全球量子科技与工业快讯第三十五期

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

美国顶尖高校与实验室牵头搭建量子网络实验平台

劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory，简称伯克利实验室）和加州大学伯克利分校（UC Berkeley，简称 UCB）宣布将合作搭建前沿量子网络试验平台。该项目由美国能源部（U.S. Department of Energy）于近期发起的一项为期五年的赞助计划支持，详情请参考《全球量子科技与工业快讯第三十三期》。

该项目的主要目标是在伯克利实验室和UCB之间建立一个分布式量子网络。这将有助于实现美国能源部建立一个全国性量子互联网的愿景，并支持美国国家量子倡议计划（U.S. National Quantum Initiative）。量子互联网被认为将会带来众多优势，包括分布式量子传感、扩展分布式量子计算和实现高度安全的通信等。除了伯克利实验室与 UCB 之外，顶级学府加州理工学院（California Institute of Technology）也会参与其中，共同研发。

AMD在量子隐形传输方面取得突破

近日，超威半导体（Advanced Micro Devices, Inc.，简称AMD）提交了一项关于“瞬间移动”的专利，或将显著提高量子隐形传态（quantum teleportation）的效率。该专利全名为“在多SIMD量子处理器中实现可靠计算的正向预查隐形传态”（look-ahead teleportation for reliable computation in multi-SIMD quantum processor）。根据该专利的内容，AMD似乎一直在研究涉及量子隐形传态过程的系统。其目的是提高目前量子计算的可靠性，甚至减少进行精确计算所需的量子比特的数量。

该专利文件包含了详细说明所提出的隐形传态协议的流程图。从本质上说，AMD 正在寻求“无序”的执行方法，从未确保一些闲置（等待前置计算完成）的量子比特能够独立于先前的结果执行，即所谓的正向预查（look aheah）。因此，如果AMD的这项设计得以实现的话，我们可能会看到更高效、可扩展性更强且更稳定的量子计算架构。

如何提高密钥的安全性？AWS研究人员给出不同的答案

通过结合两台量子计算机，亚马逊云计算服务（Amazon Web Services，AWS）量子计算中心的一名研究人员提出了一种新的方法。该方法将 Rigetti 和 IonQ 的量子处理器组合在一起，生成随机数字。随机数是生成加密密钥的基础，且这对保护网络上的敏感数据是必要的。目前，这两种量子处理器都可以通过 AWS 的量子计算服务 Amazon Braket 获得。

随机性在密码学中扮演着一个非常基本的角色，通常而言，密钥越随机，就越难被试黑客或其他恶意攻击者破解。经典计算机使用环振荡器（ring oscillator）以几个比特的形式创造出一种随机数种子，然后伪随机数生成器再对种子值进行处理，并使用软件算法生成和原始随机数具有相似统计属性的更长数字序列。这种通过经典方法产生的随机性通常只是部分的，但量子技术利用了微观物理系统固有的不可预测性和叠加态来产生随机数，从而获得比经典系统更高的安全性。

日本邮船引入富士通数字退火优化汽车装载规划问题

日本邮船株式会社（Nippon Yusen Kabushiki Kaisha，以下简称 NYK）是三菱集团（Mitsubishi Group）下属的企业，也是日本代表性的大型海运公司之一。近日，NYK 宣布引入富士通（Fujitsu）的量子启发式数字退火技术（quantum-inspired digital annealer）以解决复杂的组合优化问题。据悉，该数字退火算法将帮助 NYK 优化专用运输车的配载规划问题。这是一项极其复杂的任务，涉及大量可能的配载模式，且取决于装载车辆的数量、型号以及在航运路线上的港口数量。

在最初的测试中,该算法将新建一个专用汽车运输船装载的方案从6个小时缩减到2.5小时。因此，NYK 和富士通预计，该算法可以使得每年减少4000小时的工时，从而使得企业能更好地应对突发状况，并降低人工安排配载计划导致的质量差异。在成功完成初步测试后，富士通和 NYK 已于9月1日在真实场景应用次算法，并计划在2022年4月开始全面使用该算法。

富士通早在2019年就发布了该数字退火优化算法，并致力于推广相关应用。在《全球量子科技与工业快讯第十八期》中，我们曾报道过富士通与多伦多大学（University of Toronto）合作，利用该算法来优化放射手术规划的时间。

量子隐形传态：从物理量子比特到逻辑编码空间

在最近发表在顶级期刊《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America）上的一篇论文中，来自中科大（University of Science and Technology of China）的研究人员利用可纠错的量子隐形传态来操纵单个逻辑量子比特，并观察了相应的量子信息的保护效应。该工作为可扩展的量子计算提供了一种有用的技术，并可以作为全息量子引力（holographic quantum gravity）的量子模拟器。

在该实验中，研究人员在物理量子比特和容错逻辑量子比特之间创建了一个最大纠缠态，并将其用作隐形传输的资源。最终的实验结果表明，在物理量子比特上编码的量子信息能够通过隐形传态传输到对应的逻辑量子比特上，且保真度高达 0.786。因此该方案具有完全容错的潜力，并可以在未来的大规模量子技术中使用。

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