近日，河套深港科技創新合作區（以下簡稱“河套合作區”）的一家研究院傳來好消息。記者從深圳量子科學與工程研究院（以下簡稱“深圳量子院”）獲悉，時值建院5周年之際，深圳量子院推出5周年成果匯總，并聯合Frontiers of physics發布建院5周年專刊系列文章，為我國量子科技發展貢獻寶貴實踐經驗，助推我國量子事業高質量發展。

　　五載耕耘結碩果，篤行不怠向未來

　　深圳量子院以量子信息技術為核心，聚焦量子物態與量子器件、量子計算、量子極限傳感、量子工程應用等戰略性新興量子信息技術研發及產業應用。成立5年來，深圳量子院永葆“闖”的精神、“創”的勁頭、“干”的作風在河套合作區這片熱土上快速成長，一步一個腳印，取得了豐碩的研究成果。

　　據了解，五年來，深圳量子院承擔了一批國家和省市量子科技領域的重大任務，獲批各類競爭性研究項目160余項。其中獲批國家級項目74項，包括“科技創新2030——重大項目”６項；獲批省部級41項，其中包括廣東省重點領域研發計劃項目7項；獲批地市級22項等。截至目前，深圳量子院已經吸引了全球超過360人的人才隊伍。

　　深圳量子院在量子科技領域高質量論文不斷涌現，質量和數量持續提升。

　　深圳量子院在量子科技領域高質量論文不斷涌現，質量和數量持續提升，累計發表學術論文超過1120篇，包括Nature 11篇、Science 1篇、Nature Physics 5篇、Physical Review Letters 101篇、Nature Communications 27篇、Physical　Review 系列共計300余篇，深圳量子院科研人員在三維量子霍爾效應、拓撲超流體和超導體、超導量子計算等領域取得的一批具有國際影響力的重大原創成果。

　　圍繞關鍵核心技術研發，深圳量子院先后承擔了多項關鍵科研裝備的研制攻關任務，五年來總計申請國內外專利超120項，其中34項已獲得授權。電子束曝光機研發團隊聯合北京大學和中科科儀等單位，先后研制成功三套30kV電子束曝光機試驗樣機。低溫制冷機團隊解決了脈沖管制冷機的設計、加工、焊接、密封、測量等一系列問題，實驗樣機達到極低溫工作環境。

　　勇探無人區，瞄準量子科技等前沿技術創新領域

　　據悉，此次深圳量子院聯合Frontiers of physics推出的建院5周年專刊系列文章，專刊先期推出六篇文章，涵蓋量子計算、量子精密測量、量子材料、量子存儲、量子前沿理論等領域，以饗讀者。

　　深圳量子院聯合Frontiers of physics推出的建院5周年專刊系列文章。

　　專刊先期推出六篇文章中，量子計算是“二次量子科技革命”的核心技術，也是量子科技的制高點。量子計算機前沿技術日新月異，經過20多年的發展，其在物理體系的操控層面和可執行的算法方面都有了長足進步。俞大鵬院士組織深圳量子院量子計算方向一線科研骨干，并與國內外知名專家合作，完成了此次量子計算綜述文章《Noisy intermediate－scale quantum computers》。該文對量子計算領域各個核心方向在近20年來，尤其是近10年的技術進步和技術線路進行系統刻畫，展示當前主流技術平臺的關鍵挑戰和應對思路，指出了量子計算未來面臨的挑戰，并對前景進行了展望。

　　激光器是一切光學研究和應用的基石。其中一個關鍵技術就是利用外腔控制和穩定激光發射頻率。目前，對于外腔集成半導體激光器，當外腔內部會產生背散射光且外腔與激光器之間沒有光隔離器時，激光器注入外腔但被外腔反射的光會重新注入到激光器，并觸發“激光自注入鎖定”。其結果就是激光噪聲被極大抑制，甚至最終得到只能在光纖激光器中實現的亞赫茲激光線寬。同時，在足夠的激光功率下，孤子光頻率梳可以在外腔中生成。

　　因此，這項基于激光自注入鎖定的外腔集成半導體激光器和光頻率梳技術可以實現小型化、高性能的激光器件，非常適合移動端和空間科學等精密測量應用。深圳量子院劉駿秋課題組和俄羅斯、阿聯酋、蘇州納米所的多位合作者一起撰寫了這篇題為《Recent advances in laser self－injection locking to high－Q microresonators》的激光自注入鎖定綜述，介紹了這項技術的物理機制和近期實驗與應用進展。

　　在磁場作用下拓撲半金屬的量子輸運方面，盧海舟教授及合作者撰寫了量子輸運相關的綜述《Quantum Transport in Topological Semimetals under Magnetic Fields III》。這篇綜述介紹了拓撲物質，尤其是拓撲半金屬中的最新發現的輸運現象。其中包括了非線性霍爾效應，三維高階拓撲絕緣體中的庫倫不穩定性以及電子密度波機制理論，Majorana震蕩的衰減理論，量子極限下KramerWeyl半金屬的負磁阻理論，磁場驅動下的三位金屬絕緣體相變理論以及與量子霍爾效應相關的各種邊界態理論。同時，該文也提出了一些量子輸運領域有待未來解決的問題。

　　隨著拓撲絕緣體的發現，對材料拓撲性質的研究已經成為了凝聚態物理研究的新范式。而將磁性引入到拓撲材料中時，能帶拓撲與時間反演對稱性破缺的共同作用可以產生更多的新奇物態。陳朝宇研究員與合作者撰寫了此次本征磁性拓撲材料的綜述《Intrinsic magnetic topological materials》，總結了本征磁性拓撲材料的研究進展，包括但不限于磁性拓撲絕緣體、外爾／狄拉克半金屬和其他拓撲金屬。

　　量子通信實用化面臨的最大挑戰是光纖信號傳輸產生的指數衰減，使通信的距離被限制在百公里以內。突破該距離限制的一個可行方案是量子中繼器協議，即將遠的通信距離分割成小的基本鏈路，在較短的基本鏈路上產生糾纏并將其存儲在量子存儲器中。鐘滿金研究員等在綜述《Rare－earth quantum memories：The experimental status quo》中總結了基于稀土摻雜晶體的量子存儲近年在實驗上的進展和新應用，歸納了其所面臨的主要技術挑戰并提出了相應的應對方案，展示了稀土摻雜晶體在實用化量子存儲器發展中的巨大潛力。

　　在量子計算中，計算是由希爾伯特空間之間的算子來實現的。孔良研究員與合作者的最新研究工作《Categorical computation》探索了一種新的計算思想，其中量子計算中的算子由（高階）范疇之間的函子來替代。那么，有沒有可能找到函子的物理實現？立足于拓撲序的數學理論，研究人員發展了一個理論上的新方案。

　　未來，深圳量子院將面向國家和大灣區經濟社會發展需求，加快培育壯大量子信息未來產業，勇當量子科技領域“拓荒牛”，發揚敢闖敢試、敢為人先、埋頭苦干的特區精神，勇立潮頭、開拓進取，構筑深圳發展新優勢，為深圳建設具有全球影響力的科技和產業創新高地提供強有力的支撐。