電子信息

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我國(guó)在城域量子隱形傳態(tài)研究中取得進(jìn)展

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)與中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)合作，在合肥量子城域通信試驗(yàn)網(wǎng)上首次實(shí)現(xiàn)了預(yù)先糾纏分發(fā)的獨(dú)立量子源之間的量子態(tài)隱形傳輸，為未來可擴(kuò)展量子網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

據(jù)悉，量子隱形傳態(tài)是一種傳遞量子狀態(tài)的重要通信方式，是可擴(kuò)展量子網(wǎng)絡(luò)和分布式量子計(jì)算的基礎(chǔ)，而糾纏態(tài)預(yù)先分發(fā)、獨(dú)立量子源干涉和前置反饋是量子隱形傳態(tài)的三個(gè)要素。

我國(guó)研究人員開發(fā)了適合光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臅r(shí)間相位糾纏光子源，然后，通過研發(fā)皮秒級(jí)遠(yuǎn)程光同步技術(shù)和使用光纖布拉格光柵進(jìn)行窄帶濾波，成功解決了兩個(gè)獨(dú)立光子源之間的同步和干涉問題；隨后，針對(duì)遠(yuǎn)距離光纖所造成的延遲和偏振漲落，以及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性等問題，開發(fā)了主動(dòng)反饋系統(tǒng)；最后，利用中科院上海微系統(tǒng)所開發(fā)的超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器，在合肥量子城域通信網(wǎng)絡(luò)的30km鏈路上成功實(shí)現(xiàn)了滿足上述三要素的量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)。此次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是量子技術(shù)發(fā)展過程中的重要里程碑，驗(yàn)證了在城域尺度上開展量子隱形傳態(tài)的技術(shù)可行性，為未來開展量子信息實(shí)驗(yàn)提供了支撐。

（中科）

中科院研制出可用于睡眠監(jiān)測(cè)的肢體運(yùn)動(dòng)傳感器

中國(guó)科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所的研究人員研制出一種靈敏的、基于摩擦納米發(fā)電機(jī)的肢體運(yùn)動(dòng)傳感器。其納米柱狀陣列可大幅提高器件的監(jiān)測(cè)靈敏度，通過監(jiān)測(cè)人在睡眠中的肢體運(yùn)動(dòng)引起器件內(nèi)摩擦層的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電壓輸出信號(hào)，可以實(shí)時(shí)收集和記錄人在睡眠中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和次數(shù)，睡眠中的翻身運(yùn)動(dòng)等肢體運(yùn)動(dòng)都可通過

收集器件的電信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

該運(yùn)動(dòng)傳感器首次采用具有多層結(jié)構(gòu)的鋁塑膜材料，利用熱鑄工藝制備，材料柔軟且耐磨性好，具有良好的防水和耐酸堿性能；設(shè)備小巧、簡(jiǎn)單、易于操作，使用中無需外部電源驅(qū)動(dòng)，方便快捷。此外，其還可通過無線傳輸模式或互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)信息傳送到醫(yī)院診療中心、急救中心或醫(yī)療數(shù)據(jù)庫(kù)中，方便醫(yī)生進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和會(huì)診。

下一步，研究人員將進(jìn)一步設(shè)計(jì)和研制用于監(jiān)測(cè)眼動(dòng)、呼吸、脈搏等行為的自驅(qū)動(dòng)傳感器，收集各項(xiàng)睡眠生理參數(shù)，完善自驅(qū)動(dòng)的人體睡眠監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使其在移動(dòng)健康領(lǐng)域發(fā)揮獨(dú)特作用。

（納米）

新型憶阻器可逼真模擬突觸行為 或?yàn)轭惸X計(jì)算機(jī)鋪平道路

美國(guó)科學(xué)家研制出一種新型“擴(kuò)散式憶阻器”，模擬了人腦內(nèi)兩個(gè)神經(jīng)元結(jié)點(diǎn)——突觸內(nèi)鈣離子的行為，逼真度達(dá)到有史以來的最高水平。該項(xiàng)研究或?qū)⒂兄陂_發(fā)類腦（神經(jīng)形態(tài)）計(jì)算機(jī)。據(jù)稱，這種計(jì)算機(jī)在執(zhí)行感知和學(xué)習(xí)任務(wù)方面比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)性能更好，也更節(jié)能。

研究表明，人腦約有1000億個(gè)神經(jīng)元、約1000萬億個(gè)突觸，科學(xué)家一直希望能研制出類腦計(jì)算機(jī)，以模擬人腦強(qiáng)大的計(jì)算能力和高效率。過去，人們用晶體管和電容器來模擬突觸行為，這些設(shè)備雖能運(yùn)行，但與真正的生物系統(tǒng)相似性很低，效率低、耗能高、逼真度低。

美國(guó)科學(xué)家研制的“擴(kuò)散式憶阻器”采用一種更自然、更直接、更逼真的方式模擬突觸，不僅模擬了突觸的功能，也囊括了其它重要屬性。其由嵌入一個(gè)氧氮化硅薄膜（位于兩個(gè)電極之間）內(nèi)的銀納米粒子簇組成。薄膜是絕緣體，但當(dāng)施加電脈沖時(shí)，熱和電共同作用，使粒子簇分崩離析，納米粒子分散通過薄膜并最終形成一根導(dǎo)電絲，使電流從一個(gè)電極到達(dá)另一個(gè)電極。一旦電壓移走，溫度下降，納米粒子又重新聚合成簇。由于這一過程類似于生物突觸內(nèi)鈣離子的行為，所以，該設(shè)備具備模擬神經(jīng)元的短期可塑性。

（劉霞）

柵極長(zhǎng)度僅1nm的晶體管問世

美國(guó)能源部勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員利用碳納米管和

二硫化鉬（MoS2）材料，成功研制出了目前世界上最小的晶體管，其柵極長(zhǎng)度僅為1nm，遠(yuǎn)低于硅基晶體管柵極長(zhǎng)度最小5nm的理論極值。

晶體管的小型化是半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的重要方向之一，柵極長(zhǎng)度則被認(rèn)為是衡量晶體管大小的標(biāo)準(zhǔn)。目前，市場(chǎng)上高端電子產(chǎn)品所用的晶體管多為柵極長(zhǎng)度為20nm的硅基晶體管，業(yè)界普遍認(rèn)為，柵極長(zhǎng)度小于5nm的晶體管無法正常工作。

二硫化鉬與硅類似，具有晶體晶格結(jié)構(gòu)，但與硅相比，其導(dǎo)電性更易控制，且可被加工成僅0.65nm厚、介電常數(shù)（電容率）較低的薄層，是理想的晶體管材料。研究人員采用直徑僅1nm的碳納米管制作了二硫化鉬晶體管的柵極。測(cè)試表明，即使柵極長(zhǎng)度僅為1nm，該晶體管也可有效地控制電流，具有良好的電氣性能。

（劉海英）

IBM攜手MIT組建新實(shí)驗(yàn)室 研究人工智能視聽功能

美國(guó)國(guó)際商業(yè)機(jī)器（IBM）公司和美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）將聯(lián)合創(chuàng)建“激發(fā)大腦多媒體機(jī)器理解實(shí)驗(yàn)室（BM3C）”，旨在開展相關(guān)研究，使人工智能可以具備視聽功能。

該實(shí)驗(yàn)室是IBM公司大力推進(jìn)人工智能發(fā)展的多個(gè)合作計(jì)劃中的最新項(xiàng)目，將持續(xù)多年。此前，MIT的其他研究團(tuán)隊(duì)在計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)和理解方面取得了多項(xiàng)研究成果。但是，目前尚未有研究能夠使機(jī)器像人一樣看和聽，因?yàn)槿祟惖囊暰€和聲音命令跨越多個(gè)認(rèn)知規(guī)則，如人類首先需要發(fā)現(xiàn)物體，然后建立物體之間的關(guān)系，并憑直覺獲得物理規(guī)則。該實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃基于真實(shí)的事情，在虛擬的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)上對(duì)機(jī)器進(jìn)行視覺和聽覺建模。

據(jù)稱，具備視聽功能的人工智能系統(tǒng)或?qū)?duì)教育、娛樂、健康等產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大影響。

（劉霞）

美國(guó)開發(fā)無線傳輸新技術(shù) 速度提升3倍

美國(guó)麻省理工學(xué)院的研究人員開發(fā)出一種通過同步波相位來協(xié)調(diào)多個(gè)無線發(fā)射機(jī)的技術(shù)——MegaMIMO2.0，可使智能手機(jī)無線傳輸數(shù)據(jù)的速度提升至現(xiàn)有技術(shù)的3倍、傳輸距離增加1倍。

采用MegaMIMO2.0技術(shù)，多個(gè)獨(dú)立的發(fā)射機(jī)能夠在相同的無線信道中向多個(gè)獨(dú)立的接收器發(fā)送數(shù)據(jù)，且彼此之間不會(huì)產(chǎn)生干擾。在實(shí)驗(yàn)過程中，研究人員在一間會(huì)議室中放置了4臺(tái)筆記本電腦，并通過802.11a/g/n Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在4臺(tái)電腦間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)了高于現(xiàn)有無線傳輸速度3倍的數(shù)據(jù)傳輸。

據(jù)悉，MegaMIMO2.0技術(shù)也適用于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，其應(yīng)用將給無線數(shù)據(jù)傳輸帶來非常重要的影響。

（新華）

美國(guó)將設(shè)計(jì)20萬內(nèi)核計(jì)算機(jī)每芯片有25個(gè)內(nèi)核

美國(guó)普林斯頓大學(xué)的研究人員計(jì)劃基于其研制的25核開放源代碼處理器——Piton，開發(fā)配置8000個(gè)Piton、內(nèi)核總數(shù)達(dá)到20萬個(gè)的計(jì)算機(jī)。

Piton是基于OpenSparc設(shè)計(jì)的開源代碼處理器，采用美國(guó)IBM公司的32nm工藝制造。每個(gè)Piton芯片集成有25個(gè)內(nèi)核（內(nèi)核時(shí)鐘頻率為1GHz）。這些內(nèi)核的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被稱作“網(wǎng)格設(shè)計(jì)”。一個(gè)陣列中的多個(gè)芯片通過芯片自帶的橋接器組成菊花鏈系統(tǒng)，橋接器還可把芯片連接到內(nèi)存和存儲(chǔ)設(shè)備上。Piton芯片采用了分布式緩存，以及融合大型設(shè)備中所有內(nèi)核的單向連接。

據(jù)悉，為了提供更強(qiáng)大的處理能力，芯片產(chǎn)品的內(nèi)核數(shù)量在不斷增加。具有4.6億個(gè)晶體管的Piton或?qū)⒊蔀楫?dāng)前學(xué)術(shù)界開發(fā)的最大尺寸芯片。

（鳳凰）

美國(guó)研究人員研制成功新型碳納米晶體管

美國(guó)威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的研究人員成功制作出了1英寸碳納米晶體管，在性能上首次超過了硅晶體管和砷化鎵晶體管。

碳納米晶體管比硅晶體管具有更快的速度和更低的能耗，將進(jìn)一步推動(dòng)中央處理器（CPU）技術(shù)的發(fā)展。然而，受技術(shù)手段的制約，碳納米晶體管的實(shí)際應(yīng)用卻一直落后于硅晶體管和砷化鎵晶體管。研究人員利用聚合物篩選技術(shù)將碳納米晶體管內(nèi)的金屬納米管雜質(zhì)清除，并利用浮動(dòng)蒸發(fā)自組裝技術(shù)在高溫真空狀態(tài)下解決了碳納米管陣列的制備問題。最終獲得的高純度碳納米晶體管導(dǎo)電性能是硅晶體管的1.9倍，據(jù)稱，未來這一數(shù)字有望達(dá)到5倍。

目前，碳納米晶體管在CPU上的應(yīng)用尚需時(shí)日。研究人員正在研究碳納米晶體管的商業(yè)化大規(guī)模量產(chǎn)技術(shù)，該項(xiàng)突破使碳納米晶體管取代硅芯片成為可能。

（威鋒）

中科院實(shí)現(xiàn)第四種基本電路元件與非易失信息存儲(chǔ)器

中國(guó)科學(xué)院物理研究所北京凝聚態(tài)物理國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（籌）的研究人員基于磁電耦合效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了滿足原始物理定義的第四種基本電路元件。

研究人員通過理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，基于一個(gè)由磁電耦合介質(zhì)和金屬電極構(gòu)成的簡(jiǎn)單三明治結(jié)構(gòu)，可以建立起電荷與磁通之間的直接轉(zhuǎn)換關(guān)系，從而嚴(yán)格滿足第四種基本電路元件的物理定義。研究人員把這種基于磁電耦合效應(yīng)的第四種基本電路元件命名為“電耦器”，其相應(yīng)的非線性記憶元件命名為“憶耦器”，并給出了電耦器和憶耦器的電路響應(yīng)特征。該項(xiàng)研究從基本電路元件的角度重新審視了磁電耦合效應(yīng)，既澄清了一個(gè)基礎(chǔ)科學(xué)問題，也為磁電耦合效應(yīng)的應(yīng)用開辟了新的空間。

據(jù)稱，憶耦器在開發(fā)新一代信息功能器件方面具有巨大的潛力。研究人員創(chuàng)新性地提出了一種新的存儲(chǔ)原理，采用另一種物理量——電耦（T）或等效磁電耦合系數(shù)（α）來有效存儲(chǔ)二進(jìn)制信息。利用憶耦器表現(xiàn)出的蝴蝶曲線非線性磁電耦合效應(yīng)，可將磁電耦合系數(shù)的正與負(fù)分別定義為二進(jìn)制信息1和0，通過施加脈沖電壓使磁電耦合系數(shù)在正負(fù)之間轉(zhuǎn)變，從而實(shí)現(xiàn)非易失信息存儲(chǔ)。該存儲(chǔ)器采用電寫磁讀方式，具有高速、低功耗、并行讀取、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制備等優(yōu)點(diǎn)，有望成為下一代通用型非易失存儲(chǔ)器，應(yīng)用前景廣闊。

（新華）

美國(guó)量子計(jì)算芯片研發(fā)獲重要進(jìn)展

美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）的研究人員研制出一款量子計(jì)算原型芯片，可用于實(shí)現(xiàn)量子位元的離子阱與激發(fā)量子態(tài)的激光光路的集成，在量子計(jì)算發(fā)展的道路上邁出了重要一步。

此前，研究人員已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)了由12個(gè)量子位組成的量子計(jì)算系統(tǒng)，但通常的實(shí)現(xiàn)方式儀器設(shè)備復(fù)雜、體積龐大。而實(shí)用化的量子計(jì)算機(jī)需要將量子計(jì)算器件微型化。

MIT的研究人員研制的芯片在表面由嵌入式電極實(shí)現(xiàn)了“表面離子阱”，利用電場(chǎng)將離子捕獲懸浮于電極上方50μm處，每個(gè)離子阱僅相距5μm，具有良好的可拓展性，可用于開發(fā)多量子位系統(tǒng)。更重要的是，研究人員將激發(fā)離子阱量子態(tài)的激光光路也集成在了同一塊芯片上。該芯片采用石英基底，基底上覆蓋一層氮化硅光導(dǎo)層，用以控制光路；在鈮電極的下方，設(shè)置了衍射光柵，可將激光集中于電極上方的離子阱上。

目前，該原型芯片尚不能調(diào)制激發(fā)每個(gè)離子阱的激光強(qiáng)度，而不同的激光強(qiáng)度對(duì)于量子計(jì)算編程來說是必要的。未來，研究人員將在這一方向繼續(xù)努力，促使量子信息處理芯片早日問世。

（科技部）