伦斯勒理工学院（Rensselaer Polytechnic Institute）的研究人员制造了一种比人类头发还宽的装置，可以帮助物理学家研究物质和光的基本性质。他们的研究结果发表在《自然纳米技术》杂志上，还可以支持开发更高效的激光器，这些激光器用于从医学到制造等领域。

该器件由一种称为光子拓扑绝缘体的特殊材料制成。光子拓扑绝缘体可以将光子（构成光的波状粒子）引导到材料内部专门设计的界面，同时还可以防止这些粒子散射到材料本身。
由于这种特性，拓扑绝缘体可以使许多光子像一个光子一样相干地工作。这些设备还可以用作拓扑“量子模拟器”，即微型实验室，研究人员可以在其中研究量子现象，即在非常小的尺度上控制物质的物理定律。
“我们创造的光子拓扑绝缘体是独一无二的。它在室温下工作。这是一个重大的进步。以前，人们只能使用大型、昂贵的设备来研究这种制度，这些设备可以在真空中超冷物质。许多研究实验室无法使用这种设备，因此我们的设备可以让更多的人在实验室中进行这种基础物理研究，“RPI材料科学与工程系助理教授，自然纳米技术研究的资深作者Wei Bao说。
“这也是在开发需要更少能量的激光器方面迈出的有希望的一步，因为我们的室温设备阈值 - 使其工作所需的能量 - 比以前开发的低温设备低七倍，”Bao补充道。
RPI研究人员使用与半导体行业相同的技术创造了他们的新型设备，用于制造微芯片，其中包括将不同种类的材料逐个原子，逐个分子分层，以创建具有特定特性的所需结构。
为了制造他们的设备，研究人员生长了卤化物钙钛矿的超薄板，这是一种由铯、铅和氯制成的晶体，并在其顶部蚀刻了一种带有图案的聚合物。他们将这些晶体板和聚合物夹在各种氧化物材料的薄片之间，最终形成一个厚约2微米，长宽约100微米的物体（人类头发的平均宽度为100微米）。
当研究人员将激光照射到设备上时，在材料中设计的界面上出现了一个发光的三角形图案。这种模式由设备设计决定，是激光器拓扑特性的结果。
“能够在室温下研究量子现象是一个令人兴奋的前景。鲍教授的创新工作展示了材料工程如何帮助我们回答一些最大的科学问题，“RPI工程学院院长Shekhar Garde说。

随着人工智能的飞速发展，无人驾驶和具身智能等无人系统正在现实社会中不断推广应用，引领着新一轮科技革命和产业变革。在这些智能系统中，视觉感知作为获取信息的核心途径，发挥着至关重要的作用。然而，在复杂多变且不可预测的环境中，实现高效、精确且鲁棒的视觉感知依然是一个艰巨的挑战。
在开放世界中，智能系统不仅要处理庞大的数据量，还需要应对各种极端事件，如驾驶中的突发危险、隧道口的剧烈光线变化和夜间强闪光干扰等。传统视觉感知芯片由于受到“功耗墙”和“带宽墙”的限制，在应对这些场景时往往面临失真、失效或高延迟的问题，严重影响了系统的稳定性和安全性。
为了克服这些挑战，清华大学精密仪器系类脑计算研究中心聚焦类脑视觉感知芯片技术，提出了一种基于视觉原语的互补双通路类脑视觉感知新范式。该范式借鉴了人类视觉系统的基本原理，将开放世界的视觉信息拆解为基于视觉原语的信息表示，并通过有机组合这些原语，模仿人视觉系统的特征，形成两条优势互补、信息完备的视觉感知通路。基于这一新范式，团队进一步研制出了世界首款类脑互补视觉芯片“天眸芯”，在极低的带宽（降低90%）和功耗代价下，实现了每秒10000帧的高速、10bit的高精度、130dB的高动态范围的视觉信息采集。它不仅突破了传统视觉感知范式的性能瓶颈，而且能够高效应对各种极端场景，确保系统的稳定性和安全性。基于“天眸芯”，团队还自主研发了高性能软件和算法，并在开放环境车载平台上进行了性能验证。在多种极端场景下，该系统实现了低延迟、高性能的实时感知推理，展现了其在智能无人系统领域的巨大应用潜力。

“天眸芯”的成功研制无疑是智能感知芯片领域的一个重大突破。它不仅为智能革命的发展提供了一个强大的技术支持，还为自动驾驶、具身智能等重要应用开辟了新的道路。结合团队在类脑计算芯片“天机芯”、类脑软件工具链和类脑机器人等方面已应用落地的技术积累，“天眸芯”的加入将进一步完善类脑智能生态，有力地推动人工通用智能的发展。
5月30日，基于该研究成果的论文“面向开放世界感知、具有互补通路的视觉芯片”（A Vision Chip with Complementary Pathways for Open-world Sensing）作为封面文章，登上《自然》（Nature）杂志。这是该团队继异构融合类脑计算“天机芯”后，第二次登上《自然》杂志封面，标志着我国在类脑计算和类脑感知两个重要方向上均取得了基础性突破。
清华大学精密仪器系施路平教授和赵蓉教授为论文通讯作者，精密仪器系杨哲宇博士（现为北京灵汐科技有限公司研发经理）、精密仪器系2020级博士生王韬毅、林逸晗为论文共同第一作者。清华大学为论文第一单位，合作单位包括北京灵汐科技有限公司。
该研究得到了科技部科技创新2030“脑科学与类脑研究”重大项目和国家自然科学基金委的支持，也得到了清华大学/IDG-麦戈文脑科学研究院的支持。

据麦姆斯咨询报道，美国国家航空航天局（NASA）开发的新型高光谱红外相机配备了各种轻型滤光片，能够探测地球高层大气和地表反射阳光，可以改善森林火灾预警，还能揭示其它行星的分子组成。

上述高光谱红外相机采用高灵敏、高分辨率应变层超晶格（SLS）红外探测器，最初由位于美国马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心开发。它们结构紧凑、质量轻、适应性强，使Tilak Hewagama等工程师能够根据各种科学需要进行调整应用。

戈达德工程师Murzy Jhabvala手中拿着的便是高分辨率、高光谱范围红外探测器，是紧凑型热像仪的核心器件。

Hewagama说：“将滤光片集成到探测器上，消除了传统镜头和滤光片系统的大重量问题。这使得轻量化热像仪可以拥有紧凑的焦平面，从而可以使用更小、更高效的冷却器进行红外探测。小型卫星和其它任务可以通过该红外探测器的分辨率和精度获益。”

戈达德工程师Murzy Jhabvala领导了该红外探测器的早期开发工作，并领导了如今的滤光片集成工作。

Jhabvala还领导了国际空间站上的“紧凑型热像仪”实验，该实验展示了新型探测器技术在太空中的应用，同时也证明了其在地球科学领域的重大成功。

2019年和2020年，集成该红外探测器的紧凑型热像仪在国际空间站上捕捉到了澳大利亚异常严重的火灾。凭借其高分辨率探测到了火线的形状和位置，以及距离居民区的距离，这些信息对急救人员至关重要。

这次试验获得的数据提供了有关野火的详细信息，使人们更好地了解了地球云层和大气层的垂直结构，并捕捉到了由地球陆地特征引起的上升气流，被称为重力波。

这种突破性的红外探测器利用重复的分子结构层与单个光子相互作用，使探测器能够以更高的分辨率解析更多波长的红外光：从空间站轨道上看，每个像素的分辨率可以达到80米，而目前的热像仪分辨率为375~1000米）。

这种热像仪的成功吸引了NASA地球科学技术办公室（ESTO）、小企业创新与研究以及其它计划的投资，以进一步扩大其应用覆盖。

Jhabvala和NASA先进陆地成像热红外探测器（ALTIRS）团队正在为今年的激光雷达、高光谱和热像仪（G-LiHT）机载项目开发六波段版本。他说，这种开创性红外相机将测量地表热量，并能以高帧频进行污染监测和火灾观测。

NASA戈达德地球科学家Doug Morton领导了一个名为ESTO的项目，开发面向野火探测和预测的紧凑型火灾成像仪。

Morton说：“我们很难杜绝火灾，因此我们正试图了解火灾在其生命周期中是如何释放能量的。这将帮助我们更好地理解越来越易燃世界中的火灾新特性。”

Morton的团队设想，在对火情成像仪进行机载测试后，他们将装备一个由10颗小型卫星组成的编队，每天提供更多的火情图像，从而提供全球火情信息。

他说，结合下一代计算机模型，“这些信息可以帮助森林服务和其它消防机构预防火灾，提高前线消防员的安全性，保护火灾路径上居民的生命和财产安全”。

探测地球内外的云层

NASA戈达德地球科学家Dong Wu说，该探测器装有偏振滤光片，可以测量地球高层大气云层中的冰颗粒是如何散射和偏振光的。

Dong Wu说，这一应用将有力补充NASA的浮游生物、气溶胶、云层和海洋生态系统（PACE）任务。这两项任务都测量了光波偏振方向与红外光谱不同部分传播方向的关系。

Dong Wu解释说：“PACE任务中的偏振仪监测可见光和短波红外光。这项任务将重点关注白天观测到的气溶胶和海洋颜色科学。在中波和长波红外波段，新的红外偏振仪将从白天和夜间观测中捕捉云层和地表特性。”

在另一项工作中，Hewagama正在与Jhabvala和Jennings合作，在红外探测器中加入线性可变滤光片，以提供红外光谱中的更多细节。这些滤光片可以揭示大气分子的旋转和振动，以及地球表面的成分。

行星科学家Carrie Anderson说，这项技术也有利于对岩质行星、彗星和小行星的任务。她说，它们可以识别土星卫星Enceladus巨大羽流中释放出的冰和挥发性化合物。

“它们本质上是冰的间歇喷泉。”她说，“它们是冷的，但发出的光在新型红外探测器的探测范围之内。在太阳背景下观察这些羽流，可以让我们非常清楚地识别它们的成分和垂直分布。”

拓扑激光器（TL）是利用拓扑光学原理设计和制造的激光器件，可以得到具有鲁棒性的单模激光，是未来新型光电集成芯片的理想光源。电泵浦拓扑激光器以其体积小、易于集成等优点成为近年研究热点，但基于电注入的拓扑激光器目前仍处于研究起步阶段，输出功率低，性能距离实际应用还存在很大差距。因此，开发一种提高电泵浦拓扑激光器输出功率的设计思路和技术方案至关重要。

近期，中国科学院半导体研究所刘峰奇研究员研究团队在高性能电泵浦拓扑激光器研发方面取得进展：研究团队创新性地引入了表面金属狄拉克拓扑腔（SMDC）设计（图1），将拓扑腔制备于表面金属层，保留了有源区的完整性，为实现高功率输出提供了足够增益，从而解决了有源区刻蚀限制电泵浦拓扑激光器功率提升的瓶颈问题；利用SMDC与有源区之间的强耦合作用，在低有效折射率差的情况下，通过优化吸收边和拓扑腔参数设计，实现了鲁棒的拓扑带间模式（Jackiw-Rossi零能模）工作，并在不同结构参数的拓扑激光器的鲁棒单模激光光谱和远场模式中得到了例证。

由于SMDC设计未破坏有源区，且SMDC结构具有高面辐射效率，该器件实现了150毫瓦的单模面发射峰值功率（图2）。此外，该器件具有涡旋偏振远场，通过引入相位调制，在保持拓扑激光器涡旋偏振特性的情况下，获得了对称性可调节的远场（图3），是一种理想的片上涡旋偏振光源。 该工作为高性能电泵浦拓扑激光器研发提供了新思路方案，对于推动高性能电泵浦拓扑激光器的发展和应用具有重要意义。

图1 电泵浦THz SMDC TL器件结构

图2 具有不同腔参数的SMDC TL的激光光谱和L-I-V结果。a具有不同晶格常数，m=0.18a的器件在不同注入电流密度下的激光光谱。b不同m和相同晶格常数a0=30.5μm的器件的L-I-V曲线

图3 通过相位分布调制进行远场对称性调谐。a-b相位调制参数q为3的相位分布。c-d相位调制参数q为3的模拟和实验远场。e-f相位调制参数q为1.5的相位分布；由于镜对称轴的存在，紫色虚线与实线部分对称。g-h相位调制参数q为1.5的模拟和实验远场

中国科学技术大学中科院微观磁共振重点实验室杜江峰院士、樊逢佳教授等人与河南大学申怀彬教授、多伦多大学Edward H. Sargent教授合作，在量子点发光二极管（QD-LED）领域取得重要进展。该研究团队利用混合相 CdZnSeS 量子点中的偶极-偶极相互作用使量子点有效排列，增强了发光二极管中的光子外耦合。

量子点发光二极管由于其色域覆盖广、溶液加工成本低和低电压下亮度和效率高的优势而在显示应用中非常有吸引力，是下一代显示技术的有力竞争者。LED的效率是一个至关重要的性能指标，而量子点LED的外量子效率受较低的外耦合效率所限制：通常，只有不到30%的光子耦合到空气中，其余的光子被困在器件内部。调控量子点中跃迁偶极矩取向以增加垂直于器件衬底的光子发射提供了提高外耦合效率的途径，这需要将发光具有方向性的量子点排列起来。这已经在各向异性量子点中得到了证明，如纳米片，纳米棒和具有暴露平面的量子点，其中范德华相互作用被认为是主要驱动力。然而，采用这种各向异性量子点的LED的辐射复合效率较低，因此光子外耦合的增加被内量子效率的损失所抵消。需要找到一种可行的偶极取向策略，在平面量子点LED中实现外耦合效率的提升。

图1. 具有大永久偶极矩的多型晶体结构量子点的合成

在本项研究中，研究人员开发出一种新型的多型晶体结构的量子点，使用纤锌矿CdZnSe核作为结构模板来外延生长纤锌矿 ZnS壳层，得到了纤锌矿与闪锌矿ZnS共存的多型晶体结构量子点。强离子性的纤锌矿ZnS提供了排列量子点所需的大电偶极矩；闪锌矿部分影响电子结构，从而促进每个量子点的取向发光，两方面结合实现了跃迁偶极矩取向的调控。

研究人员使用背焦面成像等手段确认了此量子点材料的跃迁偶极矩取向，具有79 %的面内偶极矩占比。使用该量子点制备的量子点LED表现出超高的效率和稳定性（外量子效率35.6%，1000 cd m-2亮度下T95寿命:40，900小时）。

图2. 多型晶体结构量子点取向的表征

图3. QD-LED器件的仿真与实验结果

该研究首次借助偶极-偶极相互作用排列量子点这一策略，在不影响内量子效率的情况下提高了外耦合效率，实现了量子点LED的效率提升，提高了量子点LED的技术优势及竞争力。同时，通过选择合适的材料，这一策略有望拓展到蓝色和绿色量子点LED以及LED以外的其他量子点应用中。

近日，北京理工大学黄玲玲教授团队提出了一种基于超表面的结构光束坐标变换与复合全息显示方案，利用复振幅调制的超表面实现了近场、远场空间，结构光束、全息光场多维光学属性的复合呈现。

图一：变换结构光束复合全息显示示意图

结构光束具有丰富的空间模式，被广泛应用于激光加工、光场整形等领域。此外，依赖算法优化和计算机辅助设计，全息能够实现任意复杂的光场形态。然而，全息光场通常仅能在特定平面呈现预定设计图案。因此，如何将结构光束的空间传输轨迹灵活性与全息光学的自由形态图案优化相结合，成为一个备受关注和发展的方向。

为了实现结构光束与光学全息灵活设计的结合，黄玲玲教授团队创新性提出坐标仿射变换的结构光束设计与全息复用，通过超表面复振幅调制和相位调制相结合，实现了复合光场多维度光学属性的综合呈现。针对结构光束，采用Alias坐标变换方法，将传统形式厄密特-拉盖尔高斯光束转换为任意形状的变换结构光束，并且保持结构光束的特征模式分布。运用雅可比矩阵为新旧坐标系特征之间建立转换关联，实现光束模式转换的一一对应。该仿射变换为结构光束的表达引入了新维度，打破了传统厄密特-拉盖尔高斯模式的限制。通过在未调制区域设计全息图，能够在实空间和傅里叶空间中分别独立呈现变换结构光束和全息图，实现多类型光学信息、多维度空间特征的综合应用。

图二：结构光束坐标变换方法

该超表面利用组合天线几何相位实现复振幅控制，并与纯相位调制相兼容，实现了简单明了的设计准则。像素级别的灵活控制能够实现纯相位特征、复振幅信息的精确调制。具有结构光束和光学全息术的复合光场不仅实现了波动方程的解析解和优化解的联合构造，而且实现了光在实空间和傅立叶空间中的传播。该独特的光学现象不仅扩展了传统结构光束的定义，而且可能为激光制造、光学操作、光学显示等应用打开新的大门。

图三：仿真及实验结果对比图

德国亥姆霍兹德累斯顿罗森多夫研究中心科学家在激光等离子体加速方面取得重大进展。他们采用一种创新方法，成功将质子能量从约80兆电子伏特提高到150兆电子伏特。这一成果大幅超越了此前的质子加速纪录，让小型激光设备首次获得迄今仅在更大型设施中才能获得的能量水平。最新研究有望促进医学和材料科学的发展。相关论文发表于5月13日出版的《自然-物理学》杂志。

与传统加速器相比，激光等离子体加速器并不依赖强大的无线电波推动粒子运动，而是利用激光加速粒子。但这项技术目前处于研究阶段，全球仅有几个超大型激光系统能够实现将质子加速到100兆电子伏特的能量水平。

研究负责人蒂姆·齐格勒表示，为了使用更小激光设备以及更短脉冲实现类似高加速器能量，他们利用了激光闪光这一特性，即一小部分激光就像“抢跑”一样，在特制的塑料箔内触发一系列复杂的加速机制。这极大地提升了名为DRACO的激光器的质子加速能量。

研究结果显示，DRACO激光器此前的质子加速能量纪录约为80兆电子伏特，现在能达到150兆电子伏特，几乎是原来的两倍。而且，加速的粒子束展现出高能且匀速运动的卓越特性。

研究团队认为，这一突破有望使小型激光等离子体加速器在医学领域发挥重要作用，特别是在精准肿瘤治疗方案方面。目前医生们主要依赖大型治疗加速器开展此类研究。现有的大型加速器耗电量巨大，而激光等离子体加速器可能更经济。激光闪光也可用来产生短而强的中子脉冲，这对科技发展以及材料分析都具有重要意义。

齐格勒表示，他们希望与其他实验室合作，更精确地控制加速，未来能够实现超过200兆电子伏特的质子加速能量。

中国科学技术大学潘建伟、包小辉、张强等首次采用单光子干涉在独立存储节点间建立纠缠，并以此为基础构建了国际首个基于纠缠的城域三节点量子网络。该工作使得现实量子纠缠网络的距离由以往的几十米整整提升了三个数量级至几十公里，为后续开展盲量子计算、分布式量子计算、量子增强长基线干涉等量子网络应用奠定了科学与技术基础。5月15日，相关研究成果在线发表在《自然》（Nature）上。

通过量子态的远程传输来构建量子网络是大尺度量子信息处理的基本要素。基于量子网络，可以实现广域量子密钥分发以及分布式量子计算和量子传感，构成未来“量子互联网”的技术基础。目前，基于单光子传输的量子密钥网络已发展成熟，而面向分布式量子计算、分布式量子传感等进一步量子网络应用，需要采用量子中继技术在远距离量子存储器间构建量子纠缠，在此基础上通过广域量子隐形传态将各个量子信息处理节点连接起来。

在量子隐形传态方面，潘建伟团队一直处于国际领先水平，先后实现了多终端、多体以及多自由度的量子隐形传态，为实现量子信息在量子网络中的传输途径奠定了技术基础。在量子存储与量子中继方面，该团队长期开展了相关研究。该团队在国际上率先实现了具有存储功能的稳定量子中继节点；为提升存储寿命、读出效率、纠缠制备概率等关键指标，该团队发展了三维光晶格冷原子量子存储、环形腔增强光与原子相互作用、里德堡阻塞抑制高阶激发等多项关键技术，不仅实现了综合性能最优的冷原子量子存储器，而且实现了确定性的光与原子纠缠制备。

在此基础上，该团队近年来在量子存储网络方向取得多项重要进展。2019年，该团队通过三光子干涉，实现了实验室内三个冷原子量子存储器间的纠缠，成为首个可拓展距离的量子网络原型。2020年，该团队利用量子频率转换技术将量子存储的出射光子波长由795纳米转换至1342纳米，并结合单光子锁相技术，实现了在实验室内经由50公里光纤连接的双节点纠缠。

在远距离分离的独立量子存储器间建立纠缠，主要挑战在于如何控制单光子相位。基于单光子干涉的纠缠方案在纠缠速率方面具有优势，但实验难度非常高。纠缠过程中量子存储的控制激光、频率转换泵浦激光、长光纤信道等带来的细微相位抖动都会导致最终生成纠缠的退相干。为解决这一难题，该研究设计并发展了一套非常精巧的相位控制方案：首先通过超稳腔稳频来压制控制激光线宽，其次通过光锁相环来构建读写激光间的相位关联，最后通过远程分时相位比对来构建两节点间的相位关联。采用以上相位控制技术，并利用量子频率转换，该团队实现了相距十几千米远的量子存储器之间的纠缠。以此为基础，该团队构建了国际上首个城域三节点量子纠缠网络。该网络可以在任意两个量子存储器节点间建立纠缠。

该工作使得现实量子纠缠网络的距离由几十米提升至几十公里，为后续开展分布式量子计算、分布式量子传感等量子网络应用奠定了基础。

实验节点布局示意图。其中，Alice节点位于中国科大东区、Bob节点位于合肥创新产业园、Charlie节点位于中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所

5月5日消息，近日，日本多家电信公司联合宣布开发出世界上首个高速6G无线设备。

其数据传输速度高达每秒100Gbps，是5G峰值速度的10倍，是普通5G智能手机目前下载速度的500倍以上。

据悉，自2021年以来，DOCOMO、NTT公司、NEC公司和富士通一直在开发这款设备。每家公司负责以下研究和开发部分。

尽管目前传输距离有限，测试仅在100米范围内，但预计随着技术进步，设备尺寸和成本将降低。

此前，中国移动研究院院长黄宇红在接受采访时披露了我国6G技术的研究进展。

黄宇红表示，目前我们正在做一些关键技术的研究和一些原型样机的开发，大约2029年6G标准将会完成制定，2030年左右就可以实现6G商用。

对于普通人来说，提到6G，最基本的一个感觉就是它会比5G更快，目前业内普遍认为6G通信能力将达到5G的10倍以上。

专家表示，6G在5G基础上，将从服务于人、人与物，进一步拓展到支撑智能体的高效互联，并且6G将推动沉浸感更强的全息视频，实现物理世界、虚拟世界、人的世界三个世界的联动。

工信部发布关于2023年第四季度电信服务质量的通告显示，5G手机用户文件平均下载速率超144Mbps，固定宽带用户访问网站的平均首包时延为0.08秒，观看视频的平均首次播放时延为0.55秒。

大规模星系红移巡天是探索宇宙的利器。科学家通过测量大量遥远天体的光谱，可获取星系在宇宙空间的位置分布，这包含丰富的星系成团性信息。科研人员进一步采用统计手段分析数据以揭示宇宙大尺度结构，这对暗能量性质研究至关重要。

随着宇宙的演化，探测的宇宙大尺度结构经历了非线性演化，造成了宇宙学信息向高阶统计的泄漏。同时，获取这部分星系成团性信息需要利用超出两点统计的分析。由于高阶统计的复杂性，多点统计的测量和建模有一定的挑战性。

中国科学院国家天文台与国际同行，基于星系密度场重构技术，提出联合分析重构前和重构后星系密度场的方法，发现大部分高阶信息可以有效地从两点统计中提取，在星系巡天中获取宇宙学信息方面迈出了关键一步。

为了实现新方法的实测数据应用，该团队开展了系列研究的建模工作。该研究利用高精度的数值模拟，发展了仿真器建模技术，建立了重构前功率谱、重构后功率谱以及重构前后密度场的交叉功率谱的高精度仿真器，其预测功率谱精度在1-10%。研究基于仿真器的宇宙学分析发现，宇宙物质密度和哈勃常数等宇宙学参数的限制精度获得提升。这一成果为实测数据分析奠定了基础。

联合分析重构前和重构后星系密度场提升了物质密度（Ωm）、哈勃常数（H0）和物质功率谱的振幅（σ8）