科 技 成 果

我國科學家在超強碳納米管纖維領域取得重要突破

據科技部網站2018年5月28日報道，在國家重點研發計劃“納米科技”重點專項的支持下，清華大學魏飛團隊與李喜德團隊合作研究，在超強碳納米管纖維領域取得突破，團隊通過采用原位氣流聚焦的方法，可控地制備了具有確定組成、結構完美且平行排列的厘米級連續超長碳納米管管束，通過制備含有不同數量單元的超長碳納米管管束，定量分析其組成和結構對超長碳納米管管束力學性能的影響，建立了確定的物理/數學模型。提出了一種“同步張弛”的方案，通過納米操縱來釋放管束中碳納米管的初始應力，使其處于一個較窄的分布范圍，進而可將碳納米管管束的拉伸強度提高到80 GPa以上，接近單根碳納米管的拉伸強度。超長碳納米管管束拉伸強度優于目前發現的所有其他纖維材料，揭示了超長碳納米管用于制造超強纖維的前景，同時為發展新型超強纖維指明了方向和方法。相關成果發表在《自然-納米技術》期刊。

瑞士發明一種新型無電源信號接收器

據科技部網站2018年5月25日報道，瑞士蘇黎世聯邦理工大學信息與電子技術研究所的科研人員利用能量俘獲技術原理，提出一種新的無電源信號接收技術方案，并已成功開發出樣機。這種無電源信號接收器具有一個從外界獲取能量的電極，可以通過與外界的“接觸”，如手指的觸碰或信號發射端發送的頻率，將“接觸”獲得的能量轉化為電能儲存在內部的電容器中，用作對后續的控制信號接收并進行解碼分析的電源。樣機的信號接收有效距離達到1.7 m。據悉，無電源信號接收技術具有廣泛的應用前景，如汽車控制門鎖和啟動發動機的接觸式傳感器，其可靠性和安全性將高于目前的射頻識別技術。目前該新技術已申請專利，瑞士蘇黎世聯邦理工大學技術轉移平臺將支持該研發團隊創業，盡快實現成果轉化。

超導量子計算與量子模擬合作研究取得系列進展

據科技部網站2018年5月6日報道，超導量子計算由于其長相干時間、良好的擴展性以及精確的操控測量等特性，是目前最具前途的通用量子計算機實現方案之一。在國家重點研發計劃量子調控與量子信息重點專項的資助下，中國科學院物理所鄭東寧、呂力課題組與浙江大學及中科大等單位合作，先后制備出長退相干時間的5量子比特、6量子比特、9量子比特和10量子比特等多比特樣品。在研制出性能良好的多比特超導量子芯片的基礎上，課題組在超導量子計算和量子模擬合作研究方面取得了系列成果：①利用6比特超導器件中的4個量子比特，演示了求解線性方程組的HHL量子算法。該算法被證明有望應用于人工智能和大數據分析領域，具有重要應用前景。②利用10比特超導器件首次實現了10量子比特GHZ全局糾纏，創造了超導量子比特全局糾纏量子比特數世界紀錄，糾纏保真度達到約66.8%。③量子計算的執行需要進行系列量子邏輯門的操作，受控非門和多重受控非門是一種基本的兩量子比特和多量子比特邏輯門，具有產生量子糾纏的能力，其實現需要在試驗上進行精確的操控。合作研究基于幾何相方案，演示了多重的邏輯受控非門高保真度實現，為通用量子計算的實現打下堅實基礎。

美國實現聲波制造超微型光二極管

據科技部網站2018年5月6日報道，美國伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校研究人員發現，聲波可以用于生產超微型光學二極管。這種二極管被稱為光隔離器，有助于為計算和通信用的光子集成電路解決主要數據容量和系統尺寸方面的問題。隔離器是一種類似電子二極管的特殊器件，可保護激光源免受背向反射，并且是光網絡周圍的光信號路由所必需的。研究人員稱找到了利用光與聲之間微小耦合，從而使生產此種器件需要的材料成為可能。新器件尺寸為200 μm×100 μm，由氮化鋁制成，是一種可傳輸光線的透明材料。聲波產生的方式類似于壓電揚聲器，使用的是用電子束直接寫在氮化鋁上的微小電極，這些聲波迫使器件內的光只向一個方向傳播，這是無磁隔離器首次實現超過千兆赫的帶寬。研究人員還將繼續尋找增加隔離器帶寬或數據容量的方法，有可能為光子通信系統、GPS系統、原子計時和數據中心帶來巨大變革。

俄科學家研發超精確時鐘

據科技部網站2018年4月18日報道，莫斯科鮑曼國立技術大學和俄科院列別捷夫物理研究所的科學家正在研發一種超精確激光時鐘，其誤差小于現有時間頻率計量標準裝置的1/10。俄科學家研發出了用于超精確時鐘的高穩定脈沖發生器，其技術核心是光學激光器，試驗表明，新裝置的計時誤差比現有時間頻率計量標準器具銫鐘和銣鐘還要低一個數量級。除了計時更精準外，新技術還具有調試時間短的優點。在當前技術情況下，為使銫鐘和銣鐘達到標稱精度，通常需要大約一個月的時間，而俄科學家所研發的激光時鐘進入工作模式的時間則要快10倍。時間測量精度的顯著提高預示著衛星定位精度的極大提升。目前，俄羅斯格洛納斯(GLONASS)全球衛星導航系統上還在使用機載式時間計量標準器來計算和同步時間，它可以記錄微波輻射作用下銫和銣原子極其精確的周期性振蕩頻率，但這些振動的速度僅局限于微波頻段內，還無法達到納秒水平的測量，而1 ns時間的誤差將會造成30 cm的定位誤差。激光的作用在這里就體現出來，原子對于激光輻射的反應速度要比對微波輻射快數十萬倍，將來具有更高頻率分辨力的時鐘將從根本上提高導航系統的定位精度。

俄科學家研制出新型激光質譜儀

據科技部網站2018年4月4日報道，俄羅斯國立核能研究大學莫斯科工程物理學院的專家研制出一種新型激光質譜儀，可直接確定材料元素成分，大幅提高分析速度，且降低分析成本。這種配備楔形離子反射鏡質譜儀的特點是，無需使用標準樣品即可對固體材料進行普遍分析，優勢在于可進行廣泛的能量傳遞，小巧輕便，耗電量低。此外，這種儀器可以分析所有級別的物質，方法環保，可進行局部和分層分析，不存在團簇離子的干擾。脈沖工作模式使這種分析儀與激光離子源能很好地結合在一起，鑒定速度快，因此該質譜儀還可用于刑事偵查學，同時也為醫學，尤其是與分析人體毛發及指甲中微量元素之相關領域開啟了新前景。此外，還可提高火車站和機場過境物品成分鑒定的精準度，加快土壤樣本分析以獲取準確的區域生態環境現狀圖。

德國開發新型納米機器人電驅動技術

據科技部網站2018年4月4日報道，德國慕尼黑工業大學和慕尼黑大學的科研人員合作開發出一種新型納米機器人電驅動技術，據稱其較目前通過加酶和DNA鏈等生化驅動方法快10萬倍。相關研究結果發表在《科學》雜志。研究人員強調，納米機器人體積小，價格低廉，效率高，可搜索樣本中的特定物質或像在流水線上一樣逐步合成復雜的分子，用于診斷和藥物開發。借助熒光共振能量轉移(FRET)技術，研究人員可通過熒光顯微鏡的監視器跟蹤DNA納米機器人的運動。普通模式下，被固定在微小DNA納米機器人手臂尖端的發光分子產生的光點來回擺動，點擊鼠標就足以讓光點向不同的方向移動。通過施加電場，可在平面上隨意旋轉機器人手臂。研究人員表示，采用電控納米機器人實施目標分子的識別和分揀在世界上尚屬首創，其原理并不復雜，即DNA分子含有負電荷，施加電場后，生物分子就可以移動，因此借助電流脈沖可控制由DNA組成的納米機器人。