2021年，部分國家和民營研究機構(gòu)在量子研究方面取得重要進展。

截至目前，2021年是量子計算研究成果產(chǎn)出的標志性年份。有些基于量子研究的公司已經(jīng)上市，其中有多家宣布成立特殊收購公司，而量子行業(yè)里也發(fā)生了多起跨國公司并購事件。

根據(jù)微軟學(xué)術(shù)機構(gòu)收集的數(shù)據(jù)來看，一些大學(xué)科學(xué)家和企業(yè)機構(gòu)的研究團隊一直在發(fā)表量子領(lǐng)域的研究論文、會議報告和其他形式的學(xué)術(shù)成果。

以下是截至 2021 年年中的全球頂級研究機構(gòu)名單及簡介：

第1名——IBM

迄今為止，IBM在大約786份研究產(chǎn)出中被提及。

根據(jù)報紙發(fā)布的量子計算機系統(tǒng)科學(xué)發(fā)現(xiàn)，在多種研究成果中，IBM研究團隊和研究設(shè)備都有參與。2021年第40屆國際高能物理會議論文集上，還在《物理評論A》上發(fā)表了使用IBM Q量子計算機的波粒二象性糾纏約束，以及量子機器學(xué)習(xí)應(yīng)用LHC（大型強子對撞機）使用IBM量子計算機模擬器和IBM量子計算機硬件進行高能物理分析的證述。

第2名——麻省理工學(xué)院

麻省理工學(xué)院（MIT）是世界知名的科學(xué)、技術(shù)和工程中心，也一直是從事量子領(lǐng)域相關(guān)工作的先驅(qū)中心。2021年，麻省理工學(xué)院的研究人員在領(lǐng)先的科學(xué)期刊上發(fā)表了研究量子技術(shù)的重大進展，如在《自然通訊》上發(fā)表了“通過二階非線性的室溫光子邏輯量子位”；在《物理評論研究》上發(fā)表了“近期在量子計算機上捕獲非馬爾可夫動力學(xué)”；在《自然通訊》上發(fā)表了“從分段費米表面創(chuàng)建 Majorana 模式”。

第3名——哈佛大學(xué)

哈佛大學(xué)不斷列舉其取得的各類科學(xué)成就，名次上常年位居量子科學(xué)列表的首位。根據(jù)微軟學(xué)術(shù)的說法，哈佛大學(xué)作為科學(xué)和量子研究全球領(lǐng)導(dǎo)者的“傳統(tǒng)”將在2021年延續(xù)下去，在該研究的量子計算機類別中有1800多個條目。由哈佛研究人員在主要科學(xué)期刊和預(yù)印本服務(wù)器（如 ArXIv）上發(fā)表的一些研究包括：自然方法中生物科學(xué)前沿的量子計算；化學(xué)評論中相關(guān)量子物質(zhì)的量子信息和算法，以及物理化學(xué)與化學(xué)物理中的量子計算和量子信息存儲。

第4名——馬克斯·普朗克學(xué)會

馬克斯·普朗克學(xué)會（MPS）成立于1948年，已經(jīng)培養(yǎng)了20位諾貝爾獎獲得者，被認為是世界上最負盛名的研究機構(gòu)之一。其科學(xué)家也在量子計算領(lǐng)域進行著前沿科技研究。今年，MPS是量子計算研究的領(lǐng)導(dǎo)者之一。截止2021年，馬克斯·普朗克學(xué)會的科學(xué)家們已在《科學(xué)》上發(fā)表了“遠距離量子網(wǎng)絡(luò)模塊之間的量子邏輯門”；在《物理評論快報》上發(fā)表了“單個超導(dǎo)量子比特上的拓撲二維 Floquet點陣” 等數(shù)十篇文章。

第5名——芝加哥大學(xué)

芝加哥量子交易所促進了芝加哥大學(xué)、阿貢國家實驗室、費米國家加速器實驗室、伊利諾伊大學(xué)厄巴納香檳分校的跨界研究活動。

在美國，其中心地帶也是量子世界的中心，這在很大程度上要歸功于芝加哥大學(xué)。2021年，芝加哥大學(xué)的研究人員參與了多項關(guān)鍵的量子計算研究，其中包括發(fā)表在《應(yīng)用物理評論》上的“工程動態(tài)甜蜜點以保護量子位免受1/f噪聲的影響”；發(fā)表在《物理評論快報》上的“用于量子計算設(shè)備上可擴展分子模擬收縮特征值方程的量子求解器”；發(fā)表在《ASPLOS 2021》上的“精心策劃的三重奏：使用3量子位門編譯量子程序中的高效通信”。

芝加哥量子交易所是在芝加哥大學(xué)學(xué)習(xí)更多關(guān)于量子科學(xué)的重要資源來源。

第6名——中國科學(xué)院

中國科學(xué)院是第一個進入國際頂級量子研究機構(gòu)名單的中國研究院。短短幾個月時間內(nèi)，中科院就累積發(fā)表了千余篇論文。該量子計算研究進展列表中的最新論文是發(fā)表在《自然物理學(xué)》上的“能量分辨多體定位的觀察”?；發(fā)表在《中國物理B》上的“基于里德堡原子的量子計算和量子模擬簡述”，和發(fā)表在《機器學(xué)習(xí)科學(xué)與技術(shù)》上的“運用變分自回歸網(wǎng)絡(luò)和量子電路解決量子統(tǒng)計力學(xué)問題”。

第7名——加州大學(xué)伯克利分校

加州大學(xué)伯克利分校位于加州研發(fā)量子技術(shù)的國家中心。截止到今年7月，它的研究成果，以及它與工業(yè)和政府的穩(wěn)固關(guān)系，使它成為最具生產(chǎn)力研究機構(gòu)名單的前十名。伯克利研究人員對已發(fā)表論文的貢獻包括：在《自然物理學(xué)》上發(fā)表了“平面超導(dǎo)處理器上非平面圖問題的量子近似優(yōu)化”；在《npj量子信息》上發(fā)表了“在近期量子計算機上對量子化學(xué)進行高效且抗噪的測量”；在《自然評論材料》上發(fā)表了“離子阱量子計算機的材料挑戰(zhàn)”。

第8名——馬里蘭大學(xué)帕克分校

馬里蘭大學(xué)帕克分校是最早上市的量子計算機公司之一 （IonQ）的所在地，并且不斷加入TQD（The Quantum Daily）的“最佳”名單，馬里蘭大學(xué)帕克分校在量子計算領(lǐng)域研究成果還在不斷產(chǎn)出。UoM（馬里蘭大學(xué)）研究團隊參與了以下研究并發(fā)表了論文：在《物理評論A》上發(fā)表了“在嘈雜的量子計算機上探索多體定位”；在《IEEE》上發(fā)表了“微波超導(dǎo)”和在《物理評論B》上發(fā)表了“神奇的共形場理論”。

第9名——普林斯頓大學(xué)

普林斯頓大學(xué)成為頂級量子研究機構(gòu)名單中的第二所常春藤盟校不費“吹灰之力”。作為世界上卓越的學(xué)術(shù)和研究中心之一，普林斯頓享有盛譽，這種聲譽在量子領(lǐng)域同樣存在。今年，普林斯頓大學(xué)的研究人員參與了期刊和預(yù)印本服務(wù)器上報道的多項量子技術(shù)研究進展，包括發(fā)表于《自然通訊》上的“相干時間超過 0.3 毫秒的超導(dǎo)跨量子比特的新材料平臺”；發(fā)表于《應(yīng)用物理評論》上的“用于高保真讀出腔耦合硅三重量子點的自旋數(shù)字化儀”，和在《ASPLOS 2021》上發(fā)表的“切割質(zhì)量控制：使用小型量子計算機進行大型量子電路評估”。

第10名——谷歌

從開發(fā)第一臺量子計算機以斷言量子霸權(quán)的公司，谷歌研究人員在量子計算領(lǐng)域不斷取得令人矚目的進步。今年，該公司的科學(xué)家參與了研究，在《量子》上發(fā)表了“如何使用2000萬個嘈雜的量子位在8小時內(nèi)分解2048位RSA整數(shù)”；在《物理評論 X》上發(fā)表了“使用片上微波光子計數(shù)器對超導(dǎo)量子位進行高保真測量”；在《自然通訊》上發(fā)表了“量子機器學(xué)習(xí)中的數(shù)據(jù)力量”。

第11名——東京大學(xué)

日本是技術(shù)和信息科學(xué)的研究中心，其所擁有的研究能力也延伸到了量子時代。東京大學(xué)的科學(xué)家們參與了近期研究并發(fā)表了以下論文：發(fā)表在《量子》上的“可擴展光子容錯量子計算機的藍圖”；發(fā)表在《歐洲物理雜志》上得“用于量子計算機的量子化學(xué)中的Post-Hartree-Fock方法”；發(fā)表在《計算和大科學(xué)軟件》上的“事件分類與高能物理中的量子機器學(xué)習(xí)”。

第12名——中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)

我們第二次進入榜單的中國繼續(xù)以其在量子計算方面取得的科學(xué)進步震驚世界。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的科學(xué)家們已經(jīng)參與量子計算機的相關(guān)研究包括：在《中國科學(xué)通報》上發(fā)表的“在各種平臺上測試量子糾錯碼”；在《美國國家科學(xué)評論》上發(fā)表的“五量子位量子誤差的實驗勘探校正碼與超導(dǎo)量子位”；在《科學(xué)》上發(fā)表的“在可編程二維62量子比特超導(dǎo)處理器上的量子漫步”。

第13名——華盛頓大學(xué)

在量子計算領(lǐng)域，位于西雅圖的華盛頓大學(xué)正成長為量子科學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者之一。華盛頓大學(xué)研究人員近期發(fā)表的關(guān)于量子計算的研究論文數(shù)量激增，這些項目包括：在《歐洲物理雜志》上發(fā)表的“量子計算機上分子時間演化的稀疏-哈密頓方法”；在《物理評論 C》上發(fā)表的“自洽核結(jié)構(gòu)計算中的糾纏重排”；在《物理評論快報》上發(fā)表的“漸近自由的量子比特正則化”。

第14名——牛津大學(xué)

牛津大學(xué)對量子科學(xué)的貢獻堪稱傳奇，該大學(xué)現(xiàn)在是引領(lǐng)世界從經(jīng)典到嘈雜中級量子、NISQ及其他領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者之一。以下是牛津大學(xué)科學(xué)家參與的一些對量子計算領(lǐng)域有影響力的研究項目：發(fā)表在《npj量子信息》上的“多指數(shù)誤差外推和結(jié)合用于NISQ應(yīng)用的誤差緩解技術(shù)”；發(fā)表在《PRX量子》上的“非高斯性作為引力量子理論的特征”；發(fā)表在《WIREs計算分子生物學(xué)》上的“計算分子生物學(xué)中的量子計算展望”。

第15名——杜克大學(xué)

與其他一些機構(gòu)相比，杜克大學(xué)可能不是與量子計算最直接相關(guān)的研究機構(gòu)。（杜克大學(xué)的研究軌跡只能追溯到1998年，而其他一些大學(xué)的量子計算工作起源于1980年代，甚至是1970年代……）但正如以下量子項目研究成果所示，這種情況正在發(fā)生變化。在《自然評論材料》上發(fā)表的“離子阱量子計算機的材料挑戰(zhàn)”；在《ArXIv》上發(fā)表的“優(yōu)化穩(wěn)定器奇偶校驗以改進邏輯量子位內(nèi)存”以及在《西部量子》上發(fā)表的“量子計算機的實際應(yīng)用”。

第16名——美國國家標準與技術(shù)研究院

美國國家標準與技術(shù)研究所支持美國和世界各地的量子科學(xué)研發(fā)。NIST研發(fā)強的核心在于其研究人員的優(yōu)秀能力。以下是一些NIST參與的研究項目：在《PRX量子》上發(fā)表的“用于量子點設(shè)備狀態(tài)識別的基于光線的框架”；在《自然材料雜志》上發(fā)表的“邁向數(shù)據(jù)驅(qū)動的下一代透射電子顯微鏡”；以及在《自然雜志》上發(fā)表的“使用光子鏈接控制和讀取超導(dǎo)量子位”。

第17名——斯坦福大學(xué)

斯坦福大學(xué)處于最熱門的技術(shù)熱點話題上，地理位置優(yōu)越，是高科技領(lǐng)域的頂級研究機構(gòu)之一。在量子計算方面，其最近的出版物顯示其科學(xué)家們參與了以下項目：在《ArXIv》上發(fā)表了“量子置換同步”；在《物理評論 A》上發(fā)表了“在近期量子計算機中回收量子位”；在《工程納米結(jié)構(gòu) XI 的光子和聲子特性》上發(fā)表了“連接和縮放半導(dǎo)體量子系統(tǒng)”。

第18名——加州理工學(xué)院

加州理工學(xué)院正在成為一個“量子強國”上迅速發(fā)展。加州理工學(xué)院科學(xué)家近期完成的部分工作包括：在《自然通訊》上發(fā)表的“量子機器學(xué)習(xí)中數(shù)據(jù)的力量”；在《npj量子信息》上發(fā)表的“電子結(jié)構(gòu)量子模擬的低秩表示”；在《PRX量子》上發(fā)表的“使用量子虛時間演化的自旋系統(tǒng)的有限溫度靜態(tài)和動力學(xué)特性的量子計算”。

補充說明

上述列表并非詳盡無遺。Microsoft Academic 拉取了2021年迄今為止發(fā)布或展示量子計算研究成果的頂級研究機構(gòu)的名單。該列表可能會因論文出版時間表、會議發(fā)布時間、搜索詞優(yōu)化等其他客觀因素發(fā)生變化。

文：馬特·斯韋恩

編譯：慕一

編輯：王珩

注：本文編譯自“The Quantum Daily”，文章中的信息或所表述的觀點意見，均不代表量子前哨同意或支持。