编者按：2016年即将过去，新的一年即将开始，在2016年发生了哪些令人关注的科技事件呢？e科编辑整理了在e科网报道的国内外科技前沿资讯，本期特精选出信息技术领域量子技术十大热点突破以飨读者！

1、【量子信息】新记录！中国科学家首次实现十光子纠缠

中国科学技术大学潘建伟及其同事陆朝阳、陈宇翱等组成的研究小组在国际上首次成功实现十光子纠缠，打破了之前由该研究组保持多年的八光子纪录，再次刷新了光子纠缠态制备的世界纪录。这一成果以“编辑推荐”的形式发表于国际权威学术期刊《物理评论快报》，并被美国物理学会《物理》网站和《自然》杂志研究亮点栏目报道。

多粒子纠缠操纵作为量子信息处理基本能力的核心指标，一直是国际角逐的焦点。能操纵的纠缠光子数目的增加，往往伴随着指数级增强的量子信息处理能力，伴随着量子力学和爱因斯坦的定域实在论之间愈加尖锐的矛盾，同时也伴随着其实验实现难度的不断挑战。瞄准这一战略性目标，潘建伟及其同事首次实现并一直保持着多光子纠缠态的世界记录，并系统性地应用于量子通信、量子计算等多个研究方向，成为国际上多光子纠缠领域的开创者和引领者。 

链接：http://easytechchina.com/index.php?m=&c=media&a=show&id=1986

2.【量子通信】NASA利用城市现有光纤实现远距离量子传输

10月18日消息，据国外媒体报道，美国国家航空航天局相关研究人员日前使用城市光缆实现了远距离量子传输，其通过“暗光缆”在加拿大卡尔加里市将激光光子传送了3.7英里。据悉，这次实验使用的传输媒介是研究人员称之为“暗光缆”光纤。这是研究人员脱离实验室环境在真实环境中进行的量子传输实验，其超过3.7英里的传输距离是新的实验记录。其标志着人类向建成量子互联网迈出了重要一步。

通过量子传送的方式可以实现加密信息的绝对安全传输，其允许信息发送者将“无形信息”发送给接受者，而在量子网络上无法实现信息拦截。这项研究成果发表在最新一期的《自然光子学》杂志上，是美国国家航空航天局喷气推进实验室、加拿大卡尔加里大学以及美国科罗拉多州博尔德国家标准与技术研究所的合作项目。

链接：http://easytechchina.com/index.php?m=&c=media&a=show&id=1795

3、【光量子计算】首个电流激发光源的光量子电路问世

德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）官网近日发布公告称，该校科学家带领波兰和俄罗斯科学家组成的国际研究团队，解决了光子电路运用于光量子计算机的一大限制条件，首次成功将一个完整的量子光学结构集成到芯片上。发表在《自然·光子学》杂志上的这一最新成果将帮助光量子计算机早日用于数据加密、大数据超快计算及高度复杂系统量子模拟等领域。

碳纳米管因为直径不到一根头发粗细，成为光量子电路最小型光源的最佳选择，用激光照射碳纳米管，它们会发出许多单光子。但由于现有芯片内含的都是电学组件，不接受额外的激光系统，这种激发碳纳米管发出光子的激光技术很难集成到现有芯片上，成为光量子计算机发展的制约条件。

新研究利用流经碳纳米管的电流刺激碳纳米管发出单个光子。研究团队用碳纳米管作为单光子源、探测器作为超导纳米电线，将碳纳米管和两个探测器分别与纳米光子波导相连，制成的光结构用液氦制冷后，能发出可以计数的单个光子。该装置能集成到现有芯片上。KIT纳米技术专家拉尔夫·克鲁克说：“我们的电路是光量子计算机领域的一大进步，现在我们完全能利用电流刺激碳纳米管发出单光子，克服了阻碍光量子计算机运用的制约因素。”

链接：http://easytechchina.com/index.php?m=&c=media&a=show&id=1753

4、【极化激元激光】水母荧光蛋白点亮新型激光,有望为量子物理和光学计算开辟新途径

一个由英德科学家组成的研究团队在最近出版的《科学·进展》杂志上发表论文称，他们首次将水母体内的荧光蛋白基因插入大肠杆菌基因组，利用转基因大肠杆菌产出了增强型绿色荧光蛋白（eGFP）并用来产生激光。研究人员指出，这一突破代表着极化激元激光领域的重大进步，其效率和光密度都比普通激光高得多，有望为研究量子物理学和光学计算开辟新途径。

研究人员把转基因大肠杆菌产生的eGFP填充在许多光微腔里，作为一种“光泵”，能以纳秒速度发出闪光，使整个系统达到产生激光所需的能量。“光泵”能在达到激发阈值后，给设备注入更多能量以产生传统激光。该激光发明人之一、苏格兰圣安德鲁大学物理与天文学院教授Malte Gather说，皮秒脉冲的能量更合适，但制造起来要比纳秒脉冲难1000倍，他们的做法简化了很多制造工序。 

链接：http://easytechchina.com/index.php?m=&c=media&a=show&id=1629

5、【量子计算机】量子计算机创造新突破：牛津大学将量子逻辑门精度提至99%！

8月，《物理评论快报》报道称，牛津大学教授的研究实现了量子计算机研发进程的一个重大突破：由英国工程和物理科学研究理事会（EPSRC）资助的网络量子信息 技术中心（NQIT）的科学家已经将量子逻辑门（quantum logic gate）的精度提升至99%。其意义在于：人类构建的量子逻辑门精度已经达到了实际构建一台量子计算机所需的理论精度基准。

量子计算作为先进的计算机技术，在人工智能研究等需要海量计算的研究领域方面而显示出巨大的潜力价值。牛津大学莫德林学院研究者、论文的第一作者Chris Ballance博士在接受媒体采访时表示：“事实证明量子机制的信息操作方式能给量子计算机带来远比任何可以想象的常规计算机更加高效的解决特定问题的方法。比如安全密码破解、搜索大型数据集等。量子计算机天生就很适合模拟其它量子系统，这可能有助于我们，比如说，理解化学和生物学相关的复杂分子。”

链接：http://easytechchina.com/index.php?m=&c=media&a=show&id=1519

6、【量子全息】突破 | 单光子全息图首次“出炉”，量子全息摄影成为可能

全息成像与摄影术不同，可以重现物体的空间结构，让人们看清其三维形状。全息术利用了经典的干涉现象——两束波相遇会形成一束新波，但由于光子的相位(波的一种属性)一直在波动，经典干涉无法用光子做实验。

7月，波兰华沙大学的科学家首次制造出单个光子的全息图。由于光子的相位时常波动，经典干涉是不会发生的，也就是说它的成功违背物理学基本定律。因此长期以来都被认为不可能成功的实验。

在最新研究中，华沙大学的物理学家通过使用量子干涉获得了光子的全息图，同时发现，在量子干涉中，光子的波函数相互影响。他们表示，最新研究可强化科学家对量子力学的理解，赋予他们一种看待量子现象的新方式，有望开启一个全新的量子全息术时代。

链接：http://easytechchina.com/index.php?m=&c=media&a=show&id=1445

7、科学家发现水分子的第四种形态：在绿宝石内或有量子隧穿态

教科书告诉我们，水有三种状态：气态、液态和固态。但据美国能源部下属的橡树岭国家实验室（ORNL）官网消息，该实验室科学家通过中子散射和计算机模拟，揭示了水分子在极端限制条件下的新行为——量子隧穿态。研究人员表示，最新现象或许会引发诸多领域科学家的广泛讨论。研究发表在最新一期的《物理评论快报》上。

这项研究在ORNL的散裂中子源（SNS）和英国卢瑟福·阿普尔顿实验室（RAL）进行，科学家发现了局限于绿宝石中直径只有5埃（1埃等于百亿分之一米）的超小六角形宽沟道内水分子的新的隧穿状态。

该研究领导者、ORNL化学和工程材料分部的亚历山大·科列斯尼科夫说：“在低温下，正在隧穿的水通过隔开的潜在墙，展示出量子运动。这意味着，水分子中的氧原子和氢原子已‘不受位置限制’，因此能同时出现在沟道内所有6个对称的位置，这一现象仅仅发生在量子世界内。”

链接：http://easytechchina.com/index.php?m=&c=media&a=show&id=1186

8、【量子计算机】量子计算机关键技术获突破，反馈技术将量子叠加时长提高1000倍

量子计算机胜过传统计算机的“秘密武器”是量子叠加，但量子叠加很脆弱，延长其寿命是研制大型通用量子计算机面临的主要“拦路虎”之一。在7日出版的《自然》杂志上，美国科学家称，他们在由合成钻石制造的量子设备内使用一种量子反馈技术，将量子叠加的时长提高了1000多倍，向最终研制出可靠的量子计算机迈出了重要一步。

据MIT官网消息，在实验中，研究人员用氮核的自旋状态来控制NV的电子自旋：微波先让NV中心的电子自旋进入叠加状态，射频辐射接着让氮核进入特定的自旋状态，另一些低功率微波随后让氮核同NV中心的自旋发生“纠缠”。此时，NV量子比特能执行计算。之后，第三批微波被用来解除氮核与NV中心间的纠缠。最后，系统暴露于一个微波序列之下。这种暴露是被精确校准了的，即使如此，它们对NV中心的影响还是取决于氮核的状态。如果计算中出现错误，那么，微波将纠正这一错误，如果没有，激光不会改变NV中心的状态。

结果表明，使用这一反馈控制系统，一个氮空位中心量子比特能保持叠加状态的时间是不使用这一系统的1000倍。

链接：http://easytechchina.com/index.php?m=&c=media&a=show&id=1140

9、【量子加密】激光技术使信息传输更快更安全、助量子加密系统实用化

科技日报4月6日电  英国剑桥大学和东芝欧洲研究所的科学家在最新一期《自然·光子学》杂志上撰文指出，他们采用“脉冲激光播种”技术，将一台激光器内的光子“播种”进另一台激光器内，新方法或有助于“牢不可破”量子加密系统的实用化，并将信息传输速度提高了10多倍。

在最新研究中，一台激光器将其部分光子注入另一台激光器内，这样每台激光器发出的脉冲之间具有更小的时间晃动，因此更容易让查理完成它的对比探测，如此，爱丽丝和鲍勃就可以编码更短脉冲的光子发送给查理。研究还表明，在MDI-QKD系统中使用这一技术，能将其码率提高到1Mbit/秒。该研究论文第一作者、剑桥大学工程学院博士卢西恩·科曼达认为，最新研究或是通往实用量子加密系统的里程碑之一。

链接：http://easytechchina.com/index.php?m=&c=media&a=show&id=1131

10、【量子光学】固态量子光学突破：中科大实现综合性能国际最优的单光子源

中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等在国际上首次实现基于半导体量子点的高效率和高全同性的单光子源，综合性能达到国际最优，为实现基于固态体系的大规模光子纠缠和量子信息技术奠定了科学基础。国际权威学术期刊《物理评论快报》日前以“编辑推荐”的形式发表了这一研究成果，并在美国物理学会的Physics网站专门撰文介绍。

量子点是通过分子束外延方法制备的半导体量子器件，又被称为“人造原子”，原理上可以为量子信息技术提供理想的单光子源。为了能够真正用于可扩展、实用化的量子信息技术，单光子器件必须同时满足三个核心性能指标：单光子性、高全同性和高提取效率。尽管从2000年开始，国际上许多研究机构（包括加州大学、斯坦福大学、剑桥大学等）对量子点光学调控进行了长期和大量的探索，然而这三个核心指标一直无法得到同时满足，因而成为固态量子光学领域15年来悬而未决的重大挑战。

链接：http://easytechchina.com/index.php?m=&c=media&a=show&id=850

如若转载，请注明e科网。

如果你有好文章想发表or科研成果想展示推广，可以联系我们或免费注册拥有自己的主页