今年，是量子科学与技术的又一个丰收年，学术研究团体和科技公司纷纷庆祝在量子计算、量子通信和量子计量学以及基础量子科学方面取得的重大成就。面对如此多令人兴奋的进展，我们不能不为这些进展庆祝——而所有这些的一切，都离不开奋斗在一线的量子工作者们。事业发展，要在创新；创新之道，唯在得人。如今，量子科技事业取得的历史性成就，是一位又一位科学家们前赴后继、接续奋斗的结果。这份名单并不全面，只是阐述了光子盒团队根据本年度技术进展、行业影响、团队规模等因素，整理并列举的2023年量子科技年度十大人物（团队）。此次排名不分先后，如果读到本文的你心中有更多想要致敬的科学家们，也欢迎在评论区留下自己的意见！2023年3月，量子物理学家米哈伊尔·卢金（Mikhail Lukin）被任命为哈佛大学教授——这是哈佛大学的最高教职。卢金曾在莫斯科物理技术学院学习物理和应用数学，1998年进入德克萨斯农工大学攻读博士学位，2001年进入哈佛大学攻读博士学位。目前在哈佛，卢金领导着哈佛科学与工程量子计划（Harvard Quantum Initiative in Science and Engineering）、哈佛-麻省理工学院超冷原子中心（Harvard-MIT Center for Ultracold Atoms）以及他的研究实验室卢金小组（Lukin Group）。他是将量子光学应用于量子计算的先驱之一，工作重点是量子光学和原子物理学，涉及量子系统中光子、电子和原子的控制。他的研究还涉及量子信息科学——量子力学在计算机科学和信息科学中的应用。“我们正试图制造新型量子机器，并了解是否以及如何利用它们来推动前沿科学前沿和解决现实世界的实际问题，这是科学和工程领域最令人兴奋的领域之一。在哈佛， 我寻找最优秀的人才，让他们继续努力。”迄今为止，他（以及团队）已经发表了400多篇论文，并获得了许多著名的国际奖项。今年12月，他的团队在《自然》杂志上发表了一篇值得关注的论文，同QuEra、美国国防高级研究计划局 (DARPA)的研究组联合，制造出了一台量子计算机，它拥有有史以来数量最多的逻辑量子比特：将280个物理比特转化为48个逻辑比特，这使得新设备有可能成为迈向实用量子计算的重要一步。与标准量子比特不同，逻辑量子比特能够更好地进行计算而不受错误的影响。“拥有这么多逻辑量子比特是件大事。”即使是初始化逻辑量子比特的过程，也显示了其潜在的好处。通过选择后来的测量结果显示没有错误迹象的实例，初始化的保真度达到了99.9%以上，远高于单个硬件量子位初始化的成功率（99.3%）。这些结果预示着早期纠错量子计算的到来，并为大规模逻辑处理器的发展指明了道路。对于未来，“也许量子计算机永远无法进行经典意义上的计算”。面对采访时，卢金调皮地说：“一开始，这种量子机器可能会解决一些对每个人来说似乎并不重要的问题。你可以观察多粒子系统中的量子相变，或者探索所谓的格点规范理论，这些都是重要的基础课题。”“但有些系统还可以用作高灵敏度传感器，石墨烯等材料也可以得到更好的研究，甚至可以观察到单个分子。物理学家甚至可以学习理解复杂的物理现象，如超导或磁性，当较小的系统变成较大的系统时，以及在某些情况下，材料突然变得有磁性或能够无损耗地导电时，物理学家甚至可以学习理解复杂的物理现象，如超导或磁性。”对于物理学家来说，这些都是里程碑式的成就，还不是大家所期望的量子计算机。但它们是迈向新时代的巨大进步——卢金在年轻的学生时代就已经感觉到这个时代的来临。追溯中国量子科技的发展历史，郭光灿最早开展量子信息领域的研究，也是最先取得成果的。从20世纪80年代开始，郭光灿便率先在中国扛起量子研究的大旗，在这片量子光学和量子信息学发展还很贫瘠的土地上“开荒”、“耕耘”。1981-1983年，郭光灿被公派到加拿大访问学习。在多伦多大学他才发现，国际学术界开展量子光学研究已20多年。回国后，郭光灿开始计划并实施推广量子光学，中国的量子光学研究终于开始蹒跚起步，为后来我国在量子信息技术上取得多项世界领先成就打下了基础。2003年，61岁的郭光灿当选中科院院士，荣获国家自然科学二等奖、何梁何利奖。郭光灿是国内最早研究量子光学的科学家，也走的光量子路线。2008年，郭光灿团队首次证明了量子信道私密容量不可加性，解决了10多年悬而未决的难题，完成了量子信道三种容量不可加的“三部曲”。如今，已是耄耋之年的郭光灿院士仍奋斗在量子前线、致力于推动行业的更多发展。2023年，郭光灿院士团队李传锋、许金时、王俊峰等与中科院合肥物质科学研究院固体物理研究所高压团队研究员刘晓迪等合作，在国际上首次实现了基于碳化硅中硅空位色心的高压原位磁探测——该技术在高压量子精密测量领域具有重要意义。团队郭国平教授、李海欧教授等人与南科大量子科学与工程研究院黄培豪助理研究员、中科院物理研究所张建军研究员以及本源量子计算有限公司合作，在硅基锗量子点中实现了自旋量子比特操控速率的电场调控，以及自旋翻转速率超过1.2 GHz的自旋量子比特超快操控。团队胡晓敏、郭钰、柳必恒、李传峰等也在Nature Reviews Physics上发表综述文章中，讨论了自2015年以来在量子隐形传态方面的进展、剩余的挑战和未来的机会。……现在，郭光灿逐渐将重点放在培养学生上。在他的团队中，不仅有成为院士的段路明，还有韩正甫、郑仕标、郭国平、周正威、张永生、史保森、李科、周宗权、孙方稳、黄运锋、董春华……很多能够独当一面的后起之秀，在成长中都得到了郭光灿不计回报的支持。郭光灿正带领一众年轻人在不同的将领域冲锋陷阵，将创新的种子将持续播撒，推动着量子生态的生机勃勃。潘建伟院士无疑是量子物理研究的顶尖科学家。2006年，首次实现了两光子复合系统量子隐形传态;2008年，首次实现了光子比特与原子比特间的量子隐形传态。在实用化方面，2007年潘建伟团队实现了诱骗态QKD实验，通信距离超过了100km，2009年又将诱骗态QKD实验的通信距离扩大到了200km。2023年7月12日，一项“51个超导量子比特簇态制备和验证”的成果在国际学术期刊《自然》杂志在线发表。这项由中国科学院量子信息与量子科技创新研究院与北京大学合作研究团队完成的研究成果，刷新了所有物理体系中纠缠比特数目纪录，为基于测量的量子计算方案走向实用奠定了基础。距此不久前，由来自中国科大、清华大学、济南量子技术研究院、中国科学院上海微系统所等的中国科学家通过合作，实现了千公里光纤点对点远距离量子密钥分发，创下了光纤无中继量子密钥分发距离的世界纪录，为城际量子通信高速率主干链路提供了方案。今年10月，潘建伟团队成功研发255个光子的“九章三号”量子计算原型机，其处理高斯玻色取样速度比“九章二号”提升一百万倍，求解特定问题比超算快一亿亿倍，刷新世界纪录潘建伟曾表示，中国科学院在北京、上海、合肥等地，拥有多个开展量子科技各项研发的团队和力量。而通过成立创新院，能够让不同单位、具有不同学科背景和专业知识的人或团队，能够很好地协同创新。在中国量子信息科技前进的路上，年轻的科学家，一直被“大胆启用”，直到成为主导力量。“墨子号”量子科学实验卫星在2011年12月进入工程研制阶段时，担任首席科学家的潘建伟，41岁；担任卫星系统副总设计师之一的彭承志，35岁。彭承志还记得，“墨子号”的原理性实验开始于2003年。当时团队想做一下量子科学实验卫星的可行性验证：量子纠缠能不能穿过大气层？“潘老师觉得，量子通信的基本原理已经比较清楚，就想让我去做量子保密通信的工程实现。”当时，彭承志刚满27岁，而且他原本是学电子学的。潘建伟把他叫来委以重任：“你工程能力强，大胆去试试。”并建议他“可以去大蜀山去做”。2013年，陆朝阳31岁。这年，陆朝阳跟着潘建伟去了一趟德国。回国后，他开始着手光量子计算方面的研究。经过7年的努力，陆朝阳作为主要完成人之一，成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”，使我国成为首个在光量子体系实现“量子计算优越性”里程碑的国家。“我们对年轻人的态度就是，只要年轻人能干、愿意干，就放手让他们去干。”潘建伟说：“在摸爬滚打的实践中，年轻人得到了成长。”与此同时，潘建伟也一直鼓励学科交叉。赵博2001年7月毕业于中国科学技术大学近代物理系，一直到博士毕业、博士后出站，一直做理论物理方面的研究。2012年回国后，正赶上团队认识到“超冷量子化学”的机理研究正在蓬勃发展、非常重要，就被潘建伟告知“你可能需要转一下行”。赵博二话没说，一头扎进这个领域，一钻就是七八年。如今，他带领的小组开始陆陆续续在 Nature、Science 发论文，逐渐在国际超冷量子化学领域崭露头角。“人才培养，就是为国养才。国家有需要，我们就可以通过提拔年轻人、敢于交叉与协同合作，去取得前沿方向的突破。”潘建伟说，这是“我们非常自豪的一个经验”。“一系列举措，就是为了解决人才培养与队伍建设的问题，希望能够产生世界级大师，推动领军人才的培养。”潘建伟说，经过 10 年努力，我国在量子科技领域方面已形成了一支体量适度、学科均衡的人才队伍，“基本能满足现阶段量子科技发展的需要”。肖尔(Shor)算法将使未来的量子计算机能够快速计算大量数字，从而破坏许多在线安全协议。现在，一位研究人员展示了如何以更快的速度实现这一目标。这一成果的影响远远超出了数学范畴。当时，互联网安全的一个重要组成部分——公钥密码学，依赖于这样一个假设：将大数分解成素数在计算上非常困难，实际上是不可能的。这一假设至今仍是一些关键协议的基础。肖尔的算法表明，在一个拥有强大量子计算机的世界里，这一算法将严重失效。在过去的30年里，计算机科学家们对肖尔算法进行了精简，以迎接量子技术成熟到足以运行该算法的那一天。但是，纽约大学计算机科学家奥德·雷杰夫(Oded Regev)提出的一种新变体从根本上加快了这一进程：它首次改进了因式分解数字的大小与因式分解所需的量子运算次数之间的关系。雷杰夫开发新算法的方法是，利用密码学分支中处理高维几何的技术来增强肖尔的算法，可以大大减少超大型数字因数分解所需的门数或逻辑步骤。原则上，它可以让更小的量子计算机找出加密密钥，或者让更大的机器更快地解码加密密钥。雷杰夫通过技术细节将算法推广到任意维数，而不仅仅是两个维数，但他的初步结果并不令人鼓舞。要计算多个维度的周期函数，量子计算机仍然需要将许多数字相乘。每个数字不需要像在一维情况下那样被相乘很多次，但有更多不同的数字需要相乘。总之，这是30年来肖尔算法的首次实质性改进：“没有人真正成功过，他们都只是改进了一点点。”几十年来，物理学家们一直在努力发展引力的量子理论。但是，如果引力和时空从根本上都是经典的呢？近一个世纪以来，理论家们一直试图通过量子化万有引力，或根据量子力学规则雕刻万有引力，来创建一个统一的理论。他们仍然没有成功。今年，伦敦大学学院（University College London）的乔纳森·奥本海姆（Jonathan Oppenheim）主持了一个探索后量子替代方案的项目，他怀疑这是因为引力根本无法被挤进量子盒子里。他认为，也许我们认为引力必须量子化的假设是错误的。他说：“这种观点根深蒂固，但没人知道真相是什么。”量子量子理论基于概率而非确定性。例如，当你测量一个量子粒子时，你无法准确预测会在哪里发现它，但你可以预测它在某个特定位置被发现的可能性。更重要的是，你对粒子的位置越确定，对它的动量就越不确定。20世纪以来，物理学家逐渐利用这一框架来理解电磁学和其他力。但当他们试图量化引力时，却遇到了不自然的无限性，不得不用笨拙的数学技巧来回避。出现这些问题是因为引力是时空本身的结果，而不是作用在时空之上的东西。因此，如果引力是量子化的，那就意味着时空也是量子化的。但这是行不通的，因为量子理论只有在经典时空背景下才有意义——你无法在不确定的基础上添加和演化量子态。为了解决这一深刻的概念冲突，大多数理论家转向弦理论，认为物质和时空来自微小的振动弦；一小部分人则转向圈量子引力，用一个环环相扣的网络取代了爱因斯坦广义相对论中平滑的时空。在这两种理论中，我们熟悉的经典世界都是从这些基本量子构件中产生的。奥本海姆最初是一位弦理论家，而弦理论家相信量子力学的首要地位。但他很快就对同行们为解决现代物理学中最臭名昭著的问题之一——黑洞信息悖论，而进行的精心设计的数学杂技表演感到不舒服。今年12月，奥本海姆团队同时发表了两篇论文，宣布了一种既能统一引力和量子力学，又能保留爱因斯坦经典时空概念的“激进”理论。该理论被称为“经典引力的后量子理论”（post quantum theory of classical gravity），它不是修改时空，而是修改量子理论，预测由时空本身介导的可预测性的内在崩溃。这导致了时空中随机而剧烈的波动，这种波动比量子理论所设想的要大，从而使物体的表面重量变得不可预测，如果测量足够精确的话。对于此次试验成果，奥本海姆教授表示：“时空应该被量子化，还是我们应该修改量子理论，抑或是完全另辟蹊径？现在我们有了一个一致的基本理论，在这个理论中，时空不会被量子化，这谁也说不准。”“甚至，我的猜测是，下一个万有引力理论将既不是完全经典的，也不是完全量子的，而是完全不同的。”下一步，真正的检验在于其与实验数据的一致性。对这些模型更具决定性的经验测试可能来自于通过实验确定引力场是否经典的提议。俞大鹏，无机非金属材料领域专家，中国科学院院士、深圳国际量子研究院院长、南方科技大学讲席教授。俞大鹏院士长期从事低维纳米结构物理研究，是半导体量子线等低维量子材料的规模制备和物理性质表征研究方面的国际先驱。2016年，俞大鹏教授全职到南方科技大学工作，致力于量子科技研究平台与队伍的建设。刚来到南科大，俞大鹏就马上组建团队，申报广东省“珠江人才计划”引进创新创业团队项目，作为带头人，他代表南方科技大学量子科学与工程团队参加答辩，最后拿下 2000 万元的科研基金，并把自己的奖金部分给了其他团队成员。“我想在南科大做以前从来没做过的事情。”怀揣一颗对科研的童心，俞大鹏以“归零”的心态从首都来到鹏城开始二次创业，扎根南科大。俞大鹏的太太作为研究团队的主力，与他一同来到南科大，夫妻二人并肩前行，共同投身到创业中。“在建立量子科学与工程研究院的过程中，我真正感受到深圳速度和深圳效率。”俞大鹏由衷感叹，从设想到挂牌，成立研究院前后仅用了一年的时间，这在其他城市可能很难实现。如今，深圳量子院已经中全球吸引了国际化、年轻化的量子科技人才超过300人，引领量子物态与新兴量子材料、量子模拟与量子计算、量子精密测量和量子工程应用等方向的南方布局研究，为量子计算提供核心关键“根技术”。近十几年来，俞大鹏的研究重心集中在对单根纳米线、单体量子结构的光电力热磁等物理性质的精确量子调控上，其领导的研究团队对纳米线、石墨烯等单个微观结构的光电力热磁等物理性质的操控能力达到了新的高度。今年3月，南方科大团队在俞大鹏院士的带领下，深圳量子研究院超导实验室的助理研究员徐源课题组联合福州大学郑仕标教授、清华大学孙麓岩教授等团队攻坚克难，通过对微波腔中的离散变量光子量子比特进行实时反馈校正，证明了超过QEC的盈亏平衡点。——这也是国际上首次通过主动的重复错误探测和纠错过程实现延长量子信息的存储时间超越盈亏平衡点，具有里程碑式的重要意义。利用两个单一物质系统制造的功能网络节点，能够在电信网络的标准频率下与光子产生纠缠，并进行纠缠交换操作。今年5月，由因斯布鲁克大学本·兰尼恩（Ben Lanyon）领导的量子物理学家成功建造了一个用于电信网络标准波长的量子中继器节点，并将量子信息传输了数十公里——这是一个由两个单一物质系统制成的功能网络节点，可与电信网络标准频率的光子产生纠缠并进行纠缠交换操作。中继器节点由两个钙离子组成，这两个钙离子被俘获在光学谐振器内的离子阱中，并被转换成电信波长的单光子。因此，科学家们演示了在50公里长的光纤上传输量子信息，量子中继器正好位于起点和终点的中间。——这是向分布式量子网络迈出的一步，分布式量子网络在计算、通信安全和原子钟领域都有近期应用。研究人员还计算出，如果要实现800公里以上的传输，需要对这一设计进行哪些改进，才能将因斯布鲁克与维也纳连接起来。兰尼恩的研究重点是研究分布式和多体系统中的量子现象及其对科学和技术的影响；实验方法是开发光（光子）与物质（捕获原子离子）量子态的接口技术，并利用它们来构建光物质量子网络。本·兰尼恩量子计算机的捕获离子室由钛制成，镀有黄金，并用蓝宝石粘合。它利用电场将带电的钙原子（称为离子）悬浮起来，并用激光操纵它们的量子态。现在，实验室内的研究人员已经将这一系统放大到可以捕获数十个离子，并利用它们的量子态作为量子比特。但要将这种系统直接扩展到执行某些应用所需的数千或数百万个量子比特，还没有任何途径。展望未来，“将原子纠缠在100公里的距离上将是非常有意义的。到维也纳只需六步，到巴黎也只需十步。”兰尼恩说。去年11月，美国光学学会宣布了2023年度新当选的109位会士名单。北京量子信息科学研究院首席科学家袁之良因“在量子保密通信领域杰出和持续的贡献”而赫然在列。袁之良长期致力于高速光纤量子密钥系统研究，曾先后演示了世界上第一个百公里（2003）、第一个兆比特(2008)、第一个十兆比特和第一次突破600公里（2020）量子密钥分发系统。其他代表性成果主要有：首次演示单光子发光二极管（2001），自差分单光子探测器（2006），直接相位调制量子通信用光源（2015）和量子密钥双场协议（2017）。相关研究成果在Nature, Nature Photonics和Science等国际知名期刊上已发表论文130余篇。2021年4月，以研发高速光纤量子密钥系统而闻名的袁之良回国，全职加入北京量子院，领导光量子通信与器件团队从事量子通信核心技术和关键器件的研发，提出并实现世界首个无需光频异地传输的双场量子密钥分发技术，实现了600km新型双场量子密钥分发系统。今年2月，袁之良团队首创量子密钥分发开放式新架构，采用光频梳技术，成功实现了615公里光纤量子通信。要知道，在此之前，已有多支国内外量子科研团队实现了500公里以上的量子密钥分发。但通信双方相隔如此之远，需要在两地连通第二条“光路”——服务光纤，保证两处激光源同频，形成闭环结构。但这个结构要搭建双倍长度的光纤，不论是从成本还是系统运行维护的角度，都存在诸多不便。新架构在确保量子通信安全性的同时，能大幅降低系统建设成本，为我国建设多节点广域量子网络奠定了基础。她是一位屡获殊荣的科学家，是2018年澳大利亚年度人物，也是今年阿奇博尔德奖（Archibald Prize）的肖像主题人物。今年10月，量子物理学家米歇尔·西蒙斯（Michelle Simmons AO）获得了25万美元的总理科学奖，以表彰她开创了原子电子学领域，并将量子计算的新方法商业化。西蒙斯教授是悉尼新南威尔士大学澳大利亚研究理事会量子计算与通信技术卓越中心（ARC Centre of Excellence for Quantum Computation and Communication Technology）的主任，同时也是硅量子计算公司（Silicon Quantum Computing，SQC）的首席执行官。她的团队一直在将一种利用原子级元件构建量子计算机的新方法商业化。去年，SQC宣布推出世界上第一个在原子尺度上制造的量子集成电路(量子处理器)，并利用该处理器首次解决了理查德·费曼在63年前提出的难题。西蒙斯教授说：“我们采用了单原子晶体管，然后制造出了第一块集成电路，其中所有元件都是以原子精度制造的。这是全球独一无二的。世界上没有其他人……能够以这种精度进行制造。”西蒙斯教授说，她的团队正在对原子信息进行大规模编码，目标是到2028年制造出第一台商业上有用的量子计算机。她补充说，能够自动纠正系统中出现的错误的量子计算机将在2030年至2035年之间准备就绪。“有60种不同的量子算法，从物流到搜索优化、金融市场分析、机器学习、催化剂设计、药物设计、飞机设计、供应链管理，应有尽有。应用领域实在是太多了。除此之外，西蒙斯教授还是2017年欧莱雅-教科文组织“科学女性奖”（L’Oreal-UNESCO Women in Science award）的获得者，她认为更多女性的参与将使科学受益匪浅：女科学家往往被低估，但西蒙斯从不认为自己是领导者。她自认性格内向，她说，超越自己的怀疑——对自己工作和能力的怀疑，是她取得科学成就的强大动力。“我肯定知道，团队中有女性会让团队表现得与众不同，而且是以一种相当积极的方式。尤其是在我们这样一个技术上面临诸多挑战的领域，思想的多样性实际上是至关重要的。”在本文的最后列举这样一位饱受争议的热点人物，是对贯穿2023年全年的“室温超导”热点的一次总结：这场科技热搜的发展甚至有一点荒谬，却也是科学家们挑战未知、开拓创新的征程写照。“我要首次介绍一种新材料”。今年早些时候，在拉斯维加斯举行的美国物理学会三月会议上，凝聚态物理学家兰加·迪亚斯(Ranga Dias)对着座无虚席的会议室如是说。这种材料就是掺氮的氢化镥(Lu-N-H)，迪亚斯接着描述了测量结果，声称已经看到了在1GPa的压力下，294K(20 °C)的显著超导性证据。位于美国罗切斯特大学的迪亚斯声称已观察到许多超导现象，如电阻在特定转变温度下降至零，以及材料释放磁场线。他和同事们还测量了样品的比热，结果表明在转变温度下会出现特征性反应。这一发现似乎标志着凝聚态物理学长达一个世纪的探索达到了顶峰：寻找环境条件下的超导材料。室温超导体是圣杯，为从超高效能源网到需要强力磁铁的医疗应用等广泛应用带来了希望。但迪亚斯的研究成果，并非像宣传的那样。今年11月，《自然》（Nature）撤回了这篇有争议的论文，该论文声称发现了一种超导体：一种能够在室温和相对较低的压力下工作的零电阻电流携带材料。撤稿通知全文指出，撤稿是由八位合著者提出的。撤稿通知称：“作为参与这项工作的研究人员，他们认为已发表的论文没有准确反映所研究材料的来源、所进行的实验测量以及所应用的数据处理协议”，并补充说，这些共同作者 “认为这些问题破坏了已发表论文的完整性”。目前，迪亚斯的所属单位罗切斯特大学正就相关工作的完整性展开调查，正由外部专家审查。关于迪亚斯的研究小组将会发生什么还不得而知。尽管存在这些问题，有关超导的工作仍在不断取得进展。当下，寻找在室温下稳定且可大规模生产的超导材料是一个重要的研究方向。目前的室温超导体需要极高的压力，限制了其实际应用；如何在常压或较低压力下实现室温超导也是主要的技术挑战。在这一领域，理论和实验经常相互挑战，我们对可能发生的事情的期望经常受到观察结果的质疑。虽然公众的兴趣无疑会暂时消退，但前沿科技的发展将持续前行。这些的一切，都离不开奋斗在一线的科研工作者们。不止本文中列举的学者们，今年，Atom Computing、IBM团队推出了各自首款1000+量子比特处理器；谷歌、IBM团队在纠错领域取得突破性进展；美国物理学会(APS)量子计算奖颁发给了Nathalie de Leon——这是该奖项首次颁发给女性科学家；巴克利奖70年来首次花落中国科学院院士、清华大学教授南方科技大学校长薛其坤……量子社区的发展已愈加包容、成熟。面向世界前沿，随着全球更多国家号召量子战略、布局量子产业、鼓励科技创新，我们相信，下一个十年，量子领域必将桃李满天下。
