【科技突破】

硅衬底上外延生长的全氮化物超导量子比特

超导量子比特通常采用Al/AlOx/Al约瑟夫森结构成，用氮化物做约瑟夫森结可以提高其化学稳定性，采用外延生长的氮化物作为隧道层时，可以实现更高的质量和更大的超导能隙，因此两能级系统和准粒子等损耗更小。然而采用AlN做隧道层时，其压电效应会引起声子损耗，为了晶格匹配要用MgO衬底，则又造成衬底损耗很大。

近日，日本国立情报通信研究机构的研究人员用硅衬底，先生长一层TiN做缓冲层，用三层膜工艺实现了高质量的NbN/AlN/NbN结，并制备了C-shunt磁通量子比特。该比特在6.61GHz的sweet spot上，平均弛豫时间T1有16.3微秒，自旋回波相干时间T2有21.5微秒，比之前MgO衬底上的量子比特相干时间高一个数量级，能够和AlOx约瑟夫森结量子比特相干特性可比，而且T1随时间推移更稳定，说明准粒子的影响较小。

这种长相干时间的全氮化物隧道结量子比特，将有望用于实现大规模超导量子电路，虽然与当前高性能的AlOx结型量子比特还有些许差距，但其性能也还有进一步提升的空间。
论文信息：https://arxiv.org/abs/2103.07711

新成果，RSA-2048告急，耗时177天用13436个量子比特可解

今日，研究者在arxiv上发布预印本，称用13436个量子比特和一个多模内存，可在177天内对2048-RSA整数进行分解。超导量子比特是实现量子计算机的最先进技术路线，标准的架构是在二维网格中铺设超导量子比特，只用相邻相互作用来进行计算。然而，最新表明，采用这种架构的各种量子算法的容错实现将需要数百万个物理量子比特[1]。这些性能分析自然而然地提出了一个更好地利用超导量子比特潜力的架构问题。研究者意识到，关键量子算法大多是顺序的，这意味着在这种架构中，人们可能只需要一个小的计算块来存储单元中的所有量子比特。正在进行的实验工作旨在利用这一思想，通过增加一个用自旋或原子实现的量子存储器来减少量子计算标准方法中的超导量子比特数量。然而，目前还缺少对这种混合架构性能的详细分析。该研究分析了一种结合小型处理器和存储单元的量子计算机架构的性能。 通过专注整数因子化，使用最近邻连接的平面网格的标准架构相比，处理量子比特的数量减少了几个数量级。这是通过利用时空复用存储器来存储处理步骤之间的量子比特状态来实现的。

   

具体来说，对于一个特征的物理门错误率为10^-3，处理器周期时间为1微秒的情况下，用13436个物理量子比特和一个存储时间为2小时的多模存储器制成的处理器，在177天内对一个2048位RSA整数进行分解成为可能。

论文：[1]https://arxiv.org/pdf/2103.06159.pdf

首个超越经典算法的寻找MIS近似解的量子算法

美国石溪大学的余泓烨，麻省理工的教授和李政道研究所的所长维尔切克，与北京大学吴飙教授合作，提出了一个寻找MIS近似解的量子算法，这是首个提出超越经典算法的寻找最大独立集近似解的量子算法。

分子量子比特的自旋相干时间突破到毫秒量级

中科大研究团队首次将分子量子比特的相干时间延长到1毫秒，向分子量子比特应用于量子计算领域前进，且还可应用于磁性生物医学成像和量子精密测量等领域。可扩展量子计算的里程碑，量子点成为量子计算“拉锯战”中新的佼佼者中央处理器(CPU)是计算机的核心，通过使用半导体技术构建，这种技术允许在一个芯片上放置数十亿个晶体管。现在，QuTech的研究人员已经证明，半导体技术可以用来构建一个二维量子比特阵列，作为量子处理器。

这项工作是可扩展量子技术的重要里程碑，研究成果以“A four-qubit germanium quantumprocessor”(4量子比特的锗量子处理器)为题，发表在《Nature》杂志上[2]。量子点量子比特有望成为一种可扩展的途径，因为它们可以使用标准的半导体制造技术来定义。领导QuTech此次工作的Menno Veldhorst表示，把4个这样的量子比特放入一个2x2的网格中，并对所有量子比特进行控制，然后通过量子线路纠缠所有的量子比特，完成所有的操作后，我们就向可扩展量子计算迈出了重要的一步。

重大发现！光纤可用于超导量子比特通信

美国国家标准与技术研究院（NIST）提出，制造具有巨大处理能力的超导量子计算机的秘密可能是一种普通的电信技术——光纤。NIST的物理学家使用光纤代替金属电线来测量和控制了超导量子比特，为实现一百万量子比特铺平了道路。论文发表于3月24日的Nature。超导电路是制造量子计算机的领先技术，因为它们可靠且易于大规模生产。但这些电路必须在低温下工作，并且将它们连接到室温电子设备的方案很复杂，容易使量子比特过热。一台能够解决任何类型问题的通用量子计算机，预计需要大约100万个量子比特，传统的超低温稀释制冷机使用金属布线最多只能支持数千个量子比特。 光纤是电信网络的主干，它有一个玻璃或塑料芯，可以在不导热的情况下传输大量光信号。但是超导量子计算机使用微波脉冲来存储和处理信息。因此光需要精确地转换成微波。 为了解决这个问题，NIST的研究人员将这种光纤与其他一些标准组件结合起来，这些组件可以在单个粒子或光子的水平上转换、传输和测量光，然后光子就可以很容易地转换成微波。这个系统和金属布线一样工作，并保持了量子比特脆弱的量子态。NIST物理学家John Teufel说:“我认为这一进展将产生巨大影响，因为它结合了光子和超导量子比特这两种完全不同的技术，来解决一个非常重要的问题。光纤也能以比传统电缆小得多的体积传输更多的数据。”

 

NIST物理学家使用光纤(用白色箭头表示)来测量和控制超导量子比特，而不是低温恒温器内所示的14根金属电缆。通过使用光纤，研究人员可以将100万个量子比特装入量子计算机，而不仅仅是几千个。研究人员设想了一种量子处理器，其中光纤中的光在量子比特之间传输信号，每根光纤都有能力在量子比特之间传输数千个信号。
 文章链接：https://www.nist.gov/news-events/news/2021/03/optical-fiber-could-boost-power-superconducting-quantum-computers

量子计算机将终结经典计算机的量子模拟？霍尼韦尔：最快18个月

霍尼韦尔预计，随着量子计算在未来18到24个月内的不断进步，使用传统计算平台来模拟量子计算应用将会终结。根据德勤（Deloitte）发布的《量子技术与国家安全指南》将量子计算的发展分为三个阶段，即模拟量子计算机、含噪中型量子（NISQ）计算机、完全纠错的量子计算机。使用经典计算机进行量子模拟属于第一阶段，霍尼韦尔认为，最快18个月后，第一阶段将成为历史。

 

霍尼韦尔的SystemModel H1现在已经将其性能能力提高了四倍，成为第一台达到512量子体积的商用量子计算机。确定量子体积需要进行一系列复杂的统计测试，这些测试受到量子比特数量、错误率、量子比特连接性和量子比特之间串扰的影响。这种方法对量子计算机的处理能力提供了更准确的评估，而不仅仅是简单地计算可以使用的量子比特数量。
Uttley说：“量子计算实现其全部承诺可能还需要一段时间，尽管量子系统的工作方式可能还没有被广泛理解，但现在已经没有回头路了。”

文章链接：

https://venturebeat.com/2021/03/29/honeywell-says-quantum-computers-will-outpace-standard-verification-in-18-to-24-months/

首次在私营部门安装量子计算机！IBM与百年医学中心达成10年合作

克利夫兰诊所（ClevelandClinic）是全美第二的医学中心，已有百年历史。当地时间3月30日，克利夫兰诊所和IBM宣布了一项为期10年的合作计划，以建立一个Discovery Accelerator，这是克利夫兰诊所和IBM的联合中心，目标是使用混合高性能云计算、人工智能和量子计算技术，从根本上加快医疗保健和生命科学领域的发现速度。

  预计此次合作将建立一个强大的研究和临床基础架构，以道德和隐私保护的方式增强大数据医学研究能力，为患者护理提供新的发现，并以新的方式应对公共卫生威胁，如COVID-19大流行。 研究人员计划通过Discovery Accelerator使用先进的计算技术来生成和分析数据，帮助加强克利夫兰诊所新成立的全球病原体研究与人类健康中心的研究，这些领域包括：基因组学、单细胞转录组学、人群健康、临床应用以及化学和药物发现。IBM计划在2023年推出其首个下一代1000+量子比特量子系统，届时，克利夫兰诊所也将成为首个部署该系统的私营部门原文链接：https://newsroom.clevelandclinic.org/2021/03/30/cleveland-clinic-and-ibm-unveil-landmark-10-year-partnership-to-accelerate-discovery-in-healthcare-and-life-sciences/