相互作用决定。这些自旋可以编码为单个量子比特，并通过耦合反映两个系统结构的电路中的量子比特来模拟它们的相互作用。

面对这些挑战，Weber芯片上的模拟相当有限。例如，模拟提供了对Fe-S簇的能谱和热容的预测。而研究α-RuCl₃时，一旦将大小增加到仅10个原子，量子噪声就会淹没输出。而对门操作的限制意味着Weber的量子资源中只有大约五分之一可以用于计算。然而，当团队转而模拟更适合Weber特定电路架构的模型系统时，他们可以将资源的使用量增加一半。测验结果表明，除非有更好的方法来降低噪声或纠正错误，否则很难看到量子电路在解决此类问题时表现得更好，同时也展示了未来设备性能方面需要克服的挑战。

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高盛和Rigetti合作通过新的门设计解决量子纠错问题

在过去的几年里，Rigetti和其他团队一直在为近期的量子计算机定制设计，以执行机器学习、优化和模拟等应用领域的某些任务。虽然Rigetti认为在实现容错系统之前便会实现量子优势，但一部分应用程序将需要容错，因此纠错例程是实用的。如今，Rigetti和高盛联合发布了一份声明，概述了双方正在进行以提高量子纠缠效率为目标的合作。双方一起提出了一种新的设计方法，用于调整大型超导量子计算机进行纠错。Rigetti和高盛认为这条路径可以加速需要容错的量子计算应用程序的开发。

构建大规模容错量子计算机的一个关键挑战是克服由退相干和其他形式的噪声引起的错误，这些噪声会降低量子算法的质量和准确性。Rigetti和高盛在发布的声明中讨论了如何优化当前门模型超导处理器的设计——比如Rigetti构建的处理器。具体来说，该团队提出了一种新的门，并认为它可能会简化系统校准并提高表面代码的阈值。这些新的硬件优化奇偶校验(HOP)门设计用于在超导transmon量子比特之间进行本质上的微调、并行交互。该团队认为，纠错阈值的相关改进是一个强烈的信号，表明这种硬件定制方法可能是未来系统设计的一个重要方面。

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超级计算大会，英伟达更新加速量子模拟的SDK

英伟达近期宣布将广泛采用其下一代H100 Tensor Core GPU和Quantum-2 InfiniBand，旨在为包括微软Azure云上的新产品和50多个新的合作伙伴系统加速科学发现。

英伟达与其合作伙伴在超级计算大会SC22上描述了新产品，该公司在会上发布了对其cuQuantum、CUDA®和BlueField®DOCA™加速库的重大更新，并宣布在英伟达的A100和H100驱动的系统上支持其Omniverse™仿真平台。H100、Quantum-2和DOCA加速库更新都是英伟达HPC平台的一部分，这个平台包含CPU、GPU、DPU、系统、网络和广泛的AI和HPC软件的完整技术堆栈，使研究人员能够有效地加速他们研究中在系统、内部部署或云端的工作进程。而用于加速量子计算工作流程的英伟达cuQuantum软件开发套件现在也可支持近似张量网络方法。这使研究人员能够模拟数以万计的量子比特，并使用cuQuantum设备自动启用多节点、多GPU支持，以实现极高性能的量子模拟。

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中国电科20比特超导量子计算机亮相珠海航展

第十四届中国国际航空航天博览会(珠海航展)，中国电科电科院亮相展出的国产全自主可控20比特超导量子计算机颇受关注。

该20比特国产全自主可控超导量子计算机现已完成系统联试联调工作。该展示样机包括显示控制系统、微波测量系统、稀释制冷机结构件、低温电子器件、20比特超导量子芯片及封装等。20比特超导量子计算机能够演示验证小规模的典型量子算法，支持图形界面的人机交互编程，为量子计算在生物医药、密码安全等领域的科学研究与应用探索奠定基础。

据介绍，量子计算是借助于量子态的叠加和纠缠等特性，在解决某些问题时具有指数级加速效应，拥有超越最强的经典计算机的巨大潜力，预期未来将在生物医药研发、密钥破解、金融分析等领域具有广泛应用。中国电科院表示，其重点研制面向科学研究的自主可控超导量子计算机，从产业发展的角度来说，它使用综合电子信息系统探索微观量子世界，就像探测微观世界的“预警机”，可以广泛应用于破解密码、金融系统反制、生命健康等领域。

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全球首创！Riverlane公布量子错误检测方面的突破

全球第一家量子工程公司Riverlane于美国东部时间11月14日宣布在“量子解码”错误方面取得世界首创的突破，该进步将为第一代“纠错”量子计算机提供动力。

Riverlane在伦敦举行的国家量子技术展示会(NQTS)上现场展示了这一解码技术的突破。由于解码硬件的可扩展性能够支持比目前可能数量更多的量子比特，这在同类技术中属于首次。该演示采用了一个原型，其将成为可以安装在所有未来量子计算机中的解码芯片。人们现在正在逐渐接触第一代纠错量子计算，可以实时检测、诊断和纠正此类错误，而Riverlane的可扩展高速解码器是实现向这个新时代过渡的关键组件。

Riverlane的创始人兼首席执行官Steve Brierley说：“为了有效解决清洁能源和新药设计等领域目前无法解决的计算问题，我们需要过渡到新一代纠错量子计算机，这些计算机可以在不中断的情况下执行数百万次高速运算。今天的量子计算机在失效之前仍然只能执行大约100次操作。这种转变需要时间。但现在，我们的解码器是一个关键组成部分，也是一次飞跃的进展。”

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艾伯科技与量旋科技订立量子计算云平台项目建设合作协议

艾伯科技股份有限公司董事会欣然宣布，旗下间接全资附属公司深圳市艾伯控股有限公司（艾伯控股）与深圳量旋科技有限公司（量旋科技）以“平等诚信、互惠互利、资源互补、专业分工”为主要合作原则，于2022年11月10日签署量子计算云平台项目建设合作协议。双方同意基于各自的平台优势与资源，建立密切的合作关系，充分发挥各自优势，共同促进双方的业务发展和产品延伸。双方将本着友好务实、协商互利的原则共同处理在合作过程中可能出现的问题。

本次合作主要围绕量子计算产品和技术在数字政府、科研院所、教育、金融及生物医药等各行业企业的云计算、大数据等领域的实用型应用，开展国产化量子计算云平台项目合作。

双方将在合作中发挥量旋科技在量子计算系统及应用生态技术方面的优势，由其牵头制定产品开发及应用部署策略，推进行业解决方案落地。同时也将发挥艾伯控股在国产化硬件产品研发技术优势及行业市场资源优势，在自主可控及定制化硬件产品方面负责联合设计、研发、生产、服务。艾伯控股主要协助量旋科技量子计算产品在四川市场的销售推广，推进在数字政府、科研院所、金融和生物医药等行业场景的量子计算应用标杆案例建设。

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新型量子比特unimon首次实现99.9%的门保真度

来自阿尔托大学、IQM量子计算机和VTT技术研究中心的一组科学家发现了一种新的超导量子比特unimon，该发现将可以提高量子计算的准确性。unimon在单个电路中结合了所需的特性，如增加非谐性、对直流电荷噪声完全不敏感、对磁噪声的敏感性降低，以及一个简单的结构，谐振器中只有一个约瑟夫森结。

该团队在三个不同的unimon量子比特上实现了99.8%到99.9%的13纳秒长单量子比特门的保真度，构造了第一个具有unimon的量子逻辑门——这是寻求构建商用量子计算机的一个重要里程碑。由于比transmon具有更高的非谐性或非线性，实际运用中可以更快地操作unimon，从而减少每次操作的错误。而为了通过实验证明unimon，团队设计并制造了新型芯片，每个芯片都由三个unimon量子比特组成。除了约瑟夫森结之外，他们还使用铌作为超导材料，其中超导引线是用铝制造的。

“unimon非常简单，但与transmon相比有很多优势。事实上，有史以来第一个unimon工作得很好，为未来量子计算的优化和重大突破提供了充足的空间。作为下一步，我们应该优化设计以获得更高的噪音保护并展示双量子比特门。而我们的目标是进一步改进unimon的设计、材料和制造时间，以打破99.99%的保真度目标，从而通过嘈杂的系统和有效的量子纠错获得有用的量子优势。这对量子计算来说是非常激动人心的一天。”这项研究的领导人、阿尔托大学和VTT的量子技术联合教授以及IQM的联合创始人兼首席科学家Mikko Möttönen教授总结道。

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https://www.quantumchina.com/newsinfo/4639571.html?templateId=520429

Atos量子模拟器将集成IQM量子处理器

Atos和IQM于11月16日宣布签署合作伙伴关系，提供端到端的量子计算技术和功能，以此作为集团混合计算战略的一部分。随着量子计算从市场转向现实世界应用，此次合作将使IQM的量子处理单元(QPU)集成到Atos的QLM中，并在全球范围内集成到Atos的量子应用程序开发平台中。

这一市场上的独特主张使客户能够无缝地编写他们的量子计算应用程序，并在QLM框架上运行它们，完美地模拟目标量子硬件的所有属性（拓扑、门集、噪声模型）。通过此类操作，客户可以直接在现实世界的IQM量子计算硬件上执行这些应用程序，而无需修改它们。Atos的百亿亿级战略将使用人工智能技术和量子计算作为传统HPC工作流程中的加速器，以缩短解决问题的时间并减少能源足迹。为此，超级计算机将使用Atos QLM量子应用程序开发平台作为混合计算工作流中量子计算资源（模拟或真实硬件）的网关。凭借高达41量子比特的仿真能力，Atos的QLM应用程序编程环境将帮助其客户开发混合应用程序，使用门、退火和模拟量子计算范例，以及IQM QPU，目前将提供20量子比特以及到2023年高达50量子比特。

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IBM和Algorithmiq合作推进量子生物技术

Algorithmiq是一家总部位于赫尔辛基的量子计算初创公司，目前已与IBM达成合作，以推进试图解决生命科学中复杂问题的量子算法的探索。此次合作将IBM世界领先的硬件、软件和量子应用专业知识与Algorithmiq的尖端算法开发人员结合在一起，探索大幅减少药物发现和开发时间和成本的方法。这项工作还将有助于Qiskit产生更多的成果，以促进和发展这个新生的生态系统。作为合作的一部分，Algorithmiq将成为IBM量子网络的一部分。

IBM的研究人员正在与Algorithmiq合作，以解决如何克服当今嘈杂的量子硬件中的主要瓶颈，例如大型量子化学模拟的速度、准确性和有限规模。Algorithmiq的新颖测量技术已证明可以大大减少混合量子经典算法的运行时间。此外，Algorithmiq用于减少错误的后处理策略已显示可显著提高量子化学模拟的准确性。因此，这种合作有望提高量子算法在近期量子技术上的性能。

Algorithmiq由该领域的世界领先学者团队创立，专注于利用量子计算的力量，以便可以探索新药并最终将其推向市场，并且具有成本效益，从而实现精准医疗。平均而言，目前一种新药上市需要大约10年时间和10亿美元。据估计，Algorithmiq的进步将显著缩短新的、更有效、危害更小的药物的上市时间。Algorithmiq的使命是通过利用量子计算的力量结合复杂的系统方法来发现和开发药物来预防和治疗疾病。

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PASQAL公司将使用HPC和量子计算开发可持续能源解决方案

量子计算公司PASQAL与量子创新区之间达成合作伙伴关系，将共同创建第一个开放式卓越中心，以利用HPC和量子计算的综合能力开发可持续能源解决方案。这个卓越中心称为QuaTERA——量子技术能量结果加速器。它旨在在能源行业、经典/量子硬件和混合算法的交叉点形成一个合作伙伴生态系统，以设计和构建基于量子HPC的解决方案，以解决当今能源行业的实际挑战。

这个卓越中心的基石是Exaion企业在HPC方面的专业知识和PASQAL在量子机器方面的专业知识。这两个系统的结合将提供前所未有的计算潜力来解决以前不可能解决的问题。QuaTERA通过将计算能力与法国电力公司（EDF）广泛的能源优化和模拟算法库相结合，超越了技术的界限。这种人机结合为解决世界能源行业面临的具体问题提供了一条途径，例如数字孪生、全市电动汽车充电站和弹性优化等等。该中心旨在刺激开放解决方案的创建，同时为企业参与提供足够的商业激励。

QuaTERA的第一个部署点是位于加拿大魁北克省舍布鲁克的大型创新实验室，被安置在一个重要的量子生态系统中间，该生态系统涵盖来自舍布鲁克大学、PINQ和领先行业参与者的知名学者。

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Quadela推出欧洲第一台在线访问的光量子计算机

本月，Quandela推出了首个欧洲在线服务，使得用户可以访问其在Massy场所组装和托管的量子计算机。因此，科学家、行业参与者和公司可以访问多个光子处理器来计算多达5个光子量子比特。Quandela的目标是到2023年底完成可在线提供12个量子比特的量子计算机，每增加一个光子量子比特，量子计算机的计算能力就会翻一番。

按照Quadela2021年的计划，全栈容错光子量子计算机的中期发展达到了一个新的里程碑。用户现在可以使用Quandela的Perceval软件套件，在现有的模拟器之外，在真正的光子量子处理器（QPU）上开发和运行算法，从而可以在真实架构上验证第一个算法。通过向所有用户提供第一台光子量子计算机，Quandela在容错光子量子计算机的发展中达到了一个真正的里程碑，进一步证明了其量子技术的可行性。这一新步骤再次巩固了Quandela和EDF与ONERA等工业公司的合作伙伴关系。

这项新的在线量子计算服务首次被来自欧洲各地的研究人员和学生使用，他们参加了Quandela于11月初在索邦大学组织的量子黑客马拉松。超过60名参与者能够为泰雷兹等工业合作伙伴提出的具体用例提出解决方案，并在光子处理器上运行。欧洲的第一台云量子计算机已经开始为部分供应商提供量子服务，特别是美国和加拿大，如IBM，允许工业参与者发现和开发特定于其行业的应用进程。

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世界上最大的量子化学数据集将助力新材料设计和药物发现

预测物体的属性是机器学习(ML)算法最自然的任务，分子或晶体也不例外。每个药物发现或材料设计管道都取决于预测未来产品的物理和化学特性的能力。然而，与更传统的ML领域（例如图像或文本）相比，验证模型的工作在金钱和时间上要昂贵得多。评估质量需要在湿实验室合成结构，然后进行真实世界的实验来评估每一个特性。除此之外，要训练机器学习模型来预测分子特性，需要访问每个感兴趣特性的相关数据，而质量则取决于数据集的大小和多样性。

深度学习(DL)在图卷积网络方面的最新进展开辟了一个全新的研究领域，即用于量子化学的神经网络。这种方法可以通过预测其量子属性来评估分子种原子的3D排列构象。人工智能研究所AIRI的生命科学研究小组决定计算和共享使用DL在DFT级别上计算的最大量子化学数据集理论。该研究现已发表在物理化学化学物理上，并与斯科尔科沃科学技术研究所和圣彼得堡斯泰克洛夫数学研究所的科学家合作进行。团队在两个常见任务上重新实现和评估了最先进的神经网络模型：预测给定分子构象的势能和DFT哈密顿量。实验中提供的数据集包含超过100万种药物样分子产生的超过500万种构象，以及构象能量、DFT哈密顿矩阵、波函数等量子特性。单个构象计算平均需要大约5分钟的CPU时间，整个数据集的处理总共需要大约50年的CPU时间。

尽管获得接近化学准确性的模型仍然是一个挑战，但实验证据表明，更大的数据集将会产生更好的ML模型，使得机器学习领域不断发展。

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04

量子通信与安全

Quantum Communication & Security

德国电信加入欧洲量子互联网项目

来自德国德累斯顿工业大学（TUD）的Frank HP Fitzek教授和来自德国电信通信网络的Riccardo Bassoli教授代表TUD参与欧洲量子互联网联合项目。他们与来自科研界和工业界的40个合作伙伴一起研究创新欧洲量子互联网的原型。两位研究人员对未来如何使用量子技术改善电信网络表现出非常大的兴趣。量子互联网将量子计算机相互连接起来，这些计算机使用可以同时呈现多种状态并与物理物质或光粒子连接的量子比特。量子系统可以比经典系统携带更多信息，因为它们在组件之间而不是在组件内部编码信息。

使用量子比特可以尽早实现传输第三方无法获取的安全信息的目的。借助量子物理学的纠缠现象，可以可靠地检测到拦截线路的任何第三方。就像传送一样，一个人可以将信息传递给另一个人。尽管它们之间有距离，第一个光粒子的状态也出现在第二个光子中。两个量子比特的纠缠不能被打破，创建一个私人连接。量子密码学利用这一原理对信息进行加密，使其可以安全、私密地传输。

为期七年的QIA项目于2022年10月启动，目的是为欧洲创建一个量子互联网网络。该联盟是量子旗舰项目的一部分，这是一个由欧盟委员会资助的数十亿欧元的研究项目，为了支持欧洲的研究人员和公司创建一个数字独立的欧洲。QIA过去几年一直在为其原型的实现奠定基础。包括第一个实验室内多处理器量子网络、第一个量子软件和网络堆栈，以及一个最先进的量子中继器系统，它将在未来实现长距离量子通信。

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Arqit宣布其量子安全方案在保护数据的同时可节省能源

量子安全公司Arqit Quantum表示，到2030年，通信技术将占全球温室气体排放量的23%。众所周知，保护数据的加密解决方案需要大量计算，因此需要大量能源，而Arqit旗下的QuantumCloud加密软件与其他替代方案相比，可将能耗降低58%。

这家总部位于英国、由美国资助的公司引用了其首席密码学家Daniel Shiu和其他两位学者的一项研究，表示Arqit的技术可以减少运营部署密码学的碳足迹。这意味着与非对称加密替代方案所需的能源相比，全球采用对称密钥系统可以节省超过一半的能源。因此，随着向量子安全加密的迁移开始，Arqit的对称密钥协议提供了有利于环境的替代方案，并且是市场上唯一具有独立验证安全证明的方法，证实了零信任可证明的量子安全性。

Arqit创始人、董事长兼首席执行官David Williams表示：“Arqit的使命是保护我们政府、企业和公民的数据安全。最近发布的安全声明也证实，Arqit在这方面具有独特的优势。”

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Aliro Quantum将在量子世界大会上第一个基于纠缠的量子网络

量子网络公司Aliro Quantum于美国东部时间11月15日宣布，首席执行官Jim Ricotta已受邀在量子世界大会上主持小组讨论，主题为“量子通信：领域现状”。这场为期三天的活动将于2022年11月29日至12月1日在华盛顿特区举行。该公司还将在量子世界大会的308号展台展示其最近推出的基于综合多用途纠缠的量子网络解决方案AliroNet™。

Ricotta的小组讨论将于美国东部时间11月30日星期三下午3:10在量子世界大会上举行，将讨论量子通信社区面临的关键问题，包括最有希望的进展、潜在用例和行业应用。而即将进行展示的AliroNet™是一种量子网络解决方案，用于模拟基于多用途纠缠的量子网络，实施小规模试点，并部署全面的通用纠缠量子网络。AliroNet™将被作为服务提供，包括Aliro Simulator、Aliro Orchestrator、Aliro Controller和AlirOS™。

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SpeQtral推出东南亚首个量子网络体验中心

SpeQtral宣布与东芝数字解决方案公司合作推出东南亚首个量子网络体验中心QNEX。该中心是一个协作技术展示平台，将向包括政府机构和私营企业（如银行、电信公司和数据中心）在内的战略合作伙伴开放。它将作为一个平台来探索和原型化基于量子密钥分发（QKD）的商业量子密码用例。QKD利用量子物理定律创建“不可破解”的加密密钥，这将增强通信基础设施抵御现有和未来网络攻击（包括量子计算机所面临的攻击）的弹性。

继SpeQtral在2021年与东芝建立合作伙伴关系后，QNEX的推出标志着两家公司积极推动在新加坡和东南亚布局量子安全通信的意图和雄心。QNEX位于SpeQtral的办公室，预计将作为新加坡国家量子安全网络（NQSN）中的一个网络节点，该网络是作为量子工程计划的一项倡议而启动的测试台，用于全国范围内的量子安全通信技术试验旨在增强处理敏感数据的关键基础设施和组织的网络安全。QNEX合作伙伴将能够利用最先进的硬件、软件以及SpeQtral和东芝的综合专业知识，了解为各种商业用例部署QKD系统的操作问题。

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亚马逊科研团队将为Q-NEXT带来量子通信创新

Q-NEXT量子研究中心于2022年宣布亚马逊网络服务(AWS)与其建立了合作关系。此次合作不仅是Q-NEXT利用全球最全面、应用最广泛的云平台资源的机会，也是AWS与其他机构对接以加速公司量子技术研发的机会。

美国国家量子信息科学研究中心由美国能源部(DOE)的阿贡国家实验室牵头，Q-NEXT开发的量子技术将改善人们的生活。例如，专家们正在努力建立防窃听的量子信息网络，这一发展将特别有利于金融等领域。AWS量子网络中心的负责人同时也是AWS研究科学家的Antia Lamas-Linares将带领她的团队研究将信息编码为光子的量子特性。通过对信息进行加密，他们正在努力探索如何以传统计算和通信无法实现的强大方式来存储、控制、计算和传输信息。作为Q-NEXT中心的一部分，这项工作得到了美国能源部国家量子信息科学研究中心的支持。

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05

量子精密测量

Quantum precision measurements

美国团队以基于量子的精度实现射频信号合成的创纪录水平

美国国家标准与技术研究院NIST与科罗拉多大学博尔德分校学院合作，发表了一篇题为“具有集成超导双工器的RF约瑟夫任意波形合成器”的论文，其实验结果表明整体研究向宽带、集成、基于量子的微波电压源迈出了重要一步，有用功率高于-30 dBm。

NIST本次合作的目标是通过向通信和仪器制造商提供自我校准的、基于量子的标准和自动化测量能力，推进基于量子的射频通信标准，以消除校准和可追溯链测量的成本和开销。该团队正在开发一种用于产生微波频率波形的量子定义超导可编程电压源。电压源是一个RF约瑟夫任意波形合成器(RF-JAWS)，它利用冷却至4 K并由4,500个约瑟夫结阵列组成的超导集成电路。

研究人员整合了片上超导双工器，并将它们与RF-JAWS电路集成，以在1.005GHz下实现22mV rms的开路信号，这比最先进的技术提高了25%。由于更宽的通带和更低的损耗，与最先进的技术相比，集成滤波的使用使微波幅度增加了25%。对新电路的测量表明，它正确地合成了射频波形和基于量子效应的信号幅度。这一里程碑为改进现代高速通信组件和仪器的高精度射频电压和功率测量创造了新的机会。

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06

教育&人才

Education&Talents

哈佛大学为学生提供了跨学科探索量子科学的机会

哈佛大学新的量子项目于2021年春季启动，是世界上最早的博士项目之一。该主题的计划旨在帮助关键和快速新兴的量子科技领域的未来领导者和创新者做好准备。在第一学期中，一共有11名学生作为第一批学生入住，他们将学习量子信息、系统、材料和工程。哈佛大学希望他们结合课程作业和项目中的指导，从而获得的广泛研究经验，这将有助于为他们提供广泛而全面的教育，以继续从事量子领域的职业，无论是作为学术界的教育者，还是发展中的作为大学、国家实验室或工业界的研究人员，开发下一级系统和应用程序。

量子力学带来的技术进步是跨学科、跨领域的。该领域的进步有望在医疗保健、量子计算基础设施、网络安全、药物开发、气候变化预测、机器学习、通信技术和金融服务等领域带来现实世界的突破。被录取的学生的背景反映了这种多样性——从物理学和计算机科学到化学、电气工程和数学。该计划的学生将获得艺术与科学研究生院的学位，而丰富的课程选择为他们提供了跨学科探索量子科学的机会。

SEAS电气工程与应用科学教授Evelyn L. Hu说：“该项目的第一批学生在拥抱‘量子未来’方面的才能、远见和热情都非常出色。我希望该项目及其学生继续在这个强大的平台上更进一步：在其前景和机会方面具有多样性和多面性，同时即使在项目扩展的同时保持强烈的社区意识。”

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印度理工学院提供为期两周的“高级量子计算”课程

印度理工学院马德拉斯分校(IIT Madras)Pravartak技术基金会正在组织为期两周的“高级量子计算”课程，并提供有关IBM QISKIT的实践培训。该课程与印度计算机协会(ACM)和Mphasis量子信息、通信和计算中心(MCQuICC)合作开设，将于2022年12月5日至16日在IIT马德拉斯校区举办。

高级量子计算课程将侧重于向熟悉量子计算基础知识的参与者介绍专业主题。它还将介绍QISKIT运行以及IBM QISKIT中编程的默认方法。IIT Madras主任V. Kamakoti强调了该计划的独特之处，他说：“高级量子计算冬季学校由IITM Pravartak技术基金会、印度计算机械协会以及Mphasis量子信息、通信和Computing and IBM共同开设，是同类课程中的第一个，为参与者提供IBM量子计算机的编程经验。这一高级课程将帮助参与者探索和扩展使用量子计算机执行跨多个领域的高性能任务的可能性。”

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荷兰大学设立量子安全通信和网络博士学位

最近，荷兰经济事务和气候政策部授予Quantum Delta NL总计6.15亿欧元，以推动量子技术的进步。作为Quantum Delta NL五个主要量子中心之一的埃因霍温科技大学，通过汇集一流的科学家、工程师、学生和企业家，在量子技术的前沿合作创新。现在埃因霍温科技大学设立了量子安全通信和网络博士学位，以进一步促进量子技术的发展。

该项目的目标是设计和评估量子安全通信的网络架构，并制定必要的标准和例程以建立量子安全通信链路。该研究可能包括其他主题，例如基于QKD的网络所需的身份验证以及信任的建立和传播、经典通信和量子通信之间的集成以及QKD关键用例的评估。学习过程中将有机会使用最新的电信和量子密钥分发技术以及埃因霍温科技大学开发的新型组件和系统，为在欧洲部署的最先进的QKD测试平台做出贡献，并参与量子安全通信不同用例的演示。

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07

核心器件

Core Equipments

量子计算供应商代尔夫特电路加入NASA南极洲项目

代尔夫特电路（Delft Circuits）是世界上最先进的低温电缆解决方案的制造商，于本月宣布将加入南极洲的BICEP项目，为加州理工学院的NASA喷气推进实验室(JPL)和其他项目合作伙伴提供支持。宇宙河外极化背景成像项目(BICEP)已经进行了数年，现在正在寻求硬件升级的解决方案，以提高其望远镜的灵敏度，以便使该项目更加深入地研究宇宙，从而了解更多关于宇宙起源的信息。因此，JPL带领的团队正在开创一种新方法来扩展望远镜阵列的高频接收器上的探测器数量。

JPL团队现已确定，代尔夫特电路公司制造的先进电缆将安装在望远镜的低温恒温器中，作为其新相机的一部分。该团队还将用新的热动感应探测器（TKID）取代望远镜的传感器，这是利用量子力学特性的超导探测器。TKID的基础设施要求以及用于测量它们的技术与在量子系统中设置和测量量子比特所需的技术极为相似。一旦安装了新设备，实验将验证这项新技术启用的频率复用是否允许望远镜的探测器进行必要的缩放以提高灵敏度。同时团队将在BICEP阵列望远镜内部使用Cri/oFlex多通道和RF低温I/O电缆，这些材料耐用且灵活，而不是像替代品那样刚性。这为用户提供了在其过程中设计和测试多个原型的机会，同时为每次不同的迭代反复使用电缆，因此在成本和设置时间方面为用户提供了巨大的价值。

BICEP阵列望远镜使用过渡边缘传感器在宇宙微波背景中寻找引力波的痕迹。TKID将取代这些传感器，其性能将通过将其结果与使用旧技术生成的现有地图进行比较来验证。如果成功，该实验将进一步验证TKID作为未来任务的可行技术。

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NIST的量子岛网格技术将带来更强大的量子模拟器

美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究人员创建了由量子点组成的网格，并研究了当电子潜入这些原子岛群时会发生什么。在这些相对简单的设置中测量电子的行为有望深入了解电子在现实世界复杂的材料中的行为，并可以帮助研究人员设计设备，使强大的量子计算机和其他创新技术成为可能。

在实验中，研究人员制作了多个3×3精确间隔的量子点网格，每个网格包含一到三个磷原子，连接到网格的是电线和其他使电子能够流过它们的组件。网格提供了电子可以在近乎理想的、教科书般的条件下运行的运动场，不受现实世界材料的混杂影响。研究人员将电子注入网格并观察它们在研究人员改变条件（例如点之间的间距）时的行为。对于点靠近的网格，电子往往会散开并像波浪一样起作用，基本上同时存在于多个地方。当点相距很远时，它们有时会被困在单个点中，就像绝缘材料中的电子一样。

网格的高级版本将使研究人员能够研究电子在可控环境中的行为，其详细程度是世界上最强大的传统计算机无法准确模拟的。它将打开通往成熟的“模拟量子模拟器”的大门，从而解开高温超导体等奇异材料的秘密。它还可以提供有关如何通过控制量子点阵列的几何形状来创建材料（例如拓扑绝缘体）的提示。NIST研究人员继续改进了他们的制造方法，因此可以可靠地创建一系列相同的、等间距的点，每个点只有一个原子，从而为完全精确的量子模拟器提供更理想的环境。研究人员着眼于制造这样一个由5x5的阵列组成的具有更大量子点网格的模拟器，它所实现的电子行为即使是最先进的超级计算机也无法模拟。

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08

基础研究

Basic Research

中科院精密测量院成功实现国际上第一个非厄米量子热机实验

近日，精密测量院冯芒研究团队与广州工业技术研究院、郑州大学、湖南师范大学、郑州轻工业大学、日本理化学研究所和美国宾州州立大学等国内外研究机构合作，利用超冷离子实验平台，设计并实现了国际上第一个非厄米量子热机实验。该热机的工作物质是一个开放的（即非厄米的）量子体系，四个热力学冲程基于刘维尔奇异点（即体系的本征能量简并点，使本征态和本征能量塌缩到一点）的不同拓扑相，实验观察显示出“等容加热冲程和等容冷却冲程分别处于严格相和破缺相的量子奥拓热机具有最高的热机效率”的新结论，对量子热机的研究具有重要意义。该研究成果2022年10月20日在线发表在国际著名自然科学期刊《自然通讯》上。

该项研究展现的是国际上第一个基于非厄米体系的量子热机实验工作，通过精确操控单个囚禁离子的动力学确立了量子相干性、刘维尔奇异点和量子热机效率三者之间的联系。实验结果颠覆了“增加量子相干性便可提升量子热机效率”的主流观念，因此将有助于深入理解非厄米动力学及刘维尔奇异点对量子体系的热力学过程和现象的影响。此外，由于上述研究中的工作物质是单个原子，而原子是化学变化中的最小粒子，因此该研究的结论和所展现的技术具有一定的普适性，有望应用于能源、生物、医药和工程等领域，用于开发分子马达、纳米机器人和微型智能装置等。

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量子生物学家认为：酶可能是理解DNA如何突变的关键

根据萨里大学的一项新研究，酶对于控制细胞在人体内的复制方式至关重要，它可能是促使DNA自发突变的成分，也可能导致永久性遗传错误。萨里大学量子生物学博士培训中心的研究人员使用最先进的量子化学计算发现，DNA自我复制过程的一部分发生的速度比之前预测的快100倍。这一发现为假定的理论提供了新的思路，该理论表明量子效应不会存在足够长的时间而不会受到复制过程的影响。

以前人们普遍认为认为解旋酶作用太慢。但当链分开时，任何自发的点突变都会找到回到其自然且更稳定位置的方法。这项新研究开始解释量子力学效应如何可能成为基因突变及其对地球生命的许多后果的秘密的关键。此外，这份新报告发现，这种机械分离实际上可以稳定DNA的突变形式。

该研究的合著者Max Winokan说：“我们一直认为量子力学会在生物环境中受到影响。然而，意想不到的是由于量子隧穿引起的突变使解旋酶的作用更加稳定。虽然其他人将解旋酶描绘成量子突变的看门人，但我们的研究表明，这种酶与突变的形成密切相关。”

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