上海交通大学金贤敏教授团队：原子系综和全光环路推动实用化量子网络

近年来，宏观纠缠系统研发取得了巨大进展，科学家们在一些宏观物质系统中实现了量子纠缠。然而，由于与环境的强内部相互作用和外部耦合，在环境条件下实现宏观系统低噪声水平的量子纠缠仍然是一个挑战。光子作为当今量子世界中应用最广泛的状态载流子，无论是在自由空间还是在光纤中传播，都存在不可避免的损耗。再加上量子力学的概率特性，纠缠态的产生和传播很难在量子网络中扩展更长的距离或更多的节点。

近日，上海交通大学金贤敏教授团队提出了两种不同类型的宽带量子存储器之间的混合量子纠缠，并揭示了全光环路与运动原子之间的纠缠状态。测量到的Stokes（斯托克斯）光子和反Stokes光子之间的高互相关值确定了量子存储器保持量子相关性的能力，并且两个反Stokes模式之间的单光子干涉可见性和并发性表明在存储时间内纠缠态得到了保护。研究结果表明，在环境条件下，量子纠缠可以在宏观物质中持续存在，这丰富了量子世界与经典世界过渡边界的基础研究。同时，强调了原子系综和全光环路作为量子节点在环境条件下的结合优势，使量子网络向实用化迈出了重要一步。

PbS胶体量子点由于具有带隙宽、可调谐以及溶液可加工性强等优点，已广泛应用于气体传感、太阳能电池、红外成像、光电探测以及片上光源的集成光子器件中。然而PbS胶体量子点普遍存在发射效率低和辐射方向性差的问题，因此科学家们尝试利用半导体等离子体纳米晶或全介质纳米谐振腔来增强PbS 胶体量子点的近红外荧光发射，使其成为更高效、更快的量子发射器，但是普遍存在光场限制能力弱，Q值低的问题。

近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所武爱民研究员团队与浙江大学金毅副教授团队合作，将连续束缚态引入到PbS 胶体量子点发光应用中，提出了一种支持对称保护连续束缚态的硅超表面通过激发相邻的高Q泄露导波模式来增强室温下PbS 胶体量子点的自发辐射的方案，实现了硅基量子点近红外片上发光。研究团队提出的基于连续束缚态超表面增强PbS胶体量子点近红外发射的新方法，是一种普适、高效、功能广泛的方法。该方法证明了连续束缚态系统在荧光增强方面的有效性。通过提高制造精度或者合并的连续束缚态可以进一步提高增强效果，并且可以通过改变几何尺寸来调节工作波长。这种无源超表面结构可以在商用CMOS（互补金属氧化物半导体）平台上以简单的工艺制造，因此它可以结合到硅光子集成中，用于硅基片上光源以及荧光传感器，在多通道通信，近场传感和红外成像等领域都有广阔的应用前景。

量子相位估计是许多量子算法的核心步骤，比如质因数分解的肖尔算法、线性方程组求解的HHL算法以及哈密顿量能谱估计。但是，基于量子傅里叶变换的相位估计算法需要很多的辅助比特以及需要量子纠错来抵抗噪声。这两个要求在目前带噪中等规模量子时代都很难实现。为了减少比特消耗，一种无需控制酉算符的相位估计被提出，但是该算法实际运行时仍然会受到噪声的影响。为了得到有意义的结果，必须发展相应的错误缓解技术。

近日，北京量子信息科学研究院刘东副教授团队针对无需控制的相位估计算法提出了一种错误缓解的方法。研究团队通过结合随机编译技术，把线路里的各种噪声都转化为随机泡利噪声，因而可以在一般的噪声环境下，实现对相位估计的错误缓解。同时该方法无需额外的实验消耗，只需要一些高效的经典计算。研究者通过几个模拟实验来展示该方法的错误缓解能力。可以看到，该方法可以显著降低相位估计的错误。该方法为容错量子计算到来之前实施相位估计算法铺平了道路。

极化子作为单个电子和晶格畸变相互作用而形成的准粒子，在电荷输运、巨磁电阻、高温超导以及热电和多铁效应等物理过程中具有重要作用。目前其研究主要通过量子电输运、角分辨光电子能谱以及电子共振谱等宏观测量手段。在微观尺度上通过具有原子级分辨扫描隧道显微谱学研究单个极化子的性质对于理解电-声物理作用机制具有重要作用，但是很难实现。这是由于极化子通常出现在极性较大的绝缘性离子晶体中，但是其大的能隙使得离子晶体不导电，从而无法用扫描隧道谱手段研究。

近日，华中科技大学付英双教授领导的低维物理与量子材料团队在单层CoCl₂中发现了多种极化子，具有不同的微观形貌，晶格占位以及极化子态特征。他们通过施加不同极性和大小的偏压，实现了不同种类极化子有效和可控的操纵，包括单个极化子的产生、移动、擦除以及不同类型的相互转化。第一性原理计算给出了不同种极化子的稳定结构和与实验一致的微观形貌。最后，根据大量的实验统计，他们发现这些操纵的驱动机制是扫描隧道显微镜针尖电场效应和电子的非弹性隧穿效应的共同作用。他们还将这种单极化子的操纵推广到其他过渡金属二卤化物体系FeCl₂中，证明极化子在该类材料中普遍存在，这为在微观尺度下研究单极化子提供了思路。

后摩尔时代，关联氧化物量子材料已成为发展下一代低功耗、多功能电子器件的候选材料之一。如何深入理解关联氧化物量子材料在纳米甚至亚纳米尺寸下的物性，厘清关联电子序参量间的耦合机制，掌握外场对新奇物态的调控规律，已成为关联量子材料领域的研究热点之一。

近日，南京航空航天大学李伟伟教授团队首次发现在张应力作用下LaCoO₃薄膜中存在有序氧空位和长程调控CoO₆氧八面体旋转的双重效应，有效地削弱了晶体场劈裂能，促使钴离子进入有序高自旋态，从而表现出长程铁磁性。研究团队利用激光分子束外延系统在TiO₂截止面的SrTiO₃衬底上制备出不同晶胞层数的高质量外延薄膜。随着LaCoO₃晶胞层逐渐增加，呈现出长程铁磁性。这一发现为张应力作用下铁弹性LaCoO₃薄膜中反常铁磁绝缘物态的起源/机理提供了新见解。这项工作揭示了外部参数如何调控晶体场劈裂能、Hund交换能及d轨道价带宽度之间的微妙竞争，从而在钴基氧化物外延薄膜中诱导出多铁物性，为构筑低功耗自旋电子器件提供了备选材料。

近日，世界上第一家致力于开发量子电池的公司Planckian宣布，其在一轮由Eureka领投的种子前融资中获得了270万欧元的风险投资，用于研发量子电池。量子电池是一种基于量子技术的新型设备，具有革命性有效方式储存和使用能量。Planckian公司在量子电池研发领域具有技术领导地位，公司通过开发纯粹依赖于量子比特的架构的能源管理创新技术，将量子技术推向新领域。

近日，风险投资公司Rockstart宣布，该公司已参与了Molecular Quantum Solutions（MQS）总额为60万欧元的种子前融资。MQS是一家致力于利用超级计算和量子计算技术构建复杂量子化学解决方案的丹麦初创公司，该公司计划利用这笔资金将其所开发的工具栈转化为面向制药和化学行业的SaaS（软件即服务）解决方案。

近日，量子计算行业先驱IonQ公司宣布与瑞士巴塞尔的QuantumBasel公司达成合作，双方将共同建立一个欧洲量子数据中心。QuantumBasel是瑞士首个商业用途的量子中心，位于巴塞尔上城区的创新园内。该交易预计将给该地区带来两个系统，第一个量子系统具有35算法量子比特，另一个系统能够达到64算法比特，它们都将安装在巴塞尔的人工智能与量子能力中心。每增加一个算法量子比特(#AQ)，运行量子算法的有用计算空间就会翻倍。#AQ 35的系统能同时考虑超过340亿种不同的可能性，#AQ 64则能同时考虑超过18万亿种不同的可能性。

第七届国际机器学习量子技术会议将于2023年11月19日至24日在欧洲核子研究中心举行。会议议程重点讨论机器学习和量子物理之间的相互作用。本次议题涵盖量子技术在机器学习中的应用和机器学习算法在研究量子系统中的作用。探讨领域包括用于机器学习的量子算法、量子物理系统的机器学习、量子学习理论和量子变分电路等。 

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