量子研究最新消息 我國科學家實現51個超導量子比特簇態(tài)制備

• 劉明月 2023年7月13日 來源：新華社 人民日報 1242 81
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我國量子研究實現新突破!我國科學家日前成功實現了51個超導量子比特簇態(tài)制備和驗證，刷新了所有量子系統(tǒng)中真糾纏比特數目的世界紀錄。記者從中國科學院獲悉，該研究由中國科學技術大學潘建偉院士、朱曉波、彭承志團隊和北京大學袁驍等科研人員合作完成，相關成果7月12日

量子研究最新消息 我國科學家實現51個超導量子比特簇態(tài)制備

我國量子研究實現新突破!我國科學家日前成功實現了51個超導量子比特簇態(tài)制備和驗證，刷新了所有量子系統(tǒng)中真糾纏比特數目的世界紀錄。記者從中國科學院獲悉，該研究由中國科學技術大學潘建偉院士、朱曉波、彭承志團隊和北京大學袁驍等科研人員合作完成，相關成果7月12日在國際學術期刊《自然》在線發(fā)表。

這項工作將量子系統(tǒng)中真糾纏比特數目的紀錄由原先的24個大幅刷新至51個，充分展示了超導量子計算體系優(yōu)異的可擴展性。潘建偉說，在此基礎上，研究團隊首次實現了基于測量的變分量子算法，為基于測量的量子計算方案走向實用奠定了基礎。

中國科大實現百兆比特率量子密鑰分發(fā)

中國科學技術大學潘建偉、徐飛虎等與上海微系統(tǒng)所、濟南量子技術研究院、哈爾濱工業(yè)大學等單位的科研人員合作，通過發(fā)展高保真度集成光子學量子態(tài)調控、高計數率超導單光子探測等關鍵技術，首次在國際上實現百兆比特率的實時量子密鑰分發(fā)，實驗結果將此前的成碼率紀錄提升一個數量級。該成果于3月14日在線發(fā)表于國際著名學術期刊《自然-光子學》(Nature Photonics)雜志。

量子密鑰分發(fā)(QKD)基于量子力學基本原理，可以實現原理上無條件安全的保密通信。提高QKD的成碼率對其實用化起著至關重要的作用。高碼率可為更多用戶提供服務，實現大數據共享、分布式存儲加密等高帶寬需求的應用。此前國際上最高的實時成碼率是10Mb/s(10公里標準光纖信道下)。為了實現更高的密鑰率，需要解決系統(tǒng)發(fā)送端、接收端和后處理等技術瓶頸。在發(fā)送端，高碼率QKD需要高保真度的量子態(tài)調制，然而現有QKD系統(tǒng)在高速調制下會產生較高誤碼率;在接收端，同時具有高效率和高計數率能力的單光子探測器不可或缺，超導納米線單光子探測器(SNSPD)具有高效率和低噪聲的優(yōu)點，但其計數率通常受到較長恢復時間的限制。

我國首個量子信息技術領域國家標準《量子計算 術語和定義》通過國家市場監(jiān)督管理總局(國家標準化管理委員會)批準，已于近日正式發(fā)布，將于今年12月1日實施。該標準是全國量子計算與測量標準化技術委員會首個獲批發(fā)布的國家標準，其規(guī)范了量子計算通用基礎、硬件、軟件及應用方面相關的術語和定義，為量子計算領域相關科研報告編寫、標準制定、技術文件編制等工作提供規(guī)范指導。

全球量子計算產業(yè)復合年均增長率自2022年至2027年為31.28%，而2027年至2035年增長為44.5%，向萬億級產業(yè)規(guī)模邁進。

到2027年，全球量子計算行業(yè)的產業(yè)規(guī)模將達到87億美元;而到了2028年將快速增長到319億美元，行業(yè)進入爆發(fā)增長期，到2030年整體產業(yè)規(guī)模預計將達到1197億美元，行業(yè)應用實現較大規(guī)模的推廣，整機采購、云服務與應用解決方案將獲得龐大的采購量;在隨后的5到10年內，該產業(yè)規(guī)模將增長到2035年的6070億美元。

量子科技行業(yè)進入爆發(fā)增長期

量子科技發(fā)展具有重大科學意義和戰(zhàn)略價值，是一項對傳統(tǒng)技術體系產生沖擊、進行重構的重大顛覆性技術創(chuàng)新，將引領新一輪科技革命和產業(yè)變革方向。

近年來，在量子計算領域，世界各個科技發(fā)達國家群雄逐鹿，IBM、谷歌、微軟等企業(yè)你追我趕，通過不同技術路徑實現對更多量子比特的操縱。去年10月，谷歌研究人員在《自然》雜志發(fā)表論文稱，已成功演示“量子霸權”，讓量子系統(tǒng)花費約200秒完成傳統(tǒng)超級計算機要1萬年才能完成的任務。

所謂“量子霸權”，即量子計算機在某個特定問題上的計算能力超過傳統(tǒng)計算機，解決傳統(tǒng)計算機在合理時間范圍內無法解決的復雜難題。盡管多方對于谷歌的研究成果仍存質疑，但毫無疑問，量子計算機已經接近超越傳統(tǒng)計算機的運算能力和應用前景。

我國科技工作者在量子科技上奮起直追，取得一批具有國際影響力的重大創(chuàng)新成果。經過30多年努力，中國已崛起為國際量子科研版圖上的重要力量，在多個戰(zhàn)略方向上實現領跑或進入第一陣營。

2022年9月，美國科學家研究表明，磁性半導體溴化鉻中的磁振子可與激子配對，激子準粒子會發(fā)光。這一結果可被視作量子轉導，也就是將一個“量子”能量轉換為另一個能量。

2022年10月，首個量子可擴展算法面世。

2023年7月，來自中國科學技術大學等單位的研究人員成功實現51個超導量子比特簇態(tài)制備和驗證，刷新了所有量子系統(tǒng)中真糾纏比特數目的世界紀錄，并首次演示了基于測量的變分量子算法。相關研究成果7月12日在線發(fā)表于《自然》雜志。

量子計算作為量子科技的重要應用之一，在面向“十四五”乃至更長遠的未來，有望成為中國在全球科技產業(yè)中“換道超車”、掌握尖端技術話語權的重要核心技術。據悉，中國、日本等均發(fā)布了國家支持計劃，谷歌、華為、IBM、微軟等也加入了量子產業(yè)競爭。

我國已陸續(xù)建設了覆蓋京津冀、長三角、粵港澳大灣區(qū)、成渝雙城經濟圈等國家重要戰(zhàn)略區(qū)域，總里程超10000公里的地面光纖量子通信網絡。量子衛(wèi)星方面，我國先后發(fā)射了世界首顆量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”、世界首顆量子微納衛(wèi)星“濟南一號”，并在北京、重慶、廣州、濟南等地部署了由國盾量子研發(fā)生產的小型化量子衛(wèi)星地面站，實現與上述衛(wèi)星的對接。基于不斷織密的量子通信網絡，量子安全技術已服務于政務、金融、電力等行業(yè)，并不斷貼近民用領域。

若實現量子糾錯機制的應用，量子計算有望在10-15年內實現商用，預計量子計算的商用元年在2030年左右。以2030年為量子計算商用元年，預計2030年全球量子計算市場規(guī)模將達到140.1億美元，并以30%左右的增速平緩上漲，至2035年預計會達到489.7億美元的量子計算市場規(guī)模。

《2023-2028年中國量子科技行業(yè)發(fā)展前景預測與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》由中研普華研究院撰寫，本報告對該行業(yè)的供需狀況、發(fā)展現狀、行業(yè)發(fā)展變化等進行了分析，重點分析了行業(yè)的發(fā)展現狀、如何面對行業(yè)的發(fā)展挑戰(zhàn)、行業(yè)的發(fā)展建議、行業(yè)競爭力。

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