信息技術

大規模硅基集成高維光量子芯片實現

北京大學“極端光學創新研究團隊”王劍威、龔旗煌教授等與布里斯托爾大學物理系量子光學中心等單位合作，利用大規模集成硅基納米光量子芯片技術，實現對高維度光量子糾纏體系的高精度和普適化量子調控和量子測量，研究論文發表于Science。實現功能強大的量子信息處理芯片是當前量子科技革命的關鍵。研究團隊實現了一種新型的多路徑加載高維量子態方式，即每個光子以量子疊加態的形式同時存在于多條光波導路徑，從而實現了一個高達15×15的高維量子糾纏系統。通過可控地激發16個參量四波混頻單光子源陣列，可以制備具有任意復系數的高維度量子糾纏態。

基于硅納米光波導的大規模集成光量子芯片（圖片來源于北京大學）

基于硅納米光波導的大規模集成光量子芯片(可實現對高維量子糾纏體系的高精度、可編程、且任意通用量子操控和量子測量。)（圖片來源于北京大學科學研究部）

范德瓦爾斯異質結電子結構研究

中國科學院超導電子學卓越創新中心、上海微系統與信息技術研究所信息功能材料國家重點實驗室研究員沈大偉團隊利用超高分辨角分辨光電子能譜技術，在天然形成范德瓦爾斯異質結材料體系(PbSe）1.16(TiSe2）m中觀測到顯著的層間電荷轉移現象，進而通過結構和溫度改變實現了對其以及超導等多種衍生新奇物性的有效調控。相關研究成果發表于《物理評論快報》。通過改變材料中TiSe2的厚度可高效地調控層間的電荷轉移量，實現對系統中電聲子相互作用的遠超理論預期幅度的巨大調節；此外，發現利用范德瓦爾斯異質結不同層之間晶格熱膨脹系數的差異，通過溫度改變，可對異質結的層間電荷轉移進行高200%幅度的調控。

高效近紅外吸收/發射的碳納米點

中國科學院長春光學精密機械與物理研究所研究員曲松楠課題組研制出具有高效近紅外吸收/發光特性的碳納米點，實現了基于碳納米點的活體近紅外熒光成像，并在近紅外-Ⅱ區（1400nm）激發下同時實現了雙光子近紅外發射和三光子紅光發射，研究論文發表于《先進材料》。通過對紅光碳納米點表面進行吸電子基團修飾及對碳基內核層有序結構的無序化調控，使層狀碳基內核外片層與核內共軛結構分離，在近紅外波段產生新的發光帶隙，獲得了在近紅外光激發下具有高效近紅外發射的碳納米點，熒光量子效率達到10%。以該碳納米點為熒光成像試劑，實現了小鼠胃部及血液循環過程中的活體近紅外熒光成像。

太赫茲應力調制器研究

中國科學院合肥物質科學研究院強磁場科學中心盛志高課題組與上海大學博士金鉆明博士、合肥研究院固體物理研究所蘇付海研究員合作，實現了基于石墨烯的太赫茲應力調制器，研究論文發表于《先進光學材料》。太赫茲（Terahertz，THz）一般是指頻率介于1011～1013頻段的亞毫米電磁波。由于優越的波譜性能，太赫茲相關技術在通訊、安檢、傳感、國家安全等領域有著廣泛的應用前景，被稱為“改變未來世界的十大技術之一”。研究團隊構建了基于二維電子材料石墨烯的應力調制器件，通過采用自主搭建的太赫茲時域譜系統（THz-TDS），并系統研究了該器件的應力調制特性。

光子橫向自旋集成器件研究

中山大學電子信息與工程學院張彥峰、余思遠研究組與英國Bristol大學研究者合作，開展關于光子角動量的研究，最新成果發表于Nature Communications?；趫F隊自主研發的氮化硅光波導材料，通過調整氮化硅微環渦旋光束發射器件的波導尺寸調控倏逝區的橫向自旋，在發射的渦旋光束中首次直接觀測到橫向自旋導致的自旋—軌道角動量相互轉換，實現了對發射的渦旋光場角動量態的精確調控。使用該集成器件作為接收器，實現了對自旋—軌道角動量態的選擇性接收。研究發現的一個自旋—軌道耦合新途徑，揭示了光子角動量復雜而豐富的內涵。其潛在應用領域可包括高分辨顯微術、光譜、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（圖片來源于Nature Communications）

氮化硅微環渦旋光束發射器件橫向自旋與渦旋光束示意圖（圖片來源于中山大學）

仿生機器海豚定深運動控制

中國科學院自動化研究所復雜系統管理與控制國家重點實驗室喻俊志研究團隊，提出一種基于視線導航法和滑模觀測器的滑模模糊（SMFC）控制算法，解決了一類鰭肢機動型機器海豚的定深控制問題，相關論文發表于IEEE Transaction on Industrial Electronics。研究分析機器海豚的定深控制機制，通過改變雙側鰭肢的偏轉角來實現機器海豚的上浮/下潛，進一步簡化動力學方程；采用視線導航法，將定深控制問題轉化為俯仰角跟蹤控制問題?？紤]到機器海豚實現上浮/下潛必須有一定的前進速度提供俯仰力矩，采用了滑模觀測器來實時估計線性速度，結合視線法與滑模觀測器來設計復合滑?？刂破鳙@取定深過程中的驅動力和偏轉力矩。

激發反向空穴轉移動力學行為機制

中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心羅毅研究團隊張群研究組，在凝聚相超快光譜與動力學機理研究方面取得進展，揭示出甲醇分子（光催化研究中最常用的空穴犧牲劑之一）吸附于模型半導體材料（g-C3N4）表面所發生的光激發反向空穴轉移動力學行為機制；研究論文發表于《德國應用化學》。添加空穴犧牲劑雖已成為光催化研究領域的一項常規操作。研究團隊通過比照分析不同波長飛秒激光激發下的實驗結果，揭示了該類體系中存在的熱空穴轉移效應。通過比照分析不同空穴犧牲劑分子（如甲醇、乙醇、乙二醇等）存在下的反向空穴轉移速率，提出了衡量空穴犧牲能力的微觀動力學定量判據。

基于FPGA并行計算實現實時超聲全聚焦檢測

中國科學院聲學研究所超聲技術中心王沖等人研發了基于現場可編程門陣列的全并行計算架構，有效加速了超聲全聚焦檢測成像，實現實時成像的無損檢測，可廣泛應用于工業檢測領域，相關論文發表于《國際聲學與振動》。全聚焦檢測是基于超聲全數據采集的后處理成像方法，在每一個成像位置均利用完備的檢測信息進行聚焦成像，檢測分辨率和靈敏度顯著高于常規相控陣檢測技術，被稱為“黃金法則”。新計算架構可并行獨立合成多個TFM像素，極大地提高了成像計算效率，同時又能保證成像質量。整個TFM算法可完全在該FPGA架構內完成計算，最后只需將成像結果傳輸至顯示軟件，即可進行圖像觀察、分析診斷等。