国内外科技创新前沿技术成果与最新发现

◎ 本刊综合报道

中国科研团队首次实现20个超导量子全局纠缠

日前，中国科研团队在量子计算领域再次创造世界纪录！浙江大学、中科院物理所、中科院自动化所以及北京计算科学研究中心等国内单位合作，开发出具有20 个超导量子比特的量子芯片，并成功实现对其操控及全局纠缠。这一重磅成果刊登在了国际顶级杂志《Science》。这“璀璨” 的187 纳秒，见证了人类在量子计算的研究道路上又迈进了一步。量子计算的成功依赖于纠缠大规模系统的能力。研究人员开发了各种各样的平台，其中以超导量子比特和捕获原子为基础的架构是最先进的。在这样的量子系统上证明纠缠的可控生成和检测是大规模量子处理器发展的重要方向。然而，在完全可控和可扩展的量子平台上生成和验证多比特量子纠缠态仍然是一个突出的挑战。本研究报告了在一个量子处理器上生成18 比特的全局纠缠的GHZ 态，以及20 比特的薛定谔猫态。通过设计单轴扭曲哈密顿量，量子比特系统一旦初始化，就会连贯地演化为多分量原子薛定谔猫态-即原子相干态的叠加，包括 GHZ 态在预期的特定时间间隔的叠加。研究人员表示，多粒子纠缠的操纵作为量子计算的技术制高点，一直是国际角逐的焦点。操控这些量子比特生成全局纠缠态，标志着中国科研团队能够真正调动起这些量子比特。

我科学家领衔实现高性能单光子源

单光子源是光学量子信息技术的核心资源。中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳、霍永恒等和中山大学余思远小组、国家纳米科学中心戴庆小组及德国、丹麦学者合作，在国际上首次提出椭圆微腔耦合实现确定性偏振单光子的理论方案，并在窄带和宽带两种微腔上成功实验实现了确定性偏振、高纯度、高全同性和高效率的单光子源，为光学量子计算特别是超越经典计算能力的“量子霸权”的实现奠定了坚实的科学基础。论文近日在国际权威学术期刊《自然·光子学》上在线发表。审稿人评价该工作“解决了一个长期存在的挑战”。一个完美的单光子源需要同时满足确定性偏振、高纯度、高全同性和高效率等严苛条件。要实现完美的单光子源存在着两个悬而未决的难题：一是量子点会随机发射两种偏振的光子，二是共振激发需要消除背景激光。解决上述两个关键问题需要理论和实验的同步创新。在理论上，中国科大研究组提出采用椭圆微腔打破对称性的方案，使腔模劈裂成两个非简并的垂直偏振的模式，从而选择性地增强单一偏振的单光子。在实验上，研究组发展了垂直偏振无损消光技术，从而同时解决了上述的两个难题。在此基础上，研究组分别在窄带微柱和宽带靶眼微腔中，实验制备同时满足确定性偏振、高纯度、高全同性和高效率的单光子源，再次刷新了单光子源综合性能的国际纪录，为“量子霸权” 目标的实现迈进了重要一步。

我自主研发光电编码器核心技术取得突破

8 月29 日从中国高科技产业化研究会获悉，经中国工程院院士尤政领衔的业内专家组评定，我国自主研发的高精度绝对式旋转光电编码器核心芯片及相关技术为国内首创，达国际先进水平。据介绍，旋转光电编码器是一种利用光电原理获取旋转轴转动角度变化的传感器，集光学、电子和精密机械技术于一体，广泛用于电梯、机器人、无人机、数控机床、精雕机、医疗器械等，是实现智能制造过程中不可或缺的高端控制传感器设备。据了解，该团队自主研发攻克了光电编码器核心技术，旋转光电编码器芯片由光电二极管阵列、高精度低噪声运算放大器、第二级固定增益放大器和带回差的迟滞比较器等构成，精度达到23 位，并发明了一种新的分体式编码器结构，由此结构衍生出新的分体式编码器校准方法和安装方法，降低分体式编码器校准和安装过程中的操作难度，显著减少分体式编码器的整机厚度，节省编码器的安装空间。

新设计让太阳能电池更高效

所有现代太阳能电池板都采用相同的工作原理，那就是一个光子产生一个激子，然后激子转换成电流。有一些分子可在太阳能电池中实现从单个光子产生两个激子，这一过程被称为单线态裂变。然而，使用这种分子的最大挑战之一是，两个激子的存活时间非常短（几十纳秒），使其难以作为一种电力来捕获。在美国海军研究办公室的资助下，哥伦比亚大学研究团队通过新的设计规则，开发出了迄今为止最有效和技术上最有用的分子内单线态裂变材料。新设计的有机分子可快速产生两种激子，这两种激子比目前最先进工艺产生的激子寿命更长，这将使每个光子产生的电能都可被太阳能电池吸收。研究人员表示，新研究为从根本上了解这些激子如何处理单个分子，以及理解它们如何有效地应用于受光放大信号影响的设备打开了大门。该研究成果不仅可用于下一代太阳能设备生产，还可推进化学、传感器和成像中的光催化过程，用以制造药品、塑料和许多其他类型的消费化学品。

黏土增强水凝胶可更好促进骨愈合

据《自然·通信》最新报道，美国加州大学洛杉矶分校开发的一种新型多孔水凝胶，能诱导天然存在的干细胞的迁移，有效促进组织修复和再生。小鼠模型实验显示，这种水凝胶可更好地促进骨愈合。水凝胶是由聚合物链接成3D 网络组成的生物材料。由于这种网络吸水能力强，而且与活性组织的结构相似性，可用于将细胞输送到缺陷区域以再生缺损的组织。然而，水凝胶的小孔径限制了移植细胞的存活、扩张和新组织的形成，使其不太适合组织再生。黏土具有分层结构，且表面带负电荷。将水凝胶插入黏土层，形成的具有更多孔结构的黏土增强水凝胶，可更好地促进骨形成。研究人员将黏土增强水凝胶注入颅骨缺损的小鼠模型。6 周后，他们发现该模型通过其自身发生的干细胞迁移和生长，显示出明显的骨愈合。研究人员表示，这项研究将促进开发具有高孔隙度的下一代水凝胶系统，并大大改善目前的骨移植材料。