4月25日，中国科学院量子信息与量子科技创新研究院（以下简称“量子创新院”）向该公司交付了一款504比特超导量子计算芯片“骁鸿”。 1、“骁鸿”问世！ 据了解，测控系统和量子计算芯片是量子计算机不可或缺的核心硬件组件。其中，测控系统通过与量子计算芯片的精密交互，确保信号的准确生成、传输和处理，从而深刻影响着量子计算机的整体性能。为了全面验证大规模测控系统的各项性能指标，量子创新院特别定制研发了这款504比特的“骁鸿”量子计算芯片。 “骁鸿”量子芯片一经发布，便引起业界广泛关注。据悉，此次发布的“骁鸿”芯片在集成超过500比特的同时，量子比特的寿命、门保真度、门深度、读取保真度等关键指标，有望达到IBM等国际主流量子计算云平台的芯片性能。 据介绍，本次发布的“骁鸿”芯片，将用于国盾量子千比特超导量子计算测控系统——ez-Q Engine 2.0的实测，进行单比特门、双比特门、读取操作及测控系统性能测试，测试工作预计在今年8月前完成。值得一提的是，新测控系统在集成度上较上一代产品提升了10倍以上，且核心元器件采用了国产化设计，这不仅提高了操控精度，还大幅降低了成本。 该芯片刷新了国内超导量子比特数量的纪录。不过，“骁鸿”芯片主要考虑通过集成更多的比特数和实现各单项指标，综合性能与量子创新院团队此前创造量子纠缠数世界纪录的“祖冲之二号”芯片尚有差距，不具备实现“量子计算优越性”的能力。 后续，“骁鸿”将用于验证国盾量子自主研制的千比特测控系统，并计划通过“国盾量子计算云平台”、中电信量子集团“天衍”量子计算云平台，向全球开放。 2、超导量子计算机“大脑” 目前，超导量子计算是业界公认的量子计算技术路线，也是量子计算机的一种，但运算速度更快。从产业链环节来讲，超导量子计算技术体系中，包含硬件、芯片、操作系统3个关键点。 其中，超导量子芯片被称为超导量子计算机的“大脑”，能够以极高的效率执行超复杂的计算任务。另外一个重要的系统，即测控系统，被看作是量子世界的指挥官，负责精确操控和测量微小的量子比特。 公开资料显示，超导量子芯片，是一种基于超导材料制成的量子计算设备。与传统芯片不同，这是一种基于量子力学原理运行，利用量子叠加和量子纠缠等现象，采用量子比特（qubit）作为信息存储和处理单元，从而实现量子计算的芯片。 值得关注的是，量子计算优于经典计算，关键就在于量子比特可以在0和1之间的现行组合中存在，处于叠加态，也就使得在同一时间内，量子比特可以同时表示多个状态。这使得量子计算在并行处理和搜索问题时具备优势。 从生产难点角度上看，超导量子芯片除了一般芯片的难点之外，还需要考虑多个方面的挑战，比如量子芯片设计比传统计算机芯片更为复杂，材料选择和制造工艺上也有所限制，量子比特一致性及稳定性难以控制，以及测量和控制技术需要跟上新技术的变化，提高量子芯片的性能和可靠性。 其中，该类芯片需要用到的是高质量的超导材料，如铝、铜、铌等。超导材料的特性在于当温度降至某一临界温度以下时，电阻为零，电流可以无损耗地流动。利用这一特性，超导量子芯片实现了量子比特的高效操作和稳定存储。 此外，关于国际上超导材料的动态：据了解，2023年3月美国物理学会上来自罗切斯特大学的科学家迪亚斯宣布发现室温超导材料；同年7月，韩国的科研团队发表论文表示，其在实验室里实现了室温超导，在室温条件下，能实现电阻为零。零电阻意味着不会发热，形成的磁场也就特别稳定。 3、国产超导量子计算屡获突破 近年，超导量子计算得到了很大的发展，中国先后构建了62比特超导量子计算原型机“祖冲之号”和66比特的“祖冲之二号”，在超导量子体系实现“量子计算优越性”。除了上述“骁鸿”超导量子计算芯片的发布，国产超导量子计算已多次冲破关卡。 2023年11月，中国深圳企业量旋科技（SpinQ）成功将自主研发、设计、封装、测试的超导量子芯片交付给了中东的科研机构。据悉，2023年4月，量旋科技对外发布了超导量子芯片“量旋少微”，该芯片是全球为数不多标准化、量产型的超导量子芯片产品。 根据介绍，在完整的超导量子芯片生产线保障之下，“量旋少微”的退相干时间T1，达到了业内领先的10~100微秒，更长的T1可以保证更多的门操作，也能提高逻辑门保真度的上限。此外，“量旋少微”能够执行数十纳秒量级的单双比特门操作，并且能够实现99.9%以上的单比特门保真度和98%以上的双比特门保真度。 2024年1月，量子计算芯片安徽省重点实验室、安徽省量子计算工程研究中心联合发布了中国第三代自主超导量子芯片——“悟空芯”(夸父KF C72-300)。该芯片采用了72个计算量子比特的设计方案，还包含126个耦合器量子比特，共有198个量子比特，其实际运行状态下的比特弛豫时间T1≥15.3μs，退相干时间T2≥2.25μs。与前两代量子芯片相比，第三代超导量子芯片具有更高的相干时间，性能上有显著提升。 该超导量子芯片已在中国第三代自主超导量子计算机“本源悟空”上运行，能够实现量子叠加和纠缠等特性。量子计算芯片安徽省重点实验室副主任贾志龙表示，“悟空芯”以及“本源悟空”量子计算机的发布，意味着中国超导量子计算机制造能力从小规模开始进入中等规模阶段，具备了自主生产一定中等规模可扩展的量子计算机芯片和系统的能力。 2月下旬，安徽省量子信息工程技术研究中心及科大国盾量子技术股份有限公司联合发布消息，国产稀释制冷机ez-QFridge在交付客户后完成性能测试。 结果显示，该设备实际运行指标达同类产品国际主流水平，成为国内首款可商用可量产的超导量子计算机用稀释制冷机。稀释制冷机是构建超导量子计算机的关键核心设备，可为超导量子计算芯片提供接近绝对零度的超低温环境。 查看详细>>

几个世纪以来，人们一直知道光在某些情况下表现出类似波的行为。当光穿过某些材料时，它们能够改变光波的偏振（即振荡方向）。光通信网络的核心部件“光隔离器”或“光二极管”就是利用了这种特性。这种元件允许光向一个方向传播，但会阻挡另一个方向的所有光。 图注二维半导体中的法拉第效应 在最近的一项研究中，德国和印度的物理学家表明，在适合芯片使用的小磁场下，二硒化钨等超薄二维材料可以将某些波长的可见光的偏振旋转几度。来自德国明斯特大学（University of Münster）和印度浦那印度科学教育与研究所（IISER）的科学家们在《自然-通讯》（Nature Communications）杂志上发表了他们的研究成果。 传统光学隔离器的问题之一是体积相当大，尺寸在几毫米到几厘米之间。因此，研究人员还无法在芯片上制造出可与日常硅基电子技术相媲美的微型集成光学系统。目前的集成光学芯片上只有几百个元件。 相比之下，计算机处理器芯片包含数十亿个开关元件。因此，德国和印度团队的研究工作在开发微型光隔离器方面向前迈出了一步。研究人员使用的二维材料只有几个原子层厚，因此比人的头发还要细十万倍。 明斯特大学的Rudolf Bratschitsch教授说：“未来，二维材料可能成为光隔离器的核心，并实现当今光学和未来量子光学计算与通信技术的片上集成。” 来自IISER的Ashish Arora教授补充说：“即使是光学隔离器所需的笨重磁铁，也可以用原子级薄型二维磁铁代替。这将大大缩小光子集成电路的尺寸。” 研究小组破译了导致他们发现的效应的机制：二维半导体中的结合电子-空穴对，即所谓的激子，在超薄材料置于小磁场中时，会使光的偏振发生强烈旋转。 Arora称：“在二维材料上进行如此灵敏的实验并不容易，因为样品面积非常小。科学家们不得不开发出一种新的测量技术，其速度比以前的方法快1000倍左右。” 查看详细>>

分子半导体材料具有超长的室温自旋寿命，在实现室温高效自旋输运和调控方面具有很大潜力，其结构多样性、可设计性以及丰富的光电特性为分子自旋电子学的发展提供了广阔空间。分子半导体材料化学结构与自旋输运性质之间的构效关系研究是开发高效自旋输运分子半导体材料以及构建高效自旋器件的重要基础，而电子顺磁共振技术在分子材料自旋寿命探测中的应用为该研究方向的发展提供了有效的测量手段。 近日，中国科学院国家纳米科学中心孙向南课题组利用电子顺磁共振技术，在同分结构异构体的分子构象与材料自旋寿命的构效关系研究方面取得进展。相关成果以Structural isomeric effect on spin transport in molecular semiconductors为题，在线发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。 分子半导体通常由原子序数较低的轻元素组成，因此具有较弱的自旋轨道耦合强度和较长的自旋寿命。元素组成主导的自旋轨道耦合效应通常被认为是导致自旋在分子半导体中弛豫的主要因素，进而影响材料自旋寿命和自旋扩散长度。同分异构是有机半导体材料的典型现象，由于同分异构体的元素组成完全相同，通常认为同分异构体之间的自旋寿命和输运性能理应差异不大。ITIC和BDTIC是分子电子学研究中商业化的互为结构异构体的小分子半导体材料，具有确定的化学结构和较高纯度。基于对ITIC和BDTIC同分异构体的自旋输运性能的研究，该团队通过实验证明，尽管ITIC及其结构异构体BDTIC这两种薄膜的电荷输运和分子堆积性质非常相似，但其自旋输运性能完全不同。通过进一步的电子顺磁共振实验和密度泛函理论计算，研究发现在BDTIC中形成的非共价构象锁可以增加自旋输运路径上的自旋轨道耦合作用，从而降低自旋寿命。 该研究表明开发高效的自旋输运分子半导体材料应考虑结构异构效应的影响，这为解决未来薄膜中构象锁定量测量的挑战提供了理论基础。此外，该方法有望被拓展到更广阔的分子科学应用研究领域。 分子半导体材料中结构异构效应对自旋寿命和自旋扩散长度的影响 查看详细>>

近日，电子科技大学信息与量子实验室透露，该实验室研究团队近日与北京清华大学、中国科学院上海微系统与信息技术研究所合作，在国际上首次研制出氮化镓量子光源芯片，这也是电子科技大学「银杏一号」城域量子互联网研究平台，取得的又一项重要进展，相关成果发表在《物理评论快报》上。 据了解，量子光源芯片是量子互联网的核心器件，可以看作点亮“量子房间”的“量子灯泡”，让互联网用户拥有进行量子信息交互的能力。 研究团队通过迭代电子束曝光和干法刻蚀工艺，攻克了高质量氮化镓晶体薄膜生长、波导侧壁与表面散射损耗等技术难题，在国际上首次将氮化镓材料运用于量子光源芯片。 目前，量子光源芯片多使用氮化硅等材料进行研制，与之相比，氮化镓量子光源芯片在输出波长范围等关键指标上取得突破，输出波长范围从25.6纳米增加到100纳米，并可朝着单片集成发展。 “这意味着，‘量子灯泡’可以点亮更多房间。”电子科技大学基础与前沿研究院教授、天府绛溪实验室量子互联网前沿研究中心主任周强解释，通过为量子互联网的建设提供更多波长资源，可以满足更多用户采用不同波长接入量子互联网络的需求。 就在一个多月前，该团队将光纤通信波段固态量子存储的容量提升至1650个模式数，突破了该领域的世界纪录。接连的研究进展，将进一步为大容量、长距离、高保真量子互联网的建设提供关键器件基础。 查看详细>>