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北京大學(xué)物理學(xué)院現(xiàn)代光學(xué)所王劍威研究員與意大利羅馬大學(xué)Fabio Sciarrino教授、英國布里斯托爾大學(xué)Anthony Laing和Mark Thompson教授，受邀在國際著名刊物《自然-光子學(xué)》（Nature Photonics）上撰寫綜述文章，介紹“集成光量子技術(shù)”這一新興領(lǐng)域的基本科學(xué)原理和前沿進(jìn)展。 量子技術(shù)利用量子物理基本原理，通過操控光或物質(zhì)的量子疊加和量子糾纏等內(nèi)稟屬性，其信息處理能力有望從根本上超越經(jīng)典范疇的信息技術(shù)。集成光量子芯片技術(shù)是一門結(jié)合了量子物理、量子信息、集成光子學(xué)和微納制造等學(xué)科的前沿交叉技術(shù)，通過半導(dǎo)體微納加工制造，有望實現(xiàn)高性能且大規(guī)模集成的光量子器件和系統(tǒng)，達(dá)到對作為量子信息載體的單光子進(jìn)行高效處理、計算和傳輸?shù)裙δ堋?國內(nèi)外對集成光量子芯片技術(shù)的研究取得許多重要進(jìn)展 2008年，國際上首次實現(xiàn)了基于二氧化硅平面光波導(dǎo)體系的量子受控糾纏門和量子干涉，開創(chuàng)了集成光量子芯片領(lǐng)域的先河。在過去十年間，國內(nèi)外對集成光量子芯片技術(shù)的研究,取得了許多重要進(jìn)展，目前已實現(xiàn)了片上光量子態(tài)的制備、量子操控以及單光子探測等核心功能，并且器件集成度和功能復(fù)雜度也都得到了大幅度提高。綜述總結(jié)了集成光量子芯片的主流材料體系、核心量子光學(xué)元器件，及其量子信息的前沿應(yīng)用，包括量子密鑰分發(fā)和通信、物理和化學(xué)系統(tǒng)的量子模擬、量子玻色取樣、光量子信息處理和計算等。 集成光量子芯片的材料體系目前主要采用硅基絕緣體上、鈮酸鋰、激光直寫二氧化硅、氮化硅、氮化嫁、磷化銦等光波導(dǎo)材料。核心器件主要包括集成單光子源與糾纏光子源、可編程大規(guī)模集成光路、集成單光子探測器等，其中量子光源主要有非線性參量型量子光源和固態(tài)量子點型量子光源，而單光子探測主要通過超導(dǎo)納米線探測和過度邊緣感應(yīng)傳感來實現(xiàn)。這些核心光量子集成器件的性能均取得了很大程度的提升。與此同時，集成光芯片平臺上也已經(jīng)逐漸發(fā)展出一套可以將量子信息精確加載在單光子的路徑、偏振、時間、空間、頻率等不同自由度的方法，為該技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的便利性和多樣化。 集成光電子器件在經(jīng)典通信系統(tǒng)中一直起著舉足輕重的作用，可以預(yù)期其也將在量子密鑰分發(fā)和量子通信中起到重要作用，特別是微小型、低成本、高性能的量子通信收發(fā)芯片的發(fā)展，將有助于進(jìn)一步降低成本、提高可靠性，推進(jìn)其實用化進(jìn)程。目前，量子通信的幾種主要協(xié)議，包括制備-測量類的通信協(xié)議以及基于糾纏分布和量子隱形傳態(tài)類的協(xié)議等，已先后在硅基、磷化銦、氮化硅等光子芯片上得到實驗驗證。另外，全集成型量子真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器也有很多實驗實現(xiàn)，并有望在不遠(yuǎn)的將來提供微小型、高速和低成本的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器。 量子線路模型和基于測量的單向量子計算模型是實現(xiàn)通用量子計算的主流模型。光學(xué)量子計算的線路模型實現(xiàn)方案存在擴(kuò)展性困難，但基于測量的光量子計算可以大大降低需要的物理資源，并可實現(xiàn)通用量子計算。在可編程的光量子芯片平臺上，目前已成功實驗驗證了Shor因數(shù)分解算法、Grover搜尋算法、優(yōu)化算法等重要算法，并可在單一芯片實現(xiàn)多種復(fù)雜量子信息處理功能。近年來，片上制備并操控復(fù)雜量子態(tài)，包括高維量子態(tài)、多光子糾纏態(tài)、圖糾纏態(tài)等，均已在硅基和二氧化硅等平臺實現(xiàn)。值得一提的是，集成光量子芯片的高可編程性、高穩(wěn)定性、高保真度，為通用量子計算的實現(xiàn)提供了基礎(chǔ)。 量子玻色取樣和量子模擬被認(rèn)為是量子計算的短期實現(xiàn)目標(biāo)和重要應(yīng)用方向。觸發(fā)型玻色取樣和基于量子點光源的玻色取樣，被認(rèn)為是實現(xiàn)具備“量子優(yōu)勢”的玻色取樣量子計算的有效技術(shù)方案，有望超越經(jīng)典計算機(jī)計算能力，其中前者已實現(xiàn)芯片上量子光源和線性網(wǎng)絡(luò)的全集成，而后者最近在中科大發(fā)布的一個論文預(yù)印本中報道了20光子60模式玻色取樣的重要突破。集成光量子芯片體系已實驗驗證了離散型和連續(xù)型的量子漫步功能，并可用于模擬復(fù)雜的物理和生物過程。同時，集成光量子模擬器也成功驗證了多種典型的量子模擬算法，有望有效地模擬化學(xué)分子動力學(xué)過程。

作為信息化時代各領(lǐng)域發(fā)展的重要基礎(chǔ)與保障，信息安全是一個不容忽視的國家安全戰(zhàn)略。當(dāng)今信息安全領(lǐng)域廣泛使用的公鑰密碼體制主要都是基于經(jīng)典計算機(jī)“難以求解”的數(shù)學(xué)問題所設(shè)計構(gòu)造的。近些年來，隨著量子計算技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)公鑰密碼體制不再安全。一方面，Shor算法、Grover搜索算法、量子傅里葉變換等算法相繼被提出，從理論上證明這些算法在量子計算機(jī)上運(yùn)行可以顯著縮短傳統(tǒng)公鑰密碼體制所依賴數(shù)學(xué)問題的求解時間。另一方面，實際可行的量子計算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展，2019年，Google宣布制造出53量子比特的量子處理器“懸鈴木”，在絕對零度條件下可以在200秒完成超級計算機(jī)1萬年的計算任務(wù)。在即將到來的“后量子時代”，我們需要更安全的密碼體制來保護(hù)隱私，也就是后量子密碼（Post-QuantumCryptography,PQC）。未來10年商用量子計算機(jī)將面世，在量子計算機(jī)面前，構(gòu)造傳統(tǒng)公鑰密碼體制所基于的數(shù)學(xué)難題將毫無安全性可言，進(jìn)而依賴密碼體制而構(gòu)建的信息安全系統(tǒng)及各種應(yīng)用將面臨著嚴(yán)峻的安全問題，甚至存在被完全破解的潛在威脅，亟待研究抵御量子攻擊的密碼體制及其芯片實現(xiàn)技術(shù)。 2022年美國政府正式簽署安全法案，首次將后量子密碼納入美國國家安全備忘錄，同時還提出《量子計算網(wǎng)絡(luò)安全準(zhǔn)備度法案》，旨在指導(dǎo)推動信息安全系統(tǒng)向后量子密碼學(xué)過渡。2022年9月7日，美國國家安全局(NSA)發(fā)布了《商業(yè)國家安全算法套件2.0》，其中將入選第三輪抗量子密碼標(biāo)準(zhǔn)化選擇的CRYSTALS-KYBER(以下簡稱Kyber)算法列為國家安全系統(tǒng)未來過渡遷移的必備算法。我國也在后量子密碼領(lǐng)域積極跟進(jìn)，參與國際競爭，于2020年發(fā)布國內(nèi)首份量子安全白皮書，廣泛布局后量子密碼安全技術(shù)應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)生態(tài)。目前后量子密碼算法的研究正在逐漸走向成熟與標(biāo)準(zhǔn)化，未來將有數(shù)十億新舊設(shè)備完成從傳統(tǒng)公鑰密碼體制向后量子密碼算法的遷移過程。在充分考慮安全性能、算法性能、便利性和合規(guī)性的前提下，研制出符合國際標(biāo)準(zhǔn)且具有國際競爭力的后量子密碼SoC芯片并應(yīng)用，對于我國加快搶占后量子密碼國際領(lǐng)先地位，保障量子時代下的信息安全具有重要意義。 圖1 后量子密碼在未來信息安全領(lǐng)域的應(yīng)用 本成果提出一種應(yīng)用在云計算、數(shù)據(jù)中心加密中的高性能隨機(jī)數(shù)生成哈希核心算子，實現(xiàn)了具有靈活性和高吞吐量的可配置Keccak核心。該核心可配置為支持多個采樣策略，通過高吞吐量隨機(jī)數(shù)擴(kuò)展發(fā)生器新型結(jié)構(gòu)達(dá)到11.7Gbps的吞吐率，性能表現(xiàn)為目前世界最高水平。 圖2 高性能后量子密碼哈希核心算子 在國際上首次提出了具有側(cè)信道SPA攻擊防御機(jī)制的可配置BS-CDT高斯采樣器。該設(shè)計基于CDT反演高斯采樣算法，通過真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器和隨機(jī)化功耗特性的電路結(jié)構(gòu)，采取隱藏相關(guān)數(shù)據(jù)的防御機(jī)制，高效獲取安全性更好的均勻分布隨機(jī)數(shù)，并可以有效抵御時間攻擊和潛在的功耗分析攻擊，顯著提高安全性。電路采樣精度可達(dá)112bit，新型多級快速查找表結(jié)構(gòu)極大縮短了概率函數(shù)分布表搜索時間，性能相較于同類設(shè)計提升近18倍。解決了高精度需求與采樣速度不匹配的沖突問題，優(yōu)化了概率函數(shù)分布表的存儲資源，靈活劃分密碼系統(tǒng)中的高斯采樣值，并有效加固了后量子密碼系統(tǒng)數(shù)據(jù)前級的側(cè)信道安全性。 圖3 多模域計算兼容可重構(gòu)算術(shù)單元 針對后量子密碼計算量大，數(shù)據(jù)復(fù)雜的痛難點，優(yōu)化格數(shù)學(xué)難題中的數(shù)論變換（NTT）算法，實現(xiàn)了一種高性能NTT硬件加速單元。采用雙倍位寬乒乓式對稱存儲結(jié)構(gòu)突破訪存限制，改進(jìn)模乘運(yùn)算單元關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，提高多項式運(yùn)算的效率，相比同類運(yùn)算操作下最先進(jìn)的設(shè)計快3.95倍。 圖4 靈活指令集型后量子密碼安全處理器芯片架構(gòu)及版圖 針對后量子密碼算法的多樣化計算需求，創(chuàng)新性地提出了一種多模域計算兼容型可重構(gòu)核心算子，能夠配置為不同模域下的關(guān)鍵運(yùn)算結(jié)構(gòu)，靈活支持Karatsuba、Toeplitz、NTT等運(yùn)算結(jié)構(gòu)。在配置為NTT結(jié)構(gòu)的運(yùn)算下，運(yùn)算性能與美國MIT研究團(tuán)隊在IEEEISSCC發(fā)表的相關(guān)成果保持國際同步水平，并具備更強(qiáng)的靈活性與通用性。 圖5 多模域計算兼容型可重構(gòu)核心算子 在團(tuán)隊積累多年的后量子密碼相關(guān)先進(jìn)技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，在SMIC40nm工藝下實現(xiàn)了兩款后量子密碼芯片，能夠兼容國際最新標(biāo)準(zhǔn)的CRYSTAL-Kyber后量子密碼算法。后量子密碼Kyber芯片采用了高性能流水線結(jié)構(gòu)的蝶形運(yùn)算單元及高速NTT運(yùn)算單元，解決了加解密運(yùn)算中訪問存儲器所帶來的速度瓶頸問題。靈活指令集型后量子密碼芯片采用可編程自定義指令集架構(gòu)，基于多模域計算兼容的可重構(gòu)算術(shù)單元與可配置多功能哈希/隨機(jī)采樣核心算子，在實現(xiàn)高性能的后量子密碼運(yùn)算的同時提高了芯片的靈活性與適應(yīng)性。 圖6 后量子密碼Kyber處理器芯片架構(gòu)及版圖 圖7 靈活指令集型后量子密碼處理器芯片架構(gòu)及版圖

提出了一種可優(yōu)化的非絕熱和樂量子計算新方案, NHQC+，打破了以往和樂量子計算（基于非對易幾何相位的量子計算）對不同能級的耦合脈沖必須同步、脈沖面積必須固定的嚴(yán)格限制,使得幾何量子計算可與優(yōu)化控制理論相結(jié)合，并且大大提高了幾何量子門對系統(tǒng)噪聲魯棒性，為進(jìn)一步拓展到可結(jié)合脈沖整形技術(shù)的幾何量子計算提供了可能。論文第一作者、2018級哈工大-南科大聯(lián)培博士生劉寶杰稱，新方案NHQC+只需要用一個三能級量子體系就可以實現(xiàn)，相比之前需要應(yīng)用復(fù)雜脈沖序列同

翁文康和他的博士生劉寶杰提出的新方案使用了一個三能級量子體系，其中基態(tài)和第二激發(fā)態(tài)被用作為量子比特的0和1態(tài)，第一激發(fā)態(tài)作為一個輔助能級。通過施加和體系兩個量子躍遷接近共振的微波信號，并控制信號隨時間的變化，可以實現(xiàn)對系統(tǒng)演化產(chǎn)生的幾何量子相位的精確調(diào)控，進(jìn)而實現(xiàn)任意指定的幾何量子門。相對其他已有的幾何量子門方案，新方案中量子門速度得到了數(shù)倍的提升，并且對控制信號誤差具有更好的容錯性。此外，這一方案還具有實驗復(fù)雜度相對較低和易于在不同量子體系上實現(xiàn)等優(yōu)勢。陳遠(yuǎn)珍和他的博士后嚴(yán)通行合作，在超導(dǎo)量子體系中成功實現(xiàn)了這一方案。實驗中獲得的單比特量子門保真度達(dá)到了97%，引起誤差的主要原因包括量子比特和環(huán)境相互作用導(dǎo)致的退相干，以及微波控制信號的精度誤差等。 這項工作對于進(jìn)一步發(fā)展基于幾何相位的量子計算具有啟發(fā)意義，其后續(xù)相關(guān)研究目前也在開展之中，包括基于相同思想的兩比特幾何量子門和更為簡化的幾何量子計算方案等。

產(chǎn)品詳細(xì)介紹   產(chǎn)品特點：   （1）    板材特制 板面使用鍍鋅鋼板，堅固耐用厚實，板面涂層引進(jìn)日本高科技晶格納米涂料，啞光性，視覺大于30°不反光。   （2）    啞光米黃色有助于保護(hù)視力 德康多功能教學(xué)板根據(jù)微光量子理論設(shè)計，板面顏色為米黃色，視感柔和。米黃色色譜波長在550~770納米之間，為人眼視網(wǎng)膜最能接受的顏色，有效舒緩眼睛的緊張和疲勞，提高眼睛辨識能力。啞光米黃色設(shè)計能營造出最佳視覺環(huán)境，有助于保護(hù)視力，預(yù)防近視。     （3）    直接用作投影幕       傳統(tǒng)教室一般是黑板和投影布的結(jié)合，投影布上下拉動，易損壞，并且投影布占用黑板板書空間，結(jié)構(gòu)不合理；投影幕布放置時間長了會發(fā)黃，影響投影質(zhì)量。而德康多功能教學(xué)板，可直接用作投影幕，投影成像色彩柔和，沒有光斑；一體化設(shè)計，可以在投影區(qū)域內(nèi)直接書寫。是高科技的綠色教學(xué)產(chǎn)品，確保師生課堂資源得以最大限度的利用。   （4）    可升級為功能強(qiáng)大的電子白板 配合我司專用軟件，即可在板上實現(xiàn)電子白板的全部功能，擁有德康多功能教學(xué)板就等于擁有一塊投影幕、一塊黑板、一塊電子白板。而且德康多功能教學(xué)板的價格卻比它們的總價便宜得多。   （5）    節(jié)能環(huán)保 板面無任何電子器材附件，不通電，不發(fā)熱，無輻射。符合現(xiàn)代低碳環(huán)保生活要求。

本發(fā)明公開了一種周期腔體型低頻寬帶隙隔振器及制備方法。 該隔振器包括兩個或兩個以上周期單元。周期單元包括兩個薄板主體 和一個環(huán)腔散射體，兩個薄板主體的外緣用環(huán)腔散射體相連以形成一 腔體；周期單元之間用連接塊散射體相連。所述制備方法包括如下步 驟：選取材料以制備薄板主體、環(huán)腔散射體和連接塊散射體；調(diào)整它 們的幾何參數(shù)，使得隔振器的有效帶隙頻率能覆蓋所需隔振環(huán)境的振 動頻率；校核隔振器是否符合安全條件，從而制備周期腔體型低頻寬 帶隙隔振器。本發(fā)明適用于隔離低頻率的振動，且能在保持相應(yīng)的承 載力的同時實現(xiàn)

本發(fā)明的固支梁Ｔ型結(jié)間接加熱式微波信號檢測器由六端口固支梁耦合器，通道選擇開關(guān)，微波頻率檢測器，微波相位檢測器級聯(lián)構(gòu)成；六端口固支梁耦合器由共面波導(dǎo)，介質(zhì)層，空氣層和固支梁構(gòu)成；六端口固支梁耦合器的第一端口到第三端口、第四端口以及第一端口到第五端口、第六端口的功率耦合度相同，待測信號經(jīng)第一端口輸入，由第二端口輸出到第一間接加熱式微波功率傳感器，由第四端口和第六端口輸出到微波相位檢測器；由第三端口和第五端口輸出到通道選擇開關(guān)；通道選擇開關(guān)的第七端口和第八端口分別接間接加熱式微波功率傳感器，通道選擇開關(guān)

本發(fā)明的固支梁間接加熱在線式未知頻率微波相位檢測器由六端口固支梁耦合器，通道選擇開關(guān)，微波頻率檢測器，微波相位檢測器級聯(lián)構(gòu)成；六端口固支梁耦合器由共面波導(dǎo)，介質(zhì)層，空氣層和固支梁構(gòu)成；共面波導(dǎo)在ＳｉＯ２層上，固支梁的下方為介質(zhì)層，兩個固支梁之間的共面波導(dǎo)長度為λ／４；第一端口到第三端口、第四端口及到第五端口、第六端口的功率耦合度相同，待測信號經(jīng)第一端口輸入，由第二端口輸出到下級處理電路，由第四端口和第六輸出到微波相位檢測器，由第三端口和第五端口輸出到通道選擇開關(guān)；通道選擇開關(guān)的第七端口和第八接間接加

本發(fā)明的固支梁直接加熱在線式已知頻率微波相位檢測器由六端口固支梁耦合器，微波相位檢測器，直接加熱式微波功率傳感器；六端口固支梁耦合器由共面波導(dǎo)，介質(zhì)層，空氣層和固支梁構(gòu)成；共面波導(dǎo)制作在ＳｉＯ２層上，固支梁的下方沉積介質(zhì)層，并與空氣層，固支梁共同構(gòu)成耦合電容結(jié)構(gòu)，兩個固支梁之間的共面波導(dǎo)長度為λ／４；六端口固支梁耦合器的第一端口到第三端口、第四端口以及第一端口到第五端口、第六端口的功率耦合度相同，待測信號經(jīng)六端口固支梁耦合器的第一端口輸入，由第三端口和第五端口輸出到直接加熱式微波功率傳感器，由第四端

本發(fā)明的固支梁Ｔ型結(jié)直接加熱式微波信號檢測器由六端口固支梁耦合器，通道選擇開關(guān)，微波頻率檢測器，微波相位檢測器，直接加熱式微波功率傳感器級聯(lián)構(gòu)成；兩個固支梁之間的共面波導(dǎo)長度為λ／４；六端口固支梁耦合器的第一端口到第三端口、第四端口以及第一端口到第五端口、第六端口的功率耦合度分別相同，待測信號經(jīng)第一端口輸入，并由第二端口輸出直接加熱式微波功率傳感器，由第四端口和第六端口輸出微波相位檢測器，由第三端口和第五端口輸出通道選擇開關(guān)；通道選擇開關(guān)的第七端口和第八端口接直接加熱式微波功率傳感器，通道選擇開關(guān)的