由人力資源社會保障部、北京市政府主辦的“量子科技學術(shù)前沿專家創(chuàng)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(tài)調(diào)控、量子計算與模擬技術(shù)、量子網(wǎng)絡(luò)與量子信息系統(tǒng)技術(shù)等方面分享了量子科技前沿的新進展，研討了量子科技發(fā)展的新思路。

我國在量子科技若干領(lǐng)域處于國際引領(lǐng)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(gòu)和人才隊伍。薛其坤院士介紹，2017年底，北京市聯(lián)合中國科學院、清華大學、北京大學等國內(nèi)頂尖高校和科研機構(gòu)，成立了北京量子院。

“圍繞量子科技前沿方向，北京已經(jīng)聚集了一大批量子科技領(lǐng)域的高精尖人才。”北京量子院成立三年來，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(shè)，我國在若干領(lǐng)域已處于國際引領(lǐng)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(tài)、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(chuàng)性基礎(chǔ)研究。”

在量子科技領(lǐng)域取得一大批原創(chuàng)性成果

我國科學家在量子科技若干領(lǐng)域處于國際引領(lǐng)位置，特別是基礎(chǔ)研究領(lǐng)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(tài)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(tài)的本質(zhì)。”

“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(chuàng)性提出的阻止竊聽的新型量子保密通信技術(shù)，直接利用量子態(tài)傳輸秘密信息。北京量子院、清華大學聯(lián)合團隊最近成功研制了實用化的量子直接通信樣機，實現(xiàn)了10公里光纖4kbps的量子直接通信。”

量子科技是重大顛覆性技術(shù)創(chuàng)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(jié)構(gòu)的自旋軌道耦合效應為例，在過去20年中展現(xiàn)了許多新奇的物理現(xiàn)象，并部分實現(xiàn)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(jié)構(gòu)）、關(guān)聯(lián)效應和能帶拓撲性質(zhì)結(jié)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。”

量子計算研究有哪些進展

量子科技發(fā)展突飛猛進，成為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的前沿領(lǐng)域，量子計算機更是各國科學家研發(fā)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(guī)模化地擴展。探索對環(huán)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(fā)現(xiàn)，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(fā)，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(shù)量級，具有單一材料、較高工作溫度和零外加磁場等優(yōu)勢，為進一步實現(xiàn)可應用的拓撲量子比特提供了一種方案。”

中科院物理所研究員范桁說：“超導量子計算發(fā)展迅速，由于其高可擴展性，是科研機構(gòu)和高科技公司主要采用的量子計算技術(shù)路線之一。我們最近關(guān)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(tài)制備等。目前國內(nèi)外團隊瞄準低噪音中等規(guī)模量子計算這個目標，預計今后幾年會涌現(xiàn)出系列成果，而在中短期內(nèi)實現(xiàn)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(xù)發(fā)展，最終實現(xiàn)量子計算從科學研究到實用化的跨越。”

北京量子院副研究員裴天介紹：“要構(gòu)建包含百千萬物理比特的通用量子計算機，現(xiàn)有的技術(shù)和體系很難在設(shè)計、工藝以及運行環(huán)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(shù)的進步，此方向近年來取得了快速發(fā)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(tǒng)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(gòu)建通用量子計算機方面極具潛力。”
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