最好用的光学模拟实验室(光子盒年度系列丨2021年全球量子领域十大高校)

Posted 2023-05-29

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最好用的光学模拟实验室(光子盒年度系列丨2021年全球量子领域十大高校)

随着社会发展、国家战略对量子技术的需求不断增加，全球正通过量子技术的革命为进一步数字化转型做准备：这些技术进步在密码学、材料科学、农业、量子计算等更多领域将会起着至关重要的作用。随着商业世界中谷歌、微软、IBM和各国政府大力投资量子科技，相信量子将通过解决经典计算机无法企及的算力和算法来提高大数据利用的效率。

本文根据研究院系、师资团队、科研成果、业界影响力等指标，评估遴选出全球量子领域的十大高校。具体排名不分先后，仅按照校名首字母进行排序。

加州理工学院

Caltech

加州理工学院(Caltech)一直是美国西部的量子中心，走在量子科技学术科研的前沿。如今，全球量子领域正处于一个被Caltech著名物理学家John Preskill称为“含噪中型量子”(NISQ)的时代——在NISQ时代，量子计算机将伴随大量的噪声和干扰。

现在，Caltech正在加速量子技术的相关科研。2021年1月，Caltech应用物理和材料科学系宣布与日本电报电话公司旗下NTT Research物理与信息学实验室合作，共同开发世界上最快的相干伊辛机(CIM)。3月，亚马逊网络服务(AWS)更是在Caltech的校园内成立了量子计算中心，构建容错量子计算机。4月，AWS量子计算中心宣布将资助位于耶路撒冷的希伯来大学的研究，旨在找到提高门保真度的量子门设计方法。

Caltech的学术能力也获得了美国国家战略的青睐。2021年9月，美国能源部(DOE)劳伦斯伯克利国家实验室资助1250万美元，与加州伯克利和Caltech合作为期五年的“新型纠缠技术的量子应用网络试验台”项目，旨在建设一个基于软件的分布式量子计算网络，为量子互联网概念开发测试平台。

科研成果：

2021年7月，谷歌和Caltech的联合团队实验证明了量子计算机能够自然地解决某些输入之间具有复杂关联的问题。研究成果以《数据在量子机器学习中的力量》为题发表在《自然·通讯》上。

12月，谷歌与Caltech合作表明，在某些条件下，量子机器可以从比传统上要求的实验数量少得多的实验中了解物理系统。这一新方法通过使用40个量子比特和1300个量子操作进行实验验证，证明了即使使用我们今天的嘈杂量子处理器，也具有巨大的量子优势，为量子机器学习和量子传感的更多创新铺平了道路。

哈佛大学

Harvard

2021年4月26日，哈佛大学推出了“量子工程博士项目”(QSE)——全球首个量子科学的博士学位。该项目计划于2022年秋季招收首批学生，招生规模约35至40人。该QSE项目旨在融合科学与工程的课程来提高效率，培养物理领域的下一代领导者和创新者。核心课程包括量子力学基础、量子光学、量子信息科学导论、量子系统应用等。哈佛物理学教授John Doyle将担任QSE系主任，授课教师来自于哈佛大学文理学院和工程与应用科学学院(SEAS)的物理系、数学系、化学与化学生物学系。

除此之外，哈佛大学还和美国能源部的量子信息科学(QIS)、美国国家科学基金会(NSF)和白宫科学技术政策办公室(OSTP)、哈佛大学集成量子材料中心(CIQM)合作开发了相关课程和教育活动。

科研成果：

2021年7月，来自哈佛-麻省理工学院(MIT)超冷原子中心Mikhail Lukin、Markus Greiner等科学家合作，开发了能够操作256个量子比特的可编程量子模拟器，这是有史以来具有最多量子比特的机器。

11月，约翰·保尔森工程和应用科学学院(SEAS)的研究人员开发出了高效的片上移频器——用于转换GHz频率范围内的光。该结果随后发表在《科学》杂志上。

麻省理工学院

MIT

麻省理工学院(MIT)一直致力于将量子技术与人工智能相结合。2021年9月，由MIT领导的“聚合物技术创新社区资源”项目获得了美国国家科学基金会(NSF)的资助。项目团队正在构建一个支持人工智能的云应用程序和数据库，供聚合物科学家轻松查找复杂数据并与之交互。

在业界，MIT也极具影响力。MIT的校园不仅诞生了量旋科技、晶泰科技等众多技术创新企业，还创立了《麻省理工科技评论》等一线期刊，为前沿科技投资指明方向。

科研成果：

2021年6月，MIT电气工程和计算机科学研究生Youngkyu Sung提出了消除量子算法最重要的操作（双量子比特操作或“门”）中的常见错误的解决方案。

7月，MIT和谷歌量子AI团队提出了新的量子算法，旨在对数时间内训练这种网络。团队在标准MNIST图像数据集上提供了令人信服的证据，证明了他们提出的方法的有效性。

7月，QuEra创始团队中哈佛大学Mikhail Lukin、Markus Greiner以及MIT的Vladan Vuletić、Dirk Englund共同研发出了基于中性原子技术的256量子比特计算机，这是有史以来规模最大的量子模拟器。

8月，MIT的最新研究提出了一种保护量子态的方法：使用一种叫做多体定位(MBL)的现象。研究人员表示，MBL有许多潜在的应用，包括热存储、量子计算等。

9月，中国科大潘建伟、张强等与MIT的Frank Wilczek合作，利用济南量子技术研究院研制的周期极化铌酸锂波导，搭建颜色擦除强度干涉仪，并成功验证了该系统的高空间分辨成像能力。这一技术有望被应用于天文观测、空间遥感和空间碎片探测等领域，研究成果发表在《物理评论快报》上。

11月，MIT团队开发了新的方法来控制和测量金刚石晶体中的能级，可以改进量子计算机中的量子比特。研究人员创造并描述了新的量子系统，这些系统展示了动态对称性——一种周期性重复的特殊行为，就像一个折叠的形状，并在时间中反射。

11月，麻省理工学院团队使用激光挤压和冷却锂气体，使其密度和温度足够低，从而减少光的散射。如果他们能把云冷却到更接近绝对零度(零下273.15摄氏度)，他们表示它将变得完全看不见。

12月，MIT的科学家开发了一种检测新冠病毒(SARS-CoV-2)存在的新方法。基于量子效应，这种方法速度更快、成本更低、错误结果也更少。相关研究已经发表在美国化学学会(ACS)Nano Letters上。

南京大学

NJU

作为中国科技部“重大科学研究计划”量子调控项目的主要研究基地，南京微结构国家实验室的构建依托南京大学物理学院，以微结构科学和量子调控、分子工程学等为研究核心。实验室的主要研究内容为：1、人工微结构物理与工程学、2、量子调控的电子学、3、分子基光电功能体系、4、超分子和纳米结构及其器件、5、软物质的结构与功能、6、微结构材料设计和理论计算、7、基于微结构的高新技术及其应用。

2021年10月，南京大学的“功能集成光量子芯片”成果更是入选并亮相于国家“十三五”科技创新成就展。这一光子芯片项目是实现未来高速低能耗通信、高精密传感、高保密量子通信技术的关键。

师资方面，南京大学有祝世宁院士、吴培亨院士等。

科研成果：

2021年1月，南方科技大学量子科学与工程研究院、协同南京大学团队，联合在基于超导量子线路系统中，利用可调耦合器实现两个超导量子比特之间的高保真度、高扩展性的两比特量子门方案。这一在超导量子线路系统中的两比特量子门操控研究中取得的重要进展发表在《物理评论快报》上。

1月，南京大学固体微结构物理国家重点实验室祝世宁院士团队谢臻达教授、龚彦晓教授课题组在量子信息研究中的最新进展以《具有无人机移动节点光学中继的纠缠分发》为题发表在《物理评论快报》上，朝着无人机移动量子信息网络更进一步。

1月，华南师大粤港量子物质联合实验室与南京大学合作，利用超导量子比特系统首次实现和观测到四维参量空间中的张量磁单极。研究团队利用超导四能级人工原子在四维参量空间中构造和实现了张量磁单极的等效哈密顿量，从而在超导人工原子中实现了参数空间的张量单极子和Dixmier-Douady不变量的测量。这一成果的实现有助于磁单极物理、张量规范场和拓扑物理在人工量子系统中的进一步研究，并发表在《物理评论快报》上。

9月，物理学院王雷教授与美国哥伦比亚大学联合制备出了高质量的转角双层WSe2器件，利用电学输运测试的方法研究了其中的金属-绝缘态相变和半填充附近的奇异金属态，从而为探索自旋液体以及强关联引起的绝缘态开辟了新的方向。研究成果发表于《自然》杂志上。

11月，南京大学马小松教授、吴培亨院士、祝世宁院士、陆延青教授等联合中山大学蔡鑫伦教授等成功开发了用于MDI-QKD(测量设备无关的量子密钥分发)的异质集成超导硅光子芯片。这一研究有助于实现完全基于芯片的城域量子网络，相关成果发表在Advanced Photonics上。

12月，物理学院闻海虎、杨欢教授团队与合作者在铁杂质掺杂的铜氧化物高温超导体中直接观测新出现的非公度反铁磁相。此次研究得到了自然科学基金委，科技部的“量子调控计划”和2011计划“人工微结构科学与技术协同创新中心”的支持，研究成果发表在《美国科学院院刊》上。

12月，南京大学现代工程与应用科学学院与之江实验室合作，提出了利用弱值对量子测量进行直接表征的方法——“直接量子探测器层析”(DQDT）：利用量子系统具有时间对称性的双态矢量描述，对前、后选择的量子系统进行弱测量，将弱值与实现后选择过程的量子测量算符建立对应关系，通过提取不同可观测量的弱值实现对量子测量直接表征。研究成果发表于《物理评论快报》上。

北京大学

PKU

北京大学量子电子学研究所始建于1959年，是我国无线电物理专业首批博士点和博士后流动站。该所面向国家重大战略需求和前沿基础科学发展，开展量子技术领域多个研究方向的研究工作。主要研究量子信息科学与技术、量子信息感知与获取、量子时频与时频传递、冷原子物理及其技术、强场零场磁共振技术、光纤激光技术及应用以及空间光通信技术等方向，开设包括面向本科生的量子力学、原子物理导论以及力学，以及面向硕士的量子光学、量子频标物理以及原子结构与光谱等课程。

量子材料科学中心成立于2010年，是直属于北京大学的一个新型教学与科研机构，主要研究凝聚态物理和量子材料科学等领域。根据研究方法，中心划分为低温及量子输运实验、谱学及高分辨探测实验、自旋及低维磁性实验、凝聚态物理理论、凝聚态物理计算五个研究部。

科研成果：

2021年4月，中国科学技术大学潘建伟、陈帅等与北京大学刘雄军等合作，在超冷原子模拟拓扑量子材料方面取得了重要进展。研究团队在国际上首次利用超冷原子体系实现了三维自旋轨道耦合，并构造出有且仅有一对外尔点的理想外尔半金属能带结构。该研究成果于以研究长文的形式发表在国际学术期刊《科学》杂志上。

9月，北京大学物理学院、人工微结构和介观物理国家重点实验室李铮助理教授课题组针对维度问题比较了量子层析和晶体中相位恢复在本质上的共同点，提出从体系与光场相互作用部分哈密顿量的形式和密度矩阵本身的性质出发，在迭代过程中引入限制条件来补充丢失的维度信息，对于分子体系的转动自由度问题提出了量子层析的迭代投影算法。这一方法完全不同于传统的量子层析方法，能够对任意维度的分子体系重建密度矩阵。相关研究成果以“基于超快衍射的量子态层析”为题，在线发表于《自然·通讯》上。

9月，北京大学物理学院研究员王剑威与来自英国布里斯托大学和丹麦科技大学的研究人员合作展示了如何利用资源高效的光子架构实现量子纠错编码，从而提高量子算法的性能。当运行无错误保护和有错误保护的相位估计算法时，成功率从62.5%提高到95.8%。相关论文已发表在《自然·物理学》杂志上。

清华大学

THU

2020年10月，时任清华大学副校长——薛其坤在中共中央政治局就“量子科技研究和应用前景”举行的集体学习会议上作了中国量子发展状况的报告。他指出，尽管取得了重大进展，但是在政策和投资支持、多学科整合和培训方面，中国量子发展面临许多不足和挑战。

之后清华大学一直率先带头走在量子领域的科教前沿。2021年5月，清华大学量子信息班正式成立，图灵奖得主、中国科学院院士——姚期智担任首席教授。这是清华大学首个量子信息方向的本科人才培养项目，也是继计算机科学实验班、人工智能班之后，姚期智创办的第三个拔尖创新人才培养项目。

产研合作方面，2021年，腾讯量子实验室与清华大学物理系在北京签署合作备忘录，双方就功能材料数据库、机器学习辅助的材料计算方法、材料虚拟筛选云平台等领域展开探讨，达成合作。

科研成果：

2021年3月，中国科学技术大学潘建伟、朱晓波、陈宇翱团队，清华大学马雄峰团队，以及牛津大学等机构的科学家们用超导量子比特，对五量子比特纠错码进行了实验探索。作者们在超导量子系统上实现了[[5,1,3]]码，验证了用超导量子比特实现量子纠错码的可行性。研究成果发表在《国家科学评论》上。

4月，中国科学技术大学教授潘建伟及其同事张强、南方科技大学范靖云等，与英国约克大学Roger Colbeck和清华大学马雄峰分别合作，采用不同的理论方法，在国际上首次实现了设备无关的量子随机性扩展，为设备无关量子随机数的实用化发展奠定了坚实基础。相关的研究成果近日分别发表于《自然•物理学》上。

5月，清华大学交叉信息研究院徐勇研究组在拓扑凝聚态物理领域取得重要进展，首次在理论上预言三维二阶拓扑绝缘体可以在完全随机点阵即无定形体系中存在，并发现结构无序可以诱发拓扑平庸相到二阶拓扑绝缘体的量子相变。研究人员还提出在实空间中计算三维二阶拓扑绝缘体拓扑不变量的方法（包括有时间反演对称性的体系）。该成果的研究论文《结构无序诱导的三维二阶拓扑绝缘体》于近日刊发于国际物理学期刊《物理评论快报》上。

8月，清华大学交叉信息研究院段路明研究组在超导量子计算领域取得重要进展，该小组利用可调耦合的多量子比特系统首次实验研究了环境比特对于交叉共振逻辑门（Cross-resonance（CR））的影响并提出了实验解决方案。该成果的研究论文《可调耦合超导电路中环境比特对双量子比特门操作的影响》刊发于国际学术期刊《物理评论快报》上。

10月，清华大学交叉信息研究院段路明研究组在离子阱量子信息处理领域取得重要进展，通过对优化选择的少量离子进行激光冷却，首次实现对长离子链的高效协同冷却，获得接近全局激光冷却的极限温度，为多离子比特量子计算准备了技术基础。该成果的研究论文《实验实现囚禁离子晶格上的多离子协同冷却》刊发于物理学权威期刊《物理评论快报》上。

马里兰大学

UMD

自量子科技起步以来，马里兰大学(UMD)一直处于这一领域的前沿。迄今为止，UMD在量子科学方面已经投资超3亿美元、深耕该领域30多年，拥有200多名研究人员和7个中心专门从事量子相关工作。

UMD的科研能力也因此受到了美国政府的普遍认同，2021年12月，美国国家科学基金会(NSF)更是资助500万美元用于UMD开发的“连接量子技术的量子网络项目”(QuanNeCQT)——创建量子互连，应用于可以连接物理上相距数公里的量子计算机，来开发下一代量子互联网。

从UMD实验室走向业界的量子云服务企业——IonQ，已于2021年宣布通过SPAC在纽交所上市，估值超20亿美元。2021年9月，UMD更是和IonQ合作，使用多个保真度较低的物理量子比特创建了一个保真度更高的逻辑量子比特；并共同出资2000万美元创建了“国家量子实验室”——Q-Lab，这也是美国首个国家级量子实验室。为进一步鼓励、孵化量子技术初创公司，2021年4月，UMD更是启动了“量子创业工厂”项目(QSF)，初始投资超2500万美元。相信未来，马里兰区域将建立一个围绕UMD的量子商业网络。

科研成果：

2021年8月，UMD团队给出了耗散非线性微分方程的第一个量子算法，并且证明该算法是有效的，解决了传统一般非线性微分方程量子算法在演化时间上的指数复杂度困扰。研究成果发表在《美国科学院院报》中。

8月，UMD领导的的NIST联合量子研究所(JQI)Jake Taylor团队实验提供了一种方法来测试两个大质量物体是否会被引力纠缠在一起。首次将量子理论和引力统一了起来，并将研究成果发表在《物理评论X量子》上。

10月，Chris Monroe教授领导的UMD联合量子研究所首次通过多个错误率更高的物理量子比特实现了一个错误率更低的逻辑量子比特：团队使用BaconShor-13编码的9个数据量子比特和4个辅助量子比特实现了一个逻辑量子比特，并将科研成果发表在了《自然》杂志上。

新南威尔士大学

UNSW

新南威尔士大学(UNSW)是澳大利亚量子计算与通信技术中心(CQC2T)成员之一,也是硅量子计算公司(SQC)基金会的关键成员，致力于打造商用规模的硅基量子计算机。

目前，新南威尔士大学悉尼分校拥有70多名研究人员和学生，领导着5个研究项目，包括精密量子位处理器项目、硅硬件项目、集成硅纳米自旋电子学项目、硅量子位环境和接口项目以及放大工程项目；也拥有世界一流的实验室，包括原子制造实验室、低温测量实验室和ANFF-UNSW纳米制造设施实验室。

2021年7月，UNSW、格里菲斯大学、悉尼科技大学的联合项目各获得了澳大利亚国防下一代技术基金(NGTF)的200万美元的资助下，将在未来两年内研发容错量子计算机。

科研成果：

2021年4月，UNSW和加拿大联合团队提出理论研究，以电子空穴——在原子或原子晶格中可能存在的位置上电子的空缺，作为平衡运行速度和相干性的解决方案可能会将量子比特扩展为微型量子计算机。

8月，UNSW量子工程师消除了量子计算机成为现实的一个主要障碍：发现了一种新技术，能够控制数百万个自旋量子比特——硅量子处理器中的基本信息单元。

中国科学技术大学

USTC

随着量子信息进入深化发展、快速突破的新阶段，2016年，中国科学技术大学正式成立了中国科学院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心（“量子创新研究院”）。

量子创新研究院致力于：在量子通信领域，构建天地一体广域量子通信网络技术体系，推动量子通信技术在政务、金融和能源等领域的广泛应用，并实现量子通信网络和经典通信网络的无缝衔接；在量子计算领域，解决大尺度量子系统的效率问题，实现数百个量子比特的相干操纵，构建可扩展的量子相干网络，并研制对特定问题的求解能力超越经典计算机的专用量子计算和模拟机；在量子精密测量方面，突破一系列量子精密测量关键技术，并完成一批重要量子精密测量设备的研制。最后，将量子通信、量子计算和量子精密测量研究的相关技术应用于物质科学、能源科学、生命科学等学科领域，实现中国在量子科技应用领域全面占领国际制高点。

师资方面，中国科学技术大学主要有潘建伟院士团队、郭光灿院士团队、杜江峰院士团队，更有朱晓波、陆朝阳、郭国平等众多前沿量子科学家。

科研成果：

2021年1月，中科大潘建伟及其同事陈宇翱、彭承志等与中国科学院上海技术物理研究所王建宇研究组、济南量子技术研究院及中国有线电视网络有限公司合作，在国际学术期刊《自然》杂志上发表了题为《跨越4600公里的天地一体化量子通信网络》的论文；

2月，中国科大郭光灿院士团队在多参数量子精密测量研究中取得重要实验进展。该团队李传锋、项国勇研究组与香港中文大学袁海东教授在量子精密测量实验中，首次实现了两个参数同时分别达到“超海森堡极限”和海森堡极限的最优测量。研究成果发表在国际知名期刊《物理评论快报》上，并被选作封面文章；

3月，中国科学院微观磁共振重点实验室杜江峰、王亚等人在高保真度量子比特读出方面取得重要进展，提出了不同于传统思路的新型自旋电荷转化方法，将“脆弱”的自旋量子态信息转移到“皮实”的电荷状态上，从而实现更高保真度的量子比特读出。研究成果以《用自旋电荷转换技术高保真地单次读出钻石中的单电子自旋》为题，发表在《自然·通讯》上；

4月，中国科大郭光灿院士团队在光量子存储领域取得重要突破。该团队李传锋、周宗权研究组将相干光的存储时间提升至1小时，大幅度刷新了2013年德国团队光存储1分钟的世界纪录，向实现量子U盘迈出重要一步。研究成果发表在国际知名期刊《自然·通讯》上；

5月，中国科大量子创新研究院潘建伟、朱晓波、彭承志等研究团队，成功研制了62比特可编程超导量子计算原型机“祖冲之号”，并在此基础上实现了可编程的二维量子行走。相关研究成果发表在国际学术期刊《科学》上；

6月，中国科大郭光灿院士团队在量子存储和量子中继领域取得重大进展。该团队李传锋、周宗权研究组利用固态量子存储器和外置纠缠光源，首次实现两个吸收型量子存储器之间的可预报量子纠缠，演示了多模式量子中继。该成果发表在国际著名学术期刊《自然》上；

6月，中国科学技术大学教授潘建伟及其同事张强、陈腾云与济南量子技术研究院王向斌、刘洋等合作，利用中科院上海微系统所尤立星小组研制的超导探测器，基于“济青干线”现场光缆，突破现场远距离高性能单光子干涉技术，分别采用激光注入锁定实现了428公里双场量子密钥分发（TF-QKD），同时利用时频传递技术实现了511公里TF-QKD，是目前现场无中继光纤QKD最远的传输距离。相关研究成果分别发表于国际著名学术期刊《物理评论快报》（被选为编辑推荐文章）和《自然·光子学》上，并被APS下属网站Physics SYNOPSIS栏目和英国《新科学家》报道；

7月，中国科大教授潘建伟、张军等联合浙江大学储涛教授研究组，通过研制硅基光子集成芯片和优化实时后处理，实现了速率达18.8 Gbps迄今最快的实时量子随机数发生器，相关研究成果以“封面论文”的形式发表于《应用物理快报》上；

7月，郭光灿院士团队在量子存储及量子网络研究中取得原创性进展。该团队李传锋、周宗权研究组提出并实验实现无噪声光子回波，实测噪声比前人的结果降低了670倍，首次观察到单光子的光子回波并由此实现了高保真度的固态量子存储。该成果发表在国际知名期刊《自然·通讯》上。研究方案被命名为“Noiseless photon echo”（无噪声光子回波，简称NLPE）并已申请发明专利，是我国具有自主知识产权的原创性量子存储方案；

7月，中国科学技术大学教授潘建伟、张强、徐飞虎等与济南量子技术研究院合作，利用频率上转换单光子探测技术，实验实现了毫米级非视域三维成像，是目前非视域成像的最高精度，为该技术的实用化发展开辟了新道路。研究成果发表在国际知名学术期刊《物理评论快报》上，并被美国物理协会下属网站Physics SYNOPSIS栏目专题报道；

8月，中国科学院微观磁共振重点实验室杜江峰、石发展等人基于金刚石固态单自旋体系在室温大气环境下实现了突破标准量子极限的磁测量，该成果以《在环境条件下用固态自旋打赢标准量子极限》为题发表在《科学进展》上；

8月，中国科学院微观磁共振重点实验室杜江峰、王亚、李兆凯等人在量子机器学习研究中取得重要进展，研发出新型量子特征提取算法，实验实现了对未知量子系统矩阵的分析与信息提取。该成果以《共振量子主成分分析》为题发表在《科学进展》上；

9月，郭光灿院士团队在机器学习提高超导量子比特读取效率上取得重要进展。该团队郭国平教授研究组与本源量子计算公司合作，在本源“夸父”6比特超导量子芯片上研究了串扰对量子比特状态读取的影响，并创新性地提出使用浅层神经网络来识别和读取量子比特的状态信息，从而大幅度抑制了串扰的影响，进一步提高了多比特读取保真度。该成果发表在国际应用物理知名期刊《Physical Review Applied》上

10月，中科院量子信息与量子科技创新研究院潘建伟、陆朝阳、刘乃乐等组成的研究团队与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，构建了113个光子144模式的量子计算原型机“九章二号”，并实现了相位可编程功能，完成了对用于演示“量子计算优越性”的高斯玻色取样任务的快速求解。“九章二号”处理高斯玻色取样的速度比目前最快的超级计算机快1024倍，这一成果再次刷新了国际上光量子操纵的技术水平。相关论文以“编辑推荐”的形式发表在国际知名学术期刊《物理评论快报》上；

10月，中科院量子信息与量子科技创新研究院潘建伟、朱晓波、彭承志等研究团队与中科院上海技术物理研究所合作，构建了66比特可编程超导量子计算原型机“祖冲之二号”，实现了对“量子随机线路取样”任务的快速求解。“祖冲之二号”处理的量子随机线路取样问题的速度比目前最快的超级计算机快7个数量级，计算复杂度比谷歌公开报道的53比特超导量子计算原型机“悬铃木”提高了6个数量级，这一成果是我国继光量子计算原型机“九章”后在超导量子比特体系首次达到“量子计算优越性”里程碑，使得我国成为目前唯一同时在两种物理体系都达到这一里程碑的国家。相关论文发表在《物理评论快报》和《科学通报》上；

11月，中科院微观磁共振重点实验室彭新华研究组和德国亥姆霍兹研究所的Dmitry Budker教授组合作，开发出一种新型的超灵敏量子精密测量技术，利用该新技术进一步开展了暗物质的实验直接搜寻，实验结果比先前的国际最好水平提升至少5个数量级，并首次突破国际公认最强的宇宙天文学界限。相关研究成果以《用基于自旋的放大器寻找类似轴子的暗物质》为题在线发表于国际知名学术期刊《自然·物理》上。

浙江大学

ZJU

2021年初，浙江大学启动了“量子计划”创新专项，该计划围绕“量子计算与感知”重点方向进行未来科研布局，其“量子计划”的平台包括浙江大学微纳加工中心、现代光学仪器国家重点实验室、浙江省量子技术与器件重点实验室、浙江大学量子信息交叉中心。超导量子计算和量子模拟实验团队致力于研发有可能用于量子计算的底层物理器件。

科研成果：

2021年6月，中国科大郭光灿院士团队任希锋研究组与中山大学董建文、浙江大学戴道锌等研究组合作，基于光子能谷霍尔效应，在能谷相关拓扑绝缘体芯片结构中实现了量子干涉，在光量子芯片研究中取得重要进展。

7月，中国科大教授潘建伟、张军等联合浙江大学储涛教授研究组，通过研制硅基光子集成芯片和优化实时后处理，实现了速率达18.8 Gbps迄今最快的实时量子随机数发生器，相关研究成果以“封面论文”的形式发表于《应用物理快报》。

10月，来自代尔夫特理工大学和浙江大学的一组研究人员证明了将单个光子的任意量子比特状态传送到光机械设备上的能力，该设备由包含数十亿个原子的机械结构组成。实现了量子互联网中继器等现实应用，同时也允许以新的方式研究量子力学本身。该突破性研究成果被发表在《自然·光子学》杂志上。

12月，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心范桁、许凯课题组和郑东宁课题组等，联合南开大学田建国、刘智波课题组，浙江大学王浩华课题组和清华大学邓东灵课题组，首次将QGAN算法推广到了更多的比特范畴并引入了多体纠缠，并且首次在超导量子计算平台中实现了由量子梯度引导的QGAN训练。合作团队还包括浙江大学博士后李贺康（量子芯片制备者）、浙江大学特聘教授王震、浙江大学杭州国际科创中心科创百人研究员郭秋江、浙江大学硕士生宋紫璇等。

12月，浙江大学同时在杭州国际科创中心发布“莫干1号”“天目1号”超导量子芯片学术成果：“莫干1号”是一款专用量子芯片，采用了全连通架构，适用于实现针对特定问题的量子模拟和量子态的精确调控；“天目1号”芯片面向通用量子计算，采用了较易扩展的近邻连通架构，可以应用于更多研究领域。

综合来看，全球组建量子相关物理、化学科研中心和研究团队的高校层出不穷。虽然诸如麻省理工学院、南京大学、哈佛大学等大部分院校旗下的量子科研成果均由物理系教授领导团队提出，但也有联合AWS共同设立量子中心的加州理工学院，和诸如新南威尔士大学的SQC基金会、马里兰大学的“量子创业工厂”项目、浙江大学“量子计划”这类集合了业界和学界的量子商业化联盟。

除了本文列出的10大2021年极具突破性的高校之外，国内外仍有许多高校值得注意。国内有在超导量子线路系统极具突破的南方科技大学；美国有成立了杜克量子中心(DQC)的杜克大学；日本有提倡“量子创新倡议联盟”(QIIC)的技术领导者东京大学；芬兰有孵化出IQM的阿尔托大学……如今的量子科技已经不只是学术科研的博弈，更是国家地位、信息竞争的战略性体现。2021年度，上述高校都在量子领域都交出了不斐的科研和商业成绩；期待在2022年这全新的一年，量子科技的巨轮仍将向前滚动。