量子計(jì)算的案例
50個(gè)關(guān)鍵詞，帶你全面了解量子計(jì)算
量子點(diǎn)方案的優(yōu)點(diǎn)則是量子位可以是嵌套在固體材料中的固態(tài)量子器件，這與經(jīng)典計(jì)算機(jī)的大規(guī)模集成電路的設(shè)計(jì)相似。半導(dǎo)體量子點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)方式被認(rèn)為是最有可能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)的候選方案。同時(shí)，由于與當(dāng)前半導(dǎo)體工藝的良好兼容性，半導(dǎo)體量子點(diǎn)也成為量子計(jì)算研究領(lǐng)域發(fā)展最快的分支之一。另一方面半導(dǎo)體量子點(diǎn)體系受周邊環(huán)境的影響比較嚴(yán)重，控制其退相干，維持其量子相干狀態(tài)遇到了更大的挑戰(zhàn)。
拓?fù)?em>量子計(jì)算
Topological Quantum Computation
拓?fù)?em>量子計(jì)算建立在全新的計(jì)算思路之上，應(yīng)用任意子的交換相位，交換過程的“編辮”程序?qū)崿F(xiàn)量子計(jì)算的信息處理。拓?fù)鋵W(xué)研究幾何形象在幾何元素的連續(xù)變形下保持變的性質(zhì)。如果構(gòu)成量子比特的元素是拓?fù)洳蛔兊模谶@些量子比特的運(yùn)算結(jié)果也具有拓?fù)洳蛔冃浴Ｓ纱藰?gòu)造的量子計(jì)算對(duì)環(huán)境干擾、噪音、雜質(zhì)有很大的抵抗能力。但拓?fù)?em>量子計(jì)算尚停留在理論層面，實(shí)際上還未把這些理論付諸成器件化的現(xiàn)實(shí)。
核磁共振量子計(jì)算
NMR Quantum Computation
核磁共振量子計(jì)算使用核的自旋態(tài)作為量子比特。
根據(jù)樣品的不同，它分為液體核磁共振量子計(jì)算和固體核磁共振量子計(jì)算。
液體核磁共振使用溶于液體的分子上的核自旋作為量子比特通過共振頻率的不同來區(qū)分量子比特。
使用與核自旋共振的射頻脈沖操控量子比特，核自旋之間的交換相互作用用來實(shí)現(xiàn)量子比特間的糾纏和兩量子比特邏輯門。
由于環(huán)境相對(duì)簡單，核自旋擁有較長的退相干時(shí)間。基于核磁共振的量子調(diào)控技術(shù)也是相對(duì)比較成熟的技術(shù)。
展開 上海交大團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)全球最大規(guī)模光量子計(jì)算芯片
但是業(yè)界共識(shí)是即使做出幾十甚至更多量子比特?cái)?shù)，如果沒有做到全互連、精度不夠并且無法進(jìn)行糾錯(cuò)，通用量子計(jì)算仍然無法實(shí)現(xiàn)。與之相比，模擬量子計(jì)算可以直接構(gòu)建量子系統(tǒng)，不需要像通用量子計(jì)算那樣依賴復(fù)雜量子糾錯(cuò)。一旦能夠制備和控制的量子物理系統(tǒng)達(dá)到全新尺度，將可直接用于探索新物理和在特定問題上推進(jìn)遠(yuǎn)超經(jīng)典計(jì)算機(jī)的絕對(duì)計(jì)算能力。
作為模擬量子計(jì)算的一個(gè)強(qiáng)大算法內(nèi)核，二維空間中的量子行走，能夠?qū)⑻囟?em>計(jì)算任務(wù)對(duì)應(yīng)到量子演化空間中的相互耦合系數(shù)矩陣中。當(dāng)量子演化體系能夠制備得足夠大并且能靈活設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)，可以用來實(shí)現(xiàn)許多算法和計(jì)算任務(wù)，展現(xiàn)出遠(yuǎn)優(yōu)于經(jīng)典計(jì)算機(jī)的表現(xiàn)。金賢敏團(tuán)隊(duì)通過飛秒激光直寫技術(shù)制備了節(jié)點(diǎn)數(shù)多達(dá)49×49的三維光量子計(jì)算芯片，正是這種目前世界最大規(guī)模的光量子計(jì)算芯片使得真正空間二維自由演化的量子行走得以在實(shí)驗(yàn)中首次實(shí)現(xiàn)，并將促進(jìn)未來更多以量子行走為內(nèi)核的量子算法的實(shí)現(xiàn)。
研究組通過發(fā)展高亮度單光子源和高時(shí)空分辨的單光子成像技術(shù)，直接觀察了光量子的二維行走模式輸出結(jié)果。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證量子行走不論在一維還是二維演化空間中，都具有區(qū)別于經(jīng)典隨機(jī)行走的彈道式傳輸特性（ballistic transport）。這種加速傳輸正是支持量子行走能夠在許多算法中超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)。理論曾指出瞬態(tài)網(wǎng)絡(luò)特性（transient network）只在大于一維的量子行走中才實(shí)現(xiàn)，而以往準(zhǔn)二維量子行走實(shí)驗(yàn)由于受限的量子演化空間，無法觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)傳播特征。該研究首次在實(shí)驗(yàn)中成功觀測(cè)到了瞬態(tài)網(wǎng)絡(luò)特性，進(jìn)一步驗(yàn)證了所實(shí)現(xiàn)的量子行走的二維特征。
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過去20年里，增加絕對(duì)計(jì)算能力的方式通常是制備更多光子數(shù)的量子糾纏。中國一直在這方面保持優(yōu)勢(shì)，成功將光子數(shù)從4個(gè)提高到了10個(gè)，但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)增加光子數(shù)異常艱難。
展開 巨頭爭(zhēng)霸量子計(jì)算，誰將成為最后贏家？
我們沒有什么理由認(rèn)為量子計(jì)算會(huì)脫離這個(gè)路徑。
來源：新浪科技
未來趨勢(shì)探索：量子計(jì)算時(shí)代，UG許可模式將如何被顛覆？
環(huán)境成本：
單次量子許可驗(yàn)證可能消耗相當(dāng)于經(jīng)典計(jì)算1000倍的能耗，ESG評(píng)級(jí)壓力陡增。
在量子計(jì)算重構(gòu)商業(yè)文明的黎明時(shí)刻，UG許可模式的顛覆已不是技術(shù)猜想，而是正在發(fā)生的產(chǎn)業(yè)革命。從量子加密授權(quán)到按量子位計(jì)費(fèi)，從混合架構(gòu)協(xié)同到倫理監(jiān)管框架，企業(yè)需要立即啟動(dòng)量子許可戰(zhàn)略規(guī)劃。記住：在量子時(shí)代，軟件許可將從成本中心演變?yōu)閼?zhàn)略資源，誰能率先構(gòu)建量子優(yōu)勢(shì)，誰就能主導(dǎo)下一代工業(yè)設(shè)計(jì)的話語權(quán)。
(關(guān)注格發(fā)獲取更多咨詢)
價(jià)值2950億美元的「量子霸權(quán)」，技術(shù)水平到了哪個(gè)階段
HHL的各種衍生算法與人工智能的結(jié)合，讓量子機(jī)器學(xué)習(xí)成為可能，也讓量子計(jì)算機(jī)第一次擁有了商業(yè)價(jià)值。
一些量子算法，例如能夠以很高的概率發(fā)現(xiàn)黑箱函數(shù)的唯一輸入的Grover演算法，完成非結(jié)構(gòu)化搜索任務(wù)所需的時(shí)間僅為傳統(tǒng)計(jì)算方式的平方根。如今，大規(guī)模搜索以及機(jī)器學(xué)習(xí)問題多由GPU解決。波士頓咨詢預(yù)計(jì)，隨著量子計(jì)算方法取代GPU，非結(jié)構(gòu)化搜索及機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域?qū)⒈l(fā)出超200億美金的市場(chǎng)。
值得注意的是，一些量子機(jī)器學(xué)習(xí)算法只需要有50到100個(gè)量子比特的小型量子計(jì)算機(jī)就能展現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。自2011年始，尤其2014年之后，各大商業(yè)公司開始紛紛關(guān)注量子計(jì)算。波士頓咨詢猜測(cè)，這也許是谷歌、IBM等巨頭對(duì)能夠優(yōu)化搜索的量子計(jì)算平臺(tái)感興趣的原因之一。
不確定是否具有速度優(yōu)勢(shì)的案例（對(duì)應(yīng)上圖最右坐標(biāo)系）
當(dāng)今的經(jīng)典計(jì)算方法已經(jīng)能夠充分解決涉及復(fù)雜操作以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?yōu)的問題，比如運(yùn)輸及物流領(lǐng)域的路線優(yōu)化問題。在這類任務(wù)中，雖然量子計(jì)算方法有望突破傳統(tǒng)計(jì)算方式的速度閥值，但業(yè)內(nèi)普遍表示目前的計(jì)算方式已經(jīng)足夠。因此目前尚不清楚在這類問題中，量子計(jì)算能否釋放新的價(jià)值。
考慮到量子計(jì)算技術(shù)能夠以PaaS的形式輸出，因此在某些速度優(yōu)勢(shì)顯著的領(lǐng)域，有望看到五年內(nèi)大于70%的采納率，約等于GPU在機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的采納速度。對(duì)于速度優(yōu)勢(shì)不明顯的領(lǐng)域，預(yù)計(jì)將在15年后達(dá)到50%的采納率，類似SaaS服務(wù)的發(fā)展速度。至于速度優(yōu)勢(shì)未知的領(lǐng)域，15年后量子計(jì)算的采納率可能只有25%或更低。
量子計(jì)算有多遠(yuǎn)？
波士頓咨詢預(yù)計(jì)，未來25年，量子計(jì)算的成熟之路將經(jīng)歷三次浪潮。
第一次浪潮，2018-2028年。一些非通用的量子計(jì)算平臺(tái)將被研發(fā)出來，用于例如低復(fù)雜度的模擬等專項(xiàng)任務(wù)。
展開 我國量子計(jì)算機(jī)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)
近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授及其同事陸朝陽、朱曉波等，聯(lián)合浙江大學(xué)王浩華教授研究組，成功構(gòu)建了世界首臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算機(jī)。中國科學(xué)院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院今日在上海舉行新聞發(fā)布會(huì)，介紹了這一研究進(jìn)展。
“量子計(jì)算機(jī)在求解某類特定問題上具有巨大的優(yōu)勢(shì)。”中科院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉介紹，量子計(jì)算利用量子相干疊加原理，在原理上具有超快的并行計(jì)算和模擬能力，計(jì)算能力隨可操縱的粒子數(shù)呈指數(shù)增長，可為經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法解決的大規(guī)模計(jì)算難題提供有效解決方案。
“比方說，一臺(tái)操縱50個(gè)微觀粒子的量子計(jì)算機(jī)，對(duì)特定問題的處理能力可超過超級(jí)計(jì)算機(jī)。”潘建偉介紹，發(fā)展量子計(jì)算技術(shù)的主要挑戰(zhàn)通過發(fā)展高精度、高效率的量子態(tài)制備與相互作用控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)規(guī)模化量子比特的相干操縱。
由于量子計(jì)算的巨大潛在價(jià)值，歐美各國都在積極整合各方面研究力量和資源，開展協(xié)同攻關(guān)，同時(shí)，大型高科技公司如谷歌、微軟、IBM等也強(qiáng)勢(shì)介入量子計(jì)算研究。潘建偉介紹，目前，國際學(xué)術(shù)界在基于光子、超冷原子和超導(dǎo)線路體系的量子計(jì)算技術(shù)發(fā)展上總體進(jìn)展較快。
在各個(gè)路線的較量中，“多粒子糾纏的操縱”作為量子計(jì)算的核心資源，一直是國際角逐的焦點(diǎn)。在光子體系，潘建偉團(tuán)隊(duì)在多光子糾纏領(lǐng)域始終保持著國際領(lǐng)先水平，并于2016年底把紀(jì)錄刷新至十光子糾纏。
在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)利用自主發(fā)展的綜合性能國際最優(yōu)的量子點(diǎn)單光子源，通過電控可編程的光量子線路，構(gòu)建了針對(duì)多光子“玻色取樣”任務(wù)的光量子計(jì)算原型機(jī)。實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，該原型機(jī)的“玻色取樣”速度不僅比國際同行類似的之前所有實(shí)驗(yàn)加快至少24000倍，同時(shí)，通過和經(jīng)典算法比較，也比人類歷史上第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)（ENIAC）和第一臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)（TRADIC）運(yùn)行速度快10-100倍。5月2日，該研究成果以長文的形式在線發(fā)表于《自然光子學(xué)》。
展開 中國光量子比特糾纏數(shù)目逐次刷新世界紀(jì)錄意義何在？
汪喜林解釋，現(xiàn)在通過操縱一個(gè)光子的偏振、路徑和軌道角動(dòng)量等多種自由度，讓一個(gè)光子編碼3個(gè)光量子比特，這樣6個(gè)光子就能編碼18個(gè)光量子比特，實(shí)現(xiàn)18個(gè)光量子比特的糾纏，同時(shí)有效緩解了因光子數(shù)增加而可能帶來的種種問題。
未來量子計(jì)算機(jī)可應(yīng)用于需要大規(guī)模計(jì)算的科學(xué)難題
“量子比特糾纏的數(shù)目越大，可實(shí)現(xiàn)的量子計(jì)算的能力就越強(qiáng)。”團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人介紹，他們希望通過未來3年到5年努力，在量子計(jì)算方面能實(shí)現(xiàn)約50個(gè)糾纏量子比特的相干操縱，使其計(jì)算能力在某些特定問題的求解上，媲美或超越目前最好的經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)。
而根據(jù)理論預(yù)計(jì)，量子計(jì)算的前景遠(yuǎn)不止于此。汪喜林說，借助量子計(jì)算的并行性帶來指數(shù)級(jí)的加速，將能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越現(xiàn)有經(jīng)典計(jì)算機(jī)的速度。當(dāng)量子計(jì)算時(shí)代到來時(shí)，利用GHz時(shí)鐘頻率的量子計(jì)算機(jī)求解一個(gè)億億億變量的線性方程組，將只需要10秒鐘。而現(xiàn)在，即便是用世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)也至少需要幾百年。
“如能糾纏操縱100個(gè)粒子，在對(duì)某些特定問題的求解方面，量子計(jì)算的計(jì)算能力可達(dá)目前全世界計(jì)算能力總和的100萬倍。當(dāng)量子計(jì)算機(jī)應(yīng)用之時(shí)，現(xiàn)在的氣象預(yù)報(bào)、藥物設(shè)計(jì)等需要大規(guī)模計(jì)算的科學(xué)難題，將有望迎刃而解。”汪喜林舉例，比如現(xiàn)在的氣象預(yù)報(bào)，想要預(yù)報(bào)1個(gè)月后的天氣可能需要100天的計(jì)算時(shí)間，但計(jì)算上100天之后也就沒了預(yù)報(bào)的意義，但將來應(yīng)用了量子計(jì)算之后，1個(gè)月后的預(yù)報(bào)可能幾秒鐘的計(jì)算時(shí)間就可以完成。（來源：人民日?qǐng)?bào)）
展開 《自然?光子學(xué)》: 上海交大金賢敏團(tuán)隊(duì)在光量子計(jì)算機(jī)集成化上取得進(jìn)展
10 月 29 日，最新一期國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然?光子學(xué)》(影響因子：37.85) 以”Experimental quantum fast hitting on hexagonal graphs” 為題發(fā)表了上海交通大學(xué)金賢敏研究團(tuán)隊(duì)最新研究成果，報(bào)道了首個(gè)基于光子集成芯片的物理系統(tǒng)可擴(kuò)展的專用光量子計(jì)算原型機(jī)，首次在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了“快速到達(dá)”問題的量子加速算法。
該研究團(tuán)隊(duì)在飛秒激光直寫制備的三維光量子集成芯片中成功構(gòu)建了大規(guī)模六方粘合樹并演示了量子快速到達(dá)算法內(nèi)核，相比經(jīng)典情形展示了平方級(jí)加速，而且最優(yōu)效率提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。該項(xiàng)研究開啟利用量子系統(tǒng)的維度和尺度作為全新資源研發(fā)專用光量子計(jì)算機(jī)的路線圖。
近年來，關(guān)于通用量子計(jì)算機(jī)的新聞屢見于報(bào)端，IBM、谷歌、英特爾等公司爭(zhēng)相宣告實(shí)現(xiàn)了更高的量子比特?cái)?shù)紀(jì)錄。但是業(yè)界共識(shí)是，即使做出幾十個(gè)甚至更多量子比特?cái)?shù)，如果沒有做到全互連、精度不夠并且無法進(jìn)行糾錯(cuò)，通用量子計(jì)算仍然無法實(shí)現(xiàn)。即使以現(xiàn)在各種量子比特載體可以實(shí)現(xiàn)的極限操控精度，進(jìn)行量子糾錯(cuò)，通用量子計(jì)算機(jī)需要高達(dá)上百萬個(gè)量子比特才能真正超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)。
專用量子計(jì)算，由于可以直接構(gòu)建量子系統(tǒng)，不需要依賴復(fù)雜的量子糾錯(cuò)，因而相對(duì)于通用量子計(jì)算具有更靈活的實(shí)現(xiàn)方式和更高的可行度。一旦能夠制備和控制的量子系統(tǒng)達(dá)到全新尺度，將可以直接用于探索新物理和在特定問題上推進(jìn)遠(yuǎn)超經(jīng)典計(jì)算機(jī)的絕對(duì)計(jì)算能力。量子行走作為專用量子計(jì)算的重要內(nèi)核，已經(jīng)在許多優(yōu)化算法中被理論預(yù)測(cè)具有明顯量子加速效果。其中，對(duì)于粘合樹結(jié)構(gòu)上的快速到達(dá)(Fast Hitting)問題，量子行走的優(yōu)勢(shì)尤為突出。
展開 阿里巴巴宣布研制出全球最強(qiáng)量子電路模擬器“太章” 通信開銷少告別超級(jí)計(jì)算機(jī)
5月8日，阿里巴巴量子實(shí)驗(yàn)室施堯耘團(tuán)隊(duì)宣布于近日成功研制當(dāng)前世界最強(qiáng)的量子電路模擬器，名為“太章”。 基于阿里巴巴集團(tuán)計(jì)算平臺(tái)在線集群的超強(qiáng)算力，“太章”在世界上率先成功模擬了81（9x9）比特40層的作為基準(zhǔn)的谷歌隨機(jī)量子電路，之前達(dá)到這個(gè)層數(shù)的模擬器只能處理49比特。
同時(shí)，本次模擬任務(wù)只動(dòng)用了阿里巴巴計(jì)算平臺(tái)在線集群14%的計(jì)算資源。“太章”的創(chuàng)新算法通信開銷極小，得以充分發(fā)揮平臺(tái)在線集群的優(yōu)勢(shì)，在過去超級(jí)計(jì)算機(jī)上做不了的模擬任務(wù)，比如64（8x8）比特40層的模擬，“太章”只需2分鐘即可完成。
*阿里巴巴“太章”模擬器與目前主要模擬器模擬谷歌隨機(jī)電路的結(jié)果比較
量子計(jì)算可能顛覆當(dāng)前的計(jì)算技術(shù)，是科學(xué)界和工業(yè)界研究的前沿?zé)狳c(diǎn)。但量子計(jì)算的實(shí)現(xiàn)十分困難。目前，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的高精度量子處理器也只有20幾個(gè)量子比特。故而規(guī)模稍大的量子算法尚無運(yùn)行的載體。
模擬器的作用在于“承上啟下”，往下可以幫助理解、設(shè)計(jì)硬件，向上可以承載算法和應(yīng)用的探索和驗(yàn)證。“太章”首次使得測(cè)試和驗(yàn)證被稱為“中等規(guī)模”50-200比特的的量子算法成為可能, 從而為輔助設(shè)計(jì)中等規(guī)模量子算法、量子軟件乃至量子芯片提供了一個(gè)有力的工具。
在通常的量子電路模擬方案中，需要存儲(chǔ)量子狀態(tài)的全部振幅，在此海量數(shù)據(jù)上同時(shí)模擬量子運(yùn)算。這個(gè)方法要求不斷地在眾多的計(jì)算節(jié)點(diǎn)間交換數(shù)據(jù)，造成巨大的通訊開銷。因此，過去這樣的模擬任務(wù)往往都在超級(jí)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行。
實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)基于施堯耘教授及其合作者Igor Markov在2005年提出的另一種模擬方案，發(fā)明了一個(gè)簡單而有效的方法分解整個(gè)模擬任務(wù)，然后十分均衡地把這些子任務(wù)分配到不同計(jì)算節(jié)點(diǎn)上。“太章”的通信開銷極小，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)使之十分適合分布式的計(jì)算平臺(tái)。
展開 半導(dǎo)體所等在高質(zhì)量半導(dǎo)體-超導(dǎo)納米線研究方面取得系列進(jìn)展
在實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的多種方案中，基于馬約拉納零能模的拓?fù)?em>量子計(jì)算有望從物理原理層面解決量子退相干問題，受到廣泛關(guān)注。理論預(yù)言，具有強(qiáng)自旋軌道耦合的窄禁帶半導(dǎo)體InAs和InSb納米線與超導(dǎo)體耦合，可以實(shí)現(xiàn)馬約拉納零能模和拓?fù)?em>量子計(jì)算。然而，由于窄禁帶半導(dǎo)體納米線與常規(guī)超導(dǎo)體之間晶格失配很大，高質(zhì)量樣品的制備一直是制約半導(dǎo)體-超導(dǎo)納米線拓?fù)?em>量子計(jì)算研究的關(guān)鍵難題。
中科院半導(dǎo)體所趙建華、潘東團(tuán)隊(duì)長期致力于用于拓?fù)?em>量子計(jì)算的高質(zhì)量半導(dǎo)體-超導(dǎo)納米線分子束外延可控制備研究。他們首先在Si襯底上外延出了高質(zhì)量純相超細(xì)單晶InAs納米線（D. Pan et al. Nano Lett. 14, 2014, 1214），之后，通過對(duì)分子束外延設(shè)備進(jìn)行多次升級(jí)改造，發(fā)展了低溫原位外延技術(shù)，在純相超細(xì)InAs納米線側(cè)壁成功外延出超導(dǎo)金屬Al。
InAs和Al均具有高晶體質(zhì)量，InAs-Al界面達(dá)到原子級(jí)平整（圖1高分辨透射電鏡圖像）。該團(tuán)隊(duì)與清華大學(xué)物理系張浩課題組合作，在該InAs–Al納米線中觀察到硬超導(dǎo)能隙和雙電子庫侖阻塞等現(xiàn)象，這些都是實(shí)現(xiàn)拓?fù)?em>量子計(jì)算的必要前提條件。該工作以“In situ epitaxy of pure phase ultra-thin InAs-Al nanowires for quantum devices”為題發(fā)表在Chin. Phys. Lett. (Express Letters)39 (2022) 058101上，半導(dǎo)體所潘東研究員、清華大學(xué)物理系宋化鼎和張珊博士后為共同第一作者，半導(dǎo)體所趙建華研究員和清華大學(xué)張浩副教授為共同通訊作者。該實(shí)驗(yàn)工作首次在材料生長上（輔以輸運(yùn)表征）探索了馬約拉納納米線研究中的一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)維度：更細(xì)的納米線直徑，為接下來實(shí)現(xiàn)單一子能帶占據(jù)（從準(zhǔn)一維到一維）的納米線系統(tǒng)做了鋪墊。
展開 一文讀懂 | 什么是QPU？
例如一些公司在企業(yè)計(jì)算方面擁有深厚的專業(yè)知識(shí)，但缺乏高性能環(huán)境方面的經(jīng)驗(yàn)，而量子計(jì)算的許多科學(xué)和技術(shù)工作都要在這種環(huán)境中完成。還有一些公司缺乏 AI 方面的專業(yè)知識(shí)，而 AI 與量子計(jì)算能夠產(chǎn)生協(xié)同作用。
引入混合量子系統(tǒng)
研究界普遍認(rèn)為在可預(yù)見的未來，經(jīng)典和量子計(jì)算機(jī)將協(xié)同工作，因此軟件也需要能夠在 QPU、CPU 和 GPU 上良好運(yùn)行。
研究人員在 2017 年的一篇論文中描述了混合經(jīng)典-量子計(jì)算機(jī)。
潘建偉團(tuán)隊(duì)再次刷新世界紀(jì)錄：實(shí)現(xiàn)18個(gè)光量子比特糾纏
這一實(shí)驗(yàn)的量子保真度測(cè)量為0.708±0.016，證明全部18個(gè)量子比特的真實(shí)糾纏。
這是GHZ糾纏的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
而上圖展示的，是六光子偏振糾纏GHZ態(tài)的產(chǎn)生過程：
將中心波長788nm、脈沖持續(xù)時(shí)間120fs、重復(fù)頻率76MHz的超快激光聚焦于三硼酸鋰（LBO），并向上轉(zhuǎn)換為394nm。
將紫外激光聚焦于三個(gè)訂制的三明治式非線性晶體上，產(chǎn)生三對(duì)糾纏光子。其中每個(gè)晶體由兩個(gè)2毫米厚的β-硼酸鋇（BBO）和一個(gè)半波片（HWP）組成。
每個(gè)輸出中，都使用了兩片不同厚度和方向的YVO4晶體，對(duì)雙折射效應(yīng)進(jìn)行空間和時(shí)間補(bǔ)償。
三對(duì)糾纏的光子組合在兩個(gè)偏振分束器（PBS）上，就產(chǎn)生了六光子偏振糾纏GHZ態(tài)。
攻堅(jiān)克難
中國科技大學(xué)在官方消息中指出，由于量子信息技術(shù)的巨大潛在價(jià)值，歐美各國都在積極整合各方面研究力量和資源，開展國家級(jí)的協(xié)同攻關(guān)。
例如，歐盟在2016年宣布啟動(dòng)量子技術(shù)旗艦項(xiàng)目；最近，美國國會(huì)也正式通過了“國家量子行動(dòng)計(jì)劃”；此前，大型高科技公司如谷歌、微軟、IBM等也紛紛強(qiáng)勢(shì)介入量子計(jì)算研究。
多個(gè)量子比特的相干操縱和糾纏態(tài)制備是發(fā)展可擴(kuò)展量子信息技術(shù)，特別是量子計(jì)算的最核心指標(biāo)。量子計(jì)算的速度隨著實(shí)驗(yàn)可操縱的糾纏比特?cái)?shù)目的增加而指數(shù)級(jí)提升。
然而，要實(shí)現(xiàn)多個(gè)量子比特的糾纏，需要進(jìn)行高精度、高效率的量子態(tài)制備和獨(dú)立量子比特之間相互作用的精確調(diào)控。
量子比特?cái)?shù)目的增加，使得操縱帶來的噪聲、串?dāng)_和錯(cuò)誤也隨之增加。這對(duì)量子體系的設(shè)計(jì)、加工和調(diào)控要求極高，對(duì)量子糾纏和量子計(jì)算的發(fā)展構(gòu)成了一個(gè)巨大的綜合挑戰(zhàn)。
多粒子糾纏的操縱作為量子計(jì)算不可逾越的技術(shù)制高點(diǎn)，一直是國際角逐的焦點(diǎn)。
2016年底，潘建偉團(tuán)隊(duì)同時(shí)實(shí)現(xiàn)了10個(gè)光子比特和10個(gè)超導(dǎo)量子比特的糾纏，刷新并一直保持著這兩個(gè)世界記錄。
展開 電子順磁共振技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展
圖1電子自旋能級(jí)分裂及能級(jí)吸收曲線示意圖
如圖1中吸收及微分曲線所示，g值可由下式計(jì)算得出，
式中，H值對(duì)應(yīng)的即為吸收曲線最高點(diǎn)，也就是微分曲線中峰頂和峰谷中間對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng) H 值。由此便可計(jì)算出 g 因子。由 g 因子可大致判斷所測(cè)試元素原子所處的化學(xué)環(huán)境及電子的狀態(tài)。
3 EPR 的應(yīng)用研究進(jìn)展
由于電子自旋相干、自旋捕捉、自旋標(biāo)記、飽和轉(zhuǎn)移等電子順磁共振和順磁成像等實(shí)驗(yàn)新技術(shù)和新方法的建立，EPR 技術(shù)很快在物理、化學(xué)、自由基生物學(xué)、醫(yī)藥學(xué)、環(huán)境科學(xué)、考古學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域中獲得廣泛的應(yīng)用。
實(shí)現(xiàn)了固體樣品的電子自旋與核自旋退相干時(shí)間大幅度延長，以及從常規(guī)自由基到短壽命自由基的檢測(cè)； 從順磁性物質(zhì)( 自由基，順磁性金屬離子)到自旋標(biāo)記的非順磁性物質(zhì)的檢測(cè)； 從體外自由基到細(xì)胞、組織和體內(nèi)自由基的檢測(cè); 開展病理和藥理過程的分子基礎(chǔ)研究； 建立抗氧化劑活性的 EPR 研究和篩選方法； 進(jìn)行自旋標(biāo)記物、靶向自旋捕捉技術(shù)和自旋捕捉劑的研究與制造； 在開展科學(xué)基礎(chǔ)研究的同時(shí)，還注意有很強(qiáng)應(yīng)用價(jià)值的考古年代和香煙自由基的 EPR 測(cè)定等等。
下面列舉了其中的幾個(gè)方面加以說明。
3.1 EPR 在量子操控和量子計(jì)算方面的應(yīng)用
量子計(jì)算具備經(jīng)典計(jì)算所無法比擬的優(yōu)勢(shì)和前景。用 EPR 進(jìn)行量子操控和量子計(jì)算的方法是，將自旋電子材料作成芯片，通過對(duì)其施加微波脈沖，實(shí)現(xiàn)其原子外層單電子自旋態(tài)的操控并對(duì)電子自旋態(tài)進(jìn)行編碼，利用電子自旋態(tài)編碼進(jìn)行量子運(yùn)算。由于自旋的固態(tài)量子計(jì)算相干時(shí)間長，邏輯門操作速度快，單量子比特讀出等優(yōu)點(diǎn)，成為研究的熱點(diǎn)。
展開 首個(gè)商用量子通信專網(wǎng)落地濟(jì)南 量子通信產(chǎn)業(yè)化又進(jìn)一步
9月12日，中國首個(gè)商用量子保密通信專網(wǎng)——濟(jì)南市黨政機(jī)關(guān)量子通信專網(wǎng)在濟(jì)南通過專家評(píng)審;此前，8月末，國家量子保密通信“京滬干線”，作為世界第一條量子保密通信骨干線路，通過技術(shù)驗(yàn)收。下面就隨網(wǎng)絡(luò)通信小編一起來了解一下相關(guān)內(nèi)容吧。
2017年，量子通信應(yīng)用落地頻傳，每一個(gè)項(xiàng)目落地，都能在資本市場(chǎng)引發(fā)小波動(dòng);另外以阿里等巨頭為代表的企業(yè)，也在加大量子領(lǐng)域的投入。量子通信離規(guī)模化商業(yè)應(yīng)用還有多遠(yuǎn)一直備受關(guān)注。
21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者采訪參與相關(guān)項(xiàng)目建設(shè)的企業(yè)和部委專家發(fā)現(xiàn)，2017年隨著一些應(yīng)用的落地，量子通信技術(shù)已從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，但離規(guī)模化應(yīng)用還有距離，未來成本相對(duì)較低、穩(wěn)定性強(qiáng)、模塊化產(chǎn)品的出現(xiàn)，將是大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用和推廣的前提。
濟(jì)南量子通信專網(wǎng)建成
濟(jì)南市政府官網(wǎng)消息，濟(jì)南建成全國首個(gè)商用量子通信專網(wǎng)。
專網(wǎng)可為濟(jì)南市7區(qū)3縣和高新區(qū)下轄5個(gè)片區(qū)的各級(jí)黨政機(jī)關(guān)提供高品質(zhì)的量子安全電話和服務(wù)，如電子公務(wù)等數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)服務(wù)。濟(jì)南項(xiàng)目或?qū)閲馈⒔鹑凇㈦娏Φ阮I(lǐng)域開展示范推廣打開局面。
按照官方宣傳，該項(xiàng)目為中國首個(gè)商用量子保密通信專網(wǎng)。某部委下屬研究機(jī)構(gòu)高級(jí)工程師告訴21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者，濟(jì)南項(xiàng)目只是量子密鑰分發(fā)應(yīng)用的一個(gè)案例。在他看來，線路是黨政機(jī)關(guān)專用網(wǎng)，是否歸類到首個(gè)商用項(xiàng)目還難以界定。
濟(jì)南市黨政機(jī)關(guān)量子通信專網(wǎng)自2017年4月開工，用時(shí)不到5個(gè)月，完成了建設(shè)，其解決的主要問題是安全保密的問題。
專業(yè)人士解釋，目前量子信息技術(shù)的兩大主流應(yīng)用，主要是量子通信和量子計(jì)算。其中，量子通信主要研究量子密碼、量子隱形傳態(tài)的技術(shù)等;量子計(jì)算主要研究量子計(jì)算機(jī)，以及適合于量子計(jì)算機(jī)的量子算法。
目前中國在量子通信方面已經(jīng)有不少應(yīng)用落地，而且相關(guān)研究在世界靠前。
地方政府對(duì)量子通信的安全應(yīng)用興趣較高。
展開 第一性原理、量子化學(xué)計(jì)算
1，（8月13日-8月16日） LAMMPS動(dòng)力學(xué)實(shí)戰(zhàn)班
2，（8月21日-8月24日）第一性原理與vasp實(shí)戰(zhàn)班
3，（8月27日-8月30日）量子化學(xué)Gaussian理論實(shí)踐
4，（9月17日-9月20日）材料模擬實(shí)戰(zhàn)課程安排
【主講內(nèi)容】
一、Lammps基礎(chǔ)與原理
二，Lammps大量實(shí)例練習(xí)賞析（已發(fā)表文章）
三、LAMMPS高級(jí)研修及案例操作
一、密度泛函理論基礎(chǔ) 二、催化基礎(chǔ)
三、MS構(gòu)建表面模型 四、Linux操作命令
五、VASP輸入輸出文件
六、表面吸附 七、過渡態(tài)搜索
八、后處理 九、微動(dòng)力學(xué)模擬
十、光催化入門
十一、光催化計(jì)算示例
十二、電催化入門
一、計(jì)算化學(xué)理論及程序入門操作
二、Gaussian基礎(chǔ)操作及實(shí)際計(jì)算過程
三、Gaussian進(jìn)階操作及實(shí)際計(jì)算過程
四、Gaussian計(jì)算實(shí)踐專題與應(yīng)用
【咨詢電話】報(bào)名聯(lián)系方式：
劉娜(老師)
手機(jī)： 13311241619
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