欧盟量子技术旗舰

1 TABLEOFCONTENTS TableofContents1 Executive总结3 1.简介-量子技术的目标旗舰4 2.旗舰项目的主要成就6 2.1量子成就通信6 2.2量子成就计算8 2.3量子成就模拟11 2.4在量子传感和计量学12 2.5量子基础的成就科学14 2.6协调和支助行动(CSAs)15 2.7量子内外的协同作用技术旗舰16 2.8对量子的总体贡献技术旗舰19 3.LessonsLearned21 4.欧洲量子中的旗舰景观23 5.结论27 附录1-量子技术的治理结构旗舰28 附录2-初创企业和衍生产品30 附录3-列表专利31 附录4-加宽表国家/地区34 EXECUTIVESUMMARY 2018年秋季，欧盟委员会推出了量子技术旗舰计划，这是一个为期10年的项目，预计预算为10亿欧元。该旗舰计划是一个长期合作项目，对于欧洲的量子技术领域而言，这是一个重要的里程碑。它对于欧洲在全球战略重要领域的竞争中保持竞争力至关重要；旗舰计划将使欧洲领先于第二次量子革命，并促进其经济和社会的转型。 旗舰项目汇集了236个组织和超过1500名科学家。这些组织包括77家私营公司、103所大学和56个研究机构，共同启动了欧洲竞争性的量子产业。旗舰项目的运作由其战略研究议程（SRA）指导，并受到战略咨询委员会（SAB）的监督。1已为旗舰计划设定了为期10年的目标。在其启动阶段（2018年至2021年），旗舰计划在欧盟框架下的Horizon2020项目中获得了1.93亿欧元的资金支持。这一阶段包括了从2018年末开始并在2022年初结束的19个研发项目，以及从2020年末启动并将于2024年结束的两个额外项目。 本报告标志着旗舰项目的加速阶段的结束，并对这些21个项目进行了回顾，这些项目涵盖了量子通信、量子计算、量子模拟、量子传感与测量以及基础量子科学领域，由学术界和产业界的独立专家领导。这些项目在其生命周期的这一阶段进行审查。它们的主要成就包括： 量子通信开发了一套全面的指南，旨在实现旗舰项目量子互联网的终极目标，并成功迈出了第一步：通过中间节点连接两个量子处理器，并在多个独立量子处理器之间建立共享纠缠，形成了原理验证量子网络。 量子计算基于超导电路构建了具有全球竞争力的量子计算机系统，并在其他计算平台如俘获离子和硅量子位上展开了非常有前景的工作。 量子模拟开发了两个100量子位的模拟量子模拟器，并在研究新材料和物质状态（如超导性、高度纠缠系统等）的科学问题中实现了实用的量子优势。 量子传感和计量学开发了世界上基于超纯净金刚石中氮空位中心的最先进量子传感器之一，并在改进医疗成像诊断、光谱分析以及超精确时钟方面取得了显著进展。 基础量子科学在发展多种替代计算平台，包括光子学为基础的量子计算方面取得了显著进展。 此外，旗舰项目的活动促成了25个分拆公司/初创企业的建立；提交了105项专利，其中已有64项获得批准，共有 1313篇科学论文发表（另有223篇正在审阅中）。项目研究人员参加了1961次会议，并组织了161次会议/研讨会 。 1SAB是一组高级、享有盛誉的独立量子专家组成的团体，他们为旗舰项目的其他决策机构提供关于任何相关主题的建议。SAB成员由40%的行业代表、40%的学术界人士和20%的研究和技术组织（RTO）代表组成。 1.I介绍-O主题QUANTUMTECHNOLOGIESFLAGSHIP 2018年10月量子技术旗舰项目的启动，对欧洲量子界而言是一个重要的里程碑。这一长期、合作性的举措旨在帮助欧洲在第二次量子革命及它将为科学、经济和社会带来的变革性进步中保持领先。通过汇集顶尖研究机构、RTO （研究和技术组织）和企业，支持最优秀的欧洲量子科学家，并启动竞争性的欧洲量子产业，旗舰项目对于欧洲在全球一个极具战略意义领域的全球竞争中努力至关重要。 旗舰的活动由其战略研究议程（SRA）形成，该议程最初于2017年起草，并于2020年初更新。2在旗舰计划的战略顾问委员会（SAB）的监督下，并得到超过2000位专家的意见输入。该报告评估了量子研究当前的状态 ，并为旗舰计划的十年生命周期设定了雄心勃勃但又切实可行的目标，特别关注其最初的三年启动阶段。该报告将旗舰计划的工作结构化为四个以使命驱动的研究与创新领域，代表了该领域的主要应用领域：量子通信、量子计算 APPLICATIONPILLARS 模拟复杂 应对量子技术发展的基本挑战 对于一个安全的数字社会系统 andaQuantum-enabled 展 带来的准确性And 先进的设计和互联网发 计算能力到性能To 克服目前前所未有的Levels 无法解决的问题 量子互联网-安全通信和到2021年，量子模拟器到2021年，传感器的 应用20倍更精确分辨率将提高1000倍 到2021年，量子 com50-100量子位的计算机展示第一个量子应用 发现和理解新的基本量子原理 、量子模拟和量子传感与计量学，同时支持基础量子科学的工作（见下图1）。 图1：量子技术旗舰计划启动阶段的概述及其资助的21个科学项目领域。 2SRA可以在这里找到。 本报告审视了自2018年起启动、于2022年初结束的19个研发项目阶段，以及始于2020年末、计划于2024年完成的两个额外的研发项目。此外，报告还呈现了三项协调与支持行动（CSAs）的结果。在启动阶段开发的技术将在后续项目中进一步成熟，使其更接近工业化和部署。本报告探讨了旗舰项目如何朝着其在欧盟地平线2020工作计划（2018-2020）中为未来技术和新兴技术设定的更广泛目标努力。3: 围绕战略研究议程中定义的共同目标，在欧洲构建一个紧密网络化的量子技术社区。 构建欧洲量子生态系统，该系统将提供知识、技术以及开放的研究基础设施和测试平台，对于发展欧洲的世界级知识型产业至关重要。这将带来长期的经济、科学和社会益处。 将先进的量子技术从实验室推进至工业领域，通过具体原型应用及可市场化的产品，同时深化其基础科学理论 ，持续识别新应用并找到解决突出科学或技术难题的更优方案。报告的结构如下： 第二部分列出了21个项目的成就，这些项目被归类在五大领域支柱下的每一个。它还回顾了项目之间的众多协同作用，并评估了项目整体对旗舰计划目标的贡献。 第3节总结了在提升阶段吸取的主要经验教训及其主要的集体成就。 第四部分探讨了旗舰项目在欧洲量子政策背景下所取得的成就，并展望了一系列重要的新举措，包括欧洲芯片法案等。 第5节列出了报告的主要结论，并预示着旗舰的下一阶段。 附件提供了关于旗舰项目治理结构、创立的初创企业和特许公司、项目申请的专利以及本倡议涉及的扩展国家的更多信息。 3旗舰项目是从向2018年FETFLAG-03-2018调用提交的提案中选出的，这是2018-2020年间“未来与新兴技术”部分下 的Horizon2020工作计划的一部分。 2.T他主要成就了FLAGSHIP’S项目 本部分概述了每个研究领域项目的主要成就，并展示了它们如何为特定领域的关键绩效指标（KPI）工作。之后，它识别了项目之间实现的协同作用，最后阐述了它们对旗舰计划总体目标的贡献。 2.1量子通信的成就 互联网对我们的社会产生了革命性的影响。量子旗舰计划的最终目标之一是实现地球上任意两点之间的量子通信，因此提供了一种根本上全新的量子互联网技术。量子互联网将通过协同当前的“经典”互联网连接量子处理器，以获得远超经典通信所能实现的卓越能力。 通过创建4为了实现全球量子互联网的终极愿景，该旗舰项目已发展出一套全面指南，以统一高度跨学科的量子网络领域，并朝着这一目标前进。使用一种共同的语言，该项目汇聚了量子网络这个多学科领域的各个部分，致力于构建全球量子互联网。5指南遵循六个阶段：第一个阶段是真正的量子网络阶段，允许一次性在任意两个网络节点之间进行量子位（或量子比特）的端到端交付；最后一个阶段是长期目标，即连接大型量子计算机，使得任何量子应用都可以在其上执行。 旗舰的研究人员率先成功实现了第一阶段6:通过中间节点连接两个量子处理器,建立共享纠缠7在多台独立量子处理器之间。这一原理性的量子网络包含三个量子节点，它们位于同一建筑物内的一定距离之内。为了使这些节点能够作为一个真正的网络运行，研究人员不得不发明了一种新型架构，以实现超越单一链接的扩展。中间节点与两端节点都有物理连接，使得与每个节点建立并保护不受噪声影响的纠缠链接成为可能，这意味着它们可以用于量子密钥分发、量子计算或任何后续的量子协议。此外，所开发的网络通过“旗帜”信号宣布其（固有的概率性）协议的成功完成，这是至关重要的，因为在未来的量子互联网中，将需要连接许多此类协议。 这一基于纠缠的量子网络首次提供了一个独特的实验平台，供研究者开发和测试量子互联网硬件、软件和协议。在实验室中，研究人员专注于在其三个节点的网络中增加更多的量子位，并添加更高级别的软件和硬件层，而实验室外的现有电信光纤上的测试已经在大规模城市网络中开始进行。实际上，发展远距离量子通信系统的主要障碍之一是在超过几百公里的距离上，光子（信息载体）的传输效率和稳定性难以满足需求。 4请参阅QIA项目，https://quantum-internet.team/ 5量子互联网：未来道路的愿景，科学19，2018年10月，第362卷，第6412期，DOI： 10.1126/science.aam9288。 6请参阅QIA项目，https://quantum-internet.team/ 7纠缠是一种在量子尺度上观察到的现象，根本性地连接着小至大距离的粒子。它为量子计算机提供了巨大的计算能力， 并且是未来量子互联网中共享量子信息的基本资源。 丢失，信号随之消失。由于量子信号无法复制或放大，挑战在于找到一种方法来重复这一信号而不改变其性质，通过基于量子记忆的“中继器”来实现。Flagship的研究人员通过将光子量子位存储在晶体中长达20毫秒，已创下世界纪录，并迈出了向发展长距离量子通信网络的重要一步。8存储时间足够长，从而构建一个更大的记忆网络，这是发展远距离量子通信的前提条件。 对量子互联网上可运行的不同协议以及执行所需系统和组件的调查也已全面展开，旗手的研究人员倡导部署连续变量量子密钥分发作为生成具有信息论安全性的加密密钥进入新兴光电信通讯网络的方式。9；一次性程序，应用于安全数字签名和消息身份验证等用例10以及量子遗忘传输协议，在私人数据检索应用中使用，该应用允许客户端从数据库下载数据，而数据库并不知道它获取了哪些信息。11为了跟上量子技术快速进步和当前协议改进的步伐，该旗舰项目的研究人员还提供了一个存储库，提供了所有现有量子通信协议的精炼且准确的综述。12定期更新以追踪进展，它允许计算机科学家、工程师和物理学家之间的轻松沟通，使他们能够更深入地了解这些协议的工作原理及其部署方式。 从长远来看，部署量子通信基础设施（如EuroQCI）以及后续的量子互联网，都需要低成本、可靠且大规模可生产的部件。该旗舰项目的研究人员在这方面也处于领先地位。他们已经开发出可用于认证的量子随机数发生器（加密协议的关键组件），显示出显著的成本和尺寸降低潜力。13基于标准CMOS技术的一种设备达到约1欧元的目标成本，同时具备大规模生产条件。最后，利用不同半导体材料实现的新部件和设备展示了基于创新概念的大规模整合能力，这一概念非常适合复杂设置的集成，因为它允许所有必要的元素都集成到单个芯片上，实现了系统的模块化和微型化集成。14这些量子设备在现有网络中的集成使欧洲研究人员能够在7芯光纤旁的量子链上实现了创纪录的古典数据传输速度，达到每秒11.2Tb。 8请参阅QIA项目，https://quantum-internet.team/ 9请参阅项目CiViQ，https://civiquantum.eu/ 10请参阅项目UN