量子信息科學的案例
科學家發現重化學元素 能夠突破量子力學理論！
一系列涉及元素周期表最難理解的元素的復雜實驗顛覆了科學界的一些長久以來的信條。
佛羅里達州立大學的研究人員發現，量子力學的理論并不足以解釋元素周期表一些稀有重元素。相反，另一個著名的科學理論——愛因斯坦的相對論，能夠解釋元素周期表最后一些元素的性質。
該研究發表在《Journal of the American Chemical Society》雜志上。
量子力學本質上是能夠解釋分子的基本規則和完全解釋元素周期表上大部分的元素的化學性質。但是，佛羅里達州立大學化學教授homas Albrecht-Schmitt發現，這些規則就元素周期表那些不太知名的重元素而言會被愛因斯坦的相對論推翻。
homas Albrecht-Schmitt教授
“這就像是在另一個宇宙，因為這是你在日常元素看不到的化學”Albrecht-Schmitt說。
這項研究花了三年多完成，涉及元素周期表的元素锫，Bk。佛羅里達州立大學和總部在佛羅里達州立大學的國家高磁場實驗室24個研究者參與該實驗，Albrecht-Schmit制造的锫化合物表現出不尋常的化學性質。
他們沒有遵循量子力學的正常規則。
具體來說，锫原子周圍的電子沒有像較輕的元素如氧、鋅或銀那樣安排自己的組織方式。通常情況下，科學家們期望看到電子都面向同一個方向排列。就像鐵充當磁鐵一樣。
然而，這些簡單的規則不適用于元素锫及后面元素，因為有一些電子與科學家們預測的排列相反。
Albrecht-Schmitt和他的團隊意識到愛因斯坦的相對論實際上可以解釋他們在锫化合物所看到的。根據相對論，運動越快，質量越重。因為這些重原子的原子核是高度帶電的，電子接近光速運動。這使他們變得比正常重，適用于電子行為的典型規則開始打破。
Albrecht-Schmit說t當他和他的團隊開始觀察到該過程這是“令人興奮的”。
展開 大邱慶北科學技術院：實現高電壓綠光鈣鈦礦量子點太陽能電池！
(PQDs)在表面化學方面的研究進展使得短鏈配體可以取代天然的長鏈配體，使其在光伏領域具有廣闊的應用前景，但目前還沒有關于寬禁帶、綠色發光的CsPbBr3量子點的研究報道，該量子點在光伏領域具有廣闊的應用前景。
科學家開發出一種新的偏振異質結構發光材料！2D材料和0D量子點的“結合”，為未來新型顯示器帶來可能
圖片來源：Xu HongWei等
圖1. a、納米片（Nanosheet）材料的合成過程示意圖；b、碳量子點合成工藝示意圖；c、 納米片和碳量子點材料的復合結構示意圖；d、納米片和碳量子點復合材料的膠體性質（使用λ=635nm的激光照射）；e、納米片和碳量子點復合材料的發光性能（使用λ=365nm的紫外線燈照射）；f、納米片和碳量子點復合材料透過正交偏振器觀察到的雙折射現象。
偏振發光材料具有光發射和光學調制的雙重屬性，它具有許多獨特的優勢，包括偏振發光和自適應光學調制等。然而，傳統有機偏振發光材料的應用一直都有很多挑戰，例如對外部場不敏感、發光效率低或紫外線光學穩定性不足等。最近，有研究人員創新地開發出一種新的偏振發光材料，據介紹該材料對外部場的靈敏度有很大的提高，其次它在深紫外波長范圍內的穩定性和發光效率也得到了提高，這對多功能光學控制設備的制造具有重要意義。
由于固有的一維或多維納米尺度，很多低維無機材料與大塊材料相比能夠表現出非常不同的物理性質，這其中值得關注的是，這一類材料具有明顯的量子限制效應和顯著的光學各向異性。具體而言，由不同尺寸的材料制成的復合異質結構材料，能夠獲得優異的電學、磁學、催化和光化學性能，它們在相關應用中表現出非凡的性能。不過，偏振發光材料領域一直沒有看到這樣的突破，這主要歸因于與復合異質結構的制造技術還很不成熟，另外，不同尺寸的材料之間也比較缺乏互補的性質特征。
在最近《光：科學與應用》期刊上發表的一篇新論文中，由中國廣東省中國科學院深圳高級技術研究院的丁寶福領導的一個科學家團隊將一種具有超高刺激敏感度的寬帶隙2D材料與0D的碳量子點（CD）集成。經過驗證，這種合成材料能夠發出高光效和偏振度的藍色熒光。
據介紹，通過這種方案，研究人員合成出首個以0D/2D構型為特征的全無機納米異質結構有機發光材料。
展開 新型量子計算機首次打破二進制，信息存儲在鈣原子中
全新的量子系統
盡管以 0 和 1 存儲信息并不是最有效的計算方式，但卻是最簡單的方式。簡單通常還意味著可靠且對錯誤具有魯棒性，因此二進制信息已成為經典計算機無可挑剔的標準。
因斯布魯克量子計算機將信息存儲在單個被捕獲的鈣原子中，每個鈣原子都有八種狀態，科學家們已經使用其中七種狀態進行計算。
在量子世界中，情況就大不相同了。例如，在因斯布魯克量子計算機中，信息存儲在單個捕獲的鈣原子中。這些原子中的每一個自然有八種不同的狀態，其中通常只有兩種用于存儲信息。事實上，幾乎所有現有的量子計算機都可以達到更多的量子狀態，遠遠多于它們用于計算的狀態。
在實驗中，研究人員展示了一個通用 Qudit 離子阱量子處理器 (TIQP)，它使用了 40Ca+ 離子捕獲鏈的原生多級結構。實驗表明，每個 40Ca+ 離子本身就支持具有 8 個能級的 Qudit，具有高度連通的希爾伯特空間。
40Ca+ 離子的能級圖。量子信息以 S1/2 和 D5/2 狀態編碼，其中 S 和 D 之間的每個躍遷都可以使用 729nm 的單個窄帶激光器訪問。
非常自然的應用
這種新的量子計算機可以通過使用 qudits 計算來充分利用這些原子的潛力。與經典案例相反，使用更多狀態并不會降低計算機的可靠性。「量子系統自然不止有兩種狀態，我們證明了我們可以同樣很好地控制它們。」Thomas Monz 說。
另一方面，許多需要量子計算機的任務，例如物理、化學或材料科學中的問題，也很自然地用 qudits 語言表達。對于今天的量子計算機來說，用量子位重寫它們實在過于復雜。「不僅對于量子計算機，而且對于它的應用來說，使用超過 0 和 1 是非常自然的，這使我們能夠釋放量子系統的真正潛力。」
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小型量子精密測量工具：可通過現有制造技術量產！
導讀
近日，美國國家標準與技術研究院（NIST）的科研人員設計出一個芯片，讓激光與微型原子云在其上面進行交互，充當一個小型工具箱，以量子精準度測量重要的物理量，例如長度。
背景
近年來，科學家們對微觀尺度的精密測量日益重視，由此帶動了以量子力學基本原理為基礎的量子精密測量技術的快速發展。量子精密測量是量子信息科學的一個重要方向，旨在利用量子資源和效應實現超越經典方法的測量精度。
創新
近日，美國國家標準與技術研究院（NIST）的科研人員設計出一個芯片，讓激光與微型原子云在其上面進行交互，充當一個小型工具包，以量子精準度測量重要的物理量，例如長度。
（圖片來源：Hummon/NIST）
正如在《Optica》雜志上發表的論文中所描述的，NIST 的原型芯片可用于生成波長780納米的紅外線，作為校準其他儀器的參考長度來說，它已經足夠精準。NIST 芯片封裝了原子云和光柵結構，將光波引導進入小于1平方厘米的面積，它的尺寸差不多是提供相似測量精度的其他小型設備的萬分之一。
NIST 物理學家 Matt Hummon 表示：“相比于其他采用芯片引導光波探測原子的設備，我們的芯片將測量精準度提高了百倍。我們的芯片目前依賴于一個小型外部激光器和光學平臺，但是在未來設計中，我們希望將所有東西都集成到芯片上。”
技術
許多設備都采用光線探測小型蒸汽室中原子的量子狀態。原子對于外部條件高度敏感，因此，它成為了極好的檢測器。這種基于光線與原子蒸汽交互的設備，可用于測量一些物理量，例如：時間、長度、磁場，應用于導航、通信、醫學及其他領域。一般來說，這種設備必須通過手工組裝。
NIST研發的新型芯片使外部激光光線通過新型波導和光柵結構傳輸，擴大光束直徑從而探測約1億個原子，直到它們從一個能級躍遷至另外一個能級。
展開 未來趨勢探索：量子計算時代，UG許可模式將如何被顛覆？
量子算法加權：
對量子優化算法（如VQE）實施差異化費率，鼓勵高效設計。
某電池材料設計項目，通過算法優化使許可費用下降58%。
動態拍賣機制：
構建量子云許可市場，企業按需競價閑置量子資源。
某設計外包平臺測試顯示，非高峰時段許可成本可降低72%。
三、混合架構挑戰：經典與量子的許可協同
某重工集團的過渡方案提供實踐參考：
雙模許可服務器：
部署經典-量子混合許可池，自動路由任務至最優計算資源。
某船舶設計項目通過此架構，將流體仿真效率提升3.7倍。
退相干保護：
在量子許可中嵌入經典校驗碼，抵御環境噪聲干擾。
某光子芯片設計企業實現99.2%的量子許可可用性。
人才雙認證：
要求許可管理員同時持有經典ITIL認證與量子信息科學資質。
某企業通過此機制，將量子許可故障響應時間壓縮至17分鐘
四、實戰案例：從猜想驗證到商業落地
某航空發動機企業：
構建量子安全許可體系，通過QKD網絡實現全球設計中心的絕對安全協同。
在某型渦扇發動機設計中，成功抵御國家級量子計算攻擊測試。
某半導體設備廠商：
開發量子體積計量系統，將EDA軟件許可費用與工藝節點解耦。
通過動態計費，使3nm芯片設計許可成本下降41%。
五、倫理與監管：被忽視的量子許可挑戰
當許可管理進入量子時代，三大新風險浮現：
算力壟斷：
頭部企業可能通過量子許可構建設計壁壘，歐盟已啟動《量子設計公平競爭法案》立法。
算法偏見：
某AI企業訓練數據中的量子噪聲導致許可分配歧視，引發集體訴訟。
展開 潘建偉團隊再次刷新世界紀錄：實現18個光量子比特糾纏
近期，出于商業目的，雖然IBM、英特爾、谷歌等宣布實現了更高數目的量子比特樣品的加工，但是這些量子比特并沒有形成糾纏態。
潘建偉團隊
1987年，潘建偉從浙江考入中國科學技術大學近代物理系，第一次接觸到了量子力學。
他和同事在過去20年一直在國際上引領著多光子糾纏和干涉度量的發展，并在此基礎上另辟蹊徑地開創了光子的多個自由度的調控方法。
2015年，通過實現對光子偏振和軌道角動量兩個自由度的量子調控技術和單光子非破壞測量。
通過多年的不懈探索和技術攻關，研究組自主研發了高穩定單光子多自由度干涉儀，實現了不同自由度量子態之間的確定性和高效率的相干轉換，完成了對18個量子比特的262144種狀態的同時測量。
△ 潘建偉入選2017《自然》十大科學人物
在此基礎上，研究組成功實現了18個光量子比特超糾纏態的實驗制備和嚴格多體純糾纏的驗證，創造了所有物理體系糾纏態制備的世界紀錄。
此外，潘建偉還和團隊一起建成了國際上規模最大的量子通信網絡，從太空建立了迄今最遙遠的量子糾纏，構建出世界上第一臺超越早期經典計算機的光量子計算機……
前不久潘建偉指出，曼哈頓計劃使得美國率先掌握核武器影響20世紀的政治格局，量子信息技術從某種意義上講是和平年代的“核武器”。由于我國重視比較早，目前處于并跑狀態。
潘建偉現擔任中國科學技術大學常務副校長，中國科學院量子信息與量子科技創新研究院院長，中國科學院院士等職。
展開 美參議院通過最全面反中法案，批準數十億美元用于半導體制造
這個新的替代案迅速引起參議院的熱烈討論，該院撤回了美國參議院商務、科學與交通委員會提出的《無盡前沿法案》修正版本，改為討論舒默提出的這個新替代案。
「這是美國歷史上最大膽也最全面的反中立法。楊參議員對開放的兩黨合作進程感到高興，并期待著該法案在6月8日的表決。」托德·楊的發言人曾說。
二
《法案》長達1400多頁，包括六項內容。一方面，沿襲《無盡前沿法案》修正案核心內容。
比如，法案要求NSF在未來關注人工智能與機器學習、高性能計算、半導體、量子信息科學與技術等十大關鍵技術領域，并為此要求成立新的NSF技術與創新學部，該部門將在五年內獲得290億美元。
另外，NSF在未來五年內獲得撥款810億美元（包
括撥給新學部的290億美元）、五年內撥款100億美元由商務部主導成立10個區域技術創新中心等。
另一方面，《法案》也新增不少內容，特別是針對中國部分。
首先，由美國財政部負責實施，包括建立三個基金，涉及500多億美元的投資。分別是 「美國半導體生產激勵基金」、「美國半導體生產激勵國防基金」和「美國半導體生產激勵國際技術安全與創新基金」。
其次，為與中國競爭而量身定做的《戰略競爭法案》（STRATEGIC COMPETITION ACT OF 2021），基本內容也是利用外交手段來遏制中國。
展開 《Science》：美國或將禁止資助任何獲得過中國人才計劃的科學家！
新的限制已納入參議院多數黨領袖查克·舒默（D-NY）倡導的兩黨立法，該法案將授權國家科學基金會和能源部研究大量預算增加，以及還給NSF一個新技術局。委員會以24票對4票贊成，以推動該法案的最新版本（S.1260），該法案最早將于下周提交參議院。具有相同限制的類似法案正在美國眾議院中待決。
這份長達340頁的方案旨在增強該國將基礎研究轉化為對美國經濟和國家安全至關重要的技術的能力。支持者將中國視為對美國創新領導力的主要威脅，其許多規定旨在抵制中國過去二十年來為加強人工智能和量子信息科學等領域的創新而做出的積極努力。
中國采取的一種方法是邀請世界一流的科學家（通常出生于中國，但現在在另一個國家工作）與中國機構進行更新或建立聯系。這些人才招聘計劃名稱各異，但都為選定的科學家提供了豐厚的資金和高級職位。 2018年，美國政府機構發起了一項運動，以起訴聯邦政府資助的科學家，這些科學家在尋求下一筆資助時沒有透露這種聯系。僅美國國立衛生研究院（National Institutes of Health）就在近100個機構中鑒定了200多名科學家，他們懷疑這些科學家違反了要求披露外國聯系的規則，其中一小部分現在面臨聯邦當局對這些聯系向當局撒謊的指控。
根據《全民教育法》第303條的規定，白宮科學技術政策辦公室（OSTP）將被要求“為聯邦科學機構制定一套有關外國政府人才招聘計劃的統一政策準則”。但是，與前總統唐納德·特朗普（Donald Trump）在卸任前不久發布的關于該問題的備忘錄不同，該備忘錄包括不具約束力的建議，而參議院的法案則闡明了該機構的指導意見。
一些機構已經禁止員工和承包商參加此類計劃。全民教育將把這一禁令擴大到整個政府。它還涵蓋了接受聯邦資助的更大數量的學術科學家。
展開 重磅發布！2022 中國光學領域十大社會影響力事件
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超高分辨率量子點發光二極管打開“元宇宙”通路
開發可在微小空間輸出海量信息的極高分辨率近眼顯示器，是進入“元宇宙”的重要途徑。量子點材料因具有高色純度、高發光效率等優異特性，在發光顯示領域具有廣闊應用前景。近眼顯示中，消除“紗窗效應”要求顯示設備達到萬級PPI（每英寸所擁有的像素數目），因此，如何實現量子點發光二極管的極高分辨像素化，是一個核心關鍵問題。福州大學李福山教授團隊聯合中科院寧波材料所團隊，巧妙將異相界面量子點自組裝技術和轉移印刷技術相結合，實現亞微米尺度無缺陷圖案化的同時有效阻隔了漏電流，首次實現了兼具高發光效率和超高分辨率（最高25400PPI）的量子點發光二極管，打開了一條通向“元宇宙”的全新道路。相關成果發表于Nature Photonics。
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量子直接通信距離首次達到100公里
北京量子信息科學研究院副院長、清華大學教授龍桂魯團隊和清華大學教授陸建華團隊合作，設計和實現了一種相位量子態與時間戳量子態混合編碼的量子直接通信新系統，通信距離達到100公里，是當前世界最長的量子直接通信距離。這樣的指標可以在無中繼條件下實現城市之間的點對點量子直接通信，同時可以支撐基于安全經典中繼的廣域量子網絡一些應用。相關成果發表在Light：Science & Applications。
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歷久彌新，46階非線性熒光賦能共聚焦62nm分辨率
已普及數十年的共聚焦顯微鏡有光路簡單、可見即可得的優點，應用廣，但分辨率受限通常在200nm以上。
展開 
COMSOL光電專題第三十三期線上直播！
西北大學
上海科技大學
哈爾濱工業大學
中國科學技術大學
北京量子信息科學研究院
河北大學
北京化工大學
中國計量大學
南京郵電大學
中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
安徽大學
海南大學
火箭軍工程大學
新加坡科技設計大學
中國科學院大學微電子所
國防科技大學
上海理工大學
電子科技大學
西安郵電大學
中國科學院上海技術物理研究所
江蘇大學
華僑大學
海軍工程大學
西北工業大學
中國科學院半導體研究所
福州大學
寧波大學
成都大學
重慶郵電大學
中國科學院物理研究所
中央民族大學
南洋理工大學
西安石油大學
河南科技大學
中國航空工業集團公司
寧夏大學
東華理工大學
華南理工大學
廣東工業大學
新奧科技發展有限公司
蘭州理工大學
青島農業大學
華東交通大學
成都理工大學
北京信息職業技術學院
展開 半導體所等在高質量半導體-超導納米線研究方面取得系列進展
該系列工作得到了國家自然科學基金委、中國科學院、北京市科委、清華大學自主科研計劃、清華大學低維量子物理國家重點實驗室、量子信息前沿科學中心以及阿里巴巴創新研究計劃等的經費支持和幫助。
文章來源半導體材料與工藝設備
50個關鍵詞，帶你全面了解量子計算
基于這些優勢，液體核磁共振量子計算是目前所有實驗物理體系中進展最好的，并且成為了驗證量子計算原理和各種模型的絕佳實驗平臺。
光量子計算
Optical Quantum Computation
量子比特的光子實現在量子信息科學中扮演著重要的角色，除了在量子密碼和量子通信中非常成功的應用之外，光子量子計算也是最初實現多粒子糾纏，量子態的制備，簡單量子算法的物理系統之一。
光子所具有的巨大的優點在于它沒有退相干，并且我們可以精確的控制和操縱它。
光子量子計算吸引人們的另一點是它可以與各種量子通信的應用緊密聯系在一起，比如可以用它來做分布式量子計算。
量子計算機的構成
量子比特
Qubit
在常規計算機中，信息單元用二進制的1個位來表示，它不是處于“0”態就是處于“1”態。
在二進制量子計算機中，信息單元稱為量子比特(qubit)，它除了處于“0”態或“1”態外，還可處于疊加態(superposedstate)。
疊加態是“0”態和“1”態的任意線性疊加，它既可以是“0”態又可以是“1”態，“0”態和“1”態各以一定的概率同時存在。
簡單來說，量子比特就是一個具有兩個量子態的物理系統，如光子的兩個偏振態、電子的兩個自旋態、離子（原子）的兩個能級等都可構成量子比特的兩個狀態。
展開 Science：通過電子隧穿在2D范德華晶體絕緣體中探測磁性
近年來興起的拓撲絕緣體及其量子相變體系存在著多種新奇物理效應，并趁著2016年拓撲相變獲得諾貝爾物理學獎的“東風”，在凝聚態物理學、量子材料科學、信息電子學等多學科領域產生了廣泛而深遠的影響，在未來低能耗自旋電子器件中具有潛在應用。
【成果簡介】
近日，來自美國麻省理工的P. Jarillo-Herrero（通訊作者）的團隊在 Science發表了題為Probing magnetism in 2D van der Waals crystalline insulators via electron tunneling的文章，報道了分層磁絕緣體CrI3的隧穿與溫度和施加磁場的關系，檢測磁性基態和層間耦合并觀察場誘導的磁性轉變，超磁轉變分別對雙層，三層和四層CrI3阻擋層產生95％，300％和550％的磁阻，他們進一步測量了路口的非彈性隧道譜，揭示了與CrI3中集體磁激發一致的光譜。
【圖文導讀】
圖1：實驗裝置圖
A: 四層CrI3隧道結器件的光學顯微圖；
B: 金屬/鐵磁絕緣體/金屬結的示意性能量圖；
C: 零偏置結電阻與溫度的關系。
圖2：CrI3的磁導率
A: 通過雙層CrI3隧道勢壘（器件D2）的電導作為500μVAC激勵下面外施加磁場的函數；
B-C: 在低高場狀態下，旋轉并旋轉通過雙層CrI3隧穿的電子所經歷的障礙的示意圖，在低場狀態下，這兩層反平行，并且兩個自旋都看到高阻擋層。 在高場條件下，各層對齊，向上自旋看到低能量壘，導致電導率增加。
D-F: 四層CrI3屏障裝置的原理圖。
圖3：CrI3中磁電阻的起源
A: 在300 m K時，多個器件的磁阻比（黑圓圈）與CrI3層數之比；
B: 多個器件的電阻面積與CrI3層數的關系；
C: 用密度泛函理論計算三層石墨/三層CrI3異質結構的電子結構。
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