信息科技

CDEX暗物質研究進展

清華大學主導的中國暗物質實驗（China Dark matter EXperiment, CDEX）合作組利用液氮直冷點電極高純鍺探測器在4～5GeV范圍內給出8×10-42cm2的自旋無關暗物質直接探測靈敏度，獲得世界目前最好的結果，研究論文發表于Physical Review Letters。中國暗物質實驗研究團隊正式成立于2009年，由清華大學（工程物理系）主導，聯合四川大學、南開大學、中國原子能科學研究院、北京師范大學、雅礱江流域水電開發有限公司等多家單位組成，使用點電極高純鍺探測器進行暗物質直接探測研究，計劃未來使用噸量級的點電極高純鍺探測器陣列進行暗物質直接探測和無中微子雙貝塔衰變的測量。

CDEX-10實驗裝置與自旋無關暗物質排除曲線（圖片來源于清華大學）

實驗設備示意圖（圖片來源于清華大學）

氮化鎵高壓電力電子器件

中國科學院微電子研究所高頻高壓中心劉新宇研究團隊在氮化鎵高壓電力電子器件領域取得進展，提出了一種低損傷、高性能的新型氮化鎵橫向肖特基二極管結構，有望提升各類電源和無線充電系統的效率和功率密度，研究成果論文被IEEE國際功率半導體器件與功率集成電路會議（ISPSD 2018）收錄。肖特基二極管是各類電源模塊、UPS、光伏發電、電動汽車、無線充電應用中必不可少的原件，主要用于整流、續流以及防護用途。對比傳統的硅基肖特基二極管，氮化鎵肖特基二極管更耐壓，適合于300V以上的電路系統，具有非常廣闊的應用空間。

狄拉克源晶體管研究進展：實現超低功耗的高性能晶體管

北京大學電子學系、納米器件物理與化學教育部重點實驗室張志勇教授、彭練矛教授課題組重新審視了MOS晶體管亞閾值擺幅的物理極限，提出一種新型超低功耗的場效應晶體管，采用具有特定摻雜的石墨烯作為一個“冷”電子源，用半導體碳納米管作為有源溝道，以高效率的頂柵結構構建出狄拉克源場效應晶體管（Dirac source-FET, DS-FET），在實驗上實現室溫下40mV/DEC左右的亞閾值擺幅。研究論文發表于Science。DS-FET具有優秀的可縮減性，當器件溝道長度縮至15nm時，仍可穩定地實現亞60mV/DEC的亞閾值擺幅。這種狄拉克源的器件結構不依賴半導體材料。

磁控電子結構領域研究進展

中國科學院寧波材料技術與工程研究所鐘志誠研究員團隊和荷蘭特文特大學廖昭亮博士合作，提出了一種新型的磁控電子結構效應：通過外磁場調控磁化方向，借助自旋軌道耦合，實現電子能帶結構的巨大改變，可用于設計新型的磁電、磁光器件。研究論文發表于Nano Letters。通過施加外磁場改變磁化方向，實現對能帶結構的巨大改變，進而調控一系列相關的電子特性。利用該效應，可以制備出新型的自旋電子器件及磁電、磁光器件。此外，該效應需要滿足低對稱性、強自旋軌道耦合、長程鐵磁序三個條件，基于以上條件進行搜尋，有望發現更多具有磁控電子結構效應的材料體系。

人工智能與量子信息技術交叉領域研究進展

上海交通大學金賢敏研究團隊與南方科技大學翁文康教授合作，將機器學習技術應用于解決量子信息難題，實驗實現了基于人工神經網絡的量子態分類器，研究論文發表于Physical Review Letters。量子信息科學與人工智能技術，作為近年來最前沿的研究領域，不斷取得改變傳統信息科學的進展。量子信息科學以量子物理基本原理作為依托，結合數學、信息科學、光電工程等學科，有望為信息安全和計算機的絕對計算能力帶來革命性的提升；另一方面，機器學習作為人工智能研究領域中一個極其重要的研究分支，在大數據時代背景下，能有效地抽取信息，從信息技術到社會科學等多個領域中，展示其解決實際問題的巨大潛力。

經過優化后的貝爾不等式作為糾纏判據的識別度有了明顯提高（圖片來源于上海交通大學）

實驗對比線性優化與非線性優化的量子態識別結果，帶有隱藏層的神經網絡能正確地預測不同類糾纏的動態邊界（圖片來源于上海交通大學）

初級視覺皮層中內部連接及反饋連接的功能結構

中國科學院神經科學研究所、腦科學與智能技術卓越創新中心、神經科學國家重點實驗室蒲慕明研究組建立了一套旨在研究腦區間連接的雙色鈣成像方法，并利用這種方法對樹鼩中投射至初級視覺皮層（V1）的兩條輸入通路的功能結構進行了探討。研究論文發表于PNAS。科學家將鈣指示蛋白連接到囊泡蛋白上，成功實現了鈣指示蛋白的突觸前定位，并進一步構造了多種具有不同顏色和反應特性的版本。這樣，研究者們就可以將具有不同顏色的鈣指示蛋白表達到不同的輸入通路上，并通過雙色鈣成像同時測量這些不同通路的反應特性，進而比較它們的功能結構。

基于微型光電上轉換器件的植入式光源

清華大學電子系盛興研究組通過設計制備新型的半導體光電異質結構，實現了從紅外光到可見光的高效、快速的轉換。制備的微型光源被植入活體動物體內，實現了對生物神經系統的有效光遺傳調控。研究論文發表于PNAS。通過運用新型的光—電轉換機制，克服了傳統非線性上轉換材料的一系列問題，實現了低光照下的線性近紅外到可見光的上轉換，同時將能量轉換的響應時間縮減至納秒量級。通過特殊的轉移和封裝方式，實現了可靠性高、生物兼容性好的植入上轉換微型光源。這是一種可無線控制和遠程激發的上轉換微型光源。該研究為低創傷、無線、植入式光電神經接口的實現提供了新的研究思路。

零磁場核磁共振的普適量子控制及其保真度評估

中國科學技術大學杜江峰院士領導的中國科學院微觀磁共振重點實驗室、彭新華教授課題組與德國亥姆霍茲研究所、加拿大滑鐵盧大學合作，實現了零磁場核自旋體系的普適量子控制和發展了用于評估量子控制和量子態的方法，研究論文發表于Science Advances。利用精心設計的組合脈沖實現了原子核自旋的單比特門和多比特門，首次實現了零磁場核磁共振的普適量子控制，同時發展了評估量子控制保真度的方法，對量子控制的質量進行了評估，操控保真度高達99%。基于該工作發展的量子控制技術，可以實現對不同自旋之間相互作用的選擇性測量，而選擇出的反對稱性自旋相互作用可以用于檢驗分子的宇稱不守恒規律。