信息技術(shù)

大規(guī)模硅基集成高維光量子芯片實(shí)現(xiàn)

北京大學(xué)“極端光學(xué)創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)”王劍威、龔旗煌教授等與布里斯托爾大學(xué)物理系量子光學(xué)中心等單位合作，利用大規(guī)模集成硅基納米光量子芯片技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對高維度光量子糾纏體系的高精度和普適化量子調(diào)控和量子測量，研究論文發(fā)表于Science。實(shí)現(xiàn)功能強(qiáng)大的量子信息處理芯片是當(dāng)前量子科技革命的關(guān)鍵。研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了一種新型的多路徑加載高維量子態(tài)方式，即每個(gè)光子以量子疊加態(tài)的形式同時(shí)存在于多條光波導(dǎo)路徑，從而實(shí)現(xiàn)了一個(gè)高達(dá)15×15的高維量子糾纏系統(tǒng)。通過可控地激發(fā)16個(gè)參量四波混頻單光子源陣列，可以制備具有任意復(fù)系數(shù)的高維度量子糾纏態(tài)。

基于硅納米光波導(dǎo)的大規(guī)模集成光量子芯片（圖片來源于北京大學(xué)）

基于硅納米光波導(dǎo)的大規(guī)模集成光量子芯片(可實(shí)現(xiàn)對高維量子糾纏體系的高精度、可編程、且任意通用量子操控和量子測量。)（圖片來源于北京大學(xué)科學(xué)研究部）

范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)電子結(jié)構(gòu)研究

中國科學(xué)院超導(dǎo)電子學(xué)卓越創(chuàng)新中心、上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所信息功能材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員沈大偉團(tuán)隊(duì)利用超高分辨角分辨光電子能譜技術(shù)，在天然形成范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)材料體系(PbSe）1.16(TiSe2）m中觀測到顯著的層間電荷轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，進(jìn)而通過結(jié)構(gòu)和溫度改變實(shí)現(xiàn)了對其以及超導(dǎo)等多種衍生新奇物性的有效調(diào)控。相關(guān)研究成果發(fā)表于《物理評論快報(bào)》。通過改變材料中TiSe2的厚度可高效地調(diào)控層間的電荷轉(zhuǎn)移量，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)中電聲子相互作用的遠(yuǎn)超理論預(yù)期幅度的巨大調(diào)節(jié)；此外，發(fā)現(xiàn)利用范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)不同層之間晶格熱膨脹系數(shù)的差異，通過溫度改變，可對異質(zhì)結(jié)的層間電荷轉(zhuǎn)移進(jìn)行高200%幅度的調(diào)控。

高效近紅外吸收/發(fā)射的碳納米點(diǎn)

中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所研究員曲松楠課題組研制出具有高效近紅外吸收/發(fā)光特性的碳納米點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了基于碳納米點(diǎn)的活體近紅外熒光成像，并在近紅外-Ⅱ區(qū)（1400nm）激發(fā)下同時(shí)實(shí)現(xiàn)了雙光子近紅外發(fā)射和三光子紅光發(fā)射，研究論文發(fā)表于《先進(jìn)材料》。通過對紅光碳納米點(diǎn)表面進(jìn)行吸電子基團(tuán)修飾及對碳基內(nèi)核層有序結(jié)構(gòu)的無序化調(diào)控，使層狀碳基內(nèi)核外片層與核內(nèi)共軛結(jié)構(gòu)分離，在近紅外波段產(chǎn)生新的發(fā)光帶隙，獲得了在近紅外光激發(fā)下具有高效近紅外發(fā)射的碳納米點(diǎn)，熒光量子效率達(dá)到10%。以該碳納米點(diǎn)為熒光成像試劑，實(shí)現(xiàn)了小鼠胃部及血液循環(huán)過程中的活體近紅外熒光成像。

太赫茲應(yīng)力調(diào)制器研究

中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場科學(xué)中心盛志高課題組與上海大學(xué)博士金鉆明博士、合肥研究院固體物理研究所蘇付海研究員合作，實(shí)現(xiàn)了基于石墨烯的太赫茲應(yīng)力調(diào)制器，研究論文發(fā)表于《先進(jìn)光學(xué)材料》。太赫茲（Terahertz，THz）一般是指頻率介于1011～1013頻段的亞毫米電磁波。由于優(yōu)越的波譜性能，太赫茲相關(guān)技術(shù)在通訊、安檢、傳感、國家安全等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，被稱為“改變未來世界的十大技術(shù)之一”。研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了基于二維電子材料石墨烯的應(yīng)力調(diào)制器件，通過采用自主搭建的太赫茲時(shí)域譜系統(tǒng)（THz-TDS），并系統(tǒng)研究了該器件的應(yīng)力調(diào)制特性。

光子橫向自旋集成器件研究

中山大學(xué)電子信息與工程學(xué)院張彥峰、余思遠(yuǎn)研究組與英國Bristol大學(xué)研究者合作，開展關(guān)于光子角動(dòng)量的研究，最新成果發(fā)表于Nature Communications。基于團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的氮化硅光波導(dǎo)材料，通過調(diào)整氮化硅微環(huán)渦旋光束發(fā)射器件的波導(dǎo)尺寸調(diào)控倏逝區(qū)的橫向自旋，在發(fā)射的渦旋光束中首次直接觀測到橫向自旋導(dǎo)致的自旋—軌道角動(dòng)量相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了對發(fā)射的渦旋光場角動(dòng)量態(tài)的精確調(diào)控。使用該集成器件作為接收器，實(shí)現(xiàn)了對自旋—軌道角動(dòng)量態(tài)的選擇性接收。研究發(fā)現(xiàn)的一個(gè)自旋—軌道耦合新途徑，揭示了光子角動(dòng)量復(fù)雜而豐富的內(nèi)涵。其潛在應(yīng)用領(lǐng)域可包括高分辨顯微術(shù)、光譜、光操控、量子信息和光通信等。

C V V s中的O A M器件表征（圖片來源于Nature Communications）

氮化硅微環(huán)渦旋光束發(fā)射器件橫向自旋與渦旋光束示意圖（圖片來源于中山大學(xué)）

仿生機(jī)器海豚定深運(yùn)動(dòng)控制

中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所復(fù)雜系統(tǒng)管理與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室喻俊志研究團(tuán)隊(duì)，提出一種基于視線導(dǎo)航法和滑模觀測器的滑模模糊（SMFC）控制算法，解決了一類鰭肢機(jī)動(dòng)型機(jī)器海豚的定深控制問題，相關(guān)論文發(fā)表于IEEE Transaction on Industrial Electronics。研究分析機(jī)器海豚的定深控制機(jī)制，通過改變雙側(cè)鰭肢的偏轉(zhuǎn)角來實(shí)現(xiàn)機(jī)器海豚的上浮/下潛，進(jìn)一步簡化動(dòng)力學(xué)方程；采用視線導(dǎo)航法，將定深控制問題轉(zhuǎn)化為俯仰角跟蹤控制問題。考慮到機(jī)器海豚實(shí)現(xiàn)上浮/下潛必須有一定的前進(jìn)速度提供俯仰力矩，采用了滑模觀測器來實(shí)時(shí)估計(jì)線性速度，結(jié)合視線法與滑模觀測器來設(shè)計(jì)復(fù)合滑模控制器獲取定深過程中的驅(qū)動(dòng)力和偏轉(zhuǎn)力矩。

激發(fā)反向空穴轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)行為機(jī)制

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心羅毅研究團(tuán)隊(duì)張群研究組，在凝聚相超快光譜與動(dòng)力學(xué)機(jī)理研究方面取得進(jìn)展，揭示出甲醇分子（光催化研究中最常用的空穴犧牲劑之一）吸附于模型半導(dǎo)體材料（g-C3N4）表面所發(fā)生的光激發(fā)反向空穴轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)行為機(jī)制；研究論文發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》。添加空穴犧牲劑雖已成為光催化研究領(lǐng)域的一項(xiàng)常規(guī)操作。研究團(tuán)隊(duì)通過比照分析不同波長飛秒激光激發(fā)下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，揭示了該類體系中存在的熱空穴轉(zhuǎn)移效應(yīng)。通過比照分析不同空穴犧牲劑分子（如甲醇、乙醇、乙二醇等）存在下的反向空穴轉(zhuǎn)移速率，提出了衡量空穴犧牲能力的微觀動(dòng)力學(xué)定量判據(jù)。

基于FPGA并行計(jì)算實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)超聲全聚焦檢測

中國科學(xué)院聲學(xué)研究所超聲技術(shù)中心王沖等人研發(fā)了基于現(xiàn)場可編程門陣列的全并行計(jì)算架構(gòu)，有效加速了超聲全聚焦檢測成像，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)成像的無損檢測，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)檢測領(lǐng)域，相關(guān)論文發(fā)表于《國際聲學(xué)與振動(dòng)》。全聚焦檢測是基于超聲全數(shù)據(jù)采集的后處理成像方法，在每一個(gè)成像位置均利用完備的檢測信息進(jìn)行聚焦成像，檢測分辨率和靈敏度顯著高于常規(guī)相控陣檢測技術(shù)，被稱為“黃金法則”。新計(jì)算架構(gòu)可并行獨(dú)立合成多個(gè)TFM像素，極大地提高了成像計(jì)算效率，同時(shí)又能保證成像質(zhì)量。整個(gè)TFM算法可完全在該FPGA架構(gòu)內(nèi)完成計(jì)算，最后只需將成像結(jié)果傳輸至顯示軟件，即可進(jìn)行圖像觀察、分析診斷等。