北京大学物理学院现代光学所王剑威研究员与意大利罗马大学Fabio Sciarrino教授、英国布里斯托尔大学Anthony Laing和Mark Thompson教授，受邀在国际著名刊物《自然-光子学》（Nature Photonics）上撰写综述文章，介绍“集成光量子技术”这一新兴领域的基本科学原理和前沿进展。 量子技术利用量子物理基本原理，通过操控光或物质的量子叠加和量子纠缠等内禀属性，其信息处理能力有望从根本上超越经典范畴的信息技术。集成光量子芯片技术是一门结合了量子物理、量子信息、集成光子学和微纳制造等学科的前沿交叉技术，通过半导体微纳加工制造，有望实现高性能且大规模集成的光量子器件和系统，达到对作为量子信息载体的单光子进行高效处理、计算和传输等功能。 国内外对集成光量子芯片技术的研究取得许多重要进展 2008年，国际上首次实现了基于二氧化硅平面光波导体系的量子受控纠缠门和量子干涉，开创了集成光量子芯片领域的先河。在过去十年间，国内外对集成光量子芯片技术的研究,取得了许多重要进展，目前已实现了片上光量子态的制备、量子操控以及单光子探测等核心功能，并且器件集成度和功能复杂度也都得到了大幅度提高。综述总结了集成光量子芯片的主流材料体系、核心量子光学元器件，及其量子信息的前沿应用，包括量子密钥分发和通信、物理和化学系统的量子模拟、量子玻色取样、光量子信息处理和计算等。 集成光量子芯片的材料体系目前主要采用硅基绝缘体上、铌酸锂、激光直写二氧化硅、氮化硅、氮化嫁、磷化铟等光波导材料。核心器件主要包括集成单光子源与纠缠光子源、可编程大规模集成光路、集成单光子探测器等，其中量子光源主要有非线性参量型量子光源和固态量子点型量子光源，而单光子探测主要通过超导纳米线探测和过度边缘感应传感来实现。这些核心光量子集成器件的性能均取得了很大程度的提升。与此同时，集成光芯片平台上也已经逐渐发展出一套可以将量子信息精确加载在单光子的路径、偏振、时间、空间、频率等不同自由度的方法，为该技术的发展提供了广阔的便利性和多样化。 集成光电子器件在经典通信系统中一直起着举足轻重的作用，可以预期其也将在量子密钥分发和量子通信中起到重要作用，特别是微小型、低成本、高性能的量子通信收发芯片的发展，将有助于进一步降低成本、提高可靠性，推进其实用化进程。目前，量子通信的几种主要协议，包括制备-测量类的通信协议以及基于纠缠分布和量子隐形传态类的协议等，已先后在硅基、磷化铟、氮化硅等光子芯片上得到实验验证。另外，全集成型量子真随机数发生器也有很多实验实现，并有望在不远的将来提供微小型、高速和低成本的真随机数发生器。 量子线路模型和基于测量的单向量子计算模型是实现通用量子计算的主流模型。光学量子计算的线路模型实现方案存在扩展性困难，但基于测量的光量子计算可以大大降低需要的物理资源，并可实现通用量子计算。在可编程的光量子芯片平台上，目前已成功实验验证了Shor因数分解算法、Grover搜寻算法、优化算法等重要算法，并可在单一芯片实现多种复杂量子信息处理功能。近年来，片上制备并操控复杂量子态，包括高维量子态、多光子纠缠态、图纠缠态等，均已在硅基和二氧化硅等平台实现。值得一提的是，集成光量子芯片的高可编程性、高稳定性、高保真度，为通用量子计算的实现提供了基础。 量子玻色取样和量子模拟被认为是量子计算的短期实现目标和重要应用方向。触发型玻色取样和基于量子点光源的玻色取样，被认为是实现具备“量子优势”的玻色取样量子计算的有效技术方案，有望超越经典计算机计算能力，其中前者已实现芯片上量子光源和线性网络的全集成，而后者最近在中科大发布的一个论文预印本中报道了20光子60模式玻色取样的重要突破。集成光量子芯片体系已实验验证了离散型和连续型的量子漫步功能，并可用于模拟复杂的物理和生物过程。同时，集成光量子模拟器也成功验证了多种典型的量子模拟算法，有望有效地模拟化学分子动力学过程。

作为信息化时代各领域发展的重要基础与保障，信息安全是一个不容忽视的国家安全战略。当今信息安全领域广泛使用的公钥密码体制主要都是基于经典计算机“难以求解”的数学问题所设计构造的。近些年来，随着量子计算技术的快速发展，传统公钥密码体制不再安全。一方面，Shor算法、Grover搜索算法、量子傅里叶变换等算法相继被提出，从理论上证明这些算法在量子计算机上运行可以显著缩短传统公钥密码体制所依赖数学问题的求解时间。另一方面，实际可行的量子计算机技术不断发展，2019年，Google宣布制造出53量子比特的量子处理器“悬铃木”，在绝对零度条件下可以在200秒完成超级计算机1万年的计算任务。在即将到来的“后量子时代”，我们需要更安全的密码体制来保护隐私，也就是后量子密码（Post-QuantumCryptography,PQC）。未来10年商用量子计算机将面世，在量子计算机面前，构造传统公钥密码体制所基于的数学难题将毫无安全性可言，进而依赖密码体制而构建的信息安全系统及各种应用将面临着严峻的安全问题，甚至存在被完全破解的潜在威胁，亟待研究抵御量子攻击的密码体制及其芯片实现技术。 2022年美国政府正式签署安全法案，首次将后量子密码纳入美国国家安全备忘录，同时还提出《量子计算网络安全准备度法案》，旨在指导推动信息安全系统向后量子密码学过渡。2022年9月7日，美国国家安全局(NSA)发布了《商业国家安全算法套件2.0》，其中将入选第三轮抗量子密码标准化选择的CRYSTALS-KYBER(以下简称Kyber)算法列为国家安全系统未来过渡迁移的必备算法。我国也在后量子密码领域积极跟进，参与国际竞争，于2020年发布国内首份量子安全白皮书，广泛布局后量子密码安全技术应用与产业生态。目前后量子密码算法的研究正在逐渐走向成熟与标准化，未来将有数十亿新旧设备完成从传统公钥密码体制向后量子密码算法的迁移过程。在充分考虑安全性能、算法性能、便利性和合规性的前提下，研制出符合国际标准且具有国际竞争力的后量子密码SoC芯片并应用，对于我国加快抢占后量子密码国际领先地位，保障量子时代下的信息安全具有重要意义。 图1 后量子密码在未来信息安全领域的应用 本成果提出一种应用在云计算、数据中心加密中的高性能随机数生成哈希核心算子，实现了具有灵活性和高吞吐量的可配置Keccak核心。该核心可配置为支持多个采样策略，通过高吞吐量随机数扩展发生器新型结构达到11.7Gbps的吞吐率，性能表现为目前世界最高水平。 图2 高性能后量子密码哈希核心算子 在国际上首次提出了具有侧信道SPA攻击防御机制的可配置BS-CDT高斯采样器。该设计基于CDT反演高斯采样算法，通过真随机数发生器和随机化功耗特性的电路结构，采取隐藏相关数据的防御机制，高效获取安全性更好的均匀分布随机数，并可以有效抵御时间攻击和潜在的功耗分析攻击，显著提高安全性。电路采样精度可达112bit，新型多级快速查找表结构极大缩短了概率函数分布表搜索时间，性能相较于同类设计提升近18倍。解决了高精度需求与采样速度不匹配的冲突问题，优化了概率函数分布表的存储资源，灵活划分密码系统中的高斯采样值，并有效加固了后量子密码系统数据前级的侧信道安全性。 图3 多模域计算兼容可重构算术单元 针对后量子密码计算量大，数据复杂的痛难点，优化格数学难题中的数论变换（NTT）算法，实现了一种高性能NTT硬件加速单元。采用双倍位宽乒乓式对称存储结构突破访存限制，改进模乘运算单元关键结构，提高多项式运算的效率，相比同类运算操作下最先进的设计快3.95倍。 图4 灵活指令集型后量子密码安全处理器芯片架构及版图 针对后量子密码算法的多样化计算需求，创新性地提出了一种多模域计算兼容型可重构核心算子，能够配置为不同模域下的关键运算结构，灵活支持Karatsuba、Toeplitz、NTT等运算结构。在配置为NTT结构的运算下，运算性能与美国MIT研究团队在IEEEISSCC发表的相关成果保持国际同步水平，并具备更强的灵活性与通用性。 图5 多模域计算兼容型可重构核心算子 在团队积累多年的后量子密码相关先进技术研究的基础上，在SMIC40nm工艺下实现了两款后量子密码芯片，能够兼容国际最新标准的CRYSTAL-Kyber后量子密码算法。后量子密码Kyber芯片采用了高性能流水线结构的蝶形运算单元及高速NTT运算单元，解决了加解密运算中访问存储器所带来的速度瓶颈问题。灵活指令集型后量子密码芯片采用可编程自定义指令集架构，基于多模域计算兼容的可重构算术单元与可配置多功能哈希/随机采样核心算子，在实现高性能的后量子密码运算的同时提高了芯片的灵活性与适应性。 图6 后量子密码Kyber处理器芯片架构及版图 图7 灵活指令集型后量子密码处理器芯片架构及版图

提出了一种可优化的非绝热和乐量子计算新方案, NHQC+，打破了以往和乐量子计算（基于非对易几何相位的量子计算）对不同能级的耦合脉冲必须同步、脉冲面积必须固定的严格限制,使得几何量子计算可与优化控制理论相结合，并且大大提高了几何量子门对系统噪声鲁棒性，为进一步拓展到可结合脉冲整形技术的几何量子计算提供了可能。论文第一作者、2018级哈工大-南科大联培博士生刘宝杰称，新方案NHQC+只需要用一个三能级量子体系就可以实现，相比之前需要应用复杂脉冲序列同

翁文康和他的博士生刘宝杰提出的新方案使用了一个三能级量子体系，其中基态和第二激发态被用作为量子比特的0和1态，第一激发态作为一个辅助能级。通过施加和体系两个量子跃迁接近共振的微波信号，并控制信号随时间的变化，可以实现对系统演化产生的几何量子相位的精确调控，进而实现任意指定的几何量子门。相对其他已有的几何量子门方案，新方案中量子门速度得到了数倍的提升，并且对控制信号误差具有更好的容错性。此外，这一方案还具有实验复杂度相对较低和易于在不同量子体系上实现等优势。陈远珍和他的博士后严通行合作，在超导量子体系中成功实现了这一方案。实验中获得的单比特量子门保真度达到了97%，引起误差的主要原因包括量子比特和环境相互作用导致的退相干，以及微波控制信号的精度误差等。 这项工作对于进一步发展基于几何相位的量子计算具有启发意义，其后续相关研究目前也在开展之中，包括基于相同思想的两比特几何量子门和更为简化的几何量子计算方案等。

产品详细介绍   产品特点：   （1）    板材特制 板面使用镀锌钢板，坚固耐用厚实，板面涂层引进日本高科技晶格纳米涂料，哑光性，视觉大于30°不反光。   （2）    哑光米黄色有助于保护视力 德康多功能教学板根据微光量子理论设计，板面颜色为米黄色，视感柔和。米黄色色谱波长在550~770纳米之间，为人眼视网膜最能接受的颜色，有效舒缓眼睛的紧张和疲劳，提高眼睛辨识能力。哑光米黄色设计能营造出最佳视觉环境，有助于保护视力，预防近视。     （3）    直接用作投影幕       传统教室一般是黑板和投影布的结合，投影布上下拉动，易损坏，并且投影布占用黑板板书空间，结构不合理；投影幕布放置时间长了会发黄，影响投影质量。而德康多功能教学板，可直接用作投影幕，投影成像色彩柔和，没有光斑；一体化设计，可以在投影区域内直接书写。是高科技的绿色教学产品，确保师生课堂资源得以最大限度的利用。   （4）    可升级为功能强大的电子白板 配合我司专用软件，即可在板上实现电子白板的全部功能，拥有德康多功能教学板就等于拥有一块投影幕、一块黑板、一块电子白板。而且德康多功能教学板的价格却比它们的总价便宜得多。   （5）    节能环保 板面无任何电子器材附件，不通电，不发热，无辐射。符合现代低碳环保生活要求。

本发明涉及一种铝碳耐火材料用有机/无机杂化改性酚醛树脂及其制备方法。其技术方案是：以4——10wt%木质素、30——36wt%苯酚和55——65wt%的浓度为37wt%的甲醛溶液为原料，按上述原料及其含量：在50——60℃条件下将木质素和苯酚置于反应釜搅拌均匀，在70——90℃条件下向反应釜加入所述原料1.5——2.5wt%的氢氧化钠，搅拌0.4——0.7h；在70——90℃条件下向反应釜加入所述甲醛溶液，搅拌0.2——0.6h；最后在80——100℃条件下向反应釜加入所述原料2——8wt%的硅溶胶，搅拌1——3h，在60——70℃条件下减压脱水，制得铝碳耐火材料用有机/无机杂化改性酚醛树脂。本发明具有生产工艺简单和生产成本低的特点，所制备的制品作为结合剂能显著提高铝碳耐火材料的中低温结合强度。 （注：本项目发布于2014年）

本发明公开的高耐热高强度的聚乳酸/无机纤维复合材料或制品是先将右旋聚乳酸或左旋聚乳酸接枝到无机纤维表面，然后通过熔融混合使其与左旋聚乳酸或右旋聚乳酸基体分子链在界面区的立构复合来获得了结晶度为45.5-48.7％，无机纤维的含量为0.2-5.0wt％，拉伸强度为49.3-55.8MPa，耐热温度为138.4-150.2℃的聚乳酸/无机纤维复合材料或制品。由于本发明方法利用了聚乳酸具有手性分子的特性，使接枝于无机纤维表面的右旋聚乳酸或左旋聚乳酸，与左旋聚乳酸或右旋聚乳酸基体在界面区形成的立构复合晶体来同步实现界面增强以及对基体的高效成核作用，因而该方法不仅构思巧妙，且也为开发高耐热高强度的聚乳酸复合材料或制品寻求到了一种有效而简单的途径。

一、项目进展 创意计划阶段 二、负责人及成员 姓名 学院/所学专业 入学/毕业时间 学号 孙文萱 环境工程 2021年 202131043118 张慧敏 国际经济与贸易 2020年 202031100409 张靖宜 国际经济与贸易 2020年 202031100430 马亮 经济学 2020年 202031100251 王冰冰 环境工程 2021年 202131043201 刘思怡 化学工程与工艺 2021年 202131042204 王芊蕙 应用化学 2021年 202131041304 林静媛 广播电视编导 2021年 202131153132 三、指导教师 姓名 学院/所学专业 职务/职称 研究方向 张连红 化学化工学院 教授 绿色化工与废弃物资源化 徐余跃 经济管理学院 讲师，团委办公室 四、项目简介 灰常好为一款新型纯无机涂料，本产品采用无机纳米改性硅溶胶技术、独立成膜技术，并将改性粉煤灰作为功能填料加入其中，不仅在防火阻燃、耐擦洗易清洗、抗菌防霉、抗碱抗水特性、抗缩涨剥离、保色性等方面性能优越，同时不含有有机大分子组分，不会释放voc等有毒物质，真正做到了绿色健康环保。

内容介绍： 碳酸钙、二氧化钛、二氧化硅等无机粉体在油中分散时存在易结块、 难于分散均匀等问题，因此不经过表面处理难于应用到塑料等行业。目前 粉体处理剂的种类比较多，但当粉体经亲油处理后，难于在水中分散。针 对此问题，研发分散剂，经该分散剂处理后的粉体，具有较低的亲油值， 即可以在塑料等行业应用，同时经处理的粉体又具有良好的水分散性，解 决了粉体既要在油中分散，同时又要有良好亲水性的问题。 该技术达到国内领先水平，获发明专利1项。

实现了基于线性光学系统的量子有限状态自动机的研究。该量子自动机使用3个空间状态，即可解决判定输入整数是否为某一质数P的整数倍的问题，而使用经典的自动机解决同样问题至少需要P个空间状态。该工作首次在实验上实现了量子自动机的运行并验证了其相比于经典自动机的空间资源高效性，在该领域具有开创性的作用。