2023年2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
【量子计算在多项容错技术方面取得探索性突破】
在量子计算实现“优越性”后，容错计算——实现高可靠的“逻辑”量子比特成为量子计算走向实用化的最核心任务。相对于当前技术水平，实现容错计算一方面需要继续大幅降低物理量子比特的错误率，另一方面需要运用多个物理比特保障一个逻辑比特的纠错技术。
本月，相关技术取得多项突破，包括：谷歌量子AI团队首次实现超导量子比特性能满足在规模扩展时克服新增错误，实验演示了通过扩展表面码“逻辑”比特规模时能够降低错误率；休斯研究实验室设计了基于自旋超精细相互作用、无需注入射频信号的操控量子点自旋方法，避免了操控手段导致的关联性错误，为容错量子计算的操控提供了新方法；新南威尔士大学等的研究人员也设计了基于自旋超精细相互作用，无需外磁场的操控量子点自旋方法，为提升系统可扩展性提供了支撑。
原文链接：
技术详情参见科技前沿。
二、政策和战略
——国 内——
【中共中央国务院印发《质量强国建设纲要》，突破量子化计量技术】
近日，中共中央、国务院印发的《质量强国建设纲要》提出，实施质量基础设施能力提升行动，突破量子化计量及扁平化量值传递关键技术等。（来源：中国中央人民政府官网）
原文链接：
http://www.gov.cn/zhengce/2023-02/06/content_5740407.htm
【长江中游四省会城市签署“三年计划”，将加强量子通信网络规模应用合作】
2月21日，武汉、长沙、合肥、南昌四个省会城市协同十二个观察员城市签署了《长江中游城市群省会城市合作行动计划（2023—2025年）》《长江中游城市群2023年重点合作事项》等文件。文件提出加强量子通信网络规模应用与合作，结合国家广域量子保密通信骨干网络和武汉、合肥等地城域网络，推动长江中游城市群城域、城际量子通信网络建设。加强量子通信网络建设交流，结合已建成的量子通信网络，加快量子通信技术在长江中游地区信息通信、金融、政务、电力、工业互联网、物联网、车联网、大数据等领域试点示范应用。（来源：合肥晚报）
原文链接：
https://newspaper.hf365.com/hfwb/pc/content/202302/22/content_381430.html
【2023年北京市政府工作报告重点任务清单发布，超前布局量子科技】
近日，北京市印发《2023年市政府工作报告重点任务清单》。其中包括出台加强世界一流新型研发机构统筹管理办法，拓展多元化投入渠道，力争在人工智能、区块链、量子信息、生命科学、网络安全等领域取得更多创新应用成果；加快推进互联网3.0等新标杆工程，超前布局量子科技、算法创新等技术等。（来源：北京市人民政府官网）
原文链接：
http://www.beijing.gov.cn/zhengce/zhengcefagui/202301/t20230131_2909785.html
【深圳推动密码技术、量子技术等安全技术的研发】
2月4日，《深圳市金融科技专项发展规划（2023-2025）》正式发布。提出推动以密码技术、量子技术、物联网安全技术等为代表的安全技术自主创新及研发，拓展加密技术在身份认证、网络安全、反欺诈等关键领域的应用。（来源：深圳市地方金融监督管理局）
原文链接：
http://www.jr.sz.gov.cn/sjrb/xxgk/ghjh/zxgh/content/post_10409782.html
——国 际——
【欧盟发布量子技术旗舰计划前三年发展情况报告】
近日，欧盟委员会发布了一份关于量子技术旗舰计划最初三年阶段的报告。该报告回顾了该旗舰计划的量子研究项目的成功结果和具体成就，并在旗舰计划的下一阶段开始时总结了关键的经验教训。
欧盟自2016年以来在资助旗舰计划和QuantERA（支持31个欧洲国家的量子研究）方面，为欧洲量子研究提供了超过1.75亿欧元的资金。后续，在“地平线欧洲”计划下，欧盟委员会将在2021-2027年期间继续支持旗舰计划项目，支持资金至少为500亿欧元。（来源：欧盟委员会网站）
原文链接：
https://digital-strategy.ec.europa.eu/en/news/quantum-tech-flagship-ramp-phase-report
【德国启动Quant-ID项目：确保量子安全身份】
2月6日消息，为抵御量子计算对经典加密的攻击，Quant-X安全密码公司、弗劳恩霍夫光电微系统研究所、MTG AG和雷根斯堡大学四家单位合作启动了Quant-ID项目，研究开发基于量子随机数和后量子密码的长期保证密码安全的新方法和系统。（来源：德国联邦教育及研究部网站）
原文链接：
https://www.forschung-it-sicherheit-kommunikationssysteme.de/projekte/quant-id
【美国国家科学基金会向量子信息科学与工程计划资助500万美元】
2月9日消息，在美国国家科学基金会（NSF）500万美元的资助下，阿肯色大学派恩布拉夫分校(UAPB)将领导与阿肯色大学另外两所分校的合作，建立量子信息科学与工程计划。NSF资助的项目名为QuAPB，将建于派恩布拉夫分校，并成为美国这一地区首个量子中心，用于集成量子光子学的量子材料和器件的综合研究和教育。（来源：UAPB网站）
原文链接：
【美国两部门成立“颠覆性技术打击小组”，保护量子计算等技术】
2月16日，美国司法部和商务部宣布成立“颠覆性技术打击小组”，以保护美国的先进技术不被美国的对手国家非法获取和利用。声明提到，对手国家包括中国、伊朗、俄罗斯和朝鲜等，对手寻求的技术包括与超级计算和百亿亿级计算、人工智能、先进制造设备和材料、量子计算和生物科学相关的技术。（来源：美国司法部网站）
原文链接：
【以色列与美国合作，利用量子技术开发下一代作战工具】
2月20日消息，以色列最大的国防公司——航空航天工业公司正在努力加强与美国国防相关机构的合作，以寻求开发面向未来的技术。据以色列国防消息人士称，政府间关于技术合作的讨论包括战斗系统中的量子计算、动能杀伤弹道拦截系统等。（来源：《Breaking Defense》杂志）
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https://breakingdefense.com/2023/02/israels-iai-seeking-to-increase-us-ties-on-quantum-hypersonics/
【荷兰与美国签署量子信息科技合作联合声明】
2月15日，美国和荷兰在海牙签署了量子信息科学技术(QIST)合作联合声明。两国分别通过美国国家量子计划(NQI)和Quantum Delta NL计划加速量子信息科学技术领域的研究步伐。此前，美国已与法国、芬兰、瑞典、丹麦、英国等分别签署了合作声明。（来源：美国国家量子倡议官网）
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【印度和美国合作开发量子计算等战略技术】
近日消息，印度和美国的国家安全顾问主持了美印关键和新兴技术倡议的首次会议。在量子科技领域，两国将签署国家科学基金会与印度科学机构之间研究机构伙伴关系的新实施安排，以扩大人工智能、量子技术等一系列领域的国际合作；建立印美联合量子协调机制，促进研究和产业合作。（来源：白宫网站）
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三、产业进展
——国 内——
【国科量子与云南文旅交通、电子研究所签署合作协议】
1月31日，云南文旅交通发展有限公司与国科量子通信网络有限公司、云南省电子工业研究所有限责任公司签署框架合作协议。三方拟合作实施的“车辆网平台”项目以保障旅游交通安全运行为出发点，将量子安全服务引入到文旅交通管理中，构建安全运输、精准服务、数字运营于一体并可持续发展的云南文旅交通车联网平台。（来源：云南国资官微）
原文链接：
https://mp.weixin.qq.com/s/qyQW9MVPI9d0IadmxP7mEA
【安徽省财政厅首次实现量子加密传输数据】
2月28日消息，安徽省财政厅政务云业务系统与合肥市财政局之间分别部署了量子密钥分发设备，依托合肥量子城域网，通过量子密钥分发技术、量子密钥中继技术和经典量子波分复用技术，实现安徽省预算管理一体化系统省厅和合肥市之间的量子加密传输，提升了系统和数据的安全性。（来源：安徽省财政厅官微）
原文链接：
https://mp.weixin.qq.com/s/y-YZZdACYgkIiXisNmiCCw
【国盾量子获科技部全国颠覆性技术创新大赛最高奖】
2月24日，由科技部主办的2022年全国颠覆性技术创新大赛总决赛结果出炉。本届大赛自2022年7月启动以来，吸引了来自全国各地重点高校、知名科研院所、行业龙头企业等单位2800多个技术项目报名参赛。国盾量子的量子计算相关项目经层层筛选、项目比拼，荣获大赛最高奖——优胜项目。（来源：国盾量子官微）
原文链接：
https://mp.weixin.qq.com/s/edI_lXIRBU1tG3qpEReocg
【“挑战杯”竞赛首次将量子计算作为赛题，国盾量子发榜】
2月17日，第十八届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛“揭榜挂帅”专项赛榜单发布，首次将量子信息科技的主流研究方向——“量子计算”作为赛题。其中国盾量子承担“基于量子计算云平台的软件开发和应用探索”赛题的发榜及组织工作，将为所有参赛选手提供丰厚的现金奖励和强大的保障措施。（来源：共青团中央官微）
原文链接：
https://mp.weixin.qq.com/s/8fYezsqr5xbTtm5GqDqk2g
——国 际——
【美加日欧四大量子联盟成立国际理事会】
近日，加拿大量子产业、美国量子经济发展联盟、日本量子战略产业革命联盟和欧洲量子产业联盟签署了一份谅解备忘录（MoU），正式成立国际量子产业协会理事会。该理事会旨在加强参与联盟之间关于量子技术发展目标和方法的沟通与合作。（来源：bussinesswire网站）
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【SKT推出下一代“量子密码单芯片”，并在MWC世界移动通信大会上展出】
2月20日，SKT宣布与SK Square的子公司IDQ、韩国安防公司KCS共同开发的量子随机数发生器芯片和具有密码通信功能的半导体合二为一的“量子密码单芯片”已经上市，该芯片已于2月28日在2023年MWC大会上展出。”量子密码单芯片“是一种超轻、低功耗芯片，能够为各种基于物联网的产品和设备提供安全保护。该芯片除了采用基于量子的加密密钥生成技术外，还应用了PUF（物理不可克隆函数）等安全技术，其最大优势是具有强大的安全性，SKT目前正在申请获得国家情报机构的安全认证。（来源：SKT官网、IDQ官网）
原文链接：
https://news.sktelecom.com/185271
【美国展示首个基于无人机的量子网络】
2月22日消息，美国佛罗里达大西洋大学（FAU）量子物理实验室的Warner A. Miller教授向美国众议员Cory Mills介绍并演示了位于FAU的美国第一个基于无人机的移动量子网络。该网络包括地面站、无人机、激光器和光纤，可以共享量子安全信息。FAU、量子技术公司Qubitekk和美国防务公司L3Harris正在与美国空军合作，结合学术界、政府和工业界的专业知识，未来有可能将该项目扩大到更大的航空平台以及其他地面和海上平台的应用。（来源：FAU官网）
原文链接：
https://www.fau.edu/newsdesk/articles/quantum-drone-lab-visit.php
【西班牙量子公司LuxQuanta推出商用量子CV-QKD网络系统】
2月19日，西班牙量子密钥分发公司LuxQuanta发布了第一款产品NOVA LQ™，该产品是一种使用量子物理特性加密数据的设备，可提供用于城市内网络的高性能连续变量量子密钥分发(CV-QKD)的解决方案。LuxQuanta成立于2021年5月，是西班牙光子科学研究所ICFO的衍生公司，其目标是将先进、安全的量子密码技术集成到传统的通信基础设施中。（来源：LuxQuanta官网）
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https://www.luxquanta.com/our-new-nova-lq-system-featured-in-the-national-press-n-25-en
【QCI成立新子公司，为政府和国防部门提供量子通信等产品和服务】
2月6日，量子计算公司QCI宣布正式成立一家名为QI Solutions的全资子公司，致力于为政府和国防市场提供量子解决方案。QI Solutions可提供包括熵量子计算解决方案、软件以及量子通信和量子传感技术，并将在安全供应链管理、光先进制造、量子劳动力开发和量子研发等领域提供一系列定制服务。（来源：QCI网站）
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【美国国防高级研究计划局选中三家公司探索可行的容错量子计算机新方法】
近日，美国国防高级研究计划局选择Atom计算公司、微软公司和PsiQuantum公司加入未开发的公用事业规模量子计算系统(US2QC)项目。该项目旨在探索量子计算在公共事业领域战略性应用。该计划预计五年，包括四个阶段，由三家公司开展概念设计，DARPA负责测试和验证，评估概念设计可行性与成果。（来源：quantum computing report网站、The quantum insider网站）
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【量子计算公司Rigetti收到退市警告，更新业务战略】
近日，量子计算公司Rigetti因股票在过去30个交易日内未能维持在1美元以上的收盘价，收到纳斯达克的退市“警告”。2月10日，Rigetti宣布更新业务战略，修订技术路线图。包括实施裁员28%的计划、在2023年第一季度交付具有84量子比特的Ankaa-1量子系统等。其新总裁兼首席执行官表示，即将公布的84量子比特系统，实现98%保真度，公司将继续专注于保真度的系统改进（从98%到99%），有望在明年初达到99.5%左右。（来源：fierce electronics网站、Rigetti网站）
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【后量子密码学初创公司Sandbox AQ融资5亿美元】
2月14日，Sandbox AQ宣布已经完成了5亿美元的融资，Breyer Capital、T. Rowe Price基金和Salesforce Inc.创始人Marc Benioff的TIME Ventures都参与了这轮融资，其中、该公司董事长、谷歌前首席执行官Eric Schmidt也参与了此次融资。Sandbox AQ去年从谷歌拆分出来成为独立公司，目前的重点是通过后量子密码技术，帮助客户抵御来自量子计算机的攻击。(来源：siliconANGLE网站）
原文链接：
https://siliconangle.com/2023/02/14/post-quantum-cryptography-startup-sandbox-aq-raises-500m/
【澳大利亚量子产业获得多项投资，用以扩大量子计算相关研究】
近日，澳大利亚量子计算与传感公司Q-CTRL宣布其B-1系列融资2740万美元，Salesforce Ventures也参与其中。根据Pitchbook的数据，Q-CTRL的B轮融资总额超过5200万美元。该公司预计在2023年将其团队从80人增加到约120人，在悉尼、洛杉矶和柏林设有办事处。
2月21日，悉尼大学宣布投资740万美元以扩大其量子技术设施，在悉尼纳米科学中心建立未来量子比特铸造厂。该项目将汇集悉尼在量子计算研究方面的现有优势，专注于发明下一代量子比特所需的基础科学，使悉尼工业界和政府建立量子合作伙伴关系,并使澳大利亚处于下一代量子比特设计的前沿。（来源：Q-CTRL网站、悉尼大学官网）
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四、科技前沿
——国 内——
【基于超冷原子的可调反常弗洛凯拓扑带】
中国科大潘建伟、陈帅实验组联合中国人民大学物理学系张威、北京大学刘雄军课题组，在冷原子量子模拟领域取得重要进展，通过囚禁在震动光晶格的⁸⁷Rb原子，实现了一个周期驱动的反常量子霍尔效应模型，并利用(d-1)维的能带翻转面来反应(d+1)维周期驱动系统的拓扑特征，得到了丰富的相图。该成果近日发表于《Physical Review Letters》。
原文链接：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.043201
【光频梳保持TF-QKD的光源相干性】
北京量子信息科学院的研究人员利用本地光频梳保持异地光源相干性，实验实现了无需额外信道辅助的双场量子密钥分发，可容忍100km级的两侧链路差异，有效提升了该方案的实用性。实验在615.6km光纤上实现了0.32bps成码率。该成果2月18日发表于《Nature Communications》。
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https://doi.org/10.1038/s41467-023-36573-2
【被动调制方法实现自由空间CV-QKD】
上海交通大学的研究人员提出并实验了被动态制备连续变量量子密钥分发方案，相比于传统的高斯调制方案，被动调制结构更简，更适合集成和自由空间终端场景使用。该实验首次使用增强自发辐射光源实现通过涨落信道传递的本地本振，在15dB衰减、含湍流扰动的模拟信道上实现了1Mbps的成码率（无限码长近似）。该成果2月21日发表于《Optics Letters》。
原文链接：
https://doi.org/10.1364/ol.485166
【单光子雪崩管达到700M计数率】
北京量子信息科学院、中科院半导体所的研究人员设计了一种雪崩控制与信号读出电路，显著提升了单光子雪崩二极管（SPAD）的最大计数率。该技术基于超窄门控抑制SPAD俘获载流电子的水平（将导致后脉冲），并利用超窄干涉电路将门控信号导致的电容性反应滤除超过80dB且失真较小。通过上述电路的两级级联，在探测效率25.3%、1.25GHz正弦门控的单光子探测器上实现了最高700M的（每秒）计数率且后脉冲水平低至0.5%。该成果2月15日发表于《Optics Express》。
原文链接：
https://doi.org/10.1364/oe.478828
【偏振编码QKD的解码芯片】
广西大学、国家信息光电子创新中心、中国信息通信科技集团有限公司的研究人员研制了偏振编码QKD的解码芯片。该芯片集成了多个极化分束旋转器、热声相位调制器、多模干涉和可调光衰减等器件，利用偏振-路径转换方案进行解码，可在长时间下保持偏振解码稳定（误码率~0.59%），总衰减约4dB。该成果2月15日发表于Elsevier旗下期刊《Chip》。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.chip.2023.100039
——国 际——
【谷歌首次通过增加量子比特来降低计算错误率】
谷歌量子AI团队展示了一种逻辑量子位表面码，可以在系统规模增大时降低错误率。他们建造了一个72个量子位的超导量子处理器，并用两种不同表面码做了测试—— 一种distance-5逻辑量子位（基于49个物理量子位）和一种较小的distance-3逻辑量子位（基于17个物理量子位）。实验显示，较大表面码能够实现更好的逻辑量子位性能（每周期2.914%逻辑错误），优于较小的表面码（每周期3.028%逻辑错误）。该成果2月22日发表于《Nature》。谷歌总部的量子计算部门负责人表示，谷歌目前的改进仍然很小，错误率还需要下降得更多。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05434-1
https://doi.org/10.1038/d41586-023-00536-w
【无需射频信号的硅基量子比特操纵方法】
美国休斯研究实验室（HRL laboratory）的研究人员设计了一种硅/硅锗量子点自旋操控方法，避免了“传统”方法使用注入射频信号进行操控带来的关联性错误，为容错量子计算的操控提供了新方法。该方法基于超精细作用下的能级简并态演化，控制目标比特自旋与相邻自旋的部分自旋交换。该方法具有纯电操作、低串扰和特定噪声源不敏感的优势。在硅/硅锗量子点上实现了保真度96.3%的CNOT操作和99.3%的交换操作。该成果2月6日以手稿快速发布的形式刊登于《Nature》。
原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41586-023-05777-3
【无需外磁场的电子自旋操纵方法】
澳洲新南威尔士大学、墨尔本大学和日本庆应义塾大学的研究人员设计了一种调控量子点自旋的新方法，克服了传统方法依赖外磁场从而难以集成的缺点。该方法基于电子-原子核自旋的超精细相互作用，利用射频频率的电场进行自旋操控，适用于规模化构建固态量子处理器。与该成果2月10日发表于《Science Advances》。
原文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add9408
【单电子自旋读出性能破纪录】
剑桥大学、quantum motion公司、日立剑桥实验室、法国微纳米技术研究中心（minatec campus）、加州大学的研究人员设计了一种高保真度、单次读出硅量子点电子自旋的集成装置——单电子盒。该装置通过低损耗高阻抗振荡器连接量子点，利用对泡利势垒的自旋相关隧穿形成自旋-电荷转化，相对于传统探测方法使用的电极更少，获得了迄今为止最高的读出性能，在小于6微秒的时间中读出99.2%保真度。该成果2月23日发表于《Physical Review X》。
原文链接：
https://doi.org/10.1103/physrevx.13.011023
【超导纳米线32通道阵列单光子探测器达到1.5G计数率】
NASA喷气推进实验室、加州理工等的研究人员研制了超高速的近红外单光子探测器。该探测器将32通道的超导纳米线集成为一个阵列，有效克服了探测器死时间对连续工作能力的限制。该探测器单光子探测效率为78%、每秒暗计数158个、时间抖动小于50ps，将有效支持量子通信频率提升至10GHz。该成果1月26日发表于《Optica》。
原文链接：
https://doi.org/10.1364/optica.478960
【基于叠加态量子游走的量子通信协议】
印度科学院、塔拉马尼学院等的研究人员设计了一种新式的量子通信方法。该方法使用J波片、轨道角动量分类器、光开关、光延时线等器件调制单光子极化态和轨道角动量态之间的纠缠，利用量子叠加态之间的演化（离散时间随机游走）进行编码，并利用内部纠缠保护编码态安全。该方法在信道噪声较低时能够发现部分窃听攻击。该成果2月13日发表于《Physical Review A》。
原文链接：
https://doi.org/10.1103/PhysRevA.107.022611
【侧信道破解PQC算法 CRYSTALS-Kybe】
CRYSTALS-Kyber算法去年被美国国家标准与技术研究院（NIST）选为标准的一部分，用于封装数据以防止量子计算机的攻击。瑞典皇家理工学院的研究人员使用一种新的机器学习人工智能算法和使用电力线的侧信道攻击的组合来破解该算法。该算法已经针对直接攻击进行了强化，但研究人员研究了更复杂的侧信道攻击，利用功耗的波动来破坏ARM Cortex-M4 CPU中运行的代码。研究团队开发了一种名为递归学习的新神经网络训练方法，使他们能够恢复概率超过 99% 的消息位。目前他们正在开发针对算法侧信道攻击的对策。
原文链接：
https://eprint.iacr.org/2022/1713
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