信息科技

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基于星座的量子通信进展

中科大潘建伟教授及其同事彭承志、张强等组成的研究组，成功实现了白天远距离（53km）自由空间量子密钥分发，通过地基实验在信道损耗和噪声水平方面有效验证了未来构建基于量子星座的星地、星间量子通信网络的可行性；相关研究发表于《自然—光子学》。世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”目前已经在国际上成功实现了首次星地量子通信，然而由于阳光噪声的影响，“墨子号”卫星只能在夜晚工作，单颗该类低轨道卫星至少需要3天才能完成全球范围内地面站点的覆盖。为抑制白天阳光背景噪声，研究团队从3个方面发展关键技术，验证了太阳光背景下开展星地、星间量子密钥分发的可行性，为构建量子星座打下了基础。

量子星座为基础的量子通信网络示意图

青海湖相距53公里的两点间完成了白天阳光背景下的量子密钥分发实验

基于光纤激发石墨烯布里渊光机谐振新现象的超高灵敏度光纤气体传感研究

电子科技大学光纤传感与通信教育部实验室饶云江教授与国内外科学家合作开展基于石墨烯增强布里渊光机微谐振器的超敏气体探测的研究，论文发表于《纳米快报》。通过在高Q值微流谐振腔内部沉积还原石墨烯，发现了一种增强的前向相位匹配布里渊光机力学谐振现象，其具有极高的表面分子响应灵敏度。采用光纤耦合技术，提出了基于石墨烯增强布里渊光机谐振频谱分析以测量气体浓度的新方法，该方法将常规石墨烯光学器件中的“电子—光子”相互作用扩展到“电子—声子—光子”的相互作用。气体噪声等效探测极限低至1ppb（为目前国际最好指标之一），动态测量范围为5个数量级。

新型杂化荧光传感器件设计

同济大学化学科学与工程学院闫冰教授课题组设计合成了一种基于双刺激响应型的荧光传感凝胶及浓度依存的逻辑运算装置，用于食品变质的实时检测，研究论文发表于《先进材料》。对在生物和环境中起到重要作用的物质进行识别已成为化学传感领域的研究目标。食品变质不仅会带来巨大的经济损失，更是造成食品安全隐患地最主要原因之一，会给人体健康带来严重危害，因此对食品腐变进行有效的实时监测和检测尤为重要。在目前的特定分析物的检测方法中，荧光传感因其检测速度快、灵敏度高、选择性好以及设备操作简单等优点受到青睐。

针刺神经生物学机制的多模态影像学研究

中国科学院分子影像重点实验室田捷研究员团队长期与中医针刺、医学影像学等多学科专家交叉合作，共同致力于利用现代信息技术手段和多模态医学成像技术揭示针刺作用机制的研究工作，学术专著《针刺神经生物学机制的多模态影像学研究》发表于Springer。针刺医学是我国传统文化的瑰宝，有着浓厚的文化底蕴与广泛的社会基础，具有丰富的实践经验、确切的临床疗效以及完善的系统理论。该专著回顾了早期针刺机理研究的结果与存在的问题，系统阐述了基于多模态神经影像的针刺持续性效应和针刺时空编码脑网络理论，以及针刺临床应用中针对典型适应症所存在的靶向性作用机制，对针刺机理研究未来的方向进行了展望。

GPCR信号转导的磷酸化密码

中国科学院上海药物研究所研究员徐华强领衔的国际交叉团队经过联合攻关，利用世界上最强X射线激光，成功解析磷酸化视紫红质（Rhodopsin）与阻遏蛋白（Arrestin）复合物的晶体结构，攻克了细胞信号传导领域的重大科学难题，研究成果发表于《细胞》。生命的功能是信号传导密码来体现或来执行的，GPCR是目前最成功的药物靶标，迄今40%左右的上市药物是以GPCR为靶点。GPCR作为细胞信号转导的“信号兵”，是通过下游G蛋白和阻遏蛋白两条主要的信号通路转导跨膜信号。阻遏蛋白与GPCR的结合是协调整合GPCR下游信号网络的关键，而GPCR的尾部磷酸化则是破解GPCR招募并结合阻遏蛋白难题的关键密码。

磷酸化视紫红质（Rhodopsin）与阻遏蛋白（Arrestin）复合物

T4L-Rhodopsin-Arrestin样品的液相色谱—串联质谱分析

东海黑潮涡旋研究

南京信息工程大学数值模拟与观测实验室主任董昌明教授团队在东海黑潮涡旋研究中获得发现，研究论文发表于《科学报告》。使用海表漂流浮标资料对东海黑潮两侧涡旋进行探测和统计，发现黑潮主段两侧次中尺度涡旋的分布具有明显的极性不对称特征：西侧以气旋式为主，而东侧则以反气旋式为主。该研究进一步从高分辨率数值模式的流场涡旋探测给予验证。通过诊断分析涡动能的能量收支，发现在黑潮左侧垂向浮力通量为涡旋生成的主要能量来源，右侧则归因于水平剪切。该研究结果是海洋西边界流区域涡旋研究的重要发现，对深入了解海洋涡旋的生成机制具有重要意义。

量子光学集成芯片

中国科学院西安光学精密机械研究所与国外科研机构合作，利用自行研制的光子芯片，基于微谐振腔中多个高纯度频率模式相干叠加的独特方案，解决了片上高维纠缠双光子态制备与控制的难题，证实了利用10级纠缠双光子态实现超100维的片上量子系统，并通过频率操控实现了对量子态的灵活控制，研究论文发表于《自然》。基于纠缠光子的光量子系统是解决现代量子物理和量子信息科学中诸多问题的核心基础。随着量子信息研究的深入，除多光子纠缠外，高维量子态因其携载信息能力远高于量子比特的优势，引起了广泛关注，已成为量子机理深层次研究、提升量子通信协议鲁棒性与速率，以及实现更高效量子计算等的关键手段。

高性能异质结光电探测器

中国科学院重庆绿色智能技术研究院微纳制造与系统集成研究中心与香港中文大学、电子科技大学、重庆理工大学合作，在基于硅表面的三维石墨烯原位生长技术上，将高性能异质结光电探测器方面的研究成果发表于Nanoscale。利用石墨烯作为电极的肖特基结光电探测器具有暗电流低、响应速度快和正面入射等优势。与二维石墨烯薄膜相比，三维石墨烯墙是由纵向生长的多层石墨烯形成的网格互连结构，保留了石墨烯薄膜拉曼特征峰；同时，三维石墨烯无需金属催化，可在硅衬底实现原位生长，避免金属催化剂和转移过程有机残留污染。研究团队利用三维石墨烯墙原位生长实现的超洁净硅—石墨烯界面，实现了高性能的光电探测器。