2021年10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
【中國在兩種物理體系實現量子計算優越性】
10月26日，國際知名學術期刊《Physical Review Letters》以“編輯推薦”的形式發表了中國科學技術大學的兩篇論文。該校潘建偉、朱曉波、彭承志研究團隊實現了66比特可編程超導量子計算原型機“祖沖之二號”的構建，實現了對“量子隨機線路取樣”任務的快速求解，其處理速度比目前最快的超級計算機快7個數量級，國盾量子也是“祖沖之二號”的參與單位之一；潘建偉、陸朝陽、劉乃樂等構建的113個光子144模式的量子計算原型機“九章二號”，則實現了相位可編程功能，其處理高斯玻色取樣的速度比目前最快的超級計算機快10的24次方倍。
至此，我國成為目前唯一同時在兩種物理體系都達到“量子計算優越性”里程碑的國家。
論文鏈接：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.180501
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.180502
美國物理學會Physics網站專家點評：
https://physics.aps.org/articles/v14/147
二、政策和戰略
——國 內——
【中共中央、國務院印發《國家標準化發展綱要》，加強量子信息等領域標準化研究】
10月10日消息，中共中央、國務院印發了《國家標準化發展綱要》（以下簡稱“綱要”），為未來15年我國標準化發展設定了目標和藍圖?！毒V要》提出，標準是經濟活動和社會發展的技術支撐，是國家基礎性制度的重要方面。并進一步提到“加強關鍵技術領域標準研究。在人工智能、量子信息、生物技術等領域，開展標準化研究”。（來源：新華網）
原文鏈接：
http://www.news.cn/politics/zywj/2021-10/10/c_1127943309.htm
【上海全面推進城市數字化轉型，前瞻布局量子通信】
10月24日，上海市人民政府辦公廳印發《上海市全面推進城市數字化轉型“十四五”規劃》，提出“把握產業技術變革及數字化、融合化發展方向，前瞻布局量子通信、神經芯片、DNA存儲等前沿技術，加快研發突破”，同時要“提升下一代數字技術攻關能力，聚焦量子信息、類腦智能、神經芯片、DNA存儲、6G網絡等數字技術重大前沿領域，加快建立新型數字技術協同攻關機制，探索形成政企協同、各揚所長的聯合創新模式”。（來源：上海市人民政府辦公廳）
原文鏈接：
https://www.shanghai.gov.cn/nw12344/20211027/6517c7fd7b804553a37c1165f0ff6ee4.html
【深圳強化對量子科技等未來產業的金融支持】
10月19日，深圳銀保監局、人民銀行深圳市中心支行和深圳地方金融監管局聯合印發《關于推動金融業服務新發展格局的指導意見》（以下簡稱“意見”）。
《意見》提出，建設科技和產業創新高地。鼓勵轄內金融機構在支持科技創新方面先行先試，強化對新一代信息通信、新材料、生物醫藥等先進制造產業和6G、量子科技、深海深空、無人駕駛等未來產業的金融支持，支持深圳大灣區綜合性國家科學中心等重大基礎設施和關鍵元器件等領域關鍵核心技術攻關。（來源：中國銀行保險監督管理委員會）
原文鏈接：
【江蘇部署136項關鍵核心技術攻關項目，瞄準量子科技等重點領域】
近日，江蘇省科技廳聚焦戰略性新興產業培育、高新技術產業發展和優勢傳統產業轉型升級，集中部署136項重點研發計劃（產業前瞻與關鍵核心技術）項目。瞄準第三代半導體、量子科技、未來網絡等重點領域，加強前沿技術布局和戰略技術儲備。其中，在量子科技領域共組織實施4個前瞻技術項目，研究方向涵蓋量子計算、量子通信、量子測量等三大應用領域，積極搶占未來產業競爭制高點。（來源：江蘇省人民政府網站）
原文鏈接：
http://www.jiangsu.gov.cn/art/2021/10/13/art_60095_10068641.html
【山西公布29個科技重大專項計劃項目，其中包含量子計算】
10月15日，山西省科學技術廳公布2021年度全省科技重大專項計劃“揭榜掛帥”項目，此次張榜項目共29個，包括企業重大技術攻關類項目22個、重大基礎前沿與民生公益類項目7個。“大規模離子阱量子計算的關鍵技術研究”和“基于量子光源的激光干涉引力波探測器原型機關鍵技術研究”兩個量子信息類項目包含其中。（來源：山西省人民政府網站）
原文鏈接：
http://www.shanxi.gov.cn/zw/tzgg/202110/t20211015_940789.shtml
——國 際——
【歐洲核子研究中心(CERN)量子研究計劃宣布首個路線圖】
10月14日，歐洲核子研究中心量子技術計劃(CERN QTI)發布了其中長期量子研究計劃的首個路線圖。該路線圖詳細說明了CERN QTI的目標和戰略，并概述了其管理架構及國際顧問委員會組成，以及促進與高能物理和其他量子技術領域的知識和創新交流活動。CERN QTI成立以來，主要在量子計算與算法；量子理論與模擬；量子傳感、計量與材料；量子通信與網絡領域探索量子技術。（來源：CERN官網）
原文鏈接：
線路圖原文：
https://zenodo.org/record/5571809#.YXpPB3GJdUM
【法國正式啟動量子優先研究與設備計劃，未來五年的總投資達到4.5億歐元】
9月底，法國宣布正式啟動量子優先研究與設備計劃(PEPR)，這是早前法國總統馬克龍宣布的18億歐元量子科技國家戰略中最重要的項目之一。 該計劃在未來五年內，將投資1.5億歐元用于基礎研究，重點包括：固態量子比特；冷原子；算法、糾錯和后量子密碼(PQC)；基于量子的計算和密碼學的基本非傳統方法。量子優先研究與設備計劃在現有3億歐元的基礎上增加1.5億歐元，使得未來五年的總投資達到4.5億歐元。（來源：Quantum Computing Report網站、領英）
原文鏈接：
https://www.linkedin.com/posts/neil-abroug_pepr-pia-activity-6847154767089684480-ucnQ/
【日本計劃投資1000億日元支持AI、量子技術等】
近日，日本經濟振興大臣山際大志郎表示，日本政府計劃設立基金，支持對國家經濟安全至關重要的尖端技術的開發，并將其納入10月31日眾議院選舉后制定的一攬子經濟措施中。該基金計劃投入1000億日元(約56億元人民幣)，旨在幫助日本企業和高校開發和實施人工智能、量子和機器人技術等前沿技術。（來源：Newswire網站）
原文鏈接：
https://www.newswire.com/news/mb-partners-outlines-japans-100-billion-planned-tech-fund-21531059
【慕尼黑量子谷項目從德國巴伐利亞州政府獲得8330萬歐元】
10月1日消息，慕尼黑量子谷項目獲得了巴伐利亞州科學和藝術部8330萬歐元的首次撥款。資助期限增加至2026年。
該項目目標包括在慕尼黑地區發展量子技術生態系統，建立量子技術園，建立量子計算和量子技術中心，促進新一代工程師和科學家的科學資格認證和培訓。（來源：巴伐利亞州科學和藝術部網站）
原文鏈接：
【白宮召開量子工業與社會峰會，發布《國際人才在量子信息科學中的作用》報告】
10月5日，美國白宮科技政策辦公室（OSTP）組織召開量子技術工業與社會峰會，討論量子計算機和量子傳感器如何造福美國社會以及提高美國的行業競爭力。其中總統辦公廳代表和量子產業代表進行了圓桌會議，重點了解量子信息科學的應用、將量子研發概念轉化為全球市場產品或服務遇到的障礙以及量子技術對社會的潛在影響。在峰會上，量子產業代表敦促國會通過《美國芯片法案》，以開發量子計算所需的芯片。
同日，白宮量子科學的經濟和安全影響子委會發布《國際人才在量子信息科學中的作用》報告，強調國際人才在確保美國量子信息科技企業充滿活力和成功方面的關鍵作用。(來源：美國NQI官網、FedScoop網站）
原文鏈接：
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-澳太空橋計劃獲得首筆50萬澳元資助】
10月21日消息，英國-澳大利亞太空橋(Space Bridge)計劃的首批投資50萬澳元已授予空間通信和空間量子技術等五個領域的研究項目，其中衛星量子加密項目由英國Arqit公司 和澳大利亞國立大學領導。
該計劃由澳大利亞智能衛星技術與分析合作研究中心(SmartSat CRC)管理和領導，并得到了澳大利亞貿易委員會、澳大利亞航天局、英國政府和英國航天局的支持。項目將在2022年6月30日前完成。（來源：澳大利亞國防雜志網站）
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【突尼斯量子網絡項目QUANTUN正式啟動】
10月17日消息，北非國家突尼斯的量子網絡項目QUANTUN正式啟動，該項目旨在聯合突尼斯量子物理和量子技術領域的研究人員，幫助他們共同努力為非洲大陸的第二次量子革命做出貢獻。這是繼南非量子技術倡議(SA QuTI)后，非洲又一個國家量子項目。（來源：TQD網站）
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三、產業進展
——國 內——
【量子密鑰分配（QKD）首次進入國家密碼行業標準】
10月19日，國家密碼管理局公告(第43號)發布了GM/T 0005-2021《隨機性檢測規范》等16項密碼行業標準，自2022年5月1日起實施。其中包括《GM/T 0108-2021 誘騙態BB84量子密鑰分配產品技術規范》、《GM/T 0114-2021 誘騙態BB84量子密鑰分配產品檢測規范》兩項量子密鑰分配相關標準。制定單位為國盾量子、問天量子、中國科大、中國人民解放軍信息工程大學、中電科三十所、北京郵電大學、國密局商密檢測中心等量子及經典信息安全單位。
這是繼上半年國家工信部出臺QKD相關通信行業標準后，量子技術在密碼行業標準上也實現了零的突破，將推動量子技術在我國信息安全領域的發展。（來源：國密局官網）
原文鏈接：
http://www.oscca.gov.cn/sca/xwdt/2021-10/19/content_1060880.shtml
【中國通信標準化協會：在量子信息等領域做好標準研制工作】
10月25日消息，中國通信標準化協會作為信息通信領域國家級標準化工作平臺，對今后在推進ICT標準化工作中如何落實《國家標準化發展綱要》精神，提出了初步想法思路。包括加強關鍵技術領域標準研究，在5G、人工智能、量子信息、新一代信息技術等領域做好標準研制、宣貫和產業化推廣，重點支持基礎通用、產業共性、新興產業和融合技術等領域標準研制。及時將先進適用科技創新成果融入標準，提升標準水平，推動產業變革。（來源：CCSA官網）
原文鏈接：
http://www.ccsa.org.cn/detail/4547?title=落實國家標準化發展綱要%20%20深入推進ICT標準化工作
【國網紹興供電公司完成“量子+”電力全業務全場景驗證】
10月19日消息，國網紹興供電公司成功開展“量子+”電力用能側負荷的集群控制場景驗證，利用量子密鑰為主站和終端間無線傳輸的數據信息加密，增強了數據傳輸的安全性。
相關負責人表示，當前國網紹興供電公司正全面推進新型電力系統省級示范市域樣板建設，通過“量子+”電力驗證，將為新型電力系統建設提供一套完整可行的信息支撐解決方案。（來源：人民網-浙江頻道）
原文鏈接：
http://zj.people.com.cn/n2/2021/1019/c370990-34963351.html
【基于5G硬切片的量子加密電力配網示范應用正式投入運行】
9月底，浙江移動寧波分公司與電力客戶、合作單位攜手打造的基于5G硬切片的量子加密電力配網示范應用正式投入運行，標志著寧波電力系統向高自愈智慧電網邁進了全新一步。本次聯合打造的基于5G硬切片的量子加密電力配網示范應用為全國首個，通過搭建量子安全服務平臺，賦能電力配網中遠程控制、遙信遙測數據采集等環節，有效提高了電力生產數據傳輸安全性，為電力系統“最后一公里”連接提供了更安全、可靠的保障。（來源：中國寧波網）
原文鏈接：
http://www.cnnb.com.cn/minsheng/system/2021/09/30/030293384.shtml
【第十七屆挑戰杯“量子安全應用”揭榜掛帥專項賽結果揭曉】
9月29日，由共青團中央、中國科協、教育部、全國學聯等共同主辦，國盾量子組織的第十七屆“挑戰杯”競賽“揭榜掛帥”專項賽“信息安全中的‘矛’‘盾’交鋒——抵抗量子計算沖擊的量子安全應用”比賽結果公布。經過評審委員會資格審查、審核遴選、答辯評審，來自7個省份11所高校的13支隊伍脫穎而出。根據統一安排，獲得特等獎的5支隊伍將參與“擂主”爭奪。（來源：創青春公眾號）
原文鏈接：
https://mp.weixin.qq.com/s/txgzP8jY8OcnrFTPrxJjVw
——國 際——
【英國電信和東芝建設并試用英國首個商用量子安全城域網】
10月5日，英國電信(BT)和東芝宣布，兩家公司將建造并試用第一個商用量子安全城域網。這一全新的網絡將連接位于倫敦碼頭區、金融城和M4走廊的站點，并將提供使用量子密鑰分發(QKD)和后量子密碼(PQC)保護的數據服務。 這個新網絡將由英國電信運營，并提供一系列量子安全服務。QKD鏈路將集成到BT現有的網絡管理運營中。東芝將提供量子密鑰分發硬件和密鑰管理軟件。（來源：英國電信網站）
原文鏈接：
【IDQ推出第 4 代量子密鑰分發平臺科研版】
10月18日，瑞士量子安全公司ID Quantique 繼5月推出其第4代量子密鑰分發系統Cerberis XG后，又發布了該系列產品的第二款Cerberis XGR，這是一個開放的平臺，旨在為想要測試技術、運行QKD試驗或建立量子實驗室的學術界、研究機構和技術評估實驗室提供多功能的研究工具。IDQ還提供按需服務，如定制培訓、產品定制或量子安全風險評估，以滿足用戶需求。（來源：IDQ網站）
原文鏈接：
https://www.idquantique.com/idq-unveils-cerberis-xgr/
【澳大利亞QuintessenceLabs融資2500萬澳元擴展量子安全解決方案】
10月26日消息，總部位于澳大利亞堪培拉的量子網絡安全解決方案提供商QuintessenceLabs在B輪融資中籌集了2500萬澳元，用以增強其在量子解決方案中的安全技術，擴大其客戶群體。QuintessenceLabs通過其量子隨機數發生器和高級數據訪問控制軟件保護敏感數據。（來源：TechCrunch網站）
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【印度國有電信研發機構C-DoT啟動量子通信實驗室】
10月，印度政府電信部秘書長K Rajaraman為國有電信研發機構C-DoT量子通信實驗室揭牌，并公布了C-DoT自主開發的量子密鑰分發(QKD)解決方案。目前，C-DoT已成為印度首家提供完整的本土量子安全電信產品和解決方案組合的機構，以全面滿足電信運營商以及國防等戰略部門的需求。印度政府已承諾在八年內為國家量子技術和應用項目撥款10億美元。（來源：ETTelecom網站）
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【拉脫維亞移動運營商首次使用量子技術加密傳輸數據】
9月底消息，為確保民用和國防數據傳輸的最高安全水平，拉脫維亞移動運營商LMT、拉脫維亞網絡設備制造商MikroTik和拉脫維亞大學數學與計算機科學研究院(LU MII)正合作開展量子網絡創新研發工作。在第一次測試中，LU MII的科學家在LMT網絡中使用量子技術加密傳輸數據，量子密鑰成碼率約為2000bps。在開展量子技術應用方面，MikroTik計劃在與LMT和LU MII聯合合作框架內開發加密設備，即適用于量子加密的芯片。（來源：LMT網站）
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【盧森堡衛星供應商SES與盧森堡大學成立聯合實驗室，專注于下一代量子通信】
10月17日消息，盧森堡衛星供應商SES公司和盧森堡大學安全、可靠性和信任跨學科中心(SnT)宣布成立聯合實驗室，探索高通量衛星系統在下一代網絡領域的應用，包括量子通信和網絡安全。根據協議，兩個機構探索下一代技術，擴大和加強長期伙伴關系。（來源：satnews網站）
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【國際合作團隊將在國際空間站開展量子糾纏與退火實驗】
10月4日消息，美國伊利諾伊高級空間系統實驗室（LASSI）、噴氣推進實驗室、伊利諾伊大學香檳分校物理部、滑鐵盧大學、新加坡國立大學等將于明年在國際空間站合作開展量子糾纏和退火實驗。
該實驗有效載荷尺寸為2U，重量不到3kg，計劃于2022年8月發射。該實驗將證明基于波導的量子糾纏源在空間量子應用中的可行性，并將采用光學退火技術以減少輻射引起的探測器噪音。（來源：LASSI官網）
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四、科技前沿
——國 內——
【多單元原子量子存儲器實現毫秒級存儲并演示量子中繼】
清華大學段路明團隊的研究人員在冷原子氣體量子存儲器中實現了多個存儲單元的存儲時間均突破1毫秒，并演示了有效的量子中繼。在一個量子存儲裝置中實現多單元存儲更有利于節點的緊湊化和糾纏連接，該團隊前期已經利用二維可編程光路實現了255個存儲單元的世界紀錄。在本項工作中，研究人員利用“鐘態”調控方案抑制磁場導致的不平衡展寬，利用自旋波“凍結”技術抑制運動導致的自旋波失相。在中繼實驗中，5×5的存儲單元實現了中心區4個存儲單元的存儲時間分別達到1.1~1.6毫秒，有效地實現了預報式糾纏異步產生。在糾纏連接實驗中，讀出糾纏的置信度為76.6±3.9%。研究成果10月12日以編輯推薦形式發表于《PRX Quantum》。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.040307
【測量設備無關的量子存儲驗證】
中國科大潘建偉團隊的研究人員首次成功實驗了測量設備無關的糾纏存儲驗證方案?；诩m纏態存儲和Bell態測量進行量子存儲器的無漏洞驗證具有很高的技術難度（糾纏對分別處于類空間隔、檢測效率滿足公平采樣等），為了提高可行性，研究人員參考了糾纏保持信道的檢驗方法，在糾纏光源可信前提下設計了量子存儲的測量設備無關驗證方法。實驗中，研究人員使用原子系綜的電磁誘導透明機制存儲糾纏對中的一個光子，該光子通過另一個原子系綜制備并且經過隨機調制，存儲數十微秒后讀出，并與糾纏對另一個光子進行Bell態測量。實驗結果顯示，隨著存儲時間從0增長到60微秒，糾纏檢驗的噪聲強度由0.054增長到0.146，反映了存儲效率的下降。研究成果10月14日發表于《Physical Review Letters》。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.160502
——國 際——
【光芯片集成的量子密鑰分發終端】
東芝（歐洲）的研究人員通過光芯片混合集成的方法實現了量子密鑰分發（QKD）光學功能模塊全部芯片化，并研制了插拔式（編碼、探測）光模塊的小型QKD終端。發射端編碼芯片采用硅基材料加工無源光路、采用InP材料加工高速有源器件，創新使用相位種子激光注鎖和電吸收調制器組合的方案實現光脈沖（前后分量的）相位編碼及誘騙態調制，無需使用不等臂干涉儀從而大幅減小光路，整個光路芯片的面積僅1×6mm2。接收端解碼采用不等臂干涉儀方案，使用硅基加工無源光路芯片，有源的鈮酸鋰相位調制器與控制電路芯片集成。收發兩端的芯片均采用CFP2結構封裝，模塊尺寸為41.7×107×12.4mm3，冗余性可支持方便的升級。量子隨機數發生器芯片采用增益開關型激光器和多模干涉光路方案，隨機數生成速度8Gbps，封裝后尺寸為12.7×30×8mm3。QKD終端整體采用1U短機框平臺，運行T12 QKD協議，工作頻率2GHz，每秒生成79組AES256密鑰。研究成果10月21日發表于《Nature Photonics》。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41566-021-00873-0
【硅光芯片量子存儲演示量子隱形傳態】
荷蘭代爾夫特大學、巴西坎皮納斯大學和我國浙江大學的研究人員研制了一種硅光芯片量子存儲并實驗演示了全功能量子中繼。該量子存儲器使用微納硅光晶體制造的“雙軌”結構，通過調控硅光晶體的自旋聲子態（一種集體激發態）和通信波段光子自旋態的光動力學耦合，實現了對光子的存儲讀寫，存儲時間大于1微秒。研究人員也通過在芯片上大量制備（160個）和篩選實現了兩個量子存儲器的共振波長、散射率、動力學過程熱激發等特性的高度一致，從而保證了糾纏光子一致性以及隱形傳態Bell態測量的有效性。該量子存儲的效率和存儲時間相對于金剛石色心有明顯提升，可以有效保障量子隱形傳態和量子中繼的效率。研究成果10月7日發表于《Nature Photonics》。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41566-021-00866-z
【應力調控機制實現光子-色心量子存儲】
加拿大卡爾加里大學的研究人員演示了一種調控通信波段光子與金剛石NV色心量子存儲讀寫的新方法。該方法并利用了NV色心的自旋態（能級結構）對應力敏感的機制，調控光動力學演化從而實現通信波長光子在色心自旋態上的讀寫，自旋態與光動力學態的耦合系數約168kHz。該調控方法不涉及光學躍遷過程并且對光譜色散不敏感，可適用于多種固態量子比特材料。研究成果10月14日發表于《Nature Physics》。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41567-021-01364-3
【易重構的糾纏分發局域網】
美國橡樹嶺國家實驗室、斯坦福大學、普渡大學的研究人員使用波長選擇開關搭建了量子糾纏分發局域網并演示遠程了量子態制備。新型的波長選擇開關（WSS）相對于傳統密集波分復用器件具有可編程控制波長切換的特點，可以更靈活地實現網絡路由，目前使用的WSS可支持通信波段（C波段）192通道（通道帶寬25GHz）復用和切換。研究人員使用II型參量下轉換糾纏源，結合WSS制備了8個能量匹配的糾纏通道，并演示了校園內3節點的糾纏分發和基于糾纏的遠程量子態制備。研究成果10月6日發表于《PRX Quantum》。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.040304
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