信息技术

大规模硅基集成高维光量子芯片实现

北京大学“极端光学创新研究团队”王剑威、龚旗煌教授等与布里斯托尔大学物理系量子光学中心等单位合作，利用大规模集成硅基纳米光量子芯片技术，实现对高维度光量子纠缠体系的高精度和普适化量子调控和量子测量，研究论文发表于Science。实现功能强大的量子信息处理芯片是当前量子科技革命的关键。研究团队实现了一种新型的多路径加载高维量子态方式，即每个光子以量子叠加态的形式同时存在于多条光波导路径，从而实现了一个高达15×15的高维量子纠缠系统。通过可控地激发16个参量四波混频单光子源阵列，可以制备具有任意复系数的高维度量子纠缠态。

基于硅纳米光波导的大规模集成光量子芯片（图片来源于北京大学）

基于硅纳米光波导的大规模集成光量子芯片(可实现对高维量子纠缠体系的高精度、可编程、且任意通用量子操控和量子测量。)（图片来源于北京大学科学研究部）

范德瓦尔斯异质结电子结构研究

中国科学院超导电子学卓越创新中心、上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室研究员沈大伟团队利用超高分辨角分辨光电子能谱技术，在天然形成范德瓦尔斯异质结材料体系(PbSe）1.16(TiSe2）m中观测到显著的层间电荷转移现象，进而通过结构和温度改变实现了对其以及超导等多种衍生新奇物性的有效调控。相关研究成果发表于《物理评论快报》。通过改变材料中TiSe2的厚度可高效地调控层间的电荷转移量，实现对系统中电声子相互作用的远超理论预期幅度的巨大调节；此外，发现利用范德瓦尔斯异质结不同层之间晶格热膨胀系数的差异，通过温度改变，可对异质结的层间电荷转移进行高200%幅度的调控。

高效近红外吸收/发射的碳纳米点

中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研究员曲松楠课题组研制出具有高效近红外吸收/发光特性的碳纳米点，实现了基于碳纳米点的活体近红外荧光成像，并在近红外-Ⅱ区（1400nm）激发下同时实现了双光子近红外发射和三光子红光发射，研究论文发表于《先进材料》。通过对红光碳纳米点表面进行吸电子基团修饰及对碳基内核层有序结构的无序化调控，使层状碳基内核外片层与核内共轭结构分离，在近红外波段产生新的发光带隙，获得了在近红外光激发下具有高效近红外发射的碳纳米点，荧光量子效率达到10%。以该碳纳米点为荧光成像试剂，实现了小鼠胃部及血液循环过程中的活体近红外荧光成像。

太赫兹应力调制器研究

中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心盛志高课题组与上海大学博士金钻明博士、合肥研究院固体物理研究所苏付海研究员合作，实现了基于石墨烯的太赫兹应力调制器，研究论文发表于《先进光学材料》。太赫兹（Terahertz，THz）一般是指频率介于1011～1013频段的亚毫米电磁波。由于优越的波谱性能，太赫兹相关技术在通讯、安检、传感、国家安全等领域有着广泛的应用前景，被称为“改变未来世界的十大技术之一”。研究团队构建了基于二维电子材料石墨烯的应力调制器件，通过采用自主搭建的太赫兹时域谱系统（THz-TDS），并系统研究了该器件的应力调制特性。

光子横向自旋集成器件研究

中山大学电子信息与工程学院张彦峰、余思远研究组与英国Bristol大学研究者合作，开展关于光子角动量的研究，最新成果发表于Nature Communications。基于团队自主研发的氮化硅光波导材料，通过调整氮化硅微环涡旋光束发射器件的波导尺寸调控倏逝区的横向自旋，在发射的涡旋光束中首次直接观测到横向自旋导致的自旋—轨道角动量相互转换，实现了对发射的涡旋光场角动量态的精确调控。使用该集成器件作为接收器，实现了对自旋—轨道角动量态的选择性接收。研究发现的一个自旋—轨道耦合新途径，揭示了光子角动量复杂而丰富的内涵。其潜在应用领域可包括高分辨显微术、光谱、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（图片来源于Nature Communications）

氮化硅微环涡旋光束发射器件横向自旋与涡旋光束示意图（图片来源于中山大学）

仿生机器海豚定深运动控制

中国科学院自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室喻俊志研究团队，提出一种基于视线导航法和滑模观测器的滑模模糊（SMFC）控制算法，解决了一类鳍肢机动型机器海豚的定深控制问题，相关论文发表于IEEE Transaction on Industrial Electronics。研究分析机器海豚的定深控制机制，通过改变双侧鳍肢的偏转角来实现机器海豚的上浮/下潜，进一步简化动力学方程；采用视线导航法，将定深控制问题转化为俯仰角跟踪控制问题。考虑到机器海豚实现上浮/下潜必须有一定的前进速度提供俯仰力矩，采用了滑模观测器来实时估计线性速度，结合视线法与滑模观测器来设计复合滑模控制器获取定深过程中的驱动力和偏转力矩。

激发反向空穴转移动力学行为机制

中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心罗毅研究团队张群研究组，在凝聚相超快光谱与动力学机理研究方面取得进展，揭示出甲醇分子（光催化研究中最常用的空穴牺牲剂之一）吸附于模型半导体材料（g-C3N4）表面所发生的光激发反向空穴转移动力学行为机制；研究论文发表于《德国应用化学》。添加空穴牺牲剂虽已成为光催化研究领域的一项常规操作。研究团队通过比照分析不同波长飞秒激光激发下的实验结果，揭示了该类体系中存在的热空穴转移效应。通过比照分析不同空穴牺牲剂分子（如甲醇、乙醇、乙二醇等）存在下的反向空穴转移速率，提出了衡量空穴牺牲能力的微观动力学定量判据。

基于FPGA并行计算实现实时超声全聚焦检测

中国科学院声学研究所超声技术中心王冲等人研发了基于现场可编程门阵列的全并行计算架构，有效加速了超声全聚焦检测成像，实现实时成像的无损检测，可广泛应用于工业检测领域，相关论文发表于《国际声学与振动》。全聚焦检测是基于超声全数据采集的后处理成像方法，在每一个成像位置均利用完备的检测信息进行聚焦成像，检测分辨率和灵敏度显著高于常规相控阵检测技术，被称为“黄金法则”。新计算架构可并行独立合成多个TFM像素，极大地提高了成像计算效率，同时又能保证成像质量。整个TFM算法可完全在该FPGA架构内完成计算，最后只需将成像结果传输至显示软件，即可进行图像观察、分析诊断等。