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          江蘇科創(chuàng)力量閃耀國家“十三五”科技創(chuàng)新成就展

          交匯點訊 功能集成光量子芯片、CMOS毫米波芯片和集成相控陣、“悟空”號暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星、《中國土系志》叢書……近日,在國家“十三五”科技創(chuàng)新成就展上,江蘇多個重大科技成果閃耀亮相,在前沿科技、基礎(chǔ)研究、工程應(yīng)用等方面,展現(xiàn)出江蘇勇攀科技高峰、肩挑時代使命的奮力作為。



          觸摸科技前沿脈動,硬核成果領(lǐng)跑賽道

          展覽上,南京大學(xué)多個高精尖科技成果“組團出道”,包括“功能集成光量子芯片”“基于多源衛(wèi)星遙感的高分辨率全球碳同化系統(tǒng)研究”“基序表位設(shè)計用于突發(fā)傳染病快速診斷POCT 和治療抗體的研發(fā)”的相關(guān)成果,以及四項專用先進技術(shù)成果。



          “功能集成光量子芯片”項目成果是在“量子調(diào)控與量子信息”重點專項資助下,圍繞功能集成光子芯片及其應(yīng)用這一目標,在高維量子光源、光量子芯片和移動量子通信平臺系統(tǒng)等方面取得的系統(tǒng)性成果。

          《科技周刊》記者注意到,2020年以來,南京大學(xué)祝世寧團隊多次在量子通信上取得重大突破。此前人們的研究集中在基于光纖和衛(wèi)星的量子鏈路,用于實現(xiàn)固定點間的量子鏈接。2020年初,祝世寧團隊提出以無人機等移動平臺作為量子網(wǎng)絡(luò)的基本節(jié)點,構(gòu)建移動量子通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)想,成功完成了第一個基于無人機的量子糾纏分發(fā)實驗。南京大學(xué)教授謝臻達介紹,項目團隊開發(fā)了重量僅468克的集成化量子光源,成功搭載于自主研發(fā)的無人機平臺,演示了其在白天、雨天等多氣象條件下工作的能力,首次提出并實現(xiàn)用無人機構(gòu)建“移動量子通信網(wǎng)絡(luò)”,為移動量子通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和發(fā)展提出了一種新的方案。



          量子通信向?qū)嵱眠~進的一大阻礙是其傳播速度。“目前,量子通信的信息傳輸速度還遠遠地低于光纖通信速度?!蹦暇┐髮W(xué)固體微結(jié)構(gòu)物理國家重點實驗室研究員王漱明對記者科普道。2020年6月,團隊在高維量子糾纏光源研究中取得重大突破,成功制備了高維量子糾纏光源。研究突破了現(xiàn)有量子光源的技術(shù)瓶頸和信息編碼維度限制,將超構(gòu)透鏡與非線性光學(xué)晶體組合在一起,構(gòu)成全新的超構(gòu)表面量子光源系統(tǒng),“我們設(shè)計并制備出10×10的超構(gòu)透鏡陣列,通過路徑編碼的方式提高維度?!蓖跏髡f,從理論上說,如果增加透鏡陣列數(shù),糾纏光子的維度還可以進一步提高,在不久的將來,有望應(yīng)用于高維度的量子通信、量子計算、量子存儲等領(lǐng)域。

          如何高效的制備高維糾纏光子對并對其進行高精度、可編程的任意相干調(diào)控,是量子信息技術(shù)走向規(guī)模應(yīng)用的一大挑戰(zhàn)。負責(zé)這項攻關(guān)的南京大學(xué)教授馬小松介紹道,他們利用微納加工,借助硅的三階非線性,通過對芯片上光子的路徑模式進行編碼,實現(xiàn)光子芯片上的三維量子糾纏態(tài)的產(chǎn)生,濾波,調(diào)控等多項功能,并且實現(xiàn)了量子模擬與量子精密測量等應(yīng)用任務(wù)。該研究為將來實現(xiàn)大規(guī)模量子芯片及其在量子信息技術(shù)的普及提供了重要基礎(chǔ)。

          紫金山實驗室“十三五”期間代表性原創(chuàng)科技成果——CMOS毫米波芯片和集成相控陣此次也參加了展覽。該成果突破了CMOS器件固有瓶頸,具有超高集成度、超低成本等特點,對于支撐我國移動通信技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展意義重大。



          中國工程院院士劉韻潔表示,紫金山實驗室項目團隊解決了硅基CMOS毫米波Ka頻段相控陣芯片的核心技術(shù)瓶頸問題,在CMOS毫米波芯片成功研制后,還完成了芯片封裝和測試。“每通道成本由1000元降至20元,可以預(yù)見,未來5G通信建設(shè)成本將大大降低。”同時,實驗室進一步封裝集成1024通道天線單元的毫米波大規(guī)模有源天線陣列,推動天線大規(guī)模應(yīng)用。劉韻潔介紹,CMOS毫米波芯片及可拼接式大規(guī)模相控陣,頻率覆蓋范圍24.25 - 27.5 GHz,符合3GPP 5G NR標準協(xié)議定義的400MHz/64-QAM調(diào)制信號傳輸格式,這意味著芯片與天線陣列能夠成為消除信號盲點、建立覆蓋全球每個角落的寬帶通信網(wǎng)絡(luò)的強力引擎。目前,該成果已在車載、船載和無人機寬帶衛(wèi)星移動通信及毫米波5G領(lǐng)域得到規(guī)模性應(yīng)用。

          筑牢基礎(chǔ)研究根基,原始創(chuàng)新厚積薄發(fā)

          科技創(chuàng)新要打牢基礎(chǔ)研究的“地基”。“十三五”期間,我省發(fā)力基礎(chǔ)研究,取得一系列重大原始創(chuàng)新成果,為科技強國貢獻更多江蘇力量。

          在國家“十三五”科技創(chuàng)新成就展“基礎(chǔ)研究”展區(qū),中國科學(xué)院紫金山天文臺主導(dǎo)研制的“悟空號”暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星展板,展示了目前為止世界上最精確的TeV量區(qū)的宇宙線正負電子、質(zhì)子以及氦核能譜。“‘悟空號’是我國第一顆空間天文衛(wèi)星,是我國進入空間科學(xué)新時代的重要里程碑?!弊辖鹕教煳呐_“悟空號”團隊相關(guān)負責(zé)人介紹,自2015年12月17日發(fā)射入軌以來,“悟空號”穩(wěn)定工作已接近六年時間,探測器各項指標狀態(tài)仍然優(yōu)良,目前已累計觀測到宇宙線事例接近110億個,“隨著科學(xué)數(shù)據(jù)的不斷積累,‘悟空號’有望在暗物質(zhì)間接探測、宇宙線能譜測量以及伽瑪射線天文方面取得更多科學(xué)成果?!?/p>



          萬物土中生,土壤是人類生存之本,也是“綠水青山”的根。土壤類型的科學(xué)鑒定、特征屬性記錄和表達,一直以來是土壤利用和管理關(guān)注的基礎(chǔ)科學(xué)問題。但是長期以來,囿于土壤分類研究的龐雜性和基礎(chǔ)性,土系鑒定工作在我國一直處于空白狀態(tài)。中國科學(xué)院南京土壤研究所張甘霖研究員主持的國家科技基礎(chǔ)性工作專項重點項目“我國土系調(diào)查與《中國土系志》編制”,在“十三五”期間終于形成重要成果——《中國土系志》叢書,此次也參加了展出。



          “土系是土壤類型的基層單元,也是屬性表述和記錄的最小‘個體’,土系志可以通俗理解為給土壤建立‘個人檔案’?!睆埜柿亟榻B,《中國土系志》叢書是我國首部基于定量化標準和統(tǒng)一分類原則,覆蓋全國范圍的土壤系統(tǒng)分類科技專著,是中國土壤分類發(fā)展史上的一個里程碑。在全國26家高校和科研單位400多人的共同努力下,我國土系調(diào)查歷經(jīng)十余年,建立了基于定量標準的土系4351個。《中國土系志》叢書是新時期我國土壤分類的標志性成果,也是土壤類型資料的重要組成部分,它滿足當(dāng)前和今后土壤資源管理和科學(xué)研究對土壤信息的需求,為農(nóng)業(yè)、環(huán)境和國土規(guī)劃以及土壤科學(xué)研究,提供了可靠、系統(tǒng)、規(guī)范的科學(xué)數(shù)據(jù)和決策依據(jù)。

          助力重大工程應(yīng)用,推動“雙碳”目標實現(xiàn)

          生態(tài)環(huán)境事關(guān)民生福祉,用科技賦能生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)代化治理,守好“綠水青山”,助力實現(xiàn)“碳達峰碳中和”,江蘇做出積極實踐,獲得一系列可復(fù)制推廣應(yīng)用的重大成果。

          南京市水利科學(xué)院此次帶著“水力式升船機關(guān)鍵技術(shù)及實踐”等圍繞保障國家水安全等重大需求的科研成果登臺亮相。據(jù)介紹,水力式升船機是世界首創(chuàng)、中國原創(chuàng)的全新升船機型式。



          “作為一種利用水能作為提升動力和安全保障措施的全新升船機,水力式升船機利用上下游水位差,向豎井充泄水改變平衡重浮力驅(qū)動船廂升降,不僅實現(xiàn)了從電力驅(qū)動到水力驅(qū)動的全新轉(zhuǎn)變,還使升船機真正達到了自適應(yīng)‘全平衡’?!蹦暇┦兴茖W(xué)院水工所所長胡亞安介紹,水力式升船機顯著提升了升船機的安全性、可靠性、適用性和經(jīng)濟性,已在景洪樞紐成功應(yīng)用,打通了瀾滄江-湄公河水運主通道,為實現(xiàn)瀾湄合作的國家戰(zhàn)略發(fā)揮了重要推動作用?!芭c電力驅(qū)動升船機方案相比,水力式升船機運行維護費可降低50%以上,500t級水力式升船機每年可減少二氧化碳排放量1130t,有利于推動實現(xiàn)‘碳達峰碳中和’目標。”胡亞安表示。



          太湖藍藻水華暴發(fā)的主要原因是什么?如何通過防控技術(shù)和生態(tài)修復(fù)還太湖以碧水藍天?在“水污染與治理”重大專項主題展區(qū),中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所的水專項成果吸引眾多觀眾駐足,展品以太湖流域水污染與治理成套技術(shù)VR視頻體驗等形式,充分展示了地湖所在太湖藍藻水華暴發(fā)機理、防控技術(shù)和生態(tài)修復(fù)方面的重要研究成果。

          “十三五”期間,地湖所承擔(dān)了國家水專項太湖流域梅梁灣項目。項目負責(zé)人介紹,針對梅梁灣濱湖城市水體河道水質(zhì)斷面不穩(wěn)定達標、部分河段黑臭、藍藻水華頻繁入侵、河湖生境退化和生態(tài)服務(wù)功能低下等問題,項目組在以蠡湖為核心的60平方公里綜合示范區(qū),采用“控制外藻輸入—河道原位控藻—河網(wǎng)水系調(diào)活—河口生境優(yōu)化—湖泊生態(tài)修復(fù)”的技術(shù)研發(fā)思路,突破了大流量漂浮藍藻顆??焖偾宄夹g(shù)等14項關(guān)鍵技術(shù),集成了河口藍藻水華綜合防控與清除等5項成套技術(shù),研制了輸入性藍藻污染河網(wǎng)水體的高效除藻裝置。核心技術(shù)在太湖東北片區(qū)得到推廣應(yīng)用,顯著改善了河流和湖體生境條件。

          該項目獲得了環(huán)??茖W(xué)技術(shù)一等獎等省部級獎勵5項?!俺晒脒x國家‘十三五’科技創(chuàng)新成就展,對項目組來說是莫大的激勵。未來我們將繼續(xù)扎根基層,為水生態(tài)環(huán)境保護提供技術(shù)支撐,并不斷推動科研項目成果轉(zhuǎn)化,形成一批系統(tǒng)的、可復(fù)制、可推廣的水污染防治成套技術(shù)方案,為地方水環(huán)境治理提供技術(shù)保障?!表椖肯嚓P(guān)負責(zé)人說。

          新華日報·交匯點記者 蔡姝雯 楊頻萍 張宣


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