2023年2月國內外量子科技進展
【編者按】
宏偉的大廈總是由許多大大小小的基石和支柱構成。在量子互聯的大廈藍圖中，前沿科技仍在不斷地打造更好的基石，從理論到實驗，從高精裝置到集成器件，從密鑰分發網到量子計算網……感謝您對科大國盾量子技術股份有限公司和量子信息技術的關注，我們盡力檢索了國內外主流網站和期刊，摘錄出領域關聯度和重要度較高的部分科技產業動態和前沿研究成果，供讀者快速了解。
一、本期頭條
【量子計算在多項容錯技術方面取得探索性突破】
在量子計算實現“優越性”后，容錯計算——實現高可靠的“邏輯”量子比特成為量子計算走向實用化的最核心任務。相對于當前技術水平，實現容錯計算一方面需要繼續大幅降低物理量子比特的錯誤率，另一方面需要運用多個物理比特保障一個邏輯比特的糾錯技術。
本月，相關技術取得多項突破，包括：谷歌量子AI團隊首次實現超導量子比特性能滿足在規模擴展時克服新增錯誤，實驗演示了通過擴展表面碼“邏輯”比特規模時能夠降低錯誤率；休斯研究實驗室設計了基于自旋超精細相互作用、無需注入射頻信號的操控量子點自旋方法，避免了操控手段導致的關聯性錯誤，為容錯量子計算的操控提供了新方法；新南威爾士大學等的研究人員也設計了基于自旋超精細相互作用，無需外磁場的操控量子點自旋方法，為提升系統可擴展性提供了支撐。
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技術詳情參見科技前沿。
二、政策和戰略
——國 內——
【中共中央國務院印發《質量強國建設綱要》，突破量子化計量技術】
近日，中共中央、國務院印發的《質量強國建設綱要》提出，實施質量基礎設施能力提升行動，突破量子化計量及扁平化量值傳遞關鍵技術等。（來源：中國中央人民政府官網）
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http://www.gov.cn/zhengce/2023-02/06/content_5740407.htm
【長江中游四省會城市簽署“三年計劃”，將加強量子通信網絡規模應用合作】
2月21日，武漢、長沙、合肥、南昌四個省會城市協同十二個觀察員城市簽署了《長江中游城市群省會城市合作行動計劃（2023—2025年）》《長江中游城市群2023年重點合作事項》等文件。文件提出加強量子通信網絡規模應用與合作，結合國家廣域量子保密通信骨干網絡和武漢、合肥等地城域網絡，推動長江中游城市群城域、城際量子通信網絡建設。加強量子通信網絡建設交流，結合已建成的量子通信網絡，加快量子通信技術在長江中游地區信息通信、金融、政務、電力、工業互聯網、物聯網、車聯網、大數據等領域試點示范應用。（來源：合肥晚報）
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https://newspaper.hf365.com/hfwb/pc/content/202302/22/content_381430.html
【2023年北京市政府工作報告重點任務清單發布，超前布局量子科技】
近日，北京市印發《2023年市政府工作報告重點任務清單》。其中包括出臺加強世界一流新型研發機構統籌管理辦法，拓展多元化投入渠道，力爭在人工智能、區塊鏈、量子信息、生命科學、網絡安全等領域取得更多創新應用成果；加快推進互聯網3.0等新標桿工程，超前布局量子科技、算法創新等技術等。（來源：北京市人民政府官網）
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http://www.beijing.gov.cn/zhengce/zhengcefagui/202301/t20230131_2909785.html
【深圳推動密碼技術、量子技術等安全技術的研發】
2月4日，《深圳市金融科技專項發展規劃（2023-2025）》正式發布。提出推動以密碼技術、量子技術、物聯網安全技術等為代表的安全技術自主創新及研發，拓展加密技術在身份認證、網絡安全、反欺詐等關鍵領域的應用。（來源：深圳市地方金融監督管理局）
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http://www.jr.sz.gov.cn/sjrb/xxgk/ghjh/zxgh/content/post_10409782.html
——國 際——
【歐盟發布量子技術旗艦計劃前三年發展情況報告】
近日，歐盟委員會發布了一份關于量子技術旗艦計劃最初三年階段的報告。該報告回顧了該旗艦計劃的量子研究項目的成功結果和具體成就，并在旗艦計劃的下一階段開始時總結了關鍵的經驗教訓。
歐盟自2016年以來在資助旗艦計劃和QuantERA（支持31個歐洲國家的量子研究）方面，為歐洲量子研究提供了超過1.75億歐元的資金。后續，在“地平線歐洲”計劃下，歐盟委員會將在2021-2027年期間繼續支持旗艦計劃項目，支持資金至少為500億歐元。（來源：歐盟委員會網站）
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https://digital-strategy.ec.europa.eu/en/news/quantum-tech-flagship-ramp-phase-report
【德國啟動Quant-ID項目：確保量子安全身份】
2月6日消息，為抵御量子計算對經典加密的攻擊，Quant-X安全密碼公司、弗勞恩霍夫光電微系統研究所、MTG AG和雷根斯堡大學四家單位合作啟動了Quant-ID項目，研究開發基于量子隨機數和后量子密碼的長期保證密碼安全的新方法和系統。（來源：德國聯邦教育及研究部網站）
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https://www.forschung-it-sicherheit-kommunikationssysteme.de/projekte/quant-id
【美國國家科學基金會向量子信息科學與工程計劃資助500萬美元】
2月9日消息，在美國國家科學基金會（NSF）500萬美元的資助下，阿肯色大學派恩布拉夫分校(UAPB)將領導與阿肯色大學另外兩所分校的合作，建立量子信息科學與工程計劃。NSF資助的項目名為QuAPB，將建于派恩布拉夫分校，并成為美國這一地區首個量子中心，用于集成量子光子學的量子材料和器件的綜合研究和教育。（來源：UAPB網站）
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【美國兩部門成立“顛覆性技術打擊小組”，保護量子計算等技術】
2月16日，美國司法部和商務部宣布成立“顛覆性技術打擊小組”，以保護美國的先進技術不被美國的對手國家非法獲取和利用。聲明提到，對手國家包括中國、伊朗、俄羅斯和朝鮮等，對手尋求的技術包括與超級計算和百億億級計算、人工智能、先進制造設備和材料、量子計算和生物科學相關的技術。（來源：美國司法部網站）
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【以色列與美國合作，利用量子技術開發下一代作戰工具】
2月20日消息，以色列最大的國防公司——航空航天工業公司正在努力加強與美國國防相關機構的合作，以尋求開發面向未來的技術。據以色列國防消息人士稱，政府間關于技術合作的討論包括戰斗系統中的量子計算、動能殺傷彈道攔截系統等。（來源：《Breaking Defense》雜志）
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https://breakingdefense.com/2023/02/israels-iai-seeking-to-increase-us-ties-on-quantum-hypersonics/
【荷蘭與美國簽署量子信息科技合作聯合聲明】
2月15日，美國和荷蘭在海牙簽署了量子信息科學技術(QIST)合作聯合聲明。兩國分別通過美國國家量子計劃(NQI)和Quantum Delta NL計劃加速量子信息科學技術領域的研究步伐。此前，美國已與法國、芬蘭、瑞典、丹麥、英國等分別簽署了合作聲明。（來源：美國國家量子倡議官網）
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【印度和美國合作開發量子計算等戰略技術】
近日消息，印度和美國的國家安全顧問主持了美印關鍵和新興技術倡議的首次會議。在量子科技領域，兩國將簽署國家科學基金會與印度科學機構之間研究機構伙伴關系的新實施安排，以擴大人工智能、量子技術等一系列領域的國際合作；建立印美聯合量子協調機制，促進研究和產業合作。（來源：白宮網站）
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三、產業進展
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【國科量子與云南文旅交通、電子研究所簽署合作協議】
1月31日，云南文旅交通發展有限公司與國科量子通信網絡有限公司、云南省電子工業研究所有限責任公司簽署框架合作協議。三方擬合作實施的“車輛網平臺”項目以保障旅游交通安全運行為出發點，將量子安全服務引入到文旅交通管理中，構建安全運輸、精準服務、數字運營于一體并可持續發展的云南文旅交通車聯網平臺。（來源：云南國資官微）
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https://mp.weixin.qq.com/s/qyQW9MVPI9d0IadmxP7mEA
【安徽省財政廳首次實現量子加密傳輸數據】
2月28日消息，安徽省財政廳政務云業務系統與合肥市財政局之間分別部署了量子密鑰分發設備，依托合肥量子城域網，通過量子密鑰分發技術、量子密鑰中繼技術和經典量子波分復用技術，實現安徽省預算管理一體化系統省廳和合肥市之間的量子加密傳輸，提升了系統和數據的安全性。（來源：安徽省財政廳官微）
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https://mp.weixin.qq.com/s/y-YZZdACYgkIiXisNmiCCw
【國盾量子獲科技部全國顛覆性技術創新大賽最高獎】
2月24日，由科技部主辦的2022年全國顛覆性技術創新大賽總決賽結果出爐。本屆大賽自2022年7月啟動以來，吸引了來自全國各地重點高校、知名科研院所、行業龍頭企業等單位2800多個技術項目報名參賽。國盾量子的量子計算相關項目經層層篩選、項目比拼，榮獲大賽最高獎——優勝項目。（來源：國盾量子官微）
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https://mp.weixin.qq.com/s/edI_lXIRBU1tG3qpEReocg
【“挑戰杯”競賽首次將量子計算作為賽題，國盾量子發榜】
2月17日，第十八屆“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽“揭榜掛帥”專項賽榜單發布，首次將量子信息科技的主流研究方向——“量子計算”作為賽題。其中國盾量子承擔“基于量子計算云平臺的軟件開發和應用探索”賽題的發榜及組織工作，將為所有參賽選手提供豐厚的現金獎勵和強大的保障措施。（來源：共青團中央官微）
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https://mp.weixin.qq.com/s/8fYezsqr5xbTtm5GqDqk2g
——國 際——
【美加日歐四大量子聯盟成立國際理事會】
近日，加拿大量子產業、美國量子經濟發展聯盟、日本量子戰略產業革命聯盟和歐洲量子產業聯盟簽署了一份諒解備忘錄（MoU），正式成立國際量子產業協會理事會。該理事會旨在加強參與聯盟之間關于量子技術發展目標和方法的溝通與合作。（來源：bussinesswire網站）
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【SKT推出下一代“量子密碼單芯片”，并在MWC世界移動通信大會上展出】
2月20日，SKT宣布與SK Square的子公司IDQ、韓國安防公司KCS共同開發的量子隨機數發生器芯片和具有密碼通信功能的半導體合二為一的“量子密碼單芯片”已經上市，該芯片已于2月28日在2023年MWC大會上展出。”量子密碼單芯片“是一種超輕、低功耗芯片，能夠為各種基于物聯網的產品和設備提供安全保護。該芯片除了采用基于量子的加密密鑰生成技術外，還應用了PUF（物理不可克隆函數）等安全技術，其最大優勢是具有強大的安全性，SKT目前正在申請獲得國家情報機構的安全認證。（來源：SKT官網、IDQ官網）
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https://news.sktelecom.com/185271
【美國展示首個基于無人機的量子網絡】
2月22日消息，美國佛羅里達大西洋大學（FAU）量子物理實驗室的Warner A. Miller教授向美國眾議員Cory Mills介紹并演示了位于FAU的美國第一個基于無人機的移動量子網絡。該網絡包括地面站、無人機、激光器和光纖，可以共享量子安全信息。FAU、量子技術公司Qubitekk和美國防務公司L3Harris正在與美國空軍合作，結合學術界、政府和工業界的專業知識，未來有可能將該項目擴大到更大的航空平臺以及其他地面和海上平臺的應用。（來源：FAU官網）
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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網絡系統】
2月19日，西班牙量子密鑰分發公司LuxQuanta發布了第一款產品NOVA LQ?，該產品是一種使用量子物理特性加密數據的設備，可提供用于城市內網絡的高性能連續變量量子密鑰分發(CV-QKD)的解決方案。LuxQuanta成立于2021年5月，是西班牙光子科學研究所ICFO的衍生公司，其目標是將先進、安全的量子密碼技術集成到傳統的通信基礎設施中。（來源：LuxQuanta官網）
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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，為政府和國防部門提供量子通信等產品和服務】
2月6日，量子計算公司QCI宣布正式成立一家名為QI Solutions的全資子公司，致力于為政府和國防市場提供量子解決方案。QI Solutions可提供包括熵量子計算解決方案、軟件以及量子通信和量子傳感技術，并將在安全供應鏈管理、光先進制造、量子勞動力開發和量子研發等領域提供一系列定制服務。（來源：QCI網站）
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【美國國防高級研究計劃局選中三家公司探索可行的容錯量子計算機新方法】
近日，美國國防高級研究計劃局選擇Atom計算公司、微軟公司和PsiQuantum公司加入未開發的公用事業規模量子計算系統(US2QC)項目。該項目旨在探索量子計算在公共事業領域戰略性應用。該計劃預計五年，包括四個階段，由三家公司開展概念設計，DARPA負責測試和驗證，評估概念設計可行性與成果。（來源：quantum computing report網站、The quantum insider網站）
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【量子計算公司Rigetti收到退市警告，更新業務戰略】
近日，量子計算公司Rigetti因股票在過去30個交易日內未能維持在1美元以上的收盤價，收到納斯達克的退市“警告”。2月10日，Rigetti宣布更新業務戰略，修訂技術路線圖。包括實施裁員28%的計劃、在2023年第一季度交付具有84量子比特的Ankaa-1量子系統等。其新總裁兼首席執行官表示，即將公布的84量子比特系統，實現98%保真度，公司將繼續專注于保真度的系統改進（從98%到99%），有望在明年初達到99.5%左右。（來源：fierce electronics網站、Rigetti網站）
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【后量子密碼學初創公司Sandbox AQ融資5億美元】
2月14日，Sandbox AQ宣布已經完成了5億美元的融資，Breyer Capital、T. Rowe Price基金和Salesforce Inc.創始人Marc Benioff的TIME Ventures都參與了這輪融資，其中、該公司董事長、谷歌前首席執行官Eric Schmidt也參與了此次融資。Sandbox AQ去年從谷歌拆分出來成為獨立公司，目前的重點是通過后量子密碼技術，幫助客戶抵御來自量子計算機的攻擊。(來源：siliconANGLE網站）
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https://siliconangle.com/2023/02/14/post-quantum-cryptography-startup-sandbox-aq-raises-500m/
【澳大利亞量子產業獲得多項投資，用以擴大量子計算相關研究】
近日，澳大利亞量子計算與傳感公司Q-CTRL宣布其B-1系列融資2740萬美元，Salesforce Ventures也參與其中。根據Pitchbook的數據，Q-CTRL的B輪融資總額超過5200萬美元。該公司預計在2023年將其團隊從80人增加到約120人，在悉尼、洛杉磯和柏林設有辦事處。
2月21日，悉尼大學宣布投資740萬美元以擴大其量子技術設施，在悉尼納米科學中心建立未來量子比特鑄造廠。該項目將匯集悉尼在量子計算研究方面的現有優勢，專注于發明下一代量子比特所需的基礎科學，使悉尼工業界和政府建立量子合作伙伴關系,并使澳大利亞處于下一代量子比特設計的前沿。（來源：Q-CTRL網站、悉尼大學官網）
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四、科技前沿
——國 內——
【基于超冷原子的可調反常弗洛凱拓撲帶】
中國科大潘建偉、陳帥實驗組聯合中國人民大學物理學系張威、北京大學劉雄軍課題組，在冷原子量子模擬領域取得重要進展，通過囚禁在震動光晶格的??Rb原子，實現了一個周期驅動的反常量子霍爾效應模型，并利用(d-1)維的能帶翻轉面來反應(d+1)維周期驅動系統的拓撲特征，得到了豐富的相圖。該成果近日發表于《Physical Review Letters》。
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https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.043201
【光頻梳保持TF-QKD的光源相干性】
北京量子信息科學院的研究人員利用本地光頻梳保持異地光源相干性，實驗實現了無需額外信道輔助的雙場量子密鑰分發，可容忍100km級的兩側鏈路差異，有效提升了該方案的實用性。實驗在615.6km光纖上實現了0.32bps成碼率。該成果2月18日發表于《Nature Communications》。
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https://doi.org/10.1038/s41467-023-36573-2
【被動調制方法實現自由空間CV-QKD】
上海交通大學的研究人員提出并實驗了被動態制備連續變量量子密鑰分發方案，相比于傳統的高斯調制方案，被動調制結構更簡，更適合集成和自由空間終端場景使用。該實驗首次使用增強自發輻射光源實現通過漲落信道傳遞的本地本振，在15dB衰減、含湍流擾動的模擬信道上實現了1Mbps的成碼率（無限碼長近似）。該成果2月21日發表于《Optics Letters》。
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https://doi.org/10.1364/ol.485166
【單光子雪崩管達到700M計數率】
北京量子信息科學院、中科院半導體所的研究人員設計了一種雪崩控制與信號讀出電路，顯著提升了單光子雪崩二極管（SPAD）的最大計數率。該技術基于超窄門控抑制SPAD俘獲載流電子的水平（將導致后脈沖），并利用超窄干涉電路將門控信號導致的電容性反應濾除超過80dB且失真較小。通過上述電路的兩級級聯，在探測效率25.3%、1.25GHz正弦門控的單光子探測器上實現了最高700M的（每秒）計數率且后脈沖水平低至0.5%。該成果2月15日發表于《Optics Express》。
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https://doi.org/10.1364/oe.478828
【偏振編碼QKD的解碼芯片】
廣西大學、國家信息光電子創新中心、中國信息通信科技集團有限公司的研究人員研制了偏振編碼QKD的解碼芯片。該芯片集成了多個極化分束旋轉器、熱聲相位調制器、多模干涉和可調光衰減等器件，利用偏振-路徑轉換方案進行解碼，可在長時間下保持偏振解碼穩定（誤碼率~0.59%），總衰減約4dB。該成果2月15日發表于Elsevier旗下期刊《Chip》。
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https://doi.org/10.1016/j.chip.2023.100039
——國 際——
【谷歌首次通過增加量子比特來降低計算錯誤率】
谷歌量子AI團隊展示了一種邏輯量子位表面碼，可以在系統規模增大時降低錯誤率。他們建造了一個72個量子位的超導量子處理器，并用兩種不同表面碼做了測試—— 一種distance-5邏輯量子位（基于49個物理量子位）和一種較小的distance-3邏輯量子位（基于17個物理量子位）。實驗顯示，較大表面碼能夠實現更好的邏輯量子位性能（每周期2.914%邏輯錯誤），優于較小的表面碼（每周期3.028%邏輯錯誤）。該成果2月22日發表于《Nature》。谷歌總部的量子計算部門負責人表示，谷歌目前的改進仍然很小，錯誤率還需要下降得更多。
原文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05434-1
https://doi.org/10.1038/d41586-023-00536-w
【無需射頻信號的硅基量子比特操縱方法】
美國休斯研究實驗室（HRL laboratory）的研究人員設計了一種硅/硅鍺量子點自旋操控方法，避免了“傳統”方法使用注入射頻信號進行操控帶來的關聯性錯誤，為容錯量子計算的操控提供了新方法。該方法基于超精細作用下的能級簡并態演化，控制目標比特自旋與相鄰自旋的部分自旋交換。該方法具有純電操作、低串擾和特定噪聲源不敏感的優勢。在硅/硅鍺量子點上實現了保真度96.3%的CNOT操作和99.3%的交換操作。該成果2月6日以手稿快速發布的形式刊登于《Nature》。
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https://doi.org/10.1038/s41586-023-05777-3
【無需外磁場的電子自旋操縱方法】
澳洲新南威爾士大學、墨爾本大學和日本慶應義塾大學的研究人員設計了一種調控量子點自旋的新方法，克服了傳統方法依賴外磁場從而難以集成的缺點。該方法基于電子-原子核自旋的超精細相互作用，利用射頻頻率的電場進行自旋操控，適用于規?；瘶嫿ü虘B量子處理器。與該成果2月10日發表于《Science Advances》。
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https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add9408
【單電子自旋讀出性能破紀錄】
劍橋大學、quantum motion公司、日立劍橋實驗室、法國微納米技術研究中心（minatec campus）、加州大學的研究人員設計了一種高保真度、單次讀出硅量子點電子自旋的集成裝置——單電子盒。該裝置通過低損耗高阻抗振蕩器連接量子點，利用對泡利勢壘的自旋相關隧穿形成自旋-電荷轉化，相對于傳統探測方法使用的電極更少，獲得了迄今為止最高的讀出性能，在小于6微秒的時間中讀出99.2%保真度。該成果2月23日發表于《Physical Review X》。
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https://doi.org/10.1103/physrevx.13.011023
【超導納米線32通道陣列單光子探測器達到1.5G計數率】
NASA噴氣推進實驗室、加州理工等的研究人員研制了超高速的近紅外單光子探測器。該探測器將32通道的超導納米線集成為一個陣列，有效克服了探測器死時間對連續工作能力的限制。該探測器單光子探測效率為78%、每秒暗計數158個、時間抖動小于50ps，將有效支持量子通信頻率提升至10GHz。該成果1月26日發表于《Optica》。
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https://doi.org/10.1364/optica.478960
【基于疊加態量子游走的量子通信協議】
印度科學院、塔拉馬尼學院等的研究人員設計了一種新式的量子通信方法。該方法使用J波片、軌道角動量分類器、光開關、光延時線等器件調制單光子極化態和軌道角動量態之間的糾纏，利用量子疊加態之間的演化（離散時間隨機游走）進行編碼，并利用內部糾纏保護編碼態安全。該方法在信道噪聲較低時能夠發現部分竊聽攻擊。該成果2月13日發表于《Physical Review A》。
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https://doi.org/10.1103/PhysRevA.107.022611
【側信道破解PQC算法 CRYSTALS-Kybe】
CRYSTALS-Kyber算法去年被美國國家標準與技術研究院（NIST）選為標準的一部分，用于封裝數據以防止量子計算機的攻擊。瑞典皇家理工學院的研究人員使用一種新的機器學習人工智能算法和使用電力線的側信道攻擊的組合來破解該算法。該算法已經針對直接攻擊進行了強化，但研究人員研究了更復雜的側信道攻擊，利用功耗的波動來破壞ARM Cortex-M4 CPU中運行的代碼。研究團隊開發了一種名為遞歸學習的新神經網絡訓練方法，使他們能夠恢復概率超過 99% 的消息位。目前他們正在開發針對算法側信道攻擊的對策。
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https://eprint.iacr.org/2022/1713
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