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具超长可重复相干时间的通量量子比特问世

以色列巴伊兰大学物理系暨量子纠缠科学与技术中心迈克尔·斯特恩及其同事基于一种称为超导通量量子比特的不同类型的电路构建超导处理器。在2003年1月发表于《物理评论应用》上的一篇论文中，他们提出了一种控制和制造通量量子比特的新方法，该方法具有前所未有的可重复长相干时间。

通量量子比特是一种微米大小的超导环路，其中电流可顺时针或逆时针流动，也可双向量子叠加。与传输子（transmon）量子比特相反，这些通量量子比特是高度非线性的对象，因此可在非常短的时间内以高保真度（即无错误地进行计算的能力）进行操作。

超导传输子量子比特被认为是可扩展量子处理器的基本构建块。多年来，传输子量子比特的保真度不断提高，IBM、亚马逊和谷歌等科技巨头在最近的竞争中相继展示了量子优越性。

但随着处理器变得越来越大，如IBM刚刚宣布推出一款具400多个传输子量子比特的处理器，此类系统的保真度和可扩展性要求变得越来越严格。特别是，传输子量子比特是弱非线性对象，这本质上限制了它们的保真度，并且由于频率拥挤的问题带来了对可扩展性的担忧。

而通量量子比特的主要缺点是，它们特别难以控制和制造，这导致了相当大的不可重复性，之前它们在工业中的使用仅限于量子退火优化过程。

在新研究中，研究团队与澳大利亚墨尔本大学合作，使用新颖的制造技术和最先进的设备，成功地克服了这一范式的重大障碍。

斯特恩表示，他们在这些量子比特的控制和可重复性方面取得了显著改善。这种可重复性使他们能够分析阻碍相干时间的因素并系统地消除它们。这项工作为量子混合电路和量子计算领域的许多潜在应用铺平了道路。

这项研究得到了以色列科学基金会的支持。

（来源：科技日报）

拓扑绝缘体中首次产生激子

德国维尔茨堡—德累斯顿卓越集群ct-qmat合作团队在量子研究方面取得突破，他们首次在拓扑绝缘体中探测到激子（电中性准粒子）。这一发现归功于拓扑绝缘子发源地维尔茨堡的智能材料设计，为新一代光驱动计算机芯片和量子技术铺平了道路。研究发表在2023年1月《自然·通讯》杂志上。

拓扑绝缘体能实现电流的无损传导和强大的信息存储，有望成为未来量子技术新材料的候选。以前使用拓扑绝缘子的概念是基于施加电压来控制电流，这是从传统计算机芯片采用的一种方法。然而，如果某种奇异材料是基于电中性粒子（既不带正电荷也不带负电荷），那么电压就不再起作用。因此，如果要产生这种量子现象，就需要其他工具，例如光。

研究人员之前使用的材料是铋烯，铋烯的重原子使其成为拓扑绝缘体，可沿边缘无损导电。现在，研究团队首次在拓扑绝缘体中产生了激子。

量子物理学家拉尔夫·克莱森教授说：“我们第一次在拓扑绝缘体中产生并实验检测被称为激子的准粒子。因此，我们创造了一种新的固态物理工具包，可用光学控制电子。这一原理可能成为一种新型电子元件的基础。”

激子是一种只有在某些类型的量子物质中才能产生的激发电子态。“我们通过在只有一层原子的薄膜上施加短光脉冲来产生激子。”克莱森解释说，其不同寻常之处在于，激子在拓扑绝缘体中被激活。这为拓扑绝缘体开辟了一条全新的研究路线。

近10年来，人们一直在研究其他二维半导体中的激子，并将其作为光驱动元件的信息载体。克莱森说：“光和激子之间的相互作用意味着我们可以在这类材料中看到新的现象。例如，这一原理可用来产生量子比特。”

量子比特是量子芯片的计算单位。使用光而不是电压可使量子芯片的处理速度快得多。因此，最新发现为开发未来的量子技术和微电子领域的新一代光驱动打造设备铺平了道路。

（来源：科技日报）

我国科学家首次在实验室实现激光驱动湍流磁重联

我国科研人员依托上海高功率激光物理国家实验室“神光Ⅱ”装置，首次在实验室实现激光驱动湍流磁重联物理过程，并通过标度变换用于解释太阳耀斑爆发现象，实验证实湍流过程对耀斑快速触发以及高能带电粒子加速的重要性。相关成果论文于2023年1月17日刊发在《自然·物理》上。

论文通信作者、北京师范大学天文系教授仲佳勇说，这项工作的重要意义在于实验上首次利用激光等离子体实现了湍流磁重联，激光等离子体更加容易标度变换到太阳耀斑等离子体，从而可以在地面对太阳耀斑内部的物理过程进行更加细致和系统的定量研究。

另外一方面，发现湍流磁重联中，高能电子的加速主要来源于重联平行电场，而费米加速过程可以忽略，这对传统的高能电子加速机制提出新的认识和理解。

太阳耀斑是一种最剧烈的太阳活动现象，一次典型耀斑的爆发相当于数十亿枚氢弹的爆炸，耀斑能产生多波段辐射，剧烈的耀斑会严重影响日地空间环境，对人类生活存在巨大影响，所以认识和了解耀斑活动具有重大意义。目前耀斑触发理论的基本出发点之一是磁重联。

磁重联是等离子体中方向相反的磁力线因互相靠近而发生的重新联结的过程，重联会将磁能快速转化为等离子体热能和动能。在天体物理中磁重联模型还被广泛应用于恒星形成、太阳风与地球磁层的耦合、吸积盘物理以及伽马暴研究中。

湍流磁重联是等离子磁流体中磁场能量耗散的最有效的方式之一，其观测特征是存在速度或磁场涡旋结构、多重联点、等离子体团的分裂、破碎以及加速高能电子和离子等现象，然而激光驱动湍流磁重联尚未在实验室得到直接的证实和系统的研究。

仲佳勇领导的实验室天体物理研究团队，长期专注于利用强激光近距离、主动可控的模拟各类天体等离子体物理过程。

早在2010年，仲佳勇与合作者利用上海高功率激光物理国家实验室“神光Ⅱ”号装置巧妙地构造了激光等离子体磁重联拓扑结构，成功模拟了太阳耀斑中环顶X射线源和重联喷流。该项工作开辟了实验室天体物理研究的新领域，并获得了2011年度中国科学十大进展。

仲佳勇介绍，利用高能量激光系统，科学家们能够在实验室中获得极端的物理实验条件，模拟多种高能量密度天体物理现象。这种研究方法不仅可以用来验证天文观测的理论模型，而且为发现新物理提供新途径。在太阳等离子体中湍流过程无处不在，它可以促进磁重联过程的快速发生，反过来磁重联也会加快湍流过程，进而达到磁场以及磁流体能量的快速耗散。

团队在前期工作的基础上，提出了利用“神光Ⅱ”四路激光多点烧蚀金属靶，设计具有微扰特征并且磁性相反的等离子体磁环来增大磁场相互作用区，进而实现湍流磁重联的实验构想。

论文第一作者，北京师范大学天文与天体物理前沿所研究人员平永利博士介绍，实验中首次发现相互作用区形成的电流片呈现碎片化结构，采用傅里叶谱分析方法获得功率谱信息，并发现该功率谱符合典型等离子体湍流幂律谱特征。

她表示，通过时空标度变换发现实验室湍流与太阳耀斑小尺度湍流结构一致，并且在电流片出流方向的电子能谱呈现非热的幂律谱特征，通过数值理论模拟发现，在湍流磁重联过程中，高能电子主要被重联平行电场所加速，而回旋过程在出流区域对电子起到了减速作用，同时费米的加速效应可以忽略不计，这些研究成果为理解太阳耀斑高能粒子起源和加速过程具有重要意义。

（来源：中国科学报）

我国首台高能同步辐射光源增强器全线贯通

记者从中国科学院高能物理研究所获悉：位于北京怀柔科学城的第四代光源高能同步辐射光源增强器于2023年1月13日全线贯通，进入设备调试阶段。

增强器是高能同步辐射光源（HEPS）加速器的重要组成部分，周长约454 m，主要负责将电子束流从500 MeV加速到6 GeV，同时在6 GeV时接受储存环引出的束流并完成电荷积累，在满足引出的条件下，适时将束流引出并注入储存环。增强器设备安装任务包含预准直、隧道安装、精准直、真空连接与封装等，此次全线贯通标志着高能同步辐射光源建设又往前迈进了一大步。

高能同步辐射光源是国家重大科技基础设施建设“十三五”规划确定建设的10个重大科技基础设施之一，是基础科学和工程科学等领域原创性、突破性创新研究的重要支撑平台。该装置于2019年6月在北京怀柔科学城启动建设，是为国家重大战略需求和前沿基础科学研究提供技术支撑平台的国家重大科技基础设施，也是北京怀柔综合性国家科学中心最重要的重大科技基础设施。

同步辐射是指速度接近光速的带电粒子在做曲线运动时沿切线方向发出的电磁辐射，也叫做同步光。这个场景就像是在雨中快速转动雨伞，沿伞边缘的切线方向会飞出一簇簇水珠。中科院高能所副所长、高能光源工程常务副总指挥董宇辉研究员告诉记者：“同步光具有穿透性强、高亮度、高强度和能谱宽等特点，可以帮助人类观察肉眼看不到的微观世界。”

高能同步辐射光源由中国科学院高能物理研究所承担建设，主要建设内容包括加速器、光束线站及辅助设施等，建设周期6.5年，新建建筑面积12.5万m2。它的整体建筑外形似一个放大镜，寓意为探测微观世界的利器。建成后的高能同步辐射光源，将是我国第一台高能同步辐射光源，也是世界上亮度最高的第四代同步辐射光源之一。相比第三代同步辐射光源，第四代同步辐射光源的亮度要高出100～1 000倍。

“要看到物质里的细节，很重要的一点就是要有足够的亮度。比方说，打个手电筒看东西，手电筒越亮，就能看得越清楚。光越亮意味着探测的精度越高，探测速度也越快。”董宇辉说，“作为第四代同步辐射光源，高能光源可以让我们更清楚地了解材料的内部结构，这对材料科学和生命科学的发展具有重要作用。”

据高能同步辐射光源工程总指挥潘卫民介绍，光源建设任务将于2025年全部完成，建成后将在我国先进材料、航空航天、能源、环保、医药、石油、化工、生物工程和微细加工等领域中广泛应用，提供突破关键技术，解决瓶颈问题的手段，提升我国原始创新能力和核心技术国际竞争力。

（来源：人民日报）

我国首座桩撑体系装配式地铁车站竣工

随着最后一块中板精准安装就位，青岛地铁6号线全国首座桩撑体系装配式地铁车站顺利拼装完成。

青岛地铁6号线朝阳路地下两层岛式车站，现浇段位于车站两端，长70 m，预制装配段位于车站中部，长148 m，装配构件共计74环、410块，最重的顶板构件长度超过10 m，重67 t，拼装总重1.66万t。车站从拼装工艺、拆换撑、工装设备研发等方面开展科研攻关，需攻克桩撑体系拆换撑与大型预制构件拼装协同作业、拼装台车跨越桩撑体系内撑、梁板柱等结构构件全预制装配化、中板在狭小空间旋转翻身等重大施工难题。

面对一系列难题，中铁八局集团在国内首次提出应用“普通门吊+分离式”整体拼装台车桩撑体系下装配建造技术，实现台车在装配式车站的预制中柱、中纵梁影响下的纵向行走，自动跨越桩撑支护体系中的钢支撑；实现狭小空间下预制构件的旋转、翻身、定位和安装精度调整。

在此期间，建设者们研制出适用于装配式车站中板侧墙接续支撑的预应力顶伸装置等多项专利，获得发明专利授权2项、国际专利授权1项、实用新型专利授权16项、国家级QC成果一等奖1项。

据介绍，与同等规模现浇车站相比，预制装配建造施工可实现构件集中批量生产预制、现场拼装，缩短工期4～6个月；高峰期施工人员由160人减少至20人；综合考虑，单座车站节约施工成本约500万元，节约施工临时木材、模板支架用量约800 m3；构件一次拼装成型，减少混凝土凿毛、混凝土废料等现场建筑垃圾约50%；碳排放量减少4 157.9 t，减量20.33%，符合国家“双碳”目标。

“装配建造技术符合绿色低碳发展理念，代表着行业的未来发展趋势。”中铁八局集团昆明铁路建设有限公司相关负责人介绍，他们通过工厂化批量预制，提升了工程质量，减少了结构缺陷，提高了生产效率。这项技术有力推动了轨道交通工程领域工业化、信息化、智能化的深度融合，具有广阔的应用前景。

（来源：科技日报）

我国首个亿级负荷全息数字电网建成

2023年1月5日，我国首个全息数字电网在江苏建成，通过采集输变电设施的物理数据，在网络云端构建了一个数字孪生电网，全面提升了电网的智慧运检水平。这也是我国首次对上亿千瓦负荷的大电网进行全息数字化呈现。

据悉，这张虚拟电网覆盖了10万km架空输电线路、28万基输电杆塔及地形地貌地物等数据，以数字孪生的方式，将真实电网在数字空间进行了一比一三维立体还原和数字化全景呈现，定位精度达到厘米级。

“平均每一基杆塔都设有20个以上无人机巡检点位，通过航迹自动规划、一键自主飞行、全程实时监控、遇险自动规避等功能，无人机可实现全自动巡检作业，全程无需人工操作。”江苏方天电力技术有限公司副总经理姜海波介绍，全息数字电网的建成，相当于给江苏电网装上了“千里眼”，巡检作业人员足不出户即可实时掌握现场实际工况，且完成一座铁塔的全面巡检仅需6 min，效率比传统人工巡检提升4～6倍。

“依托全息数字电网，江苏电网已实现大规模无人机巡检协同应用与智能管控，可支持上千架无人机同时作业，全年自动巡检作业量超52万架次，提前发现消除输电铁塔缺陷及通道隐患4.2万处，严重缺陷发现率提升3倍，每年可节约电网运维成本约2亿元。”国网江苏省电力公司设备部副主任吴强表示。

据了解，当前正处迎峰度冬关键时期，江苏电网最大负荷预计将达1.12亿kW，全息数字电网的建成，可将电网故障的处理时间再缩短约10%，不仅极大提高电网安全可靠性，为冬季电力稳定供应提供坚强保障。

（来源：经济日报）

我国首台高可靠自主化光纤电流互感器通过技术鉴定

中国电机工程学会组织来自电力、光学等领域的专家，对我国首台“高可靠自主化光纤电流互感器”进行技术鉴定。以中国科学院院士陈维江为代表的行业专家一致认为，该项目形成全系列光学电流互感器成套装备，代表领域内国际最高技术水平，对实现领域内科技自立自强与创新超越具有重要意义。

长期以来，光纤电流互感器及其核心光电器件主要依赖进口，并且由于其面临极端低温、外部振动、强电磁干扰等复杂严酷的运行环境，故障率居高不下，多次导致直流闭锁及临停，成为制约直流工程可靠运行的难题。

国家电网有限公司设备部副主任郭贤珊表示，“光纤电流互感器无油无气、安全环保、响应速度快、动态范围大，已成为电流测量的主要发展方向，在电力系统尤其是直流输电工程中具有不可替代的作用，其可靠性直接影响系统安全稳定运行。”

针对近年来发生的运行故障现状，中国电科院、国网江苏电力公司组成的团队经过十余年的技术攻关，突破光纤电流互感器偏振光学解析方法和扰动机理、波片一体化传感光纤研制工艺、核心光电器件可靠性增长试验方法、运行状态智能监测与预警技术等核心难题。最终，成功研制出首台100%全国产化的高可靠自主化光纤电流互感器，实现温度、抗振性能等环境耐候性和可靠性关键指标的全面提升，并在±800 kV青南换流站成功挂网运行，标志着我国彻底解决了光学电流测量领域的“卡脖子”难题。在此过程中，项目团队累计发布标准19项，取得发明专利46项，发表论文专著49篇，获软件著作权17项。

（来源：科技日报）

我国发明专利有效量位居世界第一

2023年1月16日10时，国新办举行新闻发布会，国家知识产权局副局长胡文辉介绍了2022年知识产权相关工作情况。胡文辉介绍，2022年，知识产权工作高质量发展态势更加显著，知识产权强国建设迈出坚实步伐。

专利方面：全年授权发明专利79.8万件，实用新型专利280.4万件，外观设计专利72.1万件。受理PCT国际专利申请7.4万件。专利复审结案6.3万件，无效宣告结案0.79万件。我国申请人通过《工业品外观设计国际注册海牙协定》提交外观设计国际注册申请1286件。

截至2022年底，我国发明专利有效量为421.2万件。其中，国内（不含港澳台）发明专利有效量为328.0万件。我国每万人口高价值发明专利拥有量达到9.4件。

商标方面：全年注册商标617.7万件。完成商标异议案件审查16.9万件。完成各类商标评审案件审理41.2万件。收到国内申请人提交的马德里商标国际注册申请5 827件。

截至2022年底，我国有效商标注册量为4 267.2万件。

地理标志方面：全年批准地理标志产品5个。核准地理标志作为集体商标、证明商标注册514件。核准使用地理标志专用标志市场主体6 373家。

截至2022年底，我国累计批准地理标志产品2 495个，核准地理标志作为集体商标、证明商标注册7 076件。

集成电路布图设计方面：全年集成电路布图设计发证9 106件。截至2022年底，我国集成电路布图设计累计发证6.1万件。

知识产权保护、运用方面：全年办理专利侵权纠纷行政案件5.8万件，办理维权援助申请7.1万件，受理纠纷调解8.8万件。

全年专利商标质押融资项目达2.8万个。质押融资总额达4 868.8亿元。

有效发明专利实现量质齐升。我国是世界上首个国内发明专利有效量超300万件的国家，其中高价值发明专利拥有量达到132.4万件，同比增长24.2%，占发明专利有效量的比重超过四成。世界知识产权组织最新发布的《世界知识产权指标》报告也显示，我国发明专利有效量已经位居世界第一。

国内企业创新活力不断增强。截至2022年底，我国国内拥有有效发明专利的企业达35.5万家，较上年增加5.7万家，拥有有效发明专利232.4万件，同比增长21.8%。其中高新技术企业、专精特新“小巨人”企业拥有有效发明专利151.2万件，占国内企业拥有总量的65.1%，较上年同期提高0.5个百分点。

数字领域技术创新日益活跃。按照世界知识产权组织划分的35个技术领域统计，截至2022年底，我国信息技术管理、计算机技术等数字技术领域有效发明专利增长最快，分别同比增长59.6%和28.8%。2022年，我国数字经济核心产业发明专利授权量为32.5万件，同比增长17.9%，专利储备不断增强。

知识产权质押融资惠及更多中小微企业。2022年全年专利商标质押融资金额首次突破4 000亿元，连续三年保持40%以上的增速。惠及企业2.6万家，其中70.5%为中小微企业，为其应对疫情冲击和平稳健康发展带来了“真金白银”。

国外在华知识产权数量稳步增长。截至2022年底，国外在华发明专利有效量达86.1万件，同比增长4.5%，涉及国外企业5.8万家，较上年增加0.2万家。国外在华有效注册商标203.0万件，同比增长5.9%。知识产权助力高水平对外开放的作用持续显现。

（来源：央视新闻客户端）