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提出一種如下圖所示能克服光子側(cè)向和背向泄露且能極大提高光子前向出射的新型微納“射燈”結(jié)構(gòu)，其單光子理論收集效率在較大的帶寬中超過90%、最高可達95%。? 該“射燈”結(jié)構(gòu)量子光源的實驗制備難度極大，因為它要求三大核心微納制備技術：厚度160nm左右且內(nèi)有量子點的薄膜轉(zhuǎn)移技術；定位精度小于10nm的量子點光學精確定位技術；環(huán)形槽寬度制備精度小于5nm的高質(zhì)量牛眼微納結(jié)構(gòu)制備技術。為實驗制備出這一性能優(yōu)越的量子光源，王雪華教授團隊自2013年開始，從零起步，堅持不懈，不斷探索，先后發(fā)展和掌握了上述三大核心微納制備技術，在國際上率先制備出綜合性能俱佳的“三高”量子糾纏光子對源

中國科學技術大學潘建偉及其同事徐飛虎、張強，與清華大學馬雄峰、多倫多大學Hoi-Kwong Lo等，應邀在囯際物理學權威綜述期刊、美國物理學會的《現(xiàn)代物理評論》上發(fā)表題為“基于現(xiàn)實器件的安全量子密鑰分發(fā)”的長篇綜述論文。該論文系統(tǒng)闡述了量子密碼的原理、理論和實驗技術，并指出，經(jīng)過全球?qū)W術界三十余年的共同努力，現(xiàn)實條件下量子密碼的安全性已經(jīng)建立起來，尤其是測量器件無關等量子密鑰分發(fā)協(xié)議的提出，徹底關閉了量子密碼在物理實現(xiàn)過程中可能出現(xiàn)的安全性風險，為實

研究了二維二聚化量子自旋系統(tǒng)，通過理論分析和高精度的量子蒙特卡洛方法，發(fā)現(xiàn)在交錯狀二聚化量子海森堡模型中，相變臨界指數(shù)具有新奇的非單調(diào)尺寸標度行為。他們通過在有限尺寸標度理論中引入兩個驅(qū)動場，同時進行大尺寸的計算分析，成功地解釋了非單調(diào)的量子蒙特卡洛結(jié)果，從根源上指出二維二聚化量子自旋系統(tǒng)的相變?nèi)匀粚儆贠（3）普適類，適用于量子-經(jīng)典對應理論。他們的研究表明，在量子相變中可能存在多個驅(qū)動場導致的新奇標度行為，需要采用正確的標度理論才會得到正確的結(jié)果。在論文中，他們還創(chuàng)造性地提出多參數(shù)聯(lián)動-高階擬合方法，能極大地提高數(shù)據(jù)準確度，可以用在不同體系的數(shù)據(jù)分析中。

TDA（芯片熱設計自動化）軟件是清華航院曹炳陽教授團隊全自主研發(fā)的國際首個芯片跨尺度熱仿真與設計系統(tǒng)。TDA軟件可實現(xiàn)芯片從納米至宏觀尺寸的熱設計與仿真，支持芯片微納結(jié)構(gòu)內(nèi)部熱輸運過程的模擬研究，直接提高芯片熱仿真精度與結(jié)溫預測準確度，進而提高芯片性能、壽命和可靠性。

本發(fā)明公開一種瀝青路面模量反算方法，包括：對瀝青路面的路面結(jié)構(gòu)層進行簡化，將相鄰且材料類型相同的路面結(jié)構(gòu)層視為簡化層，并且每一簡化層所包含的結(jié)構(gòu)層之間的模量差值不大于N MPa，將土基單獨視為土基層；在土基層及各簡化層中布置垂直應變傳感器，且保證布置完成的所有垂直應變傳感器位于同一垂直方向；在瀝青路面表層施加荷載，且該荷載位于各垂直應變傳感的正上方，并通過垂直應變傳感器采集土基層及簡化層的垂直應變數(shù)據(jù)；將采集到的垂直應變數(shù)據(jù)作為反算參數(shù)進行模量反算；N的取值為250～350。通過該方法將原結(jié)構(gòu)組合簡化從而優(yōu)化了模量反算計算過程，解決了反算模量與實際狀態(tài)不符的技術難題。

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等新一代信息技術興起，數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)爆炸式增長，傳統(tǒng)計算系統(tǒng)的算力難以滿足海量數(shù)據(jù)的計算需求。與此同時，摩爾定律逐漸放緩，單純依靠提高集成度、縮小晶體管尺寸來提升芯片及系統(tǒng)性能的路徑正面臨技術極限，通過引入憶阻器新器件、模擬計算新范式、存算一體新架構(gòu)，將拓展出全新的高性能人工智能芯片與系統(tǒng)，實現(xiàn)計算能力的飛躍。 目前被廣泛使用的經(jīng)典馮·諾依曼計算架構(gòu)下數(shù)據(jù)存儲與處理是分離的，存儲器與處理器之間通過數(shù)據(jù)總線進行數(shù)據(jù)傳輸，在面向大數(shù)據(jù)分析等應用場景中，這種計算架構(gòu)已成為高性能低功耗計算系統(tǒng)的主要瓶頸之一：數(shù)據(jù)總線的有限帶寬嚴重制約了處理器的性能與效率，且存儲器與處理器之間存在嚴重性能不匹配問題。憶阻器存算一體系統(tǒng)把傳統(tǒng)以計算為中心的架構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橐詳?shù)據(jù)為中心的架構(gòu)，其直接利用阻變器件進行數(shù)據(jù)存儲與處理，通過將器件組織成為交叉陣列形式，實現(xiàn)存算一體的矩陣向量乘計算。憶阻器存算一體系統(tǒng)可以避免數(shù)據(jù)在存儲和計算中反復搬移帶來的時間和能量開銷，消除了傳統(tǒng)計算系統(tǒng)中的“存儲墻”與“功耗墻”問題，可以高效、并行的完成基礎的矩陣向量乘計算，未來極有潛力成為支撐人工智能等新興應用的核心技術。 清華大學吳華強教授團隊實現(xiàn)了材料與器件、電路設計、架構(gòu)和算法的軟硬件協(xié)同等多方面原始創(chuàng)新，解決了系統(tǒng)精度損失等被廣泛關注的難題： 材料與器件創(chuàng)新。科研團隊選擇了電學特性穩(wěn)定的二氧化鉿作為憶阻層核心材料，提出了通過插入少量氧化鋁層來固定離子分布、抑制晶粒間界形成的新理論，提出了引入熱增強層的新原理器件結(jié)構(gòu)，成功抑制了憶阻器非理想特性的產(chǎn)生。 電路設計創(chuàng)新。開發(fā)了一套憶阻器與晶體管的混合電路設計方法，提出“差分電阻”設計思想，采取源線電流鏡限流設計，抑制了憶阻器電路中可能產(chǎn)生的各種計算誤差。 算法創(chuàng)新。提出了混合訓練算法，僅用小數(shù)據(jù)量訓練神經(jīng)網(wǎng)絡并只更新最后一層網(wǎng)絡的權重，即可將存算一體硬件系統(tǒng)的計算精度達到與軟件理論值相同的水平。 “技術鏈”創(chuàng)新。從“單點技術突破”拓展到“技術鏈突破”，開發(fā)了針對憶阻器存算一體芯片的電子設計自動化（EDA）工具，打通了從電路模塊設計到系統(tǒng)綜合再到芯片驗證的設計全流程。 上述理論和方法發(fā)表于《自然》《自然·納米技術》《自然·通訊》等國際頂級期刊，以及被譽為“集成電路奧林匹克”的“國際固態(tài)電路大會”等頂級學術會議。研究成果被“國際半導體技術路線圖”和30多部綜述文章長篇幅引用。團隊已在該研究方向申請國內(nèi)外專利72項，其中30項已獲得授權，知識產(chǎn)權完全自主可控。 團隊已研制出全球首款憶阻器存算一體芯片和系統(tǒng)，集成了8個憶阻器陣列和完整的外圍控制電路，以更小的功耗和更低的硬件成本大幅提升了計算設備的算力。全系統(tǒng)的計算能效比當前主流的人工智能計算平臺——圖形處理器（GPU）高兩個數(shù)量級。團隊還設計了一款基于130nm工藝研制的完整憶阻器存算一體芯片，在MNIST數(shù)據(jù)集上計算速度已超過市面上28nm工藝的四核CPU產(chǎn)品近20倍，能效有近千倍的優(yōu)勢。

項目成果/簡介:隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等新一代信息技術興起，數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)爆炸式增長，傳統(tǒng)計算系統(tǒng)的算力難以滿足海量數(shù)據(jù)的計算需求。與此同時，摩爾定律逐漸放緩，單純依靠提高集成度、縮小晶體管尺寸來提升芯片及系統(tǒng)性能的路徑正面臨技術極限，通過引入憶阻器新器件、模擬計算新范式、存算一體新架構(gòu)，將拓展出全新的高性能人工智能芯片與系統(tǒng)，實現(xiàn)計算能力的飛躍。

01項目背景 片上網(wǎng)絡將片上路由器按照一定的拓撲結(jié)構(gòu)互連，從而構(gòu)成一個片上微網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。不同功能的IP核通過網(wǎng)絡接口NI接入到片上網(wǎng)絡中來，網(wǎng)絡接口對IP核發(fā)送的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)封裝，形成固定格式的分組。片上路由器根據(jù)分組的目的地址信息，將數(shù)據(jù)分組在網(wǎng)絡中正確的傳輸?shù)侥康腎P核。片上網(wǎng)絡可以為系統(tǒng)中任意一對IP核之間實現(xiàn)透明的數(shù)據(jù)通信。互連網(wǎng)絡中的一些控制協(xié)議，例如流量控制機制、路由算法、任務調(diào)度機制、服務保障機制等，都可以應用到片上網(wǎng)絡中來，以提高系統(tǒng)的通信效率。由于片上網(wǎng)絡采用分組交換，IP核之間數(shù)據(jù)通信的基本數(shù)據(jù)單元是分組，不同的分組根據(jù)目的地址信息在網(wǎng)絡中獨立傳輸。片上網(wǎng)絡技術能夠有效的克服基于總線結(jié)構(gòu)的片上系統(tǒng)在大規(guī)模集成下的瓶頸，在時延、吞吐、功耗、可擴展性和可靠性等方面體現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢。多核，多片架構(gòu)將成為芯片設計的發(fā)展趨勢。 處理器多芯片之間的通信已經(jīng)成為制約系統(tǒng)性能的瓶頸，處理器之間進行數(shù)據(jù)交互的能力或?qū)⒊蔀橄乱粋€集成電路發(fā)展的關鍵技術指標。針對不同應用場景和性能要求，根據(jù)各自的架構(gòu)設計出更適合的高效而可靠的片間互連(NetworkonPackage，NoP)協(xié)議，將使得集群芯片的性能得到進一步優(yōu)化。 02項目簡介 研究基于路由交換的異構(gòu)計算系統(tǒng)算力擴展總體架構(gòu)，包含異構(gòu)計算資源節(jié)點之間、片上交換路由與片上處理資源之間、片上處理資源與外部接口之間的互連結(jié)構(gòu)與互連拓撲，如圖3所示。 設計與物理層解耦的輕量級網(wǎng)絡架構(gòu)，使之可以在不同的物理連接方式之上靈活的構(gòu)建多種拓撲的網(wǎng)絡。針對機載計算任務的算力提升需求，研究異構(gòu)計算節(jié)點的算力擴展問題，通過基于路由交換的、可擴展的互連構(gòu)建異構(gòu)計算系統(tǒng)，采用輕量化互連協(xié)議實現(xiàn)異構(gòu)計算節(jié)點的低延時、高帶寬互連，驗證基于路由交換的異構(gòu)計算系統(tǒng)對于特定應用的高速并行分布式處理效果。本系統(tǒng)的主體思想是將片上網(wǎng)絡（NetworkonChip，NoC）互連協(xié)議擴展到片間互連（NetworkonPackage，NoP），實現(xiàn)芯片內(nèi)部計算資源到集群芯片的延伸。

研究表明，陳絕緣體可以通過磁性摻雜的拓撲絕緣體薄膜獲得，但是這種方法產(chǎn)生穩(wěn)定的長程鐵磁序比較困難，而且產(chǎn)生的體能隙也比較小，導致可觀測溫度極低（30-100 mK）。劉奇航課題組及其合作者通過研究本征的層狀磁性拓撲材料Mn-Bi-Te家族（MnBi

北京大學物理學院現(xiàn)代光學所王劍威研究員與意大利羅馬大學Fabio Sciarrino教授、英國布里斯托爾大學Anthony Laing和Mark Thompson教授，受邀在國際著名刊物《自然-光子學》（Nature Photonics）上撰寫綜述文章，介紹“集成光量子技術”這一新興領域的基本科學原理和前沿進展。 量子技術利用量子物理基本原理，通過操控光或物質(zhì)的量子疊加和量子糾纏等內(nèi)稟屬性，其信息處理能力有望從根本上超越經(jīng)典范疇的信息技術。集成光量子芯片技術是一門結(jié)合了量子物理、量子信息、集成光子學和微納制造等學科的前沿交叉技術，通過半導體微納加工制造，有望實現(xiàn)高性能且大規(guī)模集成的光量子器件和系統(tǒng)，達到對作為量子信息載體的單光子進行高效處理、計算和傳輸?shù)裙δ堋?國內(nèi)外對集成光量子芯片技術的研究取得許多重要進展 2008年，國際上首次實現(xiàn)了基于二氧化硅平面光波導體系的量子受控糾纏門和量子干涉，開創(chuàng)了集成光量子芯片領域的先河。在過去十年間，國內(nèi)外對集成光量子芯片技術的研究,取得了許多重要進展，目前已實現(xiàn)了片上光量子態(tài)的制備、量子操控以及單光子探測等核心功能，并且器件集成度和功能復雜度也都得到了大幅度提高。綜述總結(jié)了集成光量子芯片的主流材料體系、核心量子光學元器件，及其量子信息的前沿應用，包括量子密鑰分發(fā)和通信、物理和化學系統(tǒng)的量子模擬、量子玻色取樣、光量子信息處理和計算等。 集成光量子芯片的材料體系目前主要采用硅基絕緣體上、鈮酸鋰、激光直寫二氧化硅、氮化硅、氮化嫁、磷化銦等光波導材料。核心器件主要包括集成單光子源與糾纏光子源、可編程大規(guī)模集成光路、集成單光子探測器等，其中量子光源主要有非線性參量型量子光源和固態(tài)量子點型量子光源，而單光子探測主要通過超導納米線探測和過度邊緣感應傳感來實現(xiàn)。這些核心光量子集成器件的性能均取得了很大程度的提升。與此同時，集成光芯片平臺上也已經(jīng)逐漸發(fā)展出一套可以將量子信息精確加載在單光子的路徑、偏振、時間、空間、頻率等不同自由度的方法，為該技術的發(fā)展提供了廣闊的便利性和多樣化。 集成光電子器件在經(jīng)典通信系統(tǒng)中一直起著舉足輕重的作用，可以預期其也將在量子密鑰分發(fā)和量子通信中起到重要作用，特別是微小型、低成本、高性能的量子通信收發(fā)芯片的發(fā)展，將有助于進一步降低成本、提高可靠性，推進其實用化進程。目前，量子通信的幾種主要協(xié)議，包括制備-測量類的通信協(xié)議以及基于糾纏分布和量子隱形傳態(tài)類的協(xié)議等，已先后在硅基、磷化銦、氮化硅等光子芯片上得到實驗驗證。另外，全集成型量子真隨機數(shù)發(fā)生器也有很多實驗實現(xiàn)，并有望在不遠的將來提供微小型、高速和低成本的真隨機數(shù)發(fā)生器。 量子線路模型和基于測量的單向量子計算模型是實現(xiàn)通用量子計算的主流模型。光學量子計算的線路模型實現(xiàn)方案存在擴展性困難，但基于測量的光量子計算可以大大降低需要的物理資源，并可實現(xiàn)通用量子計算。在可編程的光量子芯片平臺上，目前已成功實驗驗證了Shor因數(shù)分解算法、Grover搜尋算法、優(yōu)化算法等重要算法，并可在單一芯片實現(xiàn)多種復雜量子信息處理功能。近年來，片上制備并操控復雜量子態(tài)，包括高維量子態(tài)、多光子糾纏態(tài)、圖糾纏態(tài)等，均已在硅基和二氧化硅等平臺實現(xiàn)。值得一提的是，集成光量子芯片的高可編程性、高穩(wěn)定性、高保真度，為通用量子計算的實現(xiàn)提供了基礎。 量子玻色取樣和量子模擬被認為是量子計算的短期實現(xiàn)目標和重要應用方向。觸發(fā)型玻色取樣和基于量子點光源的玻色取樣，被認為是實現(xiàn)具備“量子優(yōu)勢”的玻色取樣量子計算的有效技術方案，有望超越經(jīng)典計算機計算能力，其中前者已實現(xiàn)芯片上量子光源和線性網(wǎng)絡的全集成，而后者最近在中科大發(fā)布的一個論文預印本中報道了20光子60模式玻色取樣的重要突破。集成光量子芯片體系已實驗驗證了離散型和連續(xù)型的量子漫步功能，并可用于模擬復雜的物理和生物過程。同時，集成光量子模擬器也成功驗證了多種典型的量子模擬算法，有望有效地模擬化學分子動力學過程。