集成光量子芯片、CMOS毫米波芯片和集成相控阵、“吴空”暗物质粒子探测卫星、“中国土壤系列”系列...近日，在全国“十三五”科技创新成果展上，江苏一批重大科技成果闪亮登场，展现了江苏在前沿科技、基础研究、工程应用等方面攀登科技高峰、肩负时代使命的努力。
触摸科技前沿，硬核成果引领赛道。
“功能集成光子芯片”项目的成果是在“量子调控与量子信息”重点专项基金支持下，围绕功能集成光子芯片及其应用的目标，在高维量子光源、光量子芯片和移动量子通信平台系统方面取得的系统性成果。
据悉，2020年以来，南京大学朱世宁团队多次在量子通信方面取得重大突破。之前的研究主要集中在基于光纤和卫星的量子链路，用于实现固定点之间的量子链路。2020年初，朱世宁团队提出了以无人机等移动平台为量子网络基本节点构建移动量子通信网络的设想，并成功完成了首次基于无人机的量子纠缠分发实验。南京大学教授谢益达介绍，项目组研制出重量仅468克的集成量子光源，并成功安装在自主研发的无人机平台上，展示了其在白天、雨天等多种气象条件下的工作能力。首次提出并实现了用无人机构建“移动量子通信网络”，为移动量子通信网络的建设和发展提出了新的方案。
量子通信实际应用的一大障碍是它的传播速度。“目前量子通信的信息传输速度远低于光纤通信。”南京大学固体微结构物理国家重点实验室研究员王树明说。2020年6月，团队在高维量子纠缠光源研究方面取得重大突破，成功制备了高维量子纠缠光源。突破了现有量子光源的技术瓶颈和信息编码维数的限制，将超结构透镜和非线性光学晶体相结合，形成了全新的超结构面量子光源系统。"我们设计并制备了一个10×10的超结构透镜阵列，通过路径编码提高了阵列的维数."王树明说，理论上，如果增加透镜阵列的数量，可以进一步提高纠缠光子的维数。在不久的将来，有望应用于高维量子通信、量子计算、量子存储等领域。
如何高效制备高维纠缠光子对并对其进行高精度、可编程的任意相干控制，是量子信息技术大规模应用的一大挑战。负责这项研究的南京大学教授马介绍，他们利用微纳加工和硅的三阶非线性对光子在芯片上的路径图案进行编码，在光子芯片上实现了三维量子纠缠态的产生、滤波、调控等功能，实现了量子模拟和量子精密测量等应用任务。该研究为未来大规模量子芯片的实现及其在量子信息技术中的普及提供了重要基础。
紫金山实验室“十三五”期间具有代表性的原创科技成果——CMOS毫米波芯片和集成相控阵也参加了展览。这一成果突破了CMOS器件的固有瓶颈，具有超高集成度、超低成本的特点，对支撑我国移动通信技术和产业发展具有重要意义。
中国工程院院士刘表示，紫金山实验室项目组解决了硅基CMOS毫米波Ka波段相控阵芯片的关键技术瓶颈，CMOS毫米波芯片研制成功后，还完成了芯片的封装和测试。“每个渠道的成本从1000元降到了20元。可以预见，未来5G通信的建设成本将大大降低。”同时，实验室进一步封装集成1024路天线单元的毫米波大型有源天线阵，推动天线的规模化应用。据刘介绍，CMOS毫米波芯片和拼接大规模相控阵，频率覆盖24.25-27.5 GHz，符合3GPP 5G NR标准协议定义的400MHz/64-QAM调制信号传输格式，这意味着芯片和天线阵列可以成为消除信号盲区的强大引擎，构建覆盖全球每个角落的宽带通信网络。目前，该成果已在车、船、无人机宽带卫星移动通信和毫米波5G领域得到大规模应用。
夯实基础研究基础，积累原始创新成果。
在国家“十三五”科技创新成果展“基础研究”展区，由中科院紫金山天文台牵头的“Wu 空”暗物质粒子探测卫星展板展示了迄今为止世界上TeV测量最精确区域的宇宙线正负电子、质子、氦核能谱。“‘武空’是我国第一颗天文卫星空，是我国进入科学空新时代的重要里程碑。”据紫金山天文台“吴空”团队相关负责人介绍，自2015年12月17日发射入轨以来，“吴空”已稳定工作近6年，探测器各项指标仍处于良好状态。目前已观测到近110亿个宇宙线事例。“随着科学资料的不断积累，‘吴/[
万物生于土壤。土壤是人类生存的基础，是“青山绿水”的根本。土壤类型的科学识别、特征和属性的记录和表达一直是土壤利用和管理所关注的基本科学问题。但是，长期以来，由于土壤分类研究的复杂性和基础性，土系识别在我国一直处于一种空白色状态。由中科院南京土壤研究所张干林研究员主持的国家科技基础工作专项重点项目《中国土系调查与中国土系编制》，终于在“十三五”期间形成了一项重要成果——中国土系丛书，这次也参加了展览。
“土系是土壤类型的基本单位，也是属性表达和记录的最小‘个体’。土系记录可以通俗地理解为给土壤建立‘个人档案’。”张干林介绍，《中国土系志》是我国第一部基于数量标准和统一分类原则的覆盖全国的土壤系统分类科学专著，在我国土壤分类史上具有里程碑意义。在全国26所高校和科研院所400多人的共同努力下，经过十多年的调查，建立了4351个基于量化标准的土系。中国土系志是新时期中国土壤分类的标志性成果，也是土壤类型数据的重要组成部分。它满足了当前和未来土壤资源管理和科学研究对土壤信息的需求，为农业、环境和土地规划以及土壤科学研究提供了可靠、系统、规范的科学数据和决策依据。
助力重大工程应用，促进“双碳”目标的实现。
生态环境关系民生福祉。用科技赋能生态环境现代管理，守住“绿水青山”，助力实现“二氧化碳排放峰值和碳中和”，江苏进行了积极实践，取得了一系列可复制、可推广、可应用的重大成果。南京水利科学研究院携“水力升船机关键技术与实践”等聚焦保障国家水安全等重大需求的科研成果首次亮相。据介绍，该液压升船机是世界首创、中国独创的全新升船机型号。
“作为一种全新的利用水能作为提升动力和安全保障措施的升船机，液压升船机利用上下游水位差向竖井内充排水，改变配重的浮力来驱动升船机，不仅实现了从电力驱动到液压驱动的全新转变，也使升船机真正实现了自适应的‘全平衡’。”南京市水利科学研究院水利工程研究所所长胡亚安介绍，液压升船机显著提高了升船机的安全性、可靠性、适用性和经济性，并在景洪枢纽成功应用，打通了澜沧江-湄公河主航道，为推进澜沧江-湄公河合作国家战略发挥了重要作用。“与电力驱动升船机方案相比，液压升船机运行维护成本可降低50%以上，500吨液压升船机年减排二氧化碳1130吨，有利于实现‘二氧化碳排放峰值和碳中和’目标。”胡亚安说。
太湖蓝藻水华的主要原因是什么？如何通过防控技术和生态修复让太湖恢复碧水蓝天？在“水污染与治理”重大专项主题展区，中科院南京地理与湖泊研究所的水专项成果吸引了众多参观者驻足。展品以太湖流域水污染与治理成套技术VR视频体验的形式，充分展示了帝湖所在太湖蓝藻水华爆发机理、防控技术、生态修复等方面的重要研究成果。
“十三五”期间，地湖所承担了国家水工程太湖流域梅梁湾项目。据项目负责人介绍，项目组在以蠡湖为核心的60平方公里综合示范区，针对梅梁湾湖滨城河流水质断面不稳定、部分河段黑臭、蓝藻水华入侵频繁、生态服务功能低下等问题，采用“控制外来藻类输入-河流原位控制藻类-激活河网水系-优化河口生境-恢复湖泊生态”的技术研发思路。突破大流量漂浮蓝藻颗粒快速去除技术等14项关键技术，集成河口蓝藻水华综合防控等5项成套技术，研制出进口蓝藻污染河网水体高效除藻装置。核心技术已在太湖东北地区推广应用，显著改善了河湖人居条件。
该项目获得环保科技一等奖等5项省部级奖励。“成果入选国家“十三五”科技创新成果展，对项目团队是极大的激励。今后，我们将继续扎根基层，为水生态环境保护提供技术支撑，不断推进科研项目转化，形成一批系统性、可复制性、可推广性的水污染防治成套技术方案，为地方水环境治理提供技术支撑。”该项目相关负责人表示。
来源:新华日报
编辑:蔡
审核:潘
