2021年9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
【量子隐形传态连接物理-逻辑量子比特，助力容错量子计算】
中国科学技术大学潘建伟团队、奥地利科学院Anton Zeilinger团队以及大阪大学、NTT公司等的研究人员设计了利用量子隐形传态实现容错量子计算的方案，并实验演示了将物理量子比特状态转移到容错的逻辑量子比特，纠错后的保真度结果达到0.786，显著超过经典极限。成果9月7日发表于《美国国家科学院院刊(PNAS)》。
量子计算通常包括初态编码、横向转移运算、非横向转移运算等流程，其中未知态编码、非横向转移门等不可靠的操纵环节，随着数量的增加会导致错误不断累积。使用高置信度的量子隐形传态，将这些易错环节转移到容错的“离线”系统中执行（“离线”系统的状态制备可以反复尝试直到确定成功），则可以提高整个计算的保真度。利用GHZ态三光子纠缠和辅助光子测量的方案，研究人员以容错的方式实现了纠缠态制备和贝尔态测量，从而高保真地将多种量子态传递到逻辑量子比特。
论文链接：
https://doi.org/10.1073/pnas.2026250118
二、政策和战略
——国 内——
【工信部：加快布局人工智能、量子通信等前沿领域】
9月13日，在国务院新闻办公室举行的“推进制造强国网络强国建设 助力全面建成小康社会”新闻发布会上，工业和信息化部总工程师田玉龙表示，工信部将加快前瞻性布局，在人工智能、量子通信等前沿领域进行新兴产业链布局，引导地方、扶持地方，结合各自的特色和区域战略，使他们形成各具特色的产业链，推动新兴产业集群化发展。（来源：中国政府网、人民网）
原文链接：
http://www.gov.cn/xinwen/2021-09/13/content_5637030.htm#allContent
http://finance.people.com.cn/n1/2021/0913/c1004-32225400.html
【发展量子科技，安徽与科技部、中国科学院召开座谈会】
9月18日上午，安徽省与科技部、中国科学院在量子信息与量子科技创新研究院召开座谈会，深入贯彻习近平总书记关于科技创新的重要论述和考察安徽重要讲话指示精神，坚定不移下好创新先手棋，勇担新使命、勇当开拓者，着力打造量子科技成果策源地和产业发展集聚区，推动科技创新势能转化为安徽“三地一区”建设的强大动能。（来源：安徽省人民政府网站）
原文链接：
http://www.ah.gov.cn/zwyw/jryw/554042091.html
【江苏探索开展量子保密通信城域网建设，投入专项资金支持量子科技等】
8月，江苏省人民政府办公厅印发《江苏省“十四五”数字经济发展规划》，提出要在量子通信与量子计算等领域实现引领性原创成果重大突破，超前部署量子科技等前沿技术研发；在量子通信等方向形成一批重大科技成果、大力引培高端数字人才、加快推进量子通信技术标准及安全测评工作、形成一批具有核心竞争力的量子通信应用产品。要根据国家统筹规划建设量子保密通信干线网，与国家广域量子通信骨干网络无缝对接，探索开展南京等地量子保密通信城域网建设，加快量子保密通信试点应用。
近期，江苏省财政下达2021年省重点研发计划专项资金4.85亿元，其中2.1亿元将用于支持137项产业前瞻与关键核心技术重点研发项目，项目瞄准量子科技、未来网络等重点领域。（来源：江苏省人民政府网站、江苏省财政厅网站）
原文链接：
http://www.jiangsu.gov.cn/art/2021/8/26/art_46144_9989328.html
http://czt.jiangsu.gov.cn/art/2021/9/6/art_7938_10001058.html
【《江西省“十四五”制造业高质量发展规划》发布，推动量子信息发展】
9月，江西省人民政府印发《江西省“十四五”制造业高质量发展规划》，提出超前谋划布局量子科技等重大颠覆性、变革性技术的产业孵化和培育，将结合江西产业技术实际，围绕量子计算、量子通信和量子精密测量三大领域，强化现有基础与前瞻研究、技术突破等的互动牵引，加强成熟技术转移承接、中试，积极推进技术项目化、产业工程化，努力推动在量子信息等方面取得发展。（来源：江西省人民政府网站）
原文链接：
http://www.jiangxi.gov.cn/art/2021/9/10/art_4968_3579108.html
——国 际——
【欧盟发布报告重点关注量子技术等领域，将向量子通信等9个领域投入1500亿欧元】
9月8日，欧盟发布一份《2021年战略前瞻报告》，其中量子技术、半导体等被确定为欧盟未来的关键领域。该报告是欧盟制定战略政策以及支持研发和工业的关键要素。目前一些领域项目已经在实施中，例如Gaia-X数据项目、量子项目和130亿欧元的综合空间战略。
9月15日，欧盟委员会主席冯德莱恩表示，欧盟7500亿欧元的新冠疫情复苏基金中，约五分之一（1500亿欧元）将用于发展数字技术，并强调发展数字技术是整个地区“发展的关键”。 欧盟官方希望在2030年之前将资金投向5G通信、安全的量子通信、高性能计算等9个领域。（来源：EC官网、eeNews Europe网站、彭博社）
报告链接：
https://ec.europa.eu/info/sites/default/files/foresight_report_com750_en.pdf
原文链接：
https://www.eenewseurope.com/news/eu-foresight-report-highlights-semiconductors-quantum-and-space
【美国能源部新提供1250万美元，资助伯克利实验室等建造量子网络测试平台】
8月31日消息，在美国能源部（DOE）提供的新的为期5年高达1250万美元的资金支持下，劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）和加州大学伯克利分校将为量子互联网概念开发一个测试平台——QUANT-NET（新纠缠技术的量子应用网络测试平台）。该项目目标是在伯克利实验室和加州大学伯克利分校之间建立一个分布式量子网络，这将有助于实现美国能源部建立全国量子互联网的愿景，并支持美国国家量子计划。（来源：伯克利实验室网站）
原文链接：
https://newscenter.lbl.gov/2021/08/31/quantum-network-testbed/?from=groupmessage
【美国国家科学基金会向多所高校拨款，以支持量子领域发展】
美国国家科学基金会(NSF)9月3日宣布向蒙大拿州立大学和阿肯萨斯大学拨款2000万美元，以建立MonArk NSF量子工厂(Quantum Foundry)，加速量子材料和器件的发展。9月16日，NSF宣布分别向马里兰大学、俄亥俄州大学各提供一项为期两年、价值500万美元的资助。其中，马里兰大学的资助项目用于开发量子互连——连接量子计算机和为量子互联网铺平道路的关键技术。俄亥俄州大学获得资助的是融合量子科学、技术、工程、艺术和数学的本科教育项目，此次资助将用于其建立变革性、模块化的量子科学学位和认证项目。（来源：阿肯萨斯大学网站、马里兰大学网站、俄亥俄州大学网站）
原文链接：
https://news.uark.edu/articles/57527/monark-nsf-quantum-foundry-established-with-20-million-grant
https://today.umd.edu/5m-nsf-grant-to-fund-research-on-quantum-internet-foundations
https://news.osu.edu/ohio-state-led-qusteam-initiative-awarded-5-million-from-nsf/
【英国投资9300万英镑建设国家量子计算中心】
9月20日，英国国家量子计算中心(NQCC)举行奠基仪式，正式破土动工。该中心的建设工程将在五年内获得9300万英镑的资金，目的是加速开发可扩展的实用量子计算机。NQCC是英国国家量子技术计划（NQTP）的一部分——一项为期十年、耗资10亿英镑的计划，旨在确保实现量子技术从实验室到工业生产的成功过渡。NQCC的关键目标之一是在未来五年内展示超过100个量子比特的量子计算机，其团队已经试运行第一批量子研究和开发项目。（来源：NQCC官网、tech hq网站）
原文链接：
【法国和荷兰签署关于量子技术合作的谅解备忘录】
8月31日，在法国总统和荷兰首相会晤期间，法国和荷兰签署了一项加强量子技术双边合作的谅解备忘录。当日，四家致力于量子技术的企业出席了签字仪式，包括荷兰半导体设备制造商ASML、荷兰量子初创公司Qu&Co、法国风险投资公司Quantonation和法国IT公司Atos。（来源：euractiv网站、Quantum Computing Report网站）
原文链接：
【美英澳达成新防务和安全伙伴关系，将在量子技术等方面开展合作】
9月15日消息，美国、英国、澳大利亚宣布达成了一项新的防务和安全伙伴关系，将开展在网络能力、人工智能、量子技术和额外的海底能力方面的合作。（来源：英国政府网站）
原文链接：
https://www.gov.uk/government/news/uk-us-and-australia-launch-new-security-partnership
三、产业进展
——国 内——
【首届量子产业大会在合肥开幕，合肥量子城域网项目正式启动建设】
9月18日，2021量子产业大会在安徽合肥正式开幕，大会以“量子科技 产业革命”为主题，聚集了一批国内外量子信息产业界的专家、学者和量子科技企业。会上，安徽省委常委、合肥市委书记虞爱华和中国电信董事长柯瑞文共同为中电信量子科技有限公司揭牌；合肥量子城域网项目正式启动建设，一批量子产业先进应用成果也对外发布。此外，国盾量子、安徽电信、中电信量子、安恒信息、本源量子、国仪量子、新华三、辰安科技等公司共同启动“量子信息应用产业生态合作”，将共同推动量子技术落地。（来源：安徽省人民政府等）
原文链接：
https://www.ah.gov.cn/zwyw/jryw/554042191.html
【国盾量子联合牵头的QKD网络安全性国际标准获得ITU-T研究组一致通过】
9月，由国盾量子与日本信息和通信技术研究院（NICT）联合发起立项的ITU-T国际标准建议书《量子密钥分发网络的安全要求和措施 — 密钥管理》获得SG17研究组的一致通过，即将进入最后的征求意见（LC）阶段。该标准聚焦QKD网络中的密钥管理层，对密钥数据、元数据及管控信息提出了具体的安全要求和防护措施，为QKD网络密钥管理层的实际安全设计和部署提供了明确的的技术规范。（来源：ITU官网）
原文链接：
https://www.itu.int/itu-t/workprog/wp_item.aspx?isn=15002
【七量子科技项目入选2021年安徽省科技重大专项】
9月6日，安徽省科技厅公布了2021年安徽省科技重大专项立项项目清单（第一批）。由国盾量子独立承担的“通信波段单光子探测器关键技术攻关”项目，以及与长虹美菱、中科类脑等合作的“基于量子安全的工业互联网边缘计算网关关键技术研发及示范应用”等7个量子技术项目入选该清单。据了解，今年安徽省科技厅为落实国家重大战略部署，以“强化国家战略科技力量”为先导，首次在技术攻关项目中新增设立“量子信息技术”领域。（来源：安徽省人民政府网站等）
原文链接：
http://kjt.ah.gov.cn/kjzx/mtjj/120577701.html
【2021年“科学探索奖”获奖名单揭晓，两位量子信息领域教授获奖】
9月13日，由腾讯基金会出资支持、科学家主导的公益性奖项“科学探索奖”获奖名单揭晓。从事量子信息领域研究的中国科学技术大学徐飞虎、朱晓波教授获得“数学物理学”奖项。徐飞虎在量子通信和单光子成像等量子信息技术方面做出突出贡献；朱晓波在可扩展超导量子计算方面做出显著贡献。（来源：中国新闻网）
原文链接：
http://www.chinanews.com/gn/2021/09-13/9564187.shtml
——国 际——
【波兰波兹纳超级计算和网络中心和 IDQ 合作提供跨境 QKD 连接】
9月1日消息，波兹纳超级计算和网络中心 （PSNC） 和IDQ合作在波兰的运营网络上提供量子密钥分发（QKD）服务以及跨境 QKD 连接。该条国际城市间QKD链路连接了波兰的切申和捷克共和国的俄斯特拉发。
PSNC与IDQ在波兹纳建立了QKD基础设施，以提供和支持基于现有PSNC 服务的各种 QKD使用案例，例如高性能计算（HPC）、电子医疗和地方行政管理。目标是使QKD首先在波兹纳和先锋网络上全面运作，并在稍后进一步扩展到城际链路和服务。（来源：IDQ网站）
原文链接：
https://www.idquantique.com/poznan-supercomputing-collaboration/
【英国电信在空心光缆上进行量子密钥分发】
9月13日，英国电信(BT)宣布，该公司实现了世界上第一个在空心光缆上进行的量子密钥分发(QKD)实验。在实验中，英国电信的研究人员使用商业设备在一条6公里长的空心光缆上成功运行了一个先进QKD系统(由欧盟OpenQKD项目提供)。研究表明，空心光缆具有潜在优势，如减少延迟和无明显串扰情况。（来源：英国电信网站）
原文链接：
【韩国研究人员开发出世界上最小的量子随机数发生器芯片】
9月9日消息，韩国原子能研究所(KAERI)和韩国电子通信研究院(ETRI)的研究人员已经将其β量子随机数发生器缩小为1.5毫米的芯片。研究团队将从镍-63 β射线生成随机数的关键电路集成到世界上“最小和最快”的β量子随机数发生器中，该发生器可以为物联网加密安全系统提供防黑客攻击的随机数。如果这项技术实现商业化，它将可以安装在所有类型的计算机、安全系统、处理器和物联网模块中。（来源：aju daily网站）
原文链接：
https://www.ajudaily.com/view/20210909131525594
【美国伊利诺伊大学卫星CAPSat成功发射，将展示天基量子通信的实现技术】
8月29日，美国SpaceX猎鹰9号运载火箭从肯尼迪航天中心升空，向国际空间站发送了三颗由大学制造的小型研究卫星，其中包括伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校与加拿大滑铁卢大学共同开发的立方体卫星CAPSat。
CAPSat大约4英寸x 4英寸x 12英寸大小，重约2.8公斤。CAPSat通过在轨道上进行量子光学实验，来展示天基量子通信的实现技术，帮助证明未来任务的可行性。同时还将测试在太空中实现量子连接的技术。（来源：NASA官网、伊利诺伊高级空间系统实验室网站）
原文链接：
https://lassiaero.web.illinois.edu/2021/08/30/capsat-launches-to-the-international-space-station/
【以色列欲将量子密钥分发系统用于太空通信】
以色列9月2日宣布将在今年冬季实施的载人航天项目中携带以色列初创公司QuantLR最新的网络安全设备。作为国际空间站任务的一部分，宇航员将演示QuantLR的独特技术如何帮助确保卫星和地球网络之间的信息传输安全。QuantLR的安全性体现在用量子密钥分发取代了基于数学的加密。（来源：times of israel网站）
原文链接：
https://www.timesofisrael.com/spotlight/securing-information-in-the-age-of-supercomputers/
【马里兰大学投资2000万美元，与IonQ共建国家量子实验室】
9月8日，马里兰大学和量子计算公司IonQ宣布将在马里兰共建国家量子实验室(简称Q-Lab)，由马里兰大学投资2000万美元。马里兰大学在全国各地的学生、教师、研究人员、员工和合作伙伴都能有机会使用IonQ的离子阱量子计算机。（来源：IonQ官网）
原文链接：
https://ionq.com/news/september-08-2021-ionq-and-umd-establish-national-quantum-lab
【芬兰企业开始合作，以从量子技术中获益】
9月21日消息，由于预计到2030年全球量子计算市场将超过500亿欧元，芬兰公司已开始合作，OP金融集团、埃森哲、CSC- IT 科学中心以及量子技术公司 Bluefors 和 IQM 成为第一批加入BusinessQ（一个由芬兰国家技术研究中心（VTT） 协调的关系网）的公司。BusinessQ旨在支持采用并发展量子技术及解决方案的业务，围绕量子技术的机遇为芬兰制定商业路线图。（来源：VTT网站）
原文链接：
四、科技前沿
——国 内——
【基于空间自由度纠缠提高量子通信抗噪声能力】
中国科学技术大学、奥地利科学院、维也纳大学等的研究人员演示了空间自由度上的纠缠具有更好的抗噪声能力，可用于改善纠缠型量子通信的实际应用能力。研究人员实验了一个基于8路径纠缠的量子密钥分发，发现在各种水平的环境噪声下，每一对光子对能够提取的密钥都还能大于1比特。成果9月10日发表于《Physical Review Letters》。
论文链接：
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.110505
【基于相位噪声信任提升CV-QKD性能】
西南通信研究所（ 中国电子科技集团三零所）和北京邮电大学的研究人员发展了LLO CV-QKD方案的相位噪声模型，并采用信任测量噪声的机制来提高系统的抗噪能力。在实验验证中，将来自于探测效率、探测器电子学噪声、干涉对比度实时监测的噪声视为可信，相对于常规的噪声处理模型的性能提升超过40%。成果9月14日发表于《Physical Review A》。
论文链接：
https://doi.org/10.1103/PhysRevA.104.032608
【实现基于颜色擦除强度干涉的高空间分辨成像】
中国科学技术大学与美国麻省理工学院研究团队合作，利用济南量子技术研究院研制的周期极化铌酸锂波导搭建颜色擦除强度干涉仪，成功分辨了1.43km距离外相距4.2mm的两个不同波长光源，空间分辨成像能力超过单望远镜衍射极限40倍。成果8月31日发表于《Physical Review Letters》。
论文链接：
https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.127.103601
——国 际——
【基于等离子石墨波导产生连续变量纠缠和隐形传态】
阿联酋阿布扎比大学、美国德克萨斯A&M大学等的研究人员设计了一种新型的连续变量纠缠源。该纠缠源基于混合光学-微波等离子的石墨波导，通过该波导控制与同一微波模耦合的两种光场并产生双模压缩态。该纠缠源可用于远距离的连续变量隐形传态，并且对微波自由度的热噪声具有很好的健壮性。成果9月27日发表于《Physical Review Applied》。
论文链接：
https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.16.034046
【量子-经典共纤传输距离突破95km】
瑞士日内瓦大学的研究人员利用2.5GHz的离散变量量子密钥分发（DV-QKD）设备开展了一系列实验量子-经典光通信共纤传输试验。在量子使用O波段而经典光通信使用C波段的波长分配方案中，量子密钥分发系统可以在95.5km良好光纤&经典光功率8.9dBm、51km老化光纤&经典光功率16.7dBm等典型应用条件下产生密钥。成果9月20日发表于《Applied Physics Letters》。
论文链接：
https://doi.org/10.1063/5.0060232
【多模存储方案降低量子计算破译RSA2048所需量子位】
法国巴黎-萨克雷大学的研究人员分析了采用运算、存储联合架构的量子计算机性能，并设想了一种可显著提高整数分解效率的架构。该架构采用时分&空分复用存储器来存储运算过程的量子态，相对于传统的平面网格及近邻连接架构，所需量子位的数量可以下降数个量级。以破译RSA2048为例进行估计，基于传统架构估计需要2000万量子位（谷歌），而新架构仅需要1.3万（使用的具体参数：处理器量子位13436个、门错误率10E-3、单步时长1ms，存储器空间模28兆、时间模45、存储时长2小时，使用3D gauge color编码，阈值0.75%的破译耗时177天）。成果9月28日以编辑推荐形式发表于《Physical Review Letters》。
论文链接：
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.140503
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