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[科技专项] 国家重大科技专项量子信息与量子计算专题:洲际量子通信干线开通

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i2000s 发表于 2012-12-9 02:35 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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鉴于近日国内外量子通信与计算方面的研究进展突破众多,国内逐步走向了工程实施的关键阶段,本人尝试开设此汇总贴,增加关注度和刷新率,以便于相关信息及时得到汇总更新和评论。此贴所列进展未必能完整反映该领域的进展,仅供参考。

特别提醒几句:科学在于实事求是,突破创新。如果各位网友能够深刻挖掘国际最前线的焦点话题和未知领域,这对于我们的研究者也许会有很大的帮助。

----------------------此楼用于汇总散贴和归总信息---------------------------

-------------------------------------------------站内相关主题帖--------------------------------------------------------------------
[专题专项]我国的量子科学试验卫星
2019年?中国将发射第二颗量子卫星



Wikipedia(维基百科)关于量子计算研究的关键事件汇总:http://en.wikipedia.org/wiki/Timeline_of_quantum_computing

----------------------------国外部分进展信息(由于时间精力关系,进展汇总托管)-----------------------------------
2012.3-2012.9 IBM量子计算机据称实现突破性进展,中国科技噬待抢夺最终普及应用时间点
2012.4   利用钻石发光二极管   单一光子可在室温下稳定生成(日本)
2012.9    量子隐形态传输143公里记录突破
2013.1    德国KIT大学领导的欧美俄研究组实现了将单光子探测器集成到纳米光子线路的高效器件。(2012.7.2提交成果)
2013.1   美国耶鲁大学研制了一种基于超快电子的非破坏量子测量的器件。
2013.2   澳大利亚Innsbruck大学科学家实现将单原子(陷阱内的钙离子)量子信息传递到单光子实验(2012.7.31提交成果)
             加拿大科学家提出一种普适的量子计算构架。
2013.5   美报道其量子互联网已经在阿拉莫斯实验两年多
2013.5   Google, NASA, Universities Space Research Association and D-Wave 联合组装D-Wave
Two量子计算机
用于量子人工智能方面的研究。其目的不纯。
2013.6   美国PRISM(棱镜)工程泄露,数据挖掘和量子计算、量子人工智能的重要性凸显
2013.9 D-wave称已实现大规模生产量子计算机芯片的半导体加工技术
2013.11 加拿大英国等国科学家实现原子核室温量子态保持记录:39分钟
2014.1  斯诺登揭露的文件显示美国正在专项研究制造专用量子计算机破解现有绝大多数加密算法
2014.9 Google准备搭建自己的量子计算机
2015.3 美国加州大学圣巴巴拉分校联合Google实验室实现自纠错量子计算单元器件,离量子计算机更进一步
2015.9 Intel(因特尔)投资量子计算研究和产业化
2016.2 quantumcircuits.com公司成立,致力于研发销售世界上第一台通用量子计算机及相关超导电子器件
2016.6 谷歌开发通用量子计算机取得重要突破


----------------------------中国部分进展信息-----------------------------------
2011-2012.11 中国验证海森堡不确定原理 加强量子通信保密安全(内有芜湖量子通信网实验进展信息)
2011.5    我国启动空间科学先导专项
2012.1   中科院“十二五”将部署未来先进核裂变能等15项重大科技任务
2011.3-  [任务追踪] 我国量子科学试验卫星:将于2015年发射
2012.2   金融信息量子通信验证网在京开通
             可扩展容错性量子计算的重大突破: 中国科学家在世界上首次实现拓扑量子纠错(中科大及加拿大、澳大利亚研究机构)
2012.4   规模化量子通信网在合肥建成
2012.5   量子纠缠态光子传输超过60英里实验告捷
             中国科学家实现世界最高保真度的固态量子存储器
2012.6   量子通信实验地面站接收系统研制成功并通过专家验证
             重大喜讯:我国量子态隐形传输获突破 超越时空瞬间转移不是梦
2012.8   量子隐形态传输97公里实验告捷(5月)
2012.8   世界上第一个量子路由器演示机完成 (清华姚期智)
2012.12 量子通信网济南率先试水应用
2012.12 量子先导卫星进入初样阶段
2013.1   全量子路由器完成,计划两年内建成世界第一个全量子网络系统
2013.2   基于半导体的单电子超快普适量子逻辑门获得突破
2013.3   合肥正在谋划2000余公里的京沪量子通信骨干线路
            真随机数发生器实现>1Tb/s产生速率
            半导体所在纳米线量子点单光子发射器件制备方面取得进展
2013.4  中科大陈宇翱获得菲涅尔奖
2013.5  低轨道量子通信卫星星地链路地面站利用热气球完成模拟验证试验
             中科大实现单光子轨道角动量量子信息有效存储
2013.6  400km星地单光子传递接收实验完成
           中科大成功演示2*2线性方程组量子算法求解。
2013.7 量子纠缠速度下限划定到光速一万倍。
2013.9中科大清华等研究组在国际上首次实现百公里量级的诱骗态量子密钥分发
2013.11 济南量子保密通信城域网建成投入使用
2014.1 中科大等单位实现麦克斯韦妖式量子冷却
2014.2 中科大研制的光学量子模拟器证实绝热-脉冲-绝热量子相变近似条件成立
          中科大基于自旋电子的量子计算及弱磁信号探测取得重要进展
          南京大学科研人员成功在超导量子电路上采用几何相高保真量子位方案演示Landau-Zener效应
          中科大等单位成功实验演示安全比特协议,将量子通信泄密率降低到6%以下
2014.3 中科大实现不同颜色光子间的量子纠缠
2014.4 中科大和清华研究组报道其对自旋-轨道角动量耦合的进展将有利于实现量子系统模拟的进一步发展
2014.5 薛定谔猫态在线性光学光路中得到制备
2014.9 量子信息卓越中心在上海浦东成立
2014.11 量子通信网络防黑客技术实现实用化突破
2014.12 量子通信卫星一些关键器件通过验收交付总体部门。
2015.3  中科大研究组实现多自由度量子态隐形传输和信息存储。
2015.5  中科大等实现石墨烯单原子层单光子原器件
2015.7 中科院与阿里巴巴成立亚洲第一个量子计算实验室,量子信息和量子计算协同创新中心在上海挂牌。量子信息全面进入产学研生态系统的全面建设时期。
2015.10 中国科大与中科院上海微系统所成立超导量子器件与量子信息联合实验室。  
2015.11 我国实现国际最长距离的实用化环回差分相位协议量子密码分配
2016.6 冷原子量子存储器实现百毫秒级长时间保真存储突破





------------------------------科普信息摘录---------------------------------------
美国拉斯阿拉莫斯国家实验室牵头发布的2002-2012年量子信息与量子计算研究工程时间表及各种实现方案对比

什么量子计算机能够快速处理海量信息

一些评论,视频报告和D-wave的blog等

---------------------------------外延信息------------------------------------------
前沿科技跟踪  历年年终评选(年终总结) 2010-201X
NASA组织的2012年量子未来技术的会议资料见此楼
基于Julia的JuliaQuantum计算机程序库项目:http://juliaquantum.github.io







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 楼主| i2000s 发表于 2012-12-9 02:36 | 只看该作者
本帖最后由 i2000s 于 2012-12-8 14:06 编辑

[Nature报告]中欧科学家建造第一个量子互联网
http://cnbeta.com/articles/216981.htm

ugmbbc发布于 2012-12-06 15:21:42|6769 次阅读 稿源:solidot [分享至腾讯微博] [分享到QQ空间] 分享至新浪微博 转贴到开心网 分享到校内人人网 添加到Google书签
通信技术

两支曾经互相竞争如今相互合作的研究团队正在加快利用量子纠缠创造超级安全的全球通信网络。 一支团队由中国科技大学的潘建伟领导,另一只由潘的博士导师、维也纳大学的 Anton Zeilinger 领导。过去七年他们在量子通信距离上展开友好的竞争,现在则正合作创建第一条连接亚洲和欧洲的跨洲际量子通信网络。

点击查看大图(图片来源:nature.com: http://www.nature.com/polopoly_fs/7.7720.1354632623!/image/quantum-teleportation-graphic.jpg_gen/derivatives/fullsize/quantum-teleportation-graphic.jpg


如果目标得以实现,科学家将建立起量子 互联网的第一条连接,证明中国短短十年内在该领域从一个微不足道的角色崛起为全球巨人。中国还计划在欧美之前,于2016年发射第一颗专门用于量子科学实 验的卫星。

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暴力英雄 发表于 2012-12-9 21:29 | 只看该作者
继续努力,继续关注
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 楼主| i2000s 发表于 2012-12-10 12:19 | 只看该作者
本帖最后由 i2000s 于 2013-1-19 11:22 编辑

高科技的竞争已经超越了常规武器层次。信息安全和信息处理,科学计算能力方面的研究不可忽视。
目前坛子里关于量子信息技术的讨论很多,但是关于量子计算的讨论很少。
如果有国内这方面的最新进展,希望各位同仁能及时发帖告知。
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mail666 发表于 2012-12-13 23:02 | 只看该作者
本帖最后由 mail666 于 2012-12-13 23:08 编辑

  请问,量子到底是个神马东东,是灵魂的一种吗?是隶属于科学还是神学?

点评

在我看来,量子物理和佛学有些重叠的地方……当然,本质是完全不同的……  发表于 2013-4-20 08:44
量子是能量的最小单元。通常可以说一个光子就是一个光量子。应该与你说的灵魂等不是一个概念。  发表于 2012-12-22 15:14
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bxdfhbh 发表于 2012-12-21 11:06 | 只看该作者
本帖最后由 bxdfhbh 于 2012-12-21 11:10 编辑

请教一下,如果1对量子纠缠态的的两个粒子被分开到两个地方甲和乙,
甲地方是否观测了(即是否已经造成了量子态塌缩),乙地方的人有没有办法知道?乙地方有没有办法通过观测或者其他手段得知他们手上的粒子是塌缩后还是塌缩前的?


或者这么说,“EPR佯谬”的内容是:考虑两个自旋为 1/2的粒子A和B构成的一个体系,在一定的时刻后,使A和B完全分离,不再相互作用。当观察者测得A自旋的某一分量后,根据角动量守恒,就能确定地预言B在相应EPR佯谬方向上的自旋值。由于测量方向选取的任意性,B自旋在各个方向上的分量应都能确定地预言。所以他们认为,根据上述实在性判据,就应当断言B自旋在各个方向上的分量同时具有确定的值,都代表物理实在的要素,并且在测量之前就已存在,但量子力学却不允许同时确定地预言自旋的8个分量值,所以不能认为它提供了对物理实在的完备描述。如果坚持把量子力学看作是完备的,那就必须认为对A的测量可以影响到B的状态,从而导致对某种超距作用的承认。

那么,粒子是否被观测了,“自旋的8个分量值”是否存在,对粒子运动等各种性质有没有影响?

点评

上面关于量子备份的说法并不科学,备份只对已知态才有可能实现。另外,要探知是否量子态被窃听,也只是个概率问题,大概没有绝对的确定方法。还在量子纠缠态天生具有“一夫一妻”优势,很难再跟其他粒子发生纠缠。  发表于 2013-2-16 13:36
一旦测量,状态就成了确定的态,A&B再次被测量时,状态还是之前确定的态。塌缩可以通过对A&B的备份单元测量得知。最后一个问题,不确定原理是说两个不对易的物理量有测不准的关联,但是仅就一个量进行测量可精确   发表于 2013-1-20 00:02
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mail666 发表于 2012-12-24 20:05 | 只看该作者
  那请问,类似于心心相印的量子A和量子B是如何产生的,人类可以制造出来吗?

点评

你说的是纠缠态(entangled states),有很多方法产生,比如测量。但是对于大量的单元进行纠缠,中间要传递状态信息,载体要一致,让人等复杂体的状态纠缠,难度较大。换句话说,你可传递“灵魂”,但是需需合适载体  发表于 2013-1-20 00:06
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 楼主| i2000s 发表于 2013-1-21 12:02 | 只看该作者
中国工程科技中长期发展 战略研究(信息领域)报告发布
http://www.stdaily.com 2013年01月17日 来源: 中国科技网 作者: 李大庆


中国科技网 讯(记者李大庆)由中国工程院组织、国家自然科学基金委资助的中国工程科技中长期发展战略研究(信息领域)课题报告已经完成。报告通过未来网络技术,物联网应用,现代仪器仪表技术,认知计算、神经工程和神经教育的交叉,量子计算,信息科学技术在防灾减灾中的支撑作用等方面的分析,对到2030年我国信息工程科技发展战略进行了系统谋划。

    报告针对2030年前后我国经济社会发展及建设创新型国家对信息领域工程科技的重大需求,重点对影响我国可持续发展、国家竞争力和国家安全的重大战略性信息工程科技问题开展研究,提出工程科技支撑与促进我国经济社会发展的新思路;针对制约我国经济社会发展的瓶颈问题,提出具有引领性的信息领域重大工程科技专项以及需要发展的重大关键共性技术,以促进信息工程科技更好地服务于国家经济社会发展,支撑创新型国家建设,保障国家安全。
。。。。。。。。。。。。。


未来网络领域需开展的重大工程

    我国在“十五”和“十一五”期间启动了若干信息网络相关科研项目和计划,这些研究和试验主要是在现有IP网络基本结构上进行改良,不能从根本上解决IP网络面临的安全、服务质量保障、扩展性和能耗等问题。

    为了占领未来网络技术领域的制高点,国家亟需建立一套国家级信息网络创新基础设施,服务于我国网络科学的基础研究和应用试验。

    该基础设施须基于虚拟化、切片化和可编程思想;必须具备一定的网络规模,但又独立于现有的电信运营网络;必须能够支持革命性创新成果的试验验证,如各种网络架构、各种路由算法、各种网络协议(IP及非IP)等。正在论证的国家网络创新基础设施(CENI)以支撑我国未来网络革命性创新研究和服务国家信息技术相关重大战略的实现为目的,如支持以软件定义网络SDN和以信息为中心的网络ICN等新型网络技术的研究,为我国信息网络技术和应用研究提供试验验证手段,以验证确立未来网络的相关关键技术。使我国能够在未来网络这新一轮的技术创新、市场机遇、新兴产业占有主动,增强我国在新一代信息网络领域的国际竞争力和话语权,避免在IP网络时期几乎全由美国企业主导的被动局面。

    CENI将在电信运营商光缆网基础上采用支持虚拟化、可编程的新型网络设备构建,建立面向科研的独立管理和服务体系,形成可虚拟化路由网络、光子网络与云计算平台三个核心部分。该基础设施将采用产学研相结合、支持自主创新、注重顶层设计的建设思路,实现从物理底层到服务高层的统一规划、设计和建设。该基础设施将为我国信息技术创新和产品研发提供公共试验验证环境,验证网络架构新思想、新方案,测试新型路由、编址、安全、质量保障等创新技术和产品,并支撑物联网、三网融合、空间信息网络、量子网络等技术和应用研究试验。

    在地域布局上,建议先在我国信息网络骨干科研单位、高校和企业所在城市建设网络节点和实验基地,第一阶段(“十二五”期间)考虑在10个左右城市建设网络节点。随着研发需求的增加和条件的成熟,再在这些节点的基础之上逐步向其他省市推进。第二阶段(“十三五”期间)覆盖范围扩大到20多个城市,最终建成覆盖全国、能够模拟全国真实网络环境的网络科研基础设施。

。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

发展我国量子计算的推进策略

    量子信息是量子物理与信息科学相融合的新兴交叉学科。基于量子力学的特性,量子信息技术具有现有信息技术无法实现的新的信息功能。

    当前,世界范围内的量子信息技术还处于起步阶段,我国在该领域与世界该领域的研究处于同一发展阶段。但是跟欧美以及日本等发达国家相比,我们在量子计算机方面缺乏中长期规划,研究投入还远远落后于美日欧先进国家,需要国家加大在这方面的投入,主要是资助广度和强度上需要加大。建议可以结合具体情况,瞄准量子计算机实现中的关键核心问题,每年设立若干个重大专项,资助一到两个具体的研究课题。在经过若干年的积累以后,可以提出设计制作量子计算机原型机的立项,目标直指量子计算终端。

    由于量子计算必须在相干的操控多个量子逻辑比特时才能显示出巨大的威力,所以,作为长远的目标,我们应该发展具有可扩展性的量子计算技术,即为制备出能同时满足上述基本条件的物理系统,一方面要努力寻找能最大限度符合物理需求的体系,另一方面也要探索量子计算的新模型,以减少对物理体系苛刻要求的程度。

    我们预计的量子计算的目标是在20年内,研制出实用性(可计算量子比特达到100位)的量子计算机。重要的研究问题包括:

    研究基于新材料、新结构的量子处理器,特别是具有扩展潜力的体系;

    量子编码的实验研究,即实验上研究纠缠逻辑量子比特,这是进一步扩展量子计算系统的基本单元;

    研制由少数量子比特构成的“量子准处理器”,它将量子特性与经典控制和读出融合到单一装置中;

    研究量子信息存储单元的扩展和互联;

    研究量子仿真的原理和方案,实现电子计算机无法实现的仿真;

    研究相关的支撑技术,包括相关材料和装置的制备,电光系统和单光子探测器等;

    量子计算理论的基础研究,包括各种新型的计算模型,如拓扑量子计算等;

    量子计算机的结构研究,例如,什么样的结构更适合于可扩展的系统,如何将量子逻辑单元与数据存储、数据传输等集成在一起等;

    量子算法研究,研究哪些类型的问题可以在量子计算下加速运算。

    综合分析现阶段量子计算机的理论和应用技术的发展情况,结合目前国内外的研究进展,经过分析,我们提出一个三步走的研究规划:

    第一步,用5年左右的时间(“十二五”期间),作为理论完善的阶段,提出量子计算机实现的可行性方案及优化设计方案,具体解决诸如存储器的量子比特扩展,单比特测量,量子态演化过程的量子退相干等问题。

    第二步,同期开展实验研究,再经过10至15年左右的时间(“十三五”至“十四五”期间),在核磁共振量子计算、固态量子计算、超导量子计算、光学量子计算等多个领域进行实验研究,完成实验上的量子计算机关键技术的研究开发。

    第三步,力争在2030年前,经过10年左右的实验积累,完成量子计算机组装实现;根据已经掌握的技术,推出实用性的量子计算机,进行高可靠性的量子计算和多比特物理体系的量子模拟。


。。。。。。。。。。。。。。。。。。
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bxdfhbh 发表于 2013-1-24 11:04 | 只看该作者
2012年8月5日新闻:中国科学家创造世界第一种量子路由器的概念验证演示
http://network.chinabyte.com/182/12397682.shtml
清华大学的物理学家公开了世界第一种量子路由器的概念验证演示,论文预印本发表在arXiv上。

  传统的通信是发送数字代码0或1,而量子通信能以0和1的叠加态发送信息。在最新的量子路由器中,信息用光子的偏振编码,水平或垂直偏振。

  中国的研究小组首先创造了一个具有水平和垂直偏振叠加态的单光子,然后利用参量下转换将这个单光子转变成一对低能量的纠缠光子。这对纠缠光子同样具有偏振叠加态。

  路由器将其中一个光子的偏振作为控制信号去判断另一个作为数据信号的光子的路由。

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2013年1月24日新闻:我研制出世界上第一个量子路由器并成功演示
http://www.stdaily.com/kjrb/content/2013-01/24/content_565902.htm

我研制出世界上第一个量子路由器并成功演示
http://www.stdaily.com 2013年01月24日 来源: 科技日报 作者: 张克

    最新发现与创新

    本报讯 (记者张克)记者从1月21日在京开幕的第16届量子信息处理国际会议上获悉,我国在全量子网络研究领域取得关键技术突破,研制出世界上第一个量子路由器并在实验室成功演示。

    量子路由器是全量子网络中一个重要的量子器件。该研究基于973计划重大科学问题导向项目全量子网络项目,由著名计算机专家、图灵奖得主、清华大学交叉信息研究院教授姚期智领军。据悉,前不久,姚期智团队首次在实验中演示了全量子路由器,实现了量子控制信号控制量子信号所经的路径。美国《连线》杂志称,科学家利用基于纠缠光子的量子路由器展示量子网络,清华大学的科研人员建造了世界上第一个量子路由器。

    据了解,在全量子网络项目中,姚期智团队采用基于离子阱的全量子网络方案。在全量子网络、离子阱量子存储器和计算节点、远程离子纠缠等方面开展研究工作并有很好进展。量子网络对于量子通信、大型量子计算的实现具有至关重要的作用。他透露,将在未来两年建成基础性全量子网络雏形。此外,他的团队还基于离子阱技术,提出一种实现新型的时空晶体的方案,即使在能量最小态,这个晶体也会永远转动。来自美国的诺贝尔物理奖获得者维尔切克称:“这一工作探索了一种新的物质形态,可能会带来出乎意料的研究方向。”

    量子信息处理国际会议是量子信息领域的顶级国际会议,1998年首次在丹麦奥胡斯大学举办,每年召开一次。今年是该会议首次在中国举办,展示了我国在国际量子信息领域的地位。来自中国、美国、瑞士等国的300余位学者参加了为期5天的会议。大会议题涵盖量子计算的理论问题、量子密码相关领域的热点议题以及其他延伸涉及的相关物理问题。
(中国科技网)
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bxdfhbh 发表于 2013-1-24 11:39 | 只看该作者
这个是用于量子通信的。在未来的全量子网络中,这个是关键部件。这个路由器研究成功,表明量子通信距离实用又大大迈出了关键一步。

首先,量子通信的最大好处是保密,从理论上不会被窃听——想想看二战期间日本、德国的密码被破译的后果。

第二,全量子网络的通信容量大大超过人类现有的通信网络,带宽将极大增加
http://www.chinanews.com/gn/2011/07-04/3155965.shtml
全量子网络,指由量子传输通道和量子结点组成的复杂信息网络。每个量子结点有一定的信息存储和处理功能,单个量子结点构成一个小型的量子计算机,而量子通道则连接不同小型量子计算机。不同于现有互联网,全量子网络应用了量子物理特性,可突破现有网络物理极限,具有更强信息传输和处理能力。

第三,在大型量子计算机的构建中,量子通信也是少不了的。


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这个量子路由器是在计算机专家姚期智的领导下研究成功的。

姚期智祖籍湖北省孝感市孝昌县,1946年出生于上海,幼年随父母去台湾,后来毕业于台湾大学物理系,然后考到美国哈佛大学和伊利诺依大学读博士,然后长期在美国任教授,并加入美国国籍,是美国科学院院士,华人世界唯一的图灵奖获得者。

后来在杨振宁的劝说下,2004年姚期智离开普林斯顿大学,到清华大学任全职教授。

劝姚期智回国,是杨振宁对中国做出的最大贡献之一。
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iew 发表于 2013-2-4 23:17 | 只看该作者
半导体芯片单电子超快普适量子逻辑门研究获重要突破

2013-02-04   

近日,郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室郭国平教授半导体量子芯片研究组成功实现了半导体量子点单电子量子比特的制备并且演示了全电学控制的普适超快单比特逻辑门操作,相关研究成果发表在1月29日出版的《Nature Communications》上。

随着半导体产业的飞速发展,晶体管集成度越来越高,单个晶体管的尺度越来越小,尺寸效应等导致的量子效应也越来越明显。摩尔定律预言大概到2020年,每个晶体管将小到只有一个电子也被称为单电子晶体管。此时单个电子的运动将满足微观世界中量子力学的物理规律,先前经典世界中适用的各种信息概念都将相应地做出修正。信息的这种量子化趋势将极大地影响未来信息的编码方式,运算规律和读取方式等信息处理的各个环节,甚至彻底改变现在半导体信息产业的格局。

郭国平教授半导体量子芯片研究组从可大规模集成化半导体单电子晶体管的设计制备出发,在砷化镓铝异质结中制备了集成双路量子探测通道的栅型双量子点复合结构,并且通过调节加载在栅电极上电秒冲的高度和宽度,成功实现了世界上最快速的皮秒量级单比特超快普适电控量子逻辑门,比国际上公开报道的电控半导体逻辑门运算速度提高了近两个量级,使我们可以在量子相干时间内完成更多比特次的量子逻辑门操作,有利于实用化量子芯片所必需的多量子比特集成和运算。

该项研究受到科技部,国家自然科学基金委和中科院的资助。

(中科院量子信息重点实验室)

http://news.ustc.edu.cn/xwbl/201302/t20130204_147306.html
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 楼主| i2000s 发表于 2013-2-9 10:29 | 只看该作者
http://www.sciencedaily.com/releases/2013/02/130204094602.htm
中文大意:2013年2月《自然•光子学》报道(文章接受日期为2012.7.31),澳大利亚Innsbruck大学的科学家成功实现了将陷阱内的钙离子单原子量子信息转移到单光子中。由于未来量子计算受到不可复制原理限制,信息传输将依赖于单光子实现对量子信息的交换传递,该技术的突破将对未来分布式量子计算机的发展具有重要意义。
Into the Quantum Internet at the Speed of Light
Feb. 4, 2013 — Not only do optical fibers transmit information every day around the world at the speed of light, but they can also be harnessed for the transport of quantum information. In the current issue of Nature Photonics, a research team of Innsbruck physicists led by Rainer Blatt and Tracy Northup report how they have directly transferred the quantum information stored in an atom onto a particle of light. Such information could then be sent over optical fiber to a distant atom.

Thanks to the strange laws of quantum mechanics, quantum computers would be able to carry out certain computational tasks much faster than conventional computers. Among the most promising technologies for the construction of a quantum computer are systems of single atoms, confined in so-called ion traps and manipulated with lasers. In the laboratory, these systems have already been used to test key building blocks of a future quantum computer. "Currently, we can carry out successful quantum computations with atoms," explain Andreas Stute and Bernardo Casabone, both PhD students at the University of Innsbruck's Institute for Experimental Physics. "But we are still missing viable interfaces with which quantum information can be transferred over optical channels from one computer to another."
What makes the construction of these interfaces especially challenging is that the laws of quantum mechanics don't allow quantum information to be simply copied. Instead, a future quantum internet -- that is, a network of quantum computers linked by optical channels -- would have to transfer quantum information onto individual particles of light, known as photons. These photons would then be transported over an optical-fiber link to a distant computing site. Now, for the first time, quantum information has been directly transferred from an atom in an ion trap onto a single photon. The work is reported in the current issue of Nature Photonics by a research team led by Tracy Northup and Rainer Blatt.
Quantum networkers
The University of Innsbruck physicists first trap a single calcium ion in an ion trap and position it between two highly reflective mirrors. "We use a laser to write the desired quantum information onto the electronic states of the atom," explains Stute. "The atom is then excited with a second laser, and as a result, it emits a photon. At this moment, we write the atom's quantum information onto the polarization state of the photon, thus mapping it onto the light particle." The photon is stored between the mirrors until it eventually flies out through one mirror, which is less reflective than the other. "The two mirrors steer the photon in a specific direction, effectively guiding it into an optical fiber," says Casabone. The quantum information stored in the photon could thus be conveyed over the optical fiber to a distant quantum computer, where the same technique could be applied in reverse to write it back onto an atom.
Support for this research was provided by the Austrian Science Funds and by the European Union.



Story Source:

The above story is reprinted from materials provided by University of Innsbruck.
                                Note: Materials may be edited for content and length. For further information, please contact the source cited above.





Journal Reference:

  • A. Stute, B. Casabone, B. Brandstätter, K. Friebe, T. E. Northup, R. Blatt. Quantum-state transfer from an ion to a photon. Nature Photonics, 2013; DOI: 10.1038/NPHOTON.2012.358




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 楼主| i2000s 发表于 2013-2-9 10:51 | 只看该作者
本帖最后由 i2000s 于 2013-2-8 21:54 编辑

中文大意:德国KIT大学领导的欧美俄研究组实现了将单光子探测器集成到纳米光子线路的高效器件。光子探测率为91%。改技术有望用于量子通信和计算的关键元件。

Quantum Communication: Each Photon Counts


Jan. 25, 2013 — Ultrafast, efficient, and reliable single-photon detectors are among the most sought-after components in photonics and quantum communication, which have not yet reached maturity for practical application. Physicist Dr. Wolfram Pernice of the Karlsruhe Institute of Technology (KIT), in cooperation with colleagues at Yale University, Boston University, and Moscow State Pedagogical University, achieved the decisive breakthrough by integrating single-photon detectors with nanophotonic chips. The detector combines near-unity detection efficiency with high timing resolution and has a very low error rate.


                                                                        he single-photon detector is characterized by five convincing factors: 91% detection efficiency; direct integration on chip; counting rates on a Gigahertz scale; high timing resolution and negligible dark counting rates. (Credit: Source: KIT/CFN)

The results have been published by Nature Communications.
Without reliable detection of single photons, it is impossible to make real use of the latest advances in optical data transmission or quantum computation; it is like having no analog-digital converter in a conventional computer to determine whether the applied voltage stands for 0 or 1. Although a number of different single-photon detector models have been developed over the past few years, thus far, none have provided satisfactory performance.
Several new ideas and advanced developments went into the prototype developed within the "Integrated Quantum Photonics" project at the DFG Center of Functional Nanostructures (CFN). The new single-photon detector, tested in the telecommunications wavelength range, achieves a previously unattained detection efficiency of 91%.
The detector was realized by fabricating superconducting nanowires directly on top of a nanophotonic waveguide. This geometry can be compared to a tube that conducts light, around which a wire in a superconducting state is wound and, as such, has no electric resistivity. The nanometer-sized wire made of niobium nitride absorbs photons that propagate along the waveguide. When a photon is absorbed, superconductivity is lost, which is detected as an electric signal. The longer the tube, the higher is the detection probability. The lengths involved are in the micrometer range.
A special feature of the detector is its direct installation on the chip, which allows for it to be replicated at random. The single-photon detectors built thus far were stand-alone units, which were connected to chips with optical fibers. Arrangements of that type suffer from photons being lost in the fiber connection or being absorbed in other ways. These loss channels do not exist in the detector that is now fully embedded in a silicon photonic circuit. In addition to high detection efficiency, this gives rise to a remarkably low dark count rate. Dark counts arise when a photon is detected erroneously: for instance, because of a spontaneous emission, an alpha particle, or a spurious field. The new design also provides ultrashort timing jitter of 18 picoseconds, which is 18 times 10-12 seconds.

The novel solution also makes it possible to integrate several hundreds of these detectors on a single chip. This is a basic precondition for future use in optical quantum computers.
The detector demonstrated in this study was designed to work at wavelengths in the Telekom bandwidth. The same detector architecture can also be used for wavelengths in the range of visible light. This would allow the principle to be employed in analyses of all structures that emit little light, i.e., photons, such as single molecules or bacteria.

Story Source:

The above story is reprinted from materials provided by Karlsruhe Institute of Technology.
                                Note: Materials may be edited for content and length. For further information, please contact the source cited above.





Journal Reference:

  • W.H.P. Pernice, C. Schuck, O. Minaeva, M. Li, G.N. Goltsman, A.V. Sergienko, H.X. Tang. High-speed and high-efficiency travelling wave single-photon detectors embedded in nanophotonic circuits. Nature Communications, 2012; 3: 1325 DOI: 10.1038/ncomms2307

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 楼主| i2000s 发表于 2013-2-9 11:32 | 只看该作者
本帖最后由 i2000s 于 2013-2-8 22:34 编辑



中文大意:
美国Yale大学于2013年一月报道,制造了一种基于超快电子器件的非破坏性量子测量器件。量子比特的操作也在该器件上成功演示。该器件对基于测量的量子计算机技术产生一定的影响力。

New qubit control bodes well for future of quantum computing                                                                        January 14, 2013 by Eric Gershon

http://phys.org/news/2013-01-qubit-bodes-future-quantum.html

(Phys.org)—Yale University scientists have found a way to observe quantum information while preserving its integrity, an achievement that offers researchers greater control in the volatile realm of quantum mechanics and greatly improves the prospects of quantum computing.

Read more at: http://phys.org/news/2013-01-qubit-bodes-future-quantum.html#jCp
Quantum computers would be exponentially faster than the most powerful computers of today."Our experiment is a dress rehearsal for a type of process essential for quantum computing," said Michel Devoret, the Frederick William Beinecke Professor of Applied Physics & Physics at Yale and principal investigator of research published Jan. 11 in the journal Science. "What this experiment really allows is an active understanding of quantum mechanics. It's one thing to stare at a theoretical formula and it's another thing to be able to control a real quantum object."In quantum systems, microscopic units called qubits represent information. Qubits can assume either of two states—"0" or "1"—or both simultaneously. Correctly recognizing, interpreting, and tracking their state is necessary for quantum computing. However, the act of monitoring them usually damages their information content.

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点评

中国相关部门的规划严重落后,基础研究薄弱,理论研究上缺乏领军人物,一定程度上缺乏高瞻远瞩。美国有计划近几年内实现第一台普适量子计算机。  发表于 2013-2-10 00:42
量子计算机的实用要等到2030年后? 我觉得按照什么摩尔定律,不会那么久吧?  发表于 2013-2-9 11:49
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 楼主| i2000s 发表于 2013-2-10 01:29 | 只看该作者
本帖最后由 i2000s 于 2013-2-9 12:30 编辑
i2000s 发表于 2013-2-8 22:32
中文大意:
美国Yale大学于2013年一月报道,制造了一种基于超快电子器件的非破坏性量子测量器件。量子 ...

关于路线图,可以参考这一篇:
美国拉斯阿拉莫斯国家实验室领衔发布的量子信息与量子计算路线图
发布时间比较早,但是回头看,基本上实施进度跟计划差不多。

该路线图工程最新的计划并没有公布,但是根据学术交流信息,实现量子计算机的时间点越来越近。D-wave已经声称实现了第一台商用量子计算机,并出售给航空航天巨头洛克马丁公司使用。
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 楼主| i2000s 发表于 2013-2-16 13:27 | 只看该作者
arxiv.org/abs/1205.3782

Waterloo university的Andrew Childs等提出了利用quantum walk进行通用量子计算的框架构想。文章早先与2012.5月发布在arXiv预印本上。基本思想是用多粒子的演化和相互作用,完成“图“上的行走,从而实现求解问题的目的。其通用性使其可以兼容其他各种量子算法。
17
iew 发表于 2013-3-15 07:08 | 只看该作者
[合肥晚报]京沪量子通信干线“科大造”
2013-03-12

合肥正在谋划全长2000多公里的、国际首个量子通信骨干线路

昨天下午,十二届全国人大一次会议安徽代表团全体会议召开。全国人大代表、合肥市市长张庆军透露,目前,合肥正在积极谋划一条总长为2000余公里的量子通信京沪干线,建成后将成为国际首个广域光纤量子保密通信骨干线路,确保通信安全不被窃听。张庆军在新能源汽车、光伏产业等方面提出多项建议,希望国家给予政策支持,允许合肥先行先试,争创新成果示范运用第一城。

中央政治局委员汪洋参加此次会议。
  
关键词 [“新三板”] 建议“新三板”试点扩容
  
“新三板”被称为企业公开发行上市的“孵化器”和“蓄水池”,借助这一平台,可以让更多管理规范的非上市股份有限公司利用股权进行融资,获取发展资金。
  
“目前合肥市已在机制、制度、政策、培训等方面做好了充分准备。建议国家下一步在扩大‘新三板’范围时,能把合肥纳入进去。”张庆军还列出一份合肥在科技金融融合方面的“成绩单”。
  
张庆军说,下一步,建议国家相关部委支持将合肥高新区纳入“新三板”试点,为科技型企业的发展提供投融资支撑平台和服务。
  
关键词 [量子通信] 谋划“防窃听”京沪干线
  
“量子通信”具有不可偷听、难以破解等特点,被称为电话窃听技术的“克星”。去年3月30日,“合肥城域量子通信试验示范网”全网开通,合肥市从而成为全国乃至全球首个拥有规模化量子通信网络的城市。
  
“目前,合肥正在积极谋划量子通信京沪干线,计划建成连接北京和上海、总长2000余公里的国际首个广域光纤量子保密通信骨干线路。”张庆军透露,“量子通信京沪干线”项目,由中科院牵头,中科大为项目建设主体,山东、安徽、中国有线等单位协作建设。该项目近期已通过国家发改委、科技部论证。
  
关键词 [创新平台] 建国家级协同创新平台
  
有着“江淮硅谷”之称的中科大先进技术研究院,从去年7月份开工建设以来,就受到各方面关注。与以往创新平台不一样,研究院将采取一套全新体制,与美国硅谷的创新平台类似,提升合肥的自主创新能力。
  
“目前研究院的一期工程进展顺利,预计到9月1日一期工程将投入使用。”张庆军向参加安徽代表团会议的汪洋介绍“江淮硅谷”的建设情况。
  除了“江淮硅谷”外,张庆军说,合肥在构筑协同创新平台方面还有几项“大动作”,他建议从国家级层面,以中科大先研院建设为试点,给予政策、资金等方面支持,努力打造省院共建、市校合作的国家级协同创新平台。
  
关键词 [科技成果] 争创新成果运用第一城
  
合肥有着众多新兴产业,如太阳能光伏产业、新能源汽车。谈到这些新兴产业,张庆军很有感慨。“建议国家能以合肥为试点城市,出台相应的政策,支持科技成果的示范推广和运用,让科技成果实现从产品到市场的跨越。”
  
张庆军以新能源汽车的推广为例。现在合肥的新能源汽车无论在产品保有量,还是生产能力方面都居全国第一。张庆军说,市民一次性购车费用太高,我们尝试用租赁形式推广电动车,虽然国家和地方有相关贴补,但大规模推广还是存在一定的障碍。在这方面,我们希望得到国家相关政策的支持。“希望国家以合肥市为试点城市,合肥将争创示范运用第一城,取得经验后再在全国范围内推广。”
  □本报特派记者罗敏 郑静 任自灵 付艳 蒋瑜香  2013-03-06 合肥晚报
http://news.ustc.edu.cn/mtgz/201303/t20130312_148109.html

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iew 发表于 2013-3-22 00:30 | 只看该作者
郭弘教授课题组在量子真随机数发生器研究中取得重要进展
日期: 2013-03-21  信息来源: 信息科学技术学院

信息科学技术学院郭弘教授课题组与物理学院张建玮副教授课题组开展合作,在用光学随机源设计研制量子真随机数发生器的研究中取得重要进展,相关成果发表在《激光物理快报》上,论文题目为《基于超亮发光二极管实现速率1.6 Tbit/s 的真随机数发生器》(Yu Liu, Mingyi Zhu, Bin Luo, Jianwei Zhang, Hong Guo. Implementation of 1.6 Tbit/s truly random number generation based on a super-luminescent emitting diode, Laser Physics Letters, 2013, 10: 045001, doi: 10.1088/1612-2011/10/4/045001)。

近期,郭弘课题组已在真随机数发生器研究领取得了一系列研究成果。例如,通过对离散型和连续型量子随机源的持续研究,在随机源的建模分析、信号采集手段、数据后处理方法和随机性统计检测等方面均形成理论和技术的积累。经过不断探索新型超大带宽量子光源,课题组发现超亮发光二极管在噪声的量子不确定性和探测技术易实现性方面都有良好的性能;结合快速采样技术和新型数据后处理方法,实现了速率达到1012 bit/s的超高速真随机数序列的产生。研究成果通过了国际标准统计检验包和自主设计的创新型统计检验包,在国际真随机数发生器领域创造了一个纪录

量子真随机数发生器是利用量子现象本质的不确定性,通过对物理源的信号采集和数字化技术来输出高速超长的随机数序列。与通过算法复杂度在计算机上生成的伪随机数不同,真随机数即使在拥有无限计算资源和量子计算机的情况下,也不会被成功预测,其优良的不确定性和不可预测性在众多领域中有强烈的应用需求

上述工作得到国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重点项目和国家“863计划”项目的支持。

最近,郭弘课题组致力于量子真随机数发生器设计研制中的细节问题,在数据后处理方法的评估、将量子贝尔不等式与随机性相结合,以及用物理方法进行随机性检验等方面做出了初步成果。
http://pkunews.pku.edu.cn/xxfz/2013-03/21/content_267030.htm

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iew 发表于 2013-3-26 20:27 | 只看该作者
半导体所等在纳米线量子点单光子发射研究中获得新发现

  文章来源:半导体研究所 发布时间:2013-03-25

半导体自组织InAs量子点因其具有“类原子”特性,是目前量子物理和量子信息器件研究最重要的固态量子结构之一。基于InAs量子点的高品质单光子的发射、读取、操纵、存储以及并行计算等是热点研究方向。而InAs单量子点的可控制备(如精确定位、有序扩展、与光学谐振腔耦合等)是目前面临的挑战性问题。

近年来,中科院半导体研究所牛智川研究员带领的课题组开展了基于InAs量子点的单光子发射物理效应和器件制备研究,在掌握了量子点密度控制、发光波长调控等关键技术基础上,研制成功GaAs衬底InAs量子点与分布式布拉格反馈(DBR)谐振腔耦合结构的单光子发射器件。为进一步提高单光子源的品质,该课题组根据国际发展动态,于2011年开始探索纳米线异质结量子点的可控分子束外延生长及其单光子发射效应。这种结构相当于把量子点置于可定向发射的“天线”中,可以有效提高单光子发射效率。

课题组开展了Si基自催化纳米线中量子点结构生长,研究了Ga液滴自催化GaAs纳米线生长技术,GaAs/AlGaAs核壳结构设计、纳米线中嵌入InAs量子点结构等。最近该课题组博士生喻颖、李密锋、贺继方等在研究中发现:在Si基上自催化形成的GaAs纳米线中,自组织生长的InAs量子点分布于侧面,由于存在应力使Ga液滴集聚,导致侧壁优先生长,形成分叉GaAs纳米线,而InAs量子点正好位于两根GaAs纳米线的分支点。

课题组与中国科学技术大学合作,利用低温共聚焦荧光系统对其激子级联发射、单光子特性进行综合分析,观测到了单根分叉GaAs纳米线中单InAs量子点的高纯单光子发射,光子计数是其他纳米线量子点的20倍。这项工作的重要意义在于:这种分叉纳米线量子点是生长在Si衬底上的,这为实现Si基光子互联、波导耦合等量子器件提供了新思路;这种结构不仅具有高品质的单光子发射特性,还具有潜在丰富的量子信息处理功能,如通过控制分叉点位置实现多通道量子器件,在量子点周围掺杂实现三端调控量子电学器件等等。

这项工作发表在《纳米快报》(Nano Letters; DOI: 10.1021/nl304157d)上。项目得到国家重大科学研究计划、国家自然科学基金、中科院先导专项(B)的支持。

http://www.cas.cn/ky/kyjz/201303/t20130325_3803853.shtml
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横空出世 发表于 2013-4-17 12:09 | 只看该作者
http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2013/4/276720.shtm

中国科大32岁教授陈宇翱获菲涅尔奖

记者4月13日在合肥中国科技大学获悉,该校青年科学家、32岁的陈宇翱因在光子和冷原子的量子操纵以及在量子信息和量子模拟等领域中的杰出贡献,被授予2013年度菲涅尔奖,颁奖仪式将于5月14日在德国慕尼黑召开的2013年欧洲量子电子学与量子光学年会上举行。

菲涅尔奖由欧洲物理学会设立,以19世纪最伟大的光学家菲涅尔命名,是量子电子学和量子光学领域青年科学家的最高荣誉,目前每两年颁发一次,每次奖励2名35岁以下的青年科学家,基础研究和应用研究领域各一名。

今年32岁的陈宇翱教授是中国科大近年来培养的优秀青年人才之一。1998年,在江苏启东中学读书期间,就在第29届国际中学生物理奥林匹克竞赛中一举夺得实验第一、总分第一两个奖项,填补中国学生从未在国际物理奥赛中取得过实验第一的空白。

1998年,陈宇翱进入中国科大深造,后师从潘建伟教授,开始了他在量子信息处理领域的科研历程,学生时代就和同事合作搭建了世界上首个五光子纠缠实验平台,奠定了中国在多光子纠缠操纵方面国际领先的地位。2004年,受德国最高博士生奖学金“德国电信精英奖”资助,陈宇翱跟随导师潘建伟教授到海德堡大学攻读博士学位。期间,他进一步发展了冷原子操纵、光与冷原子干涉和单光子存储等关键实验技术,实验实现了鲁棒的量子存储器和可升级的量子中继器。2011年,他入选中国首批“青年千人计划”全职回国工作,开展基于光子和超冷原子操纵的可拓展量子信息处理方向的工作,并在国际上首次成功制备出八光子薛定谔猫态。

迄今为止,陈宇翱的研究成果一次入选《自然》年度十大科技亮点,两次入选欧洲物理学会“年度物理学亮点”,两次入选美国物理学会“年度物理学重大事件”,五次入选由中国两院院士评选出的“中国十大科技进展新闻”等。
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