周报丨美俄欧政策加码量子技术；美国创造全球最大稀释制冷机

光子盒研究院出品

01

本周头条

This week's headlines

费米实验室创造世界上最大的稀释制冷机

用于量子计算研究的稀释制冷机可以将设备冷却到尽可能低的物理温度。现在，美国能源部费米国家加速器实验室的研究人员正在建造Colossus——将成为迄今为止毫开尔文温度下最大、最强的稀释制冷机。

项目负责人Matt Hollister说：“一旦我们实现了建造这台大型机器的目标，我们就期待看到我们的研究人员与Colossus一起计划的令人难以置信的物理和量子计算实验。”

与Colossus相比，大多数在毫开尔文温度下运行的稀释制冷机仅提供一小部分空间，这使得可扩展性成为构建有用的量子计算机的一大障碍。Colossus的大体积将能够容纳成百上千个高度相干的空腔和量子比特。当Colossus完全建成时，它将提供5立方米的空间和约0.01 K的冷却组件。在该温度下，这是标准商业稀释制冷机的10倍冷却能力和15倍体积。

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https://quantumchina.com/newsinfo/4803890.html?templateId=520429

俄罗斯将投资6900万美元用于量子通信网络

新华社援引俄新社报道，俄罗斯政府将在2023年和2024年向国有俄罗斯铁路公司共计拨款45亿卢布(6940万美元)，以扩大其量子通信网络。

作为其数字经济框架的一部分，政府计划在2021年至2024年期间向俄罗斯铁路公司总投资94亿卢布(1.449亿美元)，以发展量子通信网络。根据俄罗斯政府2021年底批准的量子通信路线图，其中2023年和2024年分别为27亿卢布和18亿卢布。

该路线图包括120多个项目，例如为潜在用户推广量子通信的工具、销售市场的开发、量子通信服务和产品的商业化。

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https://quantumchina.com/newsinfo/4803897.html?templateId=520429

拜登签署《量子计算网络安全防范法案》成为法律

美国总统拜登周三签署《量子计算网络安全防范法案》，使其正式成为法律，鼓励联邦政府机构采用不受量子计算影响的加密技术。该法案于今年7月在众议院通过，并于12月9日在参议院获得通过。

在新颁布的立法出台之际，美国国内担心中国在量子技术方面取得重大飞跃，可能会让现有的安全加密形式更快地被破解。特别是法律要求管理和预算办公室(OMB)优先考虑联邦机构采购和迁移到具有抗量子密码的IT系统。该法案还要求白宫在美国国家标准与技术研究院发布计划中的抗量子密码标准一年后，为联邦机构制定评估关键系统的指南。

而在2022年11月18日的一份备忘录中，白宫要求联邦机构在2023年5月4日之前提供一份资产清单，其中包含可以被量子计算机破解的加密系统。根据国家安全局在9月发布的指南，规定国家安全系统的所有者和运营商到2035年开始使用抗量子算法的要求。

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荷兰、法国和德国签署《量子技术合作联合声明》

12月19日，为了应对欧洲在量子技术领域所面临的战略自主性挑战，并为未来的欧洲量子领导者奠定基础，荷兰、法国和德国政府代表签署了《量子技术合作联合声明》。合作目标是增加荷兰、法国和德国量子生态系统之间的协同作用，并达到帮助培养欧洲领导者和吸引最优秀国际人才所需的环境。

量子技术是欧洲出现的少数关键数字技术之一，需要共同努力才能使欧洲在这个新兴行业中处于领先地位。通过欧洲在该领域里三大领先国家间签署量子技签署联合声明，签署方希望巩固他们在研发方面的三边合作，并加速私人协同效应，将为整个欧洲大陆的量子业务奠定基础。

三国希望进行非正式的信息交流并定期会面。目的是就量子技术的研究、教育、政策、实施和用例开发等领域的最新发展交换意见，探索在这一领域进行有效协调与合作的可能性，并加强政策和资金优先事项间的一致性。此外，三国已在劳动力增长和人才发展、供应链执行和技术领导力发展方面的积极探索合作。

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NTT科学家报告了网络相干伊辛机的首次实际应用

NTT宣布，东京工业大学和NTT研究院的科学家已成功开发出压缩感知技术，作为网络相干伊辛机(cyber-CIM)的首次应用，这是一种量子启发算法，可以在现代数字平台和未来的混合量子经典机器上实现。

压缩感知是一种用于医学成像、天文学和其他领域的信号处理技术，它需要在现有计算机上进行极高水平的处理，以丢弃大量没有有用信息的数据。在优化基于L0正则化的压缩感知(L0-RBCS)的练习中，cyber-CIM接近压缩感知的理论极限，并且优于常用的默认方法。

NTT研究院正在与东京理工大学资助一个为期五年的cyber-CIM项目，除了压缩感知还包括药物发现工作。压缩感知和药物发现都是NP难组合优化问题，CIM是专门为解决这一问题而构建的。CIM在其网络和物理结构中，是一个密集的光学参量振荡器（OPO）网络，用于解决映射到Ising模型的问题，Ising模型是由竞争相互作用的自旋或基本粒子的角动量组成的磁系统的数学抽象。先前的工作主要集中在量子振荡器网络如何解决组合优化问题。这是cyber-CIM的第一个已知的实际应用。

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02

战略政策

Strategy & Policy

DARPA推进量子启发经典计算项目

美国国防高级研究计划局(DARPA)与罗切斯特大学签订了一份价值160万美元的合同，用于量子启发经典计算(QuICC)项目。QuICC计划为期五年，总投资5800万美元。

罗切斯特大学专家将开发受量子启发的求解器系统，为军事任务解决现实问题。受量子启发的求解器是混合的：经典的混合信号系统，由模拟硬件和数字逻辑组成。模拟硬件通常模拟交互动态系统，数字逻辑处理模拟结果以获得高质量的解。

目标是交付可以将中等问题规模的计算效率提高至少50倍的系统原型，并展示将任务规模问题的效率提高至少500倍的可行性。

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加拿大投资80万加元开发量子加速超级计算机

为量子计算构建必要的基础设施，是加拿大不列颠哥伦比亚省知识发展基金(BCKDF)资助的18个新研究项目之一。BCKDF提供80万加元投资建设高性能计算集群，以设计下一代量子算法和设备，扩展不列颠哥伦比亚大学(UBC)正在开发的基于半导体的量子处理器原型，并集成这些技术可以制造出独特的量子加速超级计算机。

该系统将巩固不列颠哥伦比亚省和加拿大作为量子计算研究世界领导者的地位，并为未来的量子劳动力培养高素质人才。

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Quantum Delta NL向16个荷兰研究项目资助530万欧元

荷兰国家量子计划Quantum Delta NL与荷兰研究理事会(NWO)宣布将向16个量子技术项目拨款530多万欧元。Quantum Delta NL为这项开创性技术投入了6.15亿欧元，其中已拨出总计4200万欧元用于科学研究和创新，历时七年。

这是QuantumDelta NL首次征集提案，由其行动路线1“研究与创新”委员会与NWO合作组织。16个项目包括：集成量子电路、预测和减少量子计算机中噪声的影响、为量子硬件提供校准自动化、基于金刚石量子传感器的超灵敏磁性显微镜等。

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NIST和AIM Photonics合作开发高频光学/电子芯片

美国商务部国家标准与技术研究院(NIST)与AIM Photonics达成了一项合作研发协议，该协议将为芯片开发商提供一种关键的新工具，用于设计更快的同时使用光和电的芯片传递信息的信号。这些被称为集成光子电路的芯片是光纤网络和高性能计算设施的关键部件，还能用于激光制导导弹、医疗传感器和其他先进技术。

AIM Photonics研究所是一家公私合作机构，旨在加速光子芯片制造新技术的商业化。这家总部位于纽约的研究所在光子学开发周期的所有阶段为中小型企业、学术界和政府研究人员提供专业知识和制造设施。

负责标准和技术的商务部副部长兼NIST主任Laurie E. Locascio说，“这项工作将利用NIST在芯片测量、校准和集成设备建模方面的专业知识。”虽然这项工作的计划是在《芯片法案》通过之前开始的，但它符合法案的目标。“这表明政府和行业如何共同努力推动创新并恢复美国在半导体制造领域的全球领导地位，”Locascio说。

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爱尔兰投资1000万欧元建设量子通信网络

爱尔兰政府和欧盟宣布投资1000万欧元建设一个旨在保护敏感数据传输和防止网络攻击的新网络。量子通信基础设施(QCI)网络是爱尔兰的首个网络，将在未来两年内由IrelandQCI部署。该试点网络是欧洲倡议的一部分：在整个欧盟建立安全的量子通信基础设施。爱尔兰政府承诺为该倡议提供500万欧元，与IrelandQCI获得的500万欧元欧盟资金相匹配。

IrelandQCI由来自爱尔兰六所不同大学的专家组成。由东南理工大学沃特福德沃尔顿研究所领导，包括都柏林三一学院和科克大学廷德尔国家研究所的专家，并得到都柏林大学学院和梅努斯大学、高威大学爱尔兰高端计算中心以及HEAnet和ESB电信的支持。

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03

量子计算与模拟

Quantum computing & simulation

德国研究量子计算机在金属加工方面的潜力

在QUASIM项目中，科学家正在研究量子计算机在金属加工方面的潜力。于利希研究中心的Tobias Stollenwerk博士正在与德国高科技公司通快合作，以实现第一个合适的量子算法。

他们正在与通快公司一起研究的一个测试问题是在激光切割过程中去除零件。这些去除过程通常不会以最佳方式运行，尽管如今这些过程已经在计算机模拟的帮助下进行了优化。这是因为板材的热膨胀——激光器非常热——在以前的模型中只能不准确地考虑在内。零件有时会在切割后粘在板材上。然后必须停止机器以松开它们，这会导致不必要的停机时间。使用量子计算和机器学习优化切割模式有助于提高效率和切割质量。

目前，目标是将问题分解为与实际任务具有相似特征的子问题，这些子问题非常简单，可以在当前可用的量子计算机上仅用几个量子比特来解决。通过这种方式，该团队希望评估量子计算机如何在实践中为这项具体任务提供真正的量子优势。另一个问题是这样的量子计算机必须具备哪些特性以及相关的开发工作是什么。

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中国移动和本源量子合作探索量子算法解决方案

12月19日，中国移动通信有限公司研究院和合肥本源量子首次签署合作协议，本源量子将为中国移动通信研究院提供基于量子计算机真机验证的相关量子通信算法，为5G、6G面临的算力瓶颈探索量子算法解决方案。

中国移动通信有限公司研究院未来院院长崔春风说，中国移动是全球用户最多的通信运营商，目前用户已超9亿。“从2G、3G、4G、5G到6G，移动通信技术的每一次迭代，所需算力就以千倍左右速度增长。”5G时代面临指数级增长的信号处理、网络优化、大数据分析、图像处理等需求，传统算法已经难以满足实际需要。未来6G对算力要求更高，通信网络的算力瓶颈问题将更加突出，需要引入更强算力如量子算力来解决这一挑战。

崔春风介绍，本源量子与中国移动通信研究院携手6G通信研发，这是中国量子算力与中国移动的首次握手。合作双方将基于真实量子计算机进行通信量子算法研究，基于量子计算的大规模MIMO权值组寻优等问题研究，包括方案设计和算法验证。

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富士通的量子启发解决方案在金融项目中取得阶段性成果

富士通的量子启发解决方案——数字退火机，在西班牙金融机构Kutxabank正在开发的一个雄心勃勃的项目中取得了优异的成绩，该项目旨在改善其投资组合的资产配置。

这是与量子算法公司Quantum Mads和开放创新平台INNOLAB Bilbao合作的项目。第一阶段从2021年2月到2022年7月进行，作为概念验证，他们已经取得了出色的结果，并直接启动了第二阶段，这将推动算法的产业化。

在概念验证期间，使用富士通的数字退火机开发的解决方案的性能与该实体当前的经典解决方案进行了比较，同时考虑了回报和相关的风险或波动性，在两种情况下都观察到了显著的改进。富士通的数字退火机通过一系列极其复杂的排列运算，使得计算投资的最佳分配成为可能。就其本身而言，Quantum Mads开发了一种算法，减少了公式化问题所需的变量数量。

该项目的第二阶段定于2023年12月完成，旨在优化现有流程，并通过在真实和当前环境中与模型进行定量互动纳入新功能。Kutxabank的目标是创建一个原型，能够利用真实环境中的技术解决方案检测所涵盖的需求和机会。

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世界上第一个基于量子的计算机辅助工程(CAE)软件套件BQPhy发布测试版

BosonQ Psi (BQP)发布了世界上第一个量子驱动的计算机辅助工程(CAE)软件套件BQPhy的alpha版本，将于2023年1月向有限的用户提供早期访问并试运行。这家初创公司目前正在邀请感兴趣的用户申请早期访问计划。作为计划的一部分，BQPhy将免费提供，用户将获得计算积分来测试各种模拟用例。

BQPhy的alpha版本将包含三种模拟功能，包括量子就绪设计优化求解器和GPU优化的结构力学和热分析求解器。2023年晚些时候，alpha版将推出beta版和完整版。

BQPhy已经用于两家全球汽车制造商的概念验证，并将服务于包括但不限于汽车、航空航天、制造、能源和生物技术等垂直行业的客户。该软件套件使企业客户能够使用量子计算机执行复杂的模拟。这个强大的平台是通过利用BQP专有量子算法的新型工程解算器实现的。

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OQC和Boston Limited合作向市场提供量子计算即服务和量子学习服务

牛津量子电路公司(OQC)和Boston Limited签署协议备忘录，向其客户提供量子计算即服务(QCaaS)、培训和量子计算技术专业知识。

OQC是一家总部位于英国的量子硬件初创公司，致力于开发超导量子处理器，Boston Limited是一家总部位于英国的公司，在多个不同行业提供机器学习、人工智能、安全和存储方面的咨询和培训服务。他们计划举办OQC认证的量子计算培训课程。

Boston Limited首席销售营销官Dev Tyagi说：“我们寻找了一家为量子计算提供清晰愿景和路线图的公司，以便能够将架构扩展到量子优越性级别，并向该领域引入更新的技术，同时还提供极具成本效益的访问。”

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04

量子通信与安全

Quantum Communication & Security

思科押注量子密钥分发

思科首席战略官Liz Centoni预计，随着组织和政府努力应对后量子安全威胁，量子密钥分发(QKD)将在明年获得势头。“量子密码和传输密钥是安全的一个基本风险，因为它们以后会被收集和解密。”

她说：“尽管后量子密码(PQC)是一种潜在的权宜之计，但尚不清楚PQC方案是否会在未来被打破。QKD将会特别有影响力，因为它避免了通过不安全的信道分发密钥。2023年，在为后量子世界做准备的过程中，我们将看到一个宏观趋势，即在数据中心、物联网、自主系统和6G中采用QKD。”

思科的研究团队专注于广泛的研究领域，例如PQC和QKD，以确保下一代数字基础设施的安全。PQC方案适用于经典网络，而QKD则需要量子网络。思科正在研究可在未来支持QKD的经典通信和量子通信的融合网络基础设施。

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IN-SPACe与QNu Labs签署协议开发卫星量子密钥分发产品

印度国家空间促进和授权中心(IN-SPACe)与总部位于班加罗尔的量子通信初创公司QNu Labs签署了一份谅解备忘录 (MoU)，以开发本土卫星量子密钥分发(QKD)产品。QNu Labs在印度空间研究组织(ISRO)和IN-SPACe的支持下，旨在展示基于无限距离卫星QKD的量子安全通信。

声明说：“凭借卫星QKD能力，印度有潜力成为创建量子安全通信网络的世界领导者。这项合作的成果将确保印度引领全球量子通信网络的未来，量子通信网络将涉及量子卫星星座的组合，提供洲际连接。”

IN-SPACe项目管理和授权主任Prafulla K Jain博士表示，对于印度，随着航天部门的扩张和先进技术的重大转变，尤其是在网络和通信领域，建立一个强大的生态系统非常重要，这样我们才能在不泄露任何敏感数据的情况下顺利运营。他希望与QNu Labs的这种合作关系将为加强印度量子安全通信网络的严格合作铺平道路。

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挪威网络安全公司将抗量子密码算法嵌入生物识别安全硬件

挪威网络安全公司PONE Biometrics与后量子密码(PQC)公司PQShield签署了一项里程碑式的协议，通过将PQC算法嵌入其智能卡大小的硬件解决方案OFFPAD中，向市场提供面向未来的密码安全解决方案，从而使设备量子安全。

OFFPAD是结合生物识别和抗量子密码进行强认证的新一代安全设备，将提供给军队、政府实体、金融机构和银行，以进一步增强安全性并抵御未来来自量子计算机的威胁。这项功能使OFFPAD完全符合政府和国际防务合作伙伴要求的最新密码标准。

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UET集团利用量子密码技术在电信网络中创建安全通信

德国网络设备供应商UET集团及其子公司albis-elcon正在与德累斯顿工业大学(TU)一起启动一项研究项目“6G-量子安全（6G-QuaS）”，以量子通信的形式应用量子技术来实现安全数据传输。目标是展示在工业网络中实现更安全通信和性能增强的应用，并实现量子技术与现有电信基础设施的结合。这将展示具有新加密协议的量子网络相对于以前系统设计的优势。

该项目由德国联邦教育和研究部资助，作为“量子通信创新中心”计划的一部分。计划持续到2025年。6G-QuaS项目旨在开发混合量子-传统有线工业网络。量子信息将连续存储在光的相位和振幅中，而不是像当前研究中常见的那样离散地存储在光的偏振中。预计这将显著降低延迟并提高抵御攻击的安全性，而不会影响网络的弹性（抵抗力）和吞吐量。

UET是一家国际技术供应商和网络设备供应商，总部位于德国法兰克福附近的埃施博恩。

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05

量子传感

Quantum sensor

NTT发明了世界上第一个可以减少未知噪声影响的量子传感算法

日本电报电话公司NTT、日本产业技术综合研究所（AIST）、大阪大学量子信息与量子生命研究中心设计了使用量子态的高精度传感成为可能的算法。在量子传感中，未知噪声对精度有很大影响，因此减少其影响很重要。因此，新的算法利用为实现量子计算机而设计的量子错误抑制法，在世界上首次确认了未知噪声的影响可以大幅削减。这样就可以实现更高精度的量子传感，而无需对硬件进行任何修改。

这项研究是朝着利用量子纠缠态实现高精度量子传感迈出的重要一步。未来方向包括该方法的演示实验和改进以在不准备多个量子态的情况下执行该方法。此外，由于该方法有望成为一种通用方法，可以应用于磁场传感以外的应用，因此也可以考虑在其他类型的量子传感中进行性能评估。

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06

核心器件

Core Devices

RIBER部署MBE技术支持量子计算材料

服务于半导体行业的分子束外延(MBE)设备的全球领导者RIBER透露，一家欧洲客户订购了该公司的MBE系统Compact 21，该系统将用于量子计算机的研究和开发。MBE在构成各种电子设备的材料选择上的灵活性和通用性使其成为量子计算机专用设备的参考技术。

开发量子点、超导体和绝缘体的各个阶段需要各种沉积室，这些沉积室必须具有超高或几乎完美的真空，以避免任何污染。因此，用于量子计算机的MBE机器将包括几个在超高真空条件下由机器人连接在一起的沉积室。它将包括在超高真空条件下由两个或三个机器人连接的三到五个腔室，由管理样品移动和材料沉积过程的高度复杂的监督软件控制。

由于此类设备由于腔室数量多而复杂，且具有超纯、超控制和超冷性能水平，因此这项先进技术每台机器的市场价值可达数百万欧元。

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斯坦福大学开发了一种芯片级激光隔离器

在芯片层面，工程师希望激光有朝一日能改变计算机电路，但事实证明，有效的隔离器难以实现。在此背景下，斯坦福大学的研究人员已经创造出一种简单有效的芯片级隔离器，可以将其放置在比一张纸薄数百倍的半导体材料层中。该研究于12月1日发表在《自然光子学》杂志上。

论文的共同第一作者Alexander White说：“每台激光器都需要一个隔离器来阻止背向反射进入并破坏激光器的稳定性，该设备对日常计算有影响，但可能还影响下一代技术，如量子计算。”

新的隔离器形状像一个环，由氮化硅制成。强初级激光束进入环，光子开始顺时针方向绕环旋转。与此同时，反射回来的光束会以相反的方向传回环中，以逆时针方向旋转。

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韩国开发用于超高速数据传输的低成本硅光子学技术

韩国研究人员开发了一种用于光学半导体的硅光子芯片和模块。这种利用红外光信号以每秒100 Gbit的速度发送和接收数据的芯片，可应用于包括光通信、光路由器和处理器以及远程通信在内的许多领域。

韩国电子和电信研究所(ETRI)表示，其研究团队开发了一种硅光子芯片和模块，能够在最远两公里的范围内实现每秒100 Gbit的数据传输。光接收芯片尺寸为2.3 x 7.3平方毫米，发射芯片尺寸为2.9 x 3.4平方毫米，约为传统光硅芯片系统的20%。

使用新的硅光子半导体，ETRI已与光传输设备制造商OE Solutions合作开发了一种光收发器模块，能够以每秒100 Gbit的速度传输高达2公里的数据。该研究所表示，该模块的价格将是传统型号的一半，并且可以以每秒200 Gbit的速度传输数据。

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科学家开发了基于金刚石的量子放大器

在物理学中，微弱的微波信号可以用最小的附加噪声放大。例如，基于超导电路的人工量子系统可以放大和检测单个微波模式，尽管是在毫开尔文温度下。研究人员可以使用自然量子系统通过受激发射效应进行低噪声微波放大；然而，它们在功能大于1开尔文时会产生更高的噪声。

在这项发表在《科学进展》杂志上的新论文中，Alexander Sherman和海法以色列理工学院的化学科学家团队将金刚石中的电子自旋用作量子微波放大器，在液氮温度以上的量子限制内部噪声中工作。该团队报告了放大器的设计、增益、带宽、饱和功率和噪声的细节，这将促进迄今为止在量子科学、工程和物理中无法实现的应用。

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上海交大金贤敏团队用宽带室温量子存储器提高光子生成率

高生成率的光子是量子通信、量子计算和量子计量学必不可少的资源之一。由于固有的存储特性，基于存储器的光子源是实现大规模量子信息处理的一条有前途的途径。但这种光子源大多是在极低温系综或隔离系统中实现的，限制了其物理可扩展性。

为此，上海交通大学的金贤敏团队实现了一个基于远距离非共振Duan-Lukin-Cirac-Zoller量子存储器的宽带室温单光子源。他们通过利用高速反馈控制和重复直到成功的写入过程，光子生成率获得了高达十倍的显著提高。这种基于宽带室温量子存储器的存储增强型单光子源为在环境条件下建立大规模量子存储网络提供了一种很有前途的方法。

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07

教育 & 人才

Education & Talents

2023年LANL量子暑期学校申请开放

自2018年以来，洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL）一直为高年级本科生和早期研究生举办量子暑期学校，让他们更多地接触量子技术，向受邀演讲者学习，从事特定的量子项目，并获得来自LANL科学家的一对一指导。

LANL将于2023年开始为期10周的新课程，该课程将于2023年6月5日开始。将选出大约20名学生并提供7,500美元至15,500美元不等的奖学金，他们将接触量子计算的理论基础并获得商业编程技能量子计算机。2023届的申请开放至2023年1月22日。

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马里兰大学设立量子计算教授席

马里兰大学计算机、数学和自然科学学院(CMNS)将利用马里兰州当地的量子计算公司IonQ捐赠的100万美元设立IonQ教授席。IonQ教授席将由物理系或计算机科学系从事量子计算研究的教员担任。

马里兰大学校长Darryll J.Pines表示：“IonQ是一家革命性的初创公司，诞生于马里兰大学的物理学研究。我们感谢IonQ和马里兰大学在研究、编程和整个量子生态系统方面的持续投资。这是建设量子之都的又一步。”

截至目前，IonQ还支持马里兰大学的量子初创工厂、量子技术中心、计算领域的企业合作伙伴以及Bitamp和Technica学生运营的黑客马拉松。此外，马里兰大学和IonQ在马里兰州建立了国家量子实验室（Q-Lab），提供对商用级量子计算机和IonQ专家的特权访问，加速实际的量子计算应用。

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美国超导量子材料和系统中心提供为期10周的带薪暑期实习

由能源部科学办公室赞助，SQMS量子本科生实习安排本科二年级和三年级物理和工程专业的学生在国家QIS超导量子材料和系统中心(SQMS)进行为期10周的带薪暑期实习。学生将有机会在20个SQMS合作机构之一工作，包括费米加速器实验室、Rigetti Computing、西北大学、艾姆斯国家实验室、NASA艾姆斯研究中心等。

SQMS是美国能源部资助的五个精英国家量子倡议中心之一，其成立目标是构建和部署基于超导技术的下一代量子计算机。此次实习为学生提供了与SQMS中心的科学家和工程师合作开展量子科学研究前沿项目的机会。

申请时间：2022年12月19日至2023年2月15日

课程日期：2023年6月18日至8月26日

接受日期：待定

工资：每周600.00美元

提供美国境内的旅行和住宿支持

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08

基础研究

Basic Research

中科院大连化物所实现自旋量子比特的室温超快相干操控

近日，中国科学院大连化学物理所光电材料动力学研究组（1121组）吴凯丰研究员团队在量子点自旋光物理研究中取得重要进展，率先实现了室温下对低成本溶液法制备的胶体量子点的自旋相干操控。这一成果在量子信息科学、超快光学相干操控等领域具有重要意义。

虽然“点缺陷”自旋的室温相干操控已被实现，但如何规模化、可控地制备这类材料是巨大挑战。因此，若能在室温下实现低成本材料的自旋相干操控，对量子信息技术的发展将产生深远影响。

在本工作中，考虑到量子点中的电子-空穴交换作用导致了复杂的激子裂分及光学取向行为，研究团队创新性地制备了钙钛矿量子点的单空穴自旋极化态，并基于自行研制的多脉冲飞秒磁光技术实现了室温相干操控。团队通过在CsPbBr3量子点表面化学修饰蒽醌分子，在亚皮秒尺度捕获量子点的光生电子，猝灭电子-空穴交换作用，在室温下得到百皮秒量级的空穴自旋，在外加磁场下，该空穴自旋发生拉莫尔进动；借助一束亚带隙光子能量的飞秒脉冲，利用光学斯塔克效应产生赝磁场，成功实现了对空穴自旋的量子态相干操控。考虑到自旋相干寿命在百皮秒量级，借助百飞秒（约为0.1皮秒）级的激光脉冲，研究人员在自旋退相干之前原则上可开展上千次的有效操控。

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https://quantumchina.com/newsinfo/4813040.html?templateId=520429

科学家进一步揭开了马约拉纳物理学的神秘面纱

马约拉纳费米子是一种预言的费米子，它的反粒子就是它本身，可能用于无错误的拓扑量子计算机。但马约拉纳费米子仍未在自然界中找到，因此科学家们希望制造一种叫做马约拉纳零能模的任意子。与自然存在于真空中的电子或光子等基本粒子不同，马约拉纳任意子需要在混合材料中产生。实现它们的最有前途的平台之一是基于混合超导体-半导体纳米器件。

在《自然》上发表的一篇新论文中，科学家进一步揭开了马约拉纳物理学的神秘面纱。两种成熟的技术首次同时应用于同一设备。研究人员发现，当从第二种技术（隧道光谱）提供的不同角度寻找它们时，用一种技术（库仑光谱）观察到的状态，乍一看高度暗示马约拉纳斯。

研究结果强调了一个事实，即令人信服的马约拉纳冒名顶替者无处不在。

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https://quantumchina.com/newsinfo/4803747.html?templateId=520429

阿尔托大学取得无相互作用测量新突破

2022年诺贝尔物理学奖获得者Anton Zeilinger是第一个利用光学实验实现无相互作用实验想法的人。现在，在一项探索量子世界和经典世界之间联系的研究中，阿尔托大学研究人员发现了一种新的、更有效的方法来进行无相互作用实验。使用transmon器件——相对较大但仍表现出量子行为的超导电路——来检测经典仪器产生的微波脉冲的存在。这项研究最近发表在《自然·通讯》上。

研究人员说：“我们必须让这个概念适应超导器件可用的不同实验工具。因此，我们还必须以一种关键的方式改变标准的无相互作用协议：我们通过使用更高能级的transmon增加了另一层‘量子性’。然后，我们将由此产生的三能级系统的量子相干性作为一种资源。”。

基于效率较低的旧方法的无相互作用测量已经在光学成像、噪声检测和加密密钥分发等专业过程中得到应用。新的改进方法可以显著提高这些过程的效率。

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https://quantumchina.com/newsinfo/4812734.html?templateId=520429

科学家成功以高分辨率捕获氧化钒中的光诱导相变

在过去的二十年里，科学家通过调用纳米级动力学来解释光诱导的相变，但还没有时间分辨的实空间相变图像。在《自然·物理学》发表的新研究中，一个国际研究团队实验室开创了一种新的成像方法，可以以高空间和时间分辨率捕获氧化钒中的光诱导相变。这种方法基于X射线自由电子激光器的高光谱成像，这使研究人员能够可视化并更好地理解这种非常著名的量子材料在纳米尺度上从绝缘状态到导电金属状态的转变。

成像方法建立在使用全息术和相关技术严格利用X射线激光束的相干性的基础上。

最终在分析数据时，研究团队发现，压力在光诱导相变中发挥的作用比迄今为止假设的要大得多。虽然以前对氧化钒中没有空间分辨率的光诱导相变的研究表明，该材料中瞬时出现了真正的非平衡相，但这种奇异相在以纳米分辨率记录的影片中是看不到的。相反，研究人员认为，样品微小区域内的超快转变本质上会导致内部压力比大气压高数百万倍。这种压力会使晶格产生局部应变，进而改变材料特性。

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科学家发现，铕的旋转分子可能会导致量子计算的新技术

根据一项研究，美国阿贡国家实验室的科学家报告说，他们可以精确地旋转单个分子，可能会导致微电子、量子计算等新技术的出现。关键成分单原子铕是一种稀土元素。它位于不同原子复合体的中心，并为分子提供了许多潜在的应用。

根据这项研究，按需旋转这种铕分子的能力可以将它们的应用扩展到功耗相对较低的下一代微电子、量子计算机等领域。

稀土很容易与地壳中的其他元素结合。因此，生产用于器件的纯稀土既困难又昂贵。从含有稀土的废物中收集它们也很昂贵。该研究称，该团队的铕络合物将减少特定设备所需的稀土数量，并且批量生产的成本要低得多。

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