光子纠缠

加拿大物理学家们首次利用量子力学克服了测量科学中的一个重大挑战。新开发的多探测器方法可测量出纠缠态的光子，实验装置使用光纤带收集光子并将其发送到由11个探测器组成的阵列。此项研究为使用量子纠缠态开发下一代超精密测量技术铺平了道路。 　　研究报告主要作者之一、多伦多大学物理系量子光学研究小组博士生罗泽马· 李称，新技术能利用光子以经典物理学无法达到的精度进行测量。此项研究成果在线发表在《物理评论快报》上。 　　现存最灵敏的测量技术，从超精确原子钟到世界上最大的望远镜，均依赖于检测波之间的干涉，这种干涉发生于两个或更多个光束在相同空间的碰撞。罗泽马及其同事使用的量子纠缠态包含N个光子，它们在干涉仪中均被保证采取同样的路径，即N个光子要么全部采取左手路径，要么全部采用右手路径。 　　干涉效应可用干涉仪进行测量。干涉装置的测量精度可通过发送更多的光子加以改善。当使用经典光束时，光子数目(光的强度)增加100倍，干涉仪的测量精度可提高10倍，但是，如果将光子预先设置在一个量子纠缠态，干涉仪在同等条件下的测量精度则同步增长100倍。 　　科学界虽已了解到测量精度可通过使用纠缠光子加以改善，但随着纠缠光子数的上升，所有的光子同时到达相同检测器的可能性微乎其微，因此该技术在实践中几无用处。罗泽马及其同事于是开发出一种使用多个探测器来测量纠缠态光子的新方法。他们设计了一种使用&ldquo 光纤带&rdquo 的实验装置，用以收集光子并将其发送到11个单光子探测器组成的阵列。 　　这使研究人员能够捕捉到几乎所有最初发送的多光子。罗泽马称，同时将单光子以及两个、三个和四个纠缠光子送入检测设备，测量精度可得到显著提高。 　　研究人员表示，两个光子好于一个光子，探测器阵列的效果则远远好于两个。随着技术的进步，采用高效探测器阵列和按需纠缠的光子源，此项技术可被用于以更高精度测量更多的光子。《物理评论快报》的评论指出，该项技术为提高成像和光刻系统的精度提供了一种行之有效的新途径。

丹麦和德国科学家在最新一期《科学》杂志上发表论文指出，他们携手解决了一个困扰量子科学家多年的问题——在两块纳米芯片上，首次同时控制两个量子光源，并让其实现量子力学纠缠。最新进展对量子硬件的突破性应用至关重要，将促进量子技术发展到更高水平，是计算机、加密和互联网加速“量子化”的关键一步，将为量子技术的商业利用打开大门。多年来，研究人员一直致力于开发稳定的量子光源，并实现量子力学纠缠，也就是两个量子光源可远距离地立刻相互影响。纠缠是量子网络的基础，也是开发高效量子计算机的核心。哥本哈根大学尼尔斯玻尔研究所彼得洛达尔教授表示，其团队一直在研究使用光子作为微传送器传输量子信息。一个量子光源发射的100个光子所包含的信息将超过世界上最大的超级计算机所能处理的信息。使用20—30个纠缠的量子光源，科学家们就有可能构建出一台通用的纠错量子计算机。但实现上述目标面临的最大挑战是，从控制一个量子光源到控制两个量子光源。因为光源对外界的“噪音”非常敏感，因此很难复制。历经20年努力，在最新研究中，洛达尔团队成功创造出两个相同的量子光源，并开发出先进的纳米芯片，对每个光源进行精确控制，实现了量子力学纠缠。最新研究主要作者、博士后阿列克谢蒂拉诺夫解释道：“纠缠意味着控制一个光源，就可立即影响另一个光源，使我们可创建出一个量子光源组成网络，其中的所有光源相互作用，能以与普通计算机中的比特相同的方式来执行量子运算，从而获得当今计算机技术无法实现的处理能力。”

【科学背景】随着信息技术的飞速发展，人类对于更安全、更高效的通信方式的需求日益增长。其中，量子信息科学的崛起引起了广泛关注。量子信息科学利用量子力学中的特性，如纠缠和叠加，来实现更安全和更快速的信息处理和通信方式。量子互联网作为量子信息科学的一个重要分支，旨在构建一个基于量子力学原理的全新互联网架构，以实现更加安全、更加高效的通信。在传统互联网中，信息是通过经典比特（0和1）进行传输和存储的。然而，在量子互联网中，信息以量子比特（qubit）的形式传输，这些量子比特可以同时处于0和1的叠加态，并且可以通过纠缠相互关联。这种非经典特性使得量子互联网具有独特的优势，如量子密钥分发、分布式量子计算和增强的传感等。然而，要实现量子互联网还存在一些挑战。其中之一是如何在大规模、多节点的情况下建立稳定的量子纠缠。以往的研究多集中在实验室规模的两节点系统上，缺乏对于多节点系统的研究和验证。另一个挑战是光子在光纤传输中的损耗问题，特别是在长距离传输时，光子的损失会大大降低量子通信的效率和可靠性。为了解决这些问题，中国科学技术大学的包小辉&潘建伟院士团队提出了一种基于原子集合的量子存储器和光子服务器的量子网络架构，并利用量子频率转换技术来减少光子在光纤中的传输损耗。通过这些创新，他们成功地建立了一个大都市规模的多节点量子网络，实现了远距离量子纠缠的生成和存储，并且能够同时在多条链路上执行纠缠生成。【科学图文】为了实现未来的量子互联网，研究人员进行了一项关于建立大都市区域的多节点量子网络的研究。他们在图1中展示了该网络的布局和实验设置。图a展示了一个广阔复杂的量子网络的设想架构，包括了许多高连接性的大都市区域网络，这些网络通过量子中继器通道相互连接。该网络由三个量子节点（Alice、Bob和Charlie）和一个服务器节点组成，形成了星形拓扑结构。这些节点被放置在合肥市内，形成一个三角形，节点之间的距离为7.9公里到12.5公里。在实验中，每个量子节点都配备了一个原子集合量子存储器，用于生成原子-光子纠缠。图b展示了量子节点的方案，包括了量子存储器、光子服务器以及用于纠缠生成的装置。图c展示了服务器节点的方案，其中包括了光子干涉仪和超导纳米线单光子探测器等组件。图d展示了该研究中使用的多节点量子网络的布局，以及各节点之间的光纤连接。通过这些布局和实验设置，研究人员成功地实现了远距离量子节点之间的纠缠生成，并且纠缠存储时间超过了往返通信时间。此外，他们还展示了对所有三条网络链路的远程纠缠生成，并同时执行了这些操作。这项研究为评估和探索多节点量子网络协议提供了大都市规模的试验平台，标志着量子互联网研究的重要进展。图1：网络布局和实验设置。研究人员为了解决量子网络中的相位稳定性和频率漂移问题，开发了一种基于弱场远程相位稳定方法的网络架构，并通过实验验证了其有效性。图2展示了该相位稳定化方法的方案和实验结果。在图2a中，研究人员利用弱场相位探测脉冲和光子计数在纠缠生成设施中检测相位差Δφ，并通过反馈立即进行补偿。实验结果显示，经过相位稳定化处理后，两节点之间的相位分布得到了显著改善，可观察到正弦振荡的干涉可见度。图2b展示了相位稳定化的特征，通过发送额外的相位探测脉冲和光子计数，成功实现了相位分布的高斯化。此外，图2c显示了在不同频率差条件下的干涉可见度，证明了频率漂移的补偿效果。这些研究结果对于量子网络的发展具有重要意义。相位稳定化方法和频率漂移的补偿可以确保在量子节点之间建立稳定的纠缠链接，为量子通信和量子计算等应用提供了可靠的基础。图2. 弱场相位和频率稳定。接下来，研究人员在图3中验证了通过弱场方法在远距离节点之间生成的纠缠。在图3a中，他们展示了用于验证远程纠缠的实验设置。通过与额外的弱纠缠探测脉冲的结合，他们成功地检测到了远程纠缠的存在。在图3c和d中，他们展示了读出场和原子态之间的密度矩阵，证明了远程纠缠的存在，并通过保真度的计算确定了其有效性。值得注意的是，他们在两个实验中均取得了成功，一次是在5微秒的存储时间内，另一次是在107微秒的存储时间内。这表明，他们的方法不仅能够实现远程纠缠的生成，还能够在较长时间内保持纠缠的稳定性。图3. 一对遥远节点之间的纠缠。研究者在图4中展示了网络中的并发纠缠生成。他们的目标是同时在网络的不同节点之间建立纠缠，从而实现量子通信的潜力。在图中，研究者通过量子随机数生成器动态切换用户对，并使用多输入-双输出光开关来实现并发纠缠。实验结果显示，当改变Charlie节点的相位时，Alice-Bob、Alice-Charlie和Bob-Charlie三个链路上的纠缠度表现出了明显的正弦振荡，这表明了成功的纠缠生成。在另一方面，当测量PM态时，结果显示了与理论相关的高度相关性。这项工作的重要性在于，它为量子通信和量子网络的发展提供了实验上的验证，为未来的量子通信系统的设计和实施提供了关键见解。图4. 网络中并发纠缠的产生。【科学结论】本文展示了一种可行的都市区域纠缠量子网络的实现，并解决了该网络面临的技术挑战。通过成功实现远程纠缠的生成和存储，以及在网络内同时生成多个纠缠对，作者为量子通信和量子信息处理领域提供了重要的突破。其中，采用的单光子方案为网络的高纠缠速率提供了基础，远程相位稳定化和弱场方法则解决了单光子方案中的关键技术问题。这些方法不仅在实验中取得了成功，而且为未来构建更大规模、更复杂拓扑结构的量子网络提供了可靠的技术支持。此外，文章还指出了进一步提高网络性能的路径，如将波长转移到通信C波段、利用Rydberg阻塞机制抑制不需要的高阶原子激发、实现更好的纠缠验证以及延长纠缠存储时间等。这些科学启迪为未来量子网络的发展指明了方向，有望促进量子信息技术的应用和进步，推动量子通信的实用化和商业化进程。原文详情：Liu, JL., Luo, XY., Yu, Y. et al. Creation of memory–memory entanglement in a metropolitan quantum network. Nature 629, 579–585 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07308-0

中国科大郭光灿院士团队在量子通信和量子网络的研究中取得重要进展。该团队李传锋、柳必恒研究组与南京邮电大学盛宇波等人合作，利用高品质的超纠缠源，首次实现了11公里的远距离量子纠缠纯化，纯化效率比此前国际最好水平提升了6000多倍。该成果2021年1月8日发表在国际知名期刊《物理评论快报》上。量子中继是在噪声信道中实现长距离量子通信的重要途径，而量子纠缠纯化是量子中继中的关键操作，利用量子纠缠纯化操作可以从两份纠缠度较低的纠缠态中提炼出一份纠缠度较高的纠缠态。此前的纠缠纯化协议都是利用两对低纠缠度的光子对实现，而研究组与合作者提出仅需一对超纠缠光子对的纠缠纯化方案。他们实验上制备出偏振和路径分别处于纠缠态的超纠缠光子对，并在11公里长的多芯光纤里进行纠缠分发，然后进行量子纠缠纯化操作。实验结果表明，分发后的偏振纠缠和路径纠缠初始保真度均为约0.665时，纯化得到的纠缠态的保真度可以提升到0.774，而初始保真度均为约0.771时，纯化后的保真度则可提升到0.887。他们还首次将纠缠纯化用于量子密钥分发，纯化前纠缠态的纠缠度太低，产生的有效密钥率为0，而经过纯化后，有效密钥率则提升到0.371。此外，由于只需要使用一对超纠缠光子对，该方案的纯化效率（每秒大约输出400对）比此前国际上的最好水平提升了6000多倍。该成果迈出了纠缠纯化从实验室平台到远距离的关键一步，同时大幅提升了纠缠纯化效率，为将来实现高效率的量子中继提供了有力的技术保障。论文第一作者为中科院量子信息重点实验室特任副研究员胡晓敏。该研究得到科技部、国家基金委、中科院、安徽省的支持。（a）实验概念图，（b）实验原理图。文章链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.010503

量子纠缠是量子信息中的核心资源，它已经广泛应用到量子测量、量子通信以及量子计算领域。纠缠态的产生、发展和创新极大地推动了第二次量子革命的发展。随着量子信息技术的发展，多模、大尺度的连续变量量子态成为研究的发展方向，以满足大容量量子通信、分布式及多参数、容错量子计算的需求。为了满足量子计算需求和构建量子网络，需要获得大尺度纠缠态。目前，研究人员基于光场时间、空间或频率结构模式，制备出了可观数目的光场纠缠，并已经实现了单自由度复用的连续变量量子通信，展现了增强信道容量的前景。而进一步扩展纠缠数目，需要对多个自由度的同时调控技术，构建连续变量高维纠缠光场。为解决上述问题，山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室的郜江瑞团队通过色散、像散补偿技术和多模参量控制技术，实现了光学参量振荡器中多自由度光场的共振输出，获得了同时具有频率梳、自旋和轨道角动量纠缠的连续变量高维纠缠。并基于其中产生的高维纠缠态，演示了空间-频率复用的量子密集编码协议。相关研究成果发表于Photonics Research 2022年第12期。如图所示，通过光学参量下转换过程产生的纠缠光子对具有多个物理自由度。关联光子A，B具有对称“能级”，相反的轨道角动量和相互垂直的偏振。在实验中，量子关联的测量通过可独立选择的一对参考光场，在平衡零拍探测系统中提取。图（a）参量下转换过程纠缠光子三自由度示意图；(b)多模光学参量谐振器同时输出多个“能级”的三自由度纠缠；(c) 实验验证装置；(d) 完整的第一“能级”纠缠关系测量（左图）及其在复用量子密集编码的演示（右图）实验结果表明，光学参量谐振器直接输出了携带频率梳，自旋角动量和轨道角动量的三自由度高维纠缠，达到-3.3 dB的纠缠水平。值得一提的是，该谐振器有能力直接输出约2000个“能级”共计8000对的量子纠缠。为探究多自由度高维纠缠资源在量子信息的潜能，团队首次实验演示了空间-频率复用的量子密集编码，图（d）展示了量子通信信道容量的显著增强。刘奎教授表示：“相比于传统的连续变量纠缠产生方案，多自由度、多模光学参量谐振器产生的纠缠光源具有更高可扩展性，更丰富光场结构的特点，不但适合高信道容量量子通信需求，而且可用于实现特别的量子任务，例如量子多参数测量，多自由量子界面和混合型的高维量子离物传态等。”目前对于连续变量高维纠缠的研究还有许多开放性问题值得研究，如是否具有与分离变量高维纠缠类似的纠缠特性，更高的安全性，和更强的抗噪能力等。团队后续将进一步开展更高纠缠水平、更多元的纠缠数量以及多自由度分离及交互的研究，同时开展基于连续变量高维纠缠的应用研究，如高维量子离物传态以及其在量子传感和量子测量领域的应用。

近日，中国科学技术大学物理学院郭光灿院士团队在中红外波段量子纠缠的制备与表征研究中取得重要研究进展。该团队史保森教授、周志远副教授及其合作者首次制备了3微米中红外波段时间-能量纠缠光子对并演示了双光子Hong-Ou-Mandel干涉。该成果以“Quantumentanglementandinterferenceat3μm”为题于3月6日在线发表在国际知名学术期刊《Science Advances》上。光量子信息技术的发展离不开量子光场的产生、调控与探测。尽管近红外波段（0.7um∽2.5um）相关技术的发展已相对成熟，但鲜有其它波段非经典光子对/单光子制备、调控和探测的工作报道。近年来，科研工作者开始逐步探索量子信息在中红外光谱领域应用的理论和实验研究，发现中红外非经典光子源与传统通信、成像和传感技术相结合，可以产生新的通信技术和探测、感知手段，这是因为：1.中红外波段覆盖了几乎所有物质分子的振动光谱，具有分子的“指纹”特征，可用于物质成分鉴定和分析；2.中红外波段包涵多个重要的大气通信传输窗口，适合远距离自由空间光通信和遥感探测；3.温度为115K∽1150K的黑体辐射中心波长在中红外波段，这为物体探测提供了一种有效的热成像手段。该研究工作是中红外光子纠缠制备的第一个工作，对该领域的发展具有重要影响。通过选择合适的非线性晶体及其参数，结合非线性上转换探测技术，原则上可以制备和表征任意波长的中红外纠缠光子对。由于中红外光谱具有分子的“指纹”特征、包含大气层的低损传输窗口以及与物体的热辐射光谱重叠，因此可以预期中红外非经典光子源与传统通信、成像和传感技术的结合一定会为人们认知世界提供新技术和新方法，为量子信息技术的发展带来新机遇。该研究得到了科技部、国家自然科学基金委、安徽省和电磁空间安全国家重点实验室开放基金的资助。

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图片来源：阿尔托大学在量子力学面前，我们在生活中积累的常识往往不再适用。好在由于普朗克常数很小，我们平时并不会被种种奇怪的量子效应困扰，不过这并不意味着量子力学仅能描述微观层面几个原子、分子的行为。宏观物体的量子效应是存在的，只不过它们太微弱，很容易就淹没在种种噪声之中。今天，两组科学家分别在《科学》上发文指出，他们首次直接观测到了宏观物体的量子纠缠，甚至还能以此“规避”不确定性原理。量子力学掌控着从基本粒子到宏观物体的运动规律，但对于后者而言，这种掌控往往显得不太明显。在众多因素的干扰下，量子效应对经典物理造成的偏差变得几乎不可见。因此，确认、测量宏观物体的量子效应，就成为众多物理学家的目标。就在今天，发表于最新一期《科学》杂志的两项研究实现了突破：其中一项研究找到了宏观物体量子纠缠的直接证据，另一项则在一个类似的系统中“规避”了量子力学的基本定律之一——不确定性原理。当然，这里的宏观仅仅是相对于分子、原子的宏观，两项研究中实验对象的大小都在红细胞级别。但是，让这样尺度的“宏观”物体产生量子效应也绝非易事，它们与环境之间多种多样的相互作用随时都会破坏脆弱的量子态。为此，两个实验环境温度都被控制绝对零度附近。宏观量子纠缠在其中一项研究中，美国国家标准技术研究所（NIST）的什洛米科特勒（Shlomi Kotler）团队用微波脉冲让两张小的铝片膜进入量子纠缠状态。每张铝片膜长20微米，宽14微米，厚度为100纳米。其质量为70皮克，相当于大约1万亿个原子的质量。以量子的标准而言，它们已经达到了相当大的尺度。该实验中使用铝鼓膜的扫描电镜照片（伪色图） 图片来源：Science vol. 372 no. 6542 622-625两张铝片膜与一个电路相连，并被放置在低温腔中。当研究人员施加脉冲微波时，电路会与铝片膜相互作用，控制铝片膜的振动模式。在此条件下，铝片膜可以维持大约1毫秒的量子状态。这在量子力学的尺度下，已经是相当长的时间了。微波被处于量子状态的铝片膜反射后，会被信号器接收。通过对比反射前后的微波性质，研究人员可以分析出铝片膜的位置和动量信息。该实验系统示意图 图片来源：Science vol. 372 no. 6542 622-625研究团队仔细分析了反射的微波。在宏观世界中，反射回来的微波应该是随机的。但是当他们将结果绘制成图时，却发现微波具有特定的模式——两张铝片膜中，一个相对平静，而另一个则在轻微地抖动，表明两张铝片膜发生了量子纠缠。“单独分析两张铝片膜振动的位置和动量信息，你只能看出它们在振动而已，”这篇论文的作者之一，NIST的物理学家约翰托伊费尔（John Teufel）表示，“但是当你对比两者的信息时，你就会发现两张铝片膜看似无规律的振动之间，其实存在着高度的关联性。这一点只有量子纠缠才做得到。”研究团队的斯科特格兰西（Scott Glancy）解释称，他们发现两张铝片膜的位置和动量之间都存在关联，如果这种关联比经典物理学所能产生的关联要强，那么就表明铝片膜之间肯定存在量子纠缠。尽管返回的脉冲微波信号能够同时测量铝片膜的位置和动量信息，但是不确定性原理表明，其测量仍然存在一定的误差。为了尽可能地减少误差，研究团队进行了1万次重复实验，并利用统计学方法对铝片膜的位置等实验结果的一致性进行了计算。最终他们可以确定，这两个宏观物体的振动模式被量子纠缠关联了起来。“规避”不确定性原理在同期发布的另一篇论文中，来自芬兰阿尔托大学等研究机构的科学家在8毫开尔文的温度下，让两个铝鼓膜进入长时间、相对稳定的纠缠态。在这种纠缠态下，研究人员可以对同一个纠缠态进行多次测量，从而“规避”量子力学中的不确定性原理。在实验中，鼓膜振动的相位总是相反的。如果对鼓膜1施加一个力，则鼓膜2的运动方向一定和力的方向相反。论文作者米卡西兰普（Mika Sillanp）表示：“一个鼓膜对力的响应总是和另一个鼓膜相反的，有点类似于负质量。”该实验示意图 图片来源：Science vol. 372 no. 6542 625-629“在这种情况下，如果将两个鼓视为一个量子力学实体，那么鼓运动状态的不确定性就被消除了。”该研究的主要作者劳雷梅西尔德斯特普（Laure Mercier de Lépinay）解释说。不确定性原理是20世纪20年代末由海森堡提出的。根据这个量子力学的基本概念，由于波函数的数学性质，我们不可能同时准确得知一个物体的位置和动量。不过，这并不意味着我们不能准确得知物体的位置和动量，只是在同时测量两者时，不确定性原理的限制才会出现。而反作用规避（Back-action evasion）就是在不违反不确定性原理的情况下，绕过这一限制的一种方式。在这次的实验中，研究团队就利用了反作用规避。本质上，他们没有测量每个鼓的位置和动量，而是通过鼓膜运动对电路电压造成的影响，测量了铝鼓膜的动量之和。瑞士苏黎世联邦理工学院研究员楚一文（Yiwen Chu，音译，未参与这两项研究）表示：“实验中没有任何地方违反了不确定性原理。你只是选择了一组特定的，不会被（不确定性原理）禁止的参数。”宏伟的蓝图这两项实验都以确凿的证据证明了宏观物体也可以实现量子纠缠。在量子纠缠的状态下，物体的行为与经典物理的描述存在显著的区别。不论纠缠物体之间的空间距离有多远，它们也不能被独立描述。而这种和经典物理显著的区别，正是新型量子技术背后的关键理论支撑之一。楚一文表示：“我们并没有发现任何量子力学之外的新理论，”但是要实现这两项实验中的测量，仍然需要“令人印象深刻的技术进步”。这种技术进步带来的高度纠缠的量子系统，或许能够在未来的量子网络中充当长期网络节点。此外，研究中的高效测量方法也可能对量子通信或者量子网络节点间的纠缠交换等应用有所帮助，因为这些应用都需要对量子纠缠进行测量。而在量子力学之外，这种技术进步在需要亚原子精度测量时为科学家提供了新的选择。或许，未来的暗物质和引力波探测也将在这种技术的帮助下实现新的飞跃。

中国科学技术大学潘建伟、苑震生等与清华大学马雄峰、复旦大学周游合作，使用光晶格中束缚的超冷原子，通过制备二维原子阵列、产生原子比特纠缠对、连接纠缠对的分步扩展方式制备了多原子纠缠态，并通过显微学技术调控和观测了其纠缠性质，向制备和测控大规模中性原子纠缠态迈出重要一步。这项研究成果近日发表在国际权威学术期刊《物理评论快报》上，美国物理学会“Physics”以《光晶格量子计算机的里程碑》(Milestone for Optical-Lattice Quantum Computer)为题作了报道。量子纠缠是量子计算的核心资源，量子计算的能力将随纠缠比特数目的增长呈指数增长。因而，大规模纠缠态的制备、测量和相干操控是该研究领域的核心问题。在实现量子比特的众多物理体系中，光晶格中的超冷原子比特具备良好的相干性、可扩展性和高精度的量子操控性，成为实现量子信息处理的理想物理体系之一。自2010年开始，中国科大研究团队系统地研究了光晶格中原子的多体相变、原子相互作用、熵分布动力学等，并于2020年实现纠缠保真度为99.3%的1000多对原子纠缠态[Nature Physics 12, 783(2016)；Nature Physics 13, 1195(2017) Science, 369,550(2020)]。这一系列研究工作推动了原子纠缠对保真度的提升和原子并行操控能力的增强，为连接扩展成更大的多原子纠缠态、进而开展量子计算研究打下基础。但是，在之前的工作中，由于技术上对单原子比特操控能力仍然不足、光晶格相位漂移较大、缺乏多原子纠缠判定的有效方法，进一步连接纠缠对和测控多原子纠缠态遇到了瓶颈问题。为了解决上述问题，潘建伟、苑震生团队研发了一种新型的等臂交叉束干涉、自旋依赖超晶格系统，并集成了自主研发的单格点分辨、宽波段消色差的量子气体显微镜和多套用于光斑形状编辑的数字微镜，兼具多原子全局并行和局域单格点测控的能力，且实现了晶格相位长期稳定。在此基础上，该团队取得了填充率为99.2%的原子二维阵列的制备及原位观测，选择其中49对原子制备了纠缠贝尔态,平均保真度为95.6%，寿命为2.2秒；进一步，他们使用纠缠门将相邻纠缠对连接起来，制备了10原子一维纠缠链和8原子二维纠缠块，首次突破了光晶格中原子纠缠对连接和多原子纠缠判定的瓶颈，为开展更大规模的光晶格量子计算和模拟打下基础。 　　中国科学技术大学博士后章维勇、博士生何明根和博士后孙辉为论文的共同第一作者。该研究工作得到国家自然科学基金委、科技部、安徽省等的支持。

一、项目基本情况项目编号：2005012202项目名称：同济大学物理实验公共平台-量子纠缠实验系统+光学平台采购项目预算金额：250.8000000 万元（人民币）最高限价（如有）：250.8000000 万元（人民币）采购需求：包件名称：量子纠缠实验系统+光学平台包件预算：人民币250.8万元数量：壹批用途：科研教学主要规格参数：同济大学物理实验公共平台-量子纠缠实验系统+光学平台包括以下教学设备：量子纠缠实验系统4套；光学平台36台。用于同济大学物理实验公共平台中创新型、专业型、开放型实验教学，利用以上设备可进行量子纠缠实验，光学平台可进行应用光学系列、氦氖激光器系列、光纤系列实验和全息等实验项目仪器的放置和实验操作。光学平台的设计制造应符合中华人民共和国国家计量、安全、环保等标准及ISO国际标准。光学平台需配备先进合理的振动抑制措施，具有隔振效果好、平面精度高、可靠性强、重复性好等各种功效。隔振台及相应附属设备安装调试后即可投入使用。以上设备能满足物理实验公共平台开放和创新实验教学要求。详见本项目采购文件“第三章 技术规格”。合同履行期限：合同签订之日起 6 个月内完成并验收合格交付使用。本项目( 不接受 )联合体投标。二、申请人的资格要求：1.满足《中华人民共和国政府采购法》第二十二条规定；2.落实政府采购政策需满足的资格要求：本次招标执行政府强制或优先采购节能和环境标志产品、促进中小微企业、促进残疾人就业、支持监狱和戒毒企业、扶持不发达地区和少数民族地区、支持科学进步以及限制采购进口产品等相关政策。如投标产品的制造商为符合《政府采购促进中小企业发展管理办法》（财库〔2020〕46号）第二条要求的中小微企业（本招标文件中所称的中小微企业的含义均与此相同），则投标人须在投标文件中提供格式符合财库〔2020〕46号附1要求的《中小企业声明函（货物）》（正本）；如投标人为残疾人福利性单位，则须在投标文件中提供格式符合《关于促进残疾人就业政府采购政策的通知》（财库〔2017〕141号）要求的《残疾人福利性单位声明函》（正本），一旦中标将在中标公告中公告其声明函，接受社会监督；若提供声明函与事实不符的，将依照《中华人民共和国政府采购法》第七十七条第一款的规定追究法律责任。3.本项目的特定资格要求：（1） 符合《中华人民共和国政府采购法》第二十二条第一款的规定，即应符合下列条件：（a） 具有独立承担民事责任的能力；（b） 具有良好的商业信誉和健全的财务会计制度；（c） 具有履行合同所必需的设备和专业技术能力；（d） 有依法缴纳税收和社会保障资金的良好记录；（e） 参加政府采购活动前三年内（从2020年2月28日至今），在经营活动中没有重大违法记录。为此，投标人应在投标文件中提供下列证明材料和书面声明：（a） 法人或者其他组织的营业执照等证明文件，自然人的身份证明；（b） 财务状况报告，由税务机关出具的依法缴纳税收的凭证（或依法享受免税的证明）以及依法缴纳社会保障资金的相关证明材料（提供由当地社保中心或类似机构出具的交纳社保资金证明材料）；（c） 具备履行合同所必需的设备和专业技术能力的证明材料；（d） 参加政府采购活动前三年内在经营活动中没有重大违法记录的书面声明。（2） 近三年（从2020年2月28日至今）未被国家财政部指定的“信用中国”网站（www.creditchina.gov.cn）、中国政府采购网（www.ccgp.gov.cn）等官方渠道列入失信被执行人、重大税收违法案件当事人名单或政府采购严重违法失信名单。（3） 法人的分支机构以自己的名义参与投标时，应提供依法登记的相关证明材料和由法人出具的对该投标活动承担全部直接责任的承诺；（4） 本项目不采购进口产品【根据财政部《政府采购进口产品管理办法》（财库[2007]119号）规定：进口产品是指通过中国海关报关验放进入中国境内且产自关境外的产品】。（5） 本项目为非专门面向中小企业采购的项目；（6） 本项目不接受联合体投标。三、获取招标文件时间：2023年02月28日 至 2023年03月07日，每天上午8:00至12:00，下午12:00至16:00。（北京时间，法定节假日除外）地点：上海国际招标有限公司网站(https://www.shabidding.com)方式：网上领购售价：￥500.0 元，本公告包含的招标文件售价总和四、提交投标文件截止时间、开标时间和地点提交投标文件截止时间：2023年03月21日 09点00分（北京时间）开标时间：2023年03月21日 09点00分（北京时间）地点：上海市延安西路358号美丽园大厦19楼1900-2会议室五、公告期限自本公告发布之日起5个工作日。六、其他补充事宜1．招标文件从2023年2月28日开始，至2023年3月7日的16:00时（北京时间）在上海国际招标有限公司网站(https://www.shabidding.com) （以下简称官网）免费在线领购招标（或采购）文件。本采购文件每套500元人民币（不分包件），售后不退。（1）潜在投标人（或供应商）首次使用该网站需要完成注册程序，注册时需要提供《供应商注册专用授权函和承诺书》（可从供应商注册页面下载）盖章扫描件，潜在投标人（或供应商）应当提前准备，尽早办理，以免影响领购招标（或采购）文件。（2）已注册的潜在投标人（或供应商）可从网站采购公告栏的相应公告中进在线领购招标（或采购）文件流程。若公告要求提供法定代表人授权书等领购资料的（资料格式可从公告附件下载），潜在投标人（或供应商）应当上传相关资料的原件扫描件，否则采购代理机构有权拒绝向其出售招采购文件。无需提供领购资料的项目，潜在投标人（或供应商）提交领购申请并支付费用到账后即可下载电子招标（或采购）文件。项目经理会将纸质文件快递给潜在供应商。发票将以电子发票的形式发送到潜在投标人（或供应商）登记的电子邮箱。（3）对于未按上述要求进行注册并领购招标（或采购）文件的潜在投标人（或供应商），代理机构有权拒收其提交的投标（或响应）文件，对已经接收的投标（或响应）文件也将提请评标（或评审）委员会作无效投标（或响应）文件处理。（4）若有任何关于上海国际招标有限公司网站(https://www.shabidding.com)的操作问题，请致电86-21-32173705，咨询相关老师。2．所有投标人应于2023年3月21日9:00时（北京时间）前向上海国际招标有限公司（延安西路358号美丽园大厦14楼）递交一笔金额为不少于所投包件的预算金额的1.5%的投标保证金。3．投标文件应于2023年3月21日9:00时（北京时间）前递交到上海市延安西路358号美丽园大厦19楼1902-2会议室。4． 兹定于2023年3月21日9:00时（北京时间），在上海市延安西路358号美丽园大厦19楼1902-2会议室公开开标。届时请各投标人委派代表出席开标仪式。七、对本次招标提出询问，请按以下方式联系。1.采购人信息名称：同济大学地址：上海市四平路1239号联系方式：张老师021-659860712.采购代理机构信息名称：上海国际招标有限公司地址：上海市延安西路358号美丽园大厦14楼联系方式：徐迪、阮相儒、何沛霖 021-32173620，321736993.项目联系方式项目联系人：徐迪电话：17717905528

p style=" text-indent: 2em " 《星际迷航》式的“瞬间传输”虽然只停留在科幻作品中，但量子信息学家们对于“瞬间传输”一个粒子的量子态已经有了经验。 /p p style=" text-indent: 2em " 这种被称作“量子隐形传态”（quantum teleportation）的技术，本质上是不改变一个粒子（如一个光子）位置的情况下，把其上的特定信息在遥远的另一个粒子上重建起来，中间无需具体的传送物质，就像是魔术里面的“大变活人”。 /p p style=" text-indent: 2em " 只不过，过去科学家们只做到了二维量子态的隐形传态，近日，中国科学技术大学郭光灿院士团队李传锋、柳必恒研究组报告了最新进展：利用6光子系统，他们对单光子的三维量子态实时了高效的隐形传送。 /p p style=" text-indent: 2em " 郭光灿团队认为，高维量子隐形传态相比起二维系统具有信道容量更高、安全性更高等优点。相关技术可用于其他高维量子信息研究，为构建高效的高维量子网络打下坚实基础。 /p p style=" text-indent: 2em " 量子隐形传态 /p p style=" text-indent: 2em " 量子隐形传态需要基于一种量子世界里的奇妙现象实现，那就是“量子纠缠”。 /p p style=" text-indent: 2em " 处于纠缠态的两个微观粒子不论相距多远都存在一种关联，其中一个粒子状态发生改变（比如人们对其进行观测），另一个的状态会瞬时发生相应改变，仿佛“心灵感应”。比方说，如果一个光子的偏振态是“向上”的，那么另一个光子的偏振态必然是“向下”的。 /p p style=" text-indent: 2em " 制备出这样一对纠缠起来的光子，科学家们就可以进一步开展“大变光子”的演示。 /p p style=" text-indent: 2em " 我们假设小红想把手上1号光子的量子态传给小明。那么，科学家就制备出一对纠缠起来的2号光子和3号光子，通过光纤传输、或是通过卫星分别发给小红和小明。接着，小红对1号光子和2号光子进行一种特定的操作，称为“贝尔态测量”（BSM）。根据量子的一些基本特性，1号光子和2号光子经过测量之后，他们的量子态会改变，与2号光子处于纠缠态的3号光子也会发生相应变化。在得到某一个测量结果时，小明手上的3号光子恰好会变到1号光子最初的状态，隐形传态就此完成。 /p p style=" text-indent: 2em " 1993年，IBM的查尔斯· 本内特（Charles H. Bennett）和其他5位科学家一起提出了这个奇妙的构想，后来在1997年由奥地利因斯布鲁克大学的蔡林格（Anton Zeilinger）团队首次实现了单光子自旋态的传输。 /p p style=" text-indent: 2em " 2017年，“墨子号”量子通信实验卫星宣布实现了卫星和地面站之前遥远的星地量子隐形传态。 /p p style=" text-indent: 2em " 从二维到多维 /p p style=" text-indent: 2em " 不过，此前实验通常传输的是光子的偏振态这个量。偏振态是一个二维态，可以在二维空间中由两个本征矢量描述。 /p p style=" text-indent: 2em " 但郭光灿团队认为，光子自然存在其他一些多维态，例如轨道角动量、时间模式、频率模式和空间模式等，多维系统在量子世界里更为普遍。因此，要完全远程重建单光子的量子态，需要进行多维态的隐形传送。 /p p style=" text-indent: 2em " 论文指出，传送高维量子态主要存在两大挑战。一是要产生高质量的高维纠缠态，这是量子隐形传态的基础。 /p p style=" text-indent: 2em " 为此，李传锋、柳必恒等人从2016年开始就采用光子的路径自由度编码，解决路径比特相干性问题，制备出高保真度的三维纠缠态。他们也解决路径维度扩展问题，实现了32维量子纠缠态，此外，他们实现了高维量子纠缠态在11公里光纤中的有效传输。 /p p style=" text-indent: 2em " 二就是要对光子实施高维贝尔态测量。理论研究表明，在线性光学体系中，必须采用辅助粒子才能实现高维量子隐形传态。 /p p style=" text-indent: 2em " 在量子隐形传态原本的模型里只有三个光子，郭光灿团队发现，利用? log2(d )? -1个辅助纠缠光子对，就可高效实现d维量子隐形传态。也就是说，传输3维量子态，需要1对辅助纠缠光子。 /p p style=" text-indent: 2em " 在这里，小红想要把1号光子的三个空间模式量子态传给小明，除了双方各自得到纠缠起来的2号光子和3号光子以外，小红还要在辅助纠缠光子对4号和5号的帮助下进行高维贝尔态测量，把测量结果通过传统信道（比如打电话）告知小明。最后，小明要根据小红的测量结果对手上的3号光子执行适当的操作，就能把它转变为1号光子的初始状态。 /p p style=" text-indent: 2em " 实验结果表明，量子隐形传态保真度达59.6%，以7个标准差超过了经典极限值1/3，证实了三维量子隐形传态过程的量子特性。 /p p br/ /p

近日，华南师范大学物理与电信工程学院/广东省量子调控工程与材料重点实验室副研究员朱起忠与香港大学博士翟大伟、教授姚望合作，在单层过渡金属硫化物的激子特性方面取得重要研究进展。他们在理论上提出了基于层内激子产生偏振与轨道角动量锁定的单光子源及其阵列的方案。相关研究发表于国际权威学术期刊Nano Letters。　　单光子源在量子信息和量子通讯中具有重要的应用价值。近些年来，研究人员发现单层过渡金属硫化物（TMD）中的激子可以作为很好的单光子源，具有高度的可集成性和可调控性，并且莫尔周期外势中的激子普遍被认为可以实现单光子源阵列。这引起了研究人员的广泛兴趣和大量研究。　　然而，目前研究的基于TMD的单光子源发出的光子只有偏振自由度，而我们知道光子除了偏振自由度外还有轨道角动量自由度。能否利用TMD中的激子来产生携带轨道角动量以及偏振和轨道角动量纠缠的光子呢？如果可以做到，这将在充分利用TMD中单光子源的优势的基础上提供一个新的产生内部自由度纠缠的单光子源，预期将在领域内引起广泛的兴趣。　　最新研究中，研究人员在考虑TMD层内激子的能谷轨道耦合的基础上，发现通过利用将TMD铺在各项同性的纳米泡上产生的各向同性的应力束缚势，应力外势中的激子本征态具有能谷和轨道角动量纠缠的特性。利用光与激子的耦合理论，他们进一步证明了这样得到的能谷和轨道角动量纠缠的激子可以被携带轨道角动量的光子激发，也可以通过激子复合发出偏振和轨道角动量纠缠的单光子。　　研究组又进一步提出，基于转角氮化硼衬底产生的大周期莫尔外势，TMD中的带电激子在此基础上可以形成发出偏振和轨道角动量纠缠的单光子源的阵列。　　该研究工作提出了基于TMD中的激子产生偏振和轨道角动量纠缠的单光子源及其阵列的一种新方案，对基于TMD的单光子源研究起到了推动作用，具有潜在的应用前景。　　上述研究得到了国家自然科学基金和广东省自然科学基金的支持。华南师范大学硕士研究生张迪为该论文第一作者，朱起忠为通讯作者，华南师范大学为第一单位。

中国科学技术大学郭光灿院士团队在集成光子芯片量子器件的研究中取得新进展。该团队邹长铃、李明研究组提出人工合成光学非线性过程的通用方法，在集成芯片微腔中实验观测到高效率的合成高阶非线性过程，并展示了其在跨波段量子纠缠光源中的应用潜力。相关成果10月20日在线发表于《自然—通讯》。　　自激光问世以来，非线性光学效应已经被广泛应用于光学成像、光学传感、频率转换和精密光谱等领域中。对于新兴的量子信息处理来说，它也是实现量子纠缠光源以及量子逻辑门操作的核心元素。然而受限于材料非线性极化率随阶数呈指数衰减这一本征属性，人们对光学非线性的应用主要局限于二阶和三阶过程，多个光子同时参与的高阶过程很少被研究。一方面，低阶过程限制了传统非线性与光量子器件的性能，比如量子光源的可扩展性；另一方面，人们也好奇高阶非线性过程所蕴含的新颖非线性与量子物理现象。　　利用集成光子芯片上的微纳光学结构可以增强光子间的非线性相互作用，这已经成为目前国际上集成光学与非线性光学方向的研究热点。邹长铃研究组李明等人长期致力于集成光子芯片量子器件的研究，开拓微腔增强的非线性光子学，提出并证实了微腔内多种非线性过程的协同效应，开辟了室温下少光子、甚至单光子级的量子器件的新途径。现阶段，该研究组已经能够将非线性相互作用强度随阶次的衰减速率从10-10提升到10-5。即使如此，在集成光子芯片上实验观测到阶次大于三的高效率非线性效应依然极具挑战。　　针对该难题，李明等人另辟蹊径，提出一种新颖的非线性过程人工合成理论，即利用材料固有的较强的二阶、三阶等低阶效应，通过人工调控多个低阶过程级联形成的非线性光学网络来实现任意形式、任意阶次的光子非线性相互作用。这种方法避免了在原子尺度去修饰材料的非线性响应，而仅需要控制微纳器件的几何结构就可实现高效率、可重构的高阶非线性过程。　　利用集成的氮化铝光学微腔，该团队在实验上同时操控二阶的和频过程和三阶的四波混频过程，合成了更高阶的四阶非线性过程。实验证明，该人工合成的过程比材料固有的四阶非线性效应强500倍以上。如果进一步提升微腔的品质因子，该增强倍数可达1000万以上。　　该团队将人工合成的四阶非线性应用于产生跨可见-通信波段的量子纠缠光源。通过测量跨波段光子间的时间-能量纠缠验证了人工合成过程的相干性。相比于传统跨波段量子纠缠光源的产生方法，该工作极大降低了相位匹配的困难，并且仅需要通信波段单一泵浦激光，展现了人工合成非线性过程的优势和应用潜力。审稿人高度肯定了该工作的创新性。　　中科院量子信息重点实验室博士研究生王家齐、杨元昊为论文共同第一作者，李明副研究员、邹长铃教授为论文通讯作者。

日前从中国计量科学研究院获悉，由该院承担的国家“十一五”科技支撑项目“利用相关光子测量技术建立光电探测器量子效率测量装置的研究”近日通过专家验收。该项目自主研制的纠缠光子法探测器量子效率绝对定标装置，成功将我国光辐射功率计量的量程能力扩展到了光子水平，为用光子数重新定义国际基本单位之一的坎德拉(cd)量值复现研究奠定了重要基础。 　　该课题的研制成功，缩短了我国与发达国家之间在实现基于量子物理复现光辐射功率基准研究方面的差距 同时为研究量子信息、生物医学、天空探测器、天文物理、环境科学等领域中涉及的光子探测技术提供了光子水平的计量技术保障。 　　据该课题负责人、中国计量院光学所吕亮介绍，课题历时4年，在理论计算的基础上，确定了非线性晶体相位匹配参数，通过相位匹配条件推导出了纠缠光子对的波长及空间分布计算方法 解决了光路设计、光子探测、符合测量系统设计、符合宽度设定、偶然符合测量方法、暗计数测量方法等核心技术问题，在实际装置中实现了Type-I相位匹配相关光子场，并建立了基于相关光子的光电探测器量子效率测量装置，该装置的光电倍增管器件量子效率测量不确定度为0.7%，达到国际领先水平。 　　吕亮介绍，基于自发参量下转换相关光子方法标定光电探测器的方法，除了作为一种崭新的光辐射计量手段外，其本身更具有特殊的技术优势。一是传统上测量探测器量子效率乃至响应度的方法都是依靠标准灯或激光的准确量值来实现。而相关光子法不依赖于任何基标准器，其量值的传递过程，完全实现了无溯源定标。二是该装置可直接应用于生物发光、医疗仪器、激光远距离探测等领域的校准服务，为新技术领域研究提供高准确度的量子计量技术保障。三是研制该装置的相关光子法与量子密钥、可调谐激光等技术直接相关，是单光子源制备的技术基础。

p style=" line-height: 1.75em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等近日在国际上首次实现基于半导体量子点的高效率和高全同性的单光子源，综合性能达到国际最优，为实现基于固态体系的大规模光子纠缠和量子信息技术奠定了基础。相关成果近日以编辑推荐形式发表于《物理评论快报》。 /p p style=" line-height: 1.75em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 量子点是通过分子束外延方法制备的半导体量子器件，又被称为“人造原子”，原理上可以为量子信息技术提供理想的单光子源。为了能够用于可扩展、实用化的量子信息技术，单光子器件必须同时满足三个核心性能指标：单光子性、高全同性和高提取效率。尽管从2000年开始，许多国际研究机构对量子点光学调控进行了深入探索，然而这三个核心指标一直无法同时满足，因而成为固态量子光学领域15年来悬而未决的重大挑战。 /p p style=" line-height: 1.75em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 2013年，潘建伟、陆朝阳等首创量子点脉冲共振激发，实现了当时国际上全同性最好的单光子源，但之前的实验中荧光收集效率较低。为大幅提高荧光提取效率，他们通过高精度分子束外延生长与纳米刻蚀工艺结合，获得了低温下与量子点单光子频率共振的高品质因子光学谐振腔。结果显示，实验产生的单光子源提取效率达到66%，单光子性优于99.1%，全同性优于98.6%，在国际上首次同时解决了单光子源的三个关键问题，成为目前国际上综合性能最优秀的单光子源。 /p p style=" line-height: 1.75em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 该实验实现的量子点单光子源亮度比国际上最好的基于参量下转换的触发式单光子提高了10倍，同时具有接近完美的全同性，而且所需激光泵浦功耗降低1千万倍（纳瓦量级），这样的量子点单光子源可在将来应用于大规模光子纠缠。 /p p br/ /p

来自德国和瑞士的一个研究团队首次在电子显微镜中以可控方式成功创建了电子—光子对。这一发表在《科学》杂志上的新方法，可同时生成两个成对的粒子，且能够精确地检测到所涉及的粒子。该研究结果扩展了量子技术的工具箱。 世界各地的科学家都在尝试将基础研究的成果应用到量子技术中。为此，通常需要具有定制特性的单个粒子。 德国马克斯普朗克研究所（MPI）、哥廷根大学和瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的国际团队成功地在电子显微镜中耦合单个自由电子和光子。在哥廷根大学的实验中，来自电子显微镜的光束穿过由瑞士团队制造的集成光学芯片。该芯片由一个光纤耦合器和一个环形谐振器组成，该谐振器通过将移动的光子保持在圆形路径上来存储光。 MPI科学家阿明菲斯特解释说，当一个电子在最初的空谐振器上散射时，就会产生一个光子。在这个过程中，电子损失的能量正好是光子在谐振器中从无到有创造出来所需的能量。结果，这两个粒子通过它们的相互作用耦合成一对。通过改进测量方法，物理学家可精确地检测所涉及的单个粒子及其表现。 研究人员强调，使用电子—光子对，只需要测量一个粒子即可获得有关第二个粒子的能量和时间的信息，这使得研究人员可在实验中使用一个量子粒子，同时通过检测另一个粒子来确认它的存在。这对于量子技术的许多应用来说都十分必要。 研究人员将电子—光子对视为量子研究的新机遇。该方法为电子显微镜开辟了吸引人的新用途。在量子光学领域，纠缠光子对已经改善了成像。通过该项工作，可用电子来探索这些概念。研究人员称，这是第一次将自由电子纳入了量子信息科学的工具箱。更广泛地说，使用集成光子耦合自由电子和光，可为新型混合量子技术开辟道路。

塑化剂事件发生在2011年5月份，台湾地区有关方面向国家质检总局通报，发现台湾“昱伸香料有限公司”制售的食品添加剂“起云剂”含有化学成分邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)。邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)是一种普遍用于塑胶材料的塑化剂。塑化剂一般是用来软化塑料制品，如果大量食用可能导致不孕等生殖系统问题，长期大量食用甚至可能致癌。而白酒和塑化剂的风波缘起于酒鬼酒。2012年，国家质检总局通报了50度酒鬼酒的检测结果，其中DBP最高检出值为1.04mg/kg，将“白酒与塑化剂”推至舆论的风口浪尖。2018年，西凤酒被曝增塑剂（DIBP）和塑化剂（DBP）均超过标准限值2倍以上，塑化剂问题再次考验白酒行业。2019年11月市场监管总局正式发布关于食品中“塑化剂”污染风险防控的指导意见，食品生产经营者应加强油脂类、酒类食品生产经营过程防控。各地市场监管部门要加强监督检查，重点检查油脂类、酒类食品生产经营者塑化剂防控措施落实情况。邻苯二甲酸酯类塑化剂本身不是食品原料，也不允许添加到食品包括白酒中。但在白酒的生产过程中，会使用到大量的塑料制品，白酒接触到一些由塑料、橡胶材料制成的管件设备或管道、高分子材料的容器，往往都含有塑化剂，而塑化剂易迁移，而且在白酒中有较好的溶解性，使塑化剂可以迁移到白酒中。白酒在塑料制品中所放置的时间越长，塑化剂也会不断的迁移至白酒当中。包装材料也可能成为白酒塑化剂问题的“帮凶”，比如塑料瓶盖和内塞，当中以价格低廉的塑料酒桶、塑料袋等潜在风险最大。如今，一些大型酒企开始实行塑化剂的防控，比如“以钢代塑”，减少塑料制品对白酒的影响。邻苯二甲酸酯是一类常见的塑化剂，指导意见要求白酒和其他蒸馏酒中邻苯二甲酸二（α-乙基己酯）（DEHP）和邻苯二甲酸二丁酯（DBP）的含量，分别不高于5mg/kg和1mg/kg。油脂类、酒类食品中DEHP（白酒、其他蒸馏酒除外）、邻苯二甲酸二异壬酯（DINP）、DBP（白酒、其他蒸馏酒除外）最大残留量，分别为1.5mg/kg、9.0mg/kg、0.3mg/kg。食品中“塑化剂”污染风险防控离不开塑化剂的检测，目前食品塑化剂的检测主要依据两个国家食品安全标准，GB 5009.271-2016食品中邻苯二甲酸酯的测定和GB 31604.30-2016食品接触材料及制品邻苯二甲酸酯的测定和迁移量的测定，这两个标准中采用的检测方法是气质联用的方法。珀金埃尔默可以提供依据标准的检测方案，也可提供基于Swafer技术的白酒直接进样分析的方案。白酒直接进样检测方案通用白酒塑化剂的检测方法中，白酒需要进行前处理：正己烷萃取——振荡——离心——静置——取上清液，采用珀金埃尔默的气相质谱进行分析，可以获得的很好的线性和重复性。图1. 16种塑化剂总离子流图由于标准方法需要进行复杂的前处理，一方面前处理的过程增加时间和耗材成本，另一方面前处理过程中使用溶剂，器具，净化小柱等带来更多干扰源，白酒如果能够直接进样，那么检测就会更加简单快速。白酒直接进样会遇到两大挑战，一是水对色谱柱的影响，二是灵敏度。如何进行白酒直接进样分析，该怎么样降低水对色谱柱的影响，提高灵敏度呢？答案就是Swafer，Swafer™ 平台是一种微通道芯片技术。珀金埃尔默利用Swafer反吹挥发掉水、醇等化合物，排除水的干扰及对柱子的损伤。然后进样口快速升温至280°C，并施加脉冲完成进样，在一定程度上允许更大的进样量，从而得到更好的灵敏度。Swafer技术简介珀金埃尔默的Swafer™ 微通道流路微板技术是一种应用于流路切换和分流的技术，它能提供无可比拟的硬件和应用灵活性，扩展了毛细管气相色谱的功能。Swafer能解决广泛的技术问题，例如从简单的将两个检测器连接到同一色谱柱上或从色谱柱中去除不需要的基质，到对复杂样品的多维分离。图2. Swafer示意图图3. Swafer运行示意图使用Swafer技术直接进样的检测结果： 图4. 白酒直接进样 16种塑化剂样品加标1ppm全扫描总离子流图 图5. 16种塑化剂（50ppb）选择离子扫描离子流图（满足国标要求）扫描下方二维码，下载珀金埃尔默塑化剂检测相关技术资料展望白酒中塑化剂除了来自于生产流程之外，后续包装材料中的塑化剂也会不断的迁移至白酒当中，这些塑化剂能够 给人体带来巨大的危害，所以国家除了出台塑化剂的防控措施，也需要制定从原料到成品包装，从生产到消费完善的监管体系，加强塑化剂的检验控制，全面保障国人的食品安全。除了GCMS的方法以外，珀金埃尔默还提供液相质谱，热重气相质谱联用，近红外成像的方法检测食品、药品以及包装材料中的塑化剂，供大家在食品塑化剂的研究中参考。

p style=" text-align: center " 　　 img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201602/insimg/6c705e03-4866-4043-bc00-2acbbbf48ec4.jpg" title=" 2190009d92c102ae316.jpg" / /p p style=" text-align: center " 潘建伟(右)、陆朝阳 /p p br/ /p p 　　在一场长达15年的国际竞赛中，最近，中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳研究小组拔得头筹，率先实现了同时兼备“三项全能”最优指标的单光子源，为实现大规模的光子纠缠和可实用量子信息技术开辟了一条新路。 /p p 　　这项工作1月14日在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上发表。随后，美国物理学会的《物理》(Physics)网站以“全能的单光子源”为题刊发了推介文章，《自然》(Nature)杂志以“可实用化的单光子源”在其研究亮点栏目做了报道，英国物理学会《物理世界》(Physics World)和美国光学学会旗下的《光学与光子学新闻》(Optics & amp Photonics News)也做了长篇报道。 /p p 　　这个引发国际广泛关注的“单光子源”到底是什么?它有哪些性能、又有何应用?《知识分子》试图一探究竟。 /p p br/ /p p 　　对单光子的制备、操纵和测量是量子信息技术(如量子网络、量子计算)最基础的部分。如果把大规模可实用化的光学量子信息处理器看成一幢大房子，那么单光子就是一步一步垒成这个房子的砖头。房子要造得高，砖头的质量很关键。 /p p 　　优良、纯净、实用的单光子源是可扩展量子信息和量子计算绕不开的一个关卡。如今，它从理想变为现实，就像早些时候潘建伟、陆朝阳团队“多自由度量子体系的隐形传态”的实现一样，不仅突破了以往技术的局限，也让人们看到了量子信息技术大规模实用化的曙光。 /p p 　　对于未来可以真正用于可扩展、实用化的量子信息技术来说，所需的单光子发射器的优劣主要包括三个核心性能指标的考量：单光子性(Single-photon Purity)、全同性(Photon Indistinguishability)和提取效率(Extraction Efficiency)。光量子信息主要是利用量子干涉效应和量子纠缠等为基础进行信息编码、传输和处理的技术。而以上三项指标，与此息息相关。 /p p 　　什么是“单光子性”呢?大家记不记得上小学的时候，下课铃声一响，咱们都找三两个小伙伴一起出去玩儿。通常，自然界产生的光子也喜欢这样“抱团儿”。可是一抱团儿科学家操纵起来就很难了。他们希望得到的光子像通过旋转式栅门一样，一个一个独自走出来，便于进行操作。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201602/insimg/a637ed97-13c9-4b61-b8e0-1d009bb08fae.jpg" title=" 2cc0000242288e3da45.jpg" width=" 600" height=" 170" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 170px " / /p p br/ /p p 　　上、中、下三束光子，区别在于，越往下，光子越喜欢“抱团儿”。量子信息需要的正是最上面的那种。 /p p 　　此外，光量子计算不可避免地需要控制逻辑门操作，光子与光子之间必须进行某种“对话”。可是静质量为零、以光速飞行、神龙见首不见尾的单光子都气质高冷，绝大多数情况下都独来独往，不和其他光子来往。但是，在真正觅得知音的特殊情况下，光子还是能够和聊得来的同伴进行“对话”。对光子来说，“聊得来”是什么意思呢? /p p 　　1987年，美国罗切斯特大学的三位研究人员Chung-Ki Hong、Z.Y. Ou(区泽宇)和Leonard Mandel发现了一种双光子量子干涉效应，实现了两个单光子的“对话”【1】。这个过程的发生有一个至关重要的条件，就是两个光子一定要“全同” 也就是说，从量子力学原理上，两个光子一模一样，根本不可能分得清谁是谁。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201602/insimg/f0a83479-4236-480b-89c3-ec4762c23af7.jpg" title=" 2190009d92b6d091060.jpg" width=" 600" height=" 169" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 169px " / /p p br/ /p p 　　Hong-Ou-Mandel干涉效应原理图。当两个一模一样的光子分别从上、下方向射向一个半透半反的分束器，结果存在1、2、3、4四种可能。其中，2、3这两种情况在原理上都无法区别，而且相位相消，因而剩下1、4两种可能：要么都从上方走，要么都从下方走。其实，Hong-Ou-Mandel干涉效应也进一步说明了光子不抱团儿的重要性——只有两个单光子输入分束器，该效应才存在。 /p p 　　至于提取效率呢?提取效率衡量的是从谐振腔跑出来到达第一级透镜的光子数占产生光子数的比例。可想而知，当然是越大越好，因为对于N个光子的体系来说，总的效率是单个量子点提取效率的N次方，如果提取效率不够大，总效率会非常小，大规模的应用也只能是空中楼阁啦。 /p p 　　三个指标同时达到优良，实现起来到底有多难呢? /p p 　　在过去的将近二十年里，优良的单光子源是国际上许多小组努力的目标。2000-2001年，加州大学、剑桥大学和斯坦福大学等研究组实现了基于非共振激发量子点产生的单光子源【2-4】。量子点(Quantum Dot)是由分子束外延方法人工生长的纳米尺寸原子团簇。由于材料性质，电子在各方向上的运动都受到囚禁，所以量子限域效应显著，形成分立的能级。电子受到激发，在分立能级之间跃迁，就能发射我们需要的单光子。 /p p 　　之前非共振激发有着致命的缺陷。首先，它使得产生的光子频谱加宽 其次，产生光的波长之所以会偏离激发光的波长，是因为激发到高能级的电子会先跃迁至附近的某个能级(即弛豫过程)，再跃迁至低能级发射光子，而弛豫过程的时间人们无法控制，所以发射时间会有“抖动”，以至于到两个原本需要“对话”的光子可能无法同时达到，压根儿打不着照面儿。 /p p 　　采取共振激发方法(量子点产生的光子波长等于激发光波长)能克服这两个问题。但是，其技术代价是，如何滤除比单光子信号强一百万倍以上的激光背景。2009年，赵勇、陆朝阳等所在的英国剑桥大学卡文迪许实验室Atatü re小组利用激发光和产生光的偏振性质不同来消除激光背景，观测到了量子点荧光【5】。 /p p 　　但是，Atatü re团队实现的单光子源采取的是连续激发，产生的光子效率低而且时间是随机的，这无法在量子信息方面得到应用。因为若要光子发射器为我所用，人们需要一个控制光子的“开关”——我这厢一按“激发”，那厢光子就往外跑 我一按“停止”，发射器就不再发射光子。 /p p 　　这样的“开关”在2013年由潘建伟、陆朝阳小组实现，他们首创量子点脉冲共振激发方法，实现了当时国际上品质最好的量子点单光子源，单光子性和全同性分别达到99.7%和97%【6】。但美中不足的是，提取效率只有6%，主要就是由于量子点材料折射率、平面腔结构设计等各方面技术限制。也就是说，前面提到的三个指标还是无法同时达到优良。 /p p 　　进一步的发展需要更好的半导体工艺。在该团队最新的工作中，通过高精度分子束外延生长与纳米刻蚀工艺结合，获得了低温下与量子点单光子频率共振的高品质因子光学谐振腔。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201602/insimg/cd22bc7b-83e9-4a47-9787-524d4b518837.jpg" title=" 2530007b5cce561408e.jpg" / /p p br/ /p p 　　一根根“柱子”就是光学谐振微腔，由一层层的“镜面”构成。腔中的红点就是量子点，量子点受激产生光子。完美的谐振腔设计保证光子达到我们需要的指标。 /p p 　　如果我们把腔中的红点放大了看，就能看到量子点的真容，像下图这样。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201602/insimg/37928bf4-28c3-4d05-8627-681452aa9152.jpg" title=" 2530007b5ced818c032.jpg" / /p p br/ /p p 　　紫红色的部分就是利用高精度分子束外延生长技术制备的量子点。科研人员在纳米尺度上控制砷化镓和砷化铟，让它们长成图中的样子，就是为了巧妙设计量子点的尺度和形状，形成势能壁垒，将电子和空穴束缚其中，砷化镓和砷化铟原本都有各自的能带结构，在这样的势肼中，连续的能带变成了分立的能级，这就是受激辐射产生光子所需的二能级结构——电子吸收能量从基态跃迁至激发态，再通过受激辐射回到激发态，同时放出一个特定状态的光子。 /p p 　　经过精心设计和多次尝试，最终的综合指标令人满意，单光子性、全同性和提取效率分别达到了99.1%、98.5%和66%【7】。这是国际上首次能够把这三项指标在同一个量子点上结合在一起，达到“三项全能”。 /p p 　　这项工作距离大规模光子纠缠还有多远?这是很多人关心的问题。 /p p 　　虽然提取效率达到了66%(理想的水平实际应该可以达到85-99%)，但最终被探测器探测到的光子只有20~30%，也就是说，探测效率还需要进一步提高。实现更高的提取和探测效率，将是量子信息技术下一阶段中进行协同创新、系统集成要抢占的高地，也是将量子技术推向实用化的必经之路。 /p p 　　潘建伟团队估计，能操纵20-30个光子，量子模拟机就可以在波色取样问题上实现与现有最好的商用经典计算机一样的处理能力 由于并行处理能力，若能控制50个左右的光子，就可以在特定问题上跟目前最好的超级计算机——天河二号一较高下。那也许就是量子计算和经典计算“华山论剑”的激动时刻了。 /p p 　　(特别致谢：中科大上海研究院张文卓副研究员对本文亦有贡献。) /p p 　　参考文献： /p p 　　【1】C. K. Hong, Z. Y. Ou, and L. Mandel，Measurement of Subpicosecond Time Intervals Between Two Photons by Interference，Phys. Rev. Lett. 59, 2044(1987) /p p 　　【2】P. Michler, A. Kiraz, C. Becher, W. V. Schoenfeld, P. M. Petroff, Lidong Zhang, E. Hu, A. Imamoglu, A Quantum Dot Single-Photon Turnstile Device, Science 290, 2282 (2000) /p p 　　【3】C. Santori, M. Pelton, G. Solomon, Y. Dale, Y. Yamamoto, Triggered Single Photons from a Quantum Dot, Phys. Rev. Lett. 86, 1502 (2001) /p p 　　【4】Z. Yuan, B.E. Kardynal, R.M. Stevenson, A.J. Shields, C.J. Lobo, K. Cooper, N.S. Beattie, D.A. Ritchie, M. Pepper Electrically Driven Single-Photon Source, Science 295, 102 (2002) /p p 　　【5】A. N. Vamivakas, Y. Zhao, C.-Y. Lu, M. Atatü re, Spin-resolved quantum-dot resonance fluorescence, Nature Physics 5, 198-202 (2009) /p p 　　【6】Y.-M. He, Y. He, Y.-J. Wei, D. Wu, M. Atature, C. Schneider, S. Hofling, M. Kamp, C.-Y. Lu, J.-W. Pan, On-demand semiconductor single-photon source with near-unity indistinguishability, Nature Nanotechnology 8, 213-217 (2013). /p p 　　【7】X. Ding, Y. He, Z.-C. Duan, N. Gregersen, M.-C. Chen, S. Unsleber, S. Maier, C. Schneider, M. Kamp, S. Hö fling, C.-Y. Lu, J.-W. Pan，On-Demand Single Photons with High Extraction Efficiency and Near-Unity Indistinguishability from a Resonantly Driven Quantum Dot in a Micropillar, Phys. Rev. Lett. 116, 020401 (2016) /p p br/ /p

来自德国和瑞士的一个研究团队首次在电子显微镜中以可控方式成功创建了电子—光子对。他们发表在《科学》杂志上的新方法，可同时生成两个成对的粒子，且能够精确地检测到所涉及的粒子。该研究结果扩展了量子技术的工具箱。耦合电子—光子对的产生示意图。一束自由电子（黄色）穿过环形谐振器（黑色），产生单个光子。这产生了一个在能量含量和时间发生方面具有密切相关特性的耦合电子—光子对。图片来源：瑞恩艾伦/第二湾工作室世界各地的科学家都在尝试将基础研究的成果应用到量子技术中。为此，通常需要具有定制特性的单个粒子。德国马克斯普朗克研究所（MPI）、哥廷根大学和瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的国际团队成功地在电子显微镜中耦合单个自由电子和光子。在哥廷根大学的实验中，来自电子显微镜的光束穿过由瑞士团队制造的集成光学芯片。该芯片由一个光纤耦合器和一个环形谐振器组成，该谐振器通过将移动的光子保持在圆形路径上来存储光。MPI科学家阿明菲斯特解释说，当一个电子在最初的空谐振器上散射时，就会产生一个光子。在这个过程中，电子损失的能量正好是光子在谐振器中从无到有创造出来所需的能量。结果，这两个粒子通过它们的相互作用耦合成一对。通过改进测量方法，物理学家可精确地检测所涉及的单个粒子及其表现。研究人员强调，使用电子—光子对，只需要测量一个粒子即可获得有关第二个粒子的能量和时间的信息，这使得研究人员可在实验中使用一个量子粒子，同时通过检测另一个粒子来确认它的存在。这对于量子技术的许多应用来说都十分必要。研究人员将电子—光子对视为量子研究的新机遇。该方法为电子显微镜开辟了吸引人的新用途。在量子光学领域，纠缠光子对已经改善了成像。通过该项工作，可用电子来探索这些概念。研究人员称，这是第一次将自由电子纳入了量子信息科学的工具箱。更广泛地说，使用集成光子耦合自由电子和光，可为新型混合量子技术开辟道路。

中国科学技术大学郭光灿院士团队在量子存储和量子中继领域取得重大进展。该团队李传锋、周宗权研究组利用固态量子存储器和外置纠缠光源，首次实现两个吸收型量子存储器之间的可预报量子纠缠，演示了多模式量子中继。该成果6月2日23点在线发表在国际著名学术期刊《自然》上。图1 基于吸收型量子存储器实现量子中继的原理示意图由于单光子在光纤传输中的指数级损耗问题，量子态在光纤中传输的距离被限制在百公里量级。为了建立起全国乃至全球的量子网络，需要采用量子中继方案。其基本思路是把长程纠缠传输的任务分解为多段短距离的基本链路，在基本链路上建立量子存储器之间的可预报纠缠，然后利用纠缠交换技术把量子纠缠扩展至目标距离。国际上已有的量子中继基本链路均基于发射型量子存储器构建，其纠缠光子是由存储器本身发射出来的。这种架构难以同时支持确定性光子发射和多模式复用存储，从根本上限制了纠缠分发的速率。理论研究表明，基于吸收型量子存储器的量子中继架构可以解决这一问题。这一架构把量子存储器和量子光源分离开来，故能同时兼容确定性光子源和多模式复用，是目前理论上通信速率最优的量子中继方案。李传锋、周宗权研究组长期从事基于稀土离子掺杂晶体的固态量子存储器的研究，近十年不断提升固态量子存储的性能指标以满足量子中继的技术需求，包括使存储保真度达99.9%、模式数达100个、光存储寿命达1小时等。在本实验中，研究组基于参量下转换技术制备了两套纠缠光源，并基于独创的“三明治”结构制备了两套固态量子存储器。每对纠缠光子中的一个光子被三明治型量子存储器所存储，而每对纠缠光子中的另一个光子被同时传输至中间站点进行贝尔态检验。一次成功的贝尔态检验会完成一次成功的纠缠交换操作，使得两个空间分离3.5米的固态量子存储器之间建立起量子纠缠，尽管这两个存储器没有发生任何直接的相互作用。量子中继基本链路的演示实验中实现了4个时间模式的复用，使得纠缠分发的速率提升了4倍，实测的纠缠保真度达到了80.4%。该工作证实了基于吸收型量子存储构建量子中继的可行性，并首次展现了多模式复用在量子中继中的加速作用。该成果为量子中继的发展研究开创了一个可行的方向，为实用化高速量子网络的构建打下基础。审稿人对该工作给予了高度评价：“The present work focuses on the ensemble approach, which has a number of advantages in the context of quantum repeater applications, multiplexing for instance（这个实验采用系综存储器，在量子中继应用中具有一系列的优势，比如多模式复用）”；“the demonstration is a very straight forward and clean demonstration of the quantum repeater elementary link… it is a significant accomplishment that will form the basis for further research（这个实验是对量子中继器基本链路的一个非常直接和清晰的演示，… … 这是一项重要的成就，将为接下来的研究奠定基础）”；“such is a major accomplishment towards realizing long-distance quantum networks on land（这是在地面上实现远距离量子网络的一项重大成就）”。中科院量子信息重点实验室的博士后刘肖和博士研究生胡军为该论文的共同第一作者。该工作得到了科技部、国家自然科学基金委、安徽省以及中国科学院的资助。周宗权得到中科院青年创新促进会的资助。论文链接： https://www.nature.com/articles/s41586-021-03505-3 图2 实验装置图（中科院量子信息重点实验室、中科院量子信息和量子科技创新研究院、科研部）

2016年12月底创立，5年时间融资5轮，最近一轮（C轮）融资数亿元人民币，估值达70亿元，这家公司就是国仪量子——孵化自中国科学技术大学的量子精密测量仪器产业初创公司。讯飞创投投资总监孙啸天忆起对国仪量子的投资，至今犹记当年的兴奋。2018年3月，该投资团队到国仪量子沟通参与A轮融资，4月底就完成了投资决策：作为A轮领投方，讯飞创投给这个当时创立仅1年多的团队投出4000万元。这些数字的背后，是量子精密测量技术落地应用所带来的无限魅力。打开微观世界的一把钥匙贺羽，年轻的“90后”创业者，曾就读于中国科学技术大学少年班。2016年从中国科学技术大学杜江峰院士团队出来创办国仪量子时，已经是他第三次投身创业，“该掉的坑都掉过了，在国仪量子倒不觉得有什么不顺”。“量子传感器是人类能研制的最‘小’的传感器。”贺羽向《中国科学报》介绍，“最小意味着它能测量一些我们用现代仪器测不到的信号，比如微弱的磁场、神经元放电、血液中的分子标识物等等，它是打开微观世界的一把钥匙。”物质的电磁场、温度、压力等与量子体系发生相互作用后会改变其量子状态，而通过对这些变化后的量子态的检测，就能实现对物质环境参数的高灵敏度测量。量子精密测量就是基于量子力学基本特性——如量子相干、量子纠缠、量子统计等，实现对物理量测量的一项技术。如今量子态操控技术已趋成熟，量子精密测量的精度也大幅提高。简单的理解就是，由电子、光子、声子等构筑的量子体系就像是一把高灵敏度的尺子，借助它就可以实现对诸如压力、温度、磁场乃至时间等各物理量更精密的测量，因此又称“量子传感”。不仅如此，量子纠缠还可以进一步提高测量灵敏度。假设让N个“量子尺子”的量子态处于一种纠缠态上，外界环境对这N把量子尺的作用就会相干叠加，那么最终的测量精度相对单量子尺将提高N倍。这样的精度突破了经典力学的散粒噪声极限，并提高了倍数，是量子力学理论范畴内所能达到的最高精度——海森堡极限。“换道超车”的机会基于量子精密测量技术研制的仪器，相比一些传统科学仪器是“降维打击”，因为科学仪器天然追求更高灵敏度和更高精度。这在贺羽看来，给了国产科学仪器研制“换道超车”的机会。高端科学仪器是科学研究、工程探测、医疗诊断等不可或缺的重要工具，但由于精密仪器技术要求高、制造难度大，全球范围内只有来自发达国家的仪器巨头如赛默飞世尔、岛津、罗氏诊断、布鲁克等具有完善的供货能力，处于垄断地位。而高端仪器长期以来依赖进口，让包括中国在内的许多国家不得不付出高价的同时还要仰人鼻息，可谓“天下苦垄断厂商久矣”。量子精密测量技术在科学仪器方面的落地应用，正在改变这一尴尬现状。“我们研制的不少仪器一经推出就是‘世界首台’，不仅树立了国仪量子的品牌，也奠定了国产高端仪器打破国外科学仪器巨头垄断的基础。”贺羽说。贺羽形容量子精密测量仪器是一个“鼎新带动革故”的创业赛道。他介绍，基于量子精密测量技术，国仪量子瞄准高端仪器市场缺口，锚定人有我优、人无我有的“为国造仪”理念，展现了新技术的竞争力。2018年10月，国仪量子发布的国内首台脉冲式电子顺磁共振波谱仪，自主创新多项核心技术，填补国内空白，突破国际禁运，并在关键性能指标上实现超越；2019年11月，国仪量子发布世界首台量子钻石原子力显微镜，能“看到”纳米级的微小结构，在量子科学、化学与材料科学及生物和医疗等领域有着广泛应用前景。目前，国仪量子已经具备多款量子传感器从研发到生产的核心能力，一些仪器设备甚至开始销往美国、澳大利亚等发达国家，销售额逐年翻番。贺羽透露，2021年国仪量子订单总金额轻松跨过2亿元关口，2022年有望突破4亿元。还只是冰山一角尽管订单数量节节攀升，但贺羽也坦承，国仪量子所撬开的量子传感仪器市场还只是冰山一角。“一方面，量子精密测量技术相对传统测量仪器是降维打击，存量市场潜力很大；另一方面，量子测量还有许多待发掘的市场应用场景，新需求会不断诞生。”贺羽说，他们现在每年要拿出营收费用的40%左右用于研发投入，除技术创新研发外，还开展场景创新研发，一些新应用场景的仪器也在做预研或规划。国仪量子并非量子精密测量技术产业化的独行者。放眼全球，瑞士量子传感解决方案开发商Qnami就是一家与国仪量子旗鼓相当的竞争对手。后者专注于量子显微镜系统市场，并已有多款产品在材料研究领域推出。此外，一些传统仪器仪表巨头也在相关细分领域开始采用量子精密测量技术，并开展相应产品的研制或指定产品的研发计划。如美国传统制造商洛克希德马丁公司就有专门的研究小组，探索研制和使用量子传感器解决全球导航卫星系统的信号干扰问题；德国工业巨头博世集团目前正着手探索量子精密测量技术在汽车传感上的应用——2月18日，博世集团刚刚通过其官方发布渠道宣布成立全新初创团队，旨在将量子传感器商品化。环顾国内，类似国仪量子这样的初创企业并不多，但我国已有或已开展量子精密测量技术开发的研究团队也不在少数。比如，2021年3月，位于浙江的之江实验室就曾宣布，其于2019年7月正式立项的量子精密测量大科学装置完成了“里程碑节点成果验收”。公开信息显示，该装置基于光动量效应，探索集中在高精度力学量的量子传感技术方向，上述成果的取得“为力学量量子传感技术发展奠定了扎实的基础”。再如，中国科学技术大学教授卢征天团队，曾提出原子阱痕量分析方法、自主研发基于激光冷原子阱技术痕量同位素分析实验装置，并将其创造性地应用于环境样品中稀有同位素的探测，进而用于为古地下水与冰川定年。“我们只是众多量子精密测量技术应用中的一个例子，它的空间是很广阔的，技术应用也日新月异。”卢征天在接受《中国科学报》采访时说，量子精密测量常应用于时间、质量、温度等物理量的测量，原子钟就是一个“明亮的例子”，借助量子技术，原子钟的计时准确度达到了理论最高水平。卢征天提到的这一技术在市场上亦有应用落地。记者查询公开信息获悉，我国原子钟、时间同步设备和系统主要供应商“天奥电子(35.680, -0.32, -0.89%)”就主营时间频率产品等的研发设计、生产销售，其营收中有近57%来自频率系列产品、42%来自时间同步系列产品。值得一提的是，作为“量子科技概念股”，天奥电子自2018年9月3日在A股上市以来，股票涨幅达274%。乘“东风”，工程队伍是关键量子精密测量的政策“东风”，也吹得正劲。1月28日，国务院发布《计量发展规划(2021—2035年)》(下文称《规划》)，提出在2035年建成以量子计量为核心、科技水平一流、符合时代发展需求和国际化发展潮流的国家现代先进测量体系。《规划》重点介绍了对于计量基础研究、计量应用、计量能力建设与计量监督管理的整体要求。在专栏2“计量基础理论与核心技术研究”中，《规划》提出，要“重点开展量子精密测量和传感器件制备集成技术、量子传感测量技术研究”。从《规划》的措辞和篇幅设置中可以看出，量子精密测量技术和高端仪器国产化在其中扮演着重要角色。作为以量子精密测量为核心技术、高端科学仪器为主营产品的高新技术企业，国仪量子表态要抓住国家战略机遇，“将面向世界科技前沿和国家重大需求，加大关键核心技术攻关力度，为提高国家科技创新能力、促进经济社会高质量发展贡献力量”。谈及未来发展，贺羽告诉记者，量子测量技术成果要想落地，工程化人才队伍建设是关键，“这是练内功的过程”。目前，国仪量子研发队伍中，有70%是工程化人才。国仪量子是高瓴资本布局量子技术赛道的第一个入口，后者领投了国仪量子的B轮融资。高瓴资本看中的是创业团队不仅有“根正苗红的量子技术”，还拥有技术落地能力，“有望发展成为量子信息和科学仪器行业龙头企业”。“仪”路前行，贺羽表示欢迎国内更多初创团队加入这个赛道中来，“量子精密测量技术的转化落地空间足够大、蛋糕也够大，更多队伍的加入，只会让我国高端科学仪器品牌越来越强”。

奥地利因斯布鲁克大学量子物理学研究团队已成功构建了一个用于电信网络标准波长的量子中继器节点，并将量子信息传输数十公里。这个功能齐全的网络节点是量子中继器的核心部分，由两个单一物质系统组成，能够以标准的光子产生纠缠电信网络的频率和纠缠交换操作。研究结果发表在新一期《物理评论快报》上。量子网络将量子处理器或量子传感器相互连接起来。在网络节点之间，量子信息由穿过光波导的光子交换。然而，在长距离上，光子丢失的可能性急剧增加。量子信息不能简单地被复制和放大，25年前，因斯布鲁克大学研究团队提供了量子中继器的蓝图。其拥有光物质纠缠源和存储器，以在独立的网络链路中产生纠缠，这些链路通过纠缠交换在它们之间连接，最终将纠缠分布在长距离上。新构建的中继器节点由光学谐振器内的离子阱中捕获的两个钙离子以及到电信波长的单光子转换组成。科学家们还展示了通过50公里长的光纤传输量子信息，而量子中继器恰好位于起点和终点之间的中间位置。研究人员还计算出这种设计的哪些改进是必要的，以使传输超过800公里成为可能，从而将因斯布鲁克和维也纳连接起来。

显微镜技术取得重大突破!据最新发表在《自然》杂志上的文章，来自澳大利亚昆士兰大学的研究人员发明了一种量子显微镜，可使研究人员在的情况下检查活细胞，看到其他方式无法揭示的生物结构细节。这为生物技术的应用铺平了道路，且有望应用于导航、医学成像等领域。　　显微镜由量子纠缠提供动力，爱因斯坦将这种效应描述为“远距离幽灵般的相互作用”。　　来自昆士兰大学量子光学实验室和ARC工程量子系统卓越中心(EQUS)的沃里克鲍恩教授说：“这是第一个性能超过现有最佳技术的基于量子纠缠的传感器。”这台量子显微镜的成功首次证明，量子纠缠改变传感范式的潜力。　　量子显微镜的一个主要成功之处在于，它能够跨越传统光基显微镜的“硬障碍”。通常，传统的光学显微镜会在被观察的生物样本上聚焦照明光线，更强大的光源使研究人员能够更细致地看到细胞。但这种方法的精确度存在一个根本性限制：在某一时刻，足够明亮的光线会破坏活细胞。　　鲍恩和他的同事们已经找到了克服该问题的方法。他们使用了一种带有两个激光光源的显微镜，但通过一种特殊设计的晶体“挤压”了其中一束光线。它通过在光子(激光束中的光粒子)中引入量子纠缠来做到这一点。　　光子被耦合成相互关联的对，其中任何具有不同于其他光子能量的光子都被丢弃，而不是被配对。这一过程降低了光束的强度，同时降低了其噪声，从而可以进行更精确的成像。　　大约10纳米厚的酵母细胞的细胞壁及其细胞液，即使用最好的非量子显微镜，这两者的成像都是微弱的，用标准显微镜则是完全看不见的，而用量子显微镜则可以看到它们的结构细节，从而帮助我们在最小的尺度上理解生命的基本知识。　　英国埃克塞特大学的弗兰克沃尔默表示：“这是光学显微镜领域的一项非常令人兴奋的进展，它为改进最先进的显微镜的工作方式打开了大门，其光强度正好不会破坏生物样本。”　　鲍恩说，量子显微镜也将有实际应用。例如，光学显微镜经常被用来确定细胞是否癌变或诊断其他疾病，而量子显微镜可以显著提高这些测试的灵敏度，并加快测试速度。

【重点摘要】量子相干性和纠缠可以使量子成像和显微技术的分辨率和灵敏度远超传统光学物理极限。为实现这些量子技术,需要使用具备特定功能的检测器。本文旨在强调基于单光子雪崩二极管(SPAD)的传感器在量子成像和显微应用中的重要性,为下一代理想的量子成像器铺平道路。在回顾了主要的提高样本图像分辨率和灵敏度的量子物理原理技术后,指出了雪崩光电二极管(APD)、增强型耦合电荷探测器(ICCD)和电子倍增CCD(EMCCD)等不同传感器的优缺点。然后主要分析了SPAD基传感器,将其确定为量子成像的最佳候选,并批判性地讨论了需求和性能,也与已有的具有特定功能的SPAD架构进行了关联,以配合应用。最终,下一代量子成像器应当整合在此呈现的所有最优构建方案,以检测光子巧合并执行高效的事件驱动式读取,还需利用适当的技术和SPAD设计来优化所讨论的检测性能。【解析度的量子】 利用独特的量子纠缠和相干性,量子光学技术将传统光学的分辨率和灵敏度推向极限。通过操纵单个光子和光子对,量子成像系统可观测到病毒大小的细胞组织结构以及绝缘体材料中的纳米级缺陷。这种操控光的粒子性开启了成像科学的新纪元,将为生物医学应用带来广阔前景。【单光子检测的关键性】 实现量子光学成像的核心是高效和高灵敏的单光子传感。与传统的雪崩光电二极管(APD)和增强型耦合电荷探测器(ICCD)不同,单光子雪崩二极管(SPAD)可以准确检测单个入射光子及其到达时间,从而检测不同通道光子的相干性。SPAD传感器这一独特优势使其成为量子成像领域的最佳解决方案。Enlitech的SPD2200是商业级SPD特性分析系统，专注于分析和测试对LiDAR技术重要的SPAD。近期成功卖入全球SPAD前三大晶圆厂之一。它提供了光谱和时域特性分析模块，灵活满足了dToF模块开发中多样的测量需求，可灵活选择单个模块或综合使用以进行全面性的特性分析。【光子巧合的量子标记】 量子成像通常依赖于光子的量子纠缠和相干性。这需要同时检测两条光路中单个光子的到达时间,以标记光子对的关联性。SPAD传感器提供皮秒量级的时标功能,通过事件驱动式读出高效提取量子光学成像所需的关键信息,不同于CCD或CMOS成像传感器获得的整幅图像。【量子效应的跨尺度成像】 单光子检测促进了从微观尺度到生物组织或器官水平的各种跨尺度的量子成像技术。例如,利用量子光学原理设计的光学相干断层扫描可以实现细胞和组织的三维结构重建 单光子自相关光谱技术可以实现深部组织的非侵入式检测。随着光子检测方法的发展,量子成像未来可望在生命科学和医学领域得到广泛应用。【让我们期待量子世界的新景象】 当前,集成单光子检测的量子相机和显微镜仍属实验室概念验证阶段,但其呈现的分辨率和动态范围已远超同类产品。量子光学成像技术充分发挥量子世界的奥秘,必将给人类打开崭新的景象和认知世界的新视野。让我们共同期待这场成像领域的量子!图20 带电栅控SPAD图像传感器像素架构[64] 采用许可复制[64] 版权2018年,SPIE。图26 不同工艺制作的SPAD的PDP比较[54,65,81,82] 为完整起见,还增加了与ICCD PI-MAX4-III Gen和EMCCD ANDOR iXon3相关的PDP。

日本冲电气（OKI）公司成功开发了一种在理论上不可能泄密的量子加密方式，并可以在城市间实现长距离通信。该公司利用光的&ldquo 量子纠缠&rdquo 特性在验证试验中实现了140公里无中继信息传输。这一研究成果将在2015年投入使用。日本和欧洲都在进行关于量子加密通信的研究，但通信距离短一直是这一课题的难点。新的研究成果使这一技术的实用性得到大幅度提高。 量子加密通信是在被称为光子的光粒子上载荷密码的加密方式，冲电气公司为此开发了能够产生光子的新型激光光源。这种新型光源不但比现有的量子加密通信光源成本更低，而且能够兼容现有光通信系统中的光器件，有较好的实用性。冲电气公司以2015年为目标，计划首先在金融机关和医院等保密性要求较高的专用线路上应用。然后逐步向公众通信网普及。 冲电气公司在实验系统中，有效利用了两个一组的光子特有的&ldquo 量子纠缠&rdquo 特性。在进行加密通信时，将处于纠缠状态的两粒光子分别送到相距140公里的收、发两端，收发两端各取一粒光子作为双方使用的通用密匙。发送端利用光子的物理特性，在&ldquo 看到&rdquo 光子的某一瞬间决定密匙的形式，接收端会使用这一密匙解密所收到的信息。在传输过程如果中遭到窃密，会残留&ldquo 光痕迹&rdquo ，系统能够立刻发现。 在现有的光通信系统中，由于激光光源强度较弱，无中继通信距离仅能达到100公里左右，新型光源技术使得长距离通信成为可能，冲电气公司将与其他企业和大学协作，研发新型光通信系统。 【量子加密通信方式】 光具有&ldquo 波&rdquo 和&ldquo 粒子&rdquo 的两重性，从粒子的角度看被称为光子。上述研究的主要方向是利用光子载荷密匙，发送者和接收者通过共有密匙实现量子加密通信。根据物理学定律，光子在被第三者&ldquo 看到&rdquo 的瞬间，其物理状态会发生变化并留下&ldquo 痕迹&rdquo ，因此在该加密系统理论上是不可能失密的。 上海和呈仪器制造有限公司Shanghai Hasuc Instrument Manufacture Co.,Ltd主营：电炉、电阻炉、马弗炉、恒温摇床、净化台、洁净工作台、高温炉、生物安全柜、恒温振荡器、箱式电阻炉、恒温培养摇床。 http://www.hasuc.cn http://www.hasuc.cc http://www.shlab17.com http://www.4008806667.com http://www.shhasuc.com http://www.dryexpo.com http://www.5911718.com http://www.dry17.com http://www.5921718.com 办公地址：上海市奉贤区南桥镇翡翠国际广场1号楼1020 工厂地址：上海浦卫公路6955号 总机电话：021-51688813 直线电话：021-67186861/57188687 /60457408 /60457409 总机传真：021-51686613 直线传真：021-57188687-806 自动传真：021-51686613 人工传真：021-57188687-806 企业QQ：400-880-6667

中国科学技术大学量子信息重点实验室利用Montana Instruments低温光学恒温器实现了量子点发射的确定性单光子的多模式固态量子存储。该成果在国际上次实现量子点与固态量子存储器两种不同固态系统之间的对接，并且实现了100个时间模式的多模式量子存储，模式数创造高水平，为量子中继和全固态量子网络的实现打下坚实的基础。研究成果发表在10月15日的《自然通讯》上。 文章的共同作者为唐建顺博士（量子点）和周宗权博士（固态存储）都是Montana Instruments 低温光学恒温器用户。文章作者与Montana低温光学恒温器合影 纠缠分发是构建量子网络的核心技术。由于信道中不可避免的传输损耗，目前在信道中直接进行纠缠分发只能达到百公里量，要想实现长程的纠缠分发则需要基于单光子量子存储和两光子Bell基测量的量子中继技术。目前已经实验验证的量子存储或量子中继方案都是基于概率性光源的存储，这类方案的长程纠缠分发时间预计将在分钟量以上。Experimental set-up 审稿人对该成果给予了高度评价：“（连接）纯固态量子光源和固态量子存储器对该领域具有显著的贡献（….pure solid-state quantum emitter and solid-state quantum memory a significant contribution to the field）”；“该工作朝着（量子中继的）正确的方向迈出了重要的一步（….this work takes an important step in the right direction）”。 相关产品Montana超精细低温光学恒温器：http://www.qd-china.com/products2.aspx?id=280 关于Quantum Design Quantum Design是的科研设备制造商和仪器分销商，于1982年创建于美国加州圣迭戈。公司生产的 SQUID 磁学测量系统 (MPMS) 和材料综合物理性质测量系统 (PPMS) 已经成为公认的测量平台，广泛的分布于上几乎所有材料、物理、化学、纳米等研究领域的实验室。2007年，Quantum Design并购了欧洲大的仪器分销商LOT公司，现已成为著名的科学仪器领域的跨国公司。目前公司拥有分布于英国、美国、法国、德国、巴西、印度，日本和中国等地区的数十个分公司和办事处，业务遍及全球一百多个和地区。中国地区是Quantum Design公司活跃的市场，公司在北京、上海和广州设有分公司或办事处。几十年来，公司与中国的科研和教育领域的合作有成效，为中国科研的进步提供了先进的设备以及高质量的服务。

光纤通信因其具有高带宽、低损耗、重量轻、体积小、成本低、抗电磁干扰等优点，已成为现代信息社会的支柱。同时，传统的微波无线技术也展现出了有效的泛在感知与接入能力。而将上述两种技术进行有机融合，则诞生了微波光子学。微波光子学为电子传感和通信系统提供了上述优势，但与非线性光学领域不同的是，到目前为止，电光器件需要经典调制场，其变化由电子或热噪声而不是量子涨落控制。从理论到实际的量子通讯不仅需要用于量子纠缠的组件，而且还需要一个低损耗和鲁棒性很好的网络来做进一步的数据分发和传输。超导处理器与光通信网络的接口问题是量子领域的一个开放性问题，也是目前面临的大挑战。近期，奥地利科学技术研究所（位于奥地利克洛斯特纽堡）的约翰内斯芬克小组提出了一个可能的解决办法。他们通过使用纳米机械传感器将双向和芯片可伸缩转换器的超导电路集成到大规模光纤网络中开辟了一条道路（如图一所示）。文章中介绍了一种可在毫开尔文环境下工作的腔电光收发器，其模式占用率低至0.025± 0.005噪声光子。其系统是基于铌酸锂回音壁模式谐振器，通过克尔效应与超导微波腔共振耦合。对于1.48 mw的大连续波泵浦功率，演示了X波段微波到C波段电信光的双向单边带转换，总（内部）效率为0.03%（0.7%），附加输出转换噪声为5.5光子（如图二所示）。10.7兆赫的高带宽与观测到的1.1兆赫噪声光子的非常慢的加热速率相结合使量子有限脉冲微波光学转换触手可及。该装置具有通用性和与超导量子比特兼容的特点，为实现微波场与光场之间的快速、确定的纠缠分布、超导量子比特的光介导远程纠缠以及新的多路低温电路控制和读出策略开辟了道路。图一：实验装置示意图图二：转换噪声与模式布居结果在10mK温度下，实现转换的关键是：光纤与微波芯片的对准和稳定连接需要一套用于x、y和z精密移动的位移台。实验中使用了attocube公司的 ANPx101/RES/LT-linear x-nanopositioner，ANPz101/RES/LT-linear z-nanopositioner，ANPx101/ULT/RES+/HV-Linear x-Nanopositioner和ANPz102/ULT/RES+/HV-linear z-nanopositioner系列mk环境兼容的位移台。attocube公司是上著名的端环境纳米精度位移器制造商，已为全科学家生产了4000多套位移系统，用户遍及全球著名的研究所和大学。它生产的位移器设计紧凑，体积小，种类包括线性XYZ线性位移器、大角度倾角位移器、360度旋转位移器和纳米精度扫描器。图三 attocube低温强磁场位移器，扫描器，及3DR旋转台低温mK纳米精度位移台技术特点如下： 参考文献:[1] Nature Communications 11, 4460 (2020) [2] PRX Quantum 1, 020315 (2020)

近日，中科院量子信息重点实验室李传锋研究组与芬兰、德国的研究组合作，在实验上首次实现了对开放量子系统的环境调控，观察到了开放系统的马尔科夫过程到非马尔科夫过程的突变现象。 　　该研究成果发表在12月3日的《自然—物理》上，并被该刊《新闻与观察》栏目专门报道。 　　具有马尔科夫特性的环境会破坏量子系统特有的相干性，这就是所谓的消相干效应，它是实现量子计算和其他量子信息功能的主要障碍。李传锋研究组制备出高纯度的纠缠光子对，将其中一个光子的偏振比特作为量子系统，把该光子的频率作为环境，通过石英片的双折射效应使量子系统与环境相互作用，实现了系统在环境中的演化。 　　他们创造性地在光路中加入特制的法布里—玻罗腔，通过改变法布里—玻罗腔的转动角度，利用另外一个光子作辅助探测，观察到了开放系统动力学演化的突变现象：转动到某个角度，环境的马尔科夫夫性突然消失，变成非马尔科夫环境，继续转动到另一个角度时，环境的非马尔科夫性又突然消失，变成马尔科夫环境，从而实现了对开放量子系统环境的调控。 　　该成果对噪声环境中量子纠缠态的调控、量子计算、量子存储等研究具有重要意义，并开创了非马尔科夫过程定量研究的先河，对开放系统的研究将产生重要影响。

十几年前，当数位战略科学家聚首探讨精密测量物理学科发展走向时，他们预判中国会一步步缩小和国际先进水平的差距，有一天会走在国际前沿，甚至引领发展。他们没料到的是，这一天来得如此之快，当然也没料到“卡脖子”同样来得很快。当下，世界正经历百年未有之大变局，科研环境也发生了巨大变化。所幸十几年前，在国家自然科学基金等的资助下，我国布局了一批前瞻性、引领性的基础研究。在国家自然科学基金重大研究计划——“精密测量物理”项目稳定资助下，我国不仅在精密测量领域取得了多项“世界最好”“精度最高”的成就，凝聚、培养了一支队伍，大大增强了在该领域的国际话语权和竞争力，还辐射带动了相关学科发展。“算是对我们10年‘打工’的鼓励吧。”谈及“精密测量物理”重大研究计划的研究成果对相关学科的引领带动作用，中国科学院院士，华中科技大学、中山大学教授罗俊的语调中透着实现“小目标”的轻松。实际上，这项超前布局的研究计划仅酝酿谋划就用了5年时间。此后在研10年，“聚队伍、聚智慧、聚重点、聚资源、聚突破”，项目成果全面超越预期目标。“十几年前，国家自然科学基金支持一批科研人员开展精密测量物理研究确实很有开拓性。”罗俊告诉《中国科学报》，“这项研究计划虽然圆满结题了，但精密测量永无止境，精益求精是无尽的追求。”破局，始于“香山科学会议”2008年7月，第327次香山科学会议（创立地点及会址在北京香山）破例在位于湖北省武汉市的华中科技大学召开。7位院士、50余位物理学家相聚喻家山，参加为期3天的“精密测量物理和方法”主题研讨会。“在香山科学会议之前，叶老师（中国科学院院士叶朝辉）和几位专家动念提出开展‘精密测量物理’研究，是因为我们遇到了一些问题。”罗俊回忆说，“当时我国很多学科面临怎样向前沿延伸的困境。一个严峻的现实是，我们的科研仪器基本全靠进口。别人生产的仪器卖给我们之前，实验室里该做的研究都做完了，我们一直跟在后面做，这样很难触及科学最前沿。”没有自己的仪器，跻身前沿都很难，更别说超越引领。科研仪器如此重要，但问题是，这种尖端的科研仪器谁来研制？在此背景下，叶朝辉等人提出了“精密测量物理”的概念。“我们现在对‘精密测量物理’有很多期待，赋予它很多内涵。但当时的出发点和最基本的想法就是做出一套最先进的仪器给科学家用。”罗俊说，“要挺进学科最前沿，验证物理学家的想法，进行实验研究，必须有自己的仪器设备。”香山科学会议后，叶朝辉、罗俊等人在国家自然科学基金支持下，开始推动重大研究计划立项，在数理科学部的主持下，组织双清论坛进行论证。2013年，“精密测量物理”重大研究计划获准立项。引领，辐射学科带动人才按照该重大研究计划最初的设计，研究目标分为三部分。一是精密测量工具仪器研制，以时间频率测量为代表，将光频这些和国际水平差距较大且非常基础的测量仪器“做上去”；二是在更高精度上测量物理基本常数并检验物理基本规律，这是精密测量物理的难点和重点；三是研究精密测量新体系，发展新方法和新技术，不断突破测量极限，包括突破标准量子极限等。实际上，在该重大研究计划执行的10年中，他们不仅圆满完成了三大目标，还屡屡取得突破性进展，获得多项“世界最好”“精度最高”的成就。“这项重大研究计划的特点之一是带动了整个中国精密测量物理学科的发展。”中国科学院精密测量科学与技术创新研究院研究员詹明生说，“也带动了其他一些项目，辐射和延伸到了相关领域，比如影响了中国科学院的先导科技专项，带动基于原子分子的物理研究向精密测量物理延伸。”中国科学院国家授时中心研究员张首刚认为，该重大研究计划的意义在于10年前就有了明确目标，把精密测量这项前沿基础研究和国家战略需求相结合，从而做出一系列方向性、引领性的研究工作。“通过国家自然科学基金项目牵引，这些年我国精密测量物理研究队伍不断壮大，并从基础研究向前沿基础研究推进。”张首刚说，“我们不但超额完成了该重大研究计划的各项指标，还产生了原创性的想法，取得一批‘国际首次’级的成果，并在部分领域领先国际。”“量子精密测量是精密测量物理的一个前沿方向，很多微弱信号测量，比如引力波探测、量子操控、原子分子和光物理等研究都离不开精密测量。”上海交通大学教授张卫平补充道，“这个项目将我们的学术生涯和国家战略需求完美对接起来，我觉得最大成果之一是凝聚并培养了一支队伍。”清华大学教授尤力同样认为，这是个高瞻远瞩的研究计划。“过去四五年，国际科研环境发生了巨变，出现了更多的不确定性。我们必须科学上自主、技术上独立。好在我们进行了预研，建立了这么一支队伍。”求精，追求永无止境精密测量物理对实验条件要求极高，数千米外的振动、电流波动、地球磁场，甚至空气温湿度都会影响测量精度。为避免外界扰动，30多年前，罗俊等人就将实验室建在位于喻家山的一个山洞里。在罗俊团队的引力常数测量进行到关键时期时，地方政府按规划准备在喻家山下修一条路。“修路会引发两个问题：一是山体稳定性发生变化，这些微小变化会导致实验环境不稳定；二是修路过程中及修好后，车辆经过产生的震动会影响测量精度。”了解到罗俊的担忧，华中科技大学和武汉市都非常支持实验研究。最后，武汉市调整道路规划，终止了道路修建。得益于安静的实验环境，罗俊团队测出了世界上测量精度最高的G值（引力常数）。至今，该数值仍保持着世界第一的纪录。“精密测量物理要测的通常是非常小的数值，它无限趋近于‘0’，但永远不会达到‘0’。例如，我们进行粒子、量子、多粒子纠缠等前沿研究，背景补偿（抵消环境磁场的影响）做得越好，测量结果就越准。”尤力感慨地说，“我们测一个量，总希望向小数点后再多推一位，但最终要推到什么地方、推到什么程度，没有人知道。所以精密测量物理没有止境，需要长期坚持，也需要长期支持。”“精密测量的本质是永无尽头。”罗俊说，“精密永无止境。这种无限精密、精益求精的特点造就了精密测量物理研究者不断提高精度、不断开发新技术，挑战新极限的信念。”传承，精密测量精神“我们常说十年磨一剑，从事精密测量物理研究真的需要长期积累。”华中科技大学教授胡忠坤说，“它需要10年、20年，甚至更长时间才有可能见到成效，因此研究者要耐得住寂寞，但也需要得到长期稳定的支持。”“精密测量物理有两个特点：一是高精尖，二是研究周期特别长。”山西大学教授张靖补充说。20世纪90年代初，张靖还在华中科技大学读本科，有时会到位于喻家山山洞的实验室上课。他记得当时山洞两边都是实验室，里面很安静，感觉很神秘。“精密测量物理研究不是三两个人花两三年时间就能取得成果的。罗老师选择在山洞里做实验，还带出一支队伍，一步步把精度提高再提高，确实很有魄力。”张靖说。“我们国家的科学研究已经形成了崭新的局面，上了一个历史性的新台阶。现在我们山洞的实验条件是30年前根本无法想象的，每个实验室都‘鸟枪换炮’，不知道好到哪儿去了。”罗俊说，“但当初也没觉得条件多艰苦，因为有兴趣、有追求，希望能精益求精，所以并未在意‘苦’还是‘不苦’。”“进行精密测量物理研究，总是想精益求精，把精度提高点，再提高点。”清华大学教授尤力对《中国科学报》说，“进实验室打开仪器，我们就知道北京地铁4号线列车什么时间进站、什么时间出站，地铁运转产生的磁场会严重影响原子能级……”尽管北京地铁4号线从清华大学、北京大学两所高校旁通过时采取了一系列减震措施，但轻轨列车进站减速、出站加速时电流变化产生的磁场，还是会影响1.5公里外清华大学的原子分子与光物理实验。磁场变化会引起原子能级移动，给光学测量带来不确定性，使科学家无法判断是否出现了误差。虽然研究人员已经习惯在夜深人静时做实验，但很多扰动仍无法避免。“我们做原子分子与光物理研究时，原子的磁矩就像一块小磁石，它周围的磁场扰动会让原子磁矩抖动，导致测量信号不确定。”尤力说，“环境中各种扰动、噪声、磁场等都会影响测量结果。”尤力团队曾对实验室环境进行检测，不只地铁4号线列车进出站，包括地球磁场、实验室照明电路，甚至光学实验平台上的金属器件（螺丝钉、钻头等）所带磁性都会影响测量精度。“这些磁场是‘躲不掉’的，那就想办法把它‘干掉’。”尤力说。在多次测量、分析、计算的基础上，尤力团队创造性地应用了“背景补偿”这样一个解决方案。简单地说，就是针对一些无法改变的干扰因素，比如地球磁场、实验室电流磁场等，研究人员先测出环境磁场强度，计算出平均值，然后绕制一个通电线圈，使其产生相反的磁场，用“前置反馈”的手段，将环境磁场的磁力抵消。“用‘前置反馈’补偿（抵消）背景磁场是个亮点。”中国科学院院士，华中科技大学、中山大学教授罗俊说，“虽然‘前置反馈’不是新概念，但要把它做成，需要很好地掌握背景磁场，用它解决问题简单、高效。”“我们用的物理概念并不新鲜，但它能解决实际问题。”尤力说，“我们用一块电路板就解决了问题，同很多兄弟单位分享了这项技术，能为大家做点事我很高兴。”在反馈补偿技术的“加持”下，尤力团队取得了一系列重要突破。他们突破了标准量子极限测量非经典双数态新体系，解决了双数态确定性制备难题，该体系在原子数、原子数涨落、压缩系数以及相干性等多项重要指标上远超国际同类实验。团队通过调控量子相变过程，解决了传统动力学制备方法所存在的问题，在国际上首次确定性地制备了大粒子数双数态87Rb原子玻色爱因斯坦凝聚体。目前，该实验平台能在40秒内确定性地制备约1万个粒子组成的多体纠缠态，从非纠缠的初态到双数态凝聚体的转换效率高达（96±2）%。该双数态的量子噪声的压缩度为（13.3±0.6）dB，是国际同类实验中最好的指标。双数态的相干性更是达到了接近理想值的0.99，远优于此前国际上最好的0.9。由此，实验可以表征的纠缠粒子数也是目前能确定性制备量子纠缠数目的世界纪录。这项工作大大提高了双数态在精密测量中的实用性，首次验证了量子相变可以作为制备多体量子纠缠态的有效手段，为纠缠态的制备提供了新思路。追求极限, 刷新“钙帮”世界纪录近年来，中国科学院精密测量科学与技术创新研究院研究员高克林团队研制出不确定度为 3×10-18（相当于105亿年不差1秒）、稳定度为6.3×10-18@524000s的钙离子光频标，成为第五种不确定度指标达10-18水平的光频标、第二种稳定度达10-18量级的离子光频标，并研制出目前搬运距离最远的光钟，实现精度达到10-16的钙离子光频的溯源测量。该成果被国际时间频率咨询委员会推荐为次级秒定义。“钙离子有很多优点，比如其光频跃迁是搭建高精度光频标的理想参考，可有效抑制离子特有的微运动频移。其离子的量子态制备、激光冷却及钟跃迁探测所用的激光均可用商品化的半导体激光器发射，因此极有可能实现广泛应用。”高克林说，“但是钙离子光频标也面临两个世界级难题：一是钙离子对磁场非常敏感；二是钙离子在室温下对黑体辐射效应（环境温度）敏感。”频率标准研究对外场控制（环境中各种效应，如振动、噪声、磁场和温度等）的要求非常高，国际上许多光频标研究机构已经放弃参考钙离子搭建高精度光频标。目前，国际上仅有锶原子光频标、镱原子光频标、铝离子光频标，以及镱离子光频标的不确定度达到10-18量级。“能否直面这些国际难题，将钙离子光频标推进至更高精度是我们面临的艰巨挑战。”高克林说，“在叶朝辉、罗俊院士领导的精密测量项目专家组与频标科学家王义遒、王育竹、李天初等人的关心和支持下，我们一步步解决了这些难题，将钙离子光频标推至国际第一方阵。”为进一步提高钙离子光频标的性能，研究人员通过改进钟跃迁激光性能，建立了第二台钙离子光频标并进行比对，大幅降低了电四极频移、光频移和微运动频移，实现了不确定度达5.5×10-17、稳定度达7×10-17的钙离子光频标。2018年，团队通过“魔幻射频囚禁场”抑制了微运动频移，又通过降低黑体辐射频移、改进光频标伺服软件等措施，进一步将钙离子光频标不确定度提升至2.2×10-17。2019年，通过对两台钙离子光频标长达31天的频率比对，研究人员测得稳定度达到6.3×10-18@524000s。为降低钙离子光频标黑体辐射频移的影响，团队将离子阱置于液氮低温环境中，使黑体辐射频移对温度的敏感度降低了约两个数量级。与国际上采用的液氦系统相比，液氮系统造价低廉、操作简单。但缺点是使用中液氮会蒸发，系统运行时液氮容积变化易造成离子位置移动，从而导致荧光信号损失。为解决低温系统问题，研究人员反复迭代和纠错，并采用清华大学教授尤力团队的“前置反馈”技术，大幅降低了背景磁场噪声。最终，该团队在国际上首次实现了液氮低温钙离子光频标，不确定度达到3×10-18。2020年，该团队实现钙离子光频标系统集成、可靠和高精度运行等关键技术突破，研制出一台精度24亿年偏差不到1秒的可搬运钙离子光钟，首次将钙离子光频测量精度推进到国际最高水平，并实现从武汉到北京千公里级车载搬运。“研究钙离子的人称自己为‘钙帮’。”高克林说，“在实验关键时期，大家加班轮岗的故事很多，但没人觉得辛苦，因为热爱，所以乐在其中。”在精密测量领域实现量子优势前不久，中国科学院院士、中国科学技术大学教授潘建伟，中国科学技术大学教授陆朝阳等基于“九章二号”中自主设计的受激双模量子压缩光源，结合非线性干涉仪，提出并演示了一种新方案来实现可扩展的、无条件的、鲁棒的量子精密测量优势。相关成果发表于《物理评论快报》。“实际上，该成果是在‘精密测量物理’重大研究计划前期工作的基础上衍生出的一项新成果。”陆朝阳告诉《中国科学报》。“精密测量物理”重大研究计划有几个子研究方向，其中中国科学技术大学团队的目标更具探索性质，主要是基于单光子和纠缠光子探索精密测量的新原理、新方法。在研期间，团队基于高品质单光子和多光子纠缠突破超越标准量子极限，在国际上首次同时解决了单光子源的三个关键问题，实现国际上综合性能最优秀的单光子源。“制备单光子源是这个重大研究计划中的一项代表性工作。”陆朝阳解释说，“进行量子精密测量或量子计算时，有用的是单光子源。这就像幼儿园小朋友‘排排坐’，如果有100个小朋友，每个小朋友坐一条板凳是理想状态。但自然界的光源（灯光或阳光）是热光源，它们衰减之后只有约8%是单光子（相当于一个小朋友坐一条板凳），约90%是‘空板凳’，另有2%是两个或多个光子（一条板凳上坐多个人）。在量子技术中，‘空板凳’无法用于测量，而一条板凳坐多个人会引起测量误差。因此，科学家要在实验室通过主动量子调控制造一种非经典的量子光源。”精密物理测量往往会受一些在原理上都无法避免的“散粒噪声”的影响。因此，任何测量都存在精度极限。不过，量子光源可以打破这种物理极限。中国科学技术大学团队用制备出的新光源进行测量，发现它比之前用激光光源测量的精度提高了0.6dB，而且首次实现了强度压缩。此后，该团队又研发出“九章”系列光量子计算原型机。在“九章二号”的相关研究中，团队受到激光的启发，发明了一种受激辐射放大量子光源的新方法。在调节这种新光源的位相时，他们意外发现数据对相位特别敏感。“我们当时灵机一动，想利用这个现象做量子精密测量。”陆朝阳说。抱着试试看的想法，研究人员基于“九章二号”中自主设计的受激双模量子压缩光源，结合非线性干涉仪，提出了一种新方案来达到海森堡极限。该方案同时具有可扩展性、无条件优势、对外部光子损失鲁棒等优点。在未扣除任何实验噪声的情形下，在相位测量实验中直接观察到的单光子信息量（用于衡量测量的精度），达到了目前国际最高水平。精密物理测量领域有一个共识：如果把精度向前推进一个数量级（10倍），就有可能发现新物理、新规律。这一次，中国科学技术大学团队基于量子受激光源发展出新的量子精密测量技术，将测量精度极限提高了5.8倍。“学术界将量子计算在特定问题上的能力超越经典的超级计算机的里程碑称为‘量子计算优越性’。现在，类似的，我们又首次实现了‘量子精密测量优越性’。”陆朝阳说，“这有点像立体农业中塘中养鱼、塘泥肥田，在国家的整体布局下，量子信息的基础研究不仅开花结果，还可催生肥鱼。”

【科学背景】随着二维材料（2DM）及其异质结构的广泛应用，研究者们越来越关注如何在这些材料中实现更精确的操控与调节。二维材料具有优异的电学和光学性质，其性能可通过静电栅控和范德华（vdW）堆叠来调节。尤其是在扭曲的范德华异质结构中，莫尔效应提供了进一步调控能带结构和多体相关性的可能性，这引起了科学界的广泛关注。然而，尽管静电栅控技术已经成熟，但在实际应用中实现对2DM界面性质的实时控制仍面临诸多挑战。当前，尽管已有通过扫描显微镜等先进技术对2DM进行操控的方法，但这些方法存在应用范围有限、操作复杂以及成本高昂的问题。传统的干转移和湿转移方法虽然可靠且简单，但每个堆叠的独特性和不可重构性限制了对堆叠参数（如扭曲角度）的便捷探索。这种非可重复性使得研究者在探索堆叠效应时常常只能依赖于少数样本，从而限制了对二维材料性质的深入理解和应用开发。为了解决这些问题，哈佛大学的Eric Mazur和Amir Yacoby、哈佛大学和加州大学伯克利分校的曹原团队提出了基于微机电系统（MEMS）的芯片上平台——MEGA2D。这一平台不仅可以精确地控制2DM的堆叠，还能够进行实时的调节和操控，包括接近、扭转和加压等动作。MEGA2D平台的设计旨在提供一种通用的、可扩展的解决方案，能够克服传统方法在操作灵活性和可重复性方面的不足。通过这一平台，我们能够在扭曲的六方氮化硼（h-BN）中创建合成拓扑奇点，例如梅伦（merons），从而推动了非线性光学性质的研究。同时，该技术还为集成光源的开发提供了实时可调的偏振解决方案，并有望在量子光学领域产生可调的纠缠光子对。【科学亮点】1. 实验首次提出了一种基于微机电系统（MEMS）的芯片上平台，名为MEGA2D，用于二维材料（2DM）的通用操控。这一平台实现了在现场对2DM堆叠的精确控制，包括接近、扭转和加压操作，为探索低维量子材料提供了新的工具。2. 实验通过在扭曲的六方氮化硼（h-BN）中创建合成拓扑奇点，如梅伦（merons），验证了MEGA2D平台的有效性。此外，实验展示了这一技术在开发具有实时和宽范围可调偏振的集成光源中的应用潜力。3. 该平台可以应用于量子光学中，生成具有可调纠缠性质的纠缠光子对。这一工作不仅扩展了现有技术在操控低维量子材料方面的能力，还为未来的混合二维和三维器件的发展提供了基础。【科学图文】图1：MEGA2D，一种用于扭转二维材料的芯片上MEMS平台。图2：使用MEGA2D调节的扭曲h-BN的非线性光学探测和拉曼光谱。图3：在扭曲的h-BN中实现的合成梅伦（半斯克雷明）的实验。图 4: 具有MEGA2D的可调经典和量子光源。【科学结论】本文展示了通过微机电系统（MEMS）技术对二维材料（2DM）及其异质结构进行实时操控的创新方法。这一技术突破性地解决了以往静电栅控和扫描显微镜方法在二维材料研究中的局限性，尤其是在探索新奇物理现象和开发先进量子器件方面。通过在芯片上实现对二维材料堆叠的精确控制，本文不仅为研究者提供了更为便利和可扩展的工具，还为未来二维材料与三维器件的混合应用奠定了基础。这种可调控的堆叠方法进一步拓展了二维材料在凝聚态物理学和量子光学领域的研究范围，为开发新型光源和量子纠缠光子对等应用提供了新的思路和可能性。参考文献：Tang, H., Wang, Y., Ni, X. et al. On-chip multi-degree-of-freedom control of two-dimensional materials. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07826-x