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北京大學(xué)物理學(xué)院“極端光學(xué)創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)”王劍威研究員和龔旗煌院士領(lǐng)導(dǎo)的課題組，與英國(guó)、丹麥、奧地利和澳大利亞的學(xué)者合作，實(shí)現(xiàn)了硅基集成光量子芯片上的多體量子糾纏和芯片-芯片間的量子隱形傳態(tài)功能，為芯片上光量子信息處理和計(jì)算模擬的應(yīng)用，奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果于近日發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)物理期刊Nature Physics(https://www.nature.com/articles/s41567-019-0727-x)。 集成光量子芯片技術(shù)，結(jié)合了量子物理、量子信息和集成光子學(xué)等前沿學(xué)科，通過(guò)半導(dǎo)體微納加工制造高性能且大規(guī)模集成的光量子器件，實(shí)現(xiàn)對(duì)光量子信息的高效處理、計(jì)算和傳輸?shù)裙δ堋Ｆ渲校霉杌矫婀獠▽?dǎo)集成技術(shù)的光量子芯片具有諸多獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，包括集成度高、穩(wěn)定性好、編程操控性優(yōu)越和可單片集成核心光量子器件等，因此被認(rèn)為是一種實(shí)現(xiàn)光量子信息應(yīng)用的重要手段之一。 A. 硅基量子隱形傳態(tài)和多光子量子糾纏芯片的示意圖，左上角為集成量子光源的電子顯微鏡圖；B. 量子隱形傳態(tài)的量子線路圖；C. 量子糾纏互換的量子線路圖；D. GHZ糾纏制備的量子線路圖 北京大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)與布里斯托爾大學(xué)、丹麥科技大學(xué)、奧地利科學(xué)院、赫瑞-瓦特大學(xué)和西澳大利亞大學(xué)科研人員密切合作，在硅基光量子芯片技術(shù)和應(yīng)用方面取得了突破性進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種基于微環(huán)諧振腔的高性能集成量子光源，通過(guò)硅波導(dǎo)的強(qiáng)四波混頻非線性效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了光子全同性優(yōu)于90%、無(wú)需濾波后處理的50%觸發(fā)效率的單光子對(duì)源，達(dá)到了對(duì)4組微腔量子光源陣列的相干操控，片上雙光子量子糾纏源的保真度達(dá)到了92%。團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵的可編程片上雙比特量子糾纏門，可以按照功能需要切換貝爾投影測(cè)量和量子比特焊接操作，通過(guò)量子態(tài)層析實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了高保真的雙比特糾纏操作。 研究團(tuán)隊(duì)在單一硅芯片上實(shí)現(xiàn)了高性能量子糾纏光源、可編程雙比特量子糾纏門，以及可編程單量子比特測(cè)量的全功能集成，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了三種核心量子功能模塊——芯片上四光子真糾纏、量子糾纏互換、芯片-芯片間的高保真量子隱形傳態(tài)。通過(guò)對(duì)兩對(duì)糾纏光子對(duì)進(jìn)行量子比特焊接操作，團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)并判定了四比特Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) 真量子糾纏的存在；通過(guò)對(duì)兩對(duì)糾纏光子中各一個(gè)光子進(jìn)行貝爾投影操作，實(shí)現(xiàn)了量子糾纏互換功能，使來(lái)自不同光子源的光子間產(chǎn)生了量子糾纏；利用兩個(gè)芯片間的量子態(tài)傳輸和量子糾纏分布技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)芯片間任意單量子比特的量子隱形傳態(tài)，達(dá)到了近90%的隱形傳態(tài)保真度。 團(tuán)隊(duì)研制的硅基多光子量子芯片尺寸僅占幾平方毫米，比傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法小了約5-6個(gè)數(shù)量級(jí)，不僅達(dá)到了器件的微型化，同時(shí)具備了單片全功能集成、器件編程可控、系統(tǒng)性能優(yōu)越等特點(diǎn)，其中量子隱形傳態(tài)保真度優(yōu)于已報(bào)道的其它物理實(shí)現(xiàn)方法。多體量子糾纏體系的片上制備與量子調(diào)控技術(shù)，為片上量子物理基礎(chǔ)研究和片上光量子信息處理傳輸、量子計(jì)算模擬的應(yīng)用提供了重要基礎(chǔ)。

硅芯片是當(dāng)代信息技術(shù)的核心，當(dāng)前正向“深度摩爾”（More Moore）和“超越摩爾”（More than Moore）兩個(gè)方向發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用是“超越摩爾”技術(shù)路線中相當(dāng)重要的一環(huán)，需要數(shù)量巨大的集成電路芯片來(lái)分析處理來(lái)自外部傳感器件的海量信號(hào)。目前，大多數(shù)傳感信號(hào)采集器件和信號(hào)處理單元均為分離設(shè)計(jì)，將在整體上產(chǎn)生更大功耗并占據(jù)更大的空間。由此，復(fù)旦大學(xué)材料科學(xué)系教授梅永豐課題組提出了將信號(hào)檢測(cè)和分析功能集成于同一個(gè)芯片器件中的全新概念。作為演示，研究團(tuán)隊(duì)將單晶硅薄膜柔性光電晶體管與智能薄膜材料相結(jié)合和組裝，構(gòu)造了對(duì)不同環(huán)境變量進(jìn)行檢測(cè)和分析的柔性硅芯片傳感器及其系統(tǒng)。這一思路不僅具有優(yōu)異的可擴(kuò)展性，還可與當(dāng)前集成電路先進(jìn)制造工藝相兼容。5月2日，相關(guān)研究結(jié)果以《面向智能數(shù)字灰塵的硅納米薄膜光電晶體管多功能集成傳感器研究》（“Silicon Nanomembrane Phototransistor Flipped with Multifunctional Sensors towards Smart Digital Dust”）為題發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）上。研究團(tuán)隊(duì)從器件的傳感機(jī)理入手，利用柔性薄膜組裝集成芯片傳感器，實(shí)現(xiàn)了多種環(huán)境參數(shù)探測(cè)功能的集成。圖1：(A) 器件主要功能層示意圖；(B) 貼附于曲面上的柔性傳感器件陣列；(C) 智能傳感器件功能區(qū)的光學(xué)顯微照片；(D)用于濕度傳感的集成系統(tǒng)構(gòu)造圖；(E) 氫氣通入前后參比器件與檢測(cè)器件的電流變化，紅色為參比電流，藍(lán)色為檢測(cè)電流。智能材料在環(huán)境刺激中可以發(fā)生折射率、顏色、晶體結(jié)構(gòu)等方面的光學(xué)性質(zhì)變化，但一般需要光譜設(shè)備或比色卡才能進(jìn)行比對(duì)。而翻轉(zhuǎn)的硅薄膜光電晶體管由于沒(méi)有柵極金屬阻擋功能區(qū)域的光信號(hào)吸收，可以更容易獲得高靈敏的傳感特性。利用這一點(diǎn)，研究團(tuán)隊(duì)將多種智能薄膜材料貼合在器件功能區(qū)，智能材料內(nèi)部物理性質(zhì)變化引起了微小光學(xué)性能改變，從而表現(xiàn)在輸出的光電流上，因此可以在同一個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)對(duì)多種不同信號(hào)的同時(shí)檢測(cè)。圖1A展示了傳感器件典型的功能層結(jié)構(gòu)，頂層的智能薄膜材料對(duì)環(huán)境刺激發(fā)生響應(yīng)，進(jìn)而改變下方硅單晶薄膜光電晶體管的輸出信號(hào)。具有2微米厚的熱氧化二氧化硅層則作為光電晶體管的封裝，對(duì)下方器件進(jìn)行保護(hù)。硅薄膜光電晶體管完全由晶圓級(jí)先進(jìn)集成電路工藝方法制備而成，結(jié)合了傳統(tǒng)硅基光電子器件的高性能和硅納米薄膜超薄厚度下的優(yōu)良柔性。圖1B是貼附于半徑僅為2毫米直徑玻璃管上的柔性器件陣列，表現(xiàn)出良好的彎曲性能。圖1C是單個(gè)器件功能區(qū)域的特寫(xiě)，在藍(lán)色虛框部分集成不同智能材料即可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同環(huán)境信號(hào)的檢測(cè)。圖1D是具有完備傳感與數(shù)據(jù)處理功能的柔性系統(tǒng)合成圖，包括傳感與參比器件、邏輯與存儲(chǔ)單元、信號(hào)放大器和電源。研究團(tuán)隊(duì)利用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境中濕度的實(shí)時(shí)、快速檢測(cè)，演示的信號(hào)為依次減小的三個(gè)濕度脈沖。整個(gè)過(guò)程中直接對(duì)環(huán)境變化做出響應(yīng)的信號(hào)，即參比器件與傳感器件輸出電流隨時(shí)間的變化如圖1E中所示。當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化（如圖所示通入氫氣），傳感器件的輸出電流大幅增加，而參比電流保持平穩(wěn)，再利用差分電路處理，即可給出所檢測(cè)的環(huán)境參數(shù)的值。研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了將智能材料與光電傳感結(jié)合的新穎傳感機(jī)制，并將傳感模塊與后續(xù)信號(hào)處理等模塊集成在一起，展示了其在氣體濃度、濕度、溫度等多種環(huán)境參數(shù)檢測(cè)方面的能力，已經(jīng)初步具備了未來(lái)的“智能數(shù)字灰塵”的雛形。該策略也可以應(yīng)用于其他的數(shù)字傳感系統(tǒng)，在后摩爾時(shí)代中將具有巨大的應(yīng)用潛力。論文主要由李恭謹(jǐn)博士，博士研究生馬喆和尤淳瑜合作完成，并獲得韓國(guó)延世大學(xué)Taeyoon Lee教授和中科院微系統(tǒng)所狄增峰研究員的合作支持。該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、上海市科委、復(fù)旦大學(xué)和專用集成電路與系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等大力支持。

（ (A) 器件主要功能層示意圖；(B) 貼附于曲面上的柔性傳感器件陣列；(C) 智能傳感器件功能區(qū)的光學(xué)顯微照片；(D)用于濕度傳感的集成系統(tǒng)構(gòu)造圖；(E) 氫氣通入前后參比器件與檢測(cè)器件的電流變化，紅色為參比電流，藍(lán)色為檢測(cè)電流 ）

成果介紹在微瓦級(jí)極低功耗的情況下，芯片可以應(yīng)用至智能手機(jī)、可穿戴智能設(shè)備、小家電、大家電、玩具及車載等眾多場(chǎng)景中。技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)及參數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?計(jì)算精度動(dòng)態(tài)自適應(yīng)的系統(tǒng)架構(gòu)，基于事件驅(qū)動(dòng)的精度可控?cái)?shù)模混合近似計(jì)算電路，實(shí)現(xiàn)面向各種背景噪聲的場(chǎng)景自適應(yīng)低功耗智能計(jì)算。基于22nm工藝，實(shí)現(xiàn)微瓦級(jí)(< 10uW)極低功耗下的高精度關(guān)鍵詞語(yǔ)音識(shí)別樣片驗(yàn)證，相比目前最新研究成果，硬件能效提高近3倍，且支持各種噪聲下的高精度識(shí)別(Noise-robust recognition)，相關(guān)研究成果已發(fā)表在電路與系統(tǒng)領(lǐng)域頂刊IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers。市場(chǎng)前景可集成和使用在對(duì)手機(jī)、可穿戴設(shè)備、智能家居等多種應(yīng)用場(chǎng)景的智能終端產(chǎn)品。產(chǎn)品當(dāng)前已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室完成樣品測(cè)試，各項(xiàng)功能都處于行業(yè)優(yōu)秀水平；芯片目前技術(shù)參數(shù)可以達(dá)到支持離線語(yǔ)音喚醒功能，支持5個(gè)喚醒詞和10個(gè)命令詞，還支持聲紋識(shí)別。它支持3-5m的遠(yuǎn)場(chǎng)語(yǔ)音喚醒和識(shí)別，工作頻率為50MHz，延遲不到10ms。

已有樣品/n5G針對(duì)熱點(diǎn)場(chǎng)景優(yōu)化，通過(guò)密集部署的小型基站來(lái)卸載用戶流量，滿足用戶高 速接入的需求，提升用戶體驗(yàn)。面向熱點(diǎn)高容量的基帶芯片為小型基站提供高靈活 性、集成一體化的芯片級(jí)解決方案，大大降低5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本，是小型基站的核 心器件。研制小型基站基帶芯片對(duì)我國(guó)在5G時(shí)代實(shí)現(xiàn)引領(lǐng)、提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力、 搶占市場(chǎng)應(yīng)用先機(jī)具有重要的戰(zhàn)略意義。面向室內(nèi)外局部熱點(diǎn)區(qū)域的高容量場(chǎng)景， 突破軟件可定義空口架構(gòu)、高并行度基帶處理等關(guān)鍵技術(shù)，研制能夠提供高數(shù)據(jù)傳 輸速率的基帶芯片，開(kāi)發(fā)相關(guān)模塊并與企業(yè)合作進(jìn)行

本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了一種高速實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制電路/芯片，包括CPU讀寫(xiě)控制模塊、FIFO(First In First Out)模塊、FIFO讀取控制模塊、初始化模塊、輔助控制模塊、插補(bǔ)控制模塊和輸出控制模塊；CPU讀寫(xiě)控制模塊的數(shù)據(jù)輸入端接收外部控制數(shù)據(jù)，它的數(shù)據(jù)輸出端連接FIFO模塊的輸入端；FIFO模塊的輸出端連接FIFO讀取控制模塊，F(xiàn)IFO讀取控制模塊的輸出端連接初始化模塊輸入端，初始化模塊輸出端分別連接輔助控制模塊和插補(bǔ)控制模塊的輸入端；輔助控制模塊和插補(bǔ)控制模塊的輸出端分別連接輸出控制模塊的輸入端，輸出控制模塊的輸出端即為本電路/芯片的輸出端；FIFO模塊內(nèi)還包括監(jiān)測(cè)FIFO空/滿狀態(tài)的檢測(cè)模塊。

本發(fā)明所述毛細(xì)管等速微通道電泳芯片，包括芯片本體，包括位于芯片本體上的進(jìn)樣毛細(xì)管和檢測(cè)毛細(xì)管，所述進(jìn)樣毛細(xì)管中部和檢測(cè)毛細(xì)管一端呈T形垂直連接。采用本發(fā)明所述的毛細(xì)管等速微通道電泳芯片，采取蝕刻芯片代替普通毛細(xì)管，使得電泳路徑明顯縮短并更加規(guī)則；采取T字形毛細(xì)管，使得前導(dǎo)、尾隨緩沖液和樣品分別進(jìn)樣更加方便，且能有效縮短電泳路徑減少流體沿程阻力損失，更大限度的保證衡量污染物監(jiān)測(cè)的精確度。

微電子芯片結(jié)構(gòu)關(guān)鍵尺寸（CD）的測(cè)試，是保證以集成電路為代表的微電子芯片研制、加工等工藝實(shí)現(xiàn)能否滿足設(shè)計(jì)要求的關(guān)鍵測(cè)試/分析技術(shù)。該技術(shù)（OCD）的產(chǎn)業(yè)化在國(guó)內(nèi)還是空白，目前我們的系統(tǒng)研究可PK國(guó)際先進(jìn)水平，并已具備產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)移的能力。 

本發(fā)明提供了一種芯片拾放控制方法, 芯片以第一速度 V1 下降到速度切換位置,對(duì)其直接減速至第二速度 V2,再以第二速度 V2 下降至芯片待拾取或貼裝處，完成芯片拾取或貼裝，芯片在下將過(guò)程中從高速直接轉(zhuǎn)至低速,減小了減速過(guò)程的沖擊力，有效完成芯片拾取或貼裝。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）電子與信息工程學(xué)院的徐科副教授、姚勇教授與其合作者，針對(duì)光通信芯片集成度受限的問(wèn)題，通過(guò)光波導(dǎo)模場(chǎng)的精細(xì)調(diào)控，在實(shí)現(xiàn)多模波導(dǎo)低損耗和低串?dāng)_的同時(shí)，將關(guān)鍵器件的尺寸縮小了1-2個(gè)數(shù)量級(jí)。芯片支持3×112 Gbit/s高速模分復(fù)用信號(hào)的任意緊湊布線，使多模光學(xué)系統(tǒng)的大規(guī)模片上集成成為可能。該成果將進(jìn)一步助力集成光子芯片在光通信、人工智能、高性能計(jì)算、量子信息等眾多高新領(lǐng)域中加速發(fā)展和應(yīng)用。