國內(nèi)外科技創(chuàng)新前沿技術(shù)成果與最新發(fā)現(xiàn)

◎ 本刊綜合報(bào)道

中國科研團(tuán)隊(duì)首次實(shí)現(xiàn)20個(gè)超導(dǎo)量子全局糾纏

日前，中國科研團(tuán)隊(duì)在量子計(jì)算領(lǐng)域再次創(chuàng)造世界紀(jì)錄！浙江大學(xué)、中科院物理所、中科院自動(dòng)化所以及北京計(jì)算科學(xué)研究中心等國內(nèi)單位合作，開發(fā)出具有20 個(gè)超導(dǎo)量子比特的量子芯片，并成功實(shí)現(xiàn)對其操控及全局糾纏。這一重磅成果刊登在了國際頂級(jí)雜志《Science》。這“璀璨” 的187 納秒，見證了人類在量子計(jì)算的研究道路上又邁進(jìn)了一步。量子計(jì)算的成功依賴于糾纏大規(guī)模系統(tǒng)的能力。研究人員開發(fā)了各種各樣的平臺(tái)，其中以超導(dǎo)量子比特和捕獲原子為基礎(chǔ)的架構(gòu)是最先進(jìn)的。在這樣的量子系統(tǒng)上證明糾纏的可控生成和檢測是大規(guī)模量子處理器發(fā)展的重要方向。然而，在完全可控和可擴(kuò)展的量子平臺(tái)上生成和驗(yàn)證多比特量子糾纏態(tài)仍然是一個(gè)突出的挑戰(zhàn)。本研究報(bào)告了在一個(gè)量子處理器上生成18 比特的全局糾纏的GHZ 態(tài)，以及20 比特的薛定諤貓態(tài)。通過設(shè)計(jì)單軸扭曲哈密頓量，量子比特系統(tǒng)一旦初始化，就會(huì)連貫地演化為多分量原子薛定諤貓態(tài)-即原子相干態(tài)的疊加，包括 GHZ 態(tài)在預(yù)期的特定時(shí)間間隔的疊加。研究人員表示，多粒子糾纏的操縱作為量子計(jì)算的技術(shù)制高點(diǎn)，一直是國際角逐的焦點(diǎn)。操控這些量子比特生成全局糾纏態(tài)，標(biāo)志著中國科研團(tuán)隊(duì)能夠真正調(diào)動(dòng)起這些量子比特。

我科學(xué)家領(lǐng)銜實(shí)現(xiàn)高性能單光子源

單光子源是光學(xué)量子信息技術(shù)的核心資源。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽、霍永恒等和中山大學(xué)余思遠(yuǎn)小組、國家納米科學(xué)中心戴慶小組及德國、丹麥學(xué)者合作，在國際上首次提出橢圓微腔耦合實(shí)現(xiàn)確定性偏振單光子的理論方案，并在窄帶和寬帶兩種微腔上成功實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了確定性偏振、高純度、高全同性和高效率的單光子源，為光學(xué)量子計(jì)算特別是超越經(jīng)典計(jì)算能力的“量子霸權(quán)”的實(shí)現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。論文近日在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》上在線發(fā)表。審稿人評(píng)價(jià)該工作“解決了一個(gè)長期存在的挑戰(zhàn)”。一個(gè)完美的單光子源需要同時(shí)滿足確定性偏振、高純度、高全同性和高效率等嚴(yán)苛條件。要實(shí)現(xiàn)完美的單光子源存在著兩個(gè)懸而未決的難題：一是量子點(diǎn)會(huì)隨機(jī)發(fā)射兩種偏振的光子，二是共振激發(fā)需要消除背景激光。解決上述兩個(gè)關(guān)鍵問題需要理論和實(shí)驗(yàn)的同步創(chuàng)新。在理論上，中國科大研究組提出采用橢圓微腔打破對稱性的方案，使腔模劈裂成兩個(gè)非簡并的垂直偏振的模式，從而選擇性地增強(qiáng)單一偏振的單光子。在實(shí)驗(yàn)上，研究組發(fā)展了垂直偏振無損消光技術(shù)，從而同時(shí)解決了上述的兩個(gè)難題。在此基礎(chǔ)上，研究組分別在窄帶微柱和寬帶靶眼微腔中，實(shí)驗(yàn)制備同時(shí)滿足確定性偏振、高純度、高全同性和高效率的單光子源，再次刷新了單光子源綜合性能的國際紀(jì)錄，為“量子霸權(quán)” 目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)邁進(jìn)了重要一步。

我自主研發(fā)光電編碼器核心技術(shù)取得突破

8 月29 日從中國高科技產(chǎn)業(yè)化研究會(huì)獲悉，經(jīng)中國工程院院士尤政領(lǐng)銜的業(yè)內(nèi)專家組評(píng)定，我國自主研發(fā)的高精度絕對式旋轉(zhuǎn)光電編碼器核心芯片及相關(guān)技術(shù)為國內(nèi)首創(chuàng)，達(dá)國際先進(jìn)水平。據(jù)介紹，旋轉(zhuǎn)光電編碼器是一種利用光電原理獲取旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度變化的傳感器，集光學(xué)、電子和精密機(jī)械技術(shù)于一體，廣泛用于電梯、機(jī)器人、無人機(jī)、數(shù)控機(jī)床、精雕機(jī)、醫(yī)療器械等，是實(shí)現(xiàn)智能制造過程中不可或缺的高端控制傳感器設(shè)備。據(jù)了解，該團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)攻克了光電編碼器核心技術(shù)，旋轉(zhuǎn)光電編碼器芯片由光電二極管陣列、高精度低噪聲運(yùn)算放大器、第二級(jí)固定增益放大器和帶回差的遲滯比較器等構(gòu)成，精度達(dá)到23 位，并發(fā)明了一種新的分體式編碼器結(jié)構(gòu)，由此結(jié)構(gòu)衍生出新的分體式編碼器校準(zhǔn)方法和安裝方法，降低分體式編碼器校準(zhǔn)和安裝過程中的操作難度，顯著減少分體式編碼器的整機(jī)厚度，節(jié)省編碼器的安裝空間。

新設(shè)計(jì)讓太陽能電池更高效

所有現(xiàn)代太陽能電池板都采用相同的工作原理，那就是一個(gè)光子產(chǎn)生一個(gè)激子，然后激子轉(zhuǎn)換成電流。有一些分子可在太陽能電池中實(shí)現(xiàn)從單個(gè)光子產(chǎn)生兩個(gè)激子，這一過程被稱為單線態(tài)裂變。然而，使用這種分子的最大挑戰(zhàn)之一是，兩個(gè)激子的存活時(shí)間非常短（幾十納秒），使其難以作為一種電力來捕獲。在美國海軍研究辦公室的資助下，哥倫比亞大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)通過新的設(shè)計(jì)規(guī)則，開發(fā)出了迄今為止最有效和技術(shù)上最有用的分子內(nèi)單線態(tài)裂變材料。新設(shè)計(jì)的有機(jī)分子可快速產(chǎn)生兩種激子，這兩種激子比目前最先進(jìn)工藝產(chǎn)生的激子壽命更長，這將使每個(gè)光子產(chǎn)生的電能都可被太陽能電池吸收。研究人員表示，新研究為從根本上了解這些激子如何處理單個(gè)分子，以及理解它們?nèi)绾斡行У貞?yīng)用于受光放大信號(hào)影響的設(shè)備打開了大門。該研究成果不僅可用于下一代太陽能設(shè)備生產(chǎn)，還可推進(jìn)化學(xué)、傳感器和成像中的光催化過程，用以制造藥品、塑料和許多其他類型的消費(fèi)化學(xué)品。

黏土增強(qiáng)水凝膠可更好促進(jìn)骨愈合

據(jù)《自然·通信》最新報(bào)道，美國加州大學(xué)洛杉磯分校開發(fā)的一種新型多孔水凝膠，能誘導(dǎo)天然存在的干細(xì)胞的遷移，有效促進(jìn)組織修復(fù)和再生。小鼠模型實(shí)驗(yàn)顯示，這種水凝膠可更好地促進(jìn)骨愈合。水凝膠是由聚合物鏈接成3D 網(wǎng)絡(luò)組成的生物材料。由于這種網(wǎng)絡(luò)吸水能力強(qiáng)，而且與活性組織的結(jié)構(gòu)相似性，可用于將細(xì)胞輸送到缺陷區(qū)域以再生缺損的組織。然而，水凝膠的小孔徑限制了移植細(xì)胞的存活、擴(kuò)張和新組織的形成，使其不太適合組織再生。黏土具有分層結(jié)構(gòu)，且表面帶負(fù)電荷。將水凝膠插入黏土層，形成的具有更多孔結(jié)構(gòu)的黏土增強(qiáng)水凝膠，可更好地促進(jìn)骨形成。研究人員將黏土增強(qiáng)水凝膠注入顱骨缺損的小鼠模型。6 周后，他們發(fā)現(xiàn)該模型通過其自身發(fā)生的干細(xì)胞遷移和生長，顯示出明顯的骨愈合。研究人員表示，這項(xiàng)研究將促進(jìn)開發(fā)具有高孔隙度的下一代水凝膠系統(tǒng)，并大大改善目前的骨移植材料。