光量子传感器

量子计算机从实验室走向产业化应用的步伐正在加快。北京玻色量子科技有限公司日前发布了自研100量子比特相干光量子计算机——“天工量子大脑”，该成果目前已在通信、金融、生物医药、交通等产业领域进行了真机应用测试。量子计算，是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式。随着电子计算机赖以提升算力的摩尔定律逐渐走到尽头，人们对新一代计算工具无比渴求，量子计算机正是备受关注的新一代计算工具的代表。量子比特是量子计算机的基本信息单元，当前，在实验室里制备单个或少量的量子比特对量子物理学家来说已经不再是难题，如何制备出成百上千的量子比特并使其在系统中稳定运行，成为量子计算技术从实验室走向产业应用的最大挑战。据悉，“天工量子大脑”具有100个计算量子比特，可以解决最高超过100个变量的数学问题，已达国际领先水平。此外，它还实现了上百规模光量子之间的“全连接”控制，具备完整的可编程能力，也就是对应不同的应用场景和不同算法时硬件无需修改，完全通过软件配置就能实现可扩展、可编程，充分利用光量子计算优势，极大降低了实际问题的建模复杂度。公司首席技术官魏海介绍，当光穿过非线性材料时，其光子的波长和相位都会发生变化，在精准控制其能量和相位的过程中，在相空间会出现量子叠加态效应，这也是“天工量子大脑”实现加速计算的根本原因，玻色量子技术团队利用该效应，完成了100光量子比特的并行加速计算。为了满足光量子存储运算的极高精度需求，实现超过100个量子比特的存储，技术团队自主研发了一款光量子计算专用光纤恒温控制设备——“量晷”，该设备能将光纤的温度变化稳定在千分之一摄氏度量级，即能够做到0.001摄氏度的温度稳定维持，有效避免环境温度波动带来的光纤内存长度误差。为了导入计算问题的参数矩阵，玻色量子自研了光量子测控一体机——“量枢”，集光量子测量反馈、系统状态检测、计算流程控制等功能于一体，同时控制、读取和执行快速反馈来操控100个计算量子比特。量子计算应用在产业的实际场景中，究竟有何优势？平安银行LAMBDA创新实验室负责人崔孝林介绍，其在“天工量子大脑”上实现了对德国信用数据集特征筛选计算的加速，在不到一毫秒的时间内完成了相关问题的求解。这一计算速度与传统的经典计算机最优算法相比，至少实现了100倍加速。北京航空航天大学教授、数据智能与智慧管理工信部重点实验室主任吴俊杰也举例说道，在复杂环境下的动态决策问题困扰了其很久，量子计算为其提供了新的解决思路和技术路径。北京量子信息科学研究院科研副院长、清华大学物理系教授龙桂鲁说，在量子计算机的多种技术路径里，“天工量子大脑”所属的相干伊辛机是最经济实用的，也是当前具产业化应用条件的方向之一。据悉，玻色量子2020年11月成立于北京朝阳区，其团队来自斯坦福、清华、中科院等顶尖院所，目前其成果已率先在金融、通讯、生物医药、交通等领域进行了应用探索，推动光量子计算领域实用化与产业化。3个月前，因“天工量子大脑”在通信、金融等领域的巨大潜力，玻色量子团队获得了中国移动的产业投资，这也是量子计算行业里首例来自产业领域的战略投资。

仪器信息网讯 2011年10月23日，由中国仪器仪表学会分析仪器分会化学传感器专业委员会主办，湖南大学、上海师范大学和江苏江分电分析仪器有限公司联合承办的2011年第十一届全国化学传感器学术会议在湖南长沙市芙蓉华天大酒店成功召开。此次会议盛况超前，学术报告及参会人员都超过预期。本次会议共包括11个大会报告，42个分会邀请报告，58个口头报告以及100多篇论文报展。　　2011年10月24日，上午，华天C厅。会议现场黄齐林(华东师范大学)报告题目：双酶传感器对大鼠血清与腹腔巨噬细胞内葡萄糖和胆固醇的同时检测　　黄齐林代表张文教授为大家作报告。报告主要向大家展示了张文教授课题组研制的一种新型双酶传感器，该双酶传感器灵敏度高，选择性好，成功应用于大鼠血清与腹腔巨噬细胞(PMs)内葡萄糖和胆固醇含量的同时检测，取得令人满意的结果。双少敏教授(山西大学)报告题目：基于β-环糊精接枝的磁性纳米共聚物修饰电极对色氨酸的化学传感研究　　双少敏教授在报告中主要介绍了课题组的部分工作。以β-环糊精接枝的磁性纳米共聚物作为电极修饰材料，构建了一种电化学传感系统，用于色氨酸的循环伏安法研究，建立了灵敏、简便、快速的测定色氨酸的分析方法，并将其应用于氨基酸注射液的检测，回收率介于96%-103%。王利兵副局长(湖南出入境检验检疫局)报告题目：食品安全与检验检疫领域纳米生物传感研究与展望　　王利兵副局长介绍了课题组从食品安全与检验检疫的需求出发，针对国内频频发生的食品安全事件，开展了食品安全与检验领域纳米生物传感技术的研究。报告中主要谈到了课题组在免疫分析技术、适配体分析技术、新型金纳米技术传感器及碳纳米管-棉线/纸传感器四个方面的工作。此外，王利兵副局长还呼吁，面对国际上部分发达国家给我们设置的技术壁垒，各界人士特别是科研工作者要更加努力工作，共同为我国食品安全检测事业作出贡献。晋卫军(北京师范大学)报告题目：发光量子点传感：从小分子、离子、离子对到信使分子　　晋卫军教授在报告中主要介绍了量子点(QDs)材料的合成及其性能研究方面的工作。其中涉及到提高QDs传感器选择性的策略、机理研究以及一些传感实例。晋教授课题组的工作为设计具有选择性的基于磷光量子点的离子传感器以及相应机理的研究提供了实验和理论的参考。 杨小弟教授(南京理工大学) 汤勇铮博士(南京理工大学)报告题目：石墨烯和碳纳米管修饰电极间接测定生物体液中的铝　　汤勇铮博士代杨小弟教授在本次会议上作了精彩的报告。汤博士报告中讲述了课题组建立的用8-羟基喹啉作电活性配体线性扫描溶出伏安法间接测定生物体液中铝的办法。同时还测定得了8-羟基喹啉在多壁碳纳米管和石墨烯修饰的玻碳电极上的氧化峰电位接近，多壁碳纳米管修饰的玻碳电极具有更强的电催化活性。　　此外，华东师范大学的何品刚教授等也在本会场作了精彩的报告。

近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究人员在薄膜荧光传感器研究方面取得进展。该研究为制备优异的薄膜荧光传感器提供了有效策略，对荧光传感与气体吸附的协同过程进行了实验验证与理论计算阐释。相关成果以Fluorophor embedded MOFs steering gas ultra-recognition为题，发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。近年来，薄膜荧光传感器在气体传感领域发挥重要作用，因具有较高的灵敏度、响应性和选择性，是目前最有前景的痕量物质检测技术之一。然而，多数荧光敏感材料存在聚集荧光淬灭（ACQ）效应和光漂白现象，使得满足实际应用要求的荧光传感材料并不多见。这限制了荧光敏感材料在气体检测方面的应用，亟待开发用于气体传感的新型高性能敏感材料。针对薄膜有机荧光探针材料面临的固态荧光量子效率差、光稳定性差等问题，研究人员将有机荧光客体搭载到金属有机框架（MOF）中，开发了一种对气体分析物具有高灵敏度、高选择性、高稳定性的新型主客体式薄膜荧光气体传感器，为构建满足不同需求的薄膜荧光传感器提供了灵活的方法。薄膜荧光传感器在气体传感领域发挥着至关重要的作用。然而，由于聚集引起的淬灭（ACQ）效应和光漂白，实际应用中的荧光传感材料受到限制。该工作以ACQ分子Me4BOPHY-1作为被封装有机客体，采用简单的固相合成方法嵌入金属有机框架ZIF-8中，通过调整负载比例调节其荧光发射特性。MOFs（ZIF-8）为客体分子提供了各种纳米空腔，从而减少了荧光分子的自聚集，有效克服Me4BOPHY-1的ACQ效应。负载不同比例的客体后，分子的固态荧光量子效率从0.76%最高提升到19.72%，从而使其能够在 3 秒的快速响应时间内实现气体传感，检测限低至 1.13 ppb。进一步，研究实现了对神经毒剂沙林的模拟物氯磷酸二乙酯的气相识别。MEMS悬臂梁吸附研究表明，主客体嵌入式MOF传感器对待测气体的预富集赋予了探针优异的气体传感能力，响应时间可达3 s，检测限低至1.13 ppb。MOF的笼化效应提高了对于分析物的选择性，Me4BOPHY-1@ZIF-8对干扰性气体HCl的响应明显变弱，而这在以前的文献报道中是不可避免的。此外，有机金属框架结构的“笼化效应”还确保了传感器良好的光稳定性和热稳定性。有机荧光分子的热分解温度从200 ℃升至527 ℃，且在激发光波段的激光持续4800 s的照射下仍能保持初始荧光强度。因此，主客体设计策略提供了一种对神经毒素分析物具有高 3S（灵敏度、选择性和稳定性）的薄膜荧光气体传感器。相关工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金，以及上海市科学技术委员会等的支持。