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江蘇重大成果閃耀國家“十三五”科技創(chuàng)新成就展

  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、基礎研究、工程應用等方面,展現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,硬核成果領跑賽道

  展覽上,南京大學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)”的相關成果,以及四項專用先進技術成果。

  “功能集成光量子芯片”項目成果是在“量子調控與量子信息”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絡的基本節(jié)點,構建移動量子通信網絡的設想,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,首次提出并實現用無人機構建“移動量子通信網絡”,為移動量子通信網絡的構建和發(fā)展提出了一種新的方案。

  量子通信向實用邁進的一大阻礙是其傳播速度?!澳壳?,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固體微結構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。研究突破了現有量子光源的技術瓶頸和信息編碼維度限制,將超構透鏡與非線性光學晶體組合在一起,構成全新的超構表面量子光源系統(tǒng),“我們設計并制備出10×10的超構透鏡陣列,通過路徑編碼的方式提高維度。”王漱明說,從理論上說,如果增加透鏡陣列數,糾纏光子的維度還可以進一步提高,在不久的將來,有望應用于高維度的量子通信、量子計算、量子存儲等領域。

  如何高效地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控,是量子信息技術走向規(guī)模應用的一大挑戰(zhàn)。負責這項攻關的南京大學教授馬小松介紹道,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,實現光子芯片上的三維量子糾纏態(tài)的產生、濾波、調控等多項功能,并且實現了量子模擬與量子精密測量等應用任務。該研究為將來實現大規(guī)模量子芯片及其在量子信息技術的普及提供了重要基礎。

  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與產業(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?!懊客ǖ莱杀居?000元降至20元,可以預見,未來5G通信建設成本將大大降低?!蓖瑫r,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絡的強力引擎。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領域得到規(guī)模性應用。

  筑牢基礎研究根基,原始創(chuàng)新厚積薄發(fā)

  科技創(chuàng)新要打牢基礎研究的“地基”?!笆濉逼陂g,我省發(fā)力基礎研究,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“基礎研究”展區(qū),中國科學院紫金山天文臺主導研制的“悟空號”暗物質粒子探測衛(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新時代的重要里程碑?!弊辖鹕教煳呐_“悟空”號團隊相關負責人介紹,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,“隨著科學數據的不斷積累,‘悟空’號有望在暗物質間接探測、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。土壤類型的科學鑒定、特征屬性記錄和表達,一直以來是土壤利用和管理關注的基礎科學問題。但是長期以來,囿于土壤分類研究的龐雜性和基礎性,土系鑒定工作在我國一直處于空白狀態(tài)。中國科學院南京土壤研究所張甘霖研究員主持的國家科技基礎性工作專項重點項目“我國土系調查與《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,我國土系調查歷經十余年,建立了基于定量標準的土系4351個?!吨袊料抵尽穮矔切聲r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,它滿足當前和今后土壤資源管理和科學研究對土壤信息的需求,為農業(yè)、環(huán)境和國土規(guī)劃以及土壤科學研究,提供了可靠、系統(tǒng)、規(guī)范的科學數據和決策依據。

  助力重大工程應用,推動“雙碳”目標實現

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

  南京市水利科學院此次帶著“水力式升船機關鍵技術及實踐”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動船廂升降,不僅實現了從電力驅動到水力驅動的全新轉變,還使升船機真正達到了自適應‘全平衡’?!蹦暇┦兴茖W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、適用性和經濟性,已在景洪樞紐成功應用,打通了瀾滄江-湄公河水運主通道,為實現瀾湄合作的國家戰(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‘碳達峰、碳中和’目標?!焙鷣啺脖硎尽?/p>

  太湖藍藻水華暴發(fā)的主要原因是什么?如何通過防控技術和生態(tài)修復還太湖以碧水藍天?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、防控技術和生態(tài)修復方面的重要研究成果。

  “十三五”期間,地湖所承擔了國家水專項太湖流域梅梁灣項目。項目負責人介紹,針對梅梁灣濱湖城市水體河道水質斷面不穩(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—河網水系調活—河口生境優(yōu)化—湖泊生態(tài)修復”的技術研發(fā)思路,突破了大流量漂浮藍藻顆??焖偾宄夹g等14項關鍵技術,集成了河口藍藻水華綜合防控與清除等5項成套技術,研制了輸入性藍藻污染河網水體的高效除藻裝置。核心技術在太湖東北片區(qū)得到推廣應用,顯著改善了河流和湖體生境條件。

  該項目獲得了環(huán)保科學技術一等獎等省部級獎勵5項。“成果入選國家‘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)境保護提供技術支撐,并不斷推動科研項目成果轉化,形成一批系統(tǒng)的、可復制、可推廣的水污染防治成套技術方案,為地方水環(huán)境治理提供技術保障。”項目相關負責人說。(新華日報記者 蔡姝雯 楊頻萍 張宣)

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