全球量子科技与工业快讯第三十期

来源：ORNL Quantum Computing Institute ｜ 转译编写：求是量子

剑桥量子提出新的用以解决组合优化问题的量子算法

组合优化问题（Combinatorial Optimisation）是一类极难的优化问题，并在不同的领域拥有非常广泛的应用，如旅行商问题、车辆路线规划以及作业车间调度等。经典计算机通常难以处理非常大的组合优化问题，而量子计算机被认为在解决此类问题上存在一定的优势。近日，剑桥量子计算（Cambridge Quantum Computing，CQC）宣称发现了一种新的量子算法，可以利用当下的有噪声的中小型量子计算解决商业和不同工业中普遍存在的组合优化问题。

相关文章于近日发表在著名开源期刊 Phys. Rev. Research 上。在这篇题为 Hardware-efficient variational quantum algorithms for time evolution 的文章中，CQC的科学家提出了过滤变分量子特征求解器 (Filtering Variational Quantum Eigensolver，F-VQE)，用来提高组合优化的效率。 研究人员还使用了霍尼韦尔代号为“系统模型H1”的量子计算机进行了实验测试。实验结果表明新方法的性能优于现有的标准算法，如量子近似优化算法（Quantum Approximate Optimisation Algorithm，QAOA）以及变分量子求特征值算法（Variational Quantum Eigensolver，VQE）等。相比之下，该算法最终能以10到100倍的速度获得良好的解。据此，CQC称“该发现或将为制定新的行业标准提供指导”。

哈佛大学展示大规模可编程的量子模拟器

最近，由哈佛大学（Harvard University）领导的团队展示了一个大规模、可编程的量子模拟器。该模拟器支持多达 256 个量子比特，这些量子比特以二维阵列的形式被精准地排列。该项研究于近日在顶级期刊《自然》（Nature）发表，其中多位署名作者同为初创公司 QuEra Computing 的合伙人与股东。

该系统使用高度聚焦的激光束阵列来捕获和控制中性原子。研究人员认为该设计标志着冷原子量子计算在设计更大、更可靠的量子计算机的全球竞赛中向前迈出了关键的一步，并且可以在不久的将来显着提高它们的适用性。在文章中，研究人员还提到他们下一个目标是进一步升级实验装置，通过光子镊（optical tweezers）来捕获并控制单个中性原子，从而提高系统的可编程性。研究人员声称这些改进可以为各种应用铺平道路，包括研究强关联的量子物质，设计适合运行高效量子算法的硬件，以及解决量子计算和测量中具有挑战性的现实问题。

超构表面的新研究或为光量子比特带来突破

来自洛斯阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory）的科学家构造了一类通过时间和空间调制的量子超构表面（quantum metasurfaces），为操控光量子比特提供了新的思路。相关研究 Space-Time Quantum Metasurfaces 于上周二在物理学顶级期刊《物理评论快报》上在线发表，并被选为亮点文章（Featured in Physics）和编辑推荐（Editors’ Suggestion）。

超构表面是一种人造的超薄结构。相较于自然条件下自发形成的材料或结构，超构表面可以帮助我们以不同寻常的方式对光进行操控。在该研究中，研究团队开发了一种看起来像旋转十字阵列的超构表面，并可以通过激光或电脉冲对其进行操控。研究人员还通过向超构表面发射单个光子来制备纠缠态，因为这类超构表面可以帮助光子分裂成许多不同颜色（波段）、路径和自旋状态的叠加，并把它们“交织”起来。研究人员认为该技术可以控制光量子比特的所有特性，并将影响量子信息和通信以及量子传感器等领域。

美国能源部将拨款 7300 万美元用以推进量子科学和技术的发展

美国能源部 (U.S. Department of Energy，DOE) 宣布提供 7300 万美元的资金，用于推进量子信息科学 (Quantum Information Science，QIS) 的研究，以帮助科学家更好地了解物理世界并利用自然造福人类和社会。其宣布的 29 个项目将重点关注下一代量子智能设备和量子计算所需的材料和化学过程，而这些被认为是解决从气候变化到国家安全等最紧迫复杂的问题的关键工具。该资助项目计划维持三年并将颁发给从事基础科研的研究人员。具体资助的课题包括了原子缺陷的控制、光与物质的相互作用和相干量子信息的传输等。

而仅在三个月前，DOE还曾宣布了一项 1000 万美元的投资，专门用于量子信息科学和核物理的跨学科研究（详情请参考《全球量子科技与工业快讯第二十期》）。DOE对于量子信息科学的密切关注可见一斑。

封面图片来源：TechRepublic