2021年8月国内外量子科技进展
【编者按】
宏伟的大厦总是由许多大大小小的基石和支柱构成。在量子互联的大厦蓝图中，前沿科技仍在不断地打造更好的基石，从理论到实验，从高精装置到集成器件，从密钥分发网到量子计算网……感谢您对科大国盾量子技术股份有限公司和量子信息技术的关注，我们尽力检索了国内外主流网站和期刊，摘录出领域关联度和重要度较高的部分科技产业动态和前沿研究成果，供读者快速了解。
一、本期头条
【国际首次量子密钥分发（QKD）和后量子密码（PQC）融合可用性的现网验证】
近日，中国科大、国盾量子、国科量子、济南量子院与上海交大等单位组成的联合团队完成了国际首次量子密钥分发（QKD）和后量子密码（PQC）融合可用性的现网验证。今年5月，研究团队在实验室中验证了“QKD+PQC”融合方案的可行性。该团队最新的研究进一步在现网实际业务中验证了融合方案的可行性,不仅将PQC认证协议集成到QKD设备内部，还在多用户、现网通信条件下进行了长时间运行测试。相关工作7月30日作为编辑推荐文章发表于《Optics Express》。
论文链接：
https://www.osapublishing.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-29-16-25859&id=453809
二、政策和战略
——国 内——
【北京市连续出台政策，超前布局量子科技，支持完善量子信息科学生态体系】
8月3日，《北京市关于加快建设全球数字经济标杆城市的实施方案》发布，北京市将超前布局量子科技，研制超导量子计算机，完成能够展示量子优越性的量子计算实验；推动拓扑量子比特制备和量子点量子电路研制达到国际领先水平。培育量子计算技术的产业生态和用户群体，研发量子计算机操作系统，开发量子算法与应用软件并促进其在多领域的应用。
8月18日，《北京市“十四五”时期高精尖产业发展规划》发布，提出完善量子信息科学生态体系，加强量子材料工艺、核心器件和测控系统等核心技术攻关，推进国际主流的超导、拓扑和量子点量子计算机研制，开展量子保密通信核心器件集成化研究，抢占量子国际竞争制高点。（来源：北京市人民政府网站）
原文链接：
http://www.beijing.gov.cn/zhengce/zhengcefagui/202108/t20210803_2454581.html
http://www.beijing.gov.cn/zhengce/zhengcefagui/202108/t20210818_2471375.html
【《广东省制造业高质量发展“十四五”规划》出台，提出建成广东“量子谷”】
8月9日，广东省发布《广东省制造业高质量发展“十四五”规划》，提出前瞻布局量子信息等战略性新兴产业、积极布局量子信息前沿技术和基础研究, 推动相关领域科技研发和成果转化, 发展量子信息研发、核心器件产品制造、应用服务等, 推动建立量子信息产业园区, 加快量子信息上中下全产业链条布局等。同时提出，“到2025年，建成广东‘量子谷’，打造世界一流的国际量子信息技术创新中心和我国量子信息产业南方基地。”（来源：广东省人民政府网站）
原文链接：
http://www.gd.gov.cn/zwgk/wjk/qbwj/yf/content/post_3458462.html
【安徽省公布首批“揭榜挂帅”榜单任务公告，包含超导量子计算】
8月25日，安徽省科学技术厅公布安徽省首批（2021年度）“揭榜挂帅”榜单任务的公告，榜单围绕半导体晶圆缺陷检测、超导量子计算超低温微波互连系统等关键核心问题，公开进行揭榜申报，力争解决制约安徽省产业发展的关键核心问题。揭榜方可对榜单任务进行申报，成功揭榜并立项的项目，由安徽省财政采取无偿资助方式，给予发榜方最高1000万元/项配套支持等。（来源：安徽省科技厅网站）
原文链接：
http://kjt.ah.gov.cn/kjzx/tzgg/120536221.html
——国 际——
【美国再出多项举措推动量子信息科学发展】
8月24日消息，美国海军研究办公室通过多学科大学研究计划向匹兹堡大学研究项目提供为期5年的共计750万美元的资助。该项目旨在开发一种用于量子计算机的新型量子存储器。
8月19日，美国能源部(DOE)宣布提供6100万美元用于开发新的量子设备和发展量子互联网。其中3000万美元将继续投入到DOE目前支持的5个国家量子信息科学中心，2500万美元用于创建量子互联网试验台，600万美元用于开发量子互联网的构件。据悉，阿贡国家实验室的“量子网络中可靠且可扩展的信息分发”等三个项目已获得上述资金支持。
8月16日，美国联邦公报发布题为“访问量子系统”的信息请求文件，旨在寻求为研究人员提供量子系统的访问权限。美国国会要求DOE制定一个路线图，为研究人员提供量子系统的访问权限，以增强美国量子研究企业，刺激新兴的美国量子计算产业，教育未来的量子计算从业人员，并加速量子计算机能力的提高。
8月9日消息，美国赖特-帕特森空军基地空军研究实验室（AFRL）被指定为美国空军和美国太空部队的量子信息科学研究中心。这一指定将使AFRL能够扩大其在政府、工业和学术界之间的合作，进一步加快量子技术的研究、开发和部署，并进一步推动量子技术在整个空军部队的应用。(来源：匹兹堡大学官网、美国能源部网站、丽兹先驱报、美国联邦公报、AFRL网站）
原文链接：
https://www.pitt.edu/pittwire/features-articles/developing-new-type-quantum-memory
【芬兰科学院启动高性能计算机和量子计算机的应用研究】
近日，芬兰科学院启动了一项为期三年、总额600万欧元的特别资助基金，旨在支持EuroHPC超级计算基础设施的使用、量子计算机的引入和高性能计算的应用。申报期为8月11日-10月6日，每个子项目获得的平均资金在40-50万欧元之间。该基金旨在支持发展多样化的未来计算生态系统，并将计算专业知识扩展到新的领域。（来源：芬兰科学院）
原文链接：
【澳大利亚联邦科学与工业研究组织成立“量子技术未来科学平台”】
8月24日消息，澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)新成立了“量子技术未来科学平台”，旨在针对具有特定挑战领域以及有机会创造新产业的科学领域进行多年和多学科投资，以吸引来自CSIRO和行业合作伙伴的专业知识。CSIRO最初的重点领域是加速药物开发、加强气候模拟、矿物勘探、材料发现以及国防和空间的传感和测量。现在，未来科学平台将为一系列应用开发量子技术。（来源：innovation aus网站）
原文链接：
https://www.innovationaus.com/jim-rabeau-is-the-csiros-new-quantum-tech-chief/
三、产业进展
——国 内——
【中国人民银行等通过量子密钥实现支付系统的加解密】
8月3日—6日，中国人民银行主管的国家重点学术期刊《金融电子化》杂志在其“实战”栏目推出系列文章，介绍量子保密通信技术及其在金融领域的应用。中国人民银行、中国银行、中国工商银行、兴业银行等分享了各自的探索经验及未来发展规划。系列文章显示，各银行自2015年开始探索各个领域的量子保密通信应用，形成一批典型示范案例，经过长期大规模的实践项目累积，夯实了我国在量子保密通信技术与金融行业结合方面的基础。
据悉，中国人民银行清算总中心基于支付系统加解密需求，提出将量子密钥应用于业务系统应用层加解密的应用场景，开发并建设了量子密钥分发系统。该系统由量子基础设施和量子密钥管理系统两部分组成。量子基础设施部署于北京、上海和无锡三地数据中心，通过量子专用网络（量子“京沪”干线+本地量子城域网）互联，采用量子密钥分发技术实现了三地数据中心间量子密钥的生成，产生的量子密钥被上层量子密钥管理系统调用，将量子密钥作为用户自身可直接调用的“密钥资源”来统一管理和调度。（来源：《金融电子化》）
原文链接：
https://mp.weixin.qq.com/s/clPwkK4BTPWoSwrluiYBbQ
https://mp.weixin.qq.com/s/az8y-EKd_0cZ56Sxd2GwFg
https://mp.weixin.qq.com/s/xLauoCkBxTDy9xrFowxj2w
https://mp.weixin.qq.com/s/HqH3zGBP8oloXN1rXOnVDA
【安徽电信携手银联商务打造国内首家量子云数据中心】
8月5日，中国电信安徽公司、银联商务、中电信量子公司共同举办天翼银商量子云数据中心揭牌暨战略合作框架协议签字仪式，标志着国内首家量子云数据中心正式启用。三方共同打造的天翼银商量子云数据中心，基于量子安全保密特性，可为客户的数据传输与备份提供加密服务保障，进一步提升数据安全等级。(来源：中国电信网站）
原文链接：
http://www.chinatelecom.com.cn/news/03/202108/t20210812_64711.html
【国科量子探索基于量子密钥分发（QKD）的信息安全托管】
8月25日消息，国科量子在2021中国国际智能产业博览会进行了QKD（量子密钥分发）的应用技术发布与签约活动，表示在重庆璧山展开布局，创造性地进行基于量子密钥分发（QKD）的信息安全托管探索，并在工业制造业、电子政务外网以及智慧城市多个领域推进试点，目前已经开通或正在调试的用户超过30家，预计年内服务用户数超过100家。(来源：人民网）
原文链接：
http://cq.people.com.cn/n2/2021/0825/c367647-34883329.html
【国家电网浙江金华供电公司利用“5G+量子”技术实现试验环网柜远程控制】
8月27日消息，浙江金华供电公司利用“5G+量子”技术，通过投入量子安全服务平台，成功实现对试验环网柜的远程控制。该项目以量子保密通信技术与现有5G网络安全防护技术融合为手段，搭建配网真实应用场景的试验环境，成功部署“5G+量子”安全服务平台。采用“5G软切片+量子通信”方式既解决了传统光纤方式的欠灵活性和建设成本高的问题，又解决了5G硬切片方式的高资费问题，是新型电力系统输配用数字化新技术的有益探索实践。（来源：电网头条）
原文链接：
【国盾量子获第八届安徽省专利奖金奖】
近日，安徽省市场监督管理局公告第八届安徽省专利奖评选结果，根据《安徽省专利奖评奖办法》，国盾量子成为20项专利金奖的获奖单位之一，其获奖发明专利为：一种量子密钥中继的方法、量子终端节点及系统(ZL 201511005684.5)。该专利涉及实用化量子通信网络的密钥中继关键技术，在量子通信网络的规模化建设和密钥中继服务质量提升方面具有重要意义，属于重要的基础型专利。（来源：安徽省市场监督管理局网站、国盾量子）
原文链接：
http://amr.ah.gov.cn/xwdt/gsgg/145986721.html
https://mp.weixin.qq.com/s/8Th_RSexwOcgqDFWMjGMOw
——国 际——
【欧洲首次在三个国家之间测试基于可信节点的光纤量子通信】
8月5日消息，意大利电信(TIM)和旗下海底电缆公司Sparkle在的里雅斯特举办的G20会议上，借助专用光纤，首次公开演示在的里雅斯特、卢布尔雅那和里耶卡之间国际光纤量子连接。这项测试通过位于三个相关国家（意大利、斯洛文尼亚和克罗地亚）的三个网络节点进行，由TIM和Sparkle进行光纤连接，通过可信节点建立量子密钥分发连接，具有高度的安全性。该工作属于欧盟量子通信基础设施（EuroQCI）项目的一部分，得到了欧洲航天局的支持。（来源：意大利电信网站）
原文链接：
https://www.gruppotim.it/en/press-archive/corporate/2021/PR-TIM-Sparkle-G20-5August2021.html
【东芝联合新加坡量子公司提供量子安全通信解决方案】
8月31日，东芝与新加坡量子技术公司SpeQtral宣布，他们已达成最终协议，向政府和企业推销和部署量子密钥分发（QKD）解决方案。此次合作将帮助东南亚潜在用户了解并考虑实施 QKD 解决方案以确保其通信安全，并以实现免费知识共享的线上和线下研讨会为起点。
此外，8月26日，东芝与日本东北大学医院等合作，利用远程光纤QKD技术演示了整个人类基因组在600公里光纤上的安全传输。整个过程在20到30分钟内完成，该技术可以长期保存机密备份数据，有望为基因组研究、医疗领域的安全数据管理做出贡献。（来源：SpeQtral公司、东芝公司）
原文链接：
https://www.global.toshiba/jp/technology/corporate/rdc/rd/topics/21/2108-02.html
【俄罗斯在机场进行了量子通信技术的测试运行，莫斯科启动QKD网络开放接入试点】
8月13日消息，莫斯科谢列梅捷沃国际机场、俄罗斯铁路公司和俄罗斯运输电信公司对一条量子干线进行测试运行，并在谢列梅捷沃国际机场展示了量子通信技术的成果。这条5.5公里长的量子干线连接了F航站楼和机场外的数据中心大楼。该工作在现有的光纤通信线路上实时演示了量子通信信道的稳定运行，俄罗斯信息安全公司QRate和Security Code为演示提供了相关设备。
8月9日消息，俄罗斯的莫斯科技术通信与信息大学(MTUCI)和莫斯科国立钢铁合金学院(MISIS)启动了一个连接这两所学校的试点量子网络。该网络配置是为与第三方组织的开放连接而创建的，可用于开发基于量子密钥的最新网络安全应用。量子密钥在可信节点之间的分发是由QRate公司开发的量子密钥分发(QKD)设备完成的。密钥的生成速度为30Kbps，可以同时连接10台以上的高速加密机。（来源：美通社、ICT Moscow网站）
原文链接：
https://ict.moscow/en/news/a-pilot-quantum-network-with-open-access-launched-in-moscow/
【德国演示量子安全视频会议】
8月10日，由德国联邦教育与研究部(BMBF)资助的QuNET项目演示了量子安全视频通话。BMBF和联邦信息安全办公室（BSI）之间使用多个自由空间和光纤量子通道实现首次基于量子安全的视频会议，除了演示的视频会议方面外，该系统还需要生成科学数据，以便为未来复杂的量子安全网络中的通信提供重要的支持。（来源：photonics media网站)
原文链接：
https://www.photonics.com/Articles/Quantum-Secured_Video_Conference_Achieved_in/a67267
【新加坡国立大学与亚马逊在量子科技方面达成合作】
8月2日消息，新加坡国立大学与亚马逊网络服务公司正式签署了谅解备忘录，双方将合作促进其在量子通信和计算技术的发展，并探索量子技术的潜在行业应用。此次合作由量子工程项目（QEP）牵头，这是一项由新加坡国家研究基金会于2018年发起的国家计划，旨在利用量子技术解决现实问题。量子技术已被确定为新加坡《智慧国家2025》和《研究、创新和企业2025计划》中的关键技术领域。此次合作将加速这一领域创新和解决方案的开发。（来源：新加坡国立大学官网）
原文链接：
https://news.nus.edu.sg/quantum-engineering-programme-teams-with-amazon-web/
【量子加密公司Arqit将正式在纳斯达克上市，并进军国防领域】
8月2日消息，英国量子加密公司Arqit宣布，与特殊目的收购公司(SPAC)Centricus合并相关的Form F-4注册声明已被美国证券交易委员会(SEC)宣布生效。交割完成后，合并的新公司Arqit Quantum Inc.的普通股和认股权证将在纳斯达克上市，股票代码为“ARQQ”和“ARQQW”。
据悉，Arqit近日还和英国工程服务公司巴布科克（Babcock International）签署合作协议，在政府和国防部门测试和试验Arqit的QuantumCloud的加解密能力。此次合作的目的是在各种平台和军事网络（包括英国政府资助的项目）的实战场景中进行测试，具体包括无人值守地面车辆、安全的载人和无人驾驶飞机以及海上连接项目。（来源：StreetInsider网站、Shephard 网站）
原文链接：
四、科技前沿
——国 内——
【光纤耦合的高性能纠缠源】
电子科技大学、上海微系统所、中国科大、南方科大的研究人员开发了一种光纤耦合的高性能纠缠源器件，该器件由光纤集成的PPLN波导和DWDM滤波器件构成，基于级联二阶非线性过程提高纠缠对产生效率，滤除自发拉曼散射噪声，得到的光子对符合-偶然符合比超过52600，产生率52.36kHz，探测率3.51kHz。研究人员基于该器件还调制了各种能量-时间、频率位、时间位三种维度的纠缠，能量-时间纠缠的CHSH-Bell不等式破缺最显著，S值达2.71。成果8月5日发表于《npj Quantum Information》。
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41534-021-00462-7
【原始密钥筛选方案提高CV-QKD抗噪声水平】
中南大学的研究人员提出了一种能够提高CV-QKD抗噪声水平的原始密钥筛选算法。该方法使用了“孤立森林”机器学习框架和Wiener过滤信号处理方案，通过异常检测来评估和有效筛除噪声信息。相对于传统方案中仅使用基矢比对筛选，该算法的噪声水平更低，支持了100km光纤上的CV-QKD。成果7月27日发表于《Physical Review A》。
论文链接：
https://doi.org/10.1103/PhysRevA.104.012616
【多方量子签名方案】
南京大学的研究人员提出了一种“更简单易行”的多方量子签名（QDS）方案。该方案采用六态非正交编码，相对于现有的三方QDS方案能够降低安全分析的复杂性和量子信道数量需求、提高数据使用效率。量子信道数量的需求和终端用户数量呈线性关系，后匹配方法使数据利用效率在5方QDS场景下和探测概率依然保持线性关系。成果8月11日发表于《Optics Express》。
论文链接：
https://doi.org/10.1364/OE.433656
——国 际——
【高性能自适应光学技术支持星-地白天量子通信】
美国Kirtland空军基地研究实验室、波音公司、Leidos公司（国家安全技术公司）的研究人员开发了一种克服大气湍流影响的高速自适应光学（Adaptive-Optics，AO）系统，并在充分模拟白天星-地下行链路的条件中演示了在量子通信中相对于既有方法的优越性能。该AO系统主要由集成的快速转向镜、变形镜组成，闭环反馈速率达到130Hz（之前实验的速率约2Hz），有效降低了对日光背景窄带滤波的需求，提高了光信号收集的光纤耦合效率。实验中模拟了11dB的大气散射，可等效700km的星-地倾角下行链路，实验结果显示775nm波段也能够实现健壮的白天量子通信，并且比1550波段的信噪比高1.8倍、数据传输效率高3.6倍。该成果7月29日以编辑推荐形式发表于《Physical Review Applied》。
论文链接：
https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.16.014067
【有纠缠≠有密钥，传统DI-QKD协议并不完全安全】
西班牙ICFO（光学研究中心）、波兰华沙大学的研究人员发现Bell非局域性并不是能够产生安全密钥的充分条件，这意味着传统的DI-QKD协议在大噪声场景可能并不安全。研究人员分析了使用Werner纠缠态进行传统DI-QKD、攻击者采用典型的“凸组合”攻击的情况，基于三方内禀信息给出安全密钥率计算公式，计算发现在Werner纠缠态对比度为0.7445时密钥率已降为0，而此时依然是存在纠缠的（对比度0.6964时能够违背Bell不等式）。该研究结果表明有些非局域关联在传统DI-QKD中不能产生安全密钥，同时也建议可以采用单方公布测量基矢的方式来避免安全问题（传统DI-QKD采用双方公布测量基矢方案）。成果7月29日以编辑推荐形式发表于《Physical Review Letters》。
论文链接：
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.050503
【基于二极管量子隧穿效应产生随机数】
泰国国家科技发展局的研究人员提出了一种经济的量子随机数产生方案。该方案使用量子隧穿二极管，通过电流扫描并测量电流涨落获得随机源，可以在经济的电子学器件中实现。该方案的最小熵评估，原始数据约0.623、最终输出约0.999。成果8月17日发表于《Applied Physics Letters》。
论文链接：
https://doi.org/10.1063/5.0055955
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