商用量子通信

p 　　央视网消息：信息安全是大家关注的焦点，使用量子技术对信息进行加密是目前最有效的办法之一。首个商用量子通信专网——济南党政机关量子通信专网近日完成测试，保密性、安全性、成码率的测试均达到设计目标，整套网络预计今年8月底正式投入使用。 /p p style=" text-align: center " img title=" 1.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/4751e7d9-e090-4805-b868-cdb124509e7a.jpg" / /p p 　　央视记者 张伟：这里是济南党政机关量子通信专网的核心机房，专网内的所有通信数据，都是通过这里的专业设备，量子加密后，与周边数百平方公里的，近200个终端进行保密通信。 /p p style=" text-align: center " img title=" 2.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/ee4b8c42-3f62-4628-984e-2a86c318c271.jpg" / /p p 　　济南党政机关量子通信专网从5月开始测试以来，完成了50多个项目的测试，所有用户之间的通信实现了每秒产生4000多个密码的绝对保密性。 /p p 　　量子是能量最基本、最小不可分割的单元。未知量子态无法精确克隆，只要有人试图复制，就会产生误码，会被发现。这些特性使得量子态通信在传输过程中有了绝对安全性。济南市党政机关量子通信专网，是继济南量子通信试验网之后，第一个真正商用化的量子通信专网。济南量子通信试验网目前是世界上规模最大、功能最全的量子通信城域网。 /p p style=" text-align: center " img title=" 3.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/84b1abfa-7bbf-42eb-a8b5-406db6fdf0f5.jpg" / /p p 　　济南量子科学研究院院长助理 周飞：济南市党政机关量子通信专网8月份建成之后，在国防、金融、电力等等领域作为示范进行推广。它的测试成功也是中国乃至全球量子通信产业一个标志性的成果。 /p p 　　量子通信技术被认为是“保障未来信息社会通信机密性和隐私的关键技术”，目前我国在量子通信的技术研究方面处于世界领先水平。欧洲、美国、日本等发达国家以及众多国际大公司都竞相发展这项技术。 /p p & nbsp /p

近日，安徽省量子信息工程技术研究中心及科大国盾量子技术股份有限公司联合发布消息，国产稀释制冷机“ez-Q Fridge”在交付客户后完成性能测试，实际运行指标达到同类产品国际主流水平，成为国内首款可商用可量产的超导量子计算机用稀释制冷机。据媒体报道，2023年下半年，国盾量子向两家科研单位交付了国产稀释制冷机产品，经客户多月测试，设备长时间连续稳定运行，能够结合主动减震系统以及磁屏蔽等，为量子芯片提供低至10mK级别的极低温低噪声环境，制冷功率达到450uW@100mK。在容纳78根低温测控同轴线缆的超导量子计算低温支撑系统中，分别对56比特和24比特超导量子芯片进行测试，稀释制冷机运转效果良好，达到了国际先进水平。实际上近年来，量子科技已引起国内外的广泛关注。而发展先进的量子科技离不开极低温制冷技术，这主要是由于量子本身是微观的效应，很容易受到干扰，而超低温可以将噪音降得很低。比如，对量子比特来讲，它最怕的就是温度，因为温度产生热耦合噪音，低温之后噪音就可以被极大的限制，使它成为孤立系统，这时它的退相干时间就会大大延长，量子比特才会成功，否则包括存储、读取、叠加等都需要时间。目前达到低温的手段主要有吸附制冷、绝热去磁制冷和稀释制冷。稀释制冷技术于 1950 年代首次提出，并在 60 年代建成了第一个完整的稀释制冷系统，随后便成功商业化。稀释制冷技术最低温度可以低至数个mK（10K），具有制冷过程连续不间断及制冷功率较大等优点，随着低温物理研究需求的不断增加，其已经成为目前最为流行的制冷方法。水有普通的水和重水，它们混合到一块是分不开的，但是氦三氦四不一样，液态的氦三和氦四在低温下在大约八九百mK的时候就会自动分开，自动分开的现象过程中会有所谓的制冷效应，其实这就是因为这两者复合在一起就会产生稀释效应，就会有降温效应，连续的补充和打破平衡，就使得混合液一直处于相分离状态，就实现了所谓的稀释制冷，这就是稀释制冷机的原理。随着量子计算等技术的不断发展，对mK级的稀释制冷机提出了更高的要求，当前国内有数家单位和企业在投入精力开发。中科院物理所2021年，中国科学院物理研究所自主研发的无液氦稀释制冷机6月下旬实现近10mK(比绝对零度-273.15摄氏度高0.01度)极低温，标志着中国在高端极低温仪器研制上取得突破性进展，具备了为量子计算等前沿研究提供极低温条件保障的能力。2023年3月28日，中国科学院物理研究所承担的北京市科技计划课题“400微瓦无液氦稀释制冷机研制”顺利通过了第三方技术测试。测试专家组认真听取了项目工作报告，审查了技术测试方案，查验了测试仪器和受试设备，通过现场测试和读取测试数据，一致认为该无液氦稀释制冷机长时间连续稳定运行最低温度已达到7.6mK，制冷功率达到450μW@100mK，两项指标均达到了国外主流中型商业稀释制冷机的水平。合肥知冷低温科技有限公司2023年6月13日，“量子计算用国产极低温稀释制冷机项目”在合肥高新区正式签约，并入驻量子信息未来产业科技园。“量子计算用极低温稀释制冷机”由安徽大学物质科学与信息技术研究院单磊教授、王绍良研究员团队自主研发。安徽大学研究员、合肥知冷低温科技有限公司董事长王绍良表示，项目是合肥“以投带引”的成功案例，在合肥市科技创新集团的支持下，项目公司将拿到第一笔种子基金，打通落地转化的最初一公里。本源量子2023年10月，由本源量子计算科技（合肥）股份有限公司完全自主研发的本源SL400国产稀释制冷机成功下线，这是国内科创企业的研发团队首次成功突破量子计算极低温制冷这一关键核心技术。省量子计算工程研究中心相关负责人张俊峰说：“该稀释制冷机可提供12mK以下的极低温环境及不低于400μW@100mK的制冷量，降温时间在40小时内，升温时间在24小时内，可满足超导量子计算的极低温运行环境和快速回温的要求，达到国际主流产品的水平。”此外，中船重工、飞斯科等国产厂商目前也在投入相关设备研发。中船重工鹏力(南京)超低温技术有限公司市场总监巢伟向仪器信息网透露，当前国内能用的最基础版本的是400-500μW，而国外主流厂商的1mW设备已经成熟了，甚至开展了10mW的研究，比如IBM的10mW的设备已经用起来了。林德等企业已开发了百瓦级、甚至数百瓦级别4K制冷量来预冷的稀释制冷机。当前中船低温已实现4K制冷机每年一千多套的量产。上世纪70年代物理所冉启泽老先生曾研制出湿式稀释制冷机，但后来无人从事相关研究，相当长一段时间内国内处于技术断层和研究空白，目前国内所用到的稀释制冷机均从欧美购买，比如Oxford Instruments ，Cryomagnetics，Janis Research Company，Bluefors Oy NanoMagnetics Instruments， ICE Oxford Ltd，Quantum Design, Inc.，Leiden Cryogenics Entropy等。2019年12月，美国商务部的一份内部文件提出，未来将限制向中国等美国在量子计算上的竞争对手出口稀释制冷机。一旦被限，中国的量子计算研究将面临重大挑战。据了解，国际主流稀释制冷机售价400万元至600万元，稀释制冷机的国产化，在一定程度上扭转了量子计算关键核心技术受限的局面，加快了量子计算领域自立自强步伐，增强我国在量子计算领域完全自主可控能力。

5月21日，全国首届量子精密测量赋能产业发展大会在安徽合肥举办。本次大会作为2024“世界计量日”安徽分会场活动，由安徽省市场监管局、合肥市市场监管局、中国科学院自主研制科学仪器应用示范中心、中国科学技术大学物理学院、国仪量子技术（合肥）股份有限公司等联合举办。会上，全球首台商用低温版扫描NV显微镜正式亮相，该量子精密测量仪器可用于宽温区下高分辨、高灵敏、定量无损的磁学测量，将为我国生命科学、材料科学、凝聚态物理等领域研究提供全新手段。该显微镜由国仪量子技术（合肥）股份有限公司（以下简称“国仪量子”）自主研制，该产品目前已实现量产，标志着我国量子精密测量技术的产业化发展取得了重要突破。 低温版扫描NV显微镜发布会现场磁性是物质的基本性质之一，其微观成像是实验物理研究中的重要方向。通过深入研究材料中的微观磁学特性，科学家可以深入了解材料的结构、电子性质和相互作用，对于指导新型磁存储材料、超导材料的开发都具有重大意义。低温版扫描NV显微镜是一台结合了金刚石NV色心光探测磁共振技术和原子力显微镜扫描成像技术的量子精密测量仪器，可用于2K-300K宽温区下高分辨、高灵敏、定量无损的磁学测量，具有纳米级的高空间分辨以及单个自旋的超高探测灵敏度。“它主要用于检测材料的表面磁学特性，将为我国生命科学、材料科学、凝聚态物理等领域研究提供全新手段。”贺羽说。 低温版扫描NV显微镜量子精密测量技术具有高科技、高效能、高质量的特征，其利用量子特性（能级跃迁、相干叠加、量子纠缠）获得了突破经典测量技术极限的能力，有望在测量精度、灵敏度、分辨率等方面超越现有技术。业界认为，量子精密测量是量子信息技术领域中，下一个“离产业最近”的方向。

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。

太赫兹辐射，也被称为亚毫米辐射，其波长位于微波和可见光之间。它可以穿透许多非金属材料并探测某些分子的特征。这些便利的特性可以使其得到广泛的应用，包括工业质量控制、机场安全扫描、材料的无损表征、天体物理观测以及比目前手机频段带宽更高的无线通信。插图显示太赫兹照明（右上角的黄色曲线）进入新的相机系统，它刺激纳米级孔内的量子点（显示为照明环）发出可见光，然后使用基于CMOS的芯片（左下角）检测，就像数码相机中的那些。然而，设计检测和制作太赫兹波图像的设备一直是个挑战。因此，大多数现有的太赫兹设备是昂贵的，缓慢的，笨重的，并需要真空系统和极低的温度。现在，麻省理工学院、明尼苏达大学和三星公司的研究人员已经开发出一种新的相机，它可以快速检测太赫兹脉冲，具有高灵敏度，并且在室温和压力下。更重要的是，它可以同时实时捕捉到关于波的方向，或"偏振"的信息，而现有的设备无法做到。这种信息可以用来描述具有不对称分子的材料，或确定材料的表面细节。这个新系统使用被称为量子点的粒子。这些粒子最近被发现在受到太赫兹波的刺激时有能力发射出可见光。然后，这些可见光可以被一个类似于标准电子相机探测器的装置记录下来，甚至可以用肉眼看到。11月3日发表在《自然-纳米技术》杂志上的一篇论文描述了这一装置，作者是麻省理工学院的博士生史娇健、化学教授Keith Nelson和其他12人。该团队制造了两种不同的装置，可以在室温下运行。一个是利用量子点将太赫兹脉冲转换为可见光的能力，使该装置能够产生材料的图像；另一个是产生显示太赫兹波偏振状态的图像。新的"照相机"由几层组成，采用像用于微芯片的标准制造技术制成。基板上有一排纳米级的平行金线，用窄缝隔开；上面是一层发光的量子点材料；上面是一个用于形成图像的CMOS芯片。偏振检测器使用类似的结构，但有纳米级的环形狭缝，这使得它能够检测到进入的光束的偏振。太赫兹辐射的光子具有极低的能量，这使得它们很难被检测到。因此，这个设备正在做的是将那小小的光子能量转化为易于用普通相机检测的可见物。在该团队的实验中，该设备能够在低强度水平上检测太赫兹脉冲，超过了今天大型和昂贵系统的能力。研究人员通过拍摄他们设备中使用的一些结构的太赫兹照明照片来证明该探测器的能力，例如纳米间隔的金线和用于偏振探测器的环形狭缝，证明了该系统的灵敏度和分辨率。一个CMOS相机被用来捕捉太赫兹光束的旋转。资料来源：研究人员提供开发一个实用的太赫兹相机需要一个产生太赫兹波以照亮一个物体的部件，以及另一个检测它们的部件。在后一点上，目前的太赫兹探测器要么非常慢，因为它们依赖于检测波冲击材料所产生的热量，而热量传播缓慢，要么它们使用相对较快的光电探测器，但灵敏度非常低。此外，直到现在，大多数方法都需要整个太赫兹探测器阵列，每个探测器产生一个像素的图像。问题在于每一个都相当昂贵，一旦他们开始被用来制造相机，探测器的成本就会开始迅速扩大。虽然研究人员说他们已经通过新的工作破解了太赫兹脉冲检测问题，但缺乏良好的源的问题仍然存在--而且世界各地的许多研究小组正在努力解决。尼尔森说，新研究中使用的太赫兹源是一个庞大而繁琐的激光器和光学设备阵列，不容易被扩展到实际应用中，但基于微电子技术的新源正在顺利开发中。论文的共同作者、明尼苏达大学电气和计算机工程系麦克奈特教授Sang-Hyun Oh补充说，虽然目前的太赫兹相机版本要花费数万美元，但该系统使用的CMOS相机的廉价特性使其"向建立实用的太赫兹相机迈进了一大步"。商业化的潜力促使制造CMOS相机芯片和量子点设备的三星公司合作开展这项研究。尼尔森说，这种波长的传统探测器在液氦温度（-452华氏度）下工作，这对于从背景噪声中挑出能量极低的太赫兹光子是必要的。这种新设备能够在室温下用传统的可见光相机检测并产生这些波长的图像，这一点出乎了从事太赫兹领域工作的人的意料。研究人员说，有许多途径可以进一步提高这种新相机的灵敏度，包括组件的进一步小型化和保护量子点的方法。他们说，即使在目前的检测水平上，该设备也可以有一些潜在的应用。在新设备的商业化潜力方面，Nelson说，量子点现在价格低廉，而且容易获得，目前被用于消费产品，如电视屏幕。相机设备的实际制造更加复杂，但也是基于现有的微电子技术。事实上，与现有的太赫兹探测器不同，整个太赫兹照相机芯片可以用今天的标准微芯片生产系统来制造，这意味着最终大规模生产这些设备应该是可能的，而且价格相对便宜。目前，尽管该相机系统离商业化还很远，但麻省理工学院的研究人员在需要快速检测太赫兹辐射时已经在使用这种新的实验室设备。"我们没有那些昂贵的相机，"纳尔逊说，"但是我们有很多这样的小设备。人们只需将其中一个插入光束中，用眼睛看一下可见光的发射，这样他们就知道太赫兹光束何时开启，这真的很方便。"虽然太赫兹波原则上可以用来探测一些天体物理现象，但这些来源将是极其微弱的，而且新设备无法捕捉这种微弱的信号，该团队正在努力提高其灵敏度。下一代的研究工作在于把所有东西都做得更小，它的灵敏度也会更高。

11月24日，国仪量子召开电子显微镜新品发布会，基于我国制造业转型升级的长期发展战略，推出了世界上首台分辨率达到2.5纳米的商用钨灯丝扫描电子显微镜，突破了这一技术长期以来的技术瓶颈。国仪量子董事长贺羽致辞国仪量子副总裁曹峰介绍新产品电子显微镜利用电子和物质的相互作用，可以获取被测样品本身的各种物理、化学性质，如形貌、成份、结构等信息，是材料研究、质量控制与失效分析等领域应用的强大工具。作为一种应用广泛的高端科学仪器，我国扫描电镜长期以来被进口品牌垄断，国产扫描电镜在技术与产品性能上与国外品牌存在差距。但随着我国科技创新能力不断提升，制造业的转型升级，催生了以国仪量子为代表的一批研发实力强劲的科技创新企业。国仪量子钨灯丝扫描电子显微镜SEM3300钨灯丝扫描电镜具有性价比高、易于维护、操作相对简单以及对场地要求较小等特点，便于大众使用。但长期以来，钨灯丝扫描电镜的分辨率都停滞不前，难以实现用户对更高分辨率的追求。国仪量子电子显微镜技术团队针对这一技术瓶颈开展了科研攻关，通过分析限制钨灯丝扫描电镜分辨率的主要因素，开创了在镜筒内增加一根从阳极直达物镜极靴的10 kV高压管（高压隧道技术）的解决方案，并实现了在所有电压段的分辨率均大幅度超越普通钨灯丝电镜。SEM3300在20 kV分辨率达到2.5 nm，比普通钨灯丝电镜提高了16%，成为了目前世界上分辨率最高的商用钨灯丝扫描电镜；同时，作为钨灯丝电镜“王者”，SEM3300在任意电压下都表现出卓尔不群的分辨力——在3 kV分辨率达到4 nm，相比普通钨灯丝电镜提高了2倍；在1 kV分辨率达到5 nm，相比普通钨灯丝电镜提高了3倍——满足更多材料的分析测试需求。同时，国仪量子还推出了钨灯丝扫描电镜SEM2000和场发射扫描电镜SEM4000。钨灯丝扫描电镜SEM2000是一款操作不挑人，简约不简单的产品，以“人人都敢用，人人都能用”为目标打造。场发射扫描电镜SEM4000是一款针对分析型用户需求的全新产品，具有电子束流大、分析速度快的特点、最大超过200 nA的电子束流，且束流大小连续可调，有利于选择最合适的成像和能谱条件。当下，全球都在强调制造业的重要性，我国更是将制造业转型升级作为长期的发展战略。在这个进程中，扫描电镜作为一种强大的分析仪器，在提升制造业产品创新能力与产品质量上将大有作为。自2019年推出首台扫描电子显微镜以来，国仪量子务实笃行，不断精研行业痛点，深耕核心技术，以优质的产品与服务，帮助客户更高效地探索未知的边界。

近日，中国科大教授潘建伟、张军等联合浙江大学储涛教授研究组，通过研制硅基光子集成芯片和优化实时后处理，实现了速率达18.8 Gbps迄今最快的实时量子随机数发生器，相关研究成果以“封面论文”的形式发表于《应用物理快报》[Appl. Phys. Lett. 118, 264001 (2021)]。美国物理联合会（AIP）以“量子随机数发生器实现尺寸和性能新基准（Quantum Random Number Generator Sets Benchmark for Size, Performance）”为题刊发新闻稿对该工作进行了报道，SciTechDaily、phys.org、Scienceblog、MIT Technology Review等多家科技媒体也进行了相关转载报道。期刊封面随机数是一种重要的基础资源，在信息安全、密码学、科学仿真、博彩业等众多领域以及日常生产生活中都有着广泛的应用需求。与伪随机数发生器和其他物理随机数发生器不同，量子随机数发生器是基于量子物理原理产生真随机数的系统，具有不可预测性、不可重复性和无偏性等特征，是量子通信系统中的关键核心器件。长期以来，潘建伟、张军等在实用化量子随机数发生器方向开展了系统性研究并取得了重要成果。例如，2014年首次提出基于外部时钟参考的单光子到达时间测量方案，实现速率达100 Mbps的量子随机数发生器；2015年实现了基于激光相位波动的高速量子随机数产生方案；2016年研制了实时速率达3.2 Gbps的量子随机数发生器。对于实用化量子随机数发生器，实时生成速率和集成度是核心指标。然而，上述量子随机数产生方案难以实现高度集成。为此，潘建伟、张军等进一步发展了基于真空态涨落的高速量子随机数产生方案并完成相关实验验证，同时与浙江大学储涛等合作，针对该方案通过多次迭代制备了相应的硅光芯片，并采用混合集成技术将硅光芯片、InGaAs平衡探测器以及跨阻放大器（TIA）封装在尺寸为15.6mm×18mm的芯片内。与此同时，通过进一步优化FPGA实时后处理算法和硬件实现，从而在实现高集成度的同时大大提升了量子随机数发生器的实时生成速率。经传输测试，该量子随机数发生器系统的最终实时速率达到创世界纪录的18.8Gbps。上述研究成果为开发低成本商用量子随机数发生器单芯片奠定了坚实的技术基础。实时量子随机数系统原理示意图该研究工作得到了科技部、中科院、自然科学基金委和安徽省等的资助，同时得到了科大国盾量子和中国电科四十四所的技术协助。论文链接：https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/5.0056027AIP报道链接：https://publishing.aip.org/publications/latest-content/quantum-random-number-generator-sets-benchmark-for-size-performance/

11月17日，中国科大中科院微观磁共振重点实验室彭新华研究组和德国亥姆霍兹研究所Dmitry Budker教授合作，利用本团队近期发展的量子精密测量技术，实现了对一类超越标准模型的新相互作用的超灵敏检验，实验界限比先前的国际最好水平提升至少2个数量级。相关研究成果以“Search for exotic spin-dependent interactions with a spin-based amplifier”为题在线发表于国际知名学术期刊《Science Advances》上[Sci. Adv. 7, eabi9535 (2021)]。研究粒子及其相互作用是基础科学的核心，而标准模型则是目前公认最成功的理论。在其框架内，电磁相互作用由光子传递，弱相互作用由W及Z玻色子传递。然而，标准模型依旧无法解释当前宇宙天文学的一些重要观测事实，譬如暗物质和暗能量。因此物理学家普遍认为存在超越标准模型的新粒子，譬如弱相互作用大质量粒子（Weakly Interacting Massive Particle， WIMP）、轴子（axion）、暗光子（dark photon）等。这些新粒子可以作为传播子，传递标准模型粒子之间的新相互作用。诺贝尔物理学奖得主Wilczek在1984年提出轴子可以作为传播子诱导出新的自旋相互作用，并在2004年进一步提出自旋体系可以用来搜寻这种新自旋相互作用。随后，在2006年物理学家Dobrescu 和 Mocioiu 考虑传播子为一般玻色子的情形，引入15种新奇自旋相互作用，这为新粒子及其新相互作用的实验搜寻提供了更广阔的研究思路。一旦这些新粒子及新相互作用被实验发现，必将是诺贝尔奖级别的工作。但因新自旋相互作用的效应十分微弱，目前实验搜寻极具挑战性，亟需探索新方法来提升实验灵敏度。图1 检验新相互作用的实验装置和相应的磁探测灵敏度。针对以上难题，彭新华研究组利用近期发展的量子自旋放大器技术[Nat. Phys. 2021]，实现了对待测磁信号2个数量级的放大（如图1所示），并进一步用于一类速度依赖的新相互作用的实验检验。物理学家Dobrescu等人预测，存在一种超越标准模型的自旋为1的Z’玻色子，在运动的质量源与核自旋之间传递新相互作用，其作用强度正比于质量源的相对速度及质量大小。因此，本研究采用一块高密度BGO晶体，并将其高速转动，从而诱导出BGO晶体和自旋放大器中氙核自旋的相互作用。更近一步研究发现，这种新相互作用等效于在原子核上产生一个交流震荡磁场，因此可以将新相互作用的测量转化为磁场测量。量子自旋放大器技术能够以超低噪声水平放大待测磁场，因此可以大大提高新相互作用的搜寻灵敏度。针对可能的技术噪声的干扰，研究人员巧妙地利用新相互作用速度依赖的特性，对震动和经典磁场等干扰信号进行的有效排除。本工作的实验结果表明，在搜寻范围未发现新粒子存在的证据，并由此给出一类新波色子与原子核耦合界限，其优于以前国际最佳界限至少2个数量级[如图2(a)和(b)所示]。图2 新奇相互作用实验界限（a）提升至少4个数量级。（b）提升至少2个数量级。审稿人对这一工作高度评价“I therefore recommend publication of this work for its scientific impact, application of a new experimental method in this field, and strong potential for future improvements.（考虑到这个工作在新奇相互作用探索领域应用了一种新的实验技术和未来广泛的应用前景，我因此极力推荐发表工作）”。这一成果展示了量子精密测量技术与基础物理检验的有机结合，说明利用核自旋量子放大器来研究各种超越标准模型的新物理具有独特优势，有望激发宇宙天文学、粒子物理学和原子分子物理学等多个基础科学的广泛兴趣。彭新华研究组长期瞄准量子精密测量领域，利用量子精密测量技术来解决世界前沿科学问题。包括于2018年自主研发出超灵敏原子磁力计，并且利用该技术实现了无需磁场的新型核磁共振技术，“零磁场核磁共振” [Sci. Adv. 4(6), eaar6327 (2018)]；于2019年至2020年发展新型原子磁力仪技术[Adv. Quantum Technol. 3, 2000078 (2020)，Phys. Rev. Applied 11, 024005 (2019)]，达到了国际领先水平的磁场探测灵敏度；通过进一步研究，于2021年实现了新型的自旋微波激射器，在低频段创造了国际最佳的磁探测灵敏度[Sci. Adv. 7(8), eabe0719 (2021)]。之后，彭新华研究组将已发展的平台型量子精密测量技术用于寻找新粒子，取得了一系列对推动学科领域发展有实质性贡献的研究成果。包括于2021年利用新型量子自旋放大器搜寻暗物质候选粒子，首次突破国际公认最强的宇宙天文学界限[Nat.Phys. (2021)，DOI：10.1038/s41567-021-01392-z]。中国科学院微观磁共振重点实验室博士研究生苏昊文和王元泓为该文共同第一作者，彭新华教授和江敏副研究员为共同通讯作者。该研究得到了科技部、国家自然科学基金委和安徽省的资助。论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abi9535量子自旋放大技术论文链接：https://www.nature.com/articles/s41567-021-01392-z

陆朝阳，《自然》杂志“中国科学之星”出生于1982年 | 英国剑桥大学博士 | 中国科技大学教授(图片来源：Nature, Volume 534, p461，2016 June23) “从DNA研究到中微子与神经系统科学，中国的科学家们的成果正在产生巨大的影响，正是由于科学家们的研究与创新，中国在科学界的地位也在逐步提升”，2016年6月《自然》评选了十位在各自领域取得突出成就并产生影响的科学家?，称之为“中国科学之星”。其中，中国科学技术大学的年轻教授陆朝阳由于在量子科学通信方面做出的巨大贡献而被称为“量子鬼才”（“Quantum Wizard”）。 量子通信的其中一个核心是具备高质量的单光子光源， 高质量的单光子光源是实现单量子多自由度远距离传输中的关键因素。利用德国attocube公司的无液氦低温强磁场共聚焦显微镜，陆朝阳教授次发现了单层二维材料二硒化钨（WSe2）中的单光子发射点。二维材料中的单光子发射或有助于科学界在未来发现高质量的单光子光源（具备高发光效率等），对量子通信领域具有重大现实意义。attoDRY1000-9T+attoCFM无液氦低温强磁场共聚焦显微镜在其工作中起到了重要作用(图片来源：Nature Nanotechnology, 497 Vol. 10, 2015) 一个单量子通常具有多个自由度（内在与外在的），且多个自由度之间存在相互关联。在量子通信领域中，如何同时传输量子所具有的多个自由度是一个公认的难题。2015年由陆朝阳教授与潘建伟院士发表的研究工作“多自由度量子体系的隐形传态” (“Quantum teleportation of multiple degrees of freedom of a single photon”Nature 516,Vol518,2015）打破了国际学术界自1997年以来只能传输基本粒子单一自由度的局限，开辟了量子通信的新思路。 依据2016年5月的物理评论快报（Physical Review Letters），陆朝阳教授利用变温恒温器研究了采用分子束外延方法生长的高质量量子点中的单光子发射现象，确切证实了单光子发射的效应（Near-Transform-Limited Single Photons from an Efficient Solid-State Quantum Emitter，PRL 116, 213601 (2016)）。该工作具有重要的学术参考意义，是量子通信的研究道路上又一个坚定的前进脚步。分子束外延制备高质量量子点中的单光子发射研究(图片来源：PRL 116, 213601 (2016))无液氦低温强磁场共聚焦显微镜attoCFM技术特点：1. 应用范围广泛，包括磁场下PL/电致发光EL/ Raman谱等2. 无液氦闭环低温恒温器3. 磁场可达9T ( 二维矢量磁体9T/3T，15T磁体等可选)4. 变温范围：1.5K - 300K (mK可选)5. 低温物镜NA=0.82，50倍放大倍数，激光光斑约1um6. 可进行电学测量，配备标准chip carrier7. 样品可大范围定位： 5mm X 5mm X 5mm @ 4K8. 低温扫描范围：30um X 30um@4K9. 可升到AFM/MFM、SHPM、SNOM和STM等功能10. 兼容1"和2"孔径的恒温器和磁体，包括Quantum Design - PPMS11. 外置CCD，用于在低温下观测样品位置，视野范围75um相关产品：无液氦低温强磁场共聚焦显微镜-attoCFM系统

围绕创新链部署产业链，基于在量子技术上的资源与技术优势，合肥量子产业布局“多点开花”，国内首家将量子计算正式推向商用领域的量子计算企业，和国内第一家以量子精密测量为核心技术的企业皆诞生于合肥。在即将举行的2021量子产业大会上，这些企业将通过先进产品展出、新平台发布、前沿应用解决方案分享等方式，与更多生态链伙伴一同探索量子技术与应用的发展。将发布国际版量子计算云平台相对传统计算机，量子计算机理论上运算能力将有指数级增长，在密码分析、气象预报、石油勘探、药物设计等领域很有前景，被认为将是下一代信息革命的关键动力。2017年在合肥成立的本源量子，是国内首家将量子计算正式推向商用领域的量子计算企业。本着让量子计算机走出实验室，真正为人类社会服务的初衷，四年来，基于中国科大中科院量子信息重点实验室量子计算研究团队持续的技术突破，本源量子披荆斩棘，取得了一系列的成就。2018年，本源量子发布了自主研发的国内第一台量子计算测控一体机；2020年，本源量子上线了基于自主研发的超导量子计算机本源悟源的量子计算云平台；2021年2月，本源量子发布了国内首款量子计算机操作系统——本源司南… … 目前，本源已在量子芯片、量子测控、量子软件、量子计算机和量子云平台等多个领域实现突破，同时，为了进一步探索量子计算应用落地，培养量子计算生态圈，该公司还建立了本源量子计算产业联盟，同中科类脑、哈工大机器人集团等十余家联盟伙伴共同致力量子计算在各类场景的应用开发，加速研制实用性量子计算机，推动量子计算产业化发展。本源量子副总裁赵勇杰告诉记者，在将于9月18日举行的2021量子产业大会上，本源量子将发布一项重磅产品——本源量子云平台国际版。“这个平台主要在去年9月我们发布的量子计算云平台的基础上，进行了国际化的优化和设计。”量子计算云平台实际上相当于一个“线上量子计算机”，因为量子计算机需要严苛的运行环境与复杂的辅助设备和昂贵的造价，普通用户很难接触，为让更多的人体验、学习、探索量子计算，国际主要的量子计算公司都开发了各自的量子云平台，使用云技术连接用户与真实的量子计算设备。去年9月，本源量子自主研发的超导量子计算云平台正式上线，向用户提供真实的量子计算云服务。“我们的平台内除了有真实的量子计算机系统供大家使用，还有教育培训、研发模拟等科普性的内容。”赵勇杰说，即将发布的国际版，是本源量子走向国际的关键一步。“未来，世界各地的用户，都可以连接到我们的云平台上，使用、学习、了解量子计算机。”合肥量子测量产品已在多国实现应用量子测量也是量子技术的一项关键应用，它可作用于石油勘探、生命科学、先进材料、电力电网等众多领域。而国内第一家以量子精密测量为核心技术的企业——国仪量子，就诞生于合肥。该公司源自中国科大中国科学院微观磁共振重点实验室，自成立伊始，即承接了中国科大原始创新成果的产业化。“高精尖设备离不开高精度测量，目前，我国的量子信息技术研究处在世界前列，用先进的量子精密测量技术做科学仪器，将能为我国高端科学仪器行业提供一个‘弯道超车’的变革式机遇。”国仪量子传感项目技术负责人许克标表示。相对于传统测量技术，运用量子技术测量的精度可以精细千倍、万倍到纳米、亚纳米量级，带来革命性的技术进步。比如将量子测量用于电网，可以精确监测电流、电压；用于探矿，可以边钻井边测量周边地质成分；用于医疗，可以精确分析血液微量物质含量。在科技部重点研发计划等国家、省、市项目的支持下，近年来，国仪量子不断进行原始创新，陆续发布了首台“量子钻石原子力显微镜”“金刚石量子计算装置”，国内首台商用“脉冲式电子顺磁共振波谱仪”“W波段电子顺磁共振波谱仪”“量子测控系列产品”等多款产品。目前，相关产品已交付近百家客户，并且在欧美等国完成海外交付，在多个场景下实现了示范应用。“本次量子产业大会，我们将展出量子钻石原子力显微镜、量子互感器、电子顺磁共振波谱仪、金刚石量子计算装置以及一系列量子计算与测控产品。”许克标说，大会上，国仪量子还将分享许多前沿的量子精密测量应用解决方案，期待与更多合作伙伴一同更高效地推动量子测量技术的发展。

1999年，18岁的上海人张辉考入中国科学技术大学物理系，本科期间曾跟随中国科学院院士郭光灿完成了关于量子不可克隆的研究。2003年，张辉保研到中科院量子信息重点实验室硕博连读，继续师从郭光灿，从事量子相关科研工作，并成为国内第一个半导体量子计算的博士。然而，彼时的量子技术仍只是实验室中的项目，尚未走向商用。毕业后，张辉一度找不到一份专业对口的工作。直到2009年，中国科学院院士潘建伟团队成立国内第一家量子通信产业化公司，量子技术逐渐从实验室走出来，转化为实实在在的应用。此后，一批量子信息企业相继从合肥涌现，量子领域的产业化开始加速。2017年9月，本源量子计算科技（合肥）股份有限公司成立，张辉也回到合肥，重归老本行，如今成了总经理。除他以外，许多中科院量子信息重点实验室的早期毕业生也陆续回归。在张辉和研发团队的共同努力下，本源量子已发展成国内头部的量子计算企业，研发出多台量子计算机，并成功交付使用。本源量子已研发出多台量子计算机，并成功交付使用近年来，合肥正在打造“量子之都”。数据显示，合肥高新区直接从事量子领域的科研人员超过600人，合肥市量子信息产业相关专利占全国的12.1%，仅次于北京，位居全国第二。还有投资人直言：“做量子领域的投资之前，必须得逛逛合肥的‘量子大道’和中科大。”为什么是合肥？记者试图在与张辉的对话中寻找答案。“毕业就失业”“遇事不决，量子力学。”这句网络热梗曾被用来调侃量子科学。对张辉来说，从事量子领域的科研学习，也颇有种冥冥中注定的玄学意味。张辉开玩笑：“当时保研选择半导体量子计算方向，因为实验室项目经费最充足，看起来最有前途。”当时，国内的量子计算相关研究刚刚起步。张辉到中科院量子信息重点实验室的第一件事，就是和导师团队一起组建实验室，包括搭建平台和实验设施等。张辉记得，实验室大到挖坑埋设备，小到在铝质屏蔽盒上打孔，几乎都由他们手工完成。“我们那一批人，动手能力都很强。不过，我们真正参与科学研究的时间比较短，很多实验都没有过多参与。”张辉说。好不容易搭完了平台，他又开始愁起了毕业。做实验需要的周期很长，也有可能会失败，还会导致延期毕业，为此他只好转向理论研究。好在，那时候很多相关领域都是一片空白，张辉很快就发表了几篇论文并顺利毕业。回过头看，张辉认为，这可能是早期国内量子计算难以跨步向前的症结所在。当时的量子计算还停留在实验室阶段，很多研究者都面临毕业的压力以及转行或科研“二选一”的抉择，不少科研成果难以传承。张辉给记者解释：“比如，‘前浪’做了五六年研究就毕业了，‘后浪’又要从头再来，那时候我们实验室的工艺技术就一直停留在那个五六年的水平。研究成果缺少延续性，很难向前进。”张辉在工作中。受访者供图没想到，毕业难只是第一道坎。由于当时国内尚没有一家量子计算企业，甚至在实验室所在的合肥，张辉也找不到一份专业对口的工作。张辉回忆：“我们这些早期的毕业生，除了极个别的留在实验室继续做科研，其他人基本毕业就失业了。”毕业后，张辉回到老家上海，放下量子计算博士的光环，进入了某园区的招商部门，从零开始，接触金融服务投资等。等张辉再回到合肥，已过去将近10年。在此期间，合肥发展在加速，中科大对合肥的反哺效应逐渐显现。在张辉熟悉的量子领域，全球量子领域的顶尖科学家，几乎全部出自中科大，并涌现出全球首颗量子通信卫星“墨子号”、全球首台光量子计算机、全球首条量子保密通信网络“京沪干线”等一批重大成果。同时，量子技术逐渐从实验室走向产业应用，国盾量子、国仪量子、本源量子等多家拥有量子核心科技的企业相继在合肥成立。其中，本源量子脱胎于张辉曾就读的中科院量子信息重点实验室，由郭光灿和他的学生郭国平联合创立，是国内第一家量子计算公司。2017年，张辉以“编外人员”的身份，帮助本源量子处理融资事宜。两年后，他正式入职，先担任公司副总裁、行政与人力资源总监，负责企业的日常运营管理和相关人才招募，后任职总经理，全面统筹量子计算工程化研发、项目规划等工作。量子计算火了记者在办公室见到张辉时，他正在打电话。通话结束后，他边整理有些褶皱的衬衫边连连表示歉意：“实在不好意思，公司最近有点忙。”采访期间，他接了5次电话，两部调成振动模式的工作手机时不时会收到消息提醒。张辉感觉到，量子计算真的火了。然而，就在几年前，形势还是另一幅光景。当时，尽管市场上已成立了不少应用量子技术的公司，但大部分人对此几乎一无所知。张辉决定入职本源量子的选择，遭到了家人的一致反对。“我之前在企业已经做到管理层，收入不低，来这里的收入可能只有之前的1/3。再加上刚毕业的时候差点找不到工作，还要背井离乡，家里人都不理解。但我始终觉得，这是个好机会。”张辉说。投资人也不了解。创立本源量子之前，郭光灿、郭国平曾接触过一些国内领先的科技企业，但这些企业普遍认为量子时代还很遥远，无一愿意在当时就提前布局。转机出现在2019年。2019年9月，谷歌宣布率先实现“量子霸权”，他们研发的“悬铃木”量子计算原型机，可以在200秒内完成百万量子采样，而美国最快的“顶点”超级计算机需要1万年才能模拟完成。这一下子引爆了当时的科技圈。张辉记得，当天晚上，他就接到好多投资人的电话，还有人直截了当地问：“你们的量子计算机什么时候能造出来？”一年后，本源量子推出国内首个工程化的量子计算机——本源悟源超导量子计算机，而且在众多关键技术领域实现了国产自主研发。同年，本源量子还发布了超导量子计算云平台和量子计算机操作系统等。作为一家致力于量子计算全链条开发的企业，本源量子已成功完成多台量子计算机工程化研制，正发力量子芯片设计与生产制造链，还开发出国产自主知识产权量子芯片工业设计软件、量子芯片激光退火仪、量子芯片无损探针仪等量子芯片工业母机。工作人员正在调试量子计算机有硬核科技的加持，再加上量子赛道的火爆，张辉笑着说，近年来，只要坐在办公室里，就有各类资本主动找上门，还有不少政府部门来考察调研，商讨研究产业政策，帮企业解决实际困难。去年8月，本源量子宣布完成近10亿元B轮融资，刷新全球量子计算企业融资纪录，未来将用于更高位数量子计算机的研制、量子计算应用的落地推广。本源量子的成长轨迹也是量子行业从无到有的发展缩影。2021年，“量子信息”首次出现在“十四五”规划及政府工作报告中，国家在量子通信、量子计算、量子测量等量子信息科学重点领域的投入将持续增加，并将大力支持相关企业的发展。市场资本也持续涌入，数据显示，2022年全球量子信息公司共完成23.5亿美元以上的融资，超过2021年，相比2020年实现翻番。未来还有多远？今年春节，《流浪地球2》上映。电影中，以MOSS为代表的“550系列量子计算机”拥有顶尖算力，可以调动全球计算资源，控制太空电梯、行星发动机的运行等。张辉表示，在可见的未来，量子计算机将为金融交易、药物研发、新材料设计、航空航天、机械制造等领域提供“量子算力”支持，这些都是经典计算无法超越的。对很多人来说，MOSS的形象可能是他们第一次对量子计算机有直观印象。2月6日，本源量子宣布其4台量子计算机首次向社会开放参观活动后，受到广泛关注。不到5天时间，预约报名超过2000人，开放的参观名额仅为30人。张辉觉得，推动量子计算这一前沿技术的普及，相应的科普必不可少，“要让更多人对量子计算产生兴趣并参与进来”。此前，他们在合肥落成了本源量子计算体验中心，并携手广东德美、容山中学共同探索量子计算教育在中小学校园的实践。从2021年开始，教育部正式把量子信息学科加入本科生教育，旨在加快量子领域人才梯队培养。3年前，张辉和同事筹办量子计算编程比赛，计划邀请国内外知名的高校和相关团队参加。“当时根本搞不起来。一共就只有20多支队伍，大家互相之间都认识。”张辉苦笑。去年，姗姗来迟的首届量子计算编程挑战赛终于开赛，吸引到约700支队伍参赛。今年4月，第二届比赛举办，参赛队伍超过800支，还分设了高校组和专业组两个赛道。除量子计算机外，本源量子还自主研发出国内首个量子计算机操作系统。越来越多的人才、资本流向量子赛道，带动的是整个产业的蓬勃发展。比如，聚焦量子计算全产业链开发，本源量子在量子计算机的工程之路上“沿途下蛋”，催生出一大批原创性成果，并推动了量子计算产业联盟的成立。张辉的设想是，通过产业联盟集聚起包括计算科技、机器学习、人工智能等在内的上下游企业，加速量子计算技术开发，探索量子计算应用落地，共同建立和拓展量子计算产业生态圈。这也是合肥乃至安徽的雄心。早在2017年，安徽省就专设总规模100亿元的量子科学产业发展基金，并设立墨子量子科技基金等。如今，依托中科大的人才优势和众多量子信息头部企业的聚合优势，合肥正成为量子产业发展的高地。这些年，张辉和不少地方政府打过交道，但相比而言，合肥提供的政策落地性更强，规划也更为长远。未来，合肥还将规划建设覆盖全产业链的量子科技产业园。接下来，本源量子即将发布最新量子计算机“悟空”，同时将开启新一轮融资。对张辉来说，他和量子计算的故事，还有更多可书写的篇章。

日前，中国科学院在京召开新闻发布会，宣布"墨子号"量子科学实验卫星提前并圆满实现全部三大既定科学目标，在国际上次成功实现了从卫星到地面的量子密钥分发和从地面到卫星的量子隐形传态。这是继先前在国际上率先实现千公里星地双向量子纠缠分发和量子力学非定域性检验之后，我国科学家利用"墨子号"量子卫星实现的空间量子物理研究另外两项重大突破。图1 “墨子号”-兴隆地面站量子密钥分发实验现场图（图片来源：中国科学技术大学官网）量子是物理里小的基本个体。它具有神奇的特性：先有多个可能状态的叠加态，只有在被观测或测量时，才会随机地呈现出某种确定的状态。“这就好比孙悟空的分身术”，量子卫星席科学家、中科院院士潘建伟解释道。其次，量子具有纠缠态，意味着两个纠缠在一起的量子就像有心电感应的双胞胎，不管两个人的距离有多远，当哥哥的状态发生变化时，弟弟的状态也跟着发生一样的变化。根据量子的两种状态，量子通信分为两种，一种是量子保密通信，能实现无条件安全的通信方式，再也不会被窃听和破译；另一种是量子隐形传态，能将粒子的未知量子态传送到遥远地点而不用传送粒子本身。“就像筋斗云一样，实现瞬间传输。”这次量子卫星发射，就是主要开展星地高速量子密钥分发和地星量子隐形传态等实验。----图2“墨子号”-阿里地面站量子隐形传态实验现场图（图片来源：中国科学技术大学官网）此次实验的成功，是中国科学技术大学潘建伟教授带领的中国科学院联合研究团队取得的又一重大科研成就。潘建伟教授是Quantum Design中国子公司的长期客户，其中德国attocube公司的低温强磁场无液氦共聚焦显微镜设备一直在平稳运行，帮助潘教授科研团队实现更多的科研目标。中国科大量子存储实验室内，潘建伟教授在了解科研情况此次圆满完成的星地高速量子密钥分发实验和地星量子隐形传态实验，使安全通信速率比传统技术提升万亿亿倍，为构建覆盖全球的量子保密通信网络奠定了坚实的科学和技术基础，并向空间尺度的量子物理和量子引力的实验探索迈出了步。同时，也标志着我国量子通信领域的研究在国际上达到全面的优势地位。两项成果已于8月10日同时在线发表于国际权威学术期刊《自然》杂志上。 参考文献：1. Satellite-to-ground quantum key distribution. Nature (2017) doi:10.1038/nature23655.2. Ground-to-satellite quantum teleportation. Nature (2017) doi:10.1038/nature23675.相关产品链接：无液氦低温强磁场共聚焦显微镜 http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C159541.htm美国Montana无液氦超低振动低温光学恒温器 http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C122418.htm

在最近上映的科幻电影《流浪地球2》中，有一被誉为“全场最有价值道具”的最高算力智能量子计算机MOSS贯穿全局，它可以满足数万座发动机协同运作，并支撑“数字生命”计划所需算力。事实上，量子计算机并非科幻。1月28日，记者从安徽省量子计算工程研究中心获悉，合肥本源量子已研发出多台中国量子计算机，并成功交付一台量子计算机给用户使用。该量子计算机的成功交付使我国成为世界上第三个具备量子计算机整机交付能力的国家。这是我国继实现“量子优越性”之后，又一次确立了在国际量子计算研究领域的领先地位。“全球有100多家量子计算公司投入了巨大的人力物力进行研制，加拿大的量子计算公司2011年出售了其第一个量子计算机，美国IBM公司在2019年将其商用量子计算机交付部署，中国公司本源量子的量子计算机在2021年就已交付用户。”安徽省量子计算工程研究中心主任张辉介绍，量子计算机已经成为各国竞争的焦点之一，越来越多的研究单位和大型公司企业的加入，将加速可实用化通用量子计算机研制的进程。据了解，本源量子是中国第一家量子计算公司，其在2020年已上线国内首台国产超导量子计算机本源悟源，并通过云平台面向全球用户提供量子计算服务；在2022年发布了国内首个量子计算机和超级计算机协同计算系统解决方案，该方案可以双向发挥量子计算机和超级计算机的优势。

来自芬兰阿尔托大学、欧洲量子计算公司IQM和芬兰国家技术研究中心的科学家在最新一期《自然通讯》杂志上发表论文称，他们研制出了一种新的超导量子比特“独角兽”，旨在提升量子计算的准确性，并以99.9%的置信度利用“独角兽”实现了量子逻辑门，这是构建商用量子计算机的重大里程碑，最新研究有望推动量子计算机的应用。在构建量子计算机的所有不同方法中，超导量子比特处于领先地位，但目前使用的超导量子比特的设计方法和技术性能还不足以提供实际应用，研究人员一直在寻找更精确的量子比特，以使量子计算更好地解决实际问题。在最新研究中，研究团队推出了一种新的超导量子比特“独角兽”，它继承了多项优势：非谐性增加、对直流电荷噪音完全不敏感、对磁噪声敏感度降低以及仅由谐振器中的单个约瑟夫逊结组成、结构简单。该团队在3个不同的“独角兽”量子比特上实现了13纳秒长的单量子比特门，置信度从99.8%到99.9%。研究人员解释称，由于“独角兽”量子比特的非谐性或非线性比近年来广受关注的“传输子”量子比特更高，因此可更快地操作从而减少每次操作的错误。为演示“独角兽”，团队设计并制造了芯片，每个芯片由3个“独角兽”量子比特组成。他们使用铌作为超导材料，除了约瑟夫逊结，其中超导引线用铝制造而成。

“科学家从未知中发现火种，而我们是传播火种的那群人。”2021年12月23～24日，国仪量子以“传播火种的那群人”为主题，举行五周年毅行活动和五周年发布会。发布会上，国仪量子董事长贺羽回顾一路走来的发展成果，发布了量子精密测量发展路线图，首次亮相两款重量级新品，并官宣完成C轮融资。五年的产业化发展，成果斐然；擘画的发展蓝图，令人期待！从星星之火到燎原之势12月23日下午，国仪量子合肥总部同事组织了环蜀西湖五公里毅行，无锡、北京、上海、广州、重庆、武汉等地团队在当地同步进行，为国仪量子庆生。从成立之初的十余人，到成长为一支400多人的高水平团队，短短五年，国仪量子快速壮大。五周年毅行合影团队茁壮成长的背后，是研发实力、产品竞争力和服务能力的不断提升。12月24日下午，“传播火种的那群人”五周年发布会于线下、线上同步进行，国仪量子董事长贺羽的主题演讲展示了丰硕的发展成果。回首成立之初，国仪量子以4件转让专利起家，通过不断加大研发投入，截至目前，已累计申请专利251件、PCT国际专利8件，登记软著56件，申请商标69件，并掌握高保真量子态调控技术、高灵敏度磁探测技术、微波收发技术、EPR探头技术、高精度扫描钻石探针技术、高速量子测控技术、电子光学技术、超高真空技术、精密运动控制技术、超高稳定高压电源技术等核心技术。高灵敏度磁探测技术微波收发技术EPR探头技术从2016年的一款工程样机，到如今已推出20多款高端科学仪器，国仪量子产品布局不断完善。成立伊始，国仪量子即承接中国科大原始创新成果并推动产业化发展，2018年，推出第一款产品——电子顺磁共振波谱仪EPR100，并于2020年推出EPR200-Plus、EPR200M、EPR-W900等多款电子顺磁共振波谱仪，形成全面的X波段产品系列，W波段高端波谱仪实现了亚洲首台签约。基于全球领先的NV色心量子自旋调控技术，国仪量子推出“人无我有”的量子钻石单自旋谱仪、量子钻石原子力显微镜、金刚石量子计算教学机，均在知名高校和科研单位实现交付，其中金刚石量子计算教学机全球出货已经超过100台。电子顺磁共振波谱仪EPR100电子顺磁共振波谱仪EPR-W900金刚石量子计算装置海外交付国仪量子在先进科学仪器产业化的同时也自主研制了一系列关键部件，并且均取得了指标的突破，这些量子计算与测控产品不仅丰富了公司的产品线，作为“卡脖子”清单中的仪器设备，也将为公司带来了更广阔的市场空间。2021年4月，国仪量子发布量子计算与测控系列新品随着原始创新设备和关键部件仪器在市场的推广应用，国仪量子在科学仪器行业形成了集聚效应，吸引技术关联或市场相近的科学仪器团队不断聚拢，先后引入随钻核磁测井团队、扫描电子显微镜团队以及材料物理吸附分析仪器团队等，形成产业集聚效应，持续激活科学仪器行业的发展潜力。随钻核磁测井仪扫描电镜SEM3100全自动比表面及孔径分析仪秉持“以成就客户为中心”的经营理念，国仪量子致力于为全球范围内企业、政府、研究机构提供一流的服务，产品已经交付到海内外数百家客户。国内客户包括北京大学、清华大学、复旦大学、重庆大学、南方科技大学、江苏省锡山高级中学、中国科学院化学研究所、中国科学院电工研究所等学校和科研院所，以及中科芯（苏州）微电子、上海交大附属第九人民医院、苏州大学第二附属医院等企业、医院、政府机构。此外，国仪量子还向美国亚利桑那大学、加州大学伯克利分校、纽约州立大学石溪分校、德国美因茨大学、多特蒙德工业大学、澳大利亚昆士兰大学、麦考瑞大学、新加坡南洋理工大学等海外客户完成了产品交付，让中国的量子硬科技闪耀国际舞台。量子计算实验课首次进入中学课堂从万家灯火到“新”火相传作为国内最早成立的以量子精密测量为核心技术的创新企业，国仪量子一直以自身的创新发展推动行业进步。在五周年主题演讲中，贺羽董事长阐述了金刚石NV色心、原子磁力计、冷原子干涉仪、里德堡原子等当前主流技术类别，详细分析了各条技术路线的原理、测量场景、优点与发展挑战，以及国仪量子当前的业务方向聚焦。国仪量子董事长贺羽发表主题演讲金刚石NV色心具有高分辨率、高灵敏度，以及室温下生物相容性好的特征，将在新材料、集成电路、生命科学及临床科研等领域落地量子增强型检测技术及解决方案；原子磁力计可实现弱磁检测的极限灵敏度，将开启对人体生物磁检测、锂电池等领域新的技术突破；冷原子干涉仪可实现对惯性场、引力场的超精确、稳定的远程传感和标定，将为石油勘探、航空航天等领域开发高附加值仪器设备；里德堡原子技术可以实现超大带宽、小型化量子天线，可应用于微波计量、极弱信号通信、电磁对抗以及太赫兹信号传感等专业领域。国仪量子五周年发布会由副总裁万传奇主持贺羽表示，各条技术路线依据应用场景各显神通，未来将并存发展，国仪量子将围绕量子精密测量发展路线图，聚焦金刚石NV色心、原子磁力计这两大技术路线，在产业链上游工艺、整机设备研发及下游应用生态三个方面与全球相关领域专家共拓前沿技术，携手推动量子精密测量产业化发展。量子钻石单自旋谱仪量子钻石原子力显微镜量子技术产业化是一项十分伟大且艰巨的事业，为了让更多科学家的力量汇集，国仪量子以长相干时间、高保真度、多比特量子操控为核心目标，发展全球领先的量子精密测量技术、量子计算技术及相关衍生技术，现已布局NV色心、离子阱等多条技术路线，并以科学仪器为利基市场打造赛道龙头。发布会现场，离子阱量子计算原型机和场发射扫描电子显微镜等高端科学仪器首发亮相，进一步壮大以量子精密测量为核心的先进科学仪器产业集群。离子阱量子计算机虽然拥有相干时间长、门操控保真度高以及量子比特全连接等优点，但难点在于比特数量的大规模扩展。对科研工作者而言，搭建一台离子阱量子计算原型机往往需要耗费数年时间，投入的经费和人力也会让人望而却步。为了降低科学家从事量子计算与量子模拟等研究的门槛，国仪量子启动了内部代号为“722工程”的离子阱量子计算机开发项目，将于2022年推出第一台商用离子阱量子计算机，向该领域科研工作者提供稳定可靠的低成本解决方案。离子阱量子计算原型机另一款新品场发射扫描电子显微镜SEM5000，是一款高分辨的多功能扫描电镜，分辨率优于1 nm，放大倍数超过一百万倍。SEM5000的新型镜筒，优化了电子光路设计，采用高压隧道技术，在高电压和低电压下均能实现高质量成像；系统配置了无漏磁物镜，实现了无漏磁高分辨成像，适用于磁性样品分析；可选配多种探测器及其它分析仪器，能够满足用户的各种需求。SEM5000将广泛应用于锂电池材料、新型纳米材料、半导体材料、矿物冶金、地质勘探、生物等领域。场发射扫描电镜SEM5000作为一家以量子精密测量为核心技术、以高端科学仪器为主要产品的高新技术企业，国仪量子获得多家知名机构的社会资本投入。在本次发布会上，贺羽董事长正式公布国仪量子完成数亿元C轮融资，投资方包括国风投基金、中科院资本、IDG资本、合肥产投、松禾资本、前海母基金等，此外，讯飞创投、科大国创、高瓴创投、同创伟业、博时创新、火花创投等老股东也继续参与了本轮融资。累计融资额近10亿元的国仪量子，已成为一家独角兽企业，将进一步夯实自身研发体系，持续提升技术、产品、服务和解决方案等核心竞争力，用量子精密测量技术赋能千行百业，点亮万家灯火。

据合肥市政府近日发布的《第三批合肥市技术创新中心认定名单》，本源量子与中科院量子信息重点实验室共建的量子计算合肥市技术创新中心通过认定，成为国内首个围绕量子信息技术建设的技术创新中心。该中心将在量子测控技术、量子技术升级与工程化等方面展开科研攻关。　　量子计算：信息时代的“核武器”　　量子计算作为一种遵循量子力学规律、调控量子信息单元，从而进行高速数学和逻辑运算的新型计算模式，被喻为信息时代的“核武器”。量子计算具有天然的并行计算能力，可以实现计算规模和速度的指数级提升，能够在众多关键技术领域提供超越经典计算极限的核心算力，尤其可与人工智能、大数据分析等技术相结合，为当前智能制造、金融分析、新材料研发、生物医疗、航空航天、气象预警等领域带来革命性转变。　　作为前沿的高新科技，量子计算已成为世界各大巨头公司争相入局的新兴产业，量子计算未来的潜力巨大。国际上，谷歌、国际商业机器公司（IBM）、英特尔、三星、空中客车、洛克希德马丁和富士通等巨头企业纷纷投入量子计算研发领域。　　全球多个国家和地区出台多项政策支持研究量子技术。2020年，IBM公司公布了量子计算机未来十年的发展路线：计划在2021年建成包含127个量子比特的中型计算机，在2030年达到100万个量子比特。2021年11月，该公司宣布制造出了127个量子比特的量子计算机，这也是当前世界上最强大的量子计算机。每增加一个量子比特都代表着能力的巨大进步，经典计算机的能力以线性的方式增长，而每增加一个量子比特能使量子处理器的潜在能力加倍。IBM已经开始了它在全球部署量子计算机的计划。截至目前，已经在德国、日本等国家部署量子计算机达20余台。　　在量子计算机领域，IBM不是唯一有野心的公司，谷歌同样如此。2019年9月20日，谷歌内部研究报告显示，其研发的量子计算机Sycamore成功地在3分20秒时间内，完成现今最先进的传统超级计算机需1万年时间处理的问题。它声称在全球首次实现“量子霸权”。“量子霸权”指的是量子计算机处理某一类问题的能力超过经典计算机，这种计算机属于专用量子计算机。　　我国进入量子计算产业化的时间相对较晚。近几年，伴随国家层面的政策和资金支持，阿里巴巴、腾讯、百度、华为等国内科技巨头已经在投资并开发相关产品及技术，更有以本源量子为代表的、孵化于知名大学实验室及科研机构、代表量子技术最前沿的初创企业崭露头角。　　量子计算技术创新中心：坚持自主研发，不落人后　　据了解，量子计算合肥市技术创新中心将在量子测控技术、超导量子技术升级与工程化、量子计算应用开发、量子云服务等方向开展科研攻关，研发出可替代进口的量子计算软硬件及应用产品，形成一批相关技术专利，掌握国际行业标准制订的话语权。　　获批后，该中心也将承担更多的基础研究和应用研究领域重大科学问题攻关，加速量子计算关键技术研发和产业化进程，更好地驱动国内工业部门与中心推进量子计算与行业应用场景的深度融合。　　据了解，本源量子是国内首家将量子计算推向商用领域、国内唯一可实际交付量子计算机整机并使用的企业，从测控系统、操作系统、应用软件到云平台进行整机全栈式布局，立志“为量子计算贡献中国力量”。目前，本源量子已经推出搭载24比特的超导量子计算机并可投入实际商用，60+比特的超导量子计算机正在研发中。　　“科学技术的发展深刻影响着国家的前途和命运，关乎人民的幸福安康。量子计算机具有经典计算机指数级提升的算力，它可以运用在军事、密码破译等方面。同时，量子计算又可以模拟分子结构，将在新材料研发、生物医药、金融分析、人工智能等领域发挥重要的作用，彻底颠覆现有的行业格局。因此，提升自主创新能力在量子技术领域显得尤为重要。”本源量子总经理张辉深有感触地说：“放眼全球，发达国家和地区都在进行量子计算的研发，美国更是在全球部署它的量子计算机计划。这迫使中国人必须要在量子科技上坚持自主研发，决不能再落人后。”　　立足科技成果落地转化：为应用探索带来新的契机　　技术创新中心的建立，也将为未来应用探索带来新的契机。从2018年开始，本源量子就牵头成立了本源量子计算产业联盟，成员企业单位包括金融建模、海洋超算、轮船制造、传感应用、人工智能、低温制冷、生物科技、大数据等领域，并与相关高校、行业用户共同探索量子计算应用场景，获得了良好的应用案例。　　“任何一项科研技术的攻关最终都是为了服务生产生活，不断探索落地应用。从全栈式开发开始，本源量子就在造量子计算机的同时，不断加深量子计算在各行业领域的应用。今后，技术创新中心将利用该联盟成熟的上下游生产制造、应用及教育科普平台，加强量子计算及其应用产业前沿和关键共性技术研发，促进量子计算机应用技术转移转化和商业化应用，推动量子计算产业链快速发展壮大，推动我国量子计算产业集聚及生态圈形成，提高我国量子信息行业的国际地位。”张辉说。

没有花前月下，只有量子学霸，科研界CP发糖，仍是如此齁甜！近日，国际学术媒体《Physics World》产业版编辑Margaret Harris发出推文，“爆料”了一对来自中国的“量子侠侣”——代映秋和石致富博士。原来，这对CP最近分别以第一、第三作者的身份发布了一项重要的科研成果——基于国仪量子X波段脉冲式电子顺磁共振谱仪EPR100的观测结果，将量子比特的相干时间提高至1.4毫秒，量子比特的品质因数提升了40倍。 Margaret Harris在推文里调侃，希望这对couple“相干超过一毫秒”自主高端科学仪器发力，“量子侠侣”海外圈粉近日，《Physics World》编辑Isabelle Dumé以《Molecular qubits stick around for longer》为题，报道了中国科学院微观磁共振重点实验室在分子量子比特研究方向上的最新科研成果。这一重大突破以《Experimental Protection of the Spin Coherence of a Molecular Qubit Exceeding a Millisecond》为题，在权威学术杂志《Chinese Physics Letters》进行了发表，在海内外学术圈引发广泛关注。值得一提的是，中国科技大学博士研究生代映秋作为论文第一作者，实验过程中所用到的X波段脉冲式电子顺磁共振谱仪EPR100正是她未婚夫石致富博士主要参与设计的。原来学术界秀恩爱的门槛都这么高吗？这也太甜了吧！代映秋、石致富博士正在使用EPR100进行科学研究“在研究过程中，自主研制的X波段脉冲式电子顺磁共振谱仪起到至关重要的作用。传统的商用科学仪器，受到放大器的相位稳定性、最大脉冲个数等参数的影响，不能满足实验方案的需求。于是科研团队在实验室已有的EPR谱仪技术基础上进行改进，自主研制完成任意序列发生器、微波脉冲放大器等部件，完成全新的、符合实验要求的X波段脉冲电子顺磁共振谱仪。最终仪器可以生成10000个以上、精度为50ps的高精度脉冲序列，产生高相位稳定性、高强度的微波脉冲作用到量子比特上，最终完成该工作。”石致富博士表示。EPR100是中国首款商用电子顺磁共振谱仪，仪器研发技术是源自于中国科学技术大学微观磁共振重点实验室。石致富博士透露，去年他求婚的时候，代映秋说要等到她博士毕业，现在这篇论文发表之后，她距离拨穗时刻大大拉近了。延长相干时间，量子科技将获更广泛应用近年来，量子计算已经成为一种革命性技术，利用量子的叠加和纠缠特性，量子计算机在一些特定的科学问题上，只需要短短几秒就可以完成经典计算机几年都无法完成的计算任，并且量子比特的相干时间越长，量子计算的性能就越强。然而，量子体系处于环境中，不可避免地与振动、温度波动、电磁波等环境产生相互作用，导致量子体系的相干信息向环境中流失（通常称为“退相干”），破坏长时间的量子计算过程，极大地限制了复杂量子任务的实现，困扰无数研究量子技术的科学家。因此，减小量子比特与环境之间的相互作用所引起的退相干至关重要。据了解，目前用作量子比特的常见候选体系有光学系统、超导、离子陷、固体材料缺陷和量子点等。磁性分子的电子自旋是一种新兴的量子计算体系，与其他体系相比，该量子比特可以通过化学合成的方法较为轻易地调控、修饰分子结构，且可以大量合成，规则排布以创建量子线路也相对容易。然而，和其他的量子比特一样，该量子比特的叠加态也很脆弱。虽然科学家们已经采用抗磁化合物稀释、合成时增强分子的刚性、各向同性纯化等方法来减小环境噪声对磁性分子量子比特相干的影响，但是目前为止，此类分子量子比特的相干时间也未超过1ms。X波段脉冲式电子顺磁共振谱仪EPR100为了延长相干时间，来自中国科学技术大学的研究团队将过渡金属配位化合物(PPh4)2[Cu(mnt)2]的电子自旋作为量子比特，在X波段脉冲式电子顺磁共振谱仪EPR100上，应用微波脉冲对分子量子比特的量子态进行“翻转”，在特定的时间内平均掉特定的耦合产生的效果。他们的研究使得该量子比特的相干时间从6.8 µs延长到1.4 ms，这个时间理论上可以支持14.5万次基本逻辑运算。而被称作量子比特的“品质因数（即相干时间与操控时间之比）”，比之前报告的数值提升了40倍。论文截图据代映秋介绍，该工作采用微波脉冲序列操控的方法与传统的方法相比，不需要对分子进行特殊的修饰，保留了其他自旋作为量子比特资源被利用的可能性。这项研究成果意义重大，不仅可以极大地提高量子计算的能力，在磁性生物医学成像和量子传感领域也可以得到广泛应用。期待这一研究成果未来可以走进寻常百姓家，让人们的生活更加美好而便捷。也希望代映秋、石致富博士这对“量子侠侣”能够“纠缠不放手，相干到白头”，带着共同的奋斗目标成就量子科技研究领域的一段佳话。《Chinese Physics Letters》论文链接：http://cpl.iphy.ac.cn/10.1088/0256-307X/38/3/030303《Physics world》报道链接：https://physicsworld.com/a/molecular-qubits-stick-around-for-longer

p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 据英国帝国理工学院官网近日报道，该校研究人员和M Squared公司携手，研制出全球首款用于导航的量子加速度计。这款量子“罗盘”是不依赖全球定位卫星（GPS）的防干扰导航装置，能确定地球上任何地方的精确位置。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 今天的大多数导航依赖包括GPS在内的全球卫星定位系统，这些系统会发送和接收来自绕地球轨道运行的卫星的信号，而新的量子加速度计是一个独立系统，不依赖任何外部信号。这一点尤其重要，因为卫星信号可能遭到封锁、拦截，甚至蓄意破坏或攻击，导致无法准确导航。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 加速度计测量物体速度随时间变化，借助这一变化以及物体的起点，可计算出物体所在新位置。虽然加速度计出现在手机和笔记本电脑等设备中，但它们必须频繁地重新校准，若用于导航，每次最多只能连续工作几个小时。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 研究团队在英国国家量子技术展示会上展示了这种可移动、可商用的量子加速度计 。它依靠测量极低（接近绝对零度）温度下超冷原子的运动来工作，在这种超冷状态下，冷原子表现为“量子”方式，就像物质和波一样。帝国理工学院冷物质中心的约瑟夫· 科特博士说：“当原子超冷时，我们必须用量子力学来描述它们的运动方式，这使我们能制造出原子干涉仪等设备。” /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 为使原子足够冷并探测它们的特性，需要能精确控制的功能强大的激光器。M Squared公司历时3年研制出了一种用于冷原子传感器的通用激光系统，具有高功率、低噪声和频率可调性等特征，可对原子进行冷却，并为加速度测量提供光学标尺。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 研究人员指出，新量子“罗盘”的设计初衷是为大型车辆、船只等导航，但也可用于寻找暗能量和引力波等基础科学研究。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 2013年，量子研究被英国政府确定为优先领域，研究重点是军事技术。此后，通过英国国家量子技术计划，英国政府在5年内对该领域投资了2.7亿英镑。 /p

自量子力学创立以来，科学家通过对量子行为的研究，研发出了核磁共振成像、激光、半导体等在内的众多技术产品，对人类生活产生了重大影响。随着技术进步，第二次量子ge命蓬勃发展，利用量子精密测量技术实现的精密仪器使物理量的测量达到了前所未有的分辨率和灵敏度。何为量子传感器？CIQTEK量子传感器利用量子力学的原理和技术来测量一系列物理量。与经典传感器不同，量子传感器利用量子态的特殊性质（例如叠加态和纠缠态）来实现高精度、高灵敏度、高分辨率的测量。其测量的物理量包括磁场、电场、温度、压力、pH值、时间和频率等。此外，量子传感器还可以用于探测微小的物理效应，例如引力波、暗物质等，为天体物理等领域提供了新的测量手段。量子精密测量技术脉冲EPR技术简介CIQTEK脉冲电子顺磁共振 （pulsed EPR）是一种涉及到在恒定磁场中测量电子自旋净磁化矢量的磁共振技术。在实验中，通常施加一个短的振荡场（比如微波脉冲）来对电子自旋磁化矢量的状态进行扰动，然后测量由样品磁化产生的微波发射信号，再将微波信号通过傅立叶变换在频域中产生 EPR 频谱，从而可以获得有关顺磁性化合物的结构和动力学信息，电子自旋回波包络调制（ESEEM）或脉冲电子-核双共振（ENDOR）等脉冲 EPR 技术还可以揭示电子自旋与其周围核自旋的相互作用。与传统的连续波EPR（CW EPR）相比，脉冲EPR在控制和测量样品中的自旋态方面具有更高的灵活性和精度。脉冲EPR技术在量子传感中的应用CIQTEK在量子传感中，我们可以以电子自旋为探针，来探测核自旋的相关信息。基于脉冲EPR的弛豫测量和超精细光谱法可以识别顺磁粒子并对其浓度进行测量。其测量的原理为在脉冲EPR中，由于核自旋会影响电子自旋的T1（纵向弛豫时间）和T2（横向弛豫时间），浓度会影响电子自旋与核自旋的平均相互作用强度，从而影响电子自旋的弛豫时间。因此通过监测电子自旋的T1和T2的变化可以推断核自旋的浓度。同时，核自旋会调制电子自旋的进动频率，从而可通过电子自旋来对核自旋进行表征。Sun Lei课题组以有机量子比特的MOF材料（MgHOTP）为探针，通过电子与核之间的超精细耦合作用实现了室温下溶液相中离子的量子传感，可用于检测环境中的化学分析物（Li+、Na+）并对其进行定量分析。研究人员将有机自由基嵌入MOF骨架中，在实现室温可操作性的同时还能使有机量子比特与分析物通过吸附作用密切接触。图1基于MOFs中的有机自由基的室温量子传感。(a)将具有有机量子比特的MOF颗粒悬浮在待测分析物的溶液中。(b)化学分析物被吸附到MOF中，并通过超精细耦合与嵌入的自由基相互作用。(c)基于超精细光谱可以识别与自由基量子比特相互作用的原子核，并进一步对化学分析物进行量化。（J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 19008&minus 19016）MgHOTP中的自由基表现为电子自旋量子比特，其量子态可以被外部磁场部分极化，使用微波脉冲操控，并通过电子自旋回波读出。利用脉冲弛豫方法以及CP-ESEEM方法可对Li+进行检测并定量，检测范围为5*10-3 mol/L-0.5 mol/L。图2 室温下MgHOTP定量检测THF溶液中的Li+。(a) 不同[Li+]的LiClO4 THF溶液中MgHOTP的T1和Tm。(b) [Li+] = 2.0 mol/L的LiClO4 THF溶液中MgHOTP的部分时间域CP-ESEEM谱图。(c) 不同τ值下CP-ESEEM的二维光谱。(d) MgHOTP在含不同[Li+] LiClO4的THF溶液中的频域CP-ESEEM谱。(e) 2ω(7Li)/ 2ω(1H) ESEEM峰值比与[Li+]的关系。(f) MgHOTP在含0.1 mol/L NaClO4和不同浓度LiClO4的THF溶液中的频域CP-ESEEM谱。（J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 19008&minus 19016）国仪量子X波段脉冲式电子顺磁共振谱仪CIQTEK国仪量子X波段脉冲式电子顺磁共振谱仪EPR100是一款集连续波EPR、脉冲EPR、瞬态EPR为一体的多功能EPR谱仪，在支持连续波EPR实验的同时，还可实现弛豫时间测量、电子-电子双共振、电子-核双共振等多类型脉冲实验测试。国仪量子X波段脉冲式电子顺磁共振谱仪EPR100随着研发能力与产品工程化能力不断提升，国仪量子目前已推出具有核心自主知识产权，商用化的X波段电子顺磁共振波谱仪全系列产品：X波段脉冲式电子顺磁共振波谱仪EPR100、X波段连续波电子顺磁共振波谱仪EPR200-Plus、台式电子顺磁共振波谱仪EPR200M；并向前沿高端技术的高频谱仪进军，研发出了W波段脉冲式电子顺磁共振波谱仪EPR-W900。

5月17日， 在安徽省合肥市国仪量子(合肥)技术有限公司，贺羽正在介绍由国仪量子团队自主研发的中国首款商用脉冲式电子顺磁共振波谱仪。 中新社记者 韩苏原 摄 贺羽，国仪量子(合肥)技术有限公司(简称“国仪量子”)董事长。作为中国从事量子精密测量和高端科学仪器研发的领先团队，国仪量子源自中国科学技术大学中国科学院微观磁共振重点实验室团队，致力于打造全球领先的量子测量先进仪器企业。一场报告点燃“为国造仪”之心量子信息技术正成为新一轮科技革命和产业变革的前沿领域。2009年，贺羽考入中国科学技术大学少年班学院。在校期间，量子科技领域知名科学家杜江峰院士的一场学术报告会打开了贺羽的创业“量子”门。5月17日， 在安徽省合肥市国仪量子(合肥)技术有限公司，贺羽(右三)和应用工程师团队部分成员合照。 中新社记者 韩苏原 摄 “那次报告会上，杜老师举例说他的实验室当时需要购买一台国外公司生产的电子顺磁共振波谱仪，但遇到了供应商临时涨价、售后难保障的窘境。”贺羽说，“电子顺磁共振技术对量子计算领域研究至关重要，杜老师认为造国产科学仪器非常必要。”听完报告会的第二天，贺羽就找到杜老师，希望参与振兴国家科学仪器产业的事业中。“在杜老师的安排下，我开始参与到顺磁共振波谱仪的研制和技术攻关，并且研制了一些教学仪器，积累产业化的经验。”他说。“当时创业被看作异类。”贺羽第一次创业，最终因经验不足而失败。坚定信心再出发2016年4月26日，习近平总书记在中国科学技术大学考察，勉励科研人员“把创新作为最大政策，奋起直追、迎头赶上”。贺羽说，这让他倍感振奋，坚定投身于量子技术和科学仪器的产业化中。2016年，国仪量子(合肥)技术有限公司注册成立，致力于量子精密测量、量子计算等技术和高端科学仪器的研发和产业化。5月17日， 在安徽省合肥市国仪量子(合肥)技术有限公司，贺羽在研究室工作。 中新社记者 韩苏原 摄 “量子精密测量技术，是使用量子技术对物理量进行更高分辨率和更高精度的测量技术，量子精密测量仪器是微观世界的一把尺子。”据贺羽介绍，首先它将在医疗健康和生命科学领域带来新一代的检测和诊断技术。它可以通过无入侵的方式，测量到人体心脏产生的极弱的磁场信号，实现对冠心病的早期筛查；在药物研发方面，通过对康复病人用药后血液中特殊标识物浓度的精密测量，可以对病人做用药效果追踪，并判断评估病症复发的可能性。另外在工业领域，量子精密测量技术可以实现对工业品的快速无损质检。5月17日， 在安徽省合肥市国仪量子(合肥)技术有限公司，贺羽与应用工程师成员讨论工作。 中新社记者 韩苏原 摄 2018年，国仪量子团队自主研发的中国首款商用脉冲式电子顺磁共振波谱仪问世。随后，国际首台量子钻石原子力显微镜、金刚石量子计算教学机等多款产品面世。2021年，国仪量子销售合同超2亿元人民币，并实现了海外交付。

因科技而兴、因创新而进，科创已成为合肥最大标识，激发了当地企业自主创新的强大动力。越来越多合肥企业站在时代风口，超前谋划一批未来项目，勇闯无人区。中国科学院聚变堆主机园区。王岩摄合肥的云飞路，被人们称为“量子大道”，全球首颗量子通信卫星“墨子号”、全球首颗微纳量子卫星、全球首台光量子计算机、全球首条量子保密通信网络“京沪干线”等，均诞生在这条街上。国仪量子、国盾量子、本源量子等40余家企业扎根于此，共同放飞“量子梦想”。“量子精密测量仪器是打开微观世界的一把钥匙。”10多年前，还在中科大少年班就读的贺羽，参加一场报告会时，被导师讲述的购买电子顺磁共振波谱仪却被“卡脖子”的经历震动。自此，贺羽心中种下了自主创新的种子。有核心技术才有未来。2016年，24岁的贺羽创立国仪量子（合肥）技术有限公司，致力于量子精密测量、量子计算等技术和高端科学仪器的研发和产业化。多年深耕，如今公司多项技术突破国际封锁，自主研发的国产商用脉冲式电子顺磁共振波谱仪，将市场价格拉低。“我们立志成为量子技术应用及科学仪器行业的全球领导者。”贺羽信心满满。科技竞争，比拼的不仅是爆发力，更是远见和耐力。合肥企业进军量子信息、城市安全、人工智能、空天信息等领域，并不是追求现阶段的经济回报，更希望能取得技术进步，抢占未来发展制高点。《经济日报》2022年9月13日 要闻

古地磁学图片来源：摄图网古地磁学是一门介于地质学、物理学、地球物理学之间的交叉学科。古地磁学一般通过测定岩石或古文物的天然剩余磁化强度，研究地质时期地球磁场方向、强度、行星发动及其演化规律。岩石是天然矿物的结合体，其剩余磁性一般来自于岩石中的铁磁矿物，包含原生剩磁和次生剩磁。所谓原生剩磁指的是岩石形成时记录的地磁场信息。与之相对的，在岩石形成后得到的剩余磁性叫做次生剩磁，如岩石在外磁场的作用下（如自然雷电击中、流水风沙侵蚀）获得的剩磁。由于古地磁学研究的是岩石形成时地磁场的特征，故必须以准确地测量原生剩磁为先决条件。目前，岩石磁性是通过测量毫米到厘米大小的大块样品的净磁矩来分析的。目前常见的科学分析仪器有超导岩石仪、振动样品磁力仪等。然而，在亚微米尺度上，地质样品通常在矿物学和质地上都是不均匀的，只有小部分铁磁颗粒携带的剩余磁化。因此，在这种情况下表征岩石磁性需要一种能够在纳米空间尺度上成像磁场并具有高灵敏度的技术。例如，正广泛应用的扫描超导显微镜（SQUID）、磁阻显微镜、霍尔显微镜等。量子精密测量技术在古地磁研究中的应用（a）哈佛大学量子钻石显微镜（b）测量地质样品中的剩余磁化。（Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2017, 18(8):3254-3267）2011年，科研工作者们证实了金刚石中的氮-空位色心（简称NV色心）可以用于亚微米尺度上的磁成像。2017年，哈佛大学R.L.Walsworth等人利用自搭的基于NV色心的量子钻石显微镜，实现了岩石磁场的成像，其指标空间分辨率为5 um、视场范围为4 mm。通过减少金刚石与样品之间的距离（≤10 um）,实现磁矩灵敏度10-16 Am2，这一指标可媲美乃至超越SQUID、磁阻显微镜、霍尔显微镜等主流设备。此外，量子钻石显微镜还具有光学成像功能和成像速度快的优势。 可见，在地质、磁陨石的探测分析中，量子钻石显微镜展现出了巨大的应用潜力，为弱磁成像开辟了新的道路。随着人类对月球、火星等深空领域的不断探索，量子钻石显微镜也将应用于月岩、火星岩石的表征分析中。（a）量子钻石显微镜结构示意图（b）金刚石放置于样品上（Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2017, 18(8):3254-3267.）量子钻石显微镜的大致构造如上图（a）所示。整个探头部分置于三维的亥姆霍兹线圈中，其作用是施加外磁场使得金刚石内NV色心能级退简并。实验过程中金刚石紧贴于岩石样品表面，如上图（b）所示。下面简述量子钻石显微镜的工作原理。首先利用激光聚焦实现金刚石内NV色心量子态的初始化。然后扫描输入微波的频率，并通过辐射天线作用到NV色心上。当微波频率与NV色心能级共振时，NV色心的ms=±1态与ms=0态布居数反转，荧光强度下降。在成像区域内随微波频率变化的荧光信号经物镜收集后由收集光路成像到sCMOS相机上。在实验中通过sCMOS相机设定成像区域为M×N个像素点，每次进行图片采集相当于M×N个像素点同时进行荧光信号探测。在所有频点数据采集完成后，即得到完整的光探测磁共振谱（简称ODMR谱），通过相应的数据运算把每个像素点的磁场强度解算出来。最后把每个像素点的位置与磁场强度对应起来，用颜色区分各个像素点的磁场强度，实现二维磁场成像。国仪量子——量子钻石显微镜国仪量子推出的量子钻石显微镜2022年，国仪量子自主研制的“量子钻石显微镜”面向全球发布，这是一款基于金刚石NV色心技术的、先进的商用量子精密测量仪器，具有高空间分辨率、大视野、成像速度快等优势，有望在古地磁领域产生新的科学增长点。同时，在半导体、材料科学、细胞磁学、体外诊断等多个领域也具有广阔的应用前景。

全球无线通信测试设备市场格局较为集中，重要技术由少数国外巨头厂商掌握，在国内5G建设进程加快和国家政策支持的背景下，国产化替代成为自主创新发展重要途径，未来我国无线通信测试仪器、屏蔽箱等行业发展将迎头赶上。一、行业定义或范畴无线通信测试设备行业主要由测试软件、测试仪表、微波暗室/电磁屏蔽箱等部分构成。它融合了计算机、通信、微电子等多种技术领域，是现代工业产品中新技术应用最多、最快的产品之一。表 1无线通信测试设备主要类别资料来源：公开资料，赛迪整理二、行业发展概况(一)行业环境1、美国欲搞垄断频频打压中国高新技术企业自中美贸易摩擦为起始标志，2018年至今，美国政府援引国内法，多次以国家安全和外交利益为由，对其他国家实施单边制裁和所谓的“长臂管辖”。期间更是在交通、通信技术、无线通信测试、人工智能等众多重点技术领域，对中国多批次累计超300家企业进行技术*，限制获取美国原产商品(包括商品和技术)、限制供应技术与零部件购置以及合同签订等多方面打压。其背后实质无非是实施垄断，限制中国相关企业技术发展以及国外贸易。另外，随着疫情防控和超常规刺激政策逐渐生效，世界各国经济恢复不平衡、不充分，世界经济仍面临较大不确定性，这对“一带一路”国家间合作造成新的冲击，促使我国对内注重产业自主创新，积极探索“一带一路”发展新路径。表 2 2020年美国制裁中国企业部分名单资料来源：公开资料，赛迪整理2、全球将共享中国无线通信测试设备市场机会近年来，我国对无线通信与射频微波测试仪器行业的重视程度和支持力度的持续增加，国内企业的技术水平不断提高，国产设备在产品性价比、售后服务等方面的优势逐渐显现。随着2G空白、3G跟随、4G同步、5G的不断快速发展，加上我国疫情防控在全球取得的傲人成绩，目前中国成为全球经济发展稳定、企业经营环境最好的国家之一，这也进一步推进了国内无线通信测试设备国产化，尤其在 5G 测试领域，逐步呈现出国内市场实现进口替代并出口欧美等海外市场的特点。3、国家振兴政策持续使行业发展迎来重大机遇电子测量仪器制造行业及无线通信与射频微波测试仪器细分行业是国民经济的基础性、战略性产业，对国民经济具有较强的拉动作用，一直受到国家政策支持。近年来，随着《中国制造 2025》、《“十三五”先进制造技术领域科技创新专项规划》《“十四五”规划和2035年远景目标纲要(草案)》等多项政策的制定和实施，我国对本行业的重视和支持力度逐步提升。政策为无线通信与射频微波测试仪器行业提供了财政、税收、技术、人才等多方面的支持，创造了良好的国内经营环境。表 3 利好行业的相关政策资料来源：赛迪整理(二)行业特点1、资金实力与技术创新推高了行业鸿沟壁垒无线通信测试设备行业是典型的知识与技术密集型行业，技术、资金、人才和行业标准制定等因素导致行业进入壁垒很高。目前行业内厂商每年的研发费用/营业收入之比均常年保持在10%以上。持续的技术更新与成倍的研发投入推高了行业的进入壁垒，对于资金实力、技术创新积累有限的中小型企业而言，难以保持有效的竞争力，只能生产相对中低端的产品，长期来看，极易面临被淘汰或者兼并退出的局面。2、测试设备领域的进口依赖程度较高目前，由于我国无线通信测试设备还处于起步阶段，市场规模在通信和电子制造行业中占比较小，同时技术难度大、精度要求高，以及行业受国外隐形技术壁垒等因素制约，致使我国测试设备依赖进口，比如微波暗室/电磁屏蔽箱领域有美国ETS-Lindgren，TESCOM 测试仪器仪表领域有是德科技、罗德与施瓦茨、美国国家仪器等国外大型企业，国产设备处境尴尬。据统计2020年，国产测试设备为电子测量测试仪器市场贡献了不到30%的收入，剩余约70%来自进口仪器，中国电子测试设备市场具有较大进口替代空间。3、通信技术迭代的研发与建设阶段成为周期需求爆点无线通信测试设备的应用场景与通信行业紧密联系，主要应用在通信、电子和其他工业制造业，而通信、电子及其他工业制造业由于技术标准和供需关系变化等因素的影响，均具有显著的周期性特点。通常测试设备在新一代通信网络标准的开发期和建设期的需求比较高，而在两个标准周期之间采购主要是维护工程测试仪表，属于耐用品，需求相对平稳。以国内三大运营商为例，在每一代移动通信技术研发阶段和建设期的资本性支出都会保持较快增长，期间需要采购大量的设备和相应的测试设备，而上游的通信设备厂商、天线厂商以及模块厂商等也都需要加大测试设备的采购，以确保其生产的产品符合新一代技术的要求的规范。4、多元化应用领域激化重点企业深耕细分市场无线通信测试的应用行业领域广泛，但主要集中在通信和电子制造两大领域。不同的细分应用领域所需的测试设备可能不同，例如应用于智能手机、平板电脑、笔记本电脑，智能可穿戴产品等消费电子产品的研发、制造等环节，都需要电磁屏蔽箱检测。终端产品如北斗、GPS、4G、5G、蓝牙WIFI等功能的使用，也需要依附多种不同类型的屏蔽测试设备。目前国内电子测试设备领域重点企业也纷纷结合自身优势，集中在一两个细分领域深耕布局，力争在细分领域内形成行业竞争力。三、行业竞争格局分析(一)产业链全景图通信测试技术与测试设备是无线通信测试产业链中重要的一环，渗透于产业链各个环节。根据无线通信测试设备行业的商业模式可将其产业链划分为：上游主要是各类金属材料、电子元器件、控制芯片、显示单元及机电零部件配件 中游主要包括各类测试仪表、微波暗室/电磁屏蔽箱、测试软件以及解决方案服务商 下游为应用行业具体包括电信运营商、终端厂商、科研院所、卫星通讯等各个涉及到射频、微波和毫米波技术的厂商。图1 无线通信测试设备产业链资料来源：赛迪整理(二)产业价值链分析产业链上游，测试仪器所需要的各类元器件和零部件中，除极少部分关键芯片和高性能原材料掌握在少数几家国外企业外，大多数均为常规的、生产量大、价格稳定的电子元器件和零部件，成本相对可控，同时也不存在占总成本比例极高的单个零部件，上游供应商议价能力带来的压力较小。产业链中游，由于行业属于典型的知识与技术密集型，企业需要成倍投入研发应对通信技术迭代，导致无资金实力与技术积累的中小企业进入门槛不断提升，最终在高端设备中形成少数几家企业的垄断，而在中低端设备中，则变为产品性价比、解决方案甚至单纯是价格和渠道的同质化竞争。产业链下游，应用行业领域广泛，但主要集中在通信和电子制造两大领域，而其中的行业集中度普遍较高，存在诸多可以影响行业发展的巨头企业，如国内电信运营商，华为、中兴等大型通信主设备制造商，苹果、华为、小米和OPPO等终端设备企业。由于下游企业规模大、行业集中度高，导致对行业的议价能力较强，很多订单甚至采用招标集采等方式，促使测试企业为了订单而降低售价。综上所述，由于无线通信测试设备行业上游供应商的议价能力较弱，而下游用户的议价能力则很强，中游行业资金与技术壁垒高，导致行业内高端设备被少数企业垄断，并获得超额利润，而多数企业只能在中低端领域相互竞争，长期只能获取较低利润或被淘汰出局。(三)行业重点企业动向全球无线通信测试设备市场格局较为集中，大多数产品和重要技术掌握在几个国外巨头厂商中，主要有是德科技、美国ETS-Lindgren等。国内厂商竞争力稍弱，外资品牌在中国市场占据绝大多数份额。但在国产替代进口政策支持下，国内在无线通信测试设备各细分领域逐渐涌现一批行业佼佼者，包括中冀联合、华力创通、中电思仪等企业。1、美国是德科技美国是德科技是全球*的通信测试公司,通过在无线、模块化和软件解决方案等领域的不断创新,为电子设计、网络监控、5G、LTE、物联网、智能网联汽车等领域提供测试解决方案。公司主要产品与服务包括示波器、分析仪、发生器、仿真器、信号源、设计与测试软件、网络测试、面向特定应用的测试系统和器件等，面向行业主要有航空航天与国防、汽车与能源、通信、半导体等。在未来发展方面，公司已提前布局6G、量子计算、汽车电子以及新太空等未来科技发展重点领域。是德科技拥有大约13,000位员工，其中在中国员工800多名。公司在2020年通信解决方案相关业务收入占总收入比例达到63.8%，是全球较大的通信测试测量设备和解决方案供应商。2、美国ETS-Lindgren美国ETS-Lindgren是EMC测试天线、电波暗室等测试与测量设备制造商和服务提供商。拥有约750名电磁、声能专业背景的员工。公司主要业务包括检测、测量和管理电磁、磁能和声能的系统与组件，并通过新技术为客户提供增值解决方案。ETS-Lindgren公司纵向整合了测试与测量流程的各个环节，主要产品包括屏蔽箱和所有组件例如滤波器、天线、通风孔、转盘、定位器、吸收器和测试系统等，主要客户所在的领域包括声学、汽车、EMC测试、卫生保健、信息技术、无线电、政府与公用事业等。3、广东中冀联合深圳市中冀联合技术股份有限公司是国内无线通讯及卫星导航测试设备领域，集研发、生产、销售为一体的企业。主要产品包括屏蔽箱、卫星信号模拟器、转发器、毫米波连接器等，客户群体覆盖全球28个国家和地区，战略合作方包括TP-link、中兴、华为、小米、海康威视等企业。经过十几年无线通讯屏蔽测试领域的积累，目前公司主营业务无线通讯测试设备及配件收入占营业收入75%以上，在国内细分市场中具有较高度和良好品牌效应，其无线通讯屏蔽测试设备产品整体市场规模位居广东省第一，无线通讯屏蔽测试核心技术处于国内地位。此外，公司也是国内较少具备研究BD/GPS/GLONASS卫星导航系统条件的企业之一，目前正围绕解决该领域关键设备的“卡脖子”技术，欲求打破垄断，实现进口替代。4、北京华力创通北京华力创通科技股份有限公司主营业务覆盖卫星应用、仿真测试、雷达信号处理、轨道交通、无人系统等业务领域，形成了“核心技术+应用产品+系统解决方案”的业务生态模式。公司是国家认定的北斗导航、卫星通信芯片研发单位和终端产品、系统服务供应商，在卫星应用、雷达信号处理和仿真测试领域具备行业优势。公司产品主要应用在航空航天、国防电子、国防信息化、应急通信、变形监测等行业领域。5、山东中电思仪中电科思仪科技股份有限公司是中国电科集团下属二级企业, 本部位于青岛，致力于微波/毫米波测量、光电测量、通信测量和基础测量等电子测试领域前沿技术的探索和研究。主要产品与业务包括电子测量仪器、核心元器件、自动测试解决方案等，客户群体覆盖卫星、通信、导航、雷达、科研、教育等领域。公司拥有一支从事电子测量仪器、自动测试系统和核心元器件产品研究、开发、设计的专业技术队伍，具有较强的研发、生产、测试和试验验证能力。电科思仪自2013年开始布局5G通信测试研发，目前已突破诸多关键核心技术，可面向5G产业链和运营服务各环节、场景，提供系列化的测试仪器产品和解决方案。四、行业未来发展分析(一)市场规模1、无线通信测试仪器市场随着全球工业水平的持续提升，信息技术、电子制造、国防和航空航天等相关产业的快速发展，无线通信测试仪器已形成庞大的市场规模。预计未来全球无线通信及射频测试仪器市场将持续稳定增长，到2024年，市场规模将达到884.64亿元，2020年至2024年复合增长率为5.79%。图2 全球无线通信与射频微波测试仪器市场规模预测(单位：亿元)数据来源：灼识咨询，赛迪整理我国无线通信测试测量仪器行业起步相对较晚，在关键技术上与国外企业仍存在一定的差距。在军工、航天等国防科技领域，包括中电五十四所在内的一些国家级的研究所具备较强的技术实力，但其市场化程度低。近年来，随着我国逐渐成为全球电子产业的制造中心，结合国产替代进口的行业、政策趋势，国内无线通信测试仪器行业发展潜力得以激发。未来，在国内5G全面商用的大环境下，中国无线通信及射频微波测试仪器行业市场规模增速将显著高于全球平均水平。预计到2024年，市场规模将达到250.65亿元，2020年至2024年复合增长率为13.13%。图3 中国无线通信与射频微波测试仪器市场规模预测(单位：亿元)数据来源：灼识咨询，赛迪整理2、屏蔽箱市场经过数十年的发展，我国屏蔽箱市场已经形成了一定的产业规模。屏蔽箱作为提供无干扰测试环境的设备，是无线通信测试测量过程中不可或缺的一部分，在5G大规模商用趋势的推动下，市场将对屏蔽箱产生大量需求。从地域上看，受下游电子信息、通信技术等领域的需求不断增长推动，亚太地区将成为全球屏蔽箱市场增长速度最快的地区。从产品业态看，随着通信技术的持续发展，屏蔽产品及服务的业态将逐渐从单一的屏蔽产品销售向信息化、智能化的整体解决方案供应发展。在应用领域方面，受到消费电子、智能终端快速发展影响，国内电磁屏蔽技术逐渐从军用、政府领域向民用领域拓展。(二)行业需求分析1、5G建设进程加快推动无线通信测试需求增长5G的研发与大规模商用离不开无线通信测试设备厂商的参与。中国于2019年正式发放5G商用牌照，目前5G技术正处于逐步转向大规模应用的阶段，在此过程中，通信设备厂商、天线厂商以及模块厂商等都需要加大对测试设备的采购，以确保其生产的产品符合新一代移动通信技术的要求规范。5G与传统移动通信技术不同，其波束成型、3DMIMO和天线增强技术使设备体积越来越小、天线数量越来越多、集成度越来越高，5G通信设备性能测试难度和测试时间较以往成倍增加。借助先进的测试测量仪器、屏蔽箱和测试软件，下游厂商设计人员能够探索新的信号、场景和拓扑结构，进一步验证设备与方案的商用能力，因此无线通信测试变得更为重要。5G基站天线测试需求增加带动测试设备行业发展。现阶段，我国5G基站建设规模仍呈现爆发式增长态势。根据工信部数据，2020年全国移动通信基站总数达931万个，5G网络建设稳步推进，新建5G基站超60万个，全部已开通5G基站超过71.8万个，其中中国电信和中国联通共建共享5G基站超33万个，我国5G基站数量占据全球比例近七成。根据艾瑞咨询数据，预计到2024年，中国5G基站数量将达到621万个。由于5G基站天线测试需要在屏蔽箱里完成，因此随着天线测试需求的增加，市场对屏蔽箱的应用需求持续扩大，无线通信测试设备行业将得到稳定发展。图4 中国基站数量(单位：万个)数据来源：工信部，赛迪整理5G技术的应用将推动测试设备和解决方案需求大幅增加。根据全球移动通信系统协会公布数据，2025年我国5G网络用户连接数将从2019年的500万增长至8.07亿，5G网络用户连接数量占比将从2019年的0.3%上升至47%。届时，5G所支持的增强移动宽带、海量物联和高可靠低时延连接将带动终端设备对不同测试功能的需求，同时对可验证高密度数据性能的测试解决方案的需求也将增加。Frost&Sullivan预测到2024年，全球5G测试设备和解决方案市场预计将达到20亿美元，复合年增长率为11.5%。2、物联网连接数增长提升通信测试市场空间随着5G在全球范围内开启商用，万物互联的时代已经拉开序幕，未来需要信号传输的终端数量将极大增长。物联网技术实现大规模商用势必要对设备性能、网络性能、终端安全性等方面进行测试。智能物联产品在对物品的识别与信息读取、信息传输与共享等环节都需要各类通信测试仪器对产品进行测试和验证，通信测试市场规模得以快速扩张。全球移动通信系统协会公布数据显示，2019年全球物联网总连接数达120亿，预计到2025年，全球物联网总连接数规模将达到246亿。随着连接数的增长，网络复杂度的提升，测试需求的难度也在不断增加。目前主要的物联网应用场景包括智慧城市、智慧交通、智能家居、工业物联网、车联网、穿戴设备等，待物联网应用场景大规模落地后，无线通信测试市场规模将大幅提升。3、北斗卫星应用的泛在化提升产品测试市场需求紧迫度目前，北斗卫星导航系统已形成由北斗基础产品、应用终端、应用系统和运营服务构成的完整产业链，并广泛应用于交通运输、公共安全、农林渔业、水文监测、气象预报、通信时统、电力调度、救灾减灾等领域，产生了显著的经济效益和社会效益。根据中国卫星导航定位协会发布的数据显示，2019年我国卫星导航与位置服务产业总体产值达3450亿元，同比增长14.4%。预计2020年已突破4000亿元，北斗对产业总体产值的贡献率达到60%，市场产值约为2400亿。随着5G时代的到来，将推动北斗卫星导航用户终端在国民经济的各个领域应用的泛在化，其产品质量也将成为影响我国卫星导航产业能否健康发展，应用市场能否形成规模的重要因素之一。目前北斗用户终端种类繁多，但在功能、性能和可靠性等方面还存在测试不全面、有误差等一系列问题。因此，对北斗卫星导航相关产品进行准确、全面、标准化的性能测试，以保证其性能符合相应的技术规范，保证系统能够正常、可靠和稳定的运行，已成为广泛共识并且需求迫切。这将对无线通信测试设备技术端与服务端提出更高要求，同时也必将为无线通信测试设备行业带来更广阔的市场需求。

量子科学卫星“墨子号”在进行太阳翼展开试验　　我国即将发射的全球首颗量子科学实验卫星被正式命名为“墨子号”。量子卫星首席科学家潘建伟院士说，墨子最早提出光线沿直线传播，设计了小孔成像实验，奠定了光通信、量子通信的基础。以中国古代伟大科学家的名字命名量子卫星，将提升我们的文化自信。　　发布　　量子卫星被命名为“墨子号”　　记者15日从中科院获悉，我国即将发射的全球首颗量子科学实验卫星被命名为“墨子号”。　　“关于这颗卫星的命名，我们考虑了好久。”量子科学实验卫星首席科学家潘建伟院士说，最终命名为墨子，缘起于已故著名教育家、中国科学技术大学老教授钱临照。　　据了解，钱临照作为老一辈光学、科技史研究者，早年对墨家经典著作《墨经》有过深入研究，发现其中有不少与现代科学知识相通的记载，比如墨子在《墨经》中提出的“光学八条”。　　“墨家逻辑是全球三大古老逻辑体系之一，而逻辑体系是科学的基础。”潘建伟说，墨子在两千多年前就发现了光线沿直线传播，并设计了小孔成像实验，奠定了光通信、量子通信的基础。　　据了解，作为中科院空间科学战略性先导专项首批科学卫星之一，量子科学实验卫星将在国际首次开展星地高速量子密钥分发、空间尺度的量子隐形传态等多项实验。目前量子卫星发射前的准备工作已基本完成。　　计算　　魔法般的高速计算　　专家介绍，量子计算利用量子态的叠加性质，可以实现计算能力的飞跃。现在计算机的运算单位比特只有0和1这两种状态，但量子计算机中可以处在0和1的叠加态上。如果操纵100个量子，其计算能力可能比“天河二号”快百亿亿倍。“天河二号”需要用100年计算的难题，量子计算机只需0.01秒。　　如果将未来的量子计算机比作大学教授，今天所谓超级计算机的能力甚至还比不上刚上幼儿园的小班儿童。　　未来的量子计算机与今天的超级计算机，就像大学教授与幼儿园的儿童。这么快的运算速度，将使人类的日常生活大大改变。例如在公共安全领域，量子计算可以瞬间处理监控数据库中60亿人次的脸部图片，并实时辨别出一个人的身份 在公共交通领域，量子计算能够迅速对复杂的交通状况进行分析预判，从而调度综合交通系统最大限度避免道路拥堵 在气象预测方面，量子计算能够将仪器检测数据结合模型全面预测分析，从而实现更高精准度的天气预报̷̷　　中国科学院院士潘建伟说，要做出通用的量子计算机，可能还很遥远，也许30年或更长，但是只是对某一种计算功能算得比较好的量子模拟机器估计5到10年就有望出现。　　通信　　“不可拦截”的密钥　　量子科学实验卫星的另一个任务是进行量子通信实验，这是量子纠缠应用领域中比较接近现实的一个。它的要点是特别安全，传统窃听手段原则上对量子通信没有用。加密的信息好比上了锁的箱子，用特定的钥匙才能打开。以当前的加密技术，只要付出足够的努力，钥匙理论上是可以拦截到的，只看效率高不高罢了。　　潘建伟说，量子通信的关键要素是“量子密钥”，量子密钥就是在A和B之间共同生成一串只有他们两边知道的随机数，然后用这个随机数来加密。量子密钥一旦被截获或者被测量，其自身状态就会立刻发生改变。截获量子密钥的人只能得到无效信息，而信息的合法接收者则可以从量子态的改变中得知量子密钥曾被截取过。　　引领　　中国将引领量子通信技术　　对中国正在高速发展的量子通信领域来说，2016年将是具有里程碑意义的一年。　　如果卫星成功运行，中国将在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信，并结合地面已有的光纤量子通信网络，初步构建一个广域量子通信体系。　　潘建伟说，量子保密通信“京沪干线”将在2016年下半年全线开通，将应用于金融、电子、政务等多方面领域的信息传输。据介绍，“京沪干线”项目是连接北京、上海的高可信、可扩展、军民融合的广域光纤量子通信网络，中间还有合肥、济南等重要节点，全长2000余公里，属世界首例。　　潘建伟说，如果说“京沪干线”像连接地面每个城市、每个信息传输点的“网”，量子科学实验卫星就像一杆将这张网射向太空的“标枪”。当这张纵横寰宇的量子通信之“网”织就，海量信息将在其中来去如影，并且“无条件”安全。　　在潘建伟的设想中，量子通信有望在10年左右的时间走进千家万户，每家每户的网上银行、网络支付、手机支付等，都能享受到量子通信所带来的安全性保障。

【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

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中国科学技术大学中国科学院微观磁共振重点实验室彭新华教授、江敏副研究员等在量子精密测量和检验超越标准模型领域取得重要进展，利用自主研制的量子自旋放大技术实现了对一类超越标准模型的宇称破缺相互作用的超灵敏检验，实验结果提升国际纪录至少5个数量级，弥补了现有天文学观测的空白。相关研究成果于1月6日以“Search for exotic parity-violation interactions with quantum spin amplifiers”为题在线发表于国际学术期刊《Science Advances》上[Sci. Adv. 9, eade0353 (2023)]。粒子物理标准模型是20世纪物理学建立的最伟大的模型之一。然而，尽管标准模型取得了巨大的成功，但许多物理现象如暗物质、暗能量、中微子振荡、正反物质不对称性等无法被很好解释。为此，许多理论预言了可能存在超越标准模型的新轻玻色子，如轴子、暗光子、Z玻色子等，其可以作为暗物质的候选粒子，补充现有的标准模型理论。这些新粒子的能量可能跨度几十个量级的范围。对于低能区的新粒子 (远小于1eV)，更加凸显出粒子的波动性，它们的德布罗意波长甚至要比现在的大型对撞机还要大，因此不适于使用粒子对撞器与加速器等高能装置进行研究。量子传感器如原子磁力仪、原子钟弥补了高能装置对这类超轻暗物质候选粒子的探测空白，但因这些新粒子与标准模型内粒子的相互作用十分微弱，亟需一种高灵敏度的量子传感器对标准模型外的新物理进行研究。图1 检验新相互作用的实验装置和相应的磁探测灵敏度。 　彭新华教授研究组利用近期发展的量子自旋放大器技术(图1A)[Nat. Phys. 17, 1402–1407 (2021)]，实现了对待测磁信号2个数量级的放大(图1B)，并将其应用于超越标准模型的新粒子与新相互作用的搜寻，在国际上提出了“蓝宝石”研究计划，英文缩写SAHPPHIRE(SpinAmplifier for Particle PHysIcs REsearch)。该计划的首批实验约束了一种由Z玻色子诱导的自旋相互作用，如图1C所示，此类奇异相互作用是宇称不守恒的，其强度正比于自旋源内的电子自旋数量。因此本实验采用了两个原子气体室，一个利用惰性气体氙原子作为自旋传感器，一个利用碱金属铷原子作为自旋源。自旋源内的碱金属原子通过激光泵浦实现约1014的电子极化自旋数量，并由泵浦光间断极化，从而产生一个交流的震荡奇异场作用于量子自旋传感器上，并被进一步放大和探测。相较于其他应用于新物理搜寻的共振技术，量子自旋放大器中的铷原子充当嵌入式磁强计，实现了惰性气体氙原子的连续极化和原位测量。相比之下，原位测量提供的一个显著优势是由于大费米接触放大因子而增强核共振信号。此外，由于氙核自旋通过与极化铷原子的自旋交换碰撞而连续极化，自旋放大器可实现对奇异场的连续搜索。由于这些独特的优点，自旋放大器更适用于奇异相互作用的超灵敏连续波检测。正因如此，本实验对电子与中子之间的宇称破缺奇异相互作用的约束较国际前沿实验界限提高了5个数量级(如图2A)，且对中子与质子之间的奇异相互作用进行了首次探索(如图2B)。不仅如此，SAPPHIRE计划仍有很大的性能提升空间，研究人员提出利用K-3He自旋放大器与固体自旋源，有望将对此类奇异相互作用的实验约束界限进一步提升8个量级。 图2 新奇相互作用实验界限。审稿人对这一工作有高度评价：“The result is a clearly a major improvement for the field”(该领域的一个重大提升)，“What is particularly remarkable about these results is that they have established strong new constraints, which have improved prior bounds by several orders of magnitude, in a region of parameter space where there are little or no constraints from astrophysics ”(该实验最引人注目的是在一个几乎没有天体物理学约束的参数空间区域建立了强有力的新约束，将先前的约束提高了多个数量级)。这一成果展示了SAPPHIRE计划下量子精密测量技术与粒子物理学研究的有机结合，有望激发宇宙天文学、粒子物理学和原子分子物理学等多个基础科学的广泛兴趣。中国科学院微观磁共振重点实验室博士研究生王元泓和黄颖为该文共同第一作者，彭新华教授和江敏副研究员为该文共同通讯作者。该研究得到了科技部、国家自然科学基金委和安徽省的资助。

中国科学技术大学郭光灿院士团队在量子精密测量的研究中取得重要进展。该团队李传锋、陈耕等人与香港大学同行合作，利用量子不确定因果序实现了超越海森堡极限精度的量子精密测量。研究成果于5月1日以“Experimental super-Heisenberg quantum metrology with indefinite gate order”为题发表在国际著名期刊《自然物理》上。 　　量子精密测量致力于把量子力学原理运用到各种测量任务中以实现超过经典极限的测量精度。海森堡极限被认为是利用量子方法和资源所能达到的最终极限。之前国际上曾有一些工作声称超越了海森堡极限，然而这些工作利用了非线性效应或者包含了含时的哈密顿量，引起了广泛讨论，最终被理论上证明在以能量等作为规范化资源定义的前提下仍然会遵循海森堡极限。 图1：量子不确定因果序的示意图。蓝色和红色路线经过两个门的时序不同且处于量子叠加态。 　　近年来，学术界提出一种新的量子结构，即量子不确定因果序。量子力学的叠加原理不仅允许不同量子本征态之间的叠加，也允许两个事件处于两个相反时序的量子叠加上(如图1所示)。这样一种新型的量子资源已经被证实可以在特定的量子计算和量子通信任务中提供优势，然而此前工作都是基于离散变量体系，未能直接应用于量子精密测量任务中。 　　李传锋、陈耕等人设计了一种全新的杂化(hybrid)量子装置，即用一个离散量子比特控制光子两组连续变量的演化时序，实验实现了不确定因果序，从而实现了对演化产生的几何相位的超海森堡极限的精密测量，即测量的不确定度δA反比于独立演化过程的次数N的平方(δA∝1/N2)。实验结果表明，这种新方法在实验演示的范围内获得了对确定因果序方法理论上的最高测量精度，即海森堡极限(δA∝1/N，图2中的蓝色虚线)的绝对优势，实验结果逼近了理论上的超海森堡极限(图2中的红色实线)。 　　该实验使用单个光子作为探针，不存在光子间的相互作用，且单次测量所需要的能量不超过单个光子的能量，从而实现了首个在规范化资源定义下超越海森堡极限的实验工作。实验实现的相对于确定因果序方法的提升可以直接转化为在实际测量任务中的现实优势。图2：实验的测量精度。黑色方点为N个独立演化过程的实验测量精度，红色实线为不确定因果序方法的超海森堡极限(δA=1/N2)，蓝色虚线为确定因果序方法的最高精度，即海森堡极限(δA=1/N)。 　　该实验对不确定因果序和量子精密测量的理解均带来了重要影响。中科院量子信息重点实验室已毕业博士研究生殷鹏、香港大学博士生赵晓斌为论文共同第一作者。该工作得到了科技部、国家基金委、中国科学院、安徽省、中国科学技术大学的资助。

量子传感器和测量设备能够为商业、政府和科学应用提供精确性、稳定性和新功能，产业界、学术界、政府部门间的合作可以促进量子测量科学和产业进展。此前，美国国家科学和技术委员会(NSTC)量子信息科学小组委员会(SCQIS)发布了题为《将量子传感器付诸实践（Bringing Quantum Sensors to Fruition can be found）》的报告。　　报告以美国《量子信息科学国家战略概览》和《国家量子倡议(NQI)》法案为基础，讲述了当前主要应用的5类量子传感器是原子钟、原子干涉仪、光学磁力器、利用量子光学效应的装置和原子电场传感器，量子测量从研发到产业化阶段主要面临人才多样化、技术可行性、关键辅助性技术和组件和知识产权与技术转让4大方面挑战。报告针对量子测量研发、应用领域提出1-8年的短中期建议，其长期目标是通过量子技术的发展促进经济发展、安全应用和科学进步。该报告增强了美国QIS国家战略，体现出美国在量子测量领域的重视和决心。　　（一）量子传感器　　量子传感器(quantum sensors)是利用量子力学特性(如原子能级、光子态或基本粒子的自旋)进行测量的设备。量子传感器在定位、导航、计时、本地和远程、生物医学、化学和材料科学、基础物理学和宇宙学等不同领域均有使用。目前，量子测量领域有5类主要的量子传感器。表1 量子测量5类主要的量子传感器名称工作原理应用领域量子传感器原子钟当标准GPS信号不可用时，使用原子钟辅助网络和高精度时间传输协议可以为导航系统提供弹性地质学、地震学、石油勘探、电网运营和金融服务业等原子干涉仪在基础物理学领域的应用包括万有引力常数(大G)的测量、等效原理(自由落体的普遍性)的测试、毫米级的引力测量、暗物质粒子的搜索以及引力波探测的可能替代方法火山学、地下水、矿藏、潮汐动力学和冰层等地球科学研究，陀螺罗盘、卫星定位、制导、导航重力测绘和海底避障等应用光学磁力器基于蒸汽、玻色凝聚体或固态系统(如金刚石中的氮-空位(NV)中心)中原子自旋的光学磁力计用于神经功能的生物医学研究，支持生物样本的无创检测和表面科学的新工具利用量子光学效应的装置利用量子光学效应的设备提供了突破显微镜、光谱和干涉测量中的标准量子极限的机会。非经典状态的光子使测量达到海森堡极限DNA测序、酶活性跟踪、粒子物理学、暗物质搜索、量子网络协议和微光遥感原子电场传感器使用里德堡原子态作为换能器或量子天线，来测量从直流(0 Hz)到太赫兹(1012 Hz)的宽频率范围内的电磁场应用于遥感和电测领域，其他应用包括扩大蜂窝塔之间的距离，以及采集具有宽动态范围的信号　　（二）困难与建议　　量子测量从概念验证设计到实现可应用的产品仍然需要克服许多障碍。首先，研发工作分散、巨大应用空间和潜在用户需求，使人们很难专注于某一特定的应用或需求，许多量子测量市场驱动力和商业价值仍未明确；其次，从基础研究到商业化产品成型需要大量和持续性的资金。量子测量技术的研发不仅需要高校、研发机构和企业间共同参与，一个有凝聚力的、系统性的战略路线尤其重要，使多个机构目标一致，联合产业链上的企业在一些特定应用和关键辅助性技术上共同开发，并且与合作企业处理好知识产权、收购、商业安全和寻求战略合作伙伴等关系，使量子测量技术更加高效成熟。　　1.团队人才专业多样化问题　　面临的挑战：许多进行基础研究的科学家可能缺乏量子测量应用和商业化相关领域的专业知识，比如不熟悉当前具有竞争性的技术或者军事领域应用下部署传感器的严格要求等，所以还需要完善专家团队的多样化，找到各领域的专家和行业精英一同参与。但是存在寻找人才时间长，晋升和任期标准不一致，对新的联合项目缺乏方案资源或资金支持，回报周期长等实际困难，进展缓慢。　　建议：QIST研发机构，如NIST、NSF、DOE、DOD、NASA和情报界，应该加快开发新的量子测量技术，并优先与量子测量最终用户建立合作伙伴关系，共同测试、开发和推广应用结果，从而帮助量子测量企业改进技术、实现市场目标或任务，共同努力通过提供新的资源、先发优势和提高对新兴技术的认识而使最终用户受益。 　　2.具体技术的可行性问题　　面临的挑战：（1）量子技术被过于夸大，使得有些用户对量子测量的潜在应用有不切实际的期望或误解，另一方面因量子测量未被有效推广，还有一些潜在的用户不知道量子测量的存在而错过商业机会。在实现一定的市场规模之前，较难预测实验室成果的商业可行性，特别是与现有的、传统的替代方案和基准比较，传统测量已有几十年的研发经验和商业市场，量子测量大规模进入市场还需要很长一段时间。（2）因为传感器的实用价值取决于许多因素，包括在现实环境中的性能、对环境噪声的响应、可靠性、带宽、占空比和操作时间等规格，而这些实地部署时的必要条件通常不是科学家或研发专家在早期原型优化时能想到首要任务。因此，潜在市场用户应该帮助进行判断。 　　建议：使用传感器的机构应进行可行性研究，并与QIST研发领导人共同测试量子原型系统，以确定有市场前景的量子测量技术。（1）量子测量应用机构应确定一些相关的量子技术，并进行专门的市场调查，寻找可应用的美国政府机构进行技术商用和推广，如美国国土安全部、国家卫生研究院、农业部、美国地质调查局、美国国家海洋和大气管理局，以及能源部、国防部和NASA中的部分部门。（2）国家实验室、联邦政府资助的研发中心和学术界的科学家也可以是研发试验阶段的采用者。（3）QIST研发从业者和这些最终用户的共同努力可以优先用于现场测试、共同设计和开发新的量子传感器原型和应用。（4）各机构可以利用SCQIS及其工作组来帮助确定潜在的合作伙伴关系。 　　3.关键辅助性技术和组件　　面临的挑战：由于控制量子系统所需的严格技术要求和高昂的工程成本，获取关键辅助性技术仍是挑战。将量子实验室原型移植到现场演示所需要的组件或工艺，如专用材料、制造设施、集成光子器件、激光器、电子器件、真空系统、互连、量子控制和诊断等，这些尚未完全可控可用，而且这些辅助性技术和器材目前没有足够的市场实现规模生产，仅在实验室内投入使用，依赖实验室研发投入和应用场景，这些障碍不但影响了所需子系统的开发，在没有多次技术迭代和后续改进的情况下，也为量子测量最终用户的使用和推广带来困难。　　建议：支持研发工程的机构应该与SCQIS工作团队合作，帮助促进量子测量更精确、更实用、更优化成本的关键组件开发。与产业界共同探索，有针对性的投资相关基础设施，从而生产出跨领域、多功能的组件，为多种量子设备的开发提供可能，如适用波长的可靠激光器和集成光学电路。各机构可协调对辅助性技术的战略研发和投资，建立合资企业和人才队伍，培育可持续的量子产业基础。 　　4.知识产权与技术转让问题　　面临的挑战：在目前量子技术尚不成熟的阶段，地区或企业间一些保证知识产权的做法可能会阻碍合作，特别是国际间的合作。同样，进出口限制也可能会推迟收购和减缓开发，进而降低竞争力。因此，需要一些策略性的措施来确保研究安全，同时维护美国公开、透明、诚实、公平、客观和民主的科学精神。过度保护研究安全免受威胁，也会同时带来另一种风险，即过度过大地实施保护措施会抑制技术交流与进步。 　　建议：各机构应该简化技术转让和收购的流程，如来源选择、购买权和许可协议等，鼓励量子测量技术的开发和早期应用。高效的技术转让和获取过程对创新至关重要，它们可以减少技术开发人探索商业可行性的行政障碍，帮助最终用户访问和共同开发产品，有助于推进政企合作。其次，在公平可信的情况下，相关决策可适当考虑促进创新和基础研究的方式，以减轻行政负担，促进快速创新。为此，机构应结合法律法规，慎重考虑对技术或操作风险的承受能力，探索维护研究安全的最佳操作方式。由于技术转让取决于政府、企业和学术界不同部门，一种方法是让SCQIS、NSTC实验室参与到市场小组委员会及其工作组中，有助于相关决策。　　（三）短中期发展规划　　为落实上述建议，报告指出了研发界在短期(1-3年)和中期(3-8年)的若干规划。　　未来1-3年内：　　1.QIST研发领导人向各机构提供关于量子测量的简报和研讨会。简报包括对现有量子测量技术的调查及其对机构市场需求的影响力分析。结合简报，企业将共同测试和演示量子测量，并编制具有可行性性能指标的策划清单。 　　2.潜在市场用户应该参加以QIST为中心的专业协会会议、研讨会和圆桌会议等，了解用户及市场需求。最终用户可以参加“提议者日活动”，告知研发界他们对量子测量技术的兴趣和期望。　　3.建立流动性的量子测量研发合作企业关系，多个企业将参与联合现场测试和初步结果评估，量子测量技术的开发、测试和共同设计有助于开创和验证新的应用场景。对于成果跟踪与评估，分类各个量子测量技术成熟度将很有必要。　　4.确定量子传感器的具体、高效应用场景，其中重要的一项是关键组件的优先列表，以及相关工程研发的规格和计划。　　5.确定工程基础设施和研发项目清单，确定最优排序，便于解决每个项目的辅助性技术和应用难题；预估每个研发项目所需的时间、投资预算及其潜在风险；鼓励建设实施有助于多个量子测量应用的基础项目或基础设施。　　6.设立或建立能够促进量子测量技术发展的法律、政策咨询机构。　　7.跟进量子测量技术的各个环节进展，包括文献统计、参与者、专利、量子测量技术许可，以及量子测量销售收入、国内外的量子测量关键组件或辅助性技术发展进展等。　　未来3-8年内：　　一旦确定了有可行性的量子测量技术，研发界和SCQIS机构应与应用方合作推进现场测试演示，以加快技术早期采用和项目落地过渡；优先考虑组件小型化和子系统集成；争取投资方支持，与代工厂合作开发、建设研发实验基础设施；为已确定的量子测量技术和组件制定标准。　　量子测量虽然还有很多基础科学有待完成，但量子测量全新的应用和平台蓄势待发。该报告介绍的量子测量发展战略侧重于原型系统的现场测试，协调和解决这一难题，将有助于推进整个QIST领域实现突破。将量子测量从实验室推向市场需要漫长的过程，必须要有相应的国家科学战略，为量子测量技术的研发、测试和应用做好全程支持与服务，从而加速量子测量变革性的产品和服务推向市场。在此过程中，早期技术采用者将获得先发优势，创新者和企业家将获得知识产权，市场用户收益于优良的量子测量组件和设备，甚至包括其他领域的科学家，从而拓宽QIST研发生态链。总而言之，为了让美国更好的实现量子技术的经济、安全和社会效益，各机构应该齐心协力，共同推动量子测量技术的关键性进步。[2]　　资料来源：　　[1] https://www.whitehouse.gov/ostp/nstc/reports/　　[2] https://www.whitehouse.gov/wp-content/uploads/2022/03/03-2022-BringingQuantumSensorstoFruition.pdf

在北京化工大学、和美国阿克伦大学读完本硕博之后，林志伟历经三站博士后研究。除第一站过渡性博士后仍在阿克伦大学，其余两站分别在美国哥伦比亚大学、美国国家标准与技术研究院（NIST，National Institute of Standards and Technology）完成。2022 年 1 月，林志伟回国加入华南理工大学前沿软物质学院担任教授。▲图 | 林志伟（来源：林志伟）时隔数月，其担任第一兼通讯作者的论文，发表在 Science 上。研究中，他利用 DNA 首次实现了单壁碳纳米管的可控有序修饰。对于发展超导材料和量子材料，将起到重要的推进作用。据介绍，超导材料、量子材料等性能独特的变革性材料，被认为具备解决人类当前面临的信息、能源、量子计算等重大问题的可能，甚至有望推动下一次产业革命。正如美国马里兰大学化学与生物化学系教授 YuHuang Wang教授在同期 Science 评论文章所指出的：美国物理学家威廉雷透（William A. Little）在 50 年前提出了经典的室温超导材料的分子模型（即 Little 模型）。然而，经过几十年的努力，人们一直无法在实验上设计出符合 Little 模型的超导分子。而该成果为实现 Little 模型迈出了重要一步，是里程碑式的发现。量子材料，是指由于其自身电子的量子力学特征，而产生奇异物理特性的材料。在发展变革性的数据存储、数据处理、通讯、以及计算机相关技术上具备巨大潜力，并可能产生惊人的经济效益。2016 年，美国能源部确立以量子材料为优先发展方向的变革性能源相关技术。由于具有独特性能，单壁碳纳米管可用于构建一维量子材料，但其缺点是量子产率较低。通过化学修饰，在sp2结构的单壁碳纳米管中引入缺陷构筑量子缺陷，可大大提高量子产率，这让单壁碳纳米管成为很好量子发光材料。可以预见，其将在量子计算机、量子通信等领域拥有广阔的应用前景。像服装设计师一样，"裁剪"单壁碳纳米管的化学结构超导材料，是指电阻为零的材料。在传输电流的时候，既不损失能量也不会产生热量。目前的超导材料都需要在很低的温度下（-100℃ 以下）才能产生超导性能。若发展出室温的超导材料，则有望用于制备超快计算机、超小的电子设备、高速磁悬浮列车等。如前所述，威廉雷透（William A. Little）曾首次提出室温超导体的分子模型——Little 模型。过去 50 年，学界已开展大量实验，但一直未能设计出其设想的超导分子。直到 2016 年，科学家提出碳纳米管或有望实现 Little 室温超导材料，但是得对碳纳米管的结构进行精确可控的化学修饰。可以说，这又是一项难于逾越的重大难题。碳纳米管（Carbon Nanotubes，CNTs），于 1991 年由日本物理学家饭岛澄男（Sumio Iijima）发现。据维基百科介绍，"碳纳米管是一种管状的碳分子，管上每个碳原子采取 sp2杂化，相互之间以碳-碳 σ 键结合起来，形成由六边形组成的蜂窝状结构，以作为纳米碳管的骨架。"按照管子的层数不同，碳纳米管可分为单壁碳纳米管（SWCNT，Single-walled carbon nanotubes）和多壁碳纳米管（MWCNTs，Multi-walled carbon nanotubes）。单壁碳纳米管的结构简单，均匀一致性好，而且缺陷少、 性质稳定，受到的关注更多。鉴于此，自碳纳米管被发现以来，一直是热点研究材料。▲图 1 | 单壁碳纳米管（来源林志伟）凭借优异的光学、电学、力学、热学等性能，单壁碳纳米管已被广泛用于电子器件、光学仪器、锂离子电池、航空航天材料、疾病检测等领域。对单壁碳纳米管进行化学修饰，可以改变它的晶格结构电学性能和光学性能也会随之改变。这一手段对于发展有机超导材料、量子材料等新型材料具有重大意义。然而，在单壁碳纳米管中，所有碳原子的化学环境均为一致，存在着 sp2 杂化（sp2hybridization），即"一个原子同一电子层内由一个 n s 轨道和两个 n p 轨道发生杂化的过程"。因此，对单壁碳纳米管实现可控化学修饰，是领域内长期存在的一项重大挑战。针对此，林志伟与 NIST 的 Ming Zheng研究员，借助 DNA 让单壁碳纳米管，得以实现可控的有序修饰（图 2）。林志伟指出："精确可控的修饰方法，让科学家有望像服装设计师一样，按自己的想法 ‘可定制化’地设计单壁碳纳米管化学结构，以实现特殊的性能（例如超导性能和量子性能等），进而实现在航空航天、量子计算机、量子通信、新一代生物医疗等领域的前沿应用。"▲图 2 | 有序可控修饰的单壁碳纳米管（来源：林志伟）近日，相关论文以《DNA 指导的碳纳米管晶格重构》（DNA-guided lattice remodeling of carbon nanotubes）为题，发表在 Science 上。林志伟兼任第一和通讯作者，Ming Zheng 研究员为共同通讯作者。（来源：Science）其中一位审稿人认为，该工作实现了一个宏大目标。此前，很多学者反复尝试却无功而返。因此，此次成果是领域内的重大进展。另一位审稿人指出，常温超导材料是无数科学家长期追寻的远大目标。该论文提出了有序可控地修饰单壁碳纳米管的方法，为制备常温超导材料提供了一种潜在解决方案。心情"忐忑"地给美国科学院院士发邮件据介绍，参与此次合作的 Ming Zheng 团队，长期致力于 DNA-碳纳米管复合材料方面的研究，尤其在 DNA 分离高纯度碳纳米管方面有着深厚积累。但是对于碳纳米管的化学修饰，团队的经验稍有不足。在加入 NIST 之前，林志伟本人并没有碳纳米管领域的工作经验，但在大分子精确合成、特别是在富勒烯（英文名为 Fullerene，又名C60）的精确修饰上，已经积累多年经验。C60是一种由 60 个碳原子组成的球型分子，它和碳纳米管同属于碳纳米材料的同素异形体。两者在结构和性能上，有一定的相似性。当有学科背景互补的人在一起讨论，很容易碰出"火花"。结合 NIST 团队在 DNA-碳纳米管复合材料、以及林志伟 C60 精确合成方面的背景，他们很快在科研想法上达成共识，提出了利用 DNA 来调控碳纳米管化学修饰的思路，并借此解决碳纳米管有序可控修饰的艰巨任务。接下来便是正式立项和开展实验。确定研究思路之后，如何选择 DNA 的序列、碳纳米管的种类，以及如何发展高效的化学修饰方法，成为新的工作重点。基于前期积累，该团队选取含有鸟嘌呤碱基（Guanine，G）的DNA 序列，将其缠绕到多种单手性单壁碳纳米管的表面，通过调控单壁碳纳米管种类、DNA 序列和构象，实现了预先定制的反应位点。在 525nm 光照下，名为玫瑰红（Rose Bengal）的光敏剂得以激发，借此产生了单线态氧，进而引发鸟嘌呤碱基与单壁碳纳米管发生反应。之后，课题组利用吸收光谱、光致发光光谱、拉曼光谱，对产物结构进行表征（图 3）。▲图 3 | 单壁碳纳米管与 DNA 的反应示意图和光谱表征（来源：Science）为了研究反应机理，以及反应之后单壁碳纳米管晶格中的反应位点的空间分布，该团队设计出一系列鸟嘌呤碱基含量相同、鸟嘌呤碱基相对位置不同的 DNA（2G-n）。结果发现，在拉曼、荧光光谱中与单壁碳纳米管晶格缺陷相关的峰强里，C3GC7GC3（2G-7）和（8,3）单壁碳纳米管的反应产物出现了极小值。这表明，单壁碳纳米管中形成了有序排列的晶格缺陷，即有序排列的反应位点（图 4）。▲图 4 | 筛选 DNA 序列并在单壁碳纳米管中构筑有序的反应位点（来源：Science）紧接着便是寻求合作和交叉验证。虽然通过上述光谱分析，该团队首次证实了有序可控修饰的单壁碳纳米管结构。但是这一结论太过重要，他们反复告诫自己必须非常谨慎对待，在论文发表前务必借助多渠道，对结论进行交叉验证。因此，课题组怀着"忐忑"的心情给美国科学院院士、弗吉尼亚大学哈里森生物化学和分子遗传学系的爱德华H埃格尔曼（Edward H. Egelman）教授写信，以寻求合作。埃格尔曼教授是冷冻电镜方面（cryo-EM，Cryogenic electron microscopy）的顶尖学者，在利用冷冻电镜解析 DNA-蛋白质等复杂生物分子结构方面有着深入研究。之所以怀着"忐忑"心情，是因为该团队之前和埃格尔曼教授并未有交集，而且后者的主要研究兴趣在生物学，很少涉及材料科学。那么，对方是否愿意合作？课题组表示比较担心。不过，令人激动的是埃格尔曼教授表现出极大的兴趣。双方很快就定下合作方式和目标，即利用冷冻电镜进一步验证有序可控的碳纳米管的结构。有了冷冻电镜的结果之后（图 5），课题组满怀信心地把论文投到 Science，并获得期刊主编和审稿人的高度赞赏。论文接收后，埃格尔曼教授接受 Science Daily 的采访时表示："虽然我们经常使用物理学中的工具和技术来研究生物学，但是我们这次的工作表明，生物学中开发的方法实际上也可以用于解决物理学和工程学中的问题。科学研究常常会产生预料之外的结果，这正是科学令人着迷的原因所在。"▲图 5 | 冷冻电镜重构有序修饰的单壁碳纳米管结构及反应机理示意图（来源：Science）力争在有机超导和新型量子材料上，实现相关应用和很多在新冠大流行中完成的科研成果一样，如果没有疫情，论文或将更早面世。2019 年 9 月，研究正式启动。2020 年 1 月的一天，林志伟正在做实验，被临时要求必须马上离开实验室，整个马里兰州（NIST 所在的州）进入紧急隔离状态。临走时他和同事聊天，以为最多两个星期。两周很快过去，实验室并未解除隔离。之后进入漫长的等待。1 个月、2 个月、6 个月...... 幸运的是，实验室重新开放后，课题进展得很快。尽管此次研究诞生了符合 Little 模型的超导分子。但是，其超导方面的性能尚未得到真正的验证。针对这些新型单壁碳纳米管材料的性能表征，并揭示材料结构与性能关系，是该团队的后续重点。另一方面，他们还计划将含有不同结构和功能的化学官能团，通过有序可有的修饰方法，引入到单壁碳纳米管中，从而设计出结构更精确、性能更多样的单壁碳纳米管，力争在有机超导和新型量子材料上实现相关应用。目前，林志伟课题组主要围绕高分子、DNA、碳纳米管，致力于新型复合与杂化功能材料的精确设计、精准组装和先进应用等方面的研究。课题组常年招募博士后、博士和硕士研究生。