近日，由能源部橡树岭国家实验室的一名研究人员领导的一项新的纳米科学研究对科学家如何在最小尺度上研究材料进行了全面的研究。

发表在《Science Advances》杂志上的这篇论文回顾了地下纳米计量学（纳米级内部测量科学）的领先工作，并表明量子传感可能成为该领域下一个发现时代的基础。潜在的应用范围从绘制细胞内结构以靶向药物递送到表征量子材料和纳米结构以推进量子计算。

ORNL高级研究科学家、该研究的高级作者Ali Passian说：“我们的目标是定义最新技术，并考虑已经做了什么以及我们需要去哪里。”

每个人都想知道材料表面下是什么，但在任何规模上，找出真正存在的东西往往都是极具挑战性的。我们希望通过利用量子现象或任何最有希望的机会来激励新一代科学家应对这一挑战，从而推动传感和成像科学的边界朝着更大的发现和理解迈进。”

纳米级的粒子是量子科学的基石——它的大小足以让科学家以最大的精度调整材料的主要性质。一纳米等于十亿分之一米、百万分之一毫米和千分之一微米。例如，一张纸的平均厚度约为100000纳米。

作者认为，目前处于早期发展阶段的量子传感技术可能是地下勘探进步的关键。例如，量子探针可以使用skyrmions——由磁场破坏产生的亚原子准粒子，并且已经在考虑用于其他量子应用——来探测比目前任何技术都允许的更深的东西。

对这项工作的支持来自美国能源部科学办公室的生物和环境研究项目，以及北爱尔兰经济部通过美国-爱尔兰研发伙伴关系拨款。

目前，欧洲在半导体制造业中占世界份额的9%，相当于250亿欧元，目标是到2025年将这一比例提高到20%。

在这个行业中，即使是少量的污染物也会对产品和工艺造成有害的缺陷。自1997年以来，由于空气分子污染（AMC），已经发生了24起重大生产损失，每起损失的价值高达8000万欧元。

氯化氢（HCl）是微电子工业中通过蚀刻等工艺释放的一种高反应性有毒气体。如果没有适当的监测，它可能会在洁净室中积聚，导致化学污染层，如晶片上的雾和仪器上的腐蚀。

盐酸监测仪器必须使用可追溯的气体标准物质进行精确校准。然而，由于HCl的反应性，它很容易吸附在圆柱体的润湿表面上，这使得静态标准品的重量分析制备极具挑战性。缺乏可追踪的静态混合物是推动科学发展的最大障碍之一。

近日，英国国家物理实验室（NPL）在联盟的帮助下，在EMPIR项目“空气中分子污染物计量II”（17IND09，MetAMC II）中解决了这个问题。在该项目期间，NPL使用基于声波喷嘴阵列的两步稀释系统开发了一种低至1-15nmol mol-1检测范围的HCl动态标准。新的气体校准器也可追溯到SI，因为它与重力制备的主要标准物质（PRM）相连。

动态标准与静态标准的不同之处在于，它们是使用具有已知生成速率的连续气流生成的，该已知生成速率由被稀释的静态PRM的量分数和所选声波喷嘴组合的稀释率来定义。在操作过程中，表面用HCl钝化，这意味着一旦系统达到平衡，由于吸附或冷凝造成的损失就可以忽略不计。此外，HCl的输入浓度可以变化——提供了宽的动态范围。

新标准的制定在几次备受瞩目的活动中得到了传播，包括2023年英国STEM和全环境化学研究。这项工作还提交给了科学技术咨询委员会以及前BEIS和UKRI的代表。

该项目中开发的HCl单级稀释系统也使NPL能够参与由物质量咨询委员会（CCQM）气体分析工作组（GAWG）组织的关键比较CCQM-K175。目的是确保NMI在氮气中测量30μmol mol-1 HCl的测量能力相等。这对于支持工业特别是遵守工业排放指令（2010/75/EU）是必要的，因为这是工业装置排放的相关HCl量分数。它也很重要，因为它提供了对NPL动态标准的SI可追溯性。这一比较正在进行中，预计将在今年晚些时候被接受并发表。在此之后，NPL将根据结果提交10–100μmol mol-1 HCl测量的新校准和测量声明（CMC）。

除了帮助欧洲在2025年前在半导体制造业获得20%的市场份额外，该项目在光谱技术方面的工作预计还将有其他应用，如疾病诊断工具、绘制行星大气成分图。

该EMPIR项目由欧盟地平线2020研究和创新计划和EMPIR参与国共同资助。

近日，美国能源部宣布为量子网络研究的三个合作项目提供2400万美元的资金。

实现分布式量子计算机需要与量子网络相连的科学研究基础设施。这些量子计算机可以模拟当今计算平台无法访问的复杂科学过程，集成量子传感器，实现前所未有的精度测量，并解决以前无法访问的重要科学问题。

美国能源部高级科学计算研究科学代理副主任Ceren Susut表示：“量子网络的进步正在实现多个量子设备之间的有效互连。”。“然而，实现量子信息流的可扩展基础设施需要设备、错误缓解技术以及新的量子网络架构和协议的进步。”

项目包括：

阿贡国家实验室领导的一项合作研究工作，与西北大学、芝加哥大学、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校和费米国家加速器实验室合作，采用异构、全栈方法对可扩展量子网络进行代码设计。

橡树岭国家实验室领导的一项合作研究工作，与马萨诸塞大学阿默斯特分校、亚利桑那大学和亚利桑那州立大学合作，开发了性能集成的可扩展量子互联网的架构和协议。

费米国家加速器实验室领导的一项合作研究工作，与加州理工学院、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校、西北大学和阿贡国家实验室合作，开发基于超纠缠的网络和误差噪声鲁棒校正技术，以开发用于科学发现的先进量子网络。

这些项目是根据美国能源部国家实验室公告《可扩展量子通信的科学推动者》通过竞争性同行评审选出的。

持续时间长达三年的项目总资金为2400万美元，2023财年为800万美元，年度外资金取决于国会拨款。

近日，量子技术公司Rigetti报告称，它正在推出一种创新的多芯片可调谐耦合器，旨在促进不同芯片之间的量子位相互作用。根据对预打印服务器ArXiv的研究和一篇公司社交媒体帖子，这一发展为量子计算架构带来了一个有希望的转变，提供了可扩展性和改进的量子处理器性能。

这种方法的核心在于一个浮动的可调谐耦合器，该耦合器经过精心设计，可以介导位于不同芯片上的量子位之间的相互作用，形成模块化量子架构。Rigetti的团队展示了这种多芯片可调谐耦合器的三种不同设计，每种设计都使用了创造性的技术来确保无缝量子位耦合。

这项工作可能为量子系统的扩展奠定基础，有望在不牺牲门性能的情况下实现更大的量子位计数处理器。

近日，美国网络安全和基础设施安全局（CISA）、美国国家安全局（NSA）和美国国家标准与技术研究院（NIST）今天发布了一份关于量子能力影响的情况说明书。这些机构敦促所有组织，特别是那些支持关键基础设施的组织，通过制定自己的量子就绪路线图，开始早期规划向后量子密码（PQC）标准的迁移。

NIST正在开发第一套PQC标准，以抵御未来潜在的对抗性、密码分析相关的量子计算机能力，并计划于2024年发布。有了路线图和清单，组织就可以开始量子风险评估过程，并提供所需的应用程序可见性和对其运营环境中存在的公钥密码的功能依赖性。

联合情况说明书“量子就绪：向后量子密码学的迁移”提供了必要的步骤和指导，以帮助组织建立自己的量子就绪路线图。新资源将帮助组织了解如何准备加密库存，与技术供应商接触，并评估其供应链对系统和资产中量子脆弱加密的依赖。

CISA主任Jen Easterly表示：“所有组织，尤其是关键基础设施，现在都必须开始为向后量子密码学的迁移做准备。”。“CISA将继续与我们的联邦和行业合作伙伴合作，统一并推动应对量子计算带来的威胁。我们的共同目标是确保公共和私营部门组织拥有有效准备和管理这一过渡所需的资源和能力。”

美国国家安全局网络安全总监Rob Joyce表示：“后量子密码学是指积极开发和构建能力，以保护关键信息和系统不因使用量子计算机而受到损害。”。“向安全量子计算时代的过渡是一项长期密集的社区努力，需要政府和行业之间的广泛合作。关键是今天就要踏上这段旅程，不要等到最后一刻。”

该情况说明书还为其产品支持使用量子脆弱密码的技术供应商提供了建议，包括审查NIST发布的PQC标准草案，确保产品使用后量子密码算法，并准备快速支持即将发布的最终NIST PQC标准。

曾经是人类基因组的最后前沿——Y染色体——刚刚被完整地绘制出来。

在国家人类基因组研究所（NHGRI）的领导下，美国国家标准与技术研究院（NIST）和许多其他组织的一组研究人员使用先进的测序技术读取了Y染色体的完整DNA序列，Y染色体是基因组中一个通常驱动男性生殖发育的区域。发表在《Nature》杂志上的一项研究结果表明，这一进展提高了染色体DNA测序的准确性，这有助于识别某些遗传疾病，并有可能揭示其他疾病的遗传根源。

DNA测序并不像从基因组的开始到结束读取遗传物质那么简单。DNA从细胞中提取时会被切碎，而且即使是最好的测序设备一次也只能处理相对较小的DNA片段。因此，研究人员和临床医生依靠特殊的软件，像拼图一样，按照正确的顺序将测序代码片段拼凑在一起。

参考基因组是一个单独的、已经拼凑在一起的基因组，用作指南，类似于拼图盒子前面的图片。由于我们物种99.9%的遗传密码是共享的，任何人类基因组都会与参考基因紧密匹配。

去年，由NIST等数十个组织的专家组成的端粒到端粒（T2T）联盟的一个团队，通过使用新的测序技术破解基因组中以前无法识别的区域，生成了当时最完整的参考基因组。但这项工作中使用的细胞并没有包含最令人困惑的Y染色体。通过这项新的努力，T2T并没有从零开始，因为GIAB已经开始了。

GIAB的任务是生产可用于评估测序技术或方法的测试材料或基准。这些材料本身是对特定基因的高度准确的读数，可以作为检查特定测序方法结果的答案。

NIST严格分析了几个单独的人类基因组，以创建他们的基准。虽然GIAB尚未专门为Y染色体制定基准，但该联盟已经广泛研究了一个基因组，在新研究之前积累了最大的Y染色体数据。

这些数据是这项新研究的作者的出发点，他们将分析重点放在了人们最了解的GIAB Y染色体上。他们结合了尖端技术——即高保真度和纳米孔测序——对样本进行了检查，这些技术使DNA片段拼图变得更大，从而更容易组装。

一个机器学习分析工具和一系列其他高级程序帮助团队识别和组装染色体片段。在6200多万个字母的遗传密码之后，作者们前后拼写出了GIAB Y染色体。

研究人员将他们的完整Y染色体序列（名为T2T-Y）与最广泛使用的参考基因组的Y染色体部分进行了比对，这些部分充满了缺失的代码。利用它们作为对1200多个不同基因组进行测序的指南，他们发现T2T-Y显著改善了结果。

在NIST，Zook和他的GIAB研究员开发了一种基于T2T组装的X和Y染色体的新基准，以帮助将新参考材料的潜在影响转化为现实。

近日，芬兰国家技术研究中心正在开发一种基于微电子和电流的冷却技术，可用于低温电子和光子元件。新技术降低了冷却系统的尺寸、功耗和价格。该方法具有广泛的应用领域：量子技术就是一个热门例子。

许多电子、光子和量子技术组件需要低温，因为它们只能在非常低的温度下工作。例如，用超导电路构建的量子计算机必须冷却到接近绝对零度（-273.15摄氏度）。目前，这种温度是通过复杂和大型的稀释冷却器实现的。VTT的电子方法可以取代和补充现有的解决方案，从而缩小冰箱的尺寸。因此，这使得显著减小量子计算机的尺寸成为可能。

由于量子技术，低温已经成为人们越来越感兴趣的领域。为满足量子技术的极端需求而开发的系统也可以用于各种传感器、空间技术，也可能用于经典计算。紧凑且易于使用的冷却方法有助于这些技术的大规模采用。量子技术预计只是低温、低温电子和低温光子应用的冰山一角。

每年，欧洲各地都会进行3000多万次磁共振成像（MRI）扫描，为多种疾病提供非侵入性诊断。然而，标准的MRI结果是基于技术人员通过目视检查进行的定性评估，这使得扫描之间的可比性和可重复性难以实现。

为了解决这一问题，已经开发了两种方法——电特性断层扫描（EPT）和磁共振指纹（MRF），它们能够提供MRI扫描的定量结果。这些方法还可以提供有关所研究疾病性质的直接信息，并使新的生物标志物能够被识别。

然而，在开发这些方法的同时，它们的性能及其结果的相关置信水平缺乏全面的表征。

EMPIR项目“基于MR的物理生物标志物定量成像”（18HLT05，QUIERO）对EPT和MRF的可靠性进行了表征，并评估了其置信水平。这包括在现实世界条件下测试这两种方法，并改进它们在“高影响”条件下的使用（如心脏扫描），在这种条件下，体内的运动会导致测量困难。

该EMPIR项目由欧盟地平线2020研究和创新计划和EMPIR参与国共同资助。

有一天，一种新的传感器可能会让医生精确定位单个细胞内的感染，或者让地质学家不用铲子就能找到地下矿藏。在美国国家科学基金会2900万美元投资的支持下，18个研究团队的目标是实现这些创新。其目的是利用自然界的无穷小——有时是违反直觉的——量子尺度特性，在人类尺度上创造新的机会。

这18个团队由美国各地大学的研究人员组成，他们竞争并赢得了美国国家科学基金会量子传感挑战量子系统变革进展项目的资助。每个团队将在四年内获得100万至200万美元的资金，用于进行利用量子现象的研究，如纠缠（当两个或多个独立粒子的某些特性无形地联系在一起时），以创建可以做一些原本不可能做的事情的传感器。这些团队将共同进行广泛的探索性研究活动，从用超精密原子钟测量山脉的高度和密度，到用量子纠缠的光粒子揭示活细胞的内部功能。

美国国家科学基金会主任Sethuraman Panchanathan表示：“几十年来，量子尺度的科学探索对我们的宇宙是如何运作的产生了令人惊讶的发现，并为量子技术带来了诱人的可能性。”。“我们现在正在通过这些项目和其他项目在量子研究方面迈出下一步，这些项目将基础研究与潜在应用相结合，可以对我们的生活、经济繁荣和国家竞争力产生积极影响。”这些新项目是美国国家科学基金会更广泛战略的一部分，旨在实现2018年《国家量子倡议法案》，特别是2022年国家科学技术委员会的《让量子传感器陷入困境》报告中所要求的科技进步。

研究团队包括两个位于各州的团队，他们参与了美国国家科学基金会的既定刺激竞争研究计划（EPSCoR），该计划为美国历史上获得的联邦研究资金少于其他地区的地区提供资金。除了研究密集型大学，这些团队还包括一个来自新兴研究机构的团队。所有团队将在开展研究和开发工作的同时开展教育和外联活动。这些活动包括与学生和教师合作的K-12项目、与当地社区学院的合作以及其他旨在激励学生从事量子相关科学和工程职业的导师项目。

近日，国际标准化组织（ISO）推出了首套专门针对量子密钥分发（QKD）安全要求的标准。本文件概述了根据ISO/IEC 15408系列评估QKD系统安全性的综合框架。

ISO的QKD安全标准被专家们视为量子加密领域的一项重要举措，将开创一个安全数据传输的新时代。根据ISO的网站，该文件建立了一套基本的通用安全功能要求（SFR），涵盖了QKD模块的各个方面，包括传统网络组件、量子光学组件和QKD协议的整个实施。

为了便于分析这些SFR，本文件深入研究了QKD模块在其操作环境中可能遇到的安全挑战。该分析基于对QKD模块的安全功能的结构评估和QKD协议的分类。

与QKD模块内的传统网络组件相关的SFR已集成在更广泛的ISO/IEC 15408框架内。他们还借鉴了ISO/IEC 19790中概述的方法，以及管理加密模块和网络设备测试的相关标准。

ISO是一个独立的国际组织，拥有169个国家标准机构的成员，它汇集了专家，建立自愿的、基于共识的国际标准，以应对全球挑战并鼓励创新。

该组织表示，这些QKD安全标准的发布突显了ISO致力于在不断演变的数字威胁环境中培养强大的网络安全解决方案。这些标准应在确保量子通信系统的安全方面发挥关键作用，标志着朝着更安全、更有弹性的数字未来迈出了重要一步。