大規(guī)模硅基集成高維光量子芯片實現(xiàn)

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

基于硅納米光波導(dǎo)的大規(guī)模集成光量子芯片（圖片來源于北京大學(xué)）

基于硅納米光波導(dǎo)的大規(guī)模集成光量子芯片(可實現(xiàn)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(xué)科學(xué)研究部）

范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)電子結(jié)構(gòu)研究

中國科學(xué)院超導(dǎo)電子學(xué)卓越創(chuàng)新中心、上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)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(shù)，在天然形成范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)材料體系(PbSe）1.16(TiSe2）m中觀測到顯著的層間電荷轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，進(jìn)而通過結(jié)構(gòu)和溫度改變實現(xiàn)了對其以及超導(dǎo)等多種衍生新奇物性的有效調(diào)控。相關(guān)研究成果發(fā)表于《物理評論快報》。通過改變材料中TiSe2的厚度可高效地調(diào)控層間的電荷轉(zhuǎn)移量，實現(xiàn)對系統(tǒng)中電聲子相互作用的遠(yuǎn)超理論預(yù)期幅度的巨大調(diào)節(jié)；此外，發(fā)現(xiàn)利用范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)不同層之間晶格熱膨脹系數(shù)的差異，通過溫度改變，可對異質(zhì)結(jié)的層間電荷轉(zhuǎn)移進(jìn)行高200%幅度的調(diào)控。

高效近紅外吸收/發(fā)射的碳納米點

中國科學(xué)院長春光學(xué)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(fā)光特性的碳納米點，實現(xiàn)了基于碳納米點的活體近紅外熒光成像，并在近紅外-Ⅱ區(qū)（1400nm）激發(fā)下同時實現(xiàn)了雙光子近紅外發(fā)射和三光子紅光發(fā)射，研究論文發(fā)表于《先進(jìn)材料》。通過對紅光碳納米點表面進(jìn)行吸電子基團修飾及對碳基內(nèi)核層有序結(jié)構(gòu)的無序化調(diào)控，使層狀碳基內(nèi)核外片層與核內(nèi)共軛結(jié)構(gòu)分離，在近紅外波段產(chǎn)生新的發(fā)光帶隙，獲得了在近紅外光激發(fā)下具有高效近紅外發(fā)射的碳納米點，熒光量子效率達(dá)到10%。以該碳納米點為熒光成像試劑，實現(xiàn)了小鼠胃部及血液循環(huán)過程中的活體近紅外熒光成像。

太赫茲應(yīng)力調(diào)制器研究

中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強磁場科學(xué)中心盛志高課題組與上海大學(xué)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(xiàn)了基于石墨烯的太赫茲應(yīng)力調(diào)制器，研究論文發(fā)表于《先進(jìn)光學(xué)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(yōu)越的波譜性能，太赫茲相關(guān)技術(shù)在通訊、安檢、傳感、國家安全等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，被稱為“改變未來世界的十大技術(shù)之一”。研究團隊構(gòu)建了基于二維電子材料石墨烯的應(yīng)力調(diào)制器件，通過采用自主搭建的太赫茲時域譜系統(tǒng)（THz-TDS），并系統(tǒng)研究了該器件的應(yīng)力調(diào)制特性。

光子橫向自旋集成器件研究

中山大學(xué)電子信息與工程學(xué)院張彥峰、余思遠(yuǎn)研究組與英國Bristol大學(xué)研究者合作，開展關(guān)于光子角動量的研究，最新成果發(fā)表于Nature Communications。基于團隊自主研發(fā)的氮化硅光波導(dǎo)材料，通過調(diào)整氮化硅微環(huán)渦旋光束發(fā)射器件的波導(dǎo)尺寸調(diào)控倏逝區(qū)的橫向自旋，在發(fā)射的渦旋光束中首次直接觀測到橫向自旋導(dǎo)致的自旋—軌道角動量相互轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了對發(fā)射的渦旋光場角動量態(tài)的精確調(diào)控。使用該集成器件作為接收器，實現(xiàn)了對自旋—軌道角動量態(tài)的選擇性接收。研究發(fā)現(xiàn)的一個自旋—軌道耦合新途徑，揭示了光子角動量復(fù)雜而豐富的內(nèi)涵。其潛在應(yīng)用領(lǐng)域可包括高分辨顯微術(shù)、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(huán)渦旋光束發(fā)射器件橫向自旋與渦旋光束示意圖（圖片來源于中山大學(xué)）

仿生機器海豚定深運動控制

中國科學(xué)院自動化研究所復(fù)雜系統(tǒng)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(dǎo)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(guān)論文發(fā)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(cè)鰭肢的偏轉(zhuǎn)角來實現(xiàn)機器海豚的上浮/下潛，進(jìn)一步簡化動力學(xué)方程；采用視線導(dǎo)航法，將定深控制問題轉(zhuǎn)化為俯仰角跟蹤控制問題?？紤]到機器海豚實現(xiàn)上浮/下潛必須有一定的前進(jìn)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(jié)合視線法與滑模觀測器來設(shè)計復(fù)合滑?？刂破鳙@取定深過程中的驅(qū)動力和偏轉(zhuǎn)力矩。

激發(fā)反向空穴轉(zhuǎn)移動力學(xué)行為機制

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)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(xué)機理研究方面取得進(jìn)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(dǎo)體材料（g-C3N4）表面所發(fā)生的光激發(fā)反向空穴轉(zhuǎn)移動力學(xué)行為機制；研究論文發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》。添加空穴犧牲劑雖已成為光催化研究領(lǐng)域的一項常規(guī)操作。研究團隊通過比照分析不同波長飛秒激光激發(fā)下的實驗結(jié)果，揭示了該類體系中存在的熱空穴轉(zhuǎn)移效應(yīng)。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(zhuǎn)移速率，提出了衡量空穴犧牲能力的微觀動力學(xué)定量判據(jù)。

基于FPGA并行計算實現(xiàn)實時超聲全聚焦檢測

中國科學(xué)院聲學(xué)研究所超聲技術(shù)中心王沖等人研發(fā)了基于現(xiàn)場可編程門陣列的全并行計算架構(gòu)，有效加速了超聲全聚焦檢測成像，實現(xiàn)實時成像的無損檢測，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)檢測領(lǐng)域，相關(guān)論文發(fā)表于《國際聲學(xué)與振動》。全聚焦檢測是基于超聲全數(shù)據(jù)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(jìn)行聚焦成像，檢測分辨率和靈敏度顯著高于常規(guī)相控陣檢測技術(shù)，被稱為“黃金法則”。新計算架構(gòu)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(zhì)量。整個TFM算法可完全在該FPGA架構(gòu)內(nèi)完成計算，最后只需將成像結(jié)果傳輸至顯示軟件，即可進(jìn)行圖像觀察、分析診斷等。