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作者：倪思洁 来源：中国科学报5月24日，记者从中国科学院高能物理研究所了解到，江门中微子实验的升降平台已安装完成，并顶升至38米，为下一步有机玻璃球安装工作做好了准备。江门中微子实验核心探测设备——中微子探测器位于地下实验大厅内44米深的水池中央。它由直径41米的不锈钢网壳、直径35.4米的有机玻璃球，以及2万吨液体闪烁体、2万只20英寸光电倍增管、2.5万只3英寸光电倍增管等关键部件组成。升降平台是完成有机玻璃球安装的重要辅助平台，其直径和高度逐层可变，可谓“变形金刚塔”。它将全程服役于有机玻璃球的安装。工程人员将在该平台上逐层完成有机玻璃的吊装就位、拼接聚合、固化、退火、打磨、清洗、贴膜等工序，最终完成有机玻璃球的整体安装。“变形金刚塔”——有机玻璃球安装升降平台（俯视图）中国科学院高能物理研究所供图“变形金刚塔”——有机玻璃球安装升降平台（仰视图）中国科学院高能物理研究所供图

中国科学技术大学中科院微观磁共振重点实验室杜江峰、王亚等人在金刚石量子器件制备方向取得重要进展，发展了一种全新的基于自对准的光子学器件制备加工技术，可将氮-空位色心这一原子级量子传感器以纳米级精度加工到金刚石器件最佳工作位置，实现接近最优光学探测性能的量子传感器阵列。这项研究成果以“Self-aligned patterning technique for fabricating high-performance diamond sensor arrays with nanoscale precision”为题发表在《科学进展》[Sci. Adv.8, eabn9573 (2022)]上。金刚石，俗称“钻石”，具有高硬度、高稳定性、高透光性、高热导率以及超高的禁带宽度等优异的物理化学性质，在超精密加工、光学材料以及半导体电子器件等工业领域有着广泛的应用。近十多年来，科学家发现金刚石中一种可以发光的原子尺度晶格缺陷--氮-空位色心（简称NV色心）具有极大的量子应用前景，让存在缺陷的不“完美”金刚石变得在实用性上更加“完美”。NV色心不仅可以以纳米空间分辨率对电磁场、压力等多种物理量在室温大气乃至极端环境下进行精密测量，也可以建立多体量子纠缠，用于研究量子信息等基础问题，在前沿基础科学、高科技产业等领域有重大应用价值。图1：制备技术方法示意图。制备高性能金刚石量子器件是金刚石量子信息技术实用化的关键技术。以金刚石量子传感器为例，其原理是利用器件内的NV色心将外界的微弱物理信号转换为自身荧光强度信号来进行探测，因此在不牺牲其他物理性质前提下，提高NV色心光子计数率是提升传感器性能的一个关键指标。在过去几年中，人们积极致力于开发用于提高NV色心荧光强度的金刚石微纳米光子学结构，例如固体浸没透镜、柱形波导、圆形牛眼光栅、抛物面反射器、倒置纳米锥等。但目前传统的制备技术无法精确控制微纳米结构中NV色心位置，导致器件制备效率低下，性能难以达到预期(图2(a))，其主要原因是NV色心制备工艺和金刚石结构刻蚀工艺之间的对准难题(图1左)。通常这一对准精度需要优于20纳米，方能达到光学器件理论上最优的光学性能。图2：器件制造效果展示。（a）传统工艺制造器件光学计数率分布；（b）自对准工艺制造器件光学计数率分布；（c）金刚石纳米柱传感阵列电镜照片；（d）单个NV色心荧光饱和曲线测试。针对以上难题，本工作研究团队发展了一种基于自对准策略的光子学器件加工技术，通过双层掩膜图形化工艺设计实现生成NV色心所需的氮离子注入工艺和金刚石结构刻蚀工艺的自对准，精度可以达到15纳米(图1右)。使用该技术，研究团队实现了高性能金刚石纳米柱传感阵列的制造，该纳米柱传感器可用于生物传感、纳米级磁性材料成像等前沿应用。与传统制造技术相比，器件显示出高度一致且最优的光子计数率以及接近理论预期的器件产率。通过金刚石晶体取向进一步控制荧光发射偶极方向，团队最终实现单个NV色心饱和光子计数率达到~4.34Mcps，荧光强度提升大约20倍(图2)。该方法具有可工程化、简单且高精度的特点，不仅可批量化制备高性能金刚石量子传感器，对金刚石量子技术实用化具有重要意义,还可以应用于碳化硅、稀土离子等其他固态量子体系。相关技术与器件已申请国际专利进行保护。中科院微观磁共振重点实验室特任副研究员王孟祺为该论文的第一作者，杜江峰院士、王亚教授为共同通讯作者。该研究得到了科技部、中科院、国家自然科学基金委和安徽省的资助。论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn9573

全国两会，既是中国政治生活中的一件大事，又连接着万千百姓的小日子。3月5日，备受瞩目的政府工作报告出炉，“量子信息”这一关键词被放在极其重要的位置。十三届全国人大四次会议在京开幕报告指出，过去五年，创新型国家建设成果丰硕，在载人航天、探月工程、深海工程、超级计算、量子信息等领域取得一批重大科技成果。这是“量子信息”首次出现在国务院政府工作报告中，奏响“科技自立自强”的最强音。而在近日教育部公布的2020年度普通高等学校本科专业备案和审批结果的新增专业目录中，“量子信息科学”正式被列为本科专业。量子信息科学未来发展的重要性不言而喻！量子科技教育，离不开量子理论和实验的紧密结合。多年来，国仪量子面向全国高等院校提供实验课程解决方案，默默耕耘，形成金刚石量子计算教学机、量子计算云平台、量子光学实验平台等量子教育解决方案，助力高校推进量子信息学科建设，完善和创新学科教学内容、教学方法、教学手段。金刚石量子计算教学机金刚石量子计算教学机是国仪量子为了更好地促进量子力学和量子计算相关的教学，推出的全球首款、面向大众的基于金刚石中NV色心，以自旋磁共振为原理的设备，通过控制光、电、磁等基本物理量，实现对NV色心发光缺陷的自旋进行量子操控和读出，从而实现量子计算等功能的教学仪器。该仪器可以在室温大气下运行，无需低温真空环境，使得设备有着几乎为零的运行成本，桌面型的设计让它能适应各种不同的教学环境，无论是课堂还是实验室，都能轻松进行量子力学和量子计算实验教学。不仅如此，金刚石量子计算教学机丰富的硬件模块支持学生动手搭建和调试，多功能的软件支持自定义脉冲序列编写。金刚石量子计算教学机可以帮助和促进高校、科研机构在开设、优化大学物理实验课、近代物理实验课、量子信息科学专业课程的相关工作，方便教师展示教学，激发学生的兴趣和想象力，提高学科水平和教学质量。基于金刚石量子计算教学机，国仪量子可以提供包括实验室建设、教学讲义、教学视频、教学课件、示范课培训等量子计算教学相关的整体配套解决方案定制服务，让学校和老师们更轻松地开设相关实验课程。目前，国仪量子金刚石量子计算教学机已成功交付至多个国内高校，中国科学技术大学、南京大学、深圳大学、华中师范大学、上海大学、天津大学等几十所高校已开设实验课程并得到良好效果。量子计算云平台量子计算是一种基于叠加性、纠缠性、量子隧穿等量子力学效应的新型计算模式。与传统的数字计算相比，可以极大的减少计算时间和能量消耗，未来将在人工智能、网络安全、云计算、金融服务、化学模拟、生物制药等领域产生深度乃至颠覆性影响。国仪量子计算云平台是以量子计算为核心的云服务产品，能够提供适用于高校和科研院所的量子计算在线云服务。配套金刚石量子计算教学机使用，可以提供一套完整的量子计算实验课程方案。主要功能包括：（1）量子算法原理教学 包括量子克隆算法、Grover 搜索算法、 量子相位估计算法、Shor 算法等。（2）作业管理和课程考核 量子计算云平台提供实验课作业提交系统，方便作业管理和课程考核。（3）线上和网课教学 配套金刚石量子计算教学机，延伸量子计算实验课程。（4）算法编辑与结果展示 量子线路图编辑简单，算法运行结果以概率柱状图直观展示。量子光学实验平台量子光学是现代物理学中最重要的基础学科之一，也是当前发展极为迅速的学科，已被应用于许多重要的高新技术领域。量子光学实验平台是采用BBO参量下转换、单光子探测等技术，用于开展量子纠缠源制备与验证、量子随机数产生等基础物理实验，同时可支持单光子源产生探测等拓展研究实验的一体化平台。量子光学实验系统可以帮助和促进高校、科研机构在开设、优化大学物理实验课，近代物理实验课，量子光学科学专业课程的相关工作，方便教师展示教学，激发学生的兴趣和想象力，提高学科水平和教学质量。《政府工作报告》掷地有声地指出，以“十年磨一剑”精神在关键核心领域实现重大突破。为了适应国家发展战略和区域经济社会发展需要，促进中国高等院校“双一流”建设，国仪量子将持续优化量子信息实验课程解决方案，助力“量子信息科学”专业等学科建设，为“第二次量子革命”培养更多生力军！延伸阅读 了解更多赞！天津大学量子计算实验课第一学期圆满收官