在研项目

电磁波先进调控技术包括:新频谱资源的开放利用、微波及太赫兹波及光波中新材料和新结构器件的运用、在固体量子比特上的电磁波调控等技术。

在无线通信方面,THz特别适合于宽带移动通信及空间通信,是下一代通信技术关注的重点。国际通讯联盟已指定0.12THz和0.22THz的频段分别为下一代地面无线通信(移动电话)和卫星间通信之用。另外,在短距离内THz波通信具有很强的抗干扰能力,可实现在局域战争中2-5km内的高速大容量的保密通信。2006年日本已经开发出0.12THz,1.5Km的无线通信系统,进一步的发展必定进入0.3THz以上的范围。

在雷达遥感探测方面,THz波能够实现比微波和毫米波更高的分辨率、更精确的定位或成像,在对军事目标进行侦察、识别及精确制导方面的应用有很大潜力。同时因为有机生物大分子在THz频段都有特征吸取谱,所以THz波也是利用雷达进行遥感探测并预警生化武器威胁的理想工具。目前美国已经建立了机载0.225THz军用遥感雷达系统,并成功地进行了实验。

在反恐缉毒等国土安全方面,THz波谱成像技术有广泛的应用,包括远距离 探测可疑人员是否携带危险物品;从建筑物外部获取墙内信息;快速检测信件和包裹内可能藏匿的毒品和炭疽病毒等有害物质。美国橡树岭国家实验室和田纳西大学合作,已开展了基于THz技术的“穿墙计划”。

在物理学、化学、生物医学、环境科学、天文学和材料学等学科的基础研究方面,THz波可作为一种特殊而有效的探针,对物质内部进行深入研究,提供关于物质的物理、化学及生物成分、波谱特性、分子、量子互作用过程等重要信息;也是生物分子探测极为重要的新型研究手段。THz波段占有宇宙空间约一半的光子能量,可以提供恒星形成、星系演化、宇宙学等各个层次的丰富的天体信息。在我国未来的太空研究和探月计划中,THz波也可以提供包括星球表面特性和极区辐射特性的诸多重要信息。

鉴于THz波技术的重要学术价值和重大应用前景,近二十年来,各国给予了广泛的关注和投入。在美国,如国家基金会(NSF)、国家航天局(NASA)、国防部(DARPA)、能源部(DOE)和国家卫生学会(NIH)等部门从上个世纪90年代后期至今,投入较大规模的资金对THz技术进行研究。在欧洲,组织了跨国家的、多学科参加的大型合作研究项目,以发展小型化器件,成像、遥感、检测器以及THz波与生物系统的相互作用研究等技术。在亚洲,日本、韩国等各研究机构、大学等也在该领域投入了大量的经费。2004年,美国MIT将太赫兹科技评为“改变未来世界的十大技术”之五,日本政府2005年1月8日将太赫兹科技列为“国家支柱技术”十大重点战略目标”之首。

在国内,THz科学技术受到高度关注。国家科技部、自然科学基金委,863等都给予了一定的支撑。2005年以太赫兹科学技术为主题的第270次香山科学会议的召开,大大推动了我国THz科学技术的研究。我国在太赫兹源、探测、成像以及传输等领域的理论和实验研究上形成了自己的研究特色,并取得了一些重要成果。云顶娱乐官网已具备了从薄膜和结的制备,到薄膜和结在THz辐照下的物理特性的研究,以及最终形成器件的一整套的技术能力。

人工电磁材料最新进展,发展趋势、应用前景

新型人工电磁材料的研究兴起于1999年对负折射率介质(ε和μ都为负)的研究,负折射率介质被《Science》杂志评为2003年度全球十大科学进展之一,并被国际物理学会评为2004年度最具影响的研究进展。利用人工电磁材料和结构的独特性质有效提高电磁器件的性能,甚至有可能设计出具突破性的新型微波、太赫兹、光电子器件,给电子信息、国防技术等领域带来技术突破。

新型人工电磁材料近年一个极为重要的应用是:它为大家任意控制电磁波的传播方式提供了有效手段。要实现对电磁波传播进行复杂精确的控制,理论上要求所用材料的介电常数、磁导率在空间上按照一定规律变化,并常常取一些奇特的值,所以传统材料和传统电磁波导行结构对此无能为力。而新型人工电磁材料的每个组成单元都可以人工控制,从而可以灵活方便地调整其各部分的电磁响应特性。因此,到目前为止,新型人工电磁材料是实现复杂电磁波传播的唯一可选媒质。

2006年Pendry教授根据麦克斯韦方程组关于坐标变换的协变性提出了变换光学理论,应用这一理论合理设计人工电磁材料的电磁参数,可使入射电磁波完全在覆盖于目标外的人工电磁材料中传播,从而实现目标的完全隐身。随后D. R. Smith教授等人在实验上验证了电磁波弯曲传播的新概念,实现了微波频段金属目标的隐身。这项研究无疑在电磁信息传播和处理及国防技术的诸多方面具有深刻的影响,因此被美国《科学》杂志评为2006年的十大科技突破之一。

新型人工电磁材料的构造也逐步由低频段发展到高频段,将工作频率推向太赫兹、红外甚至可见光,高频段的巨大应用前景呼唤着研究人员向这个方向努力。在高频段,金属体现出的等离子体特性和结构单元小尺寸特性等都为新型人工电磁材料的发展提出新的课题。如,普渡大学Shalaev研究小组提出利用双层金属网格结构实现光频段的磁共振,加州大学伯克利分校Xiang Zhang和爱荷华州立大学Soukoulis研究小组分别在太赫兹及100太赫兹波段研制出开口金属环结构以实现磁共振等。

目前人们对新型人工电磁材料的理论、特性和应用前景逐渐清晰。欧美国家的研究机构与政府均已看到了蕴含其中的巨大技术与产业潜力,高度重视其研究和开发。如欧共体联合协调项目METAMORPHOSE(MetaMaterials ORganized for radio, millimeter wave, and PHotonic Superlattice Engineering),由24个欧洲大学参与研究新型人工电磁材料,已经进行到第二期。美国各大基金会(如DARPA, NSF, ONR, AFSOR, ARO等)都大力支撑新型人工电磁材料的研究。美国军方也十分看好人工电磁材料有可能在微波器件小型化、小型高效天线、太赫兹频谱调控及探测、新型光电子器件上带来的突破,这对提高信息处理、通信和电子战能力是尤为重要的。法国,德国,意大利,西班牙,日本,新加坡等国, 在该研究方面都投入了许多研究经费。在国内,国家自然科学基金重大项目、科技部973项目及总装备部预研计划也对这一新型人工材料的研究给予了重点资助。

超导量子计算最新进展,发展趋势、应用前景

建立在半导体工业基础上的计算机和信息处理技术是人类发展的重要组成部分。但随着位的尺寸不断缩小,位中的电子的行为不能用经典的电磁学理论来描述,而必须用量子力学来描述的时候,位就无法储存信息,摩尔定律就会失效,计算机和信息产业的发展就会受到限制。因此,科学家们就提出一个革命性的建议,直接用量子系统来进行信息存储和处理,这就是量子信息和量子计算。一台量子计算机能在数秒钟之内把一个250位的大数分解为两个质数的乘积, 而一台现在的大型计算机需要800000年!

量子信息和量子计算的基本原理就是用量子系统作为信息处理的基本单元(量子比特),通过人为的调控量子系统的状态。目前,有很多种量子系统都被提出可以用来实现量子比特,其中比较常见的有核磁共振(核自旋)、离子、光子、量子点和超导量子器件等。而超导量子器件利用半导体集成技术,以其易于集成化的突出优势而逐渐成为研究量子计算的国际前沿热点。从1999年以来,人们在单个超导量子器件中观测到量子相干振荡(Nature 398, 786(1999);证明了超导量子器件是一个宏观量子系统,具有很好定义的量子比特。近年,又报道了两个耦合超导量子比特中量子相干振荡和量子纠缠(Science 313, 1423 (2006)),说明了超导量子比特可以耦合纠缠起来。近期研究工作重点就集中在优化设计和加工,研究消相干机制,延长消相干时间,实现多量子比特的量子纠缠和条件操纵CNOT。

国内近来在量子计算和量子信息领域有一些优秀的工作。在超导量子计算方面,由于受低温实验条件的限制,主要集中于理论上的研究。但是,在超导电子学和微加工技术这两个超导量子计算的重要环节上,云顶娱乐官网具有较好的基础,近来已经有重要突破。同时,超导量子计算和量子信息仍然是一个较新的领域,如果得到持续有力的支撑,大家有可能赶上国际水平并取得更大成果。

XML 地图 | Sitemap 地图