重大成果閃耀國家“十三五”科技創(chuàng)新成就展 ——

江蘇科創(chuàng)力量： 深耕前沿原創(chuàng)，發(fā)軔產(chǎn)業(yè)風(fēng)口

新華日報(bào) 2021年11月16日 第11版

本報(bào)記者 蔡姝雯 楊頻萍 張宣

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(zhì)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(gè)重大科技成果閃耀亮相，在前沿科技、基礎(chǔ)研究、工程應(yīng)用等方面，展現(xiàn)出江蘇勇攀科技高峰、肩挑時(shí)代使命的奮力作為。

觸摸科技前沿脈動，硬核成果領(lǐng)跑賽道

展覽上，南京大學(xué)多個(gè)高精尖科技成果“組團(tuán)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(shè)計(jì)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(guān)成果，以及四項(xiàng)專用先進(jìn)技術(shù)成果。

“功能集成光量子芯片”項(xiàng)目成果是在“量子調(diào)控與量子信息”重點(diǎn)專項(xiàng)資助下，圍繞功能集成光子芯片及其應(yīng)用這一目標(biāo)，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(xué)祝世寧團(tuán)隊(duì)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(shí)現(xiàn)固定點(diǎn)間的量子鏈接。2020年初，祝世寧團(tuán)隊(duì)提出以無人機(jī)等移動平臺作為量子網(wǎng)絡(luò)的基本節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建移動量子通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)想，成功完成了第一個(gè)基于無人機(jī)的量子糾纏分發(fā)實(shí)驗(yàn)。南京大學(xué)教授謝臻達(dá)介紹，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)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(jī)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(shí)現(xiàn)用無人機(jī)構(gòu)建“移動量子通信網(wǎng)絡(luò)”，為移動量子通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和發(fā)展提出了一種新的方案。

量子通信向?qū)嵱眠~進(jìn)的一大阻礙是其傳播速度?！澳壳埃孔油ㄐ诺男畔鬏斔俣冗€遠(yuǎn)遠(yuǎn)地低于光纖通信速度?！蹦暇┐髮W(xué)固體微結(jié)構(gòu)物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員王漱明對記者科普道。2020年6月，團(tuán)隊(duì)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(xiàn)有量子光源的技術(shù)瓶頸和信息編碼維度限制，將超構(gòu)透鏡與非線性光學(xué)晶體組合在一起，構(gòu)成全新的超構(gòu)表面量子光源系統(tǒng)，“我們設(shè)計(jì)并制備出10×10的超構(gòu)透鏡陣列，通過路徑編碼的方式提高維度?！蓖跏髡f，從理論上說，如果增加透鏡陣列數(shù)，糾纏光子的維度還可以進(jìn)一步提高，在不久的將來，有望應(yīng)用于高維度的量子通信、量子計(jì)算、量子存儲等領(lǐng)域。

如何高效地制備高維糾纏光子對并對其進(jìn)行高精度、可編程的任意相干調(diào)控，是量子信息技術(shù)走向規(guī)模應(yīng)用的一大挑戰(zhàn)。負(fù)責(zé)這項(xiàng)攻關(guān)的南京大學(xué)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(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)光子芯片上的三維量子糾纏態(tài)的產(chǎn)生、濾波、調(diào)控等多項(xiàng)功能，并且實(shí)現(xiàn)了量子模擬與量子精密測量等應(yīng)用任務(wù)。該研究為將來實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子芯片及其在量子信息技術(shù)的普及提供了重要基礎(chǔ)。

紫金山實(shí)驗(yàn)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(diǎn)，對于支撐我國移動通信技術(shù)與產(chǎn)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(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)解決了硅基CMOS毫米波Ka頻段相控陣芯片的核心技術(shù)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。“每通道成本由1000元降至20元，可以預(yù)見，未來5G通信建設(shè)成本將大大降低?！蓖瑫r(shí)，實(shí)驗(yàn)室進(jìn)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)協(xié)議定義的400MHz/64-QAM調(diào)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(diǎn)、建立覆蓋全球每個(gè)角落的寬帶通信網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)力引擎。目前，該成果已在車載、船載和無人機(jī)寬帶衛(wèi)星移動通信及毫米波5G領(lǐng)域得到規(guī)模性應(yīng)用。

筑牢基礎(chǔ)研究根基，原始創(chuàng)新厚積薄發(fā)

科技創(chuàng)新要打牢基礎(chǔ)研究的“地基”?！笆濉逼陂g，我省發(fā)力基礎(chǔ)研究，取得一系列重大原始創(chuàng)新成果，為科技強(qiáng)國貢獻(xiàn)更多江蘇力量。

在國家“十三五”科技創(chuàng)新成就展“基礎(chǔ)研究”展區(qū)，中國科學(xué)院紫金山天文臺主導(dǎo)研制的“悟空號”暗物質(zhì)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(fù)電子、質(zhì)子以及氦核能譜?！啊蚩仗枴俏覈谝活w空間天文衛(wèi)星，是我國進(jìn)入空間科學(xué)新時(shí)代的重要里程碑?！弊辖鹕教煳呐_“悟空”號團(tuán)隊(duì)相關(guān)負(fù)責(zé)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(shí)間，探測器各項(xiàng)指標(biāo)狀態(tài)仍然優(yōu)良，目前已累計(jì)觀測到宇宙線事例接近110億個(gè)，“隨著科學(xué)數(shù)據(jù)的不斷積累，‘悟空’號有望在暗物質(zhì)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(xué)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(xué)鑒定、特征屬性記錄和表達(dá)，一直以來是土壤利用和管理關(guān)注的基礎(chǔ)科學(xué)問題。但是長期以來，囿于土壤分類研究的龐雜性和基礎(chǔ)性，土系鑒定工作在我國一直處于空白狀態(tài)。中國科學(xué)院南京土壤研究所張甘霖研究員主持的國家科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)重點(diǎn)項(xiàng)目“我國土系調(diào)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(gè)體’，土系志可以通俗理解為給土壤建立‘個(gè)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(biāo)準(zhǔn)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(gè)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(diào)查歷經(jīng)十余年，建立了基于定量標(biāo)準(zhǔn)的土系4351個(gè)?！吨袊料抵尽穮矔切聲r(shí)期我國土壤分類的標(biāo)志性成果，也是土壤類型資料的重要組成部分，它滿足當(dāng)前和今后土壤資源管理和科學(xué)研究對土壤信息的需求，為農(nóng)業(yè)、環(huán)境和國土規(guī)劃以及土壤科學(xué)研究，提供了可靠、系統(tǒng)、規(guī)范的科學(xué)數(shù)據(jù)和決策依據(jù)。

助力重大工程應(yīng)用，推動“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)

生態(tài)環(huán)境事關(guān)民生福祉，用科技賦能生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)代化治理，守好“綠水青山”，助力實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”，江蘇做出積極實(shí)踐，獲得一系列可復(fù)制推廣應(yīng)用的重大成果。

南京市水利科學(xué)院此次帶著“水力式升船機(jī)關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)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(jù)介紹，水力式升船機(jī)是世界首創(chuàng)、中國原創(chuàng)的全新升船機(jī)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(jī)，水力式升船機(jī)利用上下游水位差，向豎井充泄水改變平衡重浮力驅(qū)動船廂升降，不僅實(shí)現(xiàn)了從電力驅(qū)動到水力驅(qū)動的全新轉(zhuǎn)變，還使升船機(jī)真正達(dá)到了自適應(yīng)‘全平衡’。”南京市水利科學(xué)院水工所所長胡亞安介紹，水力式升船機(jī)顯著提升了升船機(jī)的安全性、可靠性、適用性和經(jīng)濟(jì)性，已在景洪樞紐成功應(yīng)用，打通了瀾滄江-湄公河水運(yùn)主通道，為實(shí)現(xiàn)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(qū)動升船機(jī)方案相比，水力式升船機(jī)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)可降低50%以上，500T級水力式升船機(jī)每年可減少二氧化碳排放量1130T，有利于推動實(shí)現(xiàn)‘碳達(dá)峰、碳中和’目標(biāo)。”胡亞安表示。

太湖藍(lán)藻水華暴發(fā)的主要原因是什么？如何通過防控技術(shù)和生態(tài)修復(fù)還太湖以碧水藍(lán)天？在“水污染與治理”重大專項(xiàng)主題展區(qū)，中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所的水專項(xiàng)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(shù)VR視頻體驗(yàn)等形式，充分展示了地湖所在太湖藍(lán)藻水華暴發(fā)機(jī)理、防控技術(shù)和生態(tài)修復(fù)方面的重要研究成果。

“十三五”期間，地湖所承擔(dān)了國家水專項(xiàng)太湖流域梅梁灣項(xiàng)目。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人介紹，針對梅梁灣濱湖城市水體河道水質(zhì)斷面不穩(wěn)定達(dá)標(biāo)、部分河段黑臭、藍(lán)藻水華頻繁入侵、河湖生境退化和生態(tài)服務(wù)功能低下等問題，項(xiàng)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(wǎng)水系調(diào)活—河口生境優(yōu)化—湖泊生態(tài)修復(fù)”的技術(shù)研發(fā)思路，突破了大流量漂浮藍(lán)藻顆?？焖偾宄夹g(shù)等14項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，集成了河口藍(lán)藻水華綜合防控與清除等5項(xiàng)成套技術(shù)，研制了輸入性藍(lán)藻污染河網(wǎng)水體的高效除藻裝置。核心技術(shù)在太湖東北片區(qū)得到推廣應(yīng)用，顯著改善了河流和湖體生境條件。

該項(xiàng)目獲得了環(huán)?？茖W(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)等省部級獎(jiǎng)勵(lì)5項(xiàng)?！俺晒脒x國家‘十三五’科技創(chuàng)新成就展，對項(xiàng)目組來說是莫大的激勵(lì)。未來我們將繼續(xù)扎根基層，為水生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供技術(shù)支撐，并不斷推動科研項(xiàng)目成果轉(zhuǎn)化，形成一批系統(tǒng)的、可復(fù)制、可推廣的水污染防治成套技術(shù)方案，為地方水環(huán)境治理提供技術(shù)保障?！表?xiàng)目相關(guān)負(fù)責(zé)人說。