◎本報(bào)駐俄羅斯記者 董映璧

2024年，俄羅斯大科學(xué)項(xiàng)目穩(wěn)步推進(jìn)。

6月13日，俄羅斯總統(tǒng)普京視察了聯(lián)合原子核研究所，并下令技術(shù)性啟動基于超導(dǎo)粒子加速器、用于研究致密重子物質(zhì)特性的離子對撞機(jī)“尼卡”。啟動后，研究所科學(xué)家將能夠在實(shí)驗(yàn)室條件下，重建宇宙大爆炸后最初時(shí)刻的特殊物質(zhì)夸克-膠子的狀態(tài)。

“尼卡”離子對撞機(jī)大科學(xué)項(xiàng)目始建于2013年，建在莫斯科州杜布納市的聯(lián)合原子核研究所，占地6公頃。在項(xiàng)目建設(shè)中，為確保整個(gè)砂質(zhì)含水土壤場地的穩(wěn)定性，共安裝了6300根樁子，且采用壓入法而非傳統(tǒng)的打樁法。整個(gè)項(xiàng)目共使用了53000立方米的特殊混凝土。

世界30個(gè)國家的科學(xué)家以及歐洲核子研究中心參與了項(xiàng)目建設(shè)?！澳峥ā表?xiàng)目匯集的科研機(jī)構(gòu)、大學(xué)和企業(yè)共130余家，其中36個(gè)來自俄羅斯，共有2400名專家參與該項(xiàng)目，俄羅斯專家達(dá)1650名?！澳峥ā彪x子對撞機(jī)國際研究項(xiàng)目將于2025年展開。

另外，俄羅斯啟動了全世界最強(qiáng)大的激光裝置UFL-2M的建設(shè)工作。該裝置將建在俄羅斯聯(lián)邦核研究中心——薩羅夫全俄實(shí)驗(yàn)物理科學(xué)研究所，預(yù)計(jì)于5年后投入使用，將執(zhí)行一些不同尋常的任務(wù)，比如摧毀小行星等。

美 國 The US

制造出宇宙第三重元素 發(fā)布最新一代量子芯片

◎本報(bào)記者 張佳欣

2024年，美國在基礎(chǔ)物理研究領(lǐng)域持續(xù)發(fā)力。

在微觀粒子領(lǐng)域，勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家成功制造出了宇宙中已知第三重的元素鉝，為未來合成元素周期表中預(yù)測的最重元素（元素120）奠定了基礎(chǔ)。耶魯大學(xué)團(tuán)隊(duì)則開發(fā)了一項(xiàng)能夠檢測單個(gè)氦核衰變的技術(shù)，其高靈敏度使中微子的檢測成為可能。包括麻省理工學(xué)院在內(nèi)的一支國際研究團(tuán)隊(duì)首次將粒子物理學(xué)中關(guān)于原子核由夸克和膠子構(gòu)成的觀點(diǎn)，與傳統(tǒng)核物理學(xué)中將原子核視為相互作用的質(zhì)子和中子集合的看法結(jié)合起來，標(biāo)志著人們對于原子核結(jié)構(gòu)及強(qiáng)相互作用的理解邁出了關(guān)鍵一步。

在量子基礎(chǔ)研究和量子計(jì)算機(jī)方面，麻省理工學(xué)院物理學(xué)家在5層石墨烯中觀察到了難以捉摸的分?jǐn)?shù)電荷效應(yīng)，這是結(jié)晶石墨烯中“分?jǐn)?shù)量子反?；魻栃?yīng)”的首個(gè)證據(jù)，為新型量子計(jì)算提供了可能。倫斯勒理工學(xué)院研究人員成功制造出首個(gè)在室溫下運(yùn)行的強(qiáng)光物質(zhì)相互作用拓?fù)淞孔幽M器。此外，多個(gè)團(tuán)隊(duì)展示了有效的量子糾錯(cuò)技術(shù)，包括哈佛大學(xué)、麻省理工學(xué)院、QuEra計(jì)算公司以及谷歌量子AI團(tuán)隊(duì)，這意味著量子計(jì)算機(jī)向?qū)嵱没~出了重要一步。11月，谷歌最新一代量子芯片的糾錯(cuò)能力實(shí)現(xiàn)突破，為大規(guī)模容錯(cuò)量子計(jì)算的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。

其他物理學(xué)研究領(lǐng)域也取得很多成果。例如，斯坦福國家加速器實(shí)驗(yàn)室的直線加速器相干光源發(fā)出了有史以來最強(qiáng)的X射線脈沖，為科學(xué)研究提供了強(qiáng)大工具。勞倫斯·利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室研制出了太空飛行中分辨率最高的伽馬射線傳感器，將極大提升對小行星等天體的研究和探測能力。賓夕法尼亞州立大學(xué)和哥倫比亞大學(xué)首次觀察到特殊準(zhǔn)粒子半狄拉克費(fèi)米子，有望促進(jìn)下一代電池、傳感器等技術(shù)發(fā)展。布法羅大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)研制出性能最高的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線段，為人類駕馭磁力開辟了全新可能，有望改變現(xiàn)有能源基礎(chǔ)設(shè)施，甚至實(shí)現(xiàn)商業(yè)核聚變。

英 國 The UK

精確理解微觀粒子 多維發(fā)展量子技術(shù)

◎本報(bào)記者 劉 霞

2024年，英國在微觀粒子研究領(lǐng)域繼續(xù)深挖，在量子研究方面也取得很大進(jìn)展。

在研究和利用微觀粒子方面，伯明翰大學(xué)的科學(xué)家提出一種新理論。它首次精確定義了單個(gè)光子的形狀，改變了人們對光與物質(zhì)在量子層面如何相互作用的理解，有望催生更好的傳感器、電池或量子計(jì)算等。

帝國理工學(xué)院科學(xué)家利用編組技術(shù)，將μ子粒子聚集成束，用于進(jìn)行高能碰撞實(shí)驗(yàn)，從而為新物理學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。該?？茖W(xué)家著手設(shè)計(jì)規(guī)模為目前世界上最靈敏暗物質(zhì)探測器10倍的下一代暗物質(zhì)探測器，將有助于揭示正反物質(zhì)之謎。

倫敦大學(xué)學(xué)院首次成功在陣列中可靠地定位單個(gè)原子，其接近100%的精度和可擴(kuò)展性可用于制造量子計(jì)算機(jī)。

在量子技術(shù)領(lǐng)域，英國和印度科學(xué)家進(jìn)行的一項(xiàng)新實(shí)驗(yàn)，可測試質(zhì)量相對較大的物體是否具有量子特性，從而厘清量子力學(xué)能否在比粒子和原子更大的尺度上起作用。

來自英國、瑞典、意大利和荷蘭的科學(xué)家組成的國際科研團(tuán)隊(duì)，則能精準(zhǔn)控制光纖內(nèi)部的光學(xué)電路。這一成果有望促進(jìn)不可破解的通信網(wǎng)絡(luò)和超快量子計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)。

劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室首次發(fā)現(xiàn)，層狀二維材料六方氮化硼中的“單原子缺陷”能將量子信息在室溫下保留幾微秒，凸顯了二維材料在推進(jìn)量子技術(shù)方面的潛力。

英國科學(xué)家也首創(chuàng)了一個(gè)新穎的“量子龍卷風(fēng)”實(shí)驗(yàn)平臺，使他們能更詳細(xì)地觀察類似黑洞的行為以及與周圍環(huán)境的相互作用。

在量子糾錯(cuò)方面，“深度思維”公司開發(fā)出一款名為“阿爾法量子比特”的AI解碼器。它能以前所未有的精確度檢測量子計(jì)算過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，這是構(gòu)建穩(wěn)定可靠量子計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵步驟。

在構(gòu)建量子互聯(lián)網(wǎng)方面，英德兩國研究人員首次實(shí)現(xiàn)了量子互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵連接，并使用常規(guī)光纖來傳輸量子數(shù)據(jù)。

同時(shí)，在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，諾丁漢大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)還首次將惰性氣體氪的原子逐一捕獲到碳納米管中，形成一維氣體，這有助于更好地理解原子和分子的行為。

來自英國、荷蘭和意大利的科學(xué)家成功測量了質(zhì)量極小物體的引力，為探索量子引力理論開辟了道路。

倫敦大學(xué)學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室中成功合成了一種對生物體至關(guān)重要的化合物泛酰巰基乙胺，表明該化合物可能在地球早期就已存在，并在生命誕生之初發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

法 國 France

反物質(zhì)研究再獲重大突破 光學(xué)與量子應(yīng)用聯(lián)合發(fā)展

◎本報(bào)駐法國記者 李宏策

2024年，法國科學(xué)家繼續(xù)深探基礎(chǔ)科學(xué)的奧秘。

歐洲核子研究中心的AEgIS系統(tǒng)成功地對正電子離子進(jìn)行激光冷卻，向發(fā)射類似激光的伽馬射線的物質(zhì)、反物質(zhì)系統(tǒng)方面邁出了重要一步。通過將正電子冷卻至低溫，團(tuán)隊(duì)不僅能夠更精確地研究這些反粒子，還能顯著提高反氫（由正電子和反質(zhì)子組成的反原子）的產(chǎn)量，預(yù)計(jì)可增加一到兩個(gè)數(shù)量級。這一成就標(biāo)志著在研究反物質(zhì)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。

法國科學(xué)家在量子力學(xué)與光學(xué)聯(lián)合發(fā)展方面進(jìn)行了不少開創(chuàng)性研究。兩個(gè)以法國為主要參與方的國際研究團(tuán)隊(duì)展示了量子技術(shù)在光學(xué)領(lǐng)域的潛力。

法國索邦大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種使用量子糾纏將圖像編碼進(jìn)一束光的方法。在另一項(xiàng)合作研究中，索邦大學(xué)與英國格拉斯哥大學(xué)聯(lián)手，探索了如何利用糾纏光子來提升自適應(yīng)光學(xué)成像的質(zhì)量。這些成果推動了高精度成像技術(shù)的進(jìn)展。

此外，來自法國納米科學(xué)和納米技術(shù)中心、巴黎電信公司和意法半導(dǎo)體公司的研究人員，開發(fā)出一種面積小于0.05平方毫米的硅基微諧振器。該諧振器能產(chǎn)生70多個(gè)不同的頻率通道，且通道間隔為21GHz。研究人員表示，這是集成光子學(xué)領(lǐng)域取得的重要進(jìn)展，不僅有望推動量子計(jì)算的發(fā)展，而且還為超安全通信網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)。集成光子學(xué)利用光子來處理和傳輸信息，是光通信領(lǐng)域的一項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)。由于其可擴(kuò)展性和與現(xiàn)有電信基礎(chǔ)設(shè)施的兼容性，集成光子學(xué)長期以來一直在量子應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)重要地位。

在量子相干性方面，法國研究人員對不同頻率區(qū)間的17對最大糾纏量子比特進(jìn)行了量子狀態(tài)斷層掃描，證實(shí)了量子態(tài)的保真度和相干性。這是邁向?qū)嵱昧孔佑?jì)算的重要一步。

德 國 Germany

理解微觀粒子系統(tǒng) 打造獨(dú)立量子能力

◎本報(bào)駐德國記者 李 山

2024年，德國在基礎(chǔ)研究方面取得諸多進(jìn)展，處于全球科學(xué)研究前沿地位。

微觀粒子方面，德國積極參與國際合作研究并發(fā)揮關(guān)鍵作用。例如，首次觀察到分子“彈射效應(yīng)”，揭示了X射線照射下分子解離的獨(dú)特動力學(xué)；首次對已知最重的高度離子化原子類氦鈾進(jìn)行了超精確X射線光譜測量；創(chuàng)造了具有兆赫茲重復(fù)率的高功率阿秒硬X射線脈沖；在地球上探測到迄今為止能量最高的宇宙射線電子；研究了液相中水分子與其相鄰分子之間的鍵合；發(fā)現(xiàn)反鐵磁體中的磁子-聲子費(fèi)米共振；開發(fā)出抑制托卡馬克能量爆發(fā)的方法等。

量子方面，德國在全面與國際伙伴合作研究的同時(shí)，開始注重推動自主的量子計(jì)算機(jī)研發(fā)。在大型QSolid項(xiàng)目中，于利希研究中心及其合作伙伴將第一臺具有優(yōu)化量子位質(zhì)量的原型量子計(jì)算機(jī)投入運(yùn)行。法國Pasqal公司為于利希超級計(jì)算中心提供了一臺100量子位的量子計(jì)算機(jī)。德國網(wǎng)絡(luò)安全創(chuàng)新署與四家公司簽訂合同，計(jì)劃到2027年推出全球首臺移動量子計(jì)算機(jī)。

與此同時(shí)，IBM公司在德國Ehningen舉行了量子計(jì)算中心的開業(yè)典禮。這是IBM在歐洲的第一個(gè)量子計(jì)算機(jī)中心，也是全球僅有的第二個(gè)量子計(jì)算機(jī)中心。中心擁有兩臺量子計(jì)算機(jī)，其量子處理器超過100量子比特。這些處理器必須冷卻到零下272攝氏度才能發(fā)揮其性能。該數(shù)據(jù)中心將作為IBM量子歐洲云區(qū)域，IBM希望借此與歐洲領(lǐng)先的公司、大學(xué)和政府機(jī)構(gòu)合作，在歐洲推廣量子計(jì)算并鼓勵該領(lǐng)域的人才培養(yǎng)。

相關(guān)研究成果包括：通過對ISIS中子源的實(shí)驗(yàn)和鎳-朗貝石樣品的理論建模發(fā)現(xiàn)一種三維量子自旋液體；克服里德伯原子壽命的根本限制，在量子模擬領(lǐng)域取得突破；通過實(shí)時(shí)替換丟失原子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)1200個(gè)原子的量子寄存器持續(xù)運(yùn)行一小時(shí)，向可擴(kuò)展量子計(jì)算機(jī)邁出重要一步；成功創(chuàng)建一種特殊的超導(dǎo)態(tài)，結(jié)合超導(dǎo)體的優(yōu)勢與拓?fù)浣^緣體的可控性，有助于穩(wěn)定量子位；首次展示了如何使用微波非常精確地控制鉆石中的錫缺陷；開發(fā)出一種能夠檢測原子級微小磁場的突破性量子傳感器；開通柏林和波恩之間900多公里的量子加密數(shù)據(jù)通信測試線路等。

日 本 Japan

量子技術(shù)商業(yè)化步伐堅(jiān)實(shí) 核聚變研究具備應(yīng)用潛力

◎本報(bào)駐日本記者 李 揚(yáng)

2024年，日本在量子技術(shù)基礎(chǔ)研究方面取得不俗成績，在促進(jìn)量子技術(shù)商業(yè)化發(fā)展道路上也邁出了堅(jiān)實(shí)步伐。

日本的核聚變研究也可圈可點(diǎn)。QST宣布全球首次實(shí)現(xiàn)利用單個(gè)回旋加速管輸出5種頻率的電磁波。這一成果通過236GHz的高功率微波，為核聚變研究中的等離子體加熱系統(tǒng)提供了重要突破，具備了應(yīng)用于未來核聚變原型反應(yīng)堆的潛力。

東京大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)宣布成功生成了可傳輸?shù)墓膺壿嬃孔颖忍亍＿@一成果被視為向?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模容錯(cuò)量子計(jì)算邁出的重要一步。東京大學(xué)與日本電信電話株式會社等研究團(tuán)隊(duì)宣布，利用光通信技術(shù)將光量子態(tài)的生成速率提升至原來的1000倍。這一突破為超高速光量子計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)奠定了重要基礎(chǔ)。

富士通宣布獲得日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省下屬的產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)訂單。這是日本企業(yè)首次在商業(yè)化量子計(jì)算系統(tǒng)中獲得訂單，標(biāo)志著日本在量子技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面走出關(guān)鍵一步。

在量子技術(shù)的應(yīng)用方面，日本國立研究機(jī)構(gòu)量子科學(xué)技術(shù)研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（QST）宣布，使用納米量子傳感器首次實(shí)現(xiàn)對哺乳動物體內(nèi)細(xì)胞溫度的精確測量。這項(xiàng)技術(shù)有望革新癌癥研究等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，為科學(xué)家提供全新的細(xì)胞溫度監(jiān)測工具。

韓 國 South Korea

成立專門機(jī)構(gòu)培養(yǎng)量子人才 制度化促量子技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展

◎本報(bào)駐韓國記者 薛 嚴(yán)

2024年，韓國多措并舉，為量子技術(shù)的發(fā)展保駕護(hù)航。

韓國標(biāo)準(zhǔn)與科學(xué)研究院（KRISS）成立了一個(gè)專門開發(fā)軍用量子計(jì)算和傳感技術(shù)的研究所。該研究所位于大田廣域市，計(jì)劃與當(dāng)?shù)卮髮W(xué)合作開發(fā)軍用量子技術(shù)，并培養(yǎng)量子領(lǐng)域的專業(yè)人才。KRISS也被正式指定為韓國量子科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域國際合作主管部門“K-量子國際合作本部”的執(zhí)行機(jī)關(guān)。該部門運(yùn)行期限為5年，每年投入預(yù)算15億韓元左右。K-量子國際合作本部將把國際共同研究開發(fā)企劃、構(gòu)建海外合作體系、構(gòu)建國內(nèi)合作體系作為三大重點(diǎn)推進(jìn)方向。該機(jī)構(gòu)將重點(diǎn)支援量子研究相關(guān)國際合作政策的制定和實(shí)施、推進(jìn)國際研究開發(fā)項(xiàng)目、支援產(chǎn)學(xué)研國際合作活動，進(jìn)軍海外收集和分析當(dāng)?shù)匦畔⒓爸гn國人或韓國裔科學(xué)家。

11月，韓國政府宣布正式實(shí)施《量子科學(xué)技術(shù)及量子產(chǎn)業(yè)促進(jìn)法》，邁出了制度化的第一步。根據(jù)該法案，促進(jìn)量子產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)成為韓國的一項(xiàng)國家任務(wù)。法案主要包括制定量子發(fā)展計(jì)劃、系統(tǒng)化培育產(chǎn)業(yè)體系、整合產(chǎn)學(xué)研力量、加強(qiáng)人才隊(duì)伍與生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)等方面內(nèi)容。

此外，韓國科學(xué)技術(shù)信息通信部宣布成立量子前沿戰(zhàn)略委員會，領(lǐng)導(dǎo)國家量子技術(shù)計(jì)劃。它作為公私部門之間定期溝通協(xié)作渠道，可加深量子領(lǐng)域行業(yè)交流。

南 非 South Africa

數(shù)字經(jīng)濟(jì)日趨繁榮 啟動量子技術(shù)計(jì)劃

◎本報(bào)駐南非記者 馮志文

2024年，南非在基礎(chǔ)研究方面取得了一定進(jìn)步，啟動了量子技術(shù)計(jì)劃，數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展表現(xiàn)強(qiáng)勁。這些成就凸顯了南非在促進(jìn)創(chuàng)新和利用技術(shù)進(jìn)步促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和社會增長方面的積極態(tài)勢。

南非的數(shù)字經(jīng)濟(jì)依托其先進(jìn)的基礎(chǔ)設(shè)施、不斷擴(kuò)大的電子商務(wù)行業(yè)和政府支持蓬勃發(fā)展。首先，電子商務(wù)日趨繁榮。2023年南非電子商務(wù)銷售額達(dá)到40.65億美元，這一勢頭在2024年繼續(xù)保持。其次，出臺數(shù)字經(jīng)濟(jì)總體規(guī)劃。這是其更廣泛的2030年國家發(fā)展規(guī)劃的組成部分。該戰(zhàn)略的重點(diǎn)是促進(jìn)數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展（如建設(shè)5G）、解決技能差距、支持初創(chuàng)企業(yè)、增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全以及將數(shù)字技術(shù)整合到制造業(yè)和金融服務(wù)業(yè)等重點(diǎn)行業(yè)。最后，南非啟動了連接計(jì)劃。其核心是擴(kuò)大負(fù)擔(dān)得起的高速互聯(lián)網(wǎng)接入，彌合數(shù)字鴻溝，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

南非啟動了由金山大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的南非量子技術(shù)計(jì)劃。該計(jì)劃由科創(chuàng)部資助，專注于量子軟件開發(fā)、人力資本培養(yǎng)和量子技術(shù)宣傳。多所大學(xué)建立了量子節(jié)點(diǎn)，以促進(jìn)量子傳感和計(jì)量的協(xié)作創(chuàng)新。這項(xiàng)計(jì)劃的出臺使南非能夠參與全球量子革命，通過軟件開發(fā)來促進(jìn)量子經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

以色列 Israel

建立高水平量子計(jì)算中心 發(fā)起AI量子校準(zhǔn)挑戰(zhàn)賽

◎本報(bào)記者 胡定坤

2024年，以色列在量子計(jì)算技術(shù)上取得一定突破。

6月，以色列在特拉維夫大學(xué)建立“以色列量子計(jì)算中心”。該中心由著名量子技術(shù)企業(yè)“量子機(jī)器”領(lǐng)銜運(yùn)行，是世界上極為少見，甚至是唯一研發(fā)和運(yùn)行超導(dǎo)量子比特、冷原子和光量子三種不同量子計(jì)算機(jī)的量子計(jì)算中心，擁有世界上最精良的低溫測試臺等相關(guān)設(shè)備。

12月初，“量子機(jī)器”和美國量子計(jì)算企業(yè)“Rigetti Computing”在以色列量子計(jì)算中心聯(lián)合發(fā)起人工智能量子校準(zhǔn)挑戰(zhàn)賽。美國Quantum Elements公司和歐洲Qruise公司成功使用AI技術(shù)自動校準(zhǔn)了9量子比特的量子處理單元。

年末，以色列首臺20量子比特計(jì)算機(jī)投入運(yùn)行。該機(jī)器基于超導(dǎo)量子比特技術(shù)，由以色列創(chuàng)新局、以色列航空航天工業(yè)公司、希伯來大學(xué)等機(jī)構(gòu)主導(dǎo)開發(fā)。

責(zé)編：王銘俊

一審：王銘俊

二審：劉文韜

三審：楊又華

來源：科技日報(bào)