量子快报（81）| 中国科学技术大学潘建伟院士、彭承志教授研究团队：基于微纳卫星的实时量子密钥分发

• 中国科学技术大学演示基于微纳卫星的实时量子密钥分发

• 深圳量子科学与工程研究院实现芯片集成窄线宽量子光源首次达到原子跃迁线量级

• 南京大学实现集成光芯片上的非厄米趋肤效应及其相变

• 香港理工大学利用量子微型处理器芯片实现革命性分子谱模拟计算

• 北京量子信息科学研究院实现约瑟夫森结超导二极管的整流效率达到100%

• 2024年“科学探索奖”揭晓！量子领域多位专家获奖

• 印度国家量子任务将向15家初创公司提供资助

• IBM量子软件开发工具包Qiskit SDK推出新版本

科研进展

基于微纳卫星的实时量子密钥分发

量子网络提供了一种基础设施，将具有革命性计算、传感和通信能力的量子设备连接起来。作为量子网络的应用场景，量子密钥分配（QKD）通过量子力学定律保证了密钥安全分发。量子卫星星座为在全球范围内促进量子网络提供了一种解决方案。墨子号卫星验证了卫星量子通信的可行性，然而，扩大量子卫星星座规模面临挑战，需要轻小型卫星、便携式地面站和实时安全密钥交换。

中国科学技术大学潘建伟院士、彭承志教授研究团队与国盾量子等单位合作，利用微纳量子卫星与小型化地面站，演示了基于卫星的多地面站量子密钥分发，并实现了单秒内共享多达59万比特的安全密钥。该微纳卫星和小型化地面站在扩大量子卫星星座方面具有显著的潜力，进一步促进建设全球范围的量子通信网络。相关论文发表于预印本网站Arxiv。

论文链接：

https://arxiv.org/abs/2408.10994

25.9 MHz，芯片集成窄线宽量子光源首次达到原子跃迁线量级

集成光学是一项可以利用光子集成线路实现光信号的合成、处理和探测的技术。基于光芯片的光量子信息处理也逐步进入人们视野，相关工作大多基于目前最主流的商用硅光平台；但硅波导超过1 dB/cm的损耗严重限制了其开展“光子级”实验的能力。尽管近年来，研究人员期待超低损耗氮化硅波导用于芯片光量子信息调控的表现，但迄今尚无明确实验报道。

深圳量子科学与工程研究院刘骏秋研究员团队从窄线宽量子光源的构建切入，设计加工了用于此的高品质微腔，其本征品质因子超过107。通过腔内自发四波混频，研究团队制备出线宽低至25.9 MHz的光子对，这是芯片集成窄线宽量子光源首次达到原子跃迁线量级。与此同时，由于微腔带来的非线性效应增强，该光源亮度达到1.17×10⁹ Hz/mW²/GHz，为目前硅基集成光源最高纪录。基于此光源构建的预报单光子源二阶关联低至0.0037，能量-时间纠缠态干涉可见度达到0.973，均达到目前芯片集成同类光源最优水平。相关成果发表于Physical Review Letters。

论文链接：

https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.133.083803

集成光芯片上的非厄米趋肤效应及其相变

近年来，片上集成光波导平台成为研究拓扑光子学与非厄米效应的重要研究平台之一，其具有可灵活调控的耦合系数与传播常数，可对多种凝聚态效应进行精确模拟和演示。然而，非厄米趋肤效应(NHSE)作为当前非厄米系统研究中的前沿领域，其在集成光学系统中的实现还鲜有报道。如能克服非互易耦合这一难题，在集成光学芯片上演示NHSE、甚至实现多种NHSE拓扑相及其相变过程，不仅对非厄米光学的发展具有重要意义，还为片上光场调控开辟了新的可能性。

南京大学李涛教授、祝世宁院士团队与中国科学技术大学/苏州大学蒋建华教授团队合作，将损耗调制与人工规范场的Floquet调控相结合，在一维硅波导阵列中实现了非厄米趋肤效应，并展示了通过Floquet周期调制带来的多种拓扑相。这一方案不仅展示了片上实现复杂拓扑现象的潜力，还为进一步探索非厄米动力学现象及片上光场调控提供了新的可能性。相关成果发表于Physical Review Letters。

论文链接：

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.073803

利用量子微型处理器芯片实现革命性分子谱模拟计算

量子模拟为科学家模拟及研究各种传统计算机难以处理的复杂系统，包括金融建模、网络安全、药物研发、人工智能及机器学习等。其中，探索分子振动谱对于理解分子设计和分析中的分子特性至为重要，这一直是传统超级计算机难以有效解决的长期运算难题。虽然研究人员正努力开发模拟分子振动谱的量子计算机和算法，但受限于准确性和计算资源等问题，目前仅限于简单的分子结构。

香港理工大学刘爱群教授团队成功研发出世界首创的16位量子比特半导体微型处理器芯片，为仿真大型复杂分子谱提供了全新的解决方案，团队还研发了一套完整系统，包括用于量子光子微型处理器芯片与控制模块的光电热封装、驱动软件及用户接口，以及可程序化的底层量子算法。开发的量子计算机系统可应用不同计算模型。相关成果发表于Nature Communications。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-024-50060-2

约瑟夫森结超导二极管的整流效率达到100%

半导体-超导体复合量子器件因可用于容错拓扑量子计算而备受关注。近年来这类系统在材料、器件和测控技术等方面的发展，使其成为一个可用于研究超导量子物态、多体关联物理、超导电子学器件的高质量、可调控的实验平台。

北京量子信息科学研究院潘东研究员、徐洪起研究员团队与北京大学等合作，研究了基于这类系统的约瑟夫森结在微波辐照下的超导二极管效应，发现通过增大微波辐照功率可使该约瑟夫森结具有单向超导电性，即零电压Shapiro平台仅存在于正负电流方向中的一个方向上，使约瑟夫森结超导二极管的整流效率达到100%。相关成果发表于Physical Review Letters。

论文链接：

https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.133.087001

行业资讯

2024年“科学探索奖”揭晓！量子领域多位专家获奖

近日，第六届科学探索奖获奖名单正式公布，共49位青年科学家获奖。其中，量子领域4位青年科学家上榜，分别为清华大学周树云、南方科技大学卢海舟、中国科学技术大学薛向辉和香港大学杨易。科学探索奖设立于2018年，由杨振宁、饶毅、施一公、潘建伟、谢晓亮等14位知名科学家与腾讯公司创始人马化腾共同发起。

来源：

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1808449947447208987&wfr=spider&for=pc

印度国家量子任务将向15家初创公司提供资助

印度国家量子任务（NQM）的理事机构主席Ajai Chowdhury最近表示，NQM将很快向该国的10至15家优秀量子技术初创公司提供资助，以帮助他们成长、扩大规模并走向国际化。他表示，NQM将在不久的将来采取多项举措，这其中包括为需要1-5亿卢比资金的初创公司设立资助计划，并在未来几个月内推出印度第一台量子计算机。

来源：

https://www.ptinews.com/story/national/National-Quantum-Mission-to-extend-grants-to-15-startups–Chairman-Ajai-Chowdhury/1767698

IBM量子软件开发工具包Qiskit SDK推出新版本

IBM宣布发布量子软件开发工具包Qiskit SDK v1.2版本，让研究人员可以将其用于运行公用事业规模工作负载。新版本包括更改电路基础设施、改进电路合成和转译过程等，以加快电路构建和操作的速度。

来源：

https://www.ibm.com/quantum/blog/qiskit-1-2-release-summary

量子前沿特邀编辑、审稿专家

刘骏秋，深圳国际量子研究院研究员