2023年7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
【实现51位超导量子比特全纠缠】
中国科学技术大学、北京大学的研究人员在“祖冲之”超导量子计算机平台上实现了51位量子比特（qubit）纠缠，验证了中等规模真纠缠的能力。研究团队使用了高保真并行量子门，通过优化使单qubit门和双qubit门的保真度分别达到99.91%和99.05%，结合高效的随机保真度估计，实现了51位的一维簇态和30位的二维簇态，保真度分别为0.637 ± 0.030和0.671 ± 0.006。在高保真簇态的基础上，针对扰动平面编码，进一步展示了基于测量的变分量子本征值求解的原理验证。该成果7月12日发表于《Nature》。
原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41586-023-06195-1
二、政策和战略
——国 内——
【工业和信息化部指出要加强量子科技等未来产业的前瞻布局】
7月25日，工业和信息化主管部门负责同志座谈会中指出，要提升产业科技创新能力，加强通用人工智能、6G、量子科技等未来产业前瞻布局，打造竞争新优势。（来源：中华人民共和国工业和信息化部官网）
原文链接：
https://www.miit.gov.cn/xwdt/gxdt/ldhd/art/2023/art_8f51e32788324f78ad073b78c78353f3.html
【量子科技系列产品纳入安徽首台套重大技术装备研制需求清单】
7月12日，安徽省经济和信息化厅发布关于开展2023年度第三批首台套重大技术装备申报评定工作的通知。其中，量子通讯卫星相关系统、量子计算机被纳入《安徽省首台套重大技术装备研制需求清单（2023年）》。（来源：安徽省经信厅官网）
原文链接：
http://jx.ah.gov.cn/sy/wjgg/148461721.html
http://jx.ah.gov.cn/group6/M00/08/64/wKg8BmSuBX-ARnSJAAB2tPy7Iqk16.docx
【福建省发布新型基础设施建设三年行动计划，积极融入国家量子通信网建设】
7月7日，福建省人民政府发布《福建省新型基础设施建设三年行动计划（2023—2025年）》，在加速布局信息基础设施的规划中指出，要统筹布局空天地一体卫星互联网，积极融入国家量子通信网建设。（来源：福建省人民政府官网）
原文链接：
https://www.fujian.gov.cn/zwgk/zfxxgk/szfwj/jgzz/fzggwjzc/202307/t20230707_6201736.htm
【上海市经信委就量子通信安全等创新成果开展征集工作】
7月17日，上海市经济和信息化委员会就所组织编制的“2023年上海市网络安全产业创新攻关目录”公开征集创新成果，具体包括人工智能安全、量子通信安全、隐私计算等15个方向。（来源：上海市经信委官网）
原文链接：
https://app.sheitc.sh.gov.cn/ywl/695366.htm
——国 际——
【俄罗斯批准首套量子技术标准，普京参加量子技术成果展】
7月13日消息，俄罗斯已批准首套量子通信与量子物联网相关国家标准。标准的制定进程由俄罗斯铁路公司牵头，涉及通则、术语和定义。
7月9日至14日，俄罗斯举办“量子世界，计算和通信”未来技术论坛。论坛期间，俄罗斯总统普京测试了量子视频通话，参观了解了俄罗斯国内最先进的量子计算机以及量子通信路线图的量子网络建设情况。普京在论坛上称，在对俄罗斯发展至关重要的领域，俄罗斯必须有自己的能力。未来，俄罗斯打算与其他国家扩大平等互利的科技联盟。（来源：俄罗斯卫星通讯社）
原文链接：
https://sputniknews.cn/20230714/1051777876.html
https://sputniknews.cn/20230713/1051775808.html
https://sputniknews.cn/20230715/1051817722.html
https://sputniknews.cn/20230713/1051773963.html
【荷兰政府投资6020万欧元，启动法德在内的三边量子计划】
近日，荷兰国家量子创新生态系统Quantum Delta NL宣布，已从荷兰国家增长基金获得6020万欧元的投资，作为荷兰加入法德的三边合作协议做的贡献。该联合计划旨在加强三国间战略性技术的研发合作，加速欧洲量子技术产业的发展。这笔资金将用于两方面，一是开发具有共享设施和资源的研究中心，供企业和研究人员在专业领域开展工作，二是结合对量子计算、传感和通信领域公司的股权投资，加快推进国际跨学科的战略性量子项目研发。三国将发布联合提案征集，选择最佳项目。（来源：Quantum Delta NL网站）
原文链接：
【美国能源部宣布投入1170万美元用于量子计算研究】
7月27日，美国能源部（DOE）宣布为六个合作项目提供1170万美元的资金，提高美国对量子计算是否、何时以及如何推进计算科学前沿的理解，这些项目是在DOE招标的“Quantum Testbed Pathfinder”下通过竞争性同行评审选出的。（来源：HPC wire网站、DOE官网）
原文链接：
https://www.hpcwire.com/off-the-wire/doe-announces-11-7m-for-research-on-quantum-computing/
【美国NSF发布创建国家量子虚拟实验室提案征集，陆军研究实验室被指定为国防部量子研究中心之一】
7月18日消息，美国国家科学基金会（NSF）发布创建国家量子虚拟实验室（NQVL）的提案征集，该实验室旨在促进从基础科学和工程到最终成果技术的转化，强调提升其科学和技术价值。本次提案征集为 NQVL 计划制定了愿景，包括量子科技示范项目、通过量子系统的变革性进展支持使能技术，以及中央协调中心，目前正在征求试点阶段的QSTD的提案，每个项目预计资助金额100万美元。
7月5日消息，美国陆军作战能力发展司令部下设的陆军研究实验室，被认定为国防部四个量子信息科学研究中心之一。该实验室将参与制定下一阶段国家量子计划及其他国家级战略，与公共部门及私营组织合作，加速量子信息科学的研究与开发。目前，该实验室已研发出用于接收射频通信信号的量子传感器、用于战场计时的低成本芯片级原子钟的开发程序。（来源：NSF官网、美国陆军网站）
原文链接：
https://www.nsf.gov/pubs/2023/nsf23604/nsf23604.htm
https://www.nsf.gov/pubs/2023/nsf23604/nsf23604.pdf
https://www.army.mil/article/268072
【QCI将为美国国家航空航天局开发光子传感器】
7月13日，量子技术公司QCI宣布获得湾区环境研究所（BAERI）的分包合同，为美国国家航空航天局（NASA）艾姆斯分局制造和测试新的光子传感器，用于精确测量云、气溶胶、烟尘、火山灰等大气颗粒物，预计于2024年第一季度交付。（来源：QCI网站）
原文链接：
【澳大利亚国防部与Q-CTRL合作开发量子导航技术，昆士兰州将于年底发布量子和先进技术战略】
7月12日消息，澳大利亚国防部将与量子计算公司Q-CTRL合作开发量子传感器，提供量子增强定位和导航能力。Q-CTRL将通过“设计专有硬件”和“提高现场性能的加固软件”在国防平台上实现量子导航的部署。
7月21日，澳大利亚昆士兰州政府表示，将与大学和产业界合作，在年底发布昆士兰州量子和先进技术战略。该战略将建立在昆士兰州的开发化合物半导体、光子学和量子技术方面的世界领先研究基础上，旨在推动研究成果和知识产权的商业化，为昆士兰州提供更多高价值的工作岗位。（来源：Australian Defence网站、昆士兰州政府官网）
原文链接：
https://statements.qld.gov.au/statements/98269
【英国创新署量子项目已成功竞标】
7月18日，量子信息公司 Infleqtion 和国防公司 QinetiQ 宣布成功竞标了英国创新署的量子端到端组合优化编译 (QECCO) 项目。QECCO将侧重使用量子算法解决物流中的复杂组合优化问题，并向英国国家量子计算中心提供这一量子软件功能。(来源：PR Newswire网站）
原文链接：
【英国官员：制造军用飞机应考虑量子技术】
7月14日，英国武装部队国务大臣詹姆斯·希佩在全球空军首脑会议上表示，尽管量子计算的军事用途仍处于理论阶段，但西方国家现在就需要规划如何在未来融入量子技术，设计出具备使用该技术能力的下一代飞机。（来源：Breaking Defense网站）
原文链接：
三、产业进展
——国 内——
【三项通信行业标准将实施 国盾量子等为起草单位】
工业和信息化部已发布165项通信行业标准，其中《量子保密通信网络架构》（YD/T 4301-2023）、《量子密钥分发（QKD）网络 网络管理技术要求 第1部分：网络管理系统（NMS）功能》（YD/T 4302.1-2023）、《基于IPSec协议的量子保密通信应用设备技术规范》（YD/T 4303-2023）三项通信行业标准于8月1日正式实施，起草单位为中国信通院、国盾量子、国科量子等。（来源：中国通信标准化协会官网）
原文链接：
https://www.ccsa.org.cn/detail/?id=5602&title=
https://www.ccsa.org.cn/standardDetail/?standardNum=YD%2FT%204301-2023
https://www.ccsa.org.cn/standardDetail/?standardNum=YD%2FT%204302.1-2023
https://www.ccsa.org.cn/standardDetail/?standardNum=YD%2FT%204303-2023
【两项量子专利获第二十四届中国专利银奖】
7月21日，第二十四届中国专利奖评选结果出炉。其中，国盾量子的发明专利“一种应用于复杂链路的量子密钥分配系统及方法”（ZL201710436588.9）、腾讯科技（深圳）有限公司的发明专利 “量子噪声过程分析方法、系统及存储介质和终端设备”（ZL202010882560.X），获得中国专利银奖。(来源：国家知识产权局官网）
原文链接：
https://www.cnipa.gov.cn/art/2023/7/21/art_394_186497.html
【教育部公布产学合作协同育人项目指南通过企业名单 国盾量子入选】
7月7日，教育部公布产学合作协同育人项目指南通过企业名单的通知。通知表示，经企业申报、产学合作协同育人项目专家组审议通过，形成了2023年5月产学合作协同育人项目指南，共有582家企业通过评审。其中，国盾量子通过评审，成为入选企业之一。（来源：产学合作协同育人项目官微）
原文链接：
https://mp.weixin.qq.com/s/4-47ma-eXg3tCpYEuVNzRg
【华晨宝马与百度达成合作 携手探索量子计算应用】
7月3日消息，百度表示已和中国汽车制造商华晨宝马汽车有限公司达成战略合作，双方将在AI平台和量子计算等领域展开合作，在生产、制造等场景中携手探索量子计算应用的可能性，未来或为金融、保险、汇率计算等场景提供算力。（来源：百度智能云官微）
原文链接：
https://mp.weixin.qq.com/s/4-47ma-eXg3tCpYEuVNzRg
【中国电科32所初步形成20比特超导量子计算机整机算力】
7月4日消息，中国电科32所量子计算创新中心称，已基于自主研发的20比特超导量子计算机工程样机、超导量子操作系统，完成多比特量子门算法验证，初步形成20比特超导量子计算机整机算力。（来源：中国电科官微）
原文链接：
https://mp.weixin.qq.com/s/YT6PdLtoZac64uezxqzT_g
——国 际——
【汇丰银行成为首家加入英国商业量子安全城域网的银行】
7月5日消息，汇丰银行成为首家加入英国电信和东芝公司合作运营的商业量子安全城域网的银行。汇丰银行将使用量子密钥分发技术，在相距62公里的全球总部和伯克希尔数据中心之间，通过光缆测试数据的量子安全传输；并将在金融交易、安全视频通信和一次一密等多个场景中对该项技术进行实验，应对未来的网络威胁。（来源：汇丰银行网站）
原文链接：
【美国EPB Quantum Network开放用户访问权限】
7月24日消息，由量子技术公司Qubitekk支持建设的美国首个商用量子网络 EPB Quantum Network现已开放用户访问权限，用户可使用最新的量子设备通过EPB量子网络的专用光缆，生成、分发和测量量子比特。EPB量子网络可以为客户运行量子安全应用程序、验证量子产品性能、测试新量子技术等进行配置。（来源：Qubitekk网站）
原文链接：
https://qubitekk.com/press-releases/epb-quantum-network-powered-by-qubitekk-accepting-applications/
【T-Systems将通过云技术为客户提供IQM量子系统访问服务】
7月24日消息，德国电信子公司T-Systems已与超导量子计算机制造商IQM Quantum Computers签署谅解备忘录，为其客户开放IQM量子系统的云访问权限。T-Systems的客户将能在IQM量子基础设施上进行技能培训和用例开发。（来源：德国电信官网）
原文链接：
【软银集团瞄准量子计算业务，开展多领域研究】
7月19日消息，软银公司与日本庆应义塾大学开启量子计算商业化可能性的联合研究。初始阶段将集中在分子和原子核量子力学分析的量子化学领域上。软银也计划对多个领域的研究提供支持，包括量子机器学习和量子优化规划等，并与5G和6G通信系统以及物联网等移动技术结合，推动量子计算机的社会实施。（来源：软银网站）
原文链接：
https://www.softbank.jp/en/corp/news/press/sbkk/2023/20230719_02/
【巴塞罗那超级计算中心完成量子计算机建设第一阶段工作】
7月10日消息，Qilimanjaro和GMV的合资公司已完成在巴塞罗那超级计算中心—国家超算中心(BSC-CNS)安装西班牙首台量子计算机的第一阶段交付工作。此次交付包括为BSC提供远程访问5量子比特超导芯片的权限，可连接到Qilimanjaro的量子计算实验室 ，并通过云端使用Qilimanjaro的Qibo软件，首次实现量子电路在西班牙控制下的执行工作。（来源：Qilimanjaro网站）
原文链接：
【IBM分别与PINQ²、Truist展开合作，以加速量子计算机的研究与金融应用开发】
7月10日，IBM宣布与魁北克数字和量子创新平台PINQ²合作，安装加拿大首个IBM Quantum System One，预计于年底完工。PINQ²将是该量子计算机的独家运营商，通过此次合作，PINQ²旨在建立和巩固魁北克的创新生态系统，并增强其在金融服务和可持续发展领域推动研究和计算的能力。
7月12日，IBM宣布和Truist 银行在新兴技术创新与量子计算方面展开合作，Truist 将加入IBM量子加速器计划，获得IBM的量子计算系统、专业知识和资源支持。IBM也将成为Truist的常驻创新者之一，与Truist合作探索量子计算技术如何使他们在消费者银行业务中的用例受益。（来源：IBM网站）
原文链接：
https://canada.newsroom.ibm.com/IBM-and-PINQ-to-Accelerate-Quantum-Computing-in-Quebec
【Multiverse Computing等多家公司展开合作，探索量子计算对电网运营的优化】
近日，西班牙量子软件开发公司Multiverse Computing与电力公司Iberdrola合作，使用量子算法为复杂的优化问题找到解决方案，例如为电网选择最佳的补充储能电池数量、类型和位置。两家公司启动了为期10个月的联合量子项目，该项目是西班牙巴斯克地区Gipuzkoa量子计划的一部分。
7月17日消息，美国国家可再生能源实验室（NREL） 与RTDS公司和Atom Computing公司合作，实现了从量子计算机到电网设备的连接。目前，Atom Computing的量子计算解决方案堆栈已与NREL的电力研究设备相连接，借助NREL的集成能源系统高级研究设施，研究人员可在高度逼真的电力系统中运行“量子在环”仿真实验。（来源：Multiverse Computing网站、NREL网站）
原文链接：
【Q-CTRL与OQC合作提升量子算法性能，B轮融资共筹集5400 万美元】
7月18日，量子科技公司Q-CTRL宣布与量子电路公司OQC建立合作关系，将Q-CTRL的错误抑制软件与OQC的Coaxmon技术相结合，提高量子算法性能，让用户运行更复杂的算法以解决化学、金融和制造等领域问题。
7月25日，Q-CTRL宣布风险投资公司Morpheus Ventures成为其B轮融资的新投资者，该轮融资共筹集5400万美元，创下量子软件行业融资的新纪录。Q-CTRL将通过此轮融资推动技术创新与市场规模的扩大。（来源：Q-CTRL网站）
原文链接：
【Nomad Atomics等多家量子科技公司获得千万融资】
7月3日消息，深科技初创公司Nomad Atomics宣布获得1200万澳元融资，用以支持其开发的量子传感器技术，加速其可现场部署的量子重力仪和加速度计的商业化。下一阶段，Nomad将进一步扩大现场传感器产业，开发两款面向机载探测和惯性导航的新型传感器。
7月4日消息，巴塞罗那光子科学研究所的衍生公司Quside宣布获得超过1000万欧元的投资。此轮融资将加快其量子随机数发生器和随机性处理单元产品线的销售和营销。
7月13日，开发容错量子计算处理器的公司Quobly宣布在种子轮融资获得1900万欧元。Quobly的此轮融资将用于建立技术合作联盟，加快研发进展，获得高质量的量子比特。
7月24日，硅量子计算公司（SQC）宣布完成 5040 万澳元的A轮融资。此轮融资将用于可扩展的纠错量子计算机的制造。（来源：Business News Australia网站、Quside网站、Quantonation网站、SQC网站）
原文链接：
https://www.businessnewsaustralia.com/articles/quantum-sensor-startup-nomad-atomics-raises--12m.html
https://quside.com/quside-extends-its-series-a-round-and-exceeds-10-million-euro-in-funding/
https://sqc.com.au/2023/07/25/silicon-quantum-computing-raises-50-4m/
四、科技前沿
——国 内——
【基于芯片构建多维度量子纠缠网络】
北京大学、浙江大学、香港科技大学、香港中文大学、中科院微电子所等的联合研究团队构建了基于芯片的多维量子纠缠网络。该网络由1个中央芯片通过光纤连接3个端芯片构成，中央芯片能够制备3组4维度纠缠光子对，分别通过3路少模光纤发送到端芯片；为了克服多维度纠缠在复杂（多模式）信道中传输易受干扰的问题，结合经典信道复原算法和量子振幅平衡策略，在端芯片有效实现了纠缠恢复和全连接。芯片采用可大规模制造的硅基CMOS工艺，因此本成果也为建设大规模、实用化的纠缠网络奠定了基础。该成果7月14日发表于《Science》。
论文链接：
https://doi.org/10.1126/science.adg9210
【简约可靠的QKD终端及悬空缆外场实验】
国盾量子、中国科学技术大学、信息工程大学等的研究人员研制了一款由光源直接产生量子编码信号的QKD设备，兼具结构简约可靠和免疫传输扰动的优点。该设备采用时间-相位编码方案，并通过光源注入锁定方法控制光源输出信号，室内实验显示系统误码率长时间保持在0.6%以内，成码率可达6.2kbps@20dB、0.4kbps@30dB；该系统也在新疆外场进行了长时间运行测试，线路条件为60.96km悬空缆+26.33km地埋缆，总衰减23.27dB，结合时分实时纠偏控制，在70天内误码率稳定在1.25%水平，成码率稳定在1kbps水平。相关成果7月31日发表两篇文章于《Optics Express》。
论文链接：
https://doi.org/10.1364/OE.494318
https://doi.org/10.1364/OE.496723
【硅基QKD芯片集成时钟同步、偏振补偿功能】
广西大学、国家信息光电子创新中心、中国信科的研究人员研制了功能集成度进一步提高的QKD光芯片。基于硅基工艺制作的两枚光芯片，分属发送端/编码和接收端/解码，在实现量子制备与解调功能的同时，也将时钟同步、偏振补偿功能集成在芯片内，因此使用该芯片的QKD装置不再需要额外的光学辅助部件，可有效降低设备成本。基于该芯片进行的QKD实验显示，系统误码率可较长时间保持在0.5%水平，在150km光纤上实现成码率866bps。该成果7月11日发表于《Photonics Research》。
论文链接：
https://doi.org/10.1364/PRJ.482942
——国 际——
【光纤集成的通信波段光子存储器】
加拿大国家研究委员会的研究人员研发了一种集成在光纤上的通信波段光子存储器。通过在一段光纤两端集成由铌酸锂波导制作的布拉格光栅，形成对特定光波长的反射腔从而可以约束光子进行存储。利用四波混频方法控制不同波长的信息光与存储光相互转化，实现可控的存储与读出。在由商业器件加工而成的接合式光纤腔中，实验实现了0.55微秒的存储时长（相当于在光纤腔中11轮折返）和11.3%的总存储效率（1轮折返）；在单体光纤腔中，存储时长延长至1.75微秒（35轮折返），总存储效率提升至12.7%（1轮折返）。该成果7月7日发表于《Physical Review A》。
论文链接：
https://doi.org/10.1103/PhysRevA.108.012606
【12万位量子计算可9小时破译256位椭圆曲线密码】
巴黎-萨克雷大学、索邦大学的研究人员理论分析了基于多光子纠缠“猫态”的逻辑量子比特（qubit）和Shor算法进行椭圆曲线离散对数密码计算的资源需求。其使用的量子计算机架构为逻辑qubit近邻连接构成2维网格并由路由比特保障全连接，应用2-qubit门和Toffoli门进行容错运算。在假设单个光子损失率10⁻⁵和一轮运行时长500纳秒的条件下，上述架构的量子计算机破译256位椭圆曲线离散对数密码需要126133个“猫态”逻辑qubit（平均每个逻辑qubit需要19个光子）和9小时。该成果7月24日发表于《Physical Review Letters》。
论文链接：
https://doi.org/10.1103/physrevlett.131.040602
【量子安全电子支付】
维也纳大学的研究人员设计并演示了基于QKD的量子安全电子支付方案，实现了易用性、独一无二、抗篡改等可比拟实物货币的特点，并且可抵御电子攻击和数据违规。该方案需要客户和银行之间预先建立QKD密钥及对应账户，其支付交易流程是：银行发送量子信号给客户；客户设备接收测量量子信号，转化为量子安全的代币（相当于一次性电子信用卡）并用于支付给商家；商家收到该代币与银行进行验证，验证通过则银行从账户划转资金。该方案使用信息论安全MAC、最优欺骗策略分析等方法设计量子信号制备、数据后处理，既不要求三方通信信道可信，也可以容忍量子信号传输损失（可防御客户欺骗性支付）。该成果7月29日发表于《Nature Communications》。
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41467-023-39519-w
【100Gbps量子安全5G通信】
英国Bristol大学的研究人员将QKD加密与5G开放式无线接入网（O-RAN）设施结合，验证了在100Gbps传输带宽下的通信性能。在该融合系统中，QKD加密覆盖到天线后端；基于动态重构技术，其加密方法可以在AES-256、AES-192、AES-128、Camellia-256和无加密之间切换，切换耗时为加密端16.7毫秒、解密端24.1毫秒；加入密钥切片功能，可以在FPGA中为客户提供独立的密钥存储和更新策略。测试表明：每个客户可以获得每秒1.6个密钥并加密不超过10Gb数据的安全保障，相对于无加密传输的延时667.2纳秒；引入加密的延时增加了约1/6（为817.6纳秒）；在9.8Gbps总带宽、30万网络控制消息协议ping的压力测试下，丢失不超过1%。该成果7月7日发表于《Journal of Optical Communications and Networking》。
论文链接：
https://doi.org/10.1364/JOCN.483644
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