北京量子院院長、清華大學(xué)副校長薛其坤院士，國家自然科學(xué)基金委員會副主任、北京大學(xué)教授謝心澄院士，北京計算科學(xué)研究中心主任林海青院士，中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所研究員常凱院士等專家參加大講堂活動，圍繞量子物態(tài)調(diào)控、量子計算與模擬技術(shù)、量子網(wǎng)絡(luò)與量子信息系統(tǒng)技術(shù)等方面分享了量子科技前沿的新進(jìn)展，研討了量子科技發(fā)展的新思路。
我國在量子科技若干領(lǐng)域處于國際引領(lǐng)位置
一個國家量子科技研究的實(shí)力，取決于高水平的研究機(jī)構(gòu)和人才隊(duì)伍。薛其坤院士介紹，2017年底，北京市聯(lián)合中國科學(xué)院、清華大學(xué)、北京大學(xué)等國內(nèi)頂尖高校和科研機(jī)構(gòu)，成立了北京量子院。
“圍繞量子科技前沿方向，北京已經(jīng)聚集了一大批量子科技領(lǐng)域的高精尖人才?！北本┝孔釉撼闪⑷陙恚言谌蛘衅溉毧蒲腥藛T150余人，組建了10余個科研團(tuán)隊(duì)，初步完成了微納加工和綜合測試兩個平臺的建設(shè)，我國在若干領(lǐng)域已處于國際引領(lǐng)位置。
當(dāng)前，北京的量子科技有哪些主要研究方向？薛其坤說：“主要是量子物態(tài)、量子計算、量子通信、量子材料與器件、量子精密測量等五大研究方向。今后北京量子院還將面向國家重大需求，進(jìn)一步聚焦具有重大應(yīng)用前景的原創(chuàng)性基礎(chǔ)研究?！?/p>
在量子科技領(lǐng)域取得一大批原創(chuàng)性成果
我國科學(xué)家在量子科技若干領(lǐng)域處于國際引領(lǐng)位置，特別是基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，近年來取得了一批重大成果。
謝心澄院士介紹他的團(tuán)隊(duì)研究“拓?fù)浒虢饘僦械娜S量子霍爾效應(yīng)”：“我們研究了外爾半金屬中的三維量子霍爾效應(yīng)，并闡明了邊緣態(tài)的完整圖像。我們的工作，揭示了外爾半金屬中三維量子霍爾效應(yīng)的新穎邊緣態(tài)的本質(zhì)。”
“竊聽不動，量子直通！”清華大學(xué)龍桂魯教授的團(tuán)隊(duì)報告了他們的量子直接通信研究進(jìn)展，“量子直接通信是我們在2000年原創(chuàng)性提出的阻止竊聽的新型量子保密通信技術(shù)，直接利用量子態(tài)傳輸秘密信息。北京量子院、清華大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)最近成功研制了實(shí)用化的量子直接通信樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)了10公里光纖4kbps的量子直接通信?！?/p>
量子科技是重大顛覆性技術(shù)創(chuàng)新，很多人對量子科技的原理和應(yīng)用不了解，表示懷疑。常凱院士介紹：“以半導(dǎo)體量子結(jié)構(gòu)的自旋軌道耦合效應(yīng)為例，在過去20年中展現(xiàn)了許多新奇的物理現(xiàn)象，并部分實(shí)現(xiàn)了器件應(yīng)用。它不僅具有重要的應(yīng)用價值，同時也是探索量子效應(yīng)的絕佳實(shí)驗(yàn)平臺，它可以把維度效應(yīng)（或稱納米結(jié)構(gòu)）、關(guān)聯(lián)效應(yīng)和能帶拓?fù)湫再|(zhì)結(jié)合起來，研究這些效應(yīng)相互影響導(dǎo)致的新量子相和量子效應(yīng)?！?/p>
量子計算研究有哪些進(jìn)展
量子科技發(fā)展突飛猛進(jìn)，成為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的前沿領(lǐng)域，量子計算機(jī)更是各國科學(xué)家研發(fā)的熱點(diǎn)，中國的量子科學(xué)家在這方面的研究也取得了進(jìn)展。
北京大學(xué)王健教授介紹：“近年來，量子計算機(jī)的研制已成為量子科技前沿的焦點(diǎn)和量子超越的核心方向。當(dāng)前量子計算研究的核心難題是量子比特很難規(guī)?；財U(kuò)展。探索對環(huán)境擾動不敏感的拓?fù)淞孔佑嬎?，就成為解決這一困境的重要途徑。我們的研究組與合作者在高溫超導(dǎo)薄膜表面有新發(fā)現(xiàn)，首次揭示了二維高溫超導(dǎo)體中的一類拓?fù)渚€缺陷端點(diǎn)處的零能激發(fā)，將馬約拉納零能模和拓?fù)淞孔颖忍氐难芯繙囟忍嵘艘粋€數(shù)量級，具有單一材料、較高工作溫度和零外加磁場等優(yōu)勢，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)可應(yīng)用的拓?fù)淞孔颖忍靥峁┝艘环N方案。”
中科院物理所研究員范桁說：“超導(dǎo)量子計算發(fā)展迅速，由于其高可擴(kuò)展性，是科研機(jī)構(gòu)和高科技公司主要采用的量子計算技術(shù)路線之一。我們最近關(guān)于超導(dǎo)量子計算的研究取得系列進(jìn)展，包括超導(dǎo)量子模擬多體物理，量子機(jī)器學(xué)習(xí)，多比特量子態(tài)制備等。目前國內(nèi)外團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)低噪音中等規(guī)模量子計算這個目標(biāo)，預(yù)計今后幾年會涌現(xiàn)出系列成果，而在中短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)量子計算應(yīng)用方面的正反饋，將可支持量子計算的持續(xù)發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)量子計算從科學(xué)研究到實(shí)用化的跨越?！?/p>
北京量子院副研究員裴天介紹：“要構(gòu)建包含百千萬物理比特的通用量子計算機(jī)，現(xiàn)有的技術(shù)和體系很難在設(shè)計、工藝以及運(yùn)行環(huán)境的兼容性上同時滿足要求。使用量子點(diǎn)束縛電子作為量子比特的載體早在22年前就被提出，隨著加工和生長技術(shù)的進(jìn)步，此方向近年來取得了快速發(fā)展。通過使用核自旋為0的四族材料可以基本消除材料中磁噪聲的干擾，從而獲得高性能的自旋量子比特。與傳統(tǒng)集成電路高度兼容、可工作在較高溫度等特性，使得此方案在構(gòu)建通用量子計算機(jī)方面極具潛力。”
