俄羅斯

量子硬件實現“側翼超車” 離子對撞啟動國際合作

本報駐俄羅斯記者 張 浩

2025年，俄羅斯基礎研究財政投入持續加碼，基礎研究呈現“戰略自主、重點突破、應用牽引”特征，在量子計算和粒子物理設施建設方面取得標志性進展。

俄羅斯科學院向聯邦政府提出規劃建議，2025年基礎研究與探索性科研預算撥款達4960億盧布（占GDP的0.26%），其中2500億盧布用于國家任務基礎撥款，1680億盧布用于競爭性項目支持，780億盧布投向科研基礎設施。該方案規劃2027年將基礎研究方面的預算提升至GDP的0.4%，以追趕發達國家和新興市場大國平均水平。

在量子計算方面，7月，俄羅斯科學院勒貝德夫物理研究所宣布，首臺基于冷離子技術的50量子比特計算機通過測試并投入實際應用。該成果標志著俄羅斯采取差異化技術路線，繞過超導量子主流路徑，在量子硬件領域實現“側翼超車”。這一選擇使俄羅斯在量子比特相干性和邏輯門保真度等關鍵指標上達到國際第一梯隊水平，為后續量子算法開發和應用場景拓展奠定基礎。

杜布納聯合核子研究所的“尼卡”離子對撞機于2025年中期正式啟動國際研究項目。該裝置旨在實驗室條件下重建宇宙大爆炸后夸克—膠子等離子體狀態，吸引了30個國家及歐洲核子研究中心參與，匯集130余家科研機構和企業。

英國

量子計算更接近實際應用 證明微觀“時間倒流”可能

本報記者 張佳欣

在基礎科學領域，英國科研團隊在2025年取得了一系列成果，尤其在量子領域展現了極強的創新能力。牛津大學物理學家將單個量子比特的控制錯誤率降至0.000015%，刷新了世界紀錄；同時，該校團隊利用光子網絡接口成功連接兩個獨立量子處理器，使分布式量子計算更接近實際應用。在硬件與底層技術上，杜倫大學利用“光鑷”技術實現了分子的長時間量子糾纏；東芝歐洲劍橋實驗室研制出芯片級量子隨機數生成器，增強了移動端數據安全性；國家物理實驗室則開發出時間分辨率達皮秒級的單電子探測技術，為新一代量子設備奠定了基石。

在微觀物理領域，物理學底層理論與實驗觀測實現跨越。薩里大學的研究從理論上證明量子微觀世界中存在“時間倒流”的可能性，挑戰了時間單向流動的傳統觀念。在粒子物理方面，牛津大學牽頭的國際團隊首次觀測到太陽中微子觸發的罕見核反應（碳轉化為氮），展現了在極低能區間研究中微子相互作用的強大能力，為核物理研究打開了新窗口。

此外，在探索生命起源的道路上，倫敦大學學院與劍橋大學團隊不僅模擬并展示了RNA在早期地球環境中的自我復制過程，還首次實現了RNA與氨基酸的化學連接。這一突破攻克了困擾科學界半個世紀的難題，為解答“蛋白質如何合成”及生命如何從無機走向有機提供了關鍵證據。此外，劍橋大學開發的“原子級搭積木”化學方法，為構建復雜分子及藥物研發提供了高效策略。

美國

量子領域呈現多點突破 高能物理研究開啟新維度

本報記者 劉 霞

在量子計算方面，谷歌公司10月宣布了一項重要突破：在105比特的“Willow”量子處理器上，首次完成了具有可驗證性的量子優勢演示。這項名為“量子回聲”的實驗，計算速度達到經典超級計算機的約13000倍，為量子計算領域樹立了一個新的里程碑。亞馬遜云科技量子計算中心團隊演示了一種對硬件需求更低的量子糾錯系統。這一系統使用了“貓量子比特”，其創新設計能抵抗可能會干擾量子系統輸出的特定類型的噪聲和錯誤，同時實現量子比特需要的元器件總數比其他設計更少。芝加哥大學科學家則從理論上將量子計算機之間的連接距離大幅擴展至2000公里。

在量子粒子研究方面，美國布朗大學物理學家觀察到一種新型量子粒子“分數激子”。這一發現將極大拓展科學家對量子領域的認知。加州大學爾灣分校科學家在五碲化鉿材料中發現了一種全新的量子物質狀態——自旋三重態激子絕緣態。這種近乎零能耗且抗輻射的奇異物質狀態，將為深空計算技術帶來變革，甚至開啟“自充電計算機”新紀元。

在量子比特研究方面，加州理工學院科學家利用“光鑷”技術，控制了6100個超冷中性銫原子，構建出目前規模最大的量子比特陣列。普林斯頓大學工程師研制出一種“長壽”超導量子比特，“相干時間”超過1毫秒。研究人員基于該比特構建了一個完全運行的量子芯片，并驗證了其性能，為實現高效糾錯和系統擴展清除了一大障礙。

在量子糾纏研究方面，加州理工學院科學家首次在超冷原子體系中實現了“超糾纏”態。這一成果標志著人類對這些原子的量子特性實現了前所未有的控制，為量子計算以及探索物理學基本問題的量子模擬開辟新路徑，也為更緊湊、更高效的量子計算和量子存儲奠定了基礎。芝加哥大學研究團隊成功展示了兩個聲波諧振器之間的高保真糾纏，標志著量子聲學領域的重大進展。

關于物質起源等研究，多家國家實驗室取得重大進展。美國能源部費米國家加速器實驗室主導的μ子g-2實驗團隊公布了μ子磁異常的第三次也是最后一次測量結果，達到迄今為止最高的測量精度，刷新了全球對μ子磁異常的測量紀錄。托馬斯·杰斐遜國家加速器實驗室首次測量了束縛在原子核內質子和中子中的膠子的分布特征。這一結果是理解膠子場分布的重大進展。布魯克海文國家實驗室所屬相對論重離子對撞機上的sPHENIX粒子探測器發布首批成果，捕獲了宇宙極早期物質形態的關鍵數據，有望為人類破解物質的起源之謎提供新線索。

在物質形態研究方面，華盛頓大學、麻省理工學院和哈佛大學科學家在鉆石上“雕刻”出一種全新的物質形態：時間準晶體。這項突破有望為量子計算、精確計時等領域帶來重大影響。麻省理工學院和哈佛大學物理學家首次在“魔角”石墨烯中直接測量了超流剛度——衡量材料超導性的一個關鍵指標，朝理解這種材料的非凡特性邁出了一大步。西北大學領銜的國際科研團隊首次在原子尺度上拍攝了催化反應過程，這項研究有助了解催化劑是如何工作的，從而設計出更有效且可持續的化學反應過程。

此外，勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室創造出迄今最亮的X射線，在極致密物質（包括慣性約束聚變過程中產生的等離子體）成像等諸多研究領域具有重要作用。威斯康星大學麥迪遜分校領銜的國際合作團隊則生成了迄今最短的硬X射線脈沖，有望推動量子X射線光學的發展，甚至用于觀察分子內部電子的運動。斯坦福國家加速器實驗室團隊創造了有史以來最高電流、最高峰值功率的拍瓦級電子束，有望幫助揭示真空本質。被譽為“全美最強激光器”的ZEUS系統正式開啟2拍瓦科學實驗，為高能物理研究開辟了新維度。

法國

開發量子網絡操作系統 證實“拓撲偶素”現象

本報駐法國記者 李宏策

2025年，法國積極參與國際合作，在量子網絡、粒子物理、水形態研究等基礎研究領域獲重大進展。

在量子技術領域，法國國家信息與自動化研究所、法國國家科學研究中心與荷蘭、奧地利機構組成的量子互聯網聯盟成功開發出首個量子網絡操作系統QNodeOS。該系統通過消除網絡硬件與軟件之間的障礙，實現了完全可編程性，為構建未來量子互聯網奠定了堅實基礎，有望徹底改變信息傳輸和處理方式。

在高能物理領域，位于法瑞邊境的歐洲核子研究中心（CERN）的CMS和ATLAS實驗共同證實了頂夸克-反頂夸克形成“拓撲偶素”的現象。若最終確認，這將成為繼粲偶素與底偶素之后夸克偶素家族的新成員，為理解強相互作用和物質基本結構打開新窗口。

在物質科學方面，國際團隊借助法國勞厄-朗之萬研究所的中子光譜儀，首次通過實驗觀測到水的第四形態——“塑性冰七”。這一發現不僅驗證了15年前的分子動力學模擬預測，更為理解木衛三、木衛四等冰衛星以及天王星、海王星等冰行星的內部結構提供了關鍵線索。

德國

聚焦量子微觀創新 超級算力全面運行

本報駐德國記者 李 山

2025年，德國的基礎研究在三大領域持續推進：量子技術從理論走向工程原型、微觀粒子物理學的精密探測，以及高性能計算對數字經濟的賦能。

馬普學會量子光學研究所（MPQ）在“類粒子”研究上取得理論突破，揭示費米子和玻色子之外的“類粒子”，為微觀粒子分類提供新范式，也為量子物理學開啟新的研究方向。MPQ與慕尼黑大學合作，在冷原子量子模擬中實現了新的量子相態觀測，為理解復雜的多體量子體系提供了新窗口。MPQ與慕尼黑量子中心合作，推動量子信息存儲與處理，探索量子機器學習融合量子力學與經典優化，應用于高能物理模擬。

慕尼黑地區和波恩的大學集群推動了超導量子比特和分子量子比特等硬件的基礎研究，促進了量子誤差抑制算法的開發，確保了從基礎理論到算法實現的縱向整合。

在量子密鑰分發與量子網絡試驗方面，弗勞恩霍夫與產業界合作，推動了混合通信鏈路演示，目標是實現城市和區域尺度的量子安全通信網。卡爾斯魯厄理工學院啟用了其20公里的新型光纖測試設施，用于傳輸和測試量子密鑰。烏爾姆大學與德國航空航天中心合作啟用了2.5公里的連接鏈路。

海德堡大學、亞琛工業大學等團隊在粒子物理和新型探測器研發上保持活躍，其團隊在Mu3e等實驗中的像素探測器與高精度時間測量技術取得階段性成果。對極端性能探測器的需求（如皮秒量級計時器）不僅提升了基礎測量的靈敏度，其技術溢出效應也為數字經濟相關的成像、醫學物理等領域提供了創新路徑。

于利希中心的歐洲第一臺百億億次級超級計算機“木星（Jupiter）”進入全面運行階段，成為支撐跨學科研究的關鍵節點，直接支撐了基礎物理與量子研究的實驗能力與模擬能力。此外，弗勞恩霍夫協會與IBM合作，在德國安裝首臺商用量子計算機，應用于材料科學模擬。

德國航空航天中心和馬普學會推動了用于太空量子密鑰分發的緊湊型光學終端的實驗測試，擬在2027年前利用衛星實現跨歐洲的量子安全通信網絡。亥姆霍茲聯合會積極研發基于冷原子干涉技術的超高精度量子傳感器，將用于下一代地球重力場測量。

韓國

開啟量子產業進程 重點推進三大任務

本報駐韓國記者 薛 嚴

韓國目前在量子科學的基礎研究領域仍較薄弱，政府層面試圖通過市場化和產業化帶動該領域技術進步。

2025年11月初，韓國政府宣布成立“K-量子產業聯合體”，正式開啟量子技術產業化進程。韓國產業通商資源部主導該組織，三星電子、現代汽車等大型企業，以及大韓光通信等供應商共同參與。參與機構簽署了一份諒解備忘錄，旨在促進量子技術產業化，并承諾在關鍵領域密切合作。

同時，韓國政府公布了“量子技術產業化項目”，針對韓國量子技術產業化重點瓶頸，計劃重點推進三大任務，包括量子組件的國產化、開發十項軟件解決方案以應對產業挑戰，以及建立量子技術應用基礎。一是推進核心量子材料、零部件和設備國產化，通過國際合作推進量子處理器實現早期商用化。二是開發十大量子應用軟件，針對重點產業領域應用需求，開發用于產品設計、性能預測、節能增效等產業所需量子軟件，并對應用潛力進行驗證。三是搭建量子應用三大基礎設施。包括建設量子—超級計算融合平臺，開設量子計算實務教育課程，推動以K-量子產業聯合體為中心的民間主導的量子技術產業應用案例的挖掘與推廣。

南非

量子計算平臺投入使用 同位素研究設施升級

本報駐南非記者 馮志文

2025年是南非基礎研究的一個轉折點，量子科學成為一個重要的研究領域，微觀粒子物理學通過戰略合作保持了其在全球的影響力。

修訂后的《2025年科技與創新白皮書》正式將基礎研究認定為保障國家技術能力的關鍵要素，這與過去幾十年對短期實用性的過度強調形成了鮮明對比。南非科學與技術創新局在2025/26年度預算中將基礎研究撥款增加了18%，并將量子和粒子物理學指定為“國家優先領域”。

在量子技術領域，金山大學、IBM及南非科學與工業研究理事會合作研發的南非量子計算平臺正式投入使用，該平臺為非洲各地研究人員提供了可云訪問的量子模擬和小型超導量子比特實驗服務。在平臺啟動后的6個月內，已有超過40個研究小組注冊使用該平臺。開普敦大學科學家發現了一類在接近室溫下穩定的拓撲絕緣體，研究成果有望加速在非洲多變氣候條件下開發實用量子設備。此外，南非科創部和國家科學與工業研究委員會利用現有的光纖基礎設施，啟動了比勒陀利亞和開普敦之間的量子密鑰分發鏈路測試，這是非洲首個城域規模的量子安全通信試驗。

南非升級了iThemba實驗室，完成了分離捕獲外來同位素設施升級的第一階段工作，提升了研究與天體物理學及核醫學相關的稀有同位素的能力。南非物理學家在歐洲核子研究中心的ALICE實驗升級項目中發揮了重要作用，粒子物理學與平方公里陣列團隊之間的跨學科合作，推動了適用于射電天文學和暗物質搜索的低噪聲探測器技術的發展。

日本

直接觀測準晶體特性 探索碳材料相變機制

本報駐日本記者 李 楊

2025年，日本在物理學和量子科學領域延續了以基礎機理探索為核心的研究路徑，在凝聚態物理、量子材料等長期科學問題上取得一系列進展。

圍繞強關聯電子體系與量子相變研究，日本在低溫物理領域持續取得進展。1月，理化學研究所發布研究成果，在極低溫條件下對強關聯電子材料進行精密測量，直接觀測到量子臨界行為隨外場變化的響應特征。研究結果加深了對電子相互作用主導的相變機制的理解，為非常規超導和新型量子相的理論模型提供實驗支撐。

在凝聚態物理領域，6月，由東京理科大學、東北大學等機構科學家組成的團隊在二十面體準晶材料體系中首次直接觀測到反鐵磁長程有序。這一發現回應了自準晶被發現以來關于其是否能夠形成長程磁有序的長期爭論，為研究非周期體系中的量子物態提供了新的實驗基礎。

在量子材料與微觀結構調控方面，名古屋大學研究團隊在室溫條件下實現了對高介電材料的各向異性原子層刻蝕控制。研究通過精確調控刻蝕方向和速率，在不引入明顯結構損傷的情況下實現納米尺度加工，為研究量子輸運性質和界面效應提供了高質量樣品基礎。

此外，在碳材料基礎研究領域，東京大學研究團隊報告，在相對溫和條件下，通過電子束照射誘導形成納米金剛石結構。這一成果不僅深化了對碳材料相變機制的理解，也在材料物理與行星科學之間建立了新的研究聯系。