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近日，中国科学技术大学潘建伟教授及其同事陆朝阳教授等在量子计算机研究方面取得了里程碑式的突破，相关研究结果被国际权威学术期刊《自然光子学》接收。在光学体系，我国科学家团队次实现利用高品质量子点单光子源构建了量子计算原型机，并且演示了其超越经典电子计算机（ENIAC）与晶体管计算机（TRADIC）的计算能力，向真正的“量子计算霸权”时代迈出了重要的一步。图1 玻色子抽样量子计算实验示意图。实验主要由单光子器件，多路解编器，低损耗光子电路（9模干涉仪），探测器等部分组成 “我们发现了两个关键的方法来达到高效的玻色子抽样：超低损耗的多光子干涉计与高效率，高纯度，不可分辨的多路解编的量子点单光子源。我们实施了3个，4个和5个玻色子抽样，计算速度比所有之前实验展示的高出了至少2,4000倍，大约比于人类历史上台电子计算机（ENIAC）与晶体管计算机（TRADIC）快10-100倍。这是单光子的量子机器次超越早期经典计算机。我们的工作是光学量子计算技术领域的一个崭新的开始，不仅仅是原理证明，此次搭建的量子机器实质性地超越了两代计算机原型机。”--中国科学技术大学上海研究院教授 陆朝阳 教授 图2 高效率与不可分辨的单光子源：(a)单光子器件计速率达9MHz，(b)单光子不可分辨率达到0.939。低损耗的多光子干涉计：多路解编器输入与9模干涉仪输出后的模式振幅(c)与相位(d)结果图3 3-，4-和5-玻色子抽样计算实验结果，工作频率分别为4.96kHz, 151Hz, 4Hz。实验证实量子光学计算机工作速度超过台电子计算机ENIAC与晶体管计算机TRADIC 在此之前，陆朝阳教授在2016年6月被《自然》评选为十位在科学界做出了巨大贡献的科学家之一，称为“中国科学之星”。“九层之台起于垒土”，从2016年到2017年的现在，该科研团队连续发表了一系列的量子计算相关文章，本次的量子计算实验结果是建立在扎实的基础之上的。 此次量子计算实验中的单光子器件（高效率与不可分辨的单光子源），陆老师课题组使用的是德国attocube公司生产的attoDRY低温恒温器，低温位移台与扫描台，低温物镜等设备。我们也相信两位老师定能在量子领域再次攀登科研高峰。中科大科研团队近期相关发表文献：次实验量子计算论文：High-efficiency multiphoton boson sampling (Nature Photonics, 2017)次实现10光子纠缠论文：Experimental ten-photon entanglement, arXiv:1605.08547, Phys. Rev. Lett. (2016)单光子器件论文：Time-bin-encoded sampling with a single-photon device (PRL, 2017)高不可分辨率单光子源论文：On-Demand Single Photons with High Extraction Efficiency and Near-Unity Indistinguishability from a Resonantly Driven Quantum Dot in a Micropillar (PRL, 2016)相关产品链接：高精度纳米位移台http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C168197.htm无液氦低温强磁场共聚焦显微镜 http://www.instrument.com.cn/netshow/C159541.htm低温强磁场纳米精度位移台http://www.instrument.com.cn/netshow/C80795.htm

日前，由大连大特气体有限公司自主开发的“气体配制计算设计系统 V 1.0”软件系统顺利通过国家版权保护中心审核，获得国家版权局颁发的计算机软件著作权登记证书。这是大连大特气体在将计算机应用于气体配制设计、计算方面取得完全自主知识产权的首枚成果。 大连大特气体在20多年气体设计、生产配制中不断摸索、不断创新，积累大量经验，发明了一套行之有效的气体配制计算方法，并根据气体特有的压力、浓度、钢瓶体积、气体分子量等性质，结合计算机编程技术，通过电脑编程将气体配比进行设计，计算出每种气体需充装的质量，广泛应用于气体生产当中。 此次申报的气体配制计算设计系统软件由大连大特气体研发团队独立开发，并经过不断测试、实践后运用到气体生产中，相比于以前的计算方法，操作更加便捷，结果更加精准。 本次软件著作权的取得，有利于我公司进一步健全知识产权保护体系，形成持续创新机制，发挥自主知识产权优势，提高企业核心竞争力。

如今，量子计算研究已成为全球科技发展的一大热点，各主要国家高度关注量子计算的发展，启动国家级量子战略行动计划，大幅增加研发投入，同时开展顶层规划以及研究应用布局。同时，国际产业界也纷纷投资量子计算，如谷歌、IBM、英特尔、微软等巨头企业更是积极推动量子计算产业的发展，其中以谷歌公司在 2019 年首次实现量子霸权，为产业界在量子计算方面发展的标志。据波士顿咨询公司（Boston Consulting Group）预测，量子计算机将很快开始解决许多今天的计算机无法解决的工业问题。那么量子计算机离我们还有多远呢？从当前硬件、算法和计算机架构上来说，量子计算机还不是很成熟。在 20 多年前，澳大利亚的量子计算机专家 Bruce Kane 在《自然》上发表了名为“A silicon-based nuclear spin quantum computer”论述了搭建硅基量子计算机的问题，并指出之中的关键是要将量子比特放置在间距 10—20nm 时所能够实现的一种两比特门。众所周知，我们的电脑是由很多具有特定功能的复杂电路组成，其中就有很多逻辑门电路。这些逻辑门电路及其有序组合就是电脑中形形色色的功能的基础，进而成就了人类数字社会的今天，而逻辑门操作的稳定性和开关特性决定了电脑的很多关键性能，例如计算速度等。这种特殊的两比特门就像是我们通向通用硅基单原子量子计算机的最后一道门一样，来自南方科技大学的贺煜副研究员也许就是开启这扇通向单原子级别硅基量子计算大门的开门人。他和团队成员一起，利用高精度微纳加工方式，将两个磷原子构成的量子点分别放置在相距 13nm（也就是130）的位置上，实现了第一个适用于量子计算机的高速两比特门。图 | 《麻省理工科技评论》中国区“35 岁以下科技创新 35 人”榜单入选者贺煜贺煜现在是南方科技大学量子科学与工程研究院的副研究员、独立 PI、硅量子器件和量子计算方向团队带头人。多年来，他在量子计算和量子网络方面取得了系列开创性成果，利用前沿量子技术操纵单个原子、电子和光子，在微观世界构建未来信息技术。突破关键量子门，推进量子计算机构建从硬件的角度来说，如果能基于硅制作量子计算机无疑是最方便的，因为从材料上来说，硅在地球上的含量是十分富足的。再者，如今的半导体工艺大都基于硅材料，那么与传统半导体工艺的兼容性也能使得量子计算机的构建变得更加方便。在 2019 年，贺煜带领团队证明了硅基磷原子体系第一个两比特门，是满足通用量子计算判据的最后一条，也正是 Bruce Kane 提出的量子计算方案中关键的一环。来自南方科技大学的俞大鹏院士以此推荐贺煜博士入选“35 岁以下科技创新 35 人”榜单，并表示：“这个工作为大规模量子计算芯片奠定了坚实基础，是一个里程碑式的工作。”该成果以封面文章发表在《自然》上，贺煜为第一作者，且该工作被列为“2019 年量子计算实验十大进展”。图 | 贺煜发表在《自然》的论文贺煜创造性地采用扫描隧道显微镜技术（STM）实现纳米尺度芯片加工，成功地以单原子级别的精度将两个磷原子构成的量子点放置在 13 纳米间距上，在硅基量子芯片上实现了第一个高速两比特门——800 皮秒的根号交换门，并实现了利用全统计计数方法对比特读出保真度的优化、参与构建比特读出保真度分析的理论工作等。这是一种高精度的微纳加工方式，可用于制备单原子、单电子量子器件以及人工量子材料，并能够实现单原子尺度的量子计算，为大规模可扩展的硅基量子计算奠定了坚实基础。师从潘建伟院士和陆朝阳教授多年来，贺煜在量子计算和量子网络方面取得了系列开创性成果，用前沿量子技术操纵单个原子、电子和光子，在微观世界构建未来量子信息技术平台。回顾他的求学之路，用“根正苗红”来形容再合适不过。自本科起，贺煜就在中科大这片量子的土壤中成长，并以优异的成绩保送本校硕博连读。期间在导师潘建伟院士和陆朝阳教授的指导下，贺煜主要研究砷化镓自组装量子点，核心成果包括一系列单光子源方面开创性工作，以及首次观察到自发辐射谱线擦除效应——实现量子光学的实验突破，以及单光子向单电子自旋的量子传态等。谈及选择量子技术作为研究方向的原因，他告诉 DeepTech：“之所以一直选择量子物理、量子计算的方向，首先是兴趣爱好，是自己对于微观世界的好奇心和对量子世界的喜爱所驱动，其次是因为量子计算是一个将改变人类未来的前沿科技，尤其是硅量子计算芯片具有很大的产业潜力，希望通过自己的耕耘为社会贡献一份力量，为科学发展做一份努力。”图 | 贺煜发表在《自然-光子学》的论文2015 年以后，贺煜继续在陆朝阳教授团队做了半年的博后研究，结合博士期间的工作，实现了当时世界最高光子数玻色抽样——证明了量子计算机对于第一台电子管计算机 ENIAC 的超越和第一台晶体管计算机 TRADIC 的超越，研究成果以论文形式发表于 2017 年的《自然-光子学》上，并入选“2017 年中国十大科技进展新闻”。论文指出，为完成高性能玻色抽样实验，研究团队克服的技术难点有两个：一是基于砷化镓量子点，研究团队设计了稳定的高亮度单光子源；二是设计并使用了性能卓越的多光子干涉仪（multiphoton interferometers），其传输效率高达 99%。研究团队完成并实现了 3 光子、4 光子以及 5 光子玻色抽样实验，采样率分别为 4.96kHz、151Hz 和 4Hz，都达到之前实验的 24000 倍以上。图 | 贺煜团队开发的高性能玻色抽样实验平台这是一项十分惊人的突破，是首次量子计算机超越传统计算机的案例。火车刚刚出现时比马车还慢，飞机刚刚问世时只能在空中短暂停留，如今都是改变生活的重要科技成果。量子计算机从理论上来说，会比传统计算机快很多，是基于量子比特运行的计算机。通过量子物理学中的两个奇异的原理——“纠缠（entanglement）”和“叠加（superposition）”，量子计算机能以指数形式扩展计算机的处理速度。着眼未来，布局固态量子网络从根本上来说，量子计算机目前仍处在产业发展的初期阶段，但军工、金融、石油化工、材料科学、生物医疗、航空航天、汽车交通等行业都已注意到其巨大的发展潜力。随着时间的推移，预计 2050 年左右将达到每年 3000 亿美元的营业收入，将成为改变世界的下一代技术革命关键领域之一。回顾计算机的发展历史，世界上的第一台计算机是 ENIAC，它生于第二次世界大战，主要任务是计算弹道，是一台军用计算机。而计算机的全面普及其实与商业计算机的出现和网络的构建息息相关。那么量子计算机会不会也沿着这一条“老路”发展呢？这也是一个值得思考的问题。贺煜认为，量子计算机要走向应用，量子网络和通信是十分关键的技术，必须做以突破。如今他任教于南方科技大学，除了量子计算之外，主要研究方向还有量子网络。2017 年，他和团队实现了单光子到单电子的量子传态，开发了一整套全新的单光子频率比特控制和测量方案，验证了单个光子和电子之间的纠缠，并且把光子的量子信息传递到 5 米远的电子自旋上去，为固态量子网络研究的重要突破。图 | 贺煜及研究团队完成的“单光子-单电子”量子传态而谈及接下来的研究方向，贺煜表示：“根据硅量子计算的发展趋势，在南方科技大学量子科学与工程研究院，我将带领硅量子计算团队，研究硅基量子计算芯片和量子计算，从根本问题入手，解决目前的一些技术瓶颈：进行硅基单原子量子器件的基本物理研究；研究新型的硅基原子比特和研究比特耦合技术；利用低温扫描隧道显微镜直写技术构建新型芯片等。并将研发的新工艺和半导体芯片产业化进行对接，为将来的广阔商业前景奠定基础。”