科 技 成 果

我国科学家在超强碳纳米管纤维领域取得重要突破

据科技部网站2018年5月28日报道，在国家重点研发计划“纳米科技”重点专项的支持下，清华大学魏飞团队与李喜德团队合作研究，在超强碳纳米管纤维领域取得突破，团队通过采用原位气流聚焦的方法，可控地制备了具有确定组成、结构完美且平行排列的厘米级连续超长碳纳米管管束，通过制备含有不同数量单元的超长碳纳米管管束，定量分析其组成和结构对超长碳纳米管管束力学性能的影响，建立了确定的物理/数学模型。提出了一种“同步张弛”的方案，通过纳米操纵来释放管束中碳纳米管的初始应力，使其处于一个较窄的分布范围，进而可将碳纳米管管束的拉伸强度提高到80 GPa以上，接近单根碳纳米管的拉伸强度。超长碳纳米管管束拉伸强度优于目前发现的所有其他纤维材料，揭示了超长碳纳米管用于制造超强纤维的前景，同时为发展新型超强纤维指明了方向和方法。相关成果发表在《自然-纳米技术》期刊。

瑞士发明一种新型无电源信号接收器

据科技部网站2018年5月25日报道，瑞士苏黎世联邦理工大学信息与电子技术研究所的科研人员利用能量俘获技术原理，提出一种新的无电源信号接收技术方案，并已成功开发出样机。这种无电源信号接收器具有一个从外界获取能量的电极，可以通过与外界的“接触”，如手指的触碰或信号发射端发送的频率，将“接触”获得的能量转化为电能储存在内部的电容器中，用作对后续的控制信号接收并进行解码分析的电源。样机的信号接收有效距离达到1.7 m。据悉，无电源信号接收技术具有广泛的应用前景，如汽车控制门锁和启动发动机的接触式传感器，其可靠性和安全性将高于目前的射频识别技术。目前该新技术已申请专利，瑞士苏黎世联邦理工大学技术转移平台将支持该研发团队创业，尽快实现成果转化。

超导量子计算与量子模拟合作研究取得系列进展

据科技部网站2018年5月6日报道，超导量子计算由于其长相干时间、良好的扩展性以及精确的操控测量等特性，是目前最具前途的通用量子计算机实现方案之一。在国家重点研发计划量子调控与量子信息重点专项的资助下，中国科学院物理所郑东宁、吕力课题组与浙江大学及中科大等单位合作，先后制备出长退相干时间的5量子比特、6量子比特、9量子比特和10量子比特等多比特样品。在研制出性能良好的多比特超导量子芯片的基础上，课题组在超导量子计算和量子模拟合作研究方面取得了系列成果：①利用6比特超导器件中的4个量子比特，演示了求解线性方程组的HHL量子算法。该算法被证明有望应用于人工智能和大数据分析领域，具有重要应用前景。②利用10比特超导器件首次实现了10量子比特GHZ全局纠缠，创造了超导量子比特全局纠缠量子比特数世界纪录，纠缠保真度达到约66.8%。③量子计算的执行需要进行系列量子逻辑门的操作，受控非门和多重受控非门是一种基本的两量子比特和多量子比特逻辑门，具有产生量子纠缠的能力，其实现需要在试验上进行精确的操控。合作研究基于几何相方案，演示了多重的逻辑受控非门高保真度实现，为通用量子计算的实现打下坚实基础。

美国实现声波制造超微型光二极管

据科技部网站2018年5月6日报道，美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校研究人员发现，声波可以用于生产超微型光学二极管。这种二极管被称为光隔离器，有助于为计算和通信用的光子集成电路解决主要数据容量和系统尺寸方面的问题。隔离器是一种类似电子二极管的特殊器件，可保护激光源免受背向反射，并且是光网络周围的光信号路由所必需的。研究人员称找到了利用光与声之间微小耦合，从而使生产此种器件需要的材料成为可能。新器件尺寸为200 μm×100 μm，由氮化铝制成，是一种可传输光线的透明材料。声波产生的方式类似于压电扬声器，使用的是用电子束直接写在氮化铝上的微小电极，这些声波迫使器件内的光只向一个方向传播，这是无磁隔离器首次实现超过千兆赫的带宽。研究人员还将继续寻找增加隔离器带宽或数据容量的方法，有可能为光子通信系统、GPS系统、原子计时和数据中心带来巨大变革。

俄科学家研发超精确时钟

据科技部网站2018年4月18日报道，莫斯科鲍曼国立技术大学和俄科院列别捷夫物理研究所的科学家正在研发一种超精确激光时钟，其误差小于现有时间频率计量标准装置的1/10。俄科学家研发出了用于超精确时钟的高稳定脉冲发生器，其技术核心是光学激光器，试验表明，新装置的计时误差比现有时间频率计量标准器具铯钟和铷钟还要低一个数量级。除了计时更精准外，新技术还具有调试时间短的优点。在当前技术情况下，为使铯钟和铷钟达到标称精度，通常需要大约一个月的时间，而俄科学家所研发的激光时钟进入工作模式的时间则要快10倍。时间测量精度的显著提高预示着卫星定位精度的极大提升。目前，俄罗斯格洛纳斯(GLONASS)全球卫星导航系统上还在使用机载式时间计量标准器来计算和同步时间，它可以记录微波辐射作用下铯和铷原子极其精确的周期性振荡频率，但这些振动的速度仅局限于微波频段内，还无法达到纳秒水平的测量，而1 ns时间的误差将会造成30 cm的定位误差。激光的作用在这里就体现出来，原子对于激光辐射的反应速度要比对微波辐射快数十万倍，将来具有更高频率分辨力的时钟将从根本上提高导航系统的定位精度。

俄科学家研制出新型激光质谱仪

据科技部网站2018年4月4日报道，俄罗斯国立核能研究大学莫斯科工程物理学院的专家研制出一种新型激光质谱仪，可直接确定材料元素成分，大幅提高分析速度，且降低分析成本。这种配备楔形离子反射镜质谱仪的特点是，无需使用标准样品即可对固体材料进行普遍分析，优势在于可进行广泛的能量传递，小巧轻便，耗电量低。此外，这种仪器可以分析所有级别的物质，方法环保，可进行局部和分层分析，不存在团簇离子的干扰。脉冲工作模式使这种分析仪与激光离子源能很好地结合在一起，鉴定速度快，因此该质谱仪还可用于刑事侦查学，同时也为医学，尤其是与分析人体毛发及指甲中微量元素之相关领域开启了新前景。此外，还可提高火车站和机场过境物品成分鉴定的精准度，加快土壤样本分析以获取准确的区域生态环境现状图。

德国开发新型纳米机器人电驱动技术

据科技部网站2018年4月4日报道，德国慕尼黑工业大学和慕尼黑大学的科研人员合作开发出一种新型纳米机器人电驱动技术，据称其较目前通过加酶和DNA链等生化驱动方法快10万倍。相关研究结果发表在《科学》杂志。研究人员强调，纳米机器人体积小，价格低廉，效率高，可搜索样本中的特定物质或像在流水线上一样逐步合成复杂的分子，用于诊断和药物开发。借助荧光共振能量转移(FRET)技术，研究人员可通过荧光显微镜的监视器跟踪DNA纳米机器人的运动。普通模式下，被固定在微小DNA纳米机器人手臂尖端的发光分子产生的光点来回摆动，点击鼠标就足以让光点向不同的方向移动。通过施加电场，可在平面上随意旋转机器人手臂。研究人员表示，采用电控纳米机器人实施目标分子的识别和分拣在世界上尚属首创，其原理并不复杂，即DNA分子含有负电荷，施加电场后，生物分子就可以移动，因此借助电流脉冲可控制由DNA组成的纳米机器人。