新微之光-2019年度科技进展评选入选成果

  
 1、超导单光子器件性能持续领先,荣获中国光学工程学会技术发明奖一等奖,量子密钥分发应用成果入选2019年十大国内科技新闻

  超导纳米线单光子探测器(SNSPD)作为一种高性能的单光子探测器,已经广泛的应用于量子信息、激光雷达、深空通信等领域,有力推动了相关领域的科技发展。2019年度,超导单光子团队持续发力,器件性能保持国际领先。创新性的发展光学腔级联、微纳光纤耦合等技术,实现多光谱和超宽谱等系列原创SNSPD器件;与七室欧欣团队合作,发明离子调控方法大幅提升SNSPD性能,实现探测效率>90%器件新方法。

  高性能器件应用于量子信息领域实现了多项原创性应用成果。与中科大潘建伟院士团队合作,国际上首次实现了20光子输入60×60模式干涉线路的玻色取样量子计算,等效于48个量子比特,逼近量子优势里程碑;首次验证远距离双场量子秘钥分发,成果入选2019年十大国内科技新闻。全年发表SCI论文28篇(含Nature Photonics 1篇、PRL 5篇),其中第一单位论文11篇。

  团队负责人主持的重点研发计划“高性能单光子探测技术”项目中期评估获优秀。相关成果获得了科技日报头版报道“量子调控的神助攻!我国单光子探测器探测效率超百分之九十”。20198月,“高性能超导纳米线单光子探测技术”成果荣获第五届中国光学工程学会技术发明奖一等奖。

   

  1:离子辐照超导单光子探测器件原理示意图

   

  2:光量子计算应用实验示意图

   

  3:中国光学工程学会技术发明奖一等奖获奖证书

  团队(限5人):尤立星、张伟君、李浩、王镇、谢晓明


  2、PCRAM成果获2019年中国材料研究学会科学技术一等奖

  相变存储器(PCRAM)与新型CMOS工艺兼容,是高密度、可三维集成的新型海量存储技术,比传统DRAM容量大价格低,比3D NAND FLASH速度与寿命提高1000倍,是未来实现存算一体,人工智能、大数据、生命健康的核心芯片,具有非常广阔的市场前景。国际上,英特尔采用三维相变存储器(3D PCRAM)技术大幅提升数据中心服务器和计算机性能,正在构建基于3D PCRAM的应用生态。美光公司采用3D PCRAM技术研制出世界上速度最快的固态硬盘,并计划在数据中心存储和存储密集型应用中实现性能的突破性改进。在国内,华为公司在下一代数据中心服务器产品中已经将3D PCRAM作为公司的主要战略。长江存储已经开始3D PCRAM产业化工作。综上所述,相变存储器已经成为最热门的新型存储器技术,具有非常重要的研究价值。

  本年度,PCRAM课题组在三维相变存储器电路设计方面提出新型BL操作偏置方法和读出电路,同时提升了芯片的速度(4×)、适用性和可靠性(21.3×),成果在国际电路与系统顶级会议ISCAS发表。在相变材料研究方面,将三维原子探针与球差电镜相结合,实现了相变材料杂质的定量设计,研究成果发表在NCNature Communications 2019, 10, 3525)上。在相变存储器神经形态关键技术研究方面获得一项美国授权专利,并获得国家自然科学基金委“后摩尔时代新器件基础研究”重大研究计划重点支持项目。

  在成果推广方面,课题组与华为,长江存储,江苏时代全芯存储科技有限公司和上海集成电路研发中心合作,进展顺利。针对未来PCRAM两类重要的应用领域,在独立式方面支撑国家战略,为目前长江存储正在开展的3D PCRAM产业化提供自主相变材料和设计技术。在嵌入式方面,与上海集成电路研发中心合作,恢复产业化平台,开展嵌入式PCRAM研究,重点是针对人工智能和类脑计算,开展多阻态PCRAM神经形态芯片研制。PCRAM成果获得2019年中国材料研究学会科学技术一等奖(排名第一)、中国新材料产业发展大会“新材料成果转化奖”、第五届“纳米之星”创新创业团队组一等奖和技术领先奖。

   

    1:三维相变存储器电路设

  

  2:传统AgInSbTe相变材料三维原子探针结果

  

  3PCRAM成果获2019年中国材料研究学会科学技术一等奖   

  团队(限5人):宋志棠、雷宇、朱敏、李喜、宋三年

   

  3、微系统所高效SHJ太阳电池完美亮相南极科考站

  习近平总书记对南极科考做出指示,要求“认识南极、保护南极、利用南极”。目前,南极科考已经上升为国家战略。南极地区特殊的气候和地理条件,生态环境脆弱,环境保护问题受到各国重视,科考站在建设和运营过程中对环境保护的要求也越来越严格,清洁能源发电是支撑未来极地科考的重要战略研究方向。

  澳门威斯尼斯人娱乐网物联网技术实验室新能源技术中心研发的高效率硅异质结(SHJ)太阳电池拥有自主知识产权。应国家极地研究中心的邀请,参与了南极科考站可再生能源利用情况的调研工作、论证并且制定了南极科考站可再生能源利用方案。经过3年多的预研准备,针对南极环境低温、强风和冰雪的特殊使用环境需求,确定采用双面玻璃封装SHJ太阳电池制成高功率双面受光组件,比普通单面组件发电高20%. 通过大量实验验证,该组件成功通过了耐受低温环境测试。

  在前期充分调研论证基础上,我所承担了南极泰山站新能源项目40kW光伏发电分系统,其中2019年初成功安装的一期10.0KW太阳电池组件系统在泰山站极昼期间实际最大发电功率达到10.5kW,超过了设计目标,而国内同等功率的光伏发电系统在夏季太阳光照最好时最大发电功率一般也不会超过7kW。实测数据也显示,泰山站的该发电系统在南极工作稳定、运行良好,整体发电效果突出。该系统的成功运行,为我国在高纬度高海拔极寒地区光伏组件、风力机组、低温部件和特种材料的验证使用获得了宝贵的数据和经验。在我国第35次南极考察队离开泰山站之后,该系统仍然持续为泰山站内某科研设备供电。

  201910月底,第36次南极科考队再次出征南极,本次雪龙船上还装载有中科院微系统所为泰山站制备的另外30KW光伏组件,该光伏系统预计2020年初在泰山站实现上网发电。同时,部分验证光伏组件也将应用于中国第五个南极科考站—罗斯海新站,为新站即将开展的战略性科考实验提供能源。这是我所研制的产品首次登陆南极现场,彰显了我所科研实力,展现了我所服务国家战略的责任担当,为今后全面参与南极开发提供清洁能源做好了铺垫

                                                                                       图1:中国南极泰山站高效SHJ太阳电池阵列

2:微系统制备的高效SHJ太阳电池阵列


3:澳门微尼斯人娱乐高效SHJ太阳电池亮相南极科考站媒体报道


团队(限5人):刘正新、韩安军、孟凡英、张丽平、石建华


  4、成功研制第一代类脑智能平台“机器头脑”,全球范围内实现了从01的飞跃

  “机器头脑”是在上海市级重大专项“脑与类脑智能基础转化应用研究”的支持下,由中国科学院澳门微尼斯人娱乐仿生室联合上海爱观视觉科技有限公司自主研发的多感官信号主动采集、类脑处理、智能决策于一体的跨模态信息融合处理与交互平台。团队通过模拟大脑工作机制和视觉通路,自主研发泛用性智能机器头脑,集成了全面的软硬件支撑技术与模块,包括第三代可动仿生双眼系统、脖颈系统、多麦语音阵列系统、姿态感知模块、综合信息处理模块,实现了视、听、姿态感知等多模态智能感知。智能机器头脑目前已具备图像防抖、快速移动目标追踪、实时3D重建、导航避障、物体识别、人脸识别、视觉显著性感知、声源定位、语音降噪、智能语音应答、眼颈联动等全面的智能核心技术,能够为机器人提供强大的多维度信息感知、记忆、分析决策能力,大大提升机器人的集成度和智能化程度。智能机器头脑目前多项核心技术已拥有国际领先成果,在计算机视觉/深度学习领域具有良好学术影响力,同时在无人智能设备导航,轨道交通、虚拟/混合现实等领域已开展示范应用,延展了类脑智能应用的深度与广度,推动着类脑智能产业的大规模应用。截止目前,“机器头脑”已参加了包括2019年北京国际机器人展、2019年世界人工智能大会在内的多个重要展会和会议,并吸引了大批观众驻足围观,获取了广泛好评。基于机器头脑平台,仿生室2019年度发表IEEE旗下期刊及视觉顶会等论文10篇,申请专利10项。

  

  1:李强书记与“机器头脑”机器人小白

   

    2:“机器头脑”机器人小白在张江人工智能岛

   

  3:机器头脑在2019北京国际机器人展


  团队(限5人):张晓林、李嘉茂、王开放、朱冬晨、陈利利

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