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具超長可重復相干時間的通量量子比特問世

以色列巴伊蘭大學物理系暨量子糾纏科學與技術中心邁克爾·斯特恩及其同事基于一種稱為超導通量量子比特的不同類型的電路構建超導處理器。在2003年1月發表于《物理評論應用》上的一篇論文中，他們提出了一種控制和制造通量量子比特的新方法，該方法具有前所未有的可重復長相干時間。

通量量子比特是一種微米大小的超導環路，其中電流可順時針或逆時針流動，也可雙向量子疊加。與傳輸子（transmon）量子比特相反，這些通量量子比特是高度非線性的對象，因此可在非常短的時間內以高保真度（即無錯誤地進行計算的能力）進行操作。

超導傳輸子量子比特被認為是可擴展量子處理器的基本構建塊。多年來，傳輸子量子比特的保真度不斷提高，IBM、亞馬遜和谷歌等科技巨頭在最近的競爭中相繼展示了量子優越性。

但隨著處理器變得越來越大，如IBM剛剛宣布推出一款具400多個傳輸子量子比特的處理器，此類系統的保真度和可擴展性要求變得越來越嚴格。特別是，傳輸子量子比特是弱非線性對象，這本質上限制了它們的保真度，并且由于頻率擁擠的問題帶來了對可擴展性的擔憂。

而通量量子比特的主要缺點是，它們特別難以控制和制造，這導致了相當大的不可重復性，之前它們在工業中的使用僅限于量子退火優化過程。

在新研究中，研究團隊與澳大利亞墨爾本大學合作，使用新穎的制造技術和最先進的設備，成功地克服了這一范式的重大障礙。

斯特恩表示，他們在這些量子比特的控制和可重復性方面取得了顯著改善。這種可重復性使他們能夠分析阻礙相干時間的因素并系統地消除它們。這項工作為量子混合電路和量子計算領域的許多潛在應用鋪平了道路。

這項研究得到了以色列科學基金會的支持。

（來源：科技日報）

拓撲絕緣體中首次產生激子

德國維爾茨堡—德累斯頓卓越集群ct-qmat合作團隊在量子研究方面取得突破，他們首次在拓撲絕緣體中探測到激子（電中性準粒子）。這一發現歸功于拓撲絕緣子發源地維爾茨堡的智能材料設計，為新一代光驅動計算機芯片和量子技術鋪平了道路。研究發表在2023年1月《自然·通訊》雜志上。

拓撲絕緣體能實現電流的無損傳導和強大的信息存儲，有望成為未來量子技術新材料的候選。以前使用拓撲絕緣子的概念是基于施加電壓來控制電流，這是從傳統計算機芯片采用的一種方法。然而，如果某種奇異材料是基于電中性粒子（既不帶正電荷也不帶負電荷），那么電壓就不再起作用。因此，如果要產生這種量子現象，就需要其他工具，例如光。

研究人員之前使用的材料是鉍烯，鉍烯的重原子使其成為拓撲絕緣體，可沿邊緣無損導電。現在，研究團隊首次在拓撲絕緣體中產生了激子。

量子物理學家拉爾夫·克萊森教授說：“我們第一次在拓撲絕緣體中產生并實驗檢測被稱為激子的準粒子。因此，我們創造了一種新的固態物理工具包，可用光學控制電子。這一原理可能成為一種新型電子元件的基礎。”

激子是一種只有在某些類型的量子物質中才能產生的激發電子態。“我們通過在只有一層原子的薄膜上施加短光脈沖來產生激子。”克萊森解釋說，其不同尋常之處在于，激子在拓撲絕緣體中被激活。這為拓撲絕緣體開辟了一條全新的研究路線。

近10年來，人們一直在研究其他二維半導體中的激子，并將其作為光驅動元件的信息載體。克萊森說：“光和激子之間的相互作用意味著我們可以在這類材料中看到新的現象。例如，這一原理可用來產生量子比特。”

量子比特是量子芯片的計算單位。使用光而不是電壓可使量子芯片的處理速度快得多。因此，最新發現為開發未來的量子技術和微電子領域的新一代光驅動打造設備鋪平了道路。

（來源：科技日報）

我國科學家首次在實驗室實現激光驅動湍流磁重聯

我國科研人員依托上海高功率激光物理國家實驗室“神光Ⅱ”裝置，首次在實驗室實現激光驅動湍流磁重聯物理過程，并通過標度變換用于解釋太陽耀斑爆發現象，實驗證實湍流過程對耀斑快速觸發以及高能帶電粒子加速的重要性。相關成果論文于2023年1月17日刊發在《自然·物理》上。

論文通信作者、北京師范大學天文系教授仲佳勇說，這項工作的重要意義在于實驗上首次利用激光等離子體實現了湍流磁重聯，激光等離子體更加容易標度變換到太陽耀斑等離子體，從而可以在地面對太陽耀斑內部的物理過程進行更加細致和系統的定量研究。

另外一方面，發現湍流磁重聯中，高能電子的加速主要來源于重聯平行電場，而費米加速過程可以忽略，這對傳統的高能電子加速機制提出新的認識和理解。

太陽耀斑是一種最劇烈的太陽活動現象，一次典型耀斑的爆發相當于數十億枚氫彈的爆炸，耀斑能產生多波段輻射，劇烈的耀斑會嚴重影響日地空間環境，對人類生活存在巨大影響，所以認識和了解耀斑活動具有重大意義。目前耀斑觸發理論的基本出發點之一是磁重聯。

磁重聯是等離子體中方向相反的磁力線因互相靠近而發生的重新聯結的過程，重聯會將磁能快速轉化為等離子體熱能和動能。在天體物理中磁重聯模型還被廣泛應用于恒星形成、太陽風與地球磁層的耦合、吸積盤物理以及伽馬暴研究中。

湍流磁重聯是等離子磁流體中磁場能量耗散的最有效的方式之一，其觀測特征是存在速度或磁場渦旋結構、多重聯點、等離子體團的分裂、破碎以及加速高能電子和離子等現象，然而激光驅動湍流磁重聯尚未在實驗室得到直接的證實和系統的研究。

仲佳勇領導的實驗室天體物理研究團隊，長期專注于利用強激光近距離、主動可控的模擬各類天體等離子體物理過程。

早在2010年，仲佳勇與合作者利用上海高功率激光物理國家實驗室“神光Ⅱ”號裝置巧妙地構造了激光等離子體磁重聯拓撲結構，成功模擬了太陽耀斑中環頂X射線源和重聯噴流。該項工作開辟了實驗室天體物理研究的新領域，并獲得了2011年度中國科學十大進展。

仲佳勇介紹，利用高能量激光系統，科學家們能夠在實驗室中獲得極端的物理實驗條件，模擬多種高能量密度天體物理現象。這種研究方法不僅可以用來驗證天文觀測的理論模型，而且為發現新物理提供新途徑。在太陽等離子體中湍流過程無處不在，它可以促進磁重聯過程的快速發生，反過來磁重聯也會加快湍流過程，進而達到磁場以及磁流體能量的快速耗散。

團隊在前期工作的基礎上，提出了利用“神光Ⅱ”四路激光多點燒蝕金屬靶，設計具有微擾特征并且磁性相反的等離子體磁環來增大磁場相互作用區，進而實現湍流磁重聯的實驗構想。

論文第一作者，北京師范大學天文與天體物理前沿所研究人員平永利博士介紹，實驗中首次發現相互作用區形成的電流片呈現碎片化結構，采用傅里葉譜分析方法獲得功率譜信息，并發現該功率譜符合典型等離子體湍流冪律譜特征。

她表示，通過時空標度變換發現實驗室湍流與太陽耀斑小尺度湍流結構一致，并且在電流片出流方向的電子能譜呈現非熱的冪律譜特征，通過數值理論模擬發現，在湍流磁重聯過程中，高能電子主要被重聯平行電場所加速，而回旋過程在出流區域對電子起到了減速作用，同時費米的加速效應可以忽略不計，這些研究成果為理解太陽耀斑高能粒子起源和加速過程具有重要意義。

（來源：中國科學報）

我國首臺高能同步輻射光源增強器全線貫通

記者從中國科學院高能物理研究所獲悉：位于北京懷柔科學城的第四代光源高能同步輻射光源增強器于2023年1月13日全線貫通，進入設備調試階段。

增強器是高能同步輻射光源（HEPS）加速器的重要組成部分，周長約454 m，主要負責將電子束流從500 MeV加速到6 GeV，同時在6 GeV時接受儲存環引出的束流并完成電荷積累，在滿足引出的條件下，適時將束流引出并注入儲存環。增強器設備安裝任務包含預準直、隧道安裝、精準直、真空連接與封裝等，此次全線貫通標志著高能同步輻射光源建設又往前邁進了一大步。

高能同步輻射光源是國家重大科技基礎設施建設“十三五”規劃確定建設的10個重大科技基礎設施之一，是基礎科學和工程科學等領域原創性、突破性創新研究的重要支撐平臺。該裝置于2019年6月在北京懷柔科學城啟動建設，是為國家重大戰略需求和前沿基礎科學研究提供技術支撐平臺的國家重大科技基礎設施，也是北京懷柔綜合性國家科學中心最重要的重大科技基礎設施。

同步輻射是指速度接近光速的帶電粒子在做曲線運動時沿切線方向發出的電磁輻射，也叫做同步光。這個場景就像是在雨中快速轉動雨傘，沿傘邊緣的切線方向會飛出一簇簇水珠。中科院高能所副所長、高能光源工程常務副總指揮董宇輝研究員告訴記者：“同步光具有穿透性強、高亮度、高強度和能譜寬等特點，可以幫助人類觀察肉眼看不到的微觀世界。”

高能同步輻射光源由中國科學院高能物理研究所承擔建設，主要建設內容包括加速器、光束線站及輔助設施等，建設周期6.5年，新建建筑面積12.5萬m2。它的整體建筑外形似一個放大鏡，寓意為探測微觀世界的利器。建成后的高能同步輻射光源，將是我國第一臺高能同步輻射光源，也是世界上亮度最高的第四代同步輻射光源之一。相比第三代同步輻射光源，第四代同步輻射光源的亮度要高出100～1 000倍。

“要看到物質里的細節，很重要的一點就是要有足夠的亮度。比方說，打個手電筒看東西，手電筒越亮，就能看得越清楚。光越亮意味著探測的精度越高，探測速度也越快。”董宇輝說，“作為第四代同步輻射光源，高能光源可以讓我們更清楚地了解材料的內部結構，這對材料科學和生命科學的發展具有重要作用。”

據高能同步輻射光源工程總指揮潘衛民介紹，光源建設任務將于2025年全部完成，建成后將在我國先進材料、航空航天、能源、環保、醫藥、石油、化工、生物工程和微細加工等領域中廣泛應用，提供突破關鍵技術，解決瓶頸問題的手段，提升我國原始創新能力和核心技術國際競爭力。

（來源：人民日報）

我國首座樁撐體系裝配式地鐵車站竣工

隨著最后一塊中板精準安裝就位，青島地鐵6號線全國首座樁撐體系裝配式地鐵車站順利拼裝完成。

青島地鐵6號線朝陽路地下兩層島式車站，現澆段位于車站兩端，長70 m，預制裝配段位于車站中部，長148 m，裝配構件共計74環、410塊，最重的頂板構件長度超過10 m，重67 t，拼裝總重1.66萬t。車站從拼裝工藝、拆換撐、工裝設備研發等方面開展科研攻關，需攻克樁撐體系拆換撐與大型預制構件拼裝協同作業、拼裝臺車跨越樁撐體系內撐、梁板柱等結構構件全預制裝配化、中板在狹小空間旋轉翻身等重大施工難題。

面對一系列難題，中鐵八局集團在國內首次提出應用“普通門吊+分離式”整體拼裝臺車樁撐體系下裝配建造技術，實現臺車在裝配式車站的預制中柱、中縱梁影響下的縱向行走，自動跨越樁撐支護體系中的鋼支撐；實現狹小空間下預制構件的旋轉、翻身、定位和安裝精度調整。

在此期間，建設者們研制出適用于裝配式車站中板側墻接續支撐的預應力頂伸裝置等多項專利，獲得發明專利授權2項、國際專利授權1項、實用新型專利授權16項、國家級QC成果一等獎1項。

據介紹，與同等規模現澆車站相比，預制裝配建造施工可實現構件集中批量生產預制、現場拼裝，縮短工期4～6個月；高峰期施工人員由160人減少至20人；綜合考慮，單座車站節約施工成本約500萬元，節約施工臨時木材、模板支架用量約800 m3；構件一次拼裝成型，減少混凝土鑿毛、混凝土廢料等現場建筑垃圾約50%；碳排放量減少4 157.9 t，減量20.33%，符合國家“雙碳”目標。

“裝配建造技術符合綠色低碳發展理念，代表著行業的未來發展趨勢。”中鐵八局集團昆明鐵路建設有限公司相關負責人介紹，他們通過工廠化批量預制，提升了工程質量，減少了結構缺陷，提高了生產效率。這項技術有力推動了軌道交通工程領域工業化、信息化、智能化的深度融合，具有廣闊的應用前景。

（來源：科技日報）

我國首個億級負荷全息數字電網建成

2023年1月5日，我國首個全息數字電網在江蘇建成，通過采集輸變電設施的物理數據，在網絡云端構建了一個數字孿生電網，全面提升了電網的智慧運檢水平。這也是我國首次對上億千瓦負荷的大電網進行全息數字化呈現。

據悉，這張虛擬電網覆蓋了10萬km架空輸電線路、28萬基輸電桿塔及地形地貌地物等數據，以數字孿生的方式，將真實電網在數字空間進行了一比一三維立體還原和數字化全景呈現，定位精度達到厘米級。

“平均每一基桿塔都設有20個以上無人機巡檢點位，通過航跡自動規劃、一鍵自主飛行、全程實時監控、遇險自動規避等功能，無人機可實現全自動巡檢作業，全程無需人工操作。”江蘇方天電力技術有限公司副總經理姜海波介紹，全息數字電網的建成，相當于給江蘇電網裝上了“千里眼”，巡檢作業人員足不出戶即可實時掌握現場實際工況，且完成一座鐵塔的全面巡檢僅需6 min，效率比傳統人工巡檢提升4～6倍。

“依托全息數字電網，江蘇電網已實現大規模無人機巡檢協同應用與智能管控，可支持上千架無人機同時作業，全年自動巡檢作業量超52萬架次，提前發現消除輸電鐵塔缺陷及通道隱患4.2萬處，嚴重缺陷發現率提升3倍，每年可節約電網運維成本約2億元。”國網江蘇省電力公司設備部副主任吳強表示。

據了解，當前正處迎峰度冬關鍵時期，江蘇電網最大負荷預計將達1.12億kW，全息數字電網的建成，可將電網故障的處理時間再縮短約10%，不僅極大提高電網安全可靠性，為冬季電力穩定供應提供堅強保障。

（來源：經濟日報）

我國首臺高可靠自主化光纖電流互感器通過技術鑒定

中國電機工程學會組織來自電力、光學等領域的專家，對我國首臺“高可靠自主化光纖電流互感器”進行技術鑒定。以中國科學院院士陳維江為代表的行業專家一致認為，該項目形成全系列光學電流互感器成套裝備，代表領域內國際最高技術水平，對實現領域內科技自立自強與創新超越具有重要意義。

長期以來，光纖電流互感器及其核心光電器件主要依賴進口，并且由于其面臨極端低溫、外部振動、強電磁干擾等復雜嚴酷的運行環境，故障率居高不下，多次導致直流閉鎖及臨停，成為制約直流工程可靠運行的難題。

國家電網有限公司設備部副主任郭賢珊表示，“光纖電流互感器無油無氣、安全環保、響應速度快、動態范圍大，已成為電流測量的主要發展方向，在電力系統尤其是直流輸電工程中具有不可替代的作用，其可靠性直接影響系統安全穩定運行。”

針對近年來發生的運行故障現狀，中國電科院、國網江蘇電力公司組成的團隊經過十余年的技術攻關，突破光纖電流互感器偏振光學解析方法和擾動機理、波片一體化傳感光纖研制工藝、核心光電器件可靠性增長試驗方法、運行狀態智能監測與預警技術等核心難題。最終，成功研制出首臺100%全國產化的高可靠自主化光纖電流互感器，實現溫度、抗振性能等環境耐候性和可靠性關鍵指標的全面提升，并在±800 kV青南換流站成功掛網運行，標志著我國徹底解決了光學電流測量領域的“卡脖子”難題。在此過程中，項目團隊累計發布標準19項，取得發明專利46項，發表論文專著49篇，獲軟件著作權17項。

（來源：科技日報）

我國發明專利有效量位居世界第一

2023年1月16日10時，國新辦舉行新聞發布會，國家知識產權局副局長胡文輝介紹了2022年知識產權相關工作情況。胡文輝介紹，2022年，知識產權工作高質量發展態勢更加顯著，知識產權強國建設邁出堅實步伐。

專利方面：全年授權發明專利79.8萬件，實用新型專利280.4萬件，外觀設計專利72.1萬件。受理PCT國際專利申請7.4萬件。專利復審結案6.3萬件，無效宣告結案0.79萬件。我國申請人通過《工業品外觀設計國際注冊海牙協定》提交外觀設計國際注冊申請1286件。

截至2022年底，我國發明專利有效量為421.2萬件。其中，國內（不含港澳臺）發明專利有效量為328.0萬件。我國每萬人口高價值發明專利擁有量達到9.4件。

商標方面：全年注冊商標617.7萬件。完成商標異議案件審查16.9萬件。完成各類商標評審案件審理41.2萬件。收到國內申請人提交的馬德里商標國際注冊申請5 827件。

截至2022年底，我國有效商標注冊量為4 267.2萬件。

地理標志方面：全年批準地理標志產品5個。核準地理標志作為集體商標、證明商標注冊514件。核準使用地理標志專用標志市場主體6 373家。

截至2022年底，我國累計批準地理標志產品2 495個，核準地理標志作為集體商標、證明商標注冊7 076件。

集成電路布圖設計方面：全年集成電路布圖設計發證9 106件。截至2022年底，我國集成電路布圖設計累計發證6.1萬件。

知識產權保護、運用方面：全年辦理專利侵權糾紛行政案件5.8萬件，辦理維權援助申請7.1萬件，受理糾紛調解8.8萬件。

全年專利商標質押融資項目達2.8萬個。質押融資總額達4 868.8億元。

有效發明專利實現量質齊升。我國是世界上首個國內發明專利有效量超300萬件的國家，其中高價值發明專利擁有量達到132.4萬件，同比增長24.2%，占發明專利有效量的比重超過四成。世界知識產權組織最新發布的《世界知識產權指標》報告也顯示，我國發明專利有效量已經位居世界第一。

國內企業創新活力不斷增強。截至2022年底，我國國內擁有有效發明專利的企業達35.5萬家，較上年增加5.7萬家，擁有有效發明專利232.4萬件，同比增長21.8%。其中高新技術企業、專精特新“小巨人”企業擁有有效發明專利151.2萬件，占國內企業擁有總量的65.1%，較上年同期提高0.5個百分點。

數字領域技術創新日益活躍。按照世界知識產權組織劃分的35個技術領域統計，截至2022年底，我國信息技術管理、計算機技術等數字技術領域有效發明專利增長最快，分別同比增長59.6%和28.8%。2022年，我國數字經濟核心產業發明專利授權量為32.5萬件，同比增長17.9%，專利儲備不斷增強。

知識產權質押融資惠及更多中小微企業。2022年全年專利商標質押融資金額首次突破4 000億元，連續三年保持40%以上的增速。惠及企業2.6萬家，其中70.5%為中小微企業，為其應對疫情沖擊和平穩健康發展帶來了“真金白銀”。

國外在華知識產權數量穩步增長。截至2022年底，國外在華發明專利有效量達86.1萬件，同比增長4.5%，涉及國外企業5.8萬家，較上年增加0.2萬家。國外在華有效注冊商標203.0萬件，同比增長5.9%。知識產權助力高水平對外開放的作用持續顯現。

（來源：央視新聞客戶端）