2021年，量子技术的发展给世界带来了很多惊喜。2022年，还有哪些领域期待更多惊喜？物理世界盘点了去年全球量子科技的重大进展，并对今年的新进展提出了期待。 　　

　　量子安全视频会议 　　

　　2021年4月1日，《物理世界》通过3353发表了一篇虚构的关于在量子计算机上运行Zoom视频会议的笑话故事。没想到，几个月后，这个故事部分实现了。英国和德国的研究人员利用量子纠缠在网络中的多个用户之间安全地分发密钥，这可能为量子安全缩放呼叫铺平道路。 　　

　　在长达177个小时的实验中，来自杜塞尔多夫的Herrevat大学和Heinrich-Heine大学的物理学家制作了一个包含超过一百万位的安全密钥，并使用它在网络中的四个用户之间安全地共享图像。这幅画中有一只猫――刘易斯卡罗尔的《爱丽丝梦游奇境》中的柴郡猫。 　　

　　对化学进行量子测试 　　

　　尽管量子计算已经吸引了大量的商业关注，但量子科技界仍然有一个广泛的共识，即量子模拟——利用简单的量子系统来研究化学、凝聚态物理和材料科学中的复杂现象，将为基础科学研究带来“量子优势”。 　　

　　倪康坤在美国哈佛大学的工作就是对这种“量子优势”的一种尝试。2021年5月，倪康坤和他的哈佛同事报告说，他们已经将钾和铷的分子冷却到极其接近绝对零度，从而将分子之间可能的化学反应数量从无限减少到57。在一系列实验中，他们跟踪了这57种反应中的每一种，并测量了发生的概率。虽然其中50个与理论预测一致，但仍有7个不一致——这一迷人的结果表明了量子化学的新可能性。 　　

　　量子纠缠揭示生物结构 　　

　　受激拉曼散射(SRS)广泛应用于分子尺度的生物组织成像。2021年6月，澳大利亚和德国的研究人员对SRS quantum进行了升级，用“压缩振幅”量子态的纠缠光子取代普通光子，大大降低了其成像系统的噪声。 　　

　　这种新方法使研究人员能够观察到用其他方法无法测量的生物结构。研究人员还在溶液中检测到浓度比以前低14%的分子样本。这是在不增加其成像激光的光功率的情况下实现的，这将破坏脆弱的生物结构。 　　

　　澳大利亚昆士兰大学的研究人员正在展示他们的新量子显微镜。(来源：昆士兰大学官网) 　　

　　量子优越性愈加显著 　　

　　2020年底，中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳领导的研究团队构建了76个光子的量子计算“第九章”原型，实现了具有实用前景的“高斯玻色采样”任务的快速求解，比当时最快的超级计算机快100万亿倍。 　　

　　2021年10月，集团再接再厉，运算速度提升100亿次。新的结果表明，“九章”的升级版可以以比经典计算机快几十亿倍的速度执行同样的采样任务。同月，潘建伟领导的另一个团队也在更传统的量子计算机上展示了量子优越性，该计算机使用66个超导量子作为量子比特。这让大家更加期待中国科学技术大学及其竞争对手的团队在2022年会树立起哪些新的里程碑。 　　

　　两次造出时间晶体 　　

　　时间晶体研究的突破就像等车：你等了很久，然后马上来了两个。2021年11月，来自加州大学伯克利分校QuTech和第六元素的物理学家团队表明，钻石中的核自旋可以形成特定的时间晶体――即在时间中显示周期性的系统，就像空间中晶体材料的周期性一样。 　　

　　几周后，由谷歌和美国斯坦福大学的研究人员领导的另一个小组发表了他们自己的时间晶体结果，证明这些奇怪的量子物体构成了物质的非平衡阶段。有趣的是，后者使用谷歌的“悬铃木”量子处理器来测试其候选时间晶体，并严格检查其是否满足所有要求――这是早期量子设备用作研究凝聚态系统的试验台的一个很好的例子。 　　

　　有待探索的量子异象 　　

　　2021年，我们了解到量子热力学限制了纳米级机械钟的精度，复杂的量子运算受到每秒17毫米的速度限制，只有六个原子的集合体才能显示集体行为，量子属性可以从它们的母体中分离出来，并在物体本身从未到过的区域游荡，如果你将信息扔进黑洞，量子计算机甚至无法帮助你再次取出它。这些奇怪的量子行为需要科学家在新的一年里进行更多的探索。 　　

　　(编译自《Physics World》) 　　

　　作者：杨福喜/编译 　　

　　编辑：许