周报丨美国海军空军合力推进量子计算；量子计算机进入联网时代

光子盒研究院出品

本周头条

美国海军和空军达成合作，为国防部创造有用的量子计算

美国海军研究实验室(NRL)和所有14个海军作战中心于2022年12月2日与空军研究实验室(AFRL)信息局签署了一份谅解备忘录，以建立一个渠道交流技术专长和探索合作项目，重点是为国防部创造有用的量子计算能力。

该协议使海军科学家和工程师能够访问AFRL的IBM Quantum Hub (IBM-Q)处理器，从而能够探索专注于运筹学、量子机器学习、量子模拟、经典模拟和密码分析的海军相关问题集。

量子计算机提供了更快、更高效计算的潜力，其中许多属于组合优化、机器学习、风险分析和化学领域，这些领域都与军用关键技术的发展高度相关。为了管理对IBM-Q Hub的访问并促进量子计算的进步，NRL成立了海军量子计算计划办公室(QCPO)。

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IonQ收购量子网络公司，加快联网量子计算机的实现

离子阱量子计算公司IonQ宣布收购多伦多初创公司Entangled Networks的运营资产，公司专注于实现跨多个分布式量子处理器的计算。作为交易的一部分，Entangled Networks团队将加入IonQ，成立IonQ加拿大公司，加强IonQ已经在不断增长的国际存在。这是IonQ的首次企业收购。

Entangled Networks是一家成立于2021年2月的新公司，它得到了位于耶路撒冷的投资平台OurCrowd的支持。其合作伙伴包括加拿大的ventureLAB、MaRS和INO，以及微软、英伟达和IBM Quantum。

Entangled Networks的MultiQopt产品为模块化系统架构(例如IonQ开发的)提供了量子电路优化。量子处理器集群的互连不是简单的构建光纤网络并将设备连接在一起的问题。与经典集群不同，量子力学定律不允许克隆量子数据，必须使用特殊的硬件、算法和编程来处理。

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本源量子发布量子计算机与超级计算机“协同学习”框架

本源量子发布支持量子计算机和超级计算机“协同学习”的量子机器学习框架——VQNet2.0，该框架可与量子计算操作系统深度结合，支持同时调度量子和经典计算资源进行机器学习的训练与预测。

该量子机器学习框架可将计算任务在量子计算机和超级计算机之间进行分解、调度和分配，在机器学习领域引入更强的算力。目前国际上许多科研团队正致力攻关量子计算与超级计算机融合。

自动驾驶的研究者可使用新框架，开发在自动驾驶领域的新算法，加快训练速度；自然语言处理的研究者也可用其开发新算法，提高算法对语言的理解能力。新框架使中国量子计算机和经典计算机的“协同学习”能力再进一步，将有力推动各行业经典算力和量子新算力的协同应用落地。

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富士通将以1500万美元销售一台量子计算机

Galacian超级计算中心(CESGA)宣布将从富士通购买价值约1500万美元的量子计算机。位于西班牙西北部的CESGA预计该系统将于今年晚些时候安装。

富士通提供的系统将包括：一台“灵活”的量子计算机、一台高性能计算机、一个量子算法仿真器和一个存储系统。硬件细节尚未公布。2022年8月，富士通宣布在2024年之前首先为研究机构建造一台64量子比特的量子计算机。

CESGA于2022年创建了Galacian量子技术中心，启动资金为3000万欧元，旨在将Galacian建设成为“到2030年量子计算和通信的欧洲和国际基准”，无论是在学术和研究方面，还是在商业方面。

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澳洲公司宣称找到了控制十亿量子比特的方法

澳洲新南威尔士大学和量子计算公司Diraq表示，发现了一种新的方法，可以精确控制运行逻辑门的量子点中的单个电子。更重要的是，这种新机制将使量子计算机不那么笨重，需要的部件也更少，这可能被证明是使大规模硅量子计算机成为现实的关键，甚至是十亿个量子比特。

“这是一个全新机制，增加了我们在过去20年研究中开发的专利技术库。”Diraq公司首席执行官兼创始人、新南威尔士大学量子工程教授Andrew Dzurak教授说，他领导的团队在2015年建立了第一个硅的量子逻辑门。

“它建立在我们的工作基础上，使硅中的量子计算成为现实，基于与现有计算机芯片基本相同的半导体元件技术，而不是依赖外来材料。由于它基于与当今计算机行业相同的CMOS技术，我们的方法将使其更容易、更快地扩展到商业生产，并实现我们在单个芯片上制造数十亿量子比特的目标。”

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助力量子网络，巴斯大学开发新的拓扑光纤

光纤是我们现代信息网络的支柱。然而，光纤网络在结构上并不完美，当出现问题时，信息传输可能会受到影响。为了解决这个问题，巴斯大学的物理学家开发了一种新型光纤，旨在增强网络的鲁棒性。这种鲁棒性在即将到来的量子网络时代可能会被证明尤为重要。

该团队使用拓扑数学制造了可以保护光（传输数据的介质）的光纤。最重要的是，这些改性光纤易于扩展，这意味着每根光纤的结构都可以保存数千公里。

巴斯团队设计的光纤通过在一根光纤中包含多个导光芯并以螺旋形连接在一起来部署拓扑思想。由于这种拓扑设计，光可以在这些核心之间跳跃，但会被困在边缘内。这些边缘状态在结构中受到保护以防止无序。

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战略政策

澳大利亚政府与IBM续签量子计算和人工智能合同

澳大利亚数字化转型署(DTA)已与IBM达成一项政府整体协议，以便各政府机构使用该公司的产品，包括人工智能(AI)和量子计算等新兴技术的应用。该协议价值7.25亿美元，将持续未来五年，取代双方于2018年签署的协议（价值10亿美元）。

虽然没有提供政府将如何使用人工智能和量子计算的细节，但签署该协议将使所有政府机构都能够利用IBM的产品。IBM还将提供培训和认证，以提高整个政府的数字技能，并与DTA合作建立数据保护和加密措施，以更好地保护政府免受未来的网络安全威胁。

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澳大利亚首个国家量子战略即将发布

澳大利亚首个国家量子战略的最终草案已编写完成并供政府考虑，预计将在数周内公开发布。工业和科学部长办公室本周证实，在公开发布之前仍在考虑该战略草案。

该战略由澳大利亚首席科学家Cathy Foley博士负责制定。这位首席科学家1990年代在澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）的高温超导设备方面的突破性工作帮助建立了澳大利亚的量子基础，他一年中的大部分时间都直接与当地部门打交道。

在整个过程中，Foley博士一直大力宣传量子技术的潜力。CSIRO表示，经过数十年的本地研发，量子技术可以创造价值60亿澳元、19400个就业岗位的行业。但她也警告了该技术商业化和规模化的挑战。

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新南威尔士州政府设立700万澳元量子计算商业化基金

新南威尔士州科学、创新和技术部长Alister Henskens表示，新南威尔士州的量子生态系统具有独特的优势，可以成为全球量子技术的领导者。他说，“得益于州政府和联邦政府过去十年的战略投资，新南威尔士州在量子研发方面处于全国领先地位，拥有Silicon Quantum Computing、Diraq和Q-CTRL等世界领先的公司。”

新南威尔士州首席科学家兼工程师Hugh Durrant-Whyte教授表示：“该基金将同时针对初创公司和现有的深度科技公司，以确保创新项目加速实现量子计算的商业化，保持我们的发展势头并巩固新南威尔士州作为全球卓越量子中心的地位。”

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量子加速器Duality正在接受第三期企业申请

Duality是一家位于芝加哥的量子加速器，它提供创业和商业培训、指导、技术专长、行业曝光、办公空间和最先进的设施，并在为期一年的计划中向初出茅庐的量子初创公司提供50000美元，以帮助他们起步。Duality已经支持了11家初创公司，包括去年被ColdQuanta收购的Super.Tech和去年12月在量子世界大会活动中获得创业比赛第一名的qBraid。

他们现在正在接受第三期的申请，第三期将于2023年7月17日在芝加哥开始。申请人必须是一家早期启动的量子初创公司，是一家已成立的美国法人实体。CEO必须是全职的，并且能够与芝加哥的其他成员并肩工作，并在为期12个月的计划期间延长工作时间。

第三期申请截止日期为2023年3月31日，Duality将于1月17日、2月14日和3月14日为潜在申请者举办有关该计划的信息发布会。

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Xanadu和韩国科学技术研究院合作扩大量子计算的行业用例

光量子计算的领导者Xanadu宣布与韩国科学技术研究院(KIST)合作，扩大量子计算机的行业用例。该合作将专注于下一代锂离子电池量子算法的进一步开发和优化量子计算硬件。

Xanadu专注于为专为下一代电池开发而设计的容错量子计算机(FTQC)开发量子算法和应用程序。用量子计算机对电池材料进行更准确、更高效的模拟可以改进电动汽车的电池，使其具有更好的能量存储、更持久的充电、更符合道德的发展和更高的安全性。材料设计，特别是电池开发和开发光子FTQC，是Xanadu成功实现其使命的关键路径，即构建对世界各地的人们都有用且可用的量子计算机。

KIST总裁Seok-Jin Yoon表示：“Xanadu迄今为止的成功给我们留下了深刻的印象——尤其是他们最近展示的量子计算优越性——我们很高兴能加入他们的这项研究计划。这种伙伴关系扩大了我们的影响范围，是两国在推进量子计算领域、推动经济增长、创造就业机会和建设更美好的量子未来方面迈出的又一大步。”

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英国开展产学研合作的量子计算项目

牛津大学责任技术研究所(RTI)正在与量子计算和模拟中心(QCS)以及安永建立新的研究合作关系——ResQCCom项目(负责任的量子计算通信)。该项目将专注于与行业、政策制定者和公众合作，讨论量子计算可能如何影响社会以及如何为此做好准备。

领导的该项目RTI主任Marina Jirotka教授说：“近年来量子计算的发展速度大大加快，工业部门正在迅速发展。随着潜在用例变得更加清晰，准备和预测其影响的重要性正在变得更加紧迫。”

负责安永英国数字道德议程的Mira Pijselman表示：“道德、责任和信任对于创新和技术采用至关重要。随着组织对量子计算能力和用例越来越感兴趣，也有必要考虑我们如何才能最好地将这一领域的进步与促进人类和地球的繁荣结合起来。”

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美国驻捷克大使馆举办量子技术研讨会

美国驻布拉格大使馆临时代办Christy Agor主持了一场“改变游戏规则的量子技术：为捷克创造新机遇”的讨论，重点讨论了量子技术领域的最新趋势。捷克政府、学术界和工业界的主要专家出席了此次活动。IBM量子技术业务开发负责人Robert Loredo介绍了量子为未来带来的机遇以及IBM在该领域的能力。量子技术专家Igor Jex介绍了捷克的量子研究现状。

Christy Agor说：“量子信息科技是美国、欧盟和捷克的首要科学重点领域。美国认识到量子技术的巨大经济影响。量子应用可以帮助我们增强人工智能，设计更好的清洁能源技术，并在太空、金融、健康和许多其他领域都有应用。然而，美国也认识到量子科学和技术对国家安全有着深远的影响，这就是我很高兴盟友在这一领域发挥主导作用的原因之一。讨论最佳方法并快速启动相互协作，今晚，我们邀请了IBM以及来自学术界、工业界和政府的当地代表来到这里。我相信，我们可以为捷克共和国开启量子的下一章。”

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量子计算与模拟

量子计算公司Oxford Ionics融资3000万英镑

英国的离子阱量子计算公司Oxford Ionics宣布完成了3000万英镑的A轮资金。该轮融资由Oxford Science Enterprises和Braavos Investment Advisers牵头。Lansdowne Partners、Prosus Ventures、2xN、Torch Partners和Hermann Hauser（芯片巨头ARM的创始人）也参与其中。

Oxford Ionics成立于2019年，采用独特的方法来设计和扩展最有前途的量子计算技术之一——俘获离子。公司表示，在测试中，他们的俘获离子技术保持着最高性能量子操作、最长量子相干时间和最高性能量子网络的世界纪录。重要的是，他们已经证明可以使用在半导体生产线上制造的芯片来保持这种性能。

Oxford Ionics的俘获离子处理器不使用激光，而是使用专有的专利电子量子比特控制(EQC)系统来控制量子比特。这使其能够将单个原子无与伦比的量子性能与集成到硅芯片中的电子器件的可扩展性和可靠性相结合。

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PASQAL发布首个中性原子量子计算机零代码开发平台Pulser Studio

PASQAL发布Pulser Studio，这是第一个用于中性原子量子计算机的无代码开发平台。PASQAL之前开发了Pulser，这是一个开源的Python框架，用于设计和模拟作用于可编程中性原子阵列的脉冲序列。

Pulser Studio使用户能够以图形方式构建量子寄存器并设计脉冲序列，无需编码知识。这些寄存器和脉冲序列可以在量子处理器上执行。该平台可使用原始用户体验来创建对量子计算和中性原子的新见解。Pulser Studio包括一个内置的模拟器，可以直接在浏览器中模拟小型系统的序列。

Pulser Studio已对企业和学术用户开放并免费，他们可以注册测试版。用户将能够熟悉这项技术，并使用集成仿真器探索中性原子量子计算。在接下来的一年里，PASQAL将对Pulser Studio进行定期更新，并通过其云平台将其与真正的量子处理器集成在一起。

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以色列研究人员在通量量子比特方面取得突破

超导transmon量子比特是量子处理器的重要组成部分。随着处理器变得越来越大(IBM刚刚宣布了一个具有400多个transmon量子比特的处理器)，此类系统的保真度和可扩展性问题变得越来越严格和引人注目，特别是transmon量子比特是弱非线性对象，这由于频率拥挤问题，本质上限制了它们的保真度并带来了对可扩展性的担忧。

以色列巴伊兰大学物理系和量子纠缠科学与技术中心(QUEST)的Michael Stern博士及其同事正在尝试基于一种称为超导“通量量子比特”的不同类型电路构建超导处理器。与transmon量子比特相反，通量量子比特是高度非线性的对象，可以在非常短的时间尺度上以高保真度进行操作。

然而，通量量子比特的主要缺点是它们特别难以控制和制造。研究团队使用一种新颖的制造技术和最先进的设备，成功地克服了这些障碍。他们揭示了一种控制和制造具有前所未有的长相干时间且可重现的通量量子比特的新方法。

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P&S Intelligence预测，2030年量子计算市场规模将达到52.74亿美元

根据P&S Intelligence的数据，量子计算市场在2021年实现了4.58亿美元的收入，预计将以31.2%的复合年增长率增长，到2030年将超过52.74亿美元。2021年北美收入最高，达到2.082亿美元，这主要得益于私人和政府公司为技术开发进行的大量投资。

量子计算解决方案在包括金融服务、物流和支持以及网络安全在内的各个领域都经历了强劲的增长，因为科技巨头正在对该领域进行大规模投资。在产品部分，硬件在2021年占据了最大的行业份额，达到62.5%。

在应用程序部分，优化类别占据最大份额，为63.8%。通过简化业务流程解决了主要的组织问题，这导致优化解决方案的重要性不断上升。

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拜耳利用谷歌云的HPC能力大规模运行大型量子化学计算

拜耳和谷歌云宣布合作推动早期药物发现，该合作将应用谷歌云的张量处理单元(TPU)运行先进的机器学习模型和计算密集型工作负载，以帮助加速和扩展拜耳的量子化学计算。

拜耳表示，应用于计算机辅助药物发现的量子力学理论能够以高精度对生物和化学系统进行计算机模拟，因此有可能帮助识别新的候选药物。合作的目标是使用TPU加速和扩展量子化学计算，并展示蛋白质-配体相互作用的全量子力学建模。结果可能决定大规模密度泛函理论计算在实际应用中的科学和经济可行性。

谷歌云首席执行官Thomas Kurian说：“加速药物发现可能是人工智能和高性能计算在医疗行业最重要的应用之一。将拜耳强大的研发能力与我们行业领先的基础设施相结合，有可能以更高的准确性和速度解锁新发现，从而帮助更快地为患者提供药物。”

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科学家成功测量超导量子比特的热量

对于量子计算机，为了检索量子比特的信息，必须破坏其量子态。过程中释放的热量会干扰敏感的量子系统。物理学家怀疑量子计算机自身的发热可能因此成为一个问题。

在实验中，为了记录超导量子系统产生的热量，他们开发了一种方法，可以在整个读取一个量子比特的过程中测量和显示精确到百万分之一秒的温度曲线。

该测量方法是为超导量子系统开发的。这些系统基于使用“约瑟夫森结”作为中心电子元件的超导电路。许多电子温度计在某种程度上是基于使用电阻测量电导率。唯一的问题是你能多快进行测量？因为量子态的变化只需要百万分之一秒。“我们的技巧是让电阻测量谐振器内部的温度，谐振器是一种振荡电路，在特定频率下产生强烈的响应。谐振器的振荡频率为600 MHz，可以非常快地读出数据。”

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2022年量子计算预算超过100万美元的企业增长了2.5倍

量子软件公司Zapata Computing发布了第二份企业量子计算采用年度报告的调查结果。报告显示，对量子的日益增长的兴趣正在转化为支出，71%接受调查的量子采用企业当前的量子计算预算超过100万美元。比2021年增长了2.5倍，当时只有28%的量子采用受访者表示他们的量子计算预算超过100万美元。

该调查表明，量子采用率超过人工智能采用率：企业领导者表示，他们采用量子技术的速度比采用人工智能(AI)的速度更快。将近一半(49%)的受访者表示，他们部署量子的速度比部署AI快，只有17%的受访者表示他们的部署速度较慢。

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马里兰大学的新研究可能对构建抗噪声的量子计算机有用

马里兰大学(UMD)量子材料中心(QMC)的研究人员提出了第一个实验证据，证明一种金属及其同类中可能的其他金属具有一种电子——当它们在固体中运动时，能够保持更有趣的多叶结构。该团队通过实验研究了这些电子的形状，发现它们不是均匀的表面，而是复杂的结构。

这种不寻常的金属不仅从根本上令人感兴趣，而且还可能被证明对构建抗噪声的量子计算机有用。

有人预测，一些奇异的超导状态可能会产生不受任何一点噪声影响的特性。这些特性能够对量子比特进行编码，从而可能创建更强大的量子计算机。金属YPtBi是否以正确的方式发生这种情况还有待观察，但新工作是朝着弄清楚这一点迈出的重要一步。

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量子先驱Lov Grover将担任量子区块链技术公司顾问

量子区块链技术公司董事会宣布，已聘请Lov Kumar Grover博士作为特别顾问，对公司专有的量子版本SHA-256进行理论评估，这是一种量子挖矿算法。

Grover是量子计算研究和开发的先驱，1996年发明了第一个用于数据库搜索的量子算法。Grover算法通过采用量子计算可以显著提高使用大型数据库的速度、准确性和效率。

Grover与该公司签下了一份为期3个月的合同，并获得了500万份认股权证。

该公司进一步报告称，在量子计算研发团队在过去12个月取得成果后，关于所谓的“量子挖矿”算法，现已进入专利申请阶段。在该公司起草专利申请之前，正在对BTC挖矿的核心引擎SHA-256算法的量子计算版本进行最后的理论检查。

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量子通信与安全

抗量子加密公司达成一笔新合作

一家名为“抗量子加密(QRC)”的公司和Conteon宣布，他们将合作使金融交易和用户资产令牌化安全可靠。将Conteon的混合硬件架构与QRC的高级加密算法相结合，可以在现在和后量子时代防止拦截或篡改用户金融交易。

Conteon Inc .的联合创始人兼首席技术官Yurii Chudinov表示：“QRC获得专利的抗量子加密算法大大提高了Conteon在区块链存储敏感信息和通过开放的5G+或在轨互通方式传输数据的安全性，如StarLink，可用于Conteon Emitter的软件解决方案。”。

两家公司将共同努力，改进现有的解决方案，并在量子安全基础设施、实践和NIST框架的扩展方面开发新的解决方案，为客户提供利益和安全的操作环境。

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量子传感

中国科大利用量子精密测量技术搜寻宇称破缺的新相互作用

中国科学技术大学中国科学院微观磁共振重点实验室彭新华教授、江敏副研究员等在量子精密测量和检验超越标准模型领域取得重要进展，利用自主研制的量子自旋放大技术实现了对一类超越标准模型的宇称破缺相互作用的超灵敏检验，实验结果提升国际纪录至少5个数量级，弥补了现有天文学观测的空白。

量子传感器如原子磁力仪、原子钟弥补了高能装置对这类超轻暗物质候选粒子的探测空白，但因这些新粒子与标准模型内粒子的相互作用十分微弱，亟需一种高灵敏度的量子传感器对标准模型外的新物理进行研究。彭新华教授研究组开发了量子自旋放大器技术。相较于其他应用于新物理搜寻的共振技术，量子自旋放大器中的铷原子充当嵌入式磁强计，实现了惰性气体氙原子的连续极化和原位测量。

本实验采用了两个原子气体室，一个利用惰性气体氙原子作为自旋传感器，一个利用碱金属铷原子作为自旋源。自旋源内的碱金属原子通过激光泵浦实现约1014的电子极化自旋数量，并由泵浦光间断极化，从而产生一个交流的震荡奇异场作用于量子自旋传感器上，并被进一步放大和探测。

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核心器件

谷歌开发了高动态范围约瑟夫森参量放大器

在一篇技术论文中，谷歌量子人工智能、马萨诸塞大学、奥本大学和加州大学圣芭芭拉分校的研究人员，展示了一个高动态范围约瑟夫森参量放大器(JPA)，其中有源非线性元件是使用rf-SQUID阵列实现的。

54量子比特的Sycamore处理器用于对这些设备进行基准测试，提供读出功率校准、放大器附加噪声估计以及与标准阻抗匹配参数放大器与单个dc-SQUID进行比较的平台。他们发现高功率rf-SQUID阵列设计对系统噪声、读出保真度或量子比特移相没有不利影响，并估计放大器添加噪声的上限为量子极限的1.6倍。

这种阻抗匹配的约瑟夫森参量放大器，饱和功率比基于标准dc-SQUID的同类放大器高两个数量级。通过将rf-SQUID阵列非线性元件与阻抗匹配锥形相结合，这些放大器实现了足够的瞬时带宽，以支持谷歌的Sycamore处理器的6:1频率复用读出。

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用于便携式量子技术的全光纤集成离子阱

俘获离子是部署量子技术的一个有前途的平台。然而，由于使用自由空间光学器件，传统的离子阱实验往往体积庞大且对环境敏感。为此，萨塞克斯大学提出了一种单离子阱，其具有直接嵌入阱结构内的集成光纤，以传输激光并收集离子的荧光。消除了对光学窗口的需要。

研究人员描述了系统的性能，并测量了离子的荧光，信号背景比约为50，能够在600 μs内执行保真度超过99%的内部状态读出测量。他们还测试了系统在22至53 ℃范围内的热变化弹性，以及系统在34 Hz和300 Hz下的振动弹性，未发现对其性能的影响。这种光纤耦合阱结构兼具紧凑性和鲁棒性，使其非常适合于研究实验室环境内外的应用，特别是高度紧凑的便携式量子技术，如便携式光学原子钟。

研究人员表示，虽然他们的系统是为捕获40Ca+离子而设计的，但是基本的设计原理也可以应用于其他离子种类。

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教育人才

两项量子研究入选2022年中国光学学会光学科技一等奖

1月6日，中国光学学会公布了《2022年中国光学学会光学科技奖评选结果》。为鼓励在光学、光学工程及其相关学科领域做出突出贡献的科技工作者，促进我国光学的发展和人才培养，中国光学学会设立了光学科技奖，奖励在光学、光学工程及其相关学科的研究中做出重要科学发现、重要技术发明或在推动技术进步和科学普及中做出重要贡献的专家学者。

2022年中国光学学会光学科技奖评选由中国光学学会组织，由国内从事光学和光学工程及其相关领域研究的单位或院士、中国光学学会会士、理事联名推荐，经专家通信评议和会议复评，基础研究类和应用成果类共评选出一等奖4名、二等奖5名，三等奖2名。

其中，一等奖中的基础研究类均来自量子科学。

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斯隆基金会向霍华德大学量子生物学实验室授予100万美元

阿尔弗雷德·P·斯隆基金会向霍华德大学的量子生物学实验室(QBL)捐赠了100万美元，作为其“从物质到生命”计划的一部分。该项目的首席研究员为Philip Kurian博士。

这笔捐款将支持实验室研究自组织过程如何在多核黏菌多头绒泡菌的重组、代理决策和信息处理中产生目标导向行为 。塔夫茨大学艾伦探索中心的同事将与QBL合作实现这些目标。

Kurian表示：“生命如何通过光转化的奥秘。对于目前的实践者，甚至是最早的量子理论支持者来说，这是一个最重要、最令人头疼的问题。量子生物学——应用量子理论来理解生命的复杂环境——迫使我们重新审视我们的起源，从宇宙的开始就一直如此，并描绘出目的和能动性如何从受物理法则支配的物质中产生。”

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量子材料

科学家在拓扑绝缘体中发现了数量空前的激子

一个国际科学家团队在拓扑绝缘体中发现了数量空前的激子（电中性准粒子）。这一发现为新一代光驱动计算机芯片和量子技术开辟了道路。

激子是看起来是独立粒子的电子准粒子，它们还是一种只能在某些类型的量子物质中获得的激发电子态。他们的拓扑绝缘层包含三个激子(由一个电子和一个电子空穴组成的对)。因为蜂窝的原子结构，电子不能只沿着边缘流动。

目前，激子已被用于其他二维半导体，并首次被视为光驱动信息载体。光与激子之间的相互作用意味着我们可以预测此类材料中的新现象，例如量子比特。

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https://quantumchina.com/newsinfo/4912749.html?templateId=520429

研究人员展示了控制单个分子量子态的能力

在最近的实验突破中，来自阿尔托大学和于韦斯屈莱大学的研究人员，展示了使用电控衬底控制单个分子量子态的能力。这一实验展示了一种称为SnTe的特定二维材料如何提供控制分子状态所需的工具策略。

研究人员展示的机制是基于衬底由于内部电场而调节分子内部状态的能力。这种机制被称为铁电分子开关，使研究人员能够仅通过向衬底施加电压来控制单个分子。该策略依赖于外部电压对SnTe的强可调谐性，这源于一种称为铁电性的独特量子特性。

研究表明，可以使用电可调谐的二维材料来控制单个分子。从实用的角度来看，二维铁电体是很有用的，因为它的超净界面可以实现这种量子控制策略。

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https://phys.org/news/2023-01-quantum-states-individual-molecules-two-dimensional.html

科学家在室温下制造出量子谐振子

由圣安德鲁斯大学领导的研究人员在室温下制造了一种量子谐振子——一种可以控制量子粒子位置和能量的结构，未来可用于开发包括OLED和微型激光器在内的新技术。

这种量子谐振子使用有机半导体来产生极化子，即使在室温下也能显示出量子态。极化子是光和物质的量子混合物，它是通过将半导体材料中的激发与光子（形成光的基本粒子）结合而制成的。

Graham Turnbull教授说：“通过研究这种量子振荡器，我们正在学习如何控制极化子的位置和运动。未来，我们希望利用这些知识开发用于环境传感的新量子技术或新型OLED和微型激光器。”

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基础研究

研究人员探索光对氢分子中里德堡态产生的量子效应

激光光子和激光场共同促成了里德堡态激发(RSE)过程。然而，到目前为止，尚未通过实验确定这两种效应的个体贡献程度。现在，在Advanced Photonics上发表的一项研究中，华东师范大学吴建教授领导的研究小组开发了一种实验方法来隔离RSE中每种机制的影响。

他们的方法包括通过使用双圆双色(BCTC)激光场控制光子效应和场效应来将氢分子激发到里德堡态，BCTC激光场是一种通过组合两个不同频率的圆偏振激光束产生的激光场。BCTC激光场是使用基波(FW)激光脉冲和具有两倍基频的二次谐波(SH)脉冲的组合产生的。

研究人员发现，增加SH场的相对强度（光子的能量是FW场的两倍）导致里德堡态的产量总体增加，表明光子效应的重要作用。

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https://quantumchina.com/newsinfo/4912734.html?templateId=520429

研究表明，光子纠缠会自行恢复，可以增强量子通信和成像

印度的研究人员表明，当光子从它们的源传播开时，在某个连续变量基上的光子纠缠会自行恢复。这一发现可能对长距离安全传输量子信息和湍流介质中的量子成像有用。

印度坎普尔理工学院量子光学与纠缠实验室的Anand Jha及其同事利用光子的角位置对信息进行编码。他们观察到，纠缠似乎随着光子传播而消失，但随后又奇怪地重新出现。他们还表明，即使在光子穿过通常会破坏纠缠的湍流空气之后，纠缠也会重新出现。

尽管这项研究只证明了在不到一米的距离内的鲁棒性，但Jha和他的同事称，在千米距离内也有可能恢复。因此，这可以在不破坏纠缠的情况下通过大气湍流传输量子信息。还可以在模糊生化环境中以最小的入侵或破坏对物体进行量子成像。

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https://quantumchina.com/newsinfo/4885865.html?templateId=520429

南京大学首次实现16个超纠缠Bell态的双光子干涉

南京大学物理学院王慧田-汪喜林研究组在量子干涉研究中取得重要进展。研究组首次实现偏振和轨道角动量16个完全超纠缠Bell态的双光子干涉，并且在此过程中通过引入新的自由度，将单一自由度中粒子交换后的整体位相，转换为双自由度量子态的内部位相，实现了粒子交换对称和反对称位相的直接测量，该成果为量子干涉更广泛的应用奠定了坚实基础。

他们在已制备超纠缠Bell态及其量子幻方游戏研究的基础上，进一步发展了高效轨道角动量调控技术，灵活制备出偏振和轨道角动量完全16个超纠缠Bell态，系统地开展了多自由度双光子HOM干涉研究。

实验上，对于单一自由度的4个Bell态，研究组在干涉曲线中测到了1个峰和3个谷，对于双自由度16个超纠缠Bell态，在干涉曲线中观察到10个谷和6个峰，恰如理论预期。

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https://quantumchina.com/newsinfo/4886010.html?templateId=520429

中国科大利用光力系统实现非互易的频率转换

中国科大郭光灿院士团队在腔光力系统研究方面取得新进展。该团队董春华教授研究组通过光辐射压力实现两光学模式和两机械模式间的相互作用，进而实现了任意两模式间全光控的非互易频率转换。该研究成果于2023年1月6日发表在国际学术期刊《Physics Review Letters》。

在本工作中，研究组研究了单个微腔中光子和声子的非互易转换。利用两个光学模式和两个机械模式通过光力相互作用构成闭环四模元格，这四个模式具有完全不同的频率，分别为388 THz、309 THz、117 MHz和79 MHz。研究组演示了四个模式中任意两个节点之间的非互易转换，包括声子-声子（MHz-MHz）、光子-光子（THz-THz）和光子-声子（THz-MHz）的非互易转换。该非互易转换的原理正是利用光力微腔中的多个模式构建人工规范场，通过控制光的相位实现规范场中几何相位，从而可以实现全光控制的灵活的非互易转换。接下来，在该元格中引入第三个机械模式，实现了声子环形器，该环形器的方向受两个独立的控制光相位决定。

该实验结果可以推广到微腔内其他的光学模式和机械模式，构建更多节点的混合网络，实现信息在混合网络中的单向传输，这在通讯和信息处理领域具有潜在的应用，特别是在光学波分复用网络和用于连接不同频率下工作的分立量子系统。

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https://quantumchina.com/newsinfo/4886017.html?templateId=520429

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