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在量子物理與機器學習研究的進展
生成模型的研究重點是如何從給定的數(shù)據(jù)集合中學習到數(shù)據(jù)的聯(lián)合概率分布，以及從學習到的概率分布中高效地生成新的樣本。研究團隊提出將數(shù)據(jù)的聯(lián)合分布概率編碼成量子多體態(tài)的概率幅的模平方。進一步地，他們提出在經典計算機上使用矩陣乘積態(tài)(Matrix Product States)來模擬學習的過程。矩陣乘積態(tài)的參數(shù)，即張量網絡的張量元，可以通過類似密度矩陣重整化群(Density Matrix Renormalization Group)的算法進行學習，最終形成一個具有泛化能力的生成模型。這個學習算法結合了量子物理與機器學習各自的優(yōu)點：它不僅可以利用GPU高效地學習到模型參數(shù)，還可以利用張量網絡的靈活性動態(tài)地調節(jié)模型表達能力。此外，與傳統(tǒng)的基于統(tǒng)計物理的生成模型（例如玻爾茲曼機）相比，玻恩學習機還具備直接生成無關聯(lián)樣本的強大能力，從而可以高效地生成新的數(shù)據(jù)。 基于量子態(tài)的概率生成模型融合了量子物理與機器學習的思想，是一個嶄新的研究領域。玻恩學習機借助量子態(tài)內稟的概率解釋及其強大的表達能力，意在為機器學習和人工智能提供更為先進的生成模型和學習算法。此外，這類模型在量子信息處理，量子計算以及多體物理中具有應用潛力。展望將來，最令人興奮的前景應該會是在一臺量子計算機上實現(xiàn)玻恩學習機，從而以全新的方法進行概率型的學習和建模。這項工作用使用張量網絡模擬量子計算機的運行，向無監(jiān)督量子機器學習邁近了一步。作用在一幅MNIST圖片上的矩陣乘積態(tài)以及它的糾纏譜
北京大學
2021-04-11
量子安全時間傳遞的原理性實驗驗證
中國科學技術大學潘建偉及其同事彭承志、徐飛虎等利用“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星，在國際上首次實現(xiàn)量子安全時間傳遞的原理性實驗驗證，為未來構建安全的衛(wèi)星導航系統(tǒng)奠定了基礎。該成果于2020年5月11日在線發(fā)表在國際學術知名期刊《自然·物理》上。
中國科學技術大學
2021-01-12
量子點熒光探針快速檢測生物活性分子
項目成果/簡介:完成人簡介：樊君，西北大學教授，西北大學化工學院副院長， 陜西省化工過程實驗教學示范中心主任，指導博、碩士生研究方向包括反應工程、碳一化工、納米材料、分離工程、精細化工產品開發(fā)研究等。成果內容：基于量子點的熒光探針分析對推動即時檢測（POCT）技術
西北大學
2021-01-12
三維量子霍爾效應獲得實驗驗證
盧海舟和謝心澄課題組在拓撲半金屬中利用費米弧和“蟲洞隧穿”構成的Weyl軌道，提出了一種新的三維量子霍爾效應機制。拓撲半金屬是拓撲物相的新成員，具有拓撲保護的表面態(tài)，被稱作費米弧 (如圖4所示)。費米弧是拓撲半金屬拓撲保護的表面態(tài)的費米面。在拓撲Weyl半金屬中，有4個面可以有拓撲保護的表面態(tài)。由于拓撲約束的原因，每個面的表面態(tài)只是半個二維電子氣。相對的上下表面的費米弧電子氣可以通過Weyl點連接起來，組成一個完整的二維電子氣，這是非常奇異的物相。 既然費米弧也是一種二維電子氣，它們是否可以有量子霍爾效應？要研究這個問題，首先要明白什么是形成量子霍爾效應的關鍵，那就是電子的回旋運動 (如圖3左圖所示)。電子回旋運動的量子力學描述等價于諧振子，因此會形成等間距的朗道能級。朗道能級在邊界發(fā)生能量畸變，才會有邊界態(tài)提供無耗散的電子輸運和量子霍爾化電導，即量子霍爾效應。 目前，已經有多個拓撲半金屬實驗觀察到霍爾電阻的量子化平臺。這種新奇的三維量子霍爾效應的研究才剛剛開始。直接觀測到如圖8所示的奇異邊界態(tài)分布將是未來的一個挑戰(zhàn)方向。
南方科技大學
2021-04-13
“趨近絕對零度的量子共振”
介紹了一個趨近絕對零度量子散射共振在化學反應中發(fā)揮重要作用的例子。F+H 2
南方科技大學
2021-04-14
量子照明雷達的高效MATLAB仿真技術
本成果通過可視化的工作界面，可以給出量子信號源的關鍵物理參數(shù)分析、量子態(tài)演化過程、多份量子態(tài)條件下量子照明雷達的虛警概率分析等多個方面的圖形化界面，具有較強的推廣應用價值。
一、項目分類
關鍵核心技術突破
二、技術分析
量子照明雷達是新興的研究方向，是量子信息技術與雷達技術相結合的新興產物。而量子信息技術又是古老的量子力學與信息技術相結合的交叉學科，不少研究者因晦澀的量子力學而望而卻步。為了降低量子照明雷達的神秘感，打破抽象壁壘，我們創(chuàng)造性地發(fā)展了量子照明雷達的高效仿真技術，對于未來實現(xiàn)量子雷達的普及與推廣具有重要意義。
截止目前，尚未見到關于量子照明雷達仿真平臺的相關報道。而該成果基于MATLAB這一易于上手的計算機數(shù)值平臺，溝通了抽象的量子力學與具體的量子目標探測之間的橋梁，具有創(chuàng)新性和國內領先的技術先進性。
經過近五年的研究和近兩年教學實踐的檢驗，該成果不斷豐富和完善，通過可視化的工作界面，可以給出量子信號源的關鍵物理參數(shù)分析、量子態(tài)演化過程、多份量子態(tài)條件下量子照明雷達的虛警概率分析等多個方面的圖形化界面，具有較強的推廣應用價值。鑒于量子雷達技術是未來新體制雷達的重要技術途徑之一，本成果將有望在空間、水下目標探測方面取得應用，市場應前景廣闊。截止到目前，該成果已經應用于高年級本科生的培養(yǎng)與實訓和北京某研究所的新體制目標探測項目研發(fā)中。
北京理工大學
2022-08-17
太赫茲波傳輸和調控功能器件
太赫茲（THz）科學技術既是重大的基礎科學問題，也是國家的重大需求。然而，作為一段全新的的電磁波譜，實現(xiàn)THz波傳輸與控制的相關器件極為匱乏，大大限制了THz科學技術的發(fā)展及應用。本項目提出了THz波物質探測、低損傳輸、高速控制的新理論和新技術，研制出多種實用化THz功能器件。本項目的主要成果包括：(1) 提出了THz波吸收的理論模型，研制出吸收率達到85%以上的窄帶、多帶和寬帶太赫茲吸收材料，解決了傳統(tǒng)電磁波吸收材料無法有效工作于THz頻段的技術難題；(2)提出“人工電磁結構”與“電子功能材料”相結合構建可調諧太赫茲功能器件的思想，研制出開關速率達到0.1ms的太赫茲開關、調制速率達到10Mbps的太赫茲波調制器，帶內透射達到80%的太赫茲帶通濾波器，以及高效太赫茲功率衰減器；（3）基于高阻Si的深能級摻雜技術和石墨烯二維晶體材料，研制出寬帶太赫茲波空間調制器，開關速率達到5MHz，空間調制面積達到3英寸，為提高太赫茲成像速率和分辨率奠定了基礎；(4)提出極化約束實現(xiàn)太赫茲波導低損耗傳輸?shù)男赂拍??；凇熬酆衔锟招静▽А迸c“周期性金屬光柵結構”的集成，研制出一種雙面光柵聚合物空芯波導實現(xiàn)了單模的傳輸,大幅度降低太赫茲傳輸損耗到0.68dB/m，達到了實用化的要求。 這一研究成果既加深了對THz波譜特性和基本物理現(xiàn)象的理解，也解決了THz傳輸、控制、波譜識別和應用成像的多個關鍵科學問題。本項目成果的實施，可望實現(xiàn)載波300GHz以上高速無線通信，為太赫茲波無線通信、雷達探測、醫(yī)療診斷以及以及波譜成像等應用系統(tǒng)提供了重要的技術支撐。在Appl. Phys. Lett., Sci. Rep., Opt. Lett., Optics Express, J. Opt. Soc. Am.等國際主流期刊上發(fā)表SCI 論文66 篇。申請國家發(fā)明專利22 項，已授權專利7 項，獲得教育部自然科學一等獎1項。跟國內外綜合比較，本項目的研究成果總體上處于國際先進水平，對推動太赫茲科學快速進入實際應用領域具有重要的科學意義。
電子科技大學
2021-04-10
太赫茲波傳輸和調控功能器件
本項目提出了THz波物質探測、低損傳輸、高速控制的新理論和新技術，研制出多種實用化THz功能器件。
電子科技大學
2021-04-10
PMOS觸發(fā)的低壓ESD觸發(fā)SCR器件
隨著集成電路工藝的進步，MOS管的特征尺寸越來越小，電路的工作電壓也不斷下降，柵氧化層的厚度也越來越薄，在這種趨勢下，將可控硅ESD防護器件的觸發(fā)電壓降低到可觀的電壓值內，使用高性能的ESD防護器件來泄放靜電電荷以保護柵極氧化層顯得十分重要。本發(fā)明涉及可用于65nm半導體工藝的靜電保護（ESD）器件，特別涉及低電壓觸發(fā)的SCR器件。 本發(fā)明提供一種采用新型技術減小器件的ESD觸發(fā)電壓的PMOS嵌入的低壓觸發(fā)用于ESD保護的SCR器件。本發(fā)明采用PMOS進行觸發(fā)NMOS導通，NMOS的導通電流觸發(fā)SCR晶閘管，從而減小SCR器件的ESD觸發(fā)電壓。ESD脈沖信號施加在Anode和Cathode之間，PMOS首先被觸發(fā)導通，PMOS開通之后，觸發(fā)NMOS導通，NMOS導通后，其導通電流觸發(fā)晶閘管SCR導通。晶閘管電流（SCR current）導通大部分ESD 電流，從而實驗了ESD保護。
遼寧大學
2021-04-11
超快高儲能柔性器件
本項目以制備超快高儲能柔性器件為導向，建立基于界面納米復合材料的新技術。通過水熱法和電化學方法在柔性導電基底上構建納米陣列/金摻雜二氧化錳的三維納米復合電極，作為正極；通過水熱法和熱處理法在柔性導電基底上生長多孔氧化鐵納米復合材料，作為負極，組裝全固態(tài)薄膜器件。利用納米復合材料的多方面優(yōu)勢加速電子/離子在活性材料中的傳遞，進而達到超快高儲能的目的。基于納米復合材料的全固態(tài)薄膜器件可展現(xiàn)出超快充電能力（10 V/s），比常規(guī)電容器的充電時間快10-100倍。這是國際上基于金屬氧化物贗電容薄膜型超級電容器研究領域的一個重大突破。此外，本項目以開發(fā)超快超柔儲能器件為導向，開發(fā)了一種熱力學誘導自發(fā)組裝和原位摻雜結合碳熱還原的方法來實現(xiàn)石墨烯納米篩粉體和薄膜的宏觀可控制備，解決了傳統(tǒng)石墨烯材料縱向物質傳輸差的局限。通過控制碳熱溫度，可以調節(jié)石墨烯納米篩表面的孔密度，即孔徑大小可控（10~100 nm）。與傳統(tǒng)石墨烯薄膜電極相比，石墨烯納米篩表面豐富的孔結構使得其作為電極材料時擁有更大的比表面積，而且電解質離子可以在垂直于平面的軸向上傳遞，縮短了離子傳輸路徑。
華中科技大學
2021-04-10