量子计算-超导国家重点室
量子计算国内外发展现状
量子计算国内外发展现状1、量子计算简介2020年10月16日，中共中央政治局就量子科技研究和应用前景举行第二十四次集体学习。
习近平总书记发表重要讲话，为当前和今后一个时期我国量子科技发展做出重要战略谋划和系统布局。
以量子计算、量子通信和量子测量为代表的量子信息技术作为量子科技领域的重要组成部分,将为推动基础科学研究探索、信息通信技术演进和数字经济产业发展注入新功能。
量子计算是量子力学与计算机科学相结合的一种通过遵循量子力学规律、调控量子信息单元来进行计算的新型计算方式。
它以量子比特为基本单元,具有量子叠加、纠缠的特性。
并且，通过量子态的受控演化，量子计算能够实现信息编码和计算存储,具有经典计算技术无法比拟的巨大信息携带量和超强并行计算处理能力。
2、量子计算相关政策2.1国际量子计算相关政策（1）美国2016年，美国国家科学和技术委员会（NSTC）公布《推进量子信息科学：国家挑战与机遇》。
2020年8月，美国白宫科技政策办公室、美国国家科学基金会（NSF）和美国能源部共同宣布将在未来五年内建立12个多学科、多部门的国家中心，其中包含5个量子信息科学中心（图1）。
2021年美国白宫公布了《国家安全战略中期指导方针》，指出量子计算机和1人工智能会给经济、军事、就业、经济差距问题带来广泛影响。
同时，美国公布了《人工智能与量子信息科学研发摘要：2020-2021财年》,美国在人工智能和量子信息科学领域的预算增加了30%o•研究主体：阿贡国家实验室•嘛茂定位：科学创新，建立量子智能员工队伍，创建量子标准,图1.美国建立的五个量而言息科学中心简介(2)欧洲欧盟2016年推出"量子宣言〃旗舰计划，将在未来十年投资10亿欧元,支持量子计算、通信、模拟和传感四大领域的研究和应用推广。
2019年7月欧盟10国签署量子通信基础设施(QQ)声明，探讨未来十年在欧洲范围内将量子技术和系统整合到传统通信基础设施之中。
超导量子计算技术的研究和应用
超导量子计算技术的研究和应用量子计算是一种利用量子力学规律进行计算的新型计算方式，具有解决某些经典计算难题的潜力。
而超导量子计算技术是其中的一个有希望实现大规模量子计算的方向。
该技术已经得到广泛关注和研究。
本文将从超导量子计算技术的原理、进展和应用等方面进行介绍。
一、超导量子计算技术的原理超导量子计算的基本单元是量子比特，通常称为qubit。
qubit 与经典计算的基本单元（比特）类似，但是它比比特更复杂，因为它符合量子力学基本规律的物理系统。
qubit可以在0和1之间进行连续变化，表示量子状态的叠加。
如果我们对qubit的状态进行测量，它给出的结果将是0或1，但如果我们不进行测量，qubit 将保持其叠加状态的超级位置。
超导量子计算机的实现方式是利用超导电路中电流的量子振荡特性从而实现qubit。
具体而言，超导材料的电子形成了一种特殊的激发态，称为库仑谷（Cooper pair）。
当Cooper pair通过超导线圈时，它们会在两点之间形成一个超导量子比特，对这个超导量子比特施加微波信号后，它就会发生振荡。
二、超导量子计算技术的进展超导量子计算技术自发现以来就得到了广泛的研究。
目前，国外的IBM和Google等公司投入了巨额资金用于研究和开发量子计算技术。
IBM已经推出了一款基于超导量子计算技术的量子计算机；Google则在2019年提出，他们的量子计算机已经实现了量子优势，能够在几分钟内完成一项耗费传统计算机超过1万年的计算任务。
超导量子计算技术的发展也受到了一些问题的制约。
其中最主要的问题是误差和量子比特之间的相互影响。
基于此，研究人员正在努力解决这个问题。
有关机构和研究团队正在开发和测试各种纠错技术和量子比特的实现方式，以提高量子计算机的准确性。
三、超导量子计算技术的应用超导量子计算技术具有广泛应用前景。
其应用领域涉及物理学、化学、计算机、通信和金融等众多领域。
在物理学和化学领域，超导量子计算可以帮助研究物质的基本粒子行为、分子结构和化学反应。
超导量子计算机的研究进展
超导量子计算机的研究进展超导量子计算机是一种可以超越经典计算机能力并且有潜力革命性的新型计算机。
它使用超导材料中的量子比特进行计算，这些量子比特可以同时处于多个状态，从而理论上可以实现比任何现有计算机都要快得多的计算速度。
超导量子计算机的概念于20世纪80年代初提出，但是由于技术上的困难，一直没有得到实现。
近年来，随着技术的进步，超导量子计算机的研究取得了长足进展。
本文将介绍超导量子计算机的研究现状和进展。
1. 超导量子比特的制备超导量子计算机需要使用超导材料中的量子比特进行计算。
超导材料是在低温下可以完全消除电阻和磁场的物质。
为了实现超导量子计算，需要制备能够稳定存储信息的超导量子比特。
现有的超导量子比特制备方法主要有两种：基于量子比特的电路量子电动力学和基于拓扑量子比特的大量子比特。
其中，基于量子比特的电路量子电动力学是指使用微波电场控制超导量子比特的动力学行为。
这种方法已经成功地制备了多种不同的超导量子比特，包括单量子比特和双量子比特。
另一种制备超导量子比特的方法是基于拓扑量子比特的大量子比特。
拓扑量子比特是指使用谷电子能带拓扑结构进行量子编码的量子比特。
这种方法可以实现大规模的量子比特制备，并且具有在高温下稳定存储信息的特性。
2. 超导量子计算机的结构超导量子计算机是一个复杂的系统，包括硬件和软件两个部分。
硬件部分包括量子比特、量子逻辑门和量子控制电路等，而软件部分包括运行在计算机上的量子算法和编程语言。
为了实现超导量子计算，需要构建一个能够精确控制量子比特的系统。
目前，正在开展的超导量子计算机主要有两种结构：线性量子计算机和扇形量子计算机。
线性量子计算机是指使用一条直线上的量子比特进行计算。
这种结构可以在一个较小的规模内实现量子计算，但是随着量子比特数量的增加，受限于量子比特之间的耦合，可能会产生较大的计算误差。
扇形量子计算机是指将量子比特布置在一个圆弧上进行计算的系统。
这种结构可以将量子比特之间的耦合最小化，从而提高计算精度并且可以实现更大规模的量子计算。
国家超导专家委员会首席科学家国家超导实验室学术委员会主任国务院学位委员会物理学科组成员北京大学固
会 上发 言 时 的情景 。
甘 子 钊 男 ， 汉 族 ， ｌ ３ 年４ 出 生 ，广 东 茂 名 信 ９８ 月
谊 人 ， 著 名 科 学 家 。 １５ 年 毕 业 于 北 京 大 学 物 理 系 ， ９９
１ ６ 年 １ 北 京 大 学 物 理 系 研 究 生 毕 业 ， 留 校 任 教 至 ９３ 月
今 。１ ７ 年 以 来 ， 曾在 美 国 普 林 斯 顿 大 学 工 作 一 年 。 ９９
１ ８ 年 被 授 予 “围 家 级 有 突 出 贡 献 中 青 年 专 家 ” 称 ９４ 号 。１ ９ 年 当 选 为 中 国科 学 院 院 士 。现 任 北 京 大 学 物 ９１
理 系 教 授 ， 博 士 生 导 师 ， 物 理 系 主 任 ， 全 国 政 协 委 员 、北 京 大 学 固 体 物 理 研 究 所 所 长 ， 北 京 现 代 物 理 研 究 中心 副 主 任 、 国 家 超 导 专 家 委 员 会 首 席 科 学 家 ， 国 家 超 导 实 验 室 学 术 委 员 会 主 任 ，人 工 微 结 构 和 介 观 物 理实验 室主 任 、国务 院学位委 员会物 理学 科组成 员 ， 中 国 物 理 学 会 学 术 交 流 委 员 会 副 主 任 、 中 国 材 料 科 学 学会 常务 理事 。
中 国科 学
、
甘 子 钊 院 士 认 为 ， 基 础 科 学 研 究 对 我 国 整 个 科 学 技 术 的 作 用 是 非 常 重 要 的 ， 和 发 达 国 家 相 比 ， 我 国 还 有 很 大 的 差 距 ， 特 别 是 在 一 些 有 重 大长 远战 略意 义 的领 域 更 是如 此 。对 此 ，甘 子 钊院 士 特别 关 注 ，他 曾 在 各 种 场 合 发 表 自 己 的 见 解 。 图 为 他 在 加 强 我 国 基 础 科 学 研 究 座 谈
“量子调控与量子信息”重点专项
“量⼦调控与量⼦信息”重点专项“量⼦调控与量⼦信息”重点专项2018年度项⽬申报指南“量⼦调控与量⼦信息”重点专项的总体⽬标是瞄准我国未来信息技术和社会发展的重⼤需求，围绕量⼦调控与量⼦信息领域的重⼤科学问题和瓶颈技术，开展基础性、战略性和前瞻性探索研究和关键技术攻关，产⽣⼀批原创性的具有重要意义和重要国际影响的研究成果，并在若⼲⽅⾯将研究成果转化为可预期的具有市场价值的产品，为我国在未来的国际战略竞争中抢占核⼼技术的制⾼点打下坚实基础。
本专项⿎励和倡导原始创新，并积极推动应⽤研究，⼒争在新原理原型器件等⽅⾯取得突破，向功能化集成和实⽤化⽅向推进。
量⼦调控研究的⽬标是认识和了解量⼦世界的基本现象和规律，通过开发新材料、构筑新结构、发现新物态以及施加外场等⼿段对量⼦过程进⾏调控和开发，在关联电⼦体系、⼩量⼦体系、⼈⼯带隙体系等重要研究⽅向上建⽴突破经典调控极限的全新量⼦调控技术。
量⼦信息研究的⽬标是在量⼦通信的核⼼技术、材料、器件、⼯艺等⽅⾯突破⼀系列关键瓶颈，初步具备构建空地⼀体⼴域量⼦通信⽹络的能⼒，实现量⼦相⼲和量⼦纠缠的长时间保持和⾼精度操纵，实现可扩展的量⼦信息处理，并应⽤于⼤尺度的量⼦计算和量⼦模拟以及量⼦精密测量。
“量⼦调控与量⼦信息”重点专项将部署6个⽅⾯的研究任务：1.关联电⼦体系；2.⼩量⼦体系；3.⼈⼯带隙体系；4.量⼦通信；5.量⼦计算与模拟；6.量⼦精密测量。
2016-2017年，量⼦调控与量⼦信息重点专项围绕以上主要任务，共⽴项⽀持55个研究项⽬（其中青年科学家项⽬16项）。
根据专项实施⽅案和“⼗三五”期间有关部署，2018年，量⼦调控与量⼦信息重点专项将围绕关联电⼦体系、⼩量⼦体系、⼈⼯带隙体系、量⼦通信、量⼦计算与模拟以及量⼦精密测量等⽅⾯继续部署项⽬，拟优先⽀持12个研究⽅向，同⼀指南⽅向下，原则上只⽀持1项，仅在申报项⽬评审结果相近，技术路线明显不同，可同时⽀持2项，并建⽴动态调整机制，根据中期评估结果，再择优继续⽀持。
完全解读量子计算的未来前景：科技创新的领航者
完全解读量子计算的未来前景：科技创新的领航者1. 引言1.1 概述量子计算作为一项前沿科技和创新领域，正迅速发展并引起全球范围内的广泛关注。
将传统计算与量子计算进行对比，我们可以看到量子计算的巨大潜力和革命性影响。
它利用了量子力学的基本原理来进行信息的储存、处理和传输，能够在特定情况下超越传统计算机的能力。
尽管目前的量子计算技术仍处于初级阶段，但各个实验室正在取得重要进展，并且已经有一些商业化发展的趋势。
此外，在政府和学术界也投入了大量资源来支持这一领域的研究。
未来，随着科技创新不断推进以及跨领域合作的加强，将会带来更多应用领域中的创新可能性。
因此，本文旨在全面解读量子计算的未来前景，并探讨科技创新在该领域中扮演的角色。
我们将通过对当前量子计算技术发展现状、未来前景与新兴应用领域以及科技创新对未来的影响进行分析，以期为读者提供对量子计算的深入理解，并展望未来科技创新的领航作用。
1.2 文章结构本文将按照以下结构展开论述：首先，在引言部分将概述整个文章的目的和结构。
其次，我们会在第二部分概述量子计算的基本知识，包括与传统计算的对比、量子比特和超导量子位等基础概念，以及量子纠缠和随机性的重要性。
第三部分将探讨当前量子计算技术发展现状，包括实验室研究进展、商业化趋势以及政府和学术界的支持与投资情况。
接着，在第四部分我们将展望未来前景并探讨新兴应用领域，特别是量子计算在人工智能、通信和网络安全、生物信息学以及材料科学等领域中的潜力。
最后，在第五部分将详细讨论科技创新对未来的影响和推动作用，包括从理论突破到实际应用落地之路、科研合作与跨领域交叉融合以及社会意识拓展、教育培训和产业转型一体化推动效果评估方法论。
1.3 目的本文的目的是完全解读量子计算的未来前景，并以科技创新作为领航者。
通过对当前量子计算技术发展现状、未来前景与新兴应用领域以及科技创新对未来的影响进行分析，我们将提供对读者对量子计算的深入理解，同时探讨科技创新在该领域中发挥的重要作用。
中国电子科技集团公司电磁空间重点实验室2024年基金项目指南
中国电子科技集团公司电磁空间重点实验室2024年基金项目
指南
佚名
【期刊名称】《新技术新工艺》
【年(卷),期】2024()5
【摘要】1.前言为促进电磁空间技术快速高质量发展,中国电子科技集团公司电磁空间重点实验室(以下简称集团重点实验室)现启动2024年度开放基金项目群指南发布。
2.基金项目群总体目标聚焦智能模型训练、数学建模研究、电磁信号处理等发布指南,促进电磁空间实验室业务可持续发展。
【总页数】1页(P74-74)
【正文语种】中文
【中图分类】F42
【相关文献】
1.为卫星导航发展保驾护航——中国电子科技集团公司第二十研究所校准/检测实验室
2.复杂电子系统仿真国家级重点实验室2022年度基金项目对外开放课题指南
3.激光推进及其应用国家重点实验室2022年度基金项目对外开放课题指南
4.本刊传访国际真空电子学领域最高奖--皮尔斯奖获得者、中国电子科技集团公司第十二研究所副所长、微波电真空器件国家级重点实验室副主任冯进军博士不忘初心砥砺奋进弘扬科学创新精神谱写我国真空电子技术新篇章
5.先进成形技术与装备全国重点实验室开放基金项目申请指南
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量子精密测量技术与政策进展
量子精密测量技术与政策进展摘要：近年来，量子精密测量技术研究以及相关仪器开发和产业化发展进程明显加快；世界各主要科技强国相继推出量子精密测量国家战略，加强政策支持和资金投入，以应对颠覆性技术变革。
本文梳理综述近年来量子精密测量方面国内外重大国家战略与重要技术进展，预测量子精密测量的发展趋势与发展重点，提出能够加速促进量子精密测量领域蓬勃发展的政策建议，为我国量子精密测量技术、器件与仪器的研究提供强力支撑，推动量子技术产业发展，提升国家量子科技水平。
关键词：量子精密测量；里德堡原子；量子光源；NV色心；量子传感量子精密测量狭义上是指通过量子纠缠等量子特性突破标准量子极限，力求达到海森堡极限的测量方法，是经典测量理论极限所不到能达到的测量手段；而广义上则是指通过利用量子系统、量子性质或量子现象进行测量与计量的手段，包括基于各种原子体系、离子体系、光子体系、超导量子体系等构建的测量与量子传感方法，此外还包括量子计量研究、量子测试仪器研发等内容。
目前研究较多、较为接近实际应用的多为广义上的量子精密测量技术，其涉及领域多，覆盖面广，应用范围大，在时频测量、电磁场测量、目标识别、导航等多个方面都具有非常重要的地位。
相较于传统测量，量子精密测量能够实现在测量精度、灵敏度、带宽等指标上的跨越式提升，对国家整体科技发展具有重大意义，在基础研究、军事、医学、制造、通信等诸多领域具有重要应用价值，能够带来新一轮的产业革命。
一、国内外量子精密测量相关领域国家战略在量子精密测量领域的国家发展战略布局方面，中、美、英、德、韩等国家先后推出重大发展战略与发展计划，大力支持相关技术研究与难题攻克，激励相关仪器、设备研发，以抢占量子精密测量技术的高地，在可能到来的量子技术革命中确保能够掌握主动权。
中国国务院2022年1月印发《计量发展规划（2021-2035）》，提出加强计量和前沿技术研究，加强量子计量、量值传递扁平化和计量数字化转型技术研究，重点研究基于量子效应和物理常数的量子计量技术及计量基准、标准装置小型化技术，建设一批国家计量科技创新基地和先进测量实验室，培养造就一批具有国际影响力的计量科研团队和计量专家队伍，确保国家校准测量能力处于世界先进水平。
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cos
2
0
i
2
0
运动方程
d 0 dt
C U
超导相位量子比特
H
01
2
z
201C I x z
1
普通接线
0
C / Re[Y ( f )] Q / 01
R 100 C 51012
物理所, 2011/9/23, 北京
基于超导量子比特量子计算
于扬
南京大学物理系 固体微结构国家实验室
提要
1. 量子比特和量子计算 2. 基于超导量子器件的量子比特 3. 目前发展状况和前景
Moore定律的挑战迫切呼唤新的信息技术
最小CMOS尺寸只有30nm， 栅氧厚度3个原子层。
量子调控技术深入到单量子态层次
T 1 CV 2
Ic ,
2
U
UJ
I
பைடு நூலகம்
EJ
1
cos
2
0
I
V 0 , 0
2
2
U
EJ
(1 cos)
I0
2
T
U
1 C2 2
EJ
1 cos
2
0
I
p
0 a1 0 a2 1
01 a1 00 a2 01 a3 10 a4 11
001 a1 000 a2 001 a3 010 a4 100 a5 011 a6 101 a7 110 a8 111
是内在的并行计算。 x f (x) x a1 0 a2 1 f (x) a1 f (0) a2 f (1)
x
EC
EJ
• 材料Al，斜蒸法 • 加工尺寸 5005015nm
超导量子比特加工
Nb Al Nb Si
DC SQUID PC qubit
5m
早期主要是研究量子相干
Nature 1999, 电荷比特的量子相干振荡： 1)样品尺寸足够小: 15 nm 2)新的快速调控和测量方法。30-40 ps
cos
2
0
(ex )2 2L
U
0
1
H
2
z
2
x
x = 0/2
容易受磁场起伏影响，导致退 相干。可以工作在位相模式
• 三层法、斜蒸法 • 加工尺寸 5到0.5m
超导电荷量子比特
T 1
2
k
CkVk2
U EJ (1 cos)
H
2
z
2
量子信息正是挑战和发展的交汇。 在基础理论上，研究量子理论在各方面的拓展和应用。 实现量子通讯、模拟、计算，具有巨大潜在应用前景。
研
究 量子通讯
进 度
量子模拟
量子计算
1
10
100
1000
量子比特(Qubit)数目
经典和量子比特（抽象）
一个两态系统，两个状态分别标记为0和1。 数字信息处理，比特在某一时刻状态可能是0或者1
01 51010
0.5 ns
Q 25
要达到
10s
Q 500000 R 2M
• 三层法 • 加工尺寸 1010m
超导磁通量子比特
ex LI L(Is V / R CdV / dt)
C
C
d 2 dt 2
U
U
EJ
C
0
2
C
[CV , ] i [Q, ] i
[2en, 0 ] i 2
[n, ] i
N 1
运动方程
H p
p2 2C
EJ
1
cos
2
0
I
p2 2C
EJ
1
Is Ic sin
d 2eV
dt
2 1 2e
2
Adl
1
EJ
t
V
0
Idt
t 0
Ic
sin
2e
d
dt
dt
0
Ic
sin
0
2
d
0Ic
2
(1
cos )
EJ
(1
cos )
EC
e2 2C
超导电路量子化
I
C
在算法上远远优于经典计算机。
量子纠错
量子比特有些类似于模拟信息处理，受外 界干扰会退相干，出错率很高，因此必须 定期进行纠错，才能保证最后结果正确。
退相干分为能量驰豫和位相驰豫。
T1
T2
1 1 1
2T1 T2
量子纠错理论指出，为了能实现可以纠错 的量子计算，量子系统相干时间至少必须 大于逻辑门时间的一万倍。
量子比特的操控（二能级系统）
01
拉比（Rabi）振荡
01
量子比特的基本条件
0) 具有很好定义的量子比特 1) 能对量子比特进行初始化 (输入) 2) 能进行单量子门和双量子门操作 (计算) 3) 能对量子比特进行测量 (输出)
4) 足够长的相干时间，大于104量子门操作时间 5) 可以规模化
这些要求互相矛盾。因此选 择物理体系来制作量子计算 机要兼顾各种要求。
量子比特的物理实现
各种量子比特比较
光子
1Å 核自旋
1nm
离子、原子
尺
寸
介 观
10nm
量子点
量
增 加 ， 耦 合 容 易
退 相 干 时 间 增 加
子
比
特
1μm 超导量子比特
超导量子比特是固态人工原子
1 100 GHZ
LC
超导约瑟夫森隧道结
超导体 超导体
n ei1 (t) s
n ei2 (t ) s
量子比特在某一时刻状态
a1 0 a2 1
有些类似于模拟信息处理
经典和量子逻辑门（抽象）
经典逻辑门：单比特门： 非 两比特门： 和，与，和非，与非， 异或
和非门是通用门（Universal），可以构成任意门
量子逻辑门：单比特门： 2乘2酉矩阵，有无穷多种 常用： X，Y，Z，H
X
0 1
1 0
量子线路（抽象）
1 (0 1)
0
H2
0
00
1 (0 1) 0 2
1 (0 0 1 1) 2
1 ( 00 11 ) 2
初始化，经过一系列逻辑门（调控），到末态（Bell态） 单比特门，两比特门，需要时耦合，不需要时自由演化
量子计算
利用了量子态的叠加性。
一比特
二比特
三比特
经典 量子
,
Z
1 0
0 1
,
H
1 1 2 1
1 1
两比特门： 4乘4酉矩阵，有无穷多种。常用： CNOT
1 0 0 0
0 1 0 0 A
0 0 0 1 0 0 1 0 B
00 00 01 01 10 11 11 10
单比特门和CNOT是通用 门（Universal）， 可以构成任意门