啟動貝加爾中微子望遠鏡

首次在室溫下獲得磁性超導材料

2021年，俄羅斯基礎研究的亮點是在貝加爾湖啟用了北半球最大的深水中微子望遠鏡貝加爾-GVD望遠鏡，用於記錄來自天體的超高能中微子流，研究地球物理、水文和淡水生物現象，探索宇宙的生成和演化。“貝加爾湖-GVD”的容積約為半立方米。通過在貝加爾湖冰面上切割的壹個矩形洞，這個高科技實驗裝置被放置在距離湖泊約4000米的地方，水深為750-1300米。

俄羅斯薩馬拉大學首次描述了太空中有機分子的外觀，這些有機分子在宇宙的化學演化中發揮了最重要的作用。獲得的數據擴展了生命外觀的概念，並解釋了合成有機物質的“星際工廠”的運行機制。這項研究發現，最簡單的多環芳烴和茚可以在符合太空條件的溫度下形成。含有多環芳烴的小硬烴顆粒通常被稱為星際種子，它們實際上作為合成有機化合物（如氨基酸和糖）的分子空間工廠運行。

莫斯科大學量子技術中心開通了壹條量子保密通信線路，用於學校20個用戶之間的聯網通信。用戶之間的最遠距離是50公裏。俄羅斯電信運營商TransTeleCom完成了莫斯科和聖彼得堡之間的量子通信幹線建設。

俄羅斯量子中心首次在室溫下獲得磁性超導材料。在釔鐵石榴石單晶薄膜上進行了相關實驗。這種物質在某些溫度下會自發磁化。在這項技術的幫助下，未來可以創建壹個沒有復雜而昂貴的冷卻設備的量子計算機。

首先，糾纏光子被用來將信息編碼成全息圖。

格陵蘭冰川溫度的詳細測量

在量子領域，英國格拉斯哥大學的物理學家首次發現了壹種利用量子糾纏光子將信息編碼成全息圖的方法。這種新的量子全息技術突破了傳統全息方法的限制，使未來創建分辨率更高、噪聲更低的圖像成為可能，有助於研究人員更好地揭示細胞細節，並進壹步了解生物學在細胞水平上的功能。

此外，格拉斯哥大學領導的國際研究團隊還發現，地面上的水可能來自“天空”——太陽。太陽風由來自太陽的帶電粒子（主要是氫離子）組成，這些粒子在太陽系早期撞擊地球的小行星攜帶的塵埃粒子表面產生了水。

布裏斯托大學量子工程技術實驗室的研究人員通過充當自主代理和使用機器學習解釋了壹種用於逆向工程哈密頓模型的算法。這種新算法為量子系統的基本物理原理提供了寶貴的見解，有望在量子計算和傳感領域帶來巨大進展，並可能開啟科學研究的新篇章。

英國劍橋大學領導的國際研究團隊利用光纖傳感技術通過光纜傳輸激光脈沖，對格陵蘭冰川的溫度進行了迄今為止最詳細的測量，獲得了從冰川表面到冰下65，438+0，000多米底部的非常詳細的溫度測量結果。這項研究將幫助科學家更準確地模擬世界第二大冰川的未來變化，從而更好地應對氣候變暖。

揭露子木的反常行為

發現宏觀量子糾纏的直接證據

在基本粒子研究中，費米國家實驗室和中國科學家聯合進行了子木反常磁矩實驗，以前所未有的測量精度揭示了子木的行為與標準模型的理論預測不符，為新物理的存在提供了有力證據。通過分析歐洲大型強子對撞機（LHC）提供的數據，由美國科學家領導的國際正向搜索實驗（FASER）團隊首次在LHC上發現了中微子的“線索”

在量子技術領域，美國科學家今年收獲頗豐。美國國家標準與技術研究所的研究團隊利用微波脈沖使兩片小鋁膜進入量子糾纏狀態，發現了宏觀物體量子糾纏的直接證據，這有助於量子網絡、暗物質和引力波的研究。哈佛大學和麻省理工學院開發了壹種可編程量子模擬器，可以運行256個量子比特，幫助科學家在材料科學和通信技術等多個領域實現重大突破。IBM聲稱，他們開發出了壹臺可以運行127個量子比特的量子計算機“老鷹”，這是迄今為止世界上最大的超導量子計算機。

來自能源部SLAC國家加速器實驗室的科學家首次直接觀測到相鄰水分子之間的“量子拖曳”。

此外，美國和新西蘭的科學家利用激光對鋰氣體進行擠壓和冷卻，使其密度和溫度發生足夠大的變化，從而減少光散射量，從而證明了泡利阻塞效應，未來有望用於開發能夠抑制光的材料，進壹步提高量子計算機的性能和效率。

哈佛大學物理學家團隊通過實驗模擬分析了壹種新的物質狀態——量子自旋液體，在高溫超導、量子計算機等量子技術領域具有廣闊的應用前景。

出臺法律加強對量子技術的支持

超導核聚變裝置創紀錄運行。

韓國正式頒布《促進信息通信振興和融合法》，將政府對量子技術的支持合法化。根據該立法，韓國將在政府財政支持的基礎上建立量子技術專職管理機構，在政策研究、R&D支持、基礎設施建設、人力培訓、技術標準化等方面發揮主導作用。與此同時，它計劃加大力度培育量子R&D和產業生態，並為中小企業提供財政和行政支持。

韓國超導核聚變裝置KSTAR成功地將等離子體限制在1億攝氏度下30秒，創造了新的運行記錄。

韓國壹個研究小組開發的壹種量子比特技術的邏輯錯誤率達到65438+萬分之壹。

韓國研究人員參與的壹項國際合作研究首次發現了壹種具有光子雪崩效應的納米材料，具有全新的應用前景。

韓國實驗物理學家證實了理論物理預測的液態金屬的電子結構。

提出了壹種新的量子計算機體系結構。

揭示宇宙“第壹物質”的誕生

法國宣布啟動2021和1量子技術國家戰略，計劃在5年內向量子領域投資18億歐元，從而使法國有機會成為“第壹個獲得通用量子計算機完整原型的國家”。根據這壹戰略，完全掌握量子技術的價值鏈是法國持久自主研究的關鍵，對於法國在專有技術和工業應用方面的主權至關重要。為此，該戰略旨在為法國量子領域的全價值鏈提供支持，涉及所有量子相關技術。法國正在建立以巴黎、薩克雷和格勒諾布爾為中心的量子生態系統。

在量子研究方面，法國團隊提出了壹種新的量子計算機架構，將壹個量子存儲器連接到傳統的二維量子比特陣列上，形成三維架構，從而大大減少了量子計算機所需的量子比特數量。在新的架構下，破解當前主流的2048位RSA加密只需要13436個量子比特，比之前研究中需要的2000萬個量子比特低了三個數量級，這為量子計算機架構的設計提供了新的方向。

歐洲核子研究中心（CERN）經常有重大發現。今年2月，該中心的環面儀器實驗（ATLAS）和緊湊繆爾線圈實驗的團隊發現，希格斯玻色子衰變為兩個輕子（帶有相反電荷的電子或繆爾對）和壹個光子——“達利茨衰變”。第壹個證據有助於科學家發現新的物理學。

今年3月，該中心阿爾法合作組首次利用激光冷卻技術成功冷卻了反氫原子，為更精確地測量反氫原子內部結構及其在重力作用下的行為奠定了基礎。將這些測量結果與氫原子進行比較，可以揭示物質原子和反物質原子之間的差異，並為反物質研究帶來新的視角。中心的大型強子對撞機（LHC）發現了四種全新的粒子，它們是四種不同的誇克態。到目前為止，LHC***已經發現了59個新的強子。

6月，該中心使用LHC重建了大爆炸中的第壹個誇克-膠子等離子體（QGP），該等離子體存在了0.000001秒。研究發現，誇克-膠子等離子體具有光滑柔軟的質地，這與之前的預測和已知的任何其他物質都不同。

今年7月，該中心大型強子對撞機的LHCb實驗團隊發現了壹種新的物質粒子Tcc+。這種4誇克粒子是壹種奇怪的強子，是迄今為止壽命最長的奇怪物質粒子，也是第壹個包含2個重誇克和2個輕反誇克的粒子，由2個魅力誇克，65，438+0個反上誇克和65，438+0個反下誇克組成。這壹發現有助於檢驗標準模型理論，揭示新現象。

65438年2月，在LHC新探測器的試運行中探測到中微子，這是首次在粒子加速器中發現中微子。

發明壹種基於超材料的射頻探測器

新的不透明閃爍介質可以探測粒子。

2021年3月，烏克蘭科學院無線電物理與電子研究所發明了壹種基於超材料的射頻非接觸探測器，可用於檢測乙醇水溶液中是否含有甲醇。研究人員使用所謂的超材料作為探測器，將裝有所研究液體的容器放置在金屬間化合物薄膜附近並激發其振動場，並用電動力學公式描述相應的相互作用。這意味著，如果具有未知特性的天然物質與具有已知特性的超材料發生電磁接觸，則可以通過標準微波技術和設備記錄超材料的特性來識別它們。盡管這種方法仍處於實驗室階段，但被認為具有廣闊的應用前景。

在粒子研究領域，在過去幾年中，烏克蘭國家科學院閃爍材料研究所壹直在開發壹種新的不透明閃爍介質，用作高能物理實驗中的探測粒子。歐洲核子研究中心（CERN）認為這項研究非常有前途。2021決定邀請烏克蘭科研團隊參加大型強子對撞機底誇克實驗（LHCb），這是近年來備受國際關註的烏克蘭基礎科學領域重大實驗項目之壹。

國家計劃作為支持

充分發揮量子場

2026年3月，以色列國防和創新局表示，他們將投資6000萬美元建造以色列第壹臺計算能力約為30-40量子位的量子計算機。該項目是以色列於2019年啟動的“國家量子能力計劃”的壹部分，該計劃將在量子領域投資3.8億美元。除量子計算領域外，該計劃還向5家公司和8個學術團體投資4000萬美元，以促進量子雷達等新型量子傳感器的研究，其中本-古裏安大學開發了壹個緊湊而堅固的冷原子鐘和壹個靈敏的磁性原子傳感器。

以色列希伯來大學的研究團隊開發了壹種被稱為“量子點”的微小熒光晶體，它被安裝在壹根金色的“納米針”上。當熒光晶體受到激光照射時，它將發出單光子流，該光子流將在通過特殊光柵後以單壹方向發射。該團隊目前正在改進相關設備，以提供更可靠、更高效的單光子流，可廣泛應用於量子加密技術。

在歐洲推出第壹臺量子計算機

核量子躍遷的精確控制

由德國弗勞恩霍夫協會與IBM合作研發的歐洲首臺商用量子計算機正式發布。這臺27量子位計算機的基本粒子組件由美國IBM公司生產，冷卻系統來自芬蘭，控制系統由德國開發。與此同時，德國在下薩克森州的“量子谷”成立了壹個國際團隊，開發壹種新的量子計算機，該計算機基於壹種可以使離子獨立存在和存儲的基本技術。此外，德國政府部門首次通過量子通信技術在柏林和波恩之間舉行視頻會議。

亥姆霍茲聯合會下屬的各個中心，以國家科學工程為核心，繼續砥礪前行。例如，通過使用四個特殊的尖端掃描隧道顯微鏡，烏爾裏希研究中心首次實現了對超薄拓撲絕緣體中非凡電學特性的直接測量。研制了壹種微型紅外探測器，利用壓控開關可以控制兩個不同紅外波段的光譜響應。柏林亥姆霍茲中心（HZB）開發了壹種精確測量“桌面粒子加速器”電子束截面的方法，並促進了加速器新技術在醫學和研究中的應用。卡爾斯魯厄理工學院開發的新型法布裏-珀羅諧振器可以跟蹤納米粒子在空間中的運動，並可用於蛋白質、DNA折疊或病毒表征。研制了壹種新型氣體分子傳感器，可準確實現分子特異性檢測。

馬克斯·普朗克研究所下屬以基礎研究為主要任務的研究所也取得了豐碩成果。例如，量子光學研究所首次實現了分離於不同實驗室的量子模塊之間的量子邏輯運算，為分布式量子計算開辟了新的發展路徑。智能系統研究所記錄了世界上第壹個時空晶體視頻。生物物理化學研究所開發了壹種新的光學顯微鏡方法，可以分辨間隔只有幾納米的單分子。煤炭研究所開發了壹種在常溫常壓下合成氨的新方法。核物理研究所首次使用X射線精確控制原子核的量子躍遷。光學研究所設計了壹個實驗來探測光子並避免光子猝滅。分子細胞生物學和遺傳學研究所發現，巖石孔隙中的氣泡可能是地球早期生命的搖籃。

德國科學家首次在探測火箭上成功實現了空間原子幹涉測量。鑒於原子幹涉儀可以利用原子波特性進行極其精確的測量，如測量地球重力場或探測引力波，新研究有望更精確地探測引力波。

首次精確測量超重元素的質量

闡明磁性sigmoid的結晶機理

2021年3月，來自日本Mercari公司、東京大學和大阪大學的研究人員計劃在五年內建立壹個新的短距離通信網絡，以實現“絕對安全”的量子互聯網。在2月份公布的商業計劃中，“量子互聯網特別工作組”宣布了建立量子互聯網測試環境的計劃。

由日本高能加速器研究所（KEK）、物理化學研究所和九州大學組成的國際聯合研究小組利用充氣反彈核分離器（GARIS-II）和裏比安工廠（RIBF）的多次反射飛行時間測量質譜儀（MRTOF）成功地精確測量了原子序數為105的超重元素Db同位素的質量。

今年8月，東京大學闡明了納米級磁性Sigmin的晶體機制，為開發新物質提供了設計方向。東京大學的研究團隊構建了壹個微觀模型，其中包括手性晶體結構的反對稱交換和巡航電子系統的自旋-電荷相互作用。通過數值模擬分析，從理論上證實了納米級磁性施密特晶相可以穩定存在。本研究中的設計思想有助於利用磁振子高度集成產生的巨大突發磁場在自旋電子學器件領域取得進展。