俄罗斯
启动贝加尔中微子望远镜。
首次在室温下获得磁性超导材料。
科技日报驻俄罗斯记者董颖碧
俄罗斯研究人员正在贝加尔湖建造深水中微子望远镜。图片来源:斯普特尼克通讯社广播电台
2021年，俄在基础研究领域的重头戏是在贝加尔湖启用北半球最大的深水中微子望远镜“贝加尔-GVD”，用于记录来自天体的超高能中微子流，研究地球物理、水文和淡水生物现象，探索宇宙的生成和演化。“贝加尔湖-GVD”的体积约为半立方米。通过在贝加尔湖的冰层上切割出一个长方形的洞，这个高科技的实验装置被放置在距离湖面约4000米的地方，水深750-1300米。
俄罗斯萨马拉大学在Tai 空中首次描述了对宇宙化学演化起最重要作用的有机分子的出现过程。获得的数据扩展了生命出现的概念，解释了有机物合成的“星际工厂”的运行机制。这项研究发现，在满足too 空条件的温度下，可以生成最简单的多环芳烃和茚。含有多环芳烃的小硬烃颗粒通常被称为星际种子，它实际上作为合成有机物的分子tai 空工厂运行。
莫斯科大学量子技术中心开通了量子保密通信线路，用于校内20个用户之间的联网通信。用户之间的最远距离是50公里。俄罗斯电信运营商TransTeleCom已经完成了莫斯科和圣彼得堡之间的量子通信干线建设。
美利坚合众国
揭露子木的反常行为
发现了宏观量子纠缠的直接证据。
日报记者刘霞
费米国家加速器实验室准备收集数据。图片:费米实验室
在基本粒子研究方面，费米国家实验室和中国科学家共同进行了子木的反常磁矩实验。以前所未有的测量精度，揭示了子木的行为与标准模型理论预测不符，为新物理的存在提供了有力的证据。通过分析欧洲大型强子对撞机提供的数据，由美国科学家领导的国际向前搜索实验小组首次在LHC上发现了中微子“线索”。
在量子技术领域，美国科学家今年收获颇丰。美国国家标准与技术研究所团队利用微波脉冲使两片小铝膜进入量子纠缠态，找到了宏观物体量子纠缠的直接证据，有助于量子网络、暗物质和引力波的研究。哈佛大学和麻省理工学院开发了可编程量子模拟器，可以运行256个量子位，帮助科学家在材料科学、通信技术等领域实现重大突破。IBM声称已经开发出能够运行127个量子比特的量子计算机“鹰”，这是迄今为止世界上最大的超导量子计算机。
来自能源部SLAC国家加速器实验室的科学家首次直接观测到相邻水分子之间的“量子拖曳”。
此外，美国和新西兰的科学家利用激光挤压和冷却锂气体等。，使其密度和温度变化足以减少光散射量，从而证明泡利阻塞效应，有望在未来用于开发能够抑制光的材料，进一步提高量子计算机的性能和效率。
哈佛大学的一组物理学家通过实验模拟分析了一种新的物质状态——量子自旋液体，它在高温超导、量子计算机等量子技术领域有着广阔的应用前景。
法国
提出了一种新的量子计算机体系结构。
揭示宇宙诞生的“第一物质”
《科技日报》驻法国记者李宏策
自然盖上的反氢原子冷却实验。图片:欧洲核子中心
法国宣布2021年1月启动量子技术国家战略。计划5年内在量子领域投入18亿欧元，让法国有机会成为“第一个获得通用量子计算机完整样机的国家”。根据这一战略，对量子技术价值链的完整把握是法国持久自主研究的关键，这对法国专有技术和工业应用的主权至关重要。为此，该战略旨在为法国量子领域的整个价值链提供支持，涉及所有量子相关技术。法国正在建立以巴黎、萨克雷和格勒诺布尔为中心的量子生态系统。
在量子研究中，法国团队提出了一种新的量子计算机架构，将一个量子存储器连接到传统的二维阵列量子位上，形成三维架构，从而大大减少了量子计算机所需的量子位数量。在新的架构下，破解当前主流的2048位RSA加密只需要13436个量子比特，比以往研究中需要的2000万量子比特少了三个数量级，为量子计算机的架构设计提供了新的方向。
欧洲核子研究中心频频有重大发现。今年2月，该中心的环形仪器实验和紧凑子木环实验团队首次发现了希格斯玻色子衰变为两个轻子和一个光子的证据——“达利茨衰变”，这有助于科学家发现新的物理现象。
3月，该中心阿尔法合作组首次用激光冷却技术成功冷却了反氢原子，为更精确地测量反氢原子内部结构及其在引力作用下的行为奠定了基础。将这些测量结果与氢原子进行对比，可以揭示物质原子和反物质原子的区别，为反物质研究带来新的视角。中心的大型强子对撞机发现了四种新粒子，它们是四种不同的四夸克态。到目前为止，在LHC已经发现了59个新的强子。此外，
6月，LHC被用于在BIGBANG中0.00001秒内重现第一个夸克-胶子等离子体。发现夸克胶子等离子体具有光滑柔软的织构，不同于以往的预言和其他任何已知的物质。
7月，该中心大型强子对撞机的底夸克实验团队发现了一种新的物质粒子Tcc+。这种4夸克粒子是一种奇怪的强子，是迄今为止寿命最长的奇怪物质粒子，也是第一种包含两个重夸克和两个轻反夸克的粒子，由两个粲夸克、一个反上夸克和一个反下夸克组成。这一发现有助于检验标准模型理论，揭示新现象。
12月，LHC新探测器试运行期间探测到中微子，这是首次在粒子加速器中发现中微子。
德国
介绍欧洲第一台量子计算机
精确控制原子量子跃迁
《科技日报》驻德国记者李珊
德国弗劳恩霍夫协会与IBM合作，推出欧洲第一台商用量子计算机。图片:IBM网站
由德国弗劳恩霍夫协会和IBM合作开发的欧洲第一台商用量子计算机正式推出。这台27量子位计算机的基本粒子组件由美国IBM公司生产，冷却系统来自芬兰，控制系统由德国开发。与此同时，德国在下萨克森州的量子谷成立了一个国际团队，开发一种新的量子计算机，该计算机基于一种使离子能够单独存在并被存储的基本技术。此外，德国政府部门首次通过量子通信技术在柏林和波恩之间举行视频会议。
亥姆霍兹联合会下属的中心，以国家大科学工程为核心，不断开拓进取。例如，Ulrich研究中心通过使用四台特殊的尖端扫描隧道显微镜，首次实现了超薄拓扑绝缘体中超常电学性质的直接测量；研制了一种微型红外探测器，利用压控开关可以控制两个不同红外波段的光谱响应。柏林亥姆霍兹中心开发了精确测量“台式粒子加速器”电子束截面的方法，促进了加速器新技术在医学和研究中的应用。卡尔斯鲁厄理工学院开发了一种新的法布里-珀罗谐振器，可以跟踪纳米粒子在空之间的运动，可用于蛋白质、DNA折叠或病毒表征。研制了一种新型气体分子传感器，可以准确实现分子特异性检测。
以基础研究为主要任务的马普学会各研究所也取得了丰硕的成果。比如量子光学研究所首次实现了分离在不同实验室的量子模块之间的量子逻辑运算，为分布式量子计算开辟了新的发展路径。智能系统研究所记录了世界上第一次空水晶视频。生物物理与化学研究所开发了一种新的光学显微镜方法，可以分辨仅相隔几纳米的单个分子。煤炭研究所开发了一种常温常压合成氨的新方法。核物理研究所首次利用X射线精确控制原子核的量子跃迁。光学研究所设计了一个实验来检测光子，同时避免光子猝灭。分子生物学和遗传学研究所发现，岩石孔隙中的气泡可能是早期地球生命的摇篮。
德国科学家在探测火箭上首次成功实现了Tai 空的原子干涉测量。由于原子干涉仪可以利用原子的涨落特性进行极其精确的测量，如测量地球的重力场或探测引力波，新的研究有望更精确地探测引力波。
不列颠岛
利用第一纠缠光子将信息编码成全息图
详细测量格陵兰的冰川温度
日报记者张家欣
英国格拉斯哥大学利用量子纠缠光子将信息编码成全息图。图片:格拉斯哥大学
在量子领域，英国格拉斯哥大学的物理学家首先发现了一种利用量子纠缠光子将信息编码成全息图的方法。这种新型的量子全息技术突破了传统全息方法的限制，使未来创建更高分辨率和更低噪声的图像成为可能，有助于研究人员更好地揭示细胞细节，并进一步了解生物在细胞水平上的功能。
此外，格拉斯哥大学领导的国际研究小组还发现，地面上的水可能来自“天空”——太阳。风由来自太阳的带电粒子组成，水产生于太阳系早期撞击地球的小行星携带的尘埃粒子表面。
布里斯托大学量子工程技术实验室的研究人员解释了一种通过充当自主代理并使用机器学习来逆向工程哈密尔顿模型的算法。这种新算法为量子系统的基本物理原理提供了有价值的见解，有望在量子计算和传感领域带来重大进展，并可能开启科学研究的新篇章。
英国剑桥大学领导的国际研究团队利用光纤传感技术，通过光缆传输激光脉冲，对格陵兰冰川的温度进行了迄今为止最详细的测量，获得了从冰川表面到冰面以下1000多米的底部非常详细的温度测量结果。这项研究将帮助科学家更准确地模拟世界第二大冰川的未来变化，从而更好地应对气候变暖。
日本
首次精确测量超重元素的质量。
阐明纳米磁性士麦那的结晶机理。
科技日报驻日记者陈超
用于测量Db同位素质量的装置。图片来源:日本科学技术振兴机构
3月，日本Mercari公司、东京大学和大阪大学的研究人员计划在5年内以新的方式建立一个短距离通信网络，以实现“绝对安全”的量子互联网。在2月份公布的商业计划中，量子互联网任务组公布了建立量子互联网测试环境的计划。
由日本高能加速器研究所、理化学研究所和九州大学组成的国际联合研究小组，在RI研究所的重离子加速器设施RI Beam Factory，利用充气式防反弹核分离器和多次反射飞行时间测量质谱仪，成功精确测量了原子序数为105的超重元素Db同位素257Db的质量。
8月，东京大学阐明了纳米级磁性士麦那晶体的机制，为开发新材料提供了设计方向。东京大学的研究小组构建了一个微观模型，其中包括来自手性晶体结构的反对称交换相互作用和来自cruise电子系统的自旋-电荷相互作用。通过数值模拟分析，从理论上证实了纳米磁性士麦那晶相可以稳定存在。本研究的设计思想有助于利用磁施密特高度集成产生的巨大突发磁场在自旋电子器件领域取得进展。
韩国
出台法律加强对量子技术的支持
超导核聚变装置运行记录。
科技日报驻韩记者高踞
用于测量Db同位素质量的装置。图片来源:日本科学技术振兴机构
韩国正式颁布《促进信息通信振兴与融合法》，将政府对量子技术的支持合法化。根据立法，韩国将在政府财政支持的基础上建立专职量子技术管理机构，在政策研究、RD支持、基础设施建设、人力培训、技术标准化等方面发挥主导作用。同时，计划加大力度培育量子RD和产业生态，为中小企业提供资金和行政支持。
韩国的超导核聚变装置KSTAR成功将等离子体约束在1亿℃下30秒，创下新的运行记录。
韩国联合研究小组开发的一种量子比特技术的逻辑错误率达到十万分之一。
韩国研究人员参与的一项国际联合研究首次发现了一种具有光子雪崩效应的纳米材料，具有全新的应用前景。
韩国实验物理学家证实了理论物理预言的一种液态金属的电子结构。
以色列
国家计划作为支持
全力量子场
科技日报驻以色列记者胡定坤
荧光晶体放在“纳米针”上定向发光，可用于量子加密。图片来源:afhu组织网相关报道
今年3月，以色列国防部和创新局表示，将投资6000万美元建造以色列首台计算能力约为30-40量子位的量子计算机。该项目是以色列2019年启动的“国家量子能力计划”的一部分，该计划将在量子领域投资3.8亿美元。除了量子计算领域，该计划还向5家公司和8个学术团体投资4000万美元，以推动量子雷达等新型量子传感器的研究。其中，本古立昂大学开发了一个紧凑而坚固的冷原子钟和一个灵敏的磁性原子传感器。
以色列希伯来大学的研究团队开发了一种微小的荧光晶体，名为“量子点”，安装在一根金色的“纳米针”上。当荧光晶体受到激光照射时，会发出单光子流，经过特殊的光栅后向单一方向发射。该团队目前正在改进相关设备，以提供更可靠、更高效的单光子流，可广泛应用于量子加密技术。
乌克兰
基于超材料的射频探测器的发明
新的不透明闪烁介质可以探测粒子。
科技日报驻乌克兰记者章昊
2021年3月，乌克兰科学院无线电物理与电子研究所发明了一种基于超材料的射频非接触探测器，可用于检测乙醇水溶液中是否含有甲醇。研究人员使用所谓的超材料作为探测器，将装有被研究液体的容器放置在金属间化合物薄膜附近并激发其共振场，用电动力学公式描述相应的相互作用。这意味着，如果未知特性的天然物质与已知特性的超材料进行电磁接触，则可以通过标准的微波技术和设备记录超材料的特性来识别未知特性的天然物质。虽然这种方法还处于实验室阶段，但被认为具有广阔的应用前景。
在粒子研究领域，过去几年，乌克兰国家科学院闪烁材料研究所一直在开发一种新的不透明闪烁介质，可用作高能物理实验中的探测粒子。CERN认为这项研究很有前景，决定邀请乌克兰研究团队参加2021年大型强子对撞机的底夸克实验。该项目是乌克兰基础科学领域近年来引起国际关注的重大实验项目之一。
【来源:科技日报】
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