分布式光纖溫度檢測儀
“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星
市場星報、安徽財經網(zgstyb.cn)訊(記者 于彩麗/文 中國科大/供圖)2016年4月26日，習近平總書記在中國科大考察時強調，創(chuàng)新居于五大新發(fā)展理念之首，要把創(chuàng)新作為最大政策。2018年9月，習近平總書記對中國科大的未來發(fā)展提出了殷切希望，指出要傳承科教報國、追求卓越的精神，瞄準世界科技前沿，執(zhí)著攻關創(chuàng)新，在基礎性、戰(zhàn)略性工作上多下功夫。
中國科大牢記習近平總書記的殷殷囑托，將“在基礎性、戰(zhàn)略性工作上多下功夫”作為科技創(chuàng)新著力點，加快卓越科技創(chuàng)新體系建設，原創(chuàng)性科技成果不斷涌現(xiàn)。
“冰立方”用上“科大造”光纖溫度計
5月27日，合肥市科技成果轉化專班摸底成果項目路演中國科大專場活動在安徽創(chuàng)新館舉行。由中國科大教授陳旸帶來的中國科大團隊自主研制的高精度光纖振動——溫度監(jiān)測系統(tǒng)格外吸引眼球，該設備可以通過現(xiàn)有通訊光纖，精準測量振動和溫度。其實早在今年冬奧會期間，該設備就全程參與了冰壺賽事保障。
冬奧賽事中冰雪溫度至關重要。“冰立方”是冬奧會歷史上體量最大的冰壺場館，也是世界上唯一在泳池上架設冰壺賽道的“雙奧”場館，它實現(xiàn)了水冰之間自由轉換。
“冰壺場館對溫度的要求極高，整個冰體的溫度差異要控制在0.5℃內。”中國科大合肥微尺度物質科學國家研究中心特任副研究員張強介紹，場館濕度、空氣溫度、場館形狀，以及運動員比賽過程中摩擦產生的熱量，都會導致冰體溫度發(fā)生變化。“這時，全空間實時監(jiān)測冰體溫度，提供科學數據，對于保障賽事舉行至關重要”。
傳統(tǒng)測溫手段主要采用電學溫度計和紅外測溫儀，但這些測溫方式往往是單點測量，無法全面及時反映溫度在空間上的分布以及隨時間的變化。“像紅外測溫儀一般只能在賽前或賽后對賽道進行測溫。”張強說。
分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)(DTS)很好地解決了這一難題。在冬奧會開幕前，中國科大研究團隊在冰壺賽場冰面下方鋪設約200米通信光纖，這相當于布設了500個傳統(tǒng)溫度計，并部署2套分布式光纖溫度傳感設備，對賽道的冰體溫度進行空間和時間上的連續(xù)監(jiān)測，及時了解冰體溫度的微小變化，精確度可達0.1℃。
監(jiān)測結果表明，冰壺比賽場地冰體溫度(冰面下5厘米)較為穩(wěn)定(在-9℃至-10℃之間)，場地的不同區(qū)域溫度存在微弱差異(約0.2℃)，比賽后冰體溫度略有升高(不超過0.8℃)。系統(tǒng)監(jiān)測數據實時推送至“冰立方”場館環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，全程保障冬奧會冰壺賽事的順利進行。
近年來，中國科大研究團隊一直致力于光纖傳感應用領域的研究。2021年8月，陳旸研究團隊研制出具有自主知識產權的分布式光纖聲波/振動傳感系統(tǒng)(DAS)，利用現(xiàn)有通信光纜進行地震監(jiān)測和地下空間探測等工作。該研究成果得到中國地震局認可。
陳旸介紹，分布式光纖傳感系統(tǒng)具有廣泛應用前景，可以監(jiān)測溫度、振動，在激光自然資源的普查與調查、實現(xiàn)碳達峰碳中和等方面作出貢獻。此外，它還可以應用于自然災害的預防和監(jiān)測，進一步降低自然災害造成的損失。
“墨子號”實現(xiàn)1200公里地面站之間的量子態(tài)遠程傳輸
日前，記者從中國科大獲悉，該校潘建偉及其同事彭承志、陳宇翱、印娟等利用“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星首次實現(xiàn)了地球上相距1200公里兩個地面站之間的量子態(tài)遠程傳輸，向構建全球化量子信息處理和量子通信網絡邁出重要一步。相關研究成果日前在線發(fā)表在國際知名學術期刊《物理評論快報》上。
遠距離量子態(tài)傳輸通常可以利用量子隱形傳態(tài)來實現(xiàn)，是構建量子通信網絡的重要實現(xiàn)途徑之一，也是實現(xiàn)多種量子信息處理任務的必要元素。量子態(tài)傳輸距離在理論上可以是無窮遠。然而，量子糾纏分發(fā)的距離和品質會受到信道損耗、消相干等因素的影響，如何不斷突破傳輸距離的限制，一直是該領域的重要研究目標之一。
利用星載糾纏源向遙遠的兩地先進行糾纏分發(fā)，再進行量子態(tài)的制備與重構，是實現(xiàn)遠距離量子態(tài)傳輸的最可能路徑之一。但是，由于大氣湍流的影響，光子在大氣信道中傳播后，實現(xiàn)基于量子干涉的量子態(tài)測量是非常困難的。在以往的實驗中，量子態(tài)傳輸的制備方都是量子糾纏源的擁有者，無法真正意義上由第三方提供糾纏來實現(xiàn)先分發(fā)后傳態(tài)的量子態(tài)傳輸。隨著2016年“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星的成功發(fā)射，為量子通信實驗提供了寶貴的糾纏分發(fā)資源。
研究人員利用光學一體化粘接技術實現(xiàn)了具有超高穩(wěn)定性的光干涉儀，無需主動閉環(huán)即可長期穩(wěn)定。利用該技術的突破，結合基于雙光子路徑—偏振混合糾纏態(tài)的量子隱形傳態(tài)方案，在云南麗江站和德令哈地面站之間完成了遠程量子態(tài)的傳輸驗證。實驗中對六種典型的量子態(tài)進行了驗證，傳送保真度均超越了經典極限。千公里的距離為目前地表量子態(tài)傳輸的新紀錄。
執(zhí)著攻關創(chuàng)新 原創(chuàng)性科技成果不斷涌現(xiàn)
2016年，習近平總書記視察中國科大時贊揚中國科大“這些年抓科技創(chuàng)新動作快、力度大、成效明顯，值得肯定”，殷切期望學校要“勇于創(chuàng)新、敢于超越、力爭一流，在人才培養(yǎng)和創(chuàng)新領域取得更加驕人的成績，為國家現(xiàn)代化建設作出更大的貢獻”。6年來，中國科大加快卓越科技創(chuàng)新體系建設，涌現(xiàn)出一大批原創(chuàng)性科技成果。
6年來，中國科大重大原創(chuàng)性科技成果不斷涌現(xiàn)。學校面向國家重大需求，主導或參與了多項“大國重器”， “嫦娥”攬月、“墨子”升空 、“天問”探火、“悟空”獲取宇宙射線能譜精細結構，“奮斗者”遨游萬米深海……多個科技創(chuàng)新“制高點”被中國科大人成功登頂，“‘祖沖之號’‘九章二號’量子計算原型機研制成功”“凱勒幾何兩大核心猜想被證明”……6年來，中國科大作為第一完成單位獲國家自然科學二等獎7項、國家技術發(fā)明二等獎2項，國家科學技術進步二等獎1項;學校高質量學術成果實現(xiàn)不斷涌現(xiàn)，截至2022年4月，中國科大作為第一完成單位有43篇論文登上國際三大頂尖學術期刊(CNS)。
6年來，中國科大不斷健全卓越科技創(chuàng)新體系。學校全力支持國家實驗室建設，全面參與合肥綜合性國家科學中心建設，牽頭或參與合肥綜合性國家科學中心人工智能研究院、大健康研究院、能源研究院及中國科學院臨床研究醫(yī)院(合肥)建設。加快國家重點實驗室體系重組，成立碳中和研究院，啟動建設深空探測實驗室，推動合肥先進光源、“空地一體”量子精密測量實驗設施等重大科技基礎設施建設，加快臨床研究醫(yī)院建設發(fā)展。持續(xù)推進未來網絡試驗設施(合肥分中心)、大視場巡天望遠鏡等項目建設。學校現(xiàn)有11個國家級科研機構、25個中國科學重點科研機構、50個其他省部級科研平臺和22個所系聯(lián)合實驗室、42個校級科研機構，主持或參與4個國家重大科技基礎設施建設。
6年來，中國科大不斷提升科技成果轉移轉化成效。學校大力推動科技成果轉移轉化，獲批“高等學校科技成果轉化和技術轉移基地”“國家知識產權示范高校”，入選全國首批“賦予科研人員職務科技成果所有權或長期使用權試點單位”。制定《關于進一步加強科技成果轉移轉化工作的意見》，開展賦予科研人員職務科技成果所有權或長期使用權試點，已開展賦權改革項目9項，當前擬簽訂項目3項。
