2021年10月国内外量子科技进展
【编者按】
宏伟的大厦总是由许多大大小小的基石和支柱构成。在量子互联的大厦蓝图中，前沿科技仍在不断地打造更好的基石，从理论到实验，从高精装置到集成器件，从密钥分发网到量子计算网……感谢您对科大国盾量子技术股份有限公司和量子信息技术的关注，我们尽力检索了国内外主流网站和期刊，摘录出领域关联度和重要度较高的部分科技产业动态和前沿研究成果，供读者快速了解。
一、本期头条
【中国在两种物理体系实现量子计算优越性】
10月26日，国际知名学术期刊《Physical Review Letters》以“编辑推荐”的形式发表了中国科学技术大学的两篇论文。该校潘建伟、朱晓波、彭承志研究团队实现了66比特可编程超导量子计算原型机“祖冲之二号”的构建，实现了对“量子随机线路取样”任务的快速求解，其处理速度比目前最快的超级计算机快7个数量级，国盾量子也是“祖冲之二号”的参与单位之一；潘建伟、陆朝阳、刘乃乐等构建的113个光子144模式的量子计算原型机“九章二号”，则实现了相位可编程功能，其处理高斯玻色取样的速度比目前最快的超级计算机快10的24次方倍。
至此，我国成为目前唯一同时在两种物理体系都达到“量子计算优越性”里程碑的国家。
论文链接：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.180501
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.180502
美国物理学会Physics网站专家点评：
https://physics.aps.org/articles/v14/147
二、政策和战略
——国 内——
【中共中央、国务院印发《国家标准化发展纲要》，加强量子信息等领域标准化研究】
10月10日消息，中共中央、国务院印发了《国家标准化发展纲要》（以下简称“纲要”），为未来15年我国标准化发展设定了目标和蓝图。《纲要》提出，标准是经济活动和社会发展的技术支撑，是国家基础性制度的重要方面。并进一步提到“加强关键技术领域标准研究。在人工智能、量子信息、生物技术等领域，开展标准化研究”。（来源：新华网）
原文链接：
http://www.news.cn/politics/zywj/2021-10/10/c_1127943309.htm
【上海全面推进城市数字化转型，前瞻布局量子通信】
10月24日，上海市人民政府办公厅印发《上海市全面推进城市数字化转型“十四五”规划》，提出“把握产业技术变革及数字化、融合化发展方向，前瞻布局量子通信、神经芯片、DNA存储等前沿技术，加快研发突破”，同时要“提升下一代数字技术攻关能力，聚焦量子信息、类脑智能、神经芯片、DNA存储、6G网络等数字技术重大前沿领域，加快建立新型数字技术协同攻关机制，探索形成政企协同、各扬所长的联合创新模式”。（来源：上海市人民政府办公厅）
原文链接：
https://www.shanghai.gov.cn/nw12344/20211027/6517c7fd7b804553a37c1165f0ff6ee4.html
【深圳强化对量子科技等未来产业的金融支持】
10月19日，深圳银保监局、人民银行深圳市中心支行和深圳地方金融监管局联合印发《关于推动金融业服务新发展格局的指导意见》（以下简称“意见”）。
《意见》提出，建设科技和产业创新高地。鼓励辖内金融机构在支持科技创新方面先行先试，强化对新一代信息通信、新材料、生物医药等先进制造产业和6G、量子科技、深海深空、无人驾驶等未来产业的金融支持，支持深圳大湾区综合性国家科学中心等重大基础设施和关键元器件等领域关键核心技术攻关。（来源：中国银行保险监督管理委员会）
原文链接：
【江苏部署136项关键核心技术攻关项目，瞄准量子科技等重点领域】
近日，江苏省科技厅聚焦战略性新兴产业培育、高新技术产业发展和优势传统产业转型升级，集中部署136项重点研发计划（产业前瞻与关键核心技术）项目。瞄准第三代半导体、量子科技、未来网络等重点领域，加强前沿技术布局和战略技术储备。其中，在量子科技领域共组织实施4个前瞻技术项目，研究方向涵盖量子计算、量子通信、量子测量等三大应用领域，积极抢占未来产业竞争制高点。（来源：江苏省人民政府网站）
原文链接：
http://www.jiangsu.gov.cn/art/2021/10/13/art_60095_10068641.html
【山西公布29个科技重大专项计划项目，其中包含量子计算】
10月15日，山西省科学技术厅公布2021年度全省科技重大专项计划“揭榜挂帅”项目，此次张榜项目共29个，包括企业重大技术攻关类项目22个、重大基础前沿与民生公益类项目7个。“大规模离子阱量子计算的关键技术研究”和“基于量子光源的激光干涉引力波探测器原型机关键技术研究”两个量子信息类项目包含其中。（来源：山西省人民政府网站）
原文链接：
http://www.shanxi.gov.cn/zw/tzgg/202110/t20211015_940789.shtml
——国 际——
【欧洲核子研究中心(CERN)量子研究计划宣布首个路线图】
10月14日，欧洲核子研究中心量子技术计划(CERN QTI)发布了其中长期量子研究计划的首个路线图。该路线图详细说明了CERN QTI的目标和战略，并概述了其管理架构及国际顾问委员会组成，以及促进与高能物理和其他量子技术领域的知识和创新交流活动。CERN QTI成立以来，主要在量子计算与算法；量子理论与模拟；量子传感、计量与材料；量子通信与网络领域探索量子技术。（来源：CERN官网）
原文链接：
线路图原文：
https://zenodo.org/record/5571809#.YXpPB3GJdUM
【法国正式启动量子优先研究与设备计划，未来五年的总投资达到4.5亿欧元】
9月底，法国宣布正式启动量子优先研究与设备计划(PEPR)，这是早前法国总统马克龙宣布的18亿欧元量子科技国家战略中最重要的项目之一。 该计划在未来五年内，将投资1.5亿欧元用于基础研究，重点包括：固态量子比特；冷原子；算法、纠错和后量子密码(PQC)；基于量子的计算和密码学的基本非传统方法。量子优先研究与设备计划在现有3亿欧元的基础上增加1.5亿欧元，使得未来五年的总投资达到4.5亿欧元。（来源：Quantum Computing Report网站、领英）
原文链接：
https://www.linkedin.com/posts/neil-abroug_pepr-pia-activity-6847154767089684480-ucnQ/
【日本计划投资1000亿日元支持AI、量子技术等】
近日，日本经济振兴大臣山际大志郎表示，日本政府计划设立基金，支持对国家经济安全至关重要的尖端技术的开发，并将其纳入10月31日众议院选举后制定的一揽子经济措施中。该基金计划投入1000亿日元(约56亿元人民币)，旨在帮助日本企业和高校开发和实施人工智能、量子和机器人技术等前沿技术。（来源：Newswire网站）
原文链接：
https://www.newswire.com/news/mb-partners-outlines-japans-100-billion-planned-tech-fund-21531059
【慕尼黑量子谷项目从德国巴伐利亚州政府获得8330万欧元】
10月1日消息，慕尼黑量子谷项目获得了巴伐利亚州科学和艺术部8330万欧元的首次拨款。资助期限增加至2026年。
该项目目标包括在慕尼黑地区发展量子技术生态系统，建立量子技术园，建立量子计算和量子技术中心，促进新一代工程师和科学家的科学资格认证和培训。（来源：巴伐利亚州科学和艺术部网站）
原文链接：
【白宫召开量子工业与社会峰会，发布《国际人才在量子信息科学中的作用》报告】
10月5日，美国白宫科技政策办公室（OSTP）组织召开量子技术工业与社会峰会，讨论量子计算机和量子传感器如何造福美国社会以及提高美国的行业竞争力。其中总统办公厅代表和量子产业代表进行了圆桌会议，重点了解量子信息科学的应用、将量子研发概念转化为全球市场产品或服务遇到的障碍以及量子技术对社会的潜在影响。在峰会上，量子产业代表敦促国会通过《美国芯片法案》，以开发量子计算所需的芯片。
同日，白宫量子科学的经济和安全影响子委会发布《国际人才在量子信息科学中的作用》报告，强调国际人才在确保美国量子信息科技企业充满活力和成功方面的关键作用。(来源：美国NQI官网、FedScoop网站）
原文链接：
https://www.quantum.gov/white-house-summit-on-quantum-industry-and-society/
https://www.fedscoop.com/hardware-u-s-quantum-ambitions/
https://www.quantum.gov/esix-releases-report-on-international-talent-in-qis/
【英-澳太空桥计划获得首笔50万澳元资助】
10月21日消息，英国-澳大利亚太空桥(Space Bridge)计划的首批投资50万澳元已授予空间通信和空间量子技术等五个领域的研究项目，其中卫星量子加密项目由英国Arqit公司 和澳大利亚国立大学领导。
该计划由澳大利亚智能卫星技术与分析合作研究中心(SmartSat CRC)管理和领导，并得到了澳大利亚贸易委员会、澳大利亚航天局、英国政府和英国航天局的支持。项目将在2022年6月30日前完成。（来源：澳大利亚国防杂志网站）
原文链接：
【突尼斯量子网络项目QUANTUN正式启动】
10月17日消息，北非国家突尼斯的量子网络项目QUANTUN正式启动，该项目旨在联合突尼斯量子物理和量子技术领域的研究人员，帮助他们共同努力为非洲大陆的第二次量子革命做出贡献。这是继南非量子技术倡议(SA QuTI)后，非洲又一个国家量子项目。（来源：TQD网站）
原文链接：
三、产业进展
——国 内——
【量子密钥分配（QKD）首次进入国家密码行业标准】
10月19日，国家密码管理局公告(第43号)发布了GM/T 0005-2021《随机性检测规范》等16项密码行业标准，自2022年5月1日起实施。其中包括《GM/T 0108-2021 诱骗态BB84量子密钥分配产品技术规范》、《GM/T 0114-2021 诱骗态BB84量子密钥分配产品检测规范》两项量子密钥分配相关标准。制定单位为国盾量子、问天量子、中国科大、中国人民解放军信息工程大学、中电科三十所、北京邮电大学、国密局商密检测中心等量子及经典信息安全单位。
这是继上半年国家工信部出台QKD相关通信行业标准后，量子技术在密码行业标准上也实现了零的突破，将推动量子技术在我国信息安全领域的发展。（来源：国密局官网）
原文链接：
http://www.oscca.gov.cn/sca/xwdt/2021-10/19/content_1060880.shtml
【中国通信标准化协会：在量子信息等领域做好标准研制工作】
10月25日消息，中国通信标准化协会作为信息通信领域国家级标准化工作平台，对今后在推进ICT标准化工作中如何落实《国家标准化发展纲要》精神，提出了初步想法思路。包括加强关键技术领域标准研究，在5G、人工智能、量子信息、新一代信息技术等领域做好标准研制、宣贯和产业化推广，重点支持基础通用、产业共性、新兴产业和融合技术等领域标准研制。及时将先进适用科技创新成果融入标准，提升标准水平，推动产业变革。（来源：CCSA官网）
原文链接：
http://www.ccsa.org.cn/detail/4547?title=落实国家标准化发展纲要%20%20深入推进ICT标准化工作
【国网绍兴供电公司完成“量子+”电力全业务全场景验证】
10月19日消息，国网绍兴供电公司成功开展“量子+”电力用能侧负荷的集群控制场景验证，利用量子密钥为主站和终端间无线传输的数据信息加密，增强了数据传输的安全性。
相关负责人表示，当前国网绍兴供电公司正全面推进新型电力系统省级示范市域样板建设，通过“量子+”电力验证，将为新型电力系统建设提供一套完整可行的信息支撑解决方案。（来源：人民网-浙江频道）
原文链接：
http://zj.people.com.cn/n2/2021/1019/c370990-34963351.html
【基于5G硬切片的量子加密电力配网示范应用正式投入运行】
9月底，浙江移动宁波分公司与电力客户、合作单位携手打造的基于5G硬切片的量子加密电力配网示范应用正式投入运行，标志着宁波电力系统向高自愈智慧电网迈进了全新一步。本次联合打造的基于5G硬切片的量子加密电力配网示范应用为全国首个，通过搭建量子安全服务平台，赋能电力配网中远程控制、遥信遥测数据采集等环节，有效提高了电力生产数据传输安全性，为电力系统“最后一公里”连接提供了更安全、可靠的保障。（来源：中国宁波网）
原文链接：
http://www.cnnb.com.cn/minsheng/system/2021/09/30/030293384.shtml
【第十七届挑战杯“量子安全应用”揭榜挂帅专项赛结果揭晓】
9月29日，由共青团中央、中国科协、教育部、全国学联等共同主办，国盾量子组织的第十七届“挑战杯”竞赛“揭榜挂帅”专项赛“信息安全中的‘矛’‘盾’交锋——抵抗量子计算冲击的量子安全应用”比赛结果公布。经过评审委员会资格审查、审核遴选、答辩评审，来自7个省份11所高校的13支队伍脱颖而出。根据统一安排，获得特等奖的5支队伍将参与“擂主”争夺。（来源：创青春公众号）
原文链接：
https://mp.weixin.qq.com/s/txgzP8jY8OcnrFTPrxJjVw
——国 际——
【英国电信和东芝建设并试用英国首个商用量子安全城域网】
10月5日，英国电信(BT)和东芝宣布，两家公司将建造并试用第一个商用量子安全城域网。这一全新的网络将连接位于伦敦码头区、金融城和M4走廊的站点，并将提供使用量子密钥分发(QKD)和后量子密码(PQC)保护的数据服务。 这个新网络将由英国电信运营，并提供一系列量子安全服务。QKD链路将集成到BT现有的网络管理运营中。东芝将提供量子密钥分发硬件和密钥管理软件。（来源：英国电信网站）
原文链接：
【IDQ推出第 4 代量子密钥分发平台科研版】
10月18日，瑞士量子安全公司ID Quantique 继5月推出其第4代量子密钥分发系统Cerberis XG后，又发布了该系列产品的第二款Cerberis XGR，这是一个开放的平台，旨在为想要测试技术、运行QKD试验或建立量子实验室的学术界、研究机构和技术评估实验室提供多功能的研究工具。IDQ还提供按需服务，如定制培训、产品定制或量子安全风险评估，以满足用户需求。（来源：IDQ网站）
原文链接：
https://www.idquantique.com/idq-unveils-cerberis-xgr/
【澳大利亚QuintessenceLabs融资2500万澳元扩展量子安全解决方案】
10月26日消息，总部位于澳大利亚堪培拉的量子网络安全解决方案提供商QuintessenceLabs在B轮融资中筹集了2500万澳元，用以增强其在量子解决方案中的安全技术，扩大其客户群体。QuintessenceLabs通过其量子随机数发生器和高级数据访问控制软件保护敏感数据。（来源：TechCrunch网站）
原文链接：
【印度国有电信研发机构C-DoT启动量子通信实验室】
10月，印度政府电信部秘书长K Rajaraman为国有电信研发机构C-DoT量子通信实验室揭牌，并公布了C-DoT自主开发的量子密钥分发(QKD)解决方案。目前，C-DoT已成为印度首家提供完整的本土量子安全电信产品和解决方案组合的机构，以全面满足电信运营商以及国防等战略部门的需求。印度政府已承诺在八年内为国家量子技术和应用项目拨款10亿美元。（来源：ETTelecom网站）
原文链接：
【拉脱维亚移动运营商首次使用量子技术加密传输数据】
9月底消息，为确保民用和国防数据传输的最高安全水平，拉脱维亚移动运营商LMT、拉脱维亚网络设备制造商MikroTik和拉脱维亚大学数学与计算机科学研究院(LU MII)正合作开展量子网络创新研发工作。在第一次测试中，LU MII的科学家在LMT网络中使用量子技术加密传输数据，量子密钥成码率约为2000bps。在开展量子技术应用方面，MikroTik计划在与LMT和LU MII联合合作框架内开发加密设备，即适用于量子加密的芯片。（来源：LMT网站）
原文链接：
【卢森堡卫星供应商SES与卢森堡大学成立联合实验室，专注于下一代量子通信】
10月17日消息，卢森堡卫星供应商SES公司和卢森堡大学安全、可靠性和信任跨学科中心(SnT)宣布成立联合实验室，探索高通量卫星系统在下一代网络领域的应用，包括量子通信和网络安全。根据协议，两个机构探索下一代技术，扩大和加强长期伙伴关系。（来源：satnews网站）
原文链接：
【国际合作团队将在国际空间站开展量子纠缠与退火实验】
10月4日消息，美国伊利诺伊高级空间系统实验室（LASSI）、喷气推进实验室、伊利诺伊大学香槟分校物理部、滑铁卢大学、新加坡国立大学等将于明年在国际空间站合作开展量子纠缠和退火实验。
该实验有效载荷尺寸为2U，重量不到3kg，计划于2022年8月发射。该实验将证明基于波导的量子纠缠源在空间量子应用中的可行性，并将采用光学退火技术以减少辐射引起的探测器噪音。（来源：LASSI官网）
原文链接：
四、科技前沿
——国 内——
【多单元原子量子存储器实现毫秒级存储并演示量子中继】
清华大学段路明团队的研究人员在冷原子气体量子存储器中实现了多个存储单元的存储时间均突破1毫秒，并演示了有效的量子中继。在一个量子存储装置中实现多单元存储更有利于节点的紧凑化和纠缠连接，该团队前期已经利用二维可编程光路实现了255个存储单元的世界纪录。在本项工作中，研究人员利用“钟态”调控方案抑制磁场导致的不平衡展宽，利用自旋波“冻结”技术抑制运动导致的自旋波失相。在中继实验中，5×5的存储单元实现了中心区4个存储单元的存储时间分别达到1.1~1.6毫秒，有效地实现了预报式纠缠异步产生。在纠缠连接实验中，读出纠缠的置信度为76.6±3.9%。研究成果10月12日以编辑推荐形式发表于《PRX Quantum》。
论文链接：
https://doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.040307
【测量设备无关的量子存储验证】
中国科大潘建伟团队的研究人员首次成功实验了测量设备无关的纠缠存储验证方案。基于纠缠态存储和Bell态测量进行量子存储器的无漏洞验证具有很高的技术难度（纠缠对分别处于类空间隔、检测效率满足公平采样等），为了提高可行性，研究人员参考了纠缠保持信道的检验方法，在纠缠光源可信前提下设计了量子存储的测量设备无关验证方法。实验中，研究人员使用原子系综的电磁诱导透明机制存储纠缠对中的一个光子，该光子通过另一个原子系综制备并且经过随机调制，存储数十微秒后读出，并与纠缠对另一个光子进行Bell态测量。实验结果显示，随着存储时间从0增长到60微秒，纠缠检验的噪声强度由0.054增长到0.146，反映了存储效率的下降。研究成果10月14日发表于《Physical Review Letters》。
论文链接：
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.160502
——国 际——
【光芯片集成的量子密钥分发终端】
东芝（欧洲）的研究人员通过光芯片混合集成的方法实现了量子密钥分发（QKD）光学功能模块全部芯片化，并研制了插拔式（编码、探测）光模块的小型QKD终端。发射端编码芯片采用硅基材料加工无源光路、采用InP材料加工高速有源器件，创新使用相位种子激光注锁和电吸收调制器组合的方案实现光脉冲（前后分量的）相位编码及诱骗态调制，无需使用不等臂干涉仪从而大幅减小光路，整个光路芯片的面积仅1×6mm²。接收端解码采用不等臂干涉仪方案，使用硅基加工无源光路芯片，有源的铌酸锂相位调制器与控制电路芯片集成。收发两端的芯片均采用CFP2结构封装，模块尺寸为41.7×107×12.4mm³，冗余性可支持方便的升级。量子随机数发生器芯片采用增益开关型激光器和多模干涉光路方案，随机数生成速度8Gbps，封装后尺寸为12.7×30×8mm³。QKD终端整体采用1U短机框平台，运行T12 QKD协议，工作频率2GHz，每秒生成79组AES256密钥。研究成果10月21日发表于《Nature Photonics》。
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41566-021-00873-0
【硅光芯片量子存储演示量子隐形传态】
荷兰代尔夫特大学、巴西坎皮纳斯大学和我国浙江大学的研究人员研制了一种硅光芯片量子存储并实验演示了全功能量子中继。该量子存储器使用微纳硅光晶体制造的“双轨”结构，通过调控硅光晶体的自旋声子态（一种集体激发态）和通信波段光子自旋态的光动力学耦合，实现了对光子的存储读写，存储时间大于1微秒。研究人员也通过在芯片上大量制备（160个）和筛选实现了两个量子存储器的共振波长、散射率、动力学过程热激发等特性的高度一致，从而保证了纠缠光子一致性以及隐形传态Bell态测量的有效性。该量子存储的效率和存储时间相对于金刚石色心有明显提升，可以有效保障量子隐形传态和量子中继的效率。研究成果10月7日发表于《Nature Photonics》。
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41566-021-00866-z
【应力调控机制实现光子-色心量子存储】
加拿大卡尔加里大学的研究人员演示了一种调控通信波段光子与金刚石NV色心量子存储读写的新方法。该方法并利用了NV色心的自旋态（能级结构）对应力敏感的机制，调控光动力学演化从而实现通信波长光子在色心自旋态上的读写，自旋态与光动力学态的耦合系数约168kHz。该调控方法不涉及光学跃迁过程并且对光谱色散不敏感，可适用于多种固态量子比特材料。研究成果10月14日发表于《Nature Physics》。
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41567-021-01364-3
【易重构的纠缠分发局域网】
美国橡树岭国家实验室、斯坦福大学、普渡大学的研究人员使用波长选择开关搭建了量子纠缠分发局域网并演示远程了量子态制备。新型的波长选择开关（WSS）相对于传统密集波分复用器件具有可编程控制波长切换的特点，可以更灵活地实现网络路由，目前使用的WSS可支持通信波段（C波段）192通道（通道带宽25GHz）复用和切换。研究人员使用II型参量下转换纠缠源，结合WSS制备了8个能量匹配的纠缠通道，并演示了校园内3节点的纠缠分发和基于纠缠的远程量子态制备。研究成果10月6日发表于《PRX Quantum》。
论文链接：
https://doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.040304
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