信息科技

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基于星座的量子通信進展

中科大潘建偉教授及其同事彭承志、張強等組成的研究組，成功實現了白天遠距離（53km）自由空間量子密鑰分發，通過地基實驗在信道損耗和噪聲水平方面有效驗證了未來構建基于量子星座的星地、星間量子通信網絡的可行性；相關研究發表于《自然—光子學》。世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”目前已經在國際上成功實現了首次星地量子通信，然而由于陽光噪聲的影響，“墨子號”衛星只能在夜晚工作，單顆該類低軌道衛星至少需要3天才能完成全球范圍內地面站點的覆蓋。為抑制白天陽光背景噪聲，研究團隊從3個方面發展關鍵技術，驗證了太陽光背景下開展星地、星間量子密鑰分發的可行性，為構建量子星座打下了基礎。

量子星座為基礎的量子通信網絡示意圖

青海湖相距53公里的兩點間完成了白天陽光背景下的量子密鑰分發實驗

基于光纖激發石墨烯布里淵光機諧振新現象的超高靈敏度光纖氣體傳感研究

電子科技大學光纖傳感與通信教育部實驗室饒云江教授與國內外科學家合作開展基于石墨烯增強布里淵光機微諧振器的超敏氣體探測的研究，論文發表于《納米快報》。通過在高Q值微流諧振腔內部沉積還原石墨烯，發現了一種增強的前向相位匹配布里淵光機力學諧振現象，其具有極高的表面分子響應靈敏度。采用光纖耦合技術，提出了基于石墨烯增強布里淵光機諧振頻譜分析以測量氣體濃度的新方法，該方法將常規石墨烯光學器件中的“電子—光子”相互作用擴展到“電子—聲子—光子”的相互作用。氣體噪聲等效探測極限低至1ppb（為目前國際最好指標之一），動態測量范圍為5個數量級。

新型雜化熒光傳感器件設計

同濟大學化學科學與工程學院閆冰教授課題組設計合成了一種基于雙刺激響應型的熒光傳感凝膠及濃度依存的邏輯運算裝置，用于食品變質的實時檢測，研究論文發表于《先進材料》。對在生物和環境中起到重要作用的物質進行識別已成為化學傳感領域的研究目標。食品變質不僅會帶來巨大的經濟損失，更是造成食品安全隱患地最主要原因之一，會給人體健康帶來嚴重危害，因此對食品腐變進行有效的實時監測和檢測尤為重要。在目前的特定分析物的檢測方法中，熒光傳感因其檢測速度快、靈敏度高、選擇性好以及設備操作簡單等優點受到青睞。

針刺神經生物學機制的多模態影像學研究

中國科學院分子影像重點實驗室田捷研究員團隊長期與中醫針刺、醫學影像學等多學科專家交叉合作，共同致力于利用現代信息技術手段和多模態醫學成像技術揭示針刺作用機制的研究工作，學術專著《針刺神經生物學機制的多模態影像學研究》發表于Springer。針刺醫學是我國傳統文化的瑰寶，有著濃厚的文化底蘊與廣泛的社會基礎，具有豐富的實踐經驗、確切的臨床療效以及完善的系統理論。該專著回顧了早期針刺機理研究的結果與存在的問題，系統闡述了基于多模態神經影像的針刺持續性效應和針刺時空編碼腦網絡理論，以及針刺臨床應用中針對典型適應癥所存在的靶向性作用機制，對針刺機理研究未來的方向進行了展望。

GPCR信號轉導的磷酸化密碼

中國科學院上海藥物研究所研究員徐華強領銜的國際交叉團隊經過聯合攻關，利用世界上最強X射線激光，成功解析磷酸化視紫紅質（Rhodopsin）與阻遏蛋白（Arrestin）復合物的晶體結構，攻克了細胞信號傳導領域的重大科學難題，研究成果發表于《細胞》。生命的功能是信號傳導密碼來體現或來執行的，GPCR是目前最成功的藥物靶標，迄今40%左右的上市藥物是以GPCR為靶點。GPCR作為細胞信號轉導的“信號兵”，是通過下游G蛋白和阻遏蛋白兩條主要的信號通路轉導跨膜信號。阻遏蛋白與GPCR的結合是協調整合GPCR下游信號網絡的關鍵，而GPCR的尾部磷酸化則是破解GPCR招募并結合阻遏蛋白難題的關鍵密碼。

磷酸化視紫紅質（Rhodopsin）與阻遏蛋白（Arrestin）復合物

T4L-Rhodopsin-Arrestin樣品的液相色譜—串聯質譜分析

東海黑潮渦旋研究

南京信息工程大學數值模擬與觀測實驗室主任董昌明教授團隊在東海黑潮渦旋研究中獲得發現，研究論文發表于《科學報告》。使用海表漂流浮標資料對東海黑潮兩側渦旋進行探測和統計，發現黑潮主段兩側次中尺度渦旋的分布具有明顯的極性不對稱特征：西側以氣旋式為主，而東側則以反氣旋式為主。該研究進一步從高分辨率數值模式的流場渦旋探測給予驗證。通過診斷分析渦動能的能量收支，發現在黑潮左側垂向浮力通量為渦旋生成的主要能量來源，右側則歸因于水平剪切。該研究結果是海洋西邊界流區域渦旋研究的重要發現，對深入了解海洋渦旋的生成機制具有重要意義。

量子光學集成芯片

中國科學院西安光學精密機械研究所與國外科研機構合作，利用自行研制的光子芯片，基于微諧振腔中多個高純度頻率模式相干疊加的獨特方案，解決了片上高維糾纏雙光子態制備與控制的難題，證實了利用10級糾纏雙光子態實現超100維的片上量子系統，并通過頻率操控實現了對量子態的靈活控制，研究論文發表于《自然》。基于糾纏光子的光量子系統是解決現代量子物理和量子信息科學中諸多問題的核心基礎。隨著量子信息研究的深入，除多光子糾纏外，高維量子態因其攜載信息能力遠高于量子比特的優勢，引起了廣泛關注，已成為量子機理深層次研究、提升量子通信協議魯棒性與速率，以及實現更高效量子計算等的關鍵手段。

高性能異質結光電探測器

中國科學院重慶綠色智能技術研究院微納制造與系統集成研究中心與香港中文大學、電子科技大學、重慶理工大學合作，在基于硅表面的三維石墨烯原位生長技術上，將高性能異質結光電探測器方面的研究成果發表于Nanoscale。利用石墨烯作為電極的肖特基結光電探測器具有暗電流低、響應速度快和正面入射等優勢。與二維石墨烯薄膜相比，三維石墨烯墻是由縱向生長的多層石墨烯形成的網格互連結構，保留了石墨烯薄膜拉曼特征峰；同時，三維石墨烯無需金屬催化，可在硅襯底實現原位生長，避免金屬催化劑和轉移過程有機殘留污染。研究團隊利用三維石墨烯墻原位生長實現的超潔凈硅—石墨烯界面，實現了高性能的光電探測器。