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。

1.设计独立的量子芯片操控层与量子芯片读取层，利用三维芯片结构提升量子芯片的线路密度与集成度； 2.设计新的量子比特操控信号调制方法，提高量子逻辑门操作的保真度。 3. 开发兼容于超导量子芯片的工艺材料与立体封装工艺技术。 4.设计能实现更大增益-带宽积特征参数的约瑟夫森量子参数放大器结构。 5.利用大规模硬件同步技术以及基于 PXI 等高速扩展架构的集成技术。 6.在逻辑控制板中原位实现量子芯片读取信息的处理。 7.利用 FPGA 实现量子算法序列到量子比特操控信号序列的实时生成与组合，使得用户可以在直接在量子编译器层面对量子芯片进行编程操作。 

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

超导体临界磁场是指在外加磁场下超导态转变成正常态所需的磁场强度。它是超导的基本性质之一，也是决定超导体应用的一项重要指标。第一个被发现的超导体——水银，它的临界磁场仅有几十毫特斯拉。近年来人们发现，某些厚度仅有几个原子层的薄膜可以在几十特斯拉的磁场下保持超导，这大大超出了人们的预料。为了解释这个现象，人们提出了伊辛配对机制，认为这是由于这一类特殊材料的晶格不具备中心反演对称性，参与超导配对的电子具有了锁定的自旋取向所致。在此框架下，人们通过在非中心对称的材料中寻找，又发现了多个具有巨大临界磁场的超导体。然而，也有人认为这完全是材料维度效应所导致的，挑战了伊辛配对机制。同时，伊辛超导理论的一个重要预言——临界磁场的低温发散行为也一直未被实验验证。最近，清华大学物理系张定副教授和薛其坤教授领导的中德合作团队，打破了此前理论的限制，首次在具有高对称性的材料——锡烯薄膜中观测到了数倍于理论预期的临界磁场，并清晰地观测到了温度逼近绝对零度时临界磁场的发散行为，给出了伊辛超导非常强的证据。北京时间3月13日，相关研究成果以《锡烯薄膜中的第二类伊辛配对机制》（“Type-II Ising pairing in few-layer stanene”）为题在线发表于《科学》（Science）上。图1. 实验测得的锡烯超导中奇异的上临界磁场行为。颜色代表样品的电阻（紫色区间为正常态，深蓝色区间为超导）。圆圈标出了不同温度下的上临界磁场。实线和虚线代表了不同的理论模型，其中红色为本工作中提出的第二类伊辛配对机制。左下和右上的示意图分别画出了锡烯的原子结构和能带。薛其坤教授研究团队长期从事原子级可控的高质量薄膜的制备和物性探索，在二维超导领域发现了单层铅膜超导、单层铁硒/钛酸锶界面高温超导和双原子层镓膜超导的格里菲斯奇异性等。2018年，团队核心成员张定副教授等人首次发现灰锡薄膜—锡烯—具有超导电性（ 《自然-物理》Nature Physics, 14，344（2018）），随后发现其面内上临界磁场超过了常规超导体的上限—泡利极限。为了进一步深刻理解锡烯的二维超导特性，研究团队与德国马普固态研究所的约瑟夫-福森（Joseph Falson)博士和尤根-斯密特（Jurgen Smet）教授合作，利用极低温强磁场下原位旋转测量技术，系统测量了不同厚度锡烯样品在近乎整个超导温度区间上临界磁场的变化行为，发现上临界磁场不仅超出泡利极限，而且在温度逼近绝对零度时仍无饱和迹象，这是典型的伊辛超导行为。由于锡烯具有中心反演对称性，这些行为不能用现有的伊辛超导理论解释。为了理解这一令人困惑的现象，清华大学物理系徐勇副教授和北京师范大学刘海文研究员等开展了深入的理论研究。论文链接：https://science.sciencemag.org/content/early/2020/03/11/science.aax3873

本项目提出一种基于数据总线工作模式可切换的超导量子计算机芯片结构设计(发表于国际一流期刊PRB，2005)，相比于美国Google公司、IBM公司、加拿大D-Wave公司的超导量子计算机芯片而言，具有更强的纠错和避错品质，更易于实现大规模阵列集成。 一、项目分类 重大科学前沿创新 二、成果简介 提出一种基于数据总线工作模式可切换的超导量子计算机芯片结构设计(发表于国际一流期刊PRB，2005)，相比于美国Google公司、IBM公司、加拿大D-Wave公司的超导量子计算机芯片而言，具有更强的纠错和避错品质，更易于实现大规模阵列集成。技术上已经实现了全国产设备工艺线上，芯片电路单元核心器件-约瑟夫森结和共面波导超导谐振器的自行设计制造，在极低温环境下完成了单元器件性能的标定和检验。

研究了二维二聚化量子自旋系统，通过理论分析和高精度的量子蒙特卡洛方法，发现在交错状二聚化量子海森堡模型中，相变临界指数具有新奇的非单调尺寸标度行为。他们通过在有限尺寸标度理论中引入两个驱动场，同时进行大尺寸的计算分析，成功地解释了非单调的量子蒙特卡洛结果，从根源上指出二维二聚化量子自旋系统的相变仍然属于O（3）普适类，适用于量子-经典对应理论。他们的研究表明，在量子相变中可能存在多个驱动场导致的新奇标度行为，需要采用正确的标度理论才会得到正确的结果。在论文中，他们还创造性地提出多参数联动-高阶拟合方法，能极大地提高数据准确度，可以用在不同体系的数据分析中。

实验的纳米线中的自旋轨道耦合不是均匀的。在纳米线结构中电极和超导体的电场以及屏蔽效应都会调制自旋轨道耦合的大小，造成空间不均匀。最简单的模型可以假设纳米线分成自旋耦合大小不同的两段。这个假设立刻能给出衰减的Majorana振荡。其衰减机制是：随着磁场的增大，两段纳米线之间的耦合增强导致二者能谱之间的相互排斥增强，使得能量较低的能谱在振荡的同时变得更低。通过更仔细的参数调节，在不同长度纳米线中观测到的各种形状的衰减都可以被拟合，更加确定了不均匀自旋轨道耦合在纳米线中的存在。此外，这个理论发现，存在不均匀自旋轨道耦合的时候，纳米线中的另一种拓扑束缚态Andreev束缚态也会产生衰减振荡。最新的实验也支持了非均匀自旋轨道耦合是纳米线中不可忽视的因素。

技术成熟度：技术突破 1.原理：结合磁浮列车极端运行工况，充分考虑运行环境的强磁场，深入研究机-电-磁耦合机制，精确调节磁体悬浮姿态，以实现超导磁体在液氮温区（-196℃）自稳定悬浮。 2.创新点： （1）研发国产化低功耗悬浮控制模块，能耗较进口设备降低35%； （2）突破-196℃环境下多系统协同控制技术，填补国内工程化应用空白。 3.应用场景： （1）高速磁浮列车静悬试验台 （2）精密仪器运输平台 （3）航空航天地面测试装备 4.应用案例：前期开发的自由度控制系统，已被合作团队应用且效果较好。

发现当涡旋线的端点处在具有费米弧的表面时，涡旋线的两端可实现马约拉纳零模。而且，三位研究人员发现对这两类拓扑半金属，伴随涡旋产生的塞曼劈裂效应可非常显著地增大保护马约拉纳零模稳定性的拓扑能隙，而对拓扑绝缘体，塞曼劈裂效应对拓扑能隙的作用则始终是负面的压制。此项工作极大地拓展了实现和研究马约拉纳零模的材料。

1. 痛点问题 量子计算机是基于量子力学原理的通用计算设备，其基础逻辑单元是遵守量子力学原理的量子比特。基于其并行计算的特性，量子计算机在解决某些特定问题时相对于经典计算机具有指数级的加速，在未来的基础科学研究、量子通讯及密码学、人工智能、金融市场模拟、气候变化预测、药物模拟、新材料发现等需要强大算力的领域中具有广泛的应用前景。目前国际上已出现众多的量子计算商业项目，例如美国的IonQ、霍尼韦尔、谷歌、IBM、亚马逊、微软等，以及国内的腾讯、阿里巴巴、百度、华为、字节跳动等公司。 目前有若干种物理平台有望实现大规模量子计算，其中离子阱量子计算平台在衡量量子计算性能的各项指标方面表现优异，是最有可能实现量子计算机的平台之一。应用于离子阱量子计算机的量子计算寻址装置是离子阱量子计算机必不可少的部件。量子计算寻址装置的功能是利用操控激光对任意空间位置、任意数量的量子比特的状态进行实时操控。 2. 解决方案 本成果的量子计算寻址装置提出了一种全新的结构来实现量子比特的寻址，该系统采用两个寻址单元协同操作以实现一维量子比特寻址操控。而利用多个寻址单元及相应的控制手段可实现二维与三维量子比特寻址操控。本发明增加了寻址操控系统的信道容量，可实现离子型量子计算机内任意量子比特进行寻址操控并消除了寻址操控系统引入的误差；可实现对量子计算机上任意量子比特进行任意比特量子逻辑门操作；可根据离子量子比特在空间分布及量子态来优化寻址系统并动态反馈，可灵活实现复杂的量子算法及量子纠错。 合作需求 寻求量子计算方向的企业开展业务合作。