我國量子科技前沿研究有何新進展

2020-11-21 13:35

       由人力資源社會保障部、北京市政府主辦的“量子科技學術前沿專家創新大講堂”日前在北京量子信息科學研究院(以下簡稱“北京量子院”)舉行。北京量子院院長、清華大學副校長薛其坤院士,國家自然科學基金委員會副主任、北京大學教授謝心澄院士,北京計算科學研究中心主任林海青院士,中國科學院半導體研究所研究員常凱院士等專家參加大講堂活動,圍繞量子物態調控、量子計算與模擬技術、量子網絡與量子信息系統技術等方面分享了量子科技前沿的新進展,研討了量子科技發展的新思路。


  我國在量子科技若干領域處于國際引領位置


  一個國家量子科技研究的實力,取決于高水平的研究機構和人才隊伍。薛其坤院士介紹,2017年底,北京市聯合中國科學院、清華大學、北京大學等國內頂尖高校和科研機構,成立了北京量子院。


  “圍繞量子科技前沿方向,北京已經聚集了一大批量子科技領域的高精尖人才?!北本┝孔釉撼闪⑷陙?,已在全球招聘全職科研人員150余人,組建了10余個科研團隊,初步完成了微納加工和綜合測試兩個平臺的建設,我國在若干領域已處于國際引領位置。


  當前,北京的量子科技有哪些主要研究方向?薛其坤說:“主要是量子物態、量子計算、量子通信、量子材料與器件、量子精密測量等五大研究方向。今后北京量子院還將面向國家重大需求,進一步聚焦具有重大應用前景的原創性基礎研究?!?/p>


  在量子科技領域取得一大批原創性成果


  我國科學家在量子科技若干領域處于國際引領位置,特別是基礎研究領域,近年來取得了一批重大成果。


  謝心澄院士介紹他的團隊研究“拓撲半金屬中的三維量子霍爾效應”:“我們研究了外爾半金屬中的三維量子霍爾效應,并闡明了邊緣態的完整圖像。我們的工作,揭示了外爾半金屬中三維量子霍爾效應的新穎邊緣態的本質?!?/p>


  “竊聽不動,量子直通!”清華大學龍桂魯教授的團隊報告了他們的量子直接通信研究進展,“量子直接通信是我們在2000年原創性提出的阻止竊聽的新型量子保密通信技術,直接利用量子態傳輸秘密信息。北京量子院、清華大學聯合團隊最近成功研制了實用化的量子直接通信樣機,實現了10公里光纖4kbps的量子直接通信?!?/p>


  量子科技是重大顛覆性技術創新,很多人對量子科技的原理和應用不了解,表示懷疑。常凱院士介紹:“以半導體量子結構的自旋軌道耦合效應為例,在過去20年中展現了許多新奇的物理現象,并部分實現了器件應用。它不僅具有重要的應用價值,同時也是探索量子效應的絕佳實驗平臺,它可以把維度效應(或稱納米結構)、關聯效應和能帶拓撲性質結合起來,研究這些效應相互影響導致的新量子相和量子效應?!?/p>


  量子計算研究有哪些進展


  量子科技發展突飛猛進,成為新一輪科技革命和產業變革的前沿領域,量子計算機更是各國科學家研發的熱點,中國的量子科學家在這方面的研究也取得了進展。


  北京大學王健教授介紹:“近年來,量子計算機的研制已成為量子科技前沿的焦點和量子超越的核心方向。當前量子計算研究的核心難題是量子比特很難規?;財U展。探索對環境擾動不敏感的拓撲量子計算,就成為解決這一困境的重要途徑。我們的研究組與合作者在高溫超導薄膜表面有新發現,首次揭示了二維高溫超導體中的一類拓撲線缺陷端點處的零能激發,將馬約拉納零能模和拓撲量子比特的研究溫度提升了一個數量級,具有單一材料、較高工作溫度和零外加磁場等優勢,為進一步實現可應用的拓撲量子比特提供了一種方案?!?/p>


  中科院物理所研究員范桁說:“超導量子計算發展迅速,由于其高可擴展性,是科研機構和高科技公司主要采用的量子計算技術路線之一。我們最近關于超導量子計算的研究取得系列進展,包括超導量子模擬多體物理,量子機器學習,多比特量子態制備等。目前國內外團隊瞄準低噪音中等規模量子計算這個目標,預計今后幾年會涌現出系列成果,而在中短期內實現超導量子計算應用方面的正反饋,將可支持量子計算的持續發展,最終實現量子計算從科學研究到實用化的跨越?!?/p>


  北京量子院副研究員裴天介紹:“要構建包含百千萬物理比特的通用量子計算機,現有的技術和體系很難在設計、工藝以及運行環境的兼容性上同時滿足要求。使用量子點束縛電子作為量子比特的載體早在22年前就被提出,隨著加工和生長技術的進步,此方向近年來取得了快速發展。通過使用核自旋為0的四族材料可以基本消除材料中磁噪聲的干擾,從而獲得高性能的自旋量子比特。與傳統集成電路高度兼容、可工作在較高溫度等特性,使得此方案在構建通用量子計算機方面極具潛力?!?/p>