2024年3月量子新聞

鋁元素是目前超導量子位元的主流，而鈮基量子位元 (niobium-based qubits) 與鋁基量子位元相比，可以在更高的溫度下運行、工作範圍頻率和磁場範圍都優於鋁基，但因受到相干性的限制，鈮基量子位元一直只能位於替補席上。近日史丹佛大學研究團隊宣布，找到設計出高性能鈮基量子位元的方法，未來科學家將能利用鈮的卓越特性，擴展量子電腦、網路和感測器的功能。

英國倫敦大學學院的團隊研究出一種，可用於建造量子電腦的新製造流程，且準確度高達 97%。他們使用能夠識別和操縱單個原子的顯微鏡（類似黑膠唱片機上的針），將砷原子精確地插入矽晶體中，然後重複這個過程，來建構一個 2×2 的單一砷原子陣列，建構出量子位元。除了實現近乎零錯誤率的量子位元外，由於砷與矽都常被用於建構經典計算的半導體，將有望加速進一步的整合。

以日本東京大學為首的跨國研究團隊，近日展示了一種建造光子量子電腦的新方法，團隊沒有使用單一光子，而是採用本身就具有量子糾錯特性，由多光子所組成的雷射光脈衝，因此所製造出來的物理量子位元，本身就等於一個邏輯量子位元。儘管其邏輯量子位元的品質，尚不足以達到量子糾錯的標準，但對未來量子電腦的開發是一大創新。

國科會發表兩項量子技術的新進展：在「量子電腦次系統關鍵硬體」的研發方面，工研院的團隊運用微波 IC 設計及半導體晶片製程，開發出控制量子位元之低溫控制晶片與模組，其功率消耗低於國際大廠，且已成功與中研院的量子位元對接驗證。在量子通訊技術方面，清華大學量子通訊研究團隊與中華電信和其所屬的研究院合作，首次使用臺灣現有的商用光纖，實現跨新竹縣市超過十公里的量子密鑰傳輸和加密通訊，且密鑰位元傳輸率為 20 kbit/min，與國際技術相當。

量子元件建模的基本挑戰，是要考慮各種量子雜訊和去同調源，要開發出捕捉量子系統動力學的精確模型，是一項複雜的任務。為了減少熱雜訊並保持量子態的穩定性，量子運算採用低溫，但因熱效應、材料特性、超導性等因素，使元件難以在低溫下工作。由於目前半導體製造廠所用的模型，可能都無法有效地捕捉量子元件在低溫下的行為，這可能會導致意想不到的設計問題，為了適應深低溫，量子元件建模團隊正在探索表徵和模擬的新方法。

美國加州大學爾灣分校和洛斯阿拉莫斯國家實驗室的研究團隊，設計了一種名為「Bending Station」的特殊裝置，可以將玻璃等日常材料，透過施加「應變 (strain)」改變其原子結構，轉化為科學家可以用來製造量子電腦的材料。這項突破性方法的關鍵，是在原子尺度上對材料施加正確的應變，透過控制應變，也可打開或關閉原子結構的變化，這對未來量子電腦中需要的材料開關非常有用。

美國路易斯安那州立大學的量子光學研究團隊，近日成功從電漿子波動中觀測其量子行為，顯示出量子技術敏感度的巨大突破，而該量子系統也是迄今為止，粒子數量最多的量子電漿子系統。他們也針對表面「電漿子」的基本特性，提出最新見解，這些新發現很可能是十年來量子電漿學最值得關注的進步。此研究不僅提供了科學家全新的量子概念，也可能為將來量子模擬開發打下基礎。

Google 與研究機構 GESDA 合作，共同贊助 XPRIZE 基金會舉辦的 XPRIZE Quantum Applications (https://www.xprize.org/prizes/qc-apps) 量子應用競賽，將提供 500 萬美元的總獎金。此競賽規劃 3 年期程，鼓勵參賽隊伍要開發出，可實際用於真實世界的量子運算演算法。參賽的研究團隊，必須描述執行運算所需的量子硬體技術規格，並證明使用量子運算優於傳統計算機，包括解決方案的速度或準確性。實際評選時將分成三個次類，包括創新演算法、新式應用及提升效能類。可參閱活動簡介 (https://qt.ntu.edu.tw/qoa/202403-qt-quabtun-prizes/)。

NVIDIA 宣布推出 NVIDIA Quantum Cloud 雲端量子電腦模擬微服務，以 CUDA-Q 開源量子運算平台為基礎，設備包含一座資料中心、AI 晶片和系統，共同建立一台量子電腦模擬器。此服務主要供研究人員在雲端環境，建立、測試新量子演算法及應用，目前包括 Google Cloud、微軟 Azure 以及甲骨文 Oracle Cloud Infrastructure 都將整合此服務到自家產品中。

英國發布《監管量子技術應用》(Regulating Quantum Technology Applications) 的報告，作為培育創新及監管環境的戰略藍圖，以確保監管是有助於量子科技創新的發展。報告中強調要就量子相關產品和服務，進行監管討論並做未來佈局規劃。針對營造健全量子生態系統部分，從「監管框架與治理」、「標準與國際合作」及「創新融資與市場開發」三大主題出發，共提出 14 項建議。