量子产业参考资料
量子点自旋量子位通过安德烈夫自旋快速读取
半导体量子点中的自旋量子比特目前受限于缓慢的读取过程，其速度比门操作慢了数个数量级。相比之下，安德列夫自旋量子比特得益于超导量子比特大谐振器耦合实现的快速测量方案，但在量子比特操作期间存在相干性降低的问题。该研究团队提出了一种基于量子点与安德列夫自旋量子比特间电可调耦合的快速高保真测量方案。在实际器件中，这种耦合强度足以实现亚微秒级的高保真度读取，有望…
纠缠自旋量子比特在穿梭过程中的退相干与保真度提升
自旋量子位在不同位置间的穿梭传输是许多前瞻性半导体量子信息处理系统的核心要素，但传输过程中的量子位必须抵御时空依赖性噪声导致的退相干效应。由于不同自旋量子位的运动路径相互关联，作用于传输自旋的噪声会呈现出复杂且非典型的关联特性。该研究团队采用随机轨迹表面的概念评估了这些关联特性的影响，并证实它们会显著改变相干保护的效能。研究还揭示此类关联特性可被用于提…
1061纳米的脉冲激光攻击可能危及量子密钥分发
量子密钥分发系统在组件得到全面表征的前提下可提供加密安全性。但某些组件可能易受激光损毁攻击，尤其在遭受此前未经测试的激光参数攻击时。该研究表明，当1550纳米光纤隔离器暴露于平均功率17毫瓦、1061纳米的皮秒级攻击脉冲时，其隔离度会降至安全阈值以下。此外，遭受1160毫瓦亚纳秒级脉冲照射后，隔离器在1550纳米波段的隔离性能会永久性退化，同时保持正向…
通过结构光寻址实现离子量子位的可扩展纠缠门
开发实用量子处理器的一个核心挑战在于，在扩展至大量量子比特的同时保持较低的控制复杂度。离子阱系统在小规模运算中表现优异，并能通过长链架构实现量子比特快速扩展。但其在更大系统中的性能受限于径向运动模式的频谱拥挤问题，这一困境迫使研究人员依赖复杂的脉冲整形技术来维持门保真度。此项研究通过开发配备可操纵厄米-高斯光束阵列的新型离子阱处理器，成功攻克了这一难题…
利用压缩光的实用连续变量量子密钥分发
连续变量量子密钥分发（CV-QKD）因其可实现高密钥生成率且能与现有光通信基础设施无缝集成的潜力而备受关注。当前最先进的CV-QKD系统主要使用相干态以简化实现。然而理论上已证明，压缩光态具有显著优势，包括更高密钥率、对额外噪声的更强鲁棒性，以及对信息协调效率要求的降低。该工作通过实验验证了这些理论预测，提出并演示了一种基于现代本地本振和数字信号处理技…
25至100个逻辑量子位在量子化学计算应用中的前景探讨
量子计算与量子化学的交叉领域展现出一个极具前景的前沿方向，有望在兼具科学价值与社会意义的领域实现量子实用性。由于模拟量子系统所需的经典计算资源呈指数级增长，量子化学长期以来被视为量子计算的天然应用场景。本文聚焦于识别具有科学意义的应用场景，探讨配备约25至100个逻辑量子比特的早期容错量子计算机可能产生实际影响的领域。该研究团队重点分析了算法与软件设计…
用于囚禁离子量子计算的横向极化梯度纠缠门
具有单离子寻址能力的纠缠门构建是实现离子阱晶体量子计算的关键方法。传统纠缠门方案通常依赖激光束波矢耦合离子自旋与振动自由度。该研究团队通过实验展示了一种替代方案——采用紧聚焦激光束产生的偏振梯度场（此前被提出作为马格努斯型量子逻辑门）。利用该技术，研究人员在171Yb+离子编码的核自旋量子比特上实施拉曼操作，在线性阱中沿轴向振动模式生成自旋相关力。通过…
通过原子层蚀刻与沉积技术提升铝基超导量子比特的使用寿命
该研究团队提出了一种结合原子层蚀刻与沉积（ALE和ALD）的干式表面处理技术，用于降低硅基铝薄膜全制备超导量子器件中的介电损耗。该处理作为器件封装前的最后工序，先通过ALE均匀去除暴露表面的原生金属氧化物与制备残留物，再原位利用ALD在金属表面沉积薄层电介质封装层。在经处理的铝基谐振器与平面transmon量子比特中，研究人员观测到由双能级系统（TLS…
迈向一种基于拓扑绝缘体的约瑟夫森结混合三维Transmon量子比特
超导量子电路通过利用精确的微波控制和电路量子电动力学（QED）工具，为研究量子材料提供了多功能平台。结合新型量子材料的混合电路器件还可能带来新的量子比特功能，如栅极可调谐性和抗噪性。该研究团队报告了使用剥离制备的BiSbTeSe2制作超导体-拓扑绝缘体-超导体（S-TI-S）约瑟夫森结类transmon量子比特的实验进展。研究人员提出了一种设计方案，可…
利用车载原子重力梯度仪探测地下结构
高精度移动重力梯度仪在大地测量和地球物理领域具有重要应用价值。原子重力梯度仪（AGG）有望成为最精确的移动重力梯度仪，但目前受制于便携性与灵敏度的矛盾。该研究团队展示了一种高灵敏度移动式AGG，其超紧凑传感器头体积仅为94升。在实验室环境下，该仪器实现77E/√Hz的灵敏度（1E=1×10⁻⁹/s²）和优于0.5E的长期稳定性。研究人员将该设备集成至微…
利用金刚石氮空位中心的连续波实验实现微波磁场方向成像
纳米级分辨率微波磁场成像技术具有引人注目的应用价值。特别是在凝聚态物理和量子调控领域，检测微波磁场方向具有重要意义。然而，现有微波磁场成像方法大多仅能探测场强信息。得益于微小传感器尺寸和优异的光学/自旋特性，金刚石氮-空位（NV）中心成为直流/交流磁场成像的理想选择。 既往报道的微波磁场方向检测方法需依赖脉冲Rabi频率测量。该研究团队通过仅采用NV中…
量子生成对抗网络综述：架构、应用场景与真实世界实现
量子生成对抗网络（QGANs）已成为量子机器学习领域极具前景的研究方向，它融合量子计算与对抗训练的优势，实现了高效且富有表现力的生成建模。本综述全面梳理了QGAN模型的发展脉络，从理论构想到实验实现的重要进展，并依据量子-经典混合结构对现有架构进行分类。研究人员系统总结了该技术在图像合成、医疗数据生成、信道预测、软件缺陷检测及教育工具等领域的应用，重点…
加速光子集成电路设计：传统方法、机器学习与量子方法
光子集成电路（PIC）具有卓越的速度、带宽和能效优势，使其成为通信、传感和量子计算应用的理想选择。尽管潜力巨大，但光子集成电路的设计流程与集成度仍落后于电子领域，亟需突破性进展。该综述阐述了当前光子集成电路设计的发展现状，比较了传统仿真方法与提升可扩展性及效率的机器学习方法，并探讨了量子算法与量子启发式方法在解决设计挑战方面的应用前景。
间隙工程设计超导量子比特阵列中的相关误差爆发
实现容错型超导量子处理器的一个主要障碍在于电离辐射对量子比特基板的影响。这种影响会暂时增加器件各处准粒子（QP）的密度，从而导致量子比特发生关联性错误爆发。其中最严重的错误——T₁错误——源于准粒子穿过量子比特约瑟夫森结（JJs）的隧穿效应。该研究团队近期在《物理评论快报》[Phys. Rev. Lett. 133, 240601 (2024)]中证明…
使用大型语言模型编程量子计算机
大型语言模型（LLMs）有望为医疗诊断、法律服务和软件开发等不同领域带来变革性改变。这一影响的部分原因在于，该技术能让更广泛的受众接触高度专业化的技术领域。随着更多量子系统通过云接口向公众开放，提升可及性一直是量子计算、信息学和工程学等新兴领域的重要目标。 在使用量子计算机编程与运用LLMs之间，后者显然门槛更低：虽然充分发挥LLM潜力需要提示词工程经…
空间区域化：一种混合量子计算方法
量子计算在解决复杂优化问题方面展现出巨大潜力，但其应用仍局限于特定问题且规模有限。由于其复杂性和海量变量，空间区域划分问题在量子计算领域仍未得到充分探索。该研究团队首次提出混合量子-经典计算方法，通过将问题分解为可处理的子问题，结合传统计算与量子计算的双重优势解决空间区域划分难题。该工作为量子计算方法有效融入现实复杂空间优化任务建立了基础框架。初步结果…
使用里德伯原子探测扭曲无线电波
描述了在外加结构电磁波下碱金属原子外层电子的动力学行为。该项研究探讨了碱金属里德伯原子与涡旋无线电波的相互作用，并提出两种基于里德伯原子的涡旋无线电波探测方案。根据这些探测器的理论模型，其可探测功率低至数纳瓦级的涡旋无线电波源。第一种方案利用涡旋无线电光子诱导的里德伯态间非偶极跃迁；第二种方案采用里德伯原子天线阵列，每个天线测量构成涡旋波的平面无线电波…
利用下一代储备计算实现超导量子比特读取
量子处理器需要对多个量子比特进行快速且高保真度的同步测量。虽然超导量子比特是实现实用量子处理器的主要候选技术之一，但其读出过程仍是瓶颈。传统测量数据处理方法通常难以有效处理频率复用读出（降低资源开销的首选方案）中存在的串扰问题。 近期研究采用神经网络提升量子态辨别保真度，但这些方法存在训练和评估计算成本高的问题，随着量子比特数量增加，会导致延迟上升和可…
QISCIT：一份经过验证的量子信息科学概念性评估量表
量子信息科学（QIS）是一个关键的多学科领域，未来亟需受过良好教育的专业人才。许多研究人员和教育工作者一直在积极探索如何有效培养这类人才。目前存在的一个突出问题是缺乏无需大学数学基础即可量化评估QIS理解水平的标准化工具。 在本工作中，该研究团队系统性地开发并验证了名为“量子信息科学基础概念测试（QISCIT）”的新型评估工具。通过11位QIS专家的反…
使用Design Compiler进行期权定价的混合信号量子电路设计
先前的研究大多集中于量子算法，往往将并行计算设计简化为抽象模型或过度简化的电路。这导致了一种误解，认为多数应用只能通过超大规模集成电路（VLSI）实现，而无法用量子电路完成。为挑战这一观点，该研究团队提出了一种混合信号量子电路框架，其中包含三项创新方法，可降低电路复杂度并提升抗噪性能。在12量子位的案例研究中，与摩根大通的期权定价电路相比，该设计将门数…
采用虚拟成像相位阵列和单光子雪崩二极管阵列实现单光子级光脉冲的单次高分辨率光谱测量
单光子级单次高分辨光谱技术已成为一种极具前景的测量方法，使以往具有挑战性的新型观测与评估成为可能。该技术对实现频分复用量子中继器的光谱应用尤为有效。本研究中，该团队提出一种集成虚拟成像相位阵列（VIPA）高分辨率频率-空间模式映射与单光子雪崩二极管（SPAD）阵列高精度空间模式检测的单次高分辨单光子光谱系统。研究人员使用频率间隔为120MHz的弱相干脉…
具备百个输入端的全栈模拟光量子计算机
光学技术因其在大规模超快计算方面展现的巨大潜力以及与通信技术的天然兼容性，已成为极具前景的量子计算平台。尽管光学量子计算机的研发已取得诸多进展，但现有系统仍局限于小规模、专用化或低性能层面。容错纠错技术面临重大挑战，这使得构建完整规模的容错量子计算机仍是长期目标。在此背景下，无需复杂纠错机制的实用型量子计算测试平台存在强烈需求。该研究团队提出了一种创新…
利用错误综合症进行量子计算机指纹识别
随着量子计算技术日趋成熟并通过云平台实现更广泛的可及性，确保量子计算的真实性与完整性成为亟待解决的问题。该研究团队提出了一种创新策略，利用量子纠错（QEC）的副产物来“零成本”验证硬件身份并认证量子计算，无需引入额外的量子计算或测量操作。通过将校验子测量视为元数据来源，该方案将验证机制无缝嵌入标准QEC协议，从而消除传统挑战-应答对的独立验证需求。研究…
中性原子量子比特阵列中快速、连续且连贯的原子替换
中性原子量子处理器是实现可扩展量子计算的有前景平台。实施深层量子电路的一个主要障碍是原子损耗管理，其占所有错误的重要部分。当前方法要么无法在电路运行中途替换丢失原子（因此仅限于固定、浅层电路），要么所需的替换时间比门操作和测量操作长一个数量级以上。该工作展示了利用亚稳态171镱量子比特实现快速、持续的原子替换。通过在计算区域附近设置连续加载的原子储备池…
中性原子量子计算中QFT电路的最佳编译策略
中性原子量子计算（NAQC）具有动态量子比特可重构性、长相干时间和高门保真度等独特优势，使其成为可扩展量子计算的有力平台。尽管具备这些优势，但由于原子移动开销和连接性限制，高效实现量子傅里叶变换（QFT）等量子电路仍是重大挑战。本文针对线型和网格型架构，提出专为QFT电路和NAQC系统优化的编译策略，通过最小化原子移动实现理论移动下限，同时保持高电路保…
基于四维几何编码的拓扑容错量子计算机
拓扑量子编码具有对局部噪声的固有容错性，是物质拓扑相理论的基础。该团队通过旋转四维自校正量子存储器来探索几何结构以提升拓扑量子码性能，并提出适用于近期量子计算机和实用级量子计算机的编码方案。研究人员识别出完整的逻辑克利福德操作集，并据此设计出通用容错量子架构。该设计方案实现了单次纠错、显著降低所需量子比特数量以及低深度逻辑操作。这种架构放宽了实现容错的…
多量子比特相关噪声误差中的对称性提升了表面编码阈值
表面码因其较高的纠错阈值和实验可行性，被认为是最具实用价值的量子纠错方案。然而，该方案在真实噪声环境（尤其是存在关联性错误时）的表现仍需深入研究。该工作系统研究了关联性错误对纠错阈值的影响机制，重点分析了量子系统中由次近邻耦合可能引发的多种关联性错误类型。研究团队给出了表面码在这些关联噪声下的解析阈值，发现沿直线分布的关联性错误具有关键对称性，因而表现…
基于电信量子点源的120公里时编码量子密钥分发
采用确定性单光子源的量子密钥分发（QKD）已在城际光纤和自由空间信道中得到验证。此前的实现方案主要依赖偏振编码方案，该方案在实际光纤网络中易受双折射、偏振模色散和偏振相关损耗的影响。相较之下，时间-bin编码具有固有鲁棒性，已被广泛采用于基于弱相干激光脉冲的成熟QKD系统中。然而，该技术与确定性单光子源结合的可行性尚未获得实验验证。 该研究团队构建了一…
通过增强里德堡相互作用强度可以缩短里德堡双量子比特门的栅极时间吗？
在该论文中，研究团队探讨了里德堡双量子比特门的门操作时间与里德堡相互作用强度之间的关系。与直接依赖于自旋（或伪自旋）间相互作用实现的双量子比特门不同，原子阵列中的门操作是通过将原子驱动至里德堡态实现的。这导致缩短门操作时间与降低里德堡态激发概率之间存在竞争关系。研究发现，在里德堡阻塞机制下，门操作时间与相互作用强度无关；而在弱里德堡相互作用情况下，相互…
通过里德堡原子接收器进行卫星信号检测
里德堡原子接收器通过多种技术实现了对微波场的超高灵敏度，但由于远距离微弱微波信号捕获困难，接收卫星信号仍是重大挑战。该研究团队引入高增益天线聚焦卫星信号，并通过微波腔体耦合至原子气室。利用微波增强耦合技术，入射微波的最小可探测功率降至-128 dBm，在3.80 GHz频率下对应灵敏度达到21 nV/cm/Hz1/2。更值得注意的是，该工作首次利用里德…