俄羅斯

啟動離子對撞機“尼卡”

建設目前最強激光裝置

科技日報駐俄羅斯記者 董映璧

2024年，俄羅斯大科學項目穩步推進。

6月13日，俄羅斯總統普京視察了聯合原子核研究所，并下令技術性啟動基于超導粒子加速器、用于研究致密重子物質特性的離子對撞機“尼卡”。啟動后，研究所科學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夸克-膠子的狀態。

“尼卡”離子對撞機大科學項目始建于2013年，建在莫斯科州杜布納市的聯合原子核研究所，占地6公頃。在項目建設中，為確保整個砂質含水土壤場地的穩定性，共安裝了6300根樁子，且采用壓入法而非傳統的打樁法。整個項目共使用了53000立方米的特殊混凝土。

世界30個國家的科學家以及歐洲核子研究中心參與了項目建設。“尼卡”項目匯集的科研機構、大學和企業共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的建設工作。該裝置將建在俄羅斯聯邦核研究中心——薩羅夫全俄實驗物理科學研究所，預計于5年后投入使用，將執行一些不同尋常的任務，比如摧毀小行星等。

美國

制造出宇宙第三重元素

發布最新一代量子芯片

科技日報記者 張佳欣

2024年，美國在基礎物理研究領域持續發力。

在微觀粒子領域，勞倫斯伯克利國家實驗室的科學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測的最重元素（元素120）奠定了基礎。耶魯大學團隊則開發了一項能夠檢測單個氦核衰變的技術，其高靈敏度使中微子的檢測成為可能。包括麻省理工學院在內的一支國際研究團隊首次將粒子物理學中關于原子核由夸克和膠子構成的觀點，與傳統核物理學中將原子核視為相互作用的質子和中子集合的看法結合起來，標志著人們對于原子核結構及強相互作用的理解邁出了關鍵一步。

在量子基礎研究和量子計算機方面，麻省理工學院物理學家在5層石墨烯中觀察到了難以捉摸的分數電荷效應，這是結晶石墨烯中“分數量子反常霍爾效應”的首個證據，為新型量子計算提供了可能。倫斯勒理工學院研究人員成功制造出首個在室溫下運行的強光物質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，包括哈佛大學、麻省理工學院、QuEra計算公司以及谷歌量子AI團隊，這意味著量子計算機向實用化邁出了重要一步。11月，谷歌最新一代量子芯片的糾錯能力實現突破，為大規模容錯量子計算的實現奠定了基礎。

其他物理學研究領域也取得很多成果。例如，斯坦福國家加速器實驗室的直線加速器相干光源發出了有史以來最強的X射線脈沖，為科學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和哥倫比亞大學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、傳感器等技術發展。布法羅大學領導的團隊研制出性能最高的高溫超導導線段，為人類駕馭磁力開辟了全新可能，有望改變現有能源基礎設施，甚至實現商業核聚變。

英國

精確理解微觀粒子

多維發展量子技術

科技日報記者 劉霞

2024年，英國在微觀粒子研究領域繼續深挖，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，伯明翰大學的科學家提出一種新理論。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。

帝國理工學院科學家利用編組技術，將μ子粒子聚集成束，用于進行高能碰撞實驗，從而為新物理學研究奠定基礎。該校科學家著手設計規模為目前世界上最靈敏暗物質探測器10倍的下一代暗物質探測器，將有助于揭示正反物質之謎。

倫敦大學學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。

在量子技術領域，英國和印度科學家進行的一項新實驗，可測試質量相對較大的物體是否具有量子特性，從而厘清量子力學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家組成的國際科研團隊，則能精準控制光纖內部的光學電路。這一成果有望促進不可破解的通信網絡和超快量子計算機的實現。

劍橋大學卡文迪許實驗室首次發現，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方面的潛力。

英國科學家也首創了一個新穎的“量子龍卷風”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境的相互作用。

在量子糾錯方面，“深度思維”公司開發出一款名為“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的錯誤，這是構建穩定可靠量子計算機的關鍵步驟。

在構建量子互聯網方面，英德兩國研究人員首次實現了量子互聯網的關鍵連接，并使用常規光纖來傳輸量子數據。

同時，在基礎研究領域，諾丁漢大學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家成功測量了質量極小物體的引力，為探索量子引力理論開辟了道路。

倫敦大學學院研究團隊在實驗室中成功合成了一種對生物體至關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揮了關鍵作用。

法國

反物質研究再獲重大突破

光學與量子應用聯合發展

科技日報駐法國記者 李宏策

2024年，法國科學家繼續深探基礎科學的奧秘。

歐洲核子研究中心的AEgIS系統成功地對正電子離子進行激光冷卻，向發射類似激光的伽馬射線的物質、反物質系統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（由正電子和反質子組成的反原子）的產量，預計可增加一到兩個數量級。這一成就標志著在研究反物質領域的一個重要進展。

法國科學家在量子力學與光學聯合發展方面進行了不少開創性研究。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在光學領域的潛力。

法國索邦大學的研究人員開發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，索邦大學與英國格拉斯哥大學聯手，探索了如何利用糾纏光子來提升自適應光學成像的質量。這些成果推動了高精度成像技術的進展。

此外，來自法國納米科學和納米技術中心、巴黎電信公司和意法半導體公司的研究人員，開發出一種面積小于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，這是集成光子學領域取得的重要進展，不僅有望推動量子計算的發展，而且還為超安全通信網絡奠定了基礎。集成光子學利用光子來處理和傳輸信息，是光通信領域的一項創新技術。由于其可擴展性和與現有電信基礎設施的兼容性，集成光子學長期以來一直在量子應用領域占據重要地位。

在量子相干性方面，法國研究人員對不同頻率區間的17對最大糾纏量子比特進行了量子狀態斷層掃描，證實了量子態的保真度和相干性。這是邁向實用量子計算的重要一步。

德國

理解微觀粒子系統

打造獨立量子能力

科技日報駐德國記者 李山

2024年，德國在基礎研究方面取得諸多進展，處于全球科學研究前沿地位。

微觀粒子方面，德國積極參與國際合作研究并發揮關鍵作用。例如，首次觀察到分子“彈射效應”，揭示了X射線照射下分子解離的獨特動力學；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；創造了具有兆赫茲重復率的高功率阿秒硬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；發現反鐵磁體中的磁子-聲子費米共振；開發出抑制托卡馬克能量爆發的方法等。

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。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化量子位質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。德國網絡安全創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攝氏度才能發揮其性能。該數據中心將作為IBM量子歐洲云區域，IBM希望借此與歐洲領先的公司、大學和政府機構合作，在歐洲推廣量子計算并鼓勵該領域的人才培養。

相關研究成果包括：通過對ISIS中子源的實驗和鎳-朗貝石樣品的理論建模發現一種三維量子自旋液體；克服里德伯原子壽命的根本限制，在量子模擬領域取得突破；通過實時替換丟失原子技術，實現1200個原子的量子寄存器持續運行一小時，向可擴展量子計算機邁出重要一步；成功創建一種特殊的超導態，結合超導體的優勢與拓撲絕緣體的可控性，有助于穩定量子位；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據通信測試線路等。

日本

量子技術商業化步伐堅實

核聚變研究具備應用潛力

科技日報駐日本記者 李揚

2024年，日本在量子技術基礎研究方面取得不俗成績，在促進量子技術商業化發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提供了重要突破，具備了應用于未來核聚變原型反應堆的潛力。

東京大學研究團隊宣布成功生成了可傳輸的光邏輯量子比特。這一成果被視為向實現大規模容錯量子計算邁出的重要一步。東京大學與日本電信電話株式會社等研究團隊宣布，利用光通信技術將光量子態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奠定了重要基礎。

富士通宣布獲得日本經濟產業省下屬的產業技術綜合研究所的超導量子計算機訂單。這是日本企業首次在商業化量子計算系統中獲得訂單，標志著日本在量子技術研究和產業應用方面走出關鍵一步。

在量子技術的應用方面，日本國立研究機構量子科學技術研究開發機構（QST）宣布，使用納米量子傳感器首次實現對哺乳動物體內細胞溫度的精確測量。這項技術有望革新癌癥研究等生物醫學領域，為科學家提供全新的細胞溫度監測工具。

韓國

成立專門機構培養量子人才

制度化促量子技術產業發展

科技日報駐韓國記者 薛嚴

2024年，韓國多措并舉，為量子技術的發展保駕護航。

韓國標準與科學研究院（KRISS）成立了一個專門開發軍用量子計算和傳感技術的研究所。該研究所位于大田廣域市，計劃與當地大學合作開發軍用量子技術，并培養量子領域的專業人才。KRISS也被正式指定為韓國量子科學技術領域國際合作主管部門“K-量子國際合作本部”的執行機關。該部門運行期限為5年，每年投入預算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企劃、構建海外合作體系、構建國內合作體系作為三大重點推進方向。該機構將重點支援量子研究相關國際合作政策的制定和實施、推進國際研究開發項目、支援產學研國際合作活動，進軍海外收集和分析當地信息及支援韓國人或韓國裔科學家。

11月，韓國政府宣布正式實施《量子科學技術及量子產業促進法》，邁出了制度化的第一步。根據該法案，促進量子產業基地建設成為韓國的一項國家任務。法案主要包括制定量子發展計劃、系統化培育產業體系、整合產學研力量、加強人才隊伍與生態系統建設等方面內容。

此外，韓國科學技術信息通信部宣布成立量子前沿戰略委員會，領導國家量子技術計劃。它作為公私部門之間定期溝通協作渠道，可加深量子領域行業交流。

南非

數字經濟日趨繁榮

啟動量子技術計劃

科技日報駐南非記者 馮志文

2024年，南非在基礎研究方面取得了一定進步，啟動了量子技術計劃，數字經濟發展表現強勁。這些成就凸顯了南非在促進創新和利用技術進步促進經濟和社會增長方面的積極態勢。

南非的數字經濟依托其先進的基礎設施、不斷擴大的電子商務行業和政府支持蓬勃發展。首先，電子商務日趨繁榮。2023年南非電子商務銷售額達到40.65億美元，這一勢頭在2024年繼續保持。其次，出臺數字經濟總體規劃。這是其更廣泛的2030年國家發展規劃的組成部分。該戰略的重點是促進數字基礎設施發展（如建設5G）、解決技能差距、支持初創企業、增強網絡安全以及將數字技術整合到制造業和金融服務業等重點行業。最后，南非啟動了連接計劃。其核心是擴大負擔得起的高速互聯網接入，彌合數字鴻溝，促進經濟發展。

南非啟動了由金山大學領導的南非量子技術計劃。該計劃由科創部資助，專注于量子軟件開發、人力資本培養和量子技術宣傳。多所大學建立了量子節點，以促進量子傳感和計量的協作創新。這項計劃的出臺使南非能夠參與全球量子革命，通過軟件開發來促進量子經濟發展。

以色列

建立高水平量子計算中心

發起AI量子校準挑戰賽

科技日報記者 胡定坤

2024年，以色列在量子計算技術上取得一定突破。

6月，以色列在特拉維夫大學建立“以色列量子計算中心”。該中心由著名量子技術企業“量子機器”領銜運行，是世界上極為少見，甚至是唯一研發和運行超導量子比特、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設備。

12月初，“量子機器”和美國量子計算企業“Rigetti Computing”在以色列量子計算中心聯合發起人工智能量子校準挑戰賽。美國Quantum Elements公司和歐洲Qruise公司成功使用AI技術自動校準了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。該機器基于超導量子比特技術，由以色列創新局、以色列航空航天工業公司、希伯來大學等機構主導開發。