俄羅斯
啟動離子對撞機“尼卡”
建設(shè)目前最強激光裝置
科技日報駐俄羅斯記者 董映璧
2024年，俄羅斯大科學(xué)項目穩(wěn)步推進。
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“尼卡”。啟動后，研究所科學(xué)家將能夠在實驗室條件下，重建宇宙大爆炸后最初時刻的特殊物質(zhì)夸克-膠子的狀態(tài)。
“尼卡”離子對撞機大科學(xué)項目始建于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。在項目建設(shè)中，為確保整個砂質(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。整個項目共使用了53000立方米的特殊混凝土。
世界30個國家的科學(xué)家以及歐洲核子研究中心參與了項目建設(shè)。“尼卡”項目匯集的科研機構(gòu)、大學(xué)和企業(yè)共130余家，其中36個來自俄羅斯，共有2400名專家參與該項目，俄羅斯專家達1650名。“尼卡”離子對撞機國際研究項目將于2025年展開。
另外，俄羅斯啟動了全世界最強大的激光裝置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——薩羅夫全俄實驗物理科學(xué)研究所，預(yù)計于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
制造出宇宙第三重元素
發(fā)布最新一代量子芯片
科技日報記者 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驗室的科學(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)團隊則開發(fā)了一項能夠檢測單個氦核衰變的技術(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)的一支國際研究團隊首次將粒子物理學(xué)中關(guān)于原子核由夸克和膠子構(gòu)成的觀點，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，標志著人們對于原子核結(jié)構(gòu)及強相互作用的理解邁出了關(guān)鍵一步。
在量子基礎(chǔ)研究和量子計算機方面，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數(shù)電荷效應(yīng)，這是結(jié)晶石墨烯中“分數(shù)量子反常霍爾效應(yīng)”的首個證據(jù)，為新型量子計算提供了可能。倫斯勒理工學(xué)院研究人員成功制造出首個在室溫下運行的強光物質(zhì)相互作用拓撲量子模擬器。此外，多個團隊展示了有效的量子糾錯技術(shù)，包括哈佛大學(xué)、麻省理工學(xué)院、QuEra計算公司以及谷歌量子AI團隊，這意味著量子計算機向?qū)嵱没~出了重要一步。11月，谷歌最新一代量子芯片的糾錯能力實現(xiàn)突破，為大規(guī)模容錯量子計算的實現(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驗室的直線加速器相干光源發(fā)出了有史以來最強的X射線脈沖，為科學(xué)研究提供了強大工具。勞倫斯·利弗莫爾國家實驗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)首次觀察到特殊準粒子半狄拉克費米子，有望促進下一代電池、傳感器等技術(shù)發(fā)展。布法羅大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的團隊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，甚至實現(xiàn)商業(yè)核聚變。
英國
精確理解微觀粒子
多維發(fā)展量子技術(shù)
科技日報記者 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，用于進行高能碰撞實驗，從而為新物理學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。該校科學(xué)家著手設(shè)計規(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原子，其接近100%的精度和可擴展性可用于制造量子計算機。
在量子技術(shù)領(lǐng)域，英國和印度科學(xué)家進行的一項新實驗，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隊，則能精準控制光纖內(nèi)部的光學(xué)電路。這一成果有望促進不可破解的通信網(wǎng)絡(luò)和超快量子計算機的實現(xiàn)。
劍橋大學(xué)卡文迪許實驗室首次發(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量子技術(shù)方面的潛力。
英國科學(xué)家也首創(chuàng)了一個新穎的“量子龍卷風(fēng)”實驗平臺，使他們能更詳細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算過程中出現(xiàn)的錯誤，這是構(gòu)建穩(wěn)定可靠量子計算機的關(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，在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，諾丁漢大學(xué)科研團隊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)院研究團隊在實驗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
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
科技日報駐法國記者 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，團隊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)計可增加一到兩個數(shù)量級。這一成就標志著在研究反物質(zhì)領(lǐng)域的一個重要進展。
法國科學(xué)家在量子力學(xué)與光學(xué)聯(lián)合發(fā)展方面進行了不少開創(chuàng)性研究。兩個以法國為主要參與方的國際研究團隊展示了量子技術(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一束光的方法。在另一項合作研究中，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)域取得的重要進展，不僅有望推動量子計算的發(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)域的一項創(chuàng)新技術(shù)。由于其可擴展性和與現(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行了量子狀態(tài)斷層掃描，證實了量子態(tài)的保真度和相干性。這是邁向?qū)嵱昧孔佑嬎愕闹匾徊健?/p>
德國
理解微觀粒子系統(tǒng)
打造獨立量子能力
科技日報駐德國記者 李山
2024年，德國在基礎(chǔ)研究方面取得諸多進展，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特動力學(xué)；首次對已知最重的高度離子化原子類氦鈾進行了超精確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，開始注重推動自主的量子計算機研發(fā)。在大型QSolid項目中，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)量的原型量子計算機投入運行。法國Pasqal公司為于利希超級計算中心提供了一臺100量子位的量子計算機。德國網(wǎng)絡(luò)安全創(chuàng)新署與四家公司簽訂合同，計劃到2027年推出全球首臺移動量子計算機。
與此同時，IBM公司在德國Ehningen舉行了量子計算中心的開業(yè)典禮。這是IBM在歐洲的第一個量子計算機中心，也是全球僅有的第二個量子計算機中心。中心擁有兩臺量子計算機，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)和政府機構(gòu)合作，在歐洲推廣量子計算并鼓勵該領(lǐng)域的人才培養(yǎng)。
相關(guān)研究成果包括：通過對ISIS中子源的實驗和鎳-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；通過實時替換丟失原子技術(shù)，實現(xiàn)1200個原子的量子寄存器持續(xù)運行一小時，向可擴展量子計算機邁出重要一步；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)勢與拓撲絕緣體的可控性，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
量子技術(shù)商業(yè)化步伐堅實
核聚變研究具備應(yīng)用潛力
科技日報駐日本記者 李揚
2024年，日本在量子技術(shù)基礎(chǔ)研究方面取得不俗成績，在促進量子技術(shù)商業(yè)化發(fā)展道路上也邁出了堅實步伐。
日本的核聚變研究也可圈可點。QST宣布全球首次實現(xiàn)利用單個回旋加速管輸出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)研究團隊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)模容錯量子計算邁出的重要一步。東京大學(xué)與日本電信電話株式會社等研究團隊宣布，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算機的實現(xiàn)奠定了重要基礎(chǔ)。
富士通宣布獲得日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省下屬的產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所的超導(dǎo)量子計算機訂單。這是日本企業(yè)首次在商業(yè)化量子計算系統(tǒng)中獲得訂單，標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，日本國立研究機構(gòu)量子科學(xué)技術(shù)研究開發(fā)機構(gòu)（QST）宣布，使用納米量子傳感器首次實現(xiàn)對哺乳動物體內(nèi)細胞溫度的精確測量。這項技術(shù)有望革新癌癥研究等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，為科學(xué)家提供全新的細胞溫度監(jiān)測工具。
韓國
成立專門機構(gòu)培養(yǎng)量子人才
制度化促量子技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展
科技日報駐韓國記者 薛嚴
2024年，韓國多措并舉，為量子技術(shù)的發(fā)展保駕護航。
韓國標準與科學(xué)研究院（KRISS）成立了一個專門開發(fā)軍用量子計算和傳感技術(shù)的研究所。該研究所位于大田廣域市，計劃與當?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)行機關(guān)。該部門運行期限為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推進方向。該機構(gòu)將重點支援量子研究相關(guān)國際合作政策的制定和實施、推進國際研究開發(fā)項目、支援產(chǎn)學(xué)研國際合作活動，進軍海外收集和分析當?shù)匦畔⒓爸гn國人或韓國裔科學(xué)家。
11月，韓國政府宣布正式實施《量子科學(xué)技術(shù)及量子產(chǎn)業(yè)促進法》，邁出了制度化的第一步。根據(jù)該法案，促進量子產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)成為韓國的一項國家任務(wù)。法案主要包括制定量子發(fā)展計劃、系統(tǒng)化培育產(chǎn)業(yè)體系、整合產(chǎn)學(xué)研力量、加強人才隊伍與生態(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
數(shù)字經(jīng)濟日趨繁榮
啟動量子技術(shù)計劃
科技日報駐南非記者 馮志文
2024年，南非在基礎(chǔ)研究方面取得了一定進步，啟動了量子技術(shù)計劃，數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展表現(xiàn)強勁。這些成就凸顯了南非在促進創(chuàng)新和利用技術(shù)進步促進經(jīng)濟和社會增長方面的積極態(tài)勢。
南非的數(shù)字經(jīng)濟依托其先進的基礎(chǔ)設(shè)施、不斷擴大的電子商務(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)略的重點是促進數(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)等重點行業(yè)。最后，南非啟動了連接計劃。其核心是擴大負擔(dān)得起的高速互聯(lián)網(wǎng)接入，彌合數(shù)字鴻溝，促進經(jīng)濟發(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)計劃。該計劃由科創(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，以促進量子傳感和計量的協(xié)作創(chuàng)新。這項計劃的出臺使南非能夠參與全球量子革命，通過軟件開發(fā)來促進量子經(jīng)濟發(fā)展。
以色列
建立高水平量子計算中心
發(fā)起AI量子校準挑戰(zhàn)賽
科技日報記者 胡定坤
2024年，以色列在量子計算技術(shù)上取得一定突破。
6月，以色列在特拉維夫大學(xué)建立“以色列量子計算中心”。該中心由著名量子技術(shù)企業(yè)“量子機器”領(lǐng)銜運行，是世界上極為少見，甚至是唯一研發(fā)和運行超導(dǎo)量子比特、冷原子和光量子三種不同量子計算機的量子計算中心，擁有世界上最精良的低溫測試臺等相關(guān)設(shè)備。
12月初，“量子機器”和美國量子計算企業(yè)“Rigetti Computing”在以色列量子計算中心聯(lián)合發(fā)起人工智能量子校準挑戰(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量子比特計算機投入運行。該機器基于超導(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)等機構(gòu)主導(dǎo)開發(fā)。
