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2020年8月國內外量子科技進展(總第13期)
發布時間:2020-09-01 10:27:19 點擊瀏覽:

【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


【中國團隊完成高性能MDI-QKD芯片化終端量子網絡原理性驗證】

中國科學技術大學潘建偉、徐飛虎等組成的研究團隊,聯合國盾量子、中科院上海微系統所等相關團隊,共同搭建了一種新型的量子密鑰分發系統,使得低成本、高速率以及安全的量子通信網絡成為可能。文章演示了一套高速、集成芯片化的測量設備無關量子密鑰分發(MDI-QKD)系統:集成光子芯片和MDI-QKD的結合構造了一種基于中繼節點的量子接入網組網結構。

在該網絡結構中,每個用戶只需要一個小型化和低成本的發射端芯片,而中心的中繼節點擁有復雜的量子測量系統并可共享給所有用戶。在實驗中,硅光子芯片器件面積只有4.8×3毫米,包含了QKD所需的所有光學調制組件,同時它基于與智能手機和計算機芯片相同的半導體技術。該MDI-QKD系統達到了創紀錄的1.25 GHz重復頻率,其速率和成碼率超過此前文獻報道的所有MDI-QKD實驗。文章表示,該系統開辟了一個新的途徑來實現低成本、可擴展、安全的量子通信網絡,高速的芯片化裝置將進一步推動QKD的廣泛實用化。原文于810日發表在國際刊物 《Physical Review X》上。


文章鏈接:

https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.10.031030


二、政策和戰略


——國  內——


【中國禁止限制出口技術目錄更新,含量子密碼技術】

828日,商務部、科技部調整發布《中國禁止出口限制出口技術目錄》(商務部 科技部公告2020年第38號,以下簡稱《目錄》),其中在計算機服務業技術條目,新增密碼安全技術(編號:186103X),控制要點:量子密碼技術(量子密碼實現方法、量子密碼的傳輸技術、量子密碼網絡、量子密碼工程實現技術)


原文鏈接:

http://www.mofcom.gov.cn/article/news/202008/20200802996694.shtml


【合肥發布“新基建”方案:擴大量子通信網絡體系覆蓋范圍】

合肥市人民政府819日發布《合肥市推進新型基礎設施建設實施方案(2020—2022年)》(下簡稱方案),《方案》顯示:合肥要構建國內先進的信息基礎設施網絡,其主要任務包括:支持通信運營商、量子通信企業及科研機構開展合作,擴大量子通信網絡體系覆蓋范圍。依托墨子號衛星、京滬干線,靈活運用星路鏈接、光纖鏈接等模式,加快建設城域網,拓展建立城際網,探索部署洲際網,逐步構建覆蓋全球的量子通信網絡。同步開展量子通信標準制定、網絡建設運營及試點應用等工作,形成具有國際影響力的量子通信生態圈和示范高地。

原文鏈接:

http://www.hefei.gov.cn/xxgk/zcwj/szfwj/105339751.html


—— ——


【美國加碼量子信息科學研發投入,2021財年實際支出有望超9億美元,未來將建5個量子信息科學研究中心】

近日,白宮科技政策辦公室(OSTP)發布了一份報告,對2020-2021財年在非國防類人工智能(AI)以及量子信息科學(QIS)方面的研發投入進行了總結。報告顯示,在非國防類AI方面,2021財年的預算請求超過15億美元,相比2020財年11.18億美元的實際支出增長了約34%。在QIS方面,2021財年的預算請求為6.99億美元,相比2020財年4.35億美元的預算請求增長了約60%,如果按2020財年5.79億美元的實際支出來估算(相比預算請求增長了約30%),美國2021財年在量子信息科學研發上的實際支出有望超過9億美元。

此外,白宮科技政策辦公室(OSTP)還在826日和國家科學基金會(NSF)和能源部(DOE)宣布,將在全國范圍內建立5個量子信息科學(QIS)研究中心和7個人工智能(AI)研究所。5年內將分別向這5QIS研究中心和7AI研究所投入9.65億美元和1.4億美元。其中,5QIS研究中心將分別由隸屬于DOE的五個國家實驗室(阿貢國家實驗室、布魯克海文國家實驗室、費米國家實驗室、橡樹嶺國家實驗室和勞倫斯伯克利國家實驗室)領導,其主要的研究課題包括量子網絡、量子傳感、量子計算和量子材料制造。(來源:白宮官網、DOE官網)

原文鏈接:

https://www.energy.gov/articles/white-house-office-technology-policy-national-science-foundation-and-department-energy

https://www.whitehouse.gov/wp-content/uploads/2017/12/Artificial-Intelligence-Quantum-Information-Science-R-D-Summary-August-2020.pdf


【美國亞利桑那大學獲2600萬美元撥款,牽頭組建量子網絡中心】

美國亞利桑那大學近日宣稱,將從國家科學基金會(NSF)獲得一筆52600萬美元的初始撥款,以及另外52460萬美元的選項 ,用于牽頭組建一個新的NSF工程研究中心——量子網絡中心(CQN),其核心合作伙伴包括哈佛大學、麻省理工學院和耶魯大學。該量子網絡中心的目標是為量子互聯網奠定基礎,其將創建一個多功能量子網絡試驗臺,并將該試驗臺作為國家資源提供,以驗證系統性能并促進科學界和工業界的創新。量子互聯網將徹底改變人類計算、交流和感知世界的方式,在科學、技術、法律、政策、社會、經濟、文化、教育等多個方面產生影響,這也是CQN將廣泛探討的課題。(來源:亞利桑那大學官網)

原文鏈接:

https://news.arizona.edu/story/university-arizona-awarded-26m-architect-quantum-internet


三、產業進展


——國 ——


【韓國SK電訊將搭載量子隨機數芯片的5G手機用于移動銀行業務】

韓國SK電訊(SKT)近日宣布,將于9月在大邱銀行的移動銀行應用“IM Bank”中使用5G量子密碼技術。SKT與三星于5月合作推出了搭載有量子隨機數芯片的5G智能手機“Galaxy A Quantum”,屆時使用該款手機的用戶,將能夠在使用“IM Bank”進行轉賬或開戶時對其個人信息進行安全防護;基于手機中的真隨機數,對轉賬時使用的一次性密碼(OTP)或開戶時使用的身份認證信息進行加密保護。(來源:SKT官網)

原文鏈接:

https://www.sktelecom.com/en/press/press_detail.do?page.page=1&idx=1477&page.type=all&page.keyword=


【東芝與日本東北大學醫療機構合作,基于QKD成功演示基因組數據安全傳輸】

近日,日本東芝公司與日本東北大學醫療機構合作,基于量子密鑰分發(QKD)技術,成功演示了臨床測序數據的量子加密安全傳輸。臨床測序包括基因組分析數據,屬于與個人健康和身體狀況密切相關的高度機密信息,且數據量大。另外,還需要對在線專家組生成的數據進行實時安全傳輸,這些專家通過線上會議共享患者的基因數據和診斷結果。在該項演示中,他們使用QKD系統產生的量子密鑰,對癌癥基因組分析數據以及參加線上會議的專家組的會診數據進行了一次一密(OTP)安全傳輸。(來源:News Medical網站)

原文鏈接:

https://www.news-medical.net/news/20200810/Quantum-cryptographic-communications-technology-can-provide-safe-secure-data-transmission-in-genomic-medicine.aspx


【俄羅斯Quanttelecom公司開發面向車聯網應用的量子通信技術】

近日有媒體報道,俄羅斯Quanttelecom公司基于量子密鑰分發(QKD)技術,已經在國家道路運輸系統中實現了三個對運輸相關的數據的加密傳輸應用,光纖線路分別為500英里、125英里和50英里。該公司的目標是開發面向車聯網應用的量子通信技術,正在開發用于車輛的QKD原型樣機。(來源:TU Automotive網站)

原文鏈接:

https://www.tu-auto.com/traffic-data-cyber-security-works-for-now/


四、科技前沿


—— ——


【基于軌道角動量實現確定性量子隱形傳態】

華東師范大學、浙江大學和山西大學的聯合研究團隊在利用軌道角動量(orbital angular momentumOAM)和糾纏提高信息傳輸容量方面取得重要進展。實驗展示了利用復合了OAM的連續變量糾纏系統實現9復合信道并行的全光、確定性量子隱形傳態。同時也展示了利用全光量子隱形傳態方案傳送OAM的相干疊加態,可以一次傳輸多于一個光學模并且保真度突破了經典限制,從而可以提高信息傳輸容量。該成果開辟了確定性并行量子通信協議的手段,提供了高容量全光量子通信網絡的一種可行模式。該成果83日發表在《Nature Communications》。


論文鏈接:

https://www.nature.com/articles/s41467-020-17616-4


【基于邊帶模糾纏實現多信道復用量子通信】

山西大學彭堃墀院士團隊展示了基于連續變量光學模的糾纏實現信道復用量子通信、增強信道容量的實驗。研究人員提出了一種頻率梳控制方案,可從光壓縮態中同時提取許多任意頻率失諧的糾纏邊帶模。實驗中,利用提取的四對糾纏邊帶模,研究人員演示了四重信道復用量子密集編碼通信;由于糾纏對的高糾纏度和大頻率間隔,這些量子信道容量很大且串擾很小。實驗實現的信道容量已經超過相同帶寬下的所有經典和量子通信,如果提取出更多糾纏邊帶模,該方案還能擴展出更多信道。該成果814日發表在《Physical Review Letters》。


論文鏈接:

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.070502


【新研究提升連續變量MDI-QKD的光源端安全性】

山西大學李永民研究團隊,通過將光源強度誤差納入安全性考量和處理,改進了連續變量測量設備無關量子密鑰分發(CV-MDI-QKD)的安全性。他們研究了光源強度誤差的安全性影響,建立了通用的光源強度誤差模型并推導了安全成碼率,提出了幾種數據處理方案,評估了在可組合安全性、有限碼長情形下的抗集體高斯攻擊的安全性。該成果810日發表在《Physical Review A》。


論文鏈接:

https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.102.022609


—— ——


【谷歌實現全球首個量子化學模擬,用量子“計算”出化學反應過程】

近日,谷歌AI的研究團隊成功把量子計算應用在了化學反應的模擬上,榮登Science封面。在這篇名為“Hartree-Fock on a Superconducting Qubit Quantum Computer”的研究中,谷歌AI量子團隊實現了迄今為止最大規模的化學模擬計算,這也是量子計算首次被用來模擬化學反應。在實驗中,研究人員使用對噪聲魯棒的變分量子特征值求解算法(VQE)模擬了化學反應過程。雖然計算集中在真實化學反應的 Hartree-Fock 近似上,但它是以前在量子計算機上進行的化學計算的兩倍,并且包含了10倍的量子門操作。

論文鏈接:

https://science.sciencemag.org/content/369/6507/1084


【確定性操控的芯片量子點單光子源】

哥本哈根大學研究團隊實現了一種基于量子點的確定性單光子源。該光源使用了兩路正交波導模的平面納米光學結構,既實現量子點的確定性脈沖共振激發,同時又分離激光器和量子點發射的光子。通過這項技術實現的穩定的相干單光子源,同時具備高純度 (g(2)(0) = 0.020 ± 0.005)和高不可區分性( 96 ± 2%),且單光子耦合到波導的效率大于80%。這種即插即用單光子源可與片上光網絡系統集成,用于光子量子處理器。該成果729日發表在《Nature Communications》。


論文鏈接:

https://www.nature.com/articles/s41467-020-17603-9


【固態自旋量子比特的相干保護】

芝加哥大學研究人員通過對SiC真空缺陷的基態電子自旋時鐘躍遷進行微波修整,構造出嵌入在退相干保護子空間的魯棒量子比特,該方法將量子比特的非均勻退相干時間提高了4個量級以上(超過22ms),同時Hahn-echo相干時間接近64ms。該成果813日發表在《Science》。


論文鏈接:

https://science.sciencemag.org/content/early/2020/08/12/science.abc5186


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