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量子信息科技的发展现状与展望

物理学报 2024年第1期73卷 1-8页

作者：潘建伟中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心合肥230026 中国科学技术大学中国科学院量子信息与量子科技创新研究院合肥230026

20世纪初,以原子能、半导体、激光、核磁共振、超导和全球卫星定位系统等重大技术发明为标志性成果的第一次量子革命,促进了物质文明的巨大进步,从根本上改变了人类的生活方式和社会面貌.自20世纪90年代以来,量子调控技术的巨大进步,使... 详细信息

20世纪初,以原子能、半导体、激光、核磁共振、超导和全球卫星定位系统等重大技术发明为标志性成果的第一次量子革命,促进了物质文明的巨大进步,从根本上改变了人类的生活方式和社会面貌.自20世纪90年代以来,量子调控技术的巨大进步,使得以量子信息科学为代表的量子科技突飞猛进,标志着第二次量子革命的兴起.量子信息科技包括量子通信、量子计算、量子精密测量等方面,为保障信息传输安全、提高运算速度、提升测量精度等提供了革命性解决方案,可为国家安全和国民经济高质量发展提供关键支撑.经过近30年的发展,我国在量子信息科技领域整体上已经实现了从跟踪、并跑到部分领跑的飞跃,在量子通信的研究和应用方面处于国际领先地位;在量子计算方面牢固占据国际第一方阵;在量子精密测量的多个方向进入国际领先或先进水平.当前,需要根据国家战略需求和国际竞争态势,做好未来5—10年我国在量子信息领域的发展重点研判,率先建立下一代安全、高效、自主、可控的信息技术体系.

关键词：量子通信量子计算量子精密测量

一种集成于超算作业调度系统的应用并行参数优化方法

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计算机工程 2024年

作者：张文帅李会民李京潘必才中国科学技术大学网络信息中心超级计算中心中国科学技术大学计算机科学与技术学院中国科学技术大学物理系

随着高性能计算体系结构的发展，软件与硬件都具有了多层的并行结构。当不同纵向层级与横向分组的计算任务被划分到不同节点的不同处理器时，具有非常多的分配对应方式。这些分配方式一般在运行时由用户输入的多个并行参数来确定，并对... 详细信息

随着高性能计算体系结构的发展，软件与硬件都具有了多层的并行结构。当不同纵向层级与横向分组的计算任务被划分到不同节点的不同处理器时，具有非常多的分配对应方式。这些分配方式一般在运行时由用户输入的多个并行参数来确定，并对计算效率影响很大。随着计算规模与复杂度的提升，多个并行参数的可配置空间越来越大，用户越来越难以确定最佳的并行参数值。这类运行时优化问题在科学计算应用中较为普遍，但相关的研究与解决方法比较少见。在本工作中，以VASP应用为例，首先分析了该应用的多层并行结构，展示了不同并行参数配置引发的巨大运行速度差异。然后，提出一个基于约化并行效率指标的全自动运行优化方法，其不仅可以帮助用户简单快捷地确定最佳应用并行参数，同时可以帮助用户确定最佳的计算资源使用量，使应用可以高效率地扩展到大规模的并行计算。最后，本文将该优化方法与计算集群作业调度系统融合，应用于用户提交的真实VASP计算作业中。统计结果表明，本方案显著提升了作业运行速度与超算资源的使用效率，因此具有很好的工程应用前景。

关键词：并行计算作业调度运行时优化超级计算 VASP

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屏蔽伽马射线高Z复合材料

化学进展 2024年第7期36卷 1102-1116页

作者：陈左阳霍志鹏张宏钟国强中国科学院合肥物质科学研究院合肥230031 中国科学技术大学合肥230026

随着科技的发展,核技术在能源、医学、航空航天等领域的应用越来越广泛。然而,核技术应用产生的高能伽马射线具有很强的穿透性并且能使人体细胞发生电离,会对人体健康造成损害,因此高效核辐射防护材料的研发尤为重要。材料的伽马屏蔽性... 详细信息

随着科技的发展,核技术在能源、医学、航空航天等领域的应用越来越广泛。然而,核技术应用产生的高能伽马射线具有很强的穿透性并且能使人体细胞发生电离,会对人体健康造成损害,因此高效核辐射防护材料的研发尤为重要。材料的伽马屏蔽性能与其密度和有效原子序数直接相关,因此研究人员将高原子序数(高Z)的化合物作为填料,掺杂到不同的基体材料中制成了各种复合屏蔽材料。本文阐述了伽马射线和物质相互作用的三种基本物理效应,按照玻璃基、聚合物基和金属基这三类基体材料,分类介绍了高Z伽马射线复合屏蔽材料的研究进展,并总结存在的问题和解决方案。

关键词：高原子序数辐射屏蔽复合材料伽马射线

锂电池正极材料化学及形貌的X射线纳米谱学成像研究

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光谱学与光谱分析 2024年第5期44卷 1239-1244页

作者：高若阳张玲陶芬汪俊苏博毕志杰杜国浩邓彪肖体乔中国科学院上海应用物理研究所研究中心上海201800 中国科学院大学北京100049 中国科学院上海高等研究院上海光源中心上海201204 青岛大学物理科学学院山东青岛266071

锂离子电池高镍三元正极材料是储能领域的研究热点之一,多次循环后材料内部化学不均匀性与形貌缺陷,会造成电池失效与性能衰退,深入了解电池容量衰减变化及其原因需要对材料进行快速、高效无损的观测和分析。基于同步辐射的硬X射线全场... 详细信息

锂离子电池高镍三元正极材料是储能领域的研究热点之一,多次循环后材料内部化学不均匀性与形貌缺陷,会造成电池失效与性能衰退,深入了解电池容量衰减变化及其原因需要对材料进行快速、高效无损的观测和分析。基于同步辐射的硬X射线全场透射显微镜(TXM)是一种可无损研究物质内部结构且具有纳米分辨的成像技术。随着高亮度、高性能同步辐射光源的发展,同步辐射的TXM技术获得了快速发展,使得TXM成像方法具有更高的实验效率和空间分辨率。X射线纳米谱学成像(TXM-XANES)是将TXM与X射线吸收近边结构谱(XANES)有机结合的成像方法,TXM-XANES能够从纳米尺度上表征微米级能源材料的内部元素空间分布及化学态等信息,解决了常规方法由于表征材料局部区域而缺乏整体表征,或表征集合平均值特性而错过材料局部化学状态变化的问题。TXM-XANES作为基于TXM发展的多模态联合表征技术,已逐渐成为能源材料研究的重要实验方法之一。介绍了上海光源纳米三维成像线站及TXM成像系统,阐述了X射线纳米谱学成像方法的原理及其特点。X射线纳米谱学成像和纳米CT方法对锂离子电池正极高镍层状三元氧化物材料LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_(2)(NCM622)粉体进行了表征,获得了纳米尺度下NCM622单颗粒样品中Ni元素化学态的空间分布信息及单颗粒的三维结构信息。对电池材料的三维X射线纳米谱学成像方法进行了介绍和展望。

关键词：纳米谱学成像全场透射X射线显微镜锂电池同步辐射

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基于压电声子晶体板波声场的微粒操控

物理学报 2024年第7期73卷 218-223页

作者：王俊蔡飞燕张汝钧李永川周伟李飞邓科郑海荣吉首大学物理系吉首416000 中国科学院深圳先进技术研究院劳特伯生物医学成像研究中心深圳518055 医学成像科学与技术系统中国科学院重点实验室深圳518055

声镊可以非接触、无损伤地操控微粒,在细胞分离、组织工程、材料组装等领域具有广阔的应用前景.近期有研究利用声人工结构调控声场提升声镊性能,然而,与换能器分离的人工结构导致声镊装置复杂且操控现象不太稳定.本文基于压电声子晶体... 详细信息

声镊可以非接触、无损伤地操控微粒,在细胞分离、组织工程、材料组装等领域具有广阔的应用前景.近期有研究利用声人工结构调控声场提升声镊性能,然而,与换能器分离的人工结构导致声镊装置复杂且操控现象不太稳定.本文基于压电声子晶体板调制声场实现对微粒的灵活操控,其主要机制是由压电陶瓷片构成的压电声子晶体板可激发A0模式Lamb波模式和共振周期声场模式,板上微粒在这两个模式中分别受到平行于板面的声停驻力和垂直于板面的声捕获力或声悬浮力,从而实现排列、捕获、悬浮等多种模式的灵活操控.由于压电声子晶体板整合了换能器与声人工结构,该器件为研究高精度、低能耗、紧凑型声镊技术提供了物理基础和实验验证.

关键词：压电声子晶体声辐射力声镊微粒操控

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钐钴永磁漂移管出气及质谱分析

真空科学与技术学报 2024年第9期44卷 791-796页

作者：关玉慧王鹏程刘顺明刘佳明孙晓阳谭彪王一刚朱邦乐李阿红李波吴小磊于永积邓昌东袁月散裂中子源科学中心东莞523803 中国科学院高能物理研究所北京100049 中国科学技术大学合肥230029

文章系统地阐述了同步气路法测量材料出气率的实验原理,首先实验测得钐钴永磁铁室温下不同时刻的出气率并给出及其拟合曲线,可预测更长时间钐钴所对应的出气率。其次,实验测得钐钴永磁铁漂移管样机的整体出气量,并与钐钴样品总出气量进... 详细信息

文章系统地阐述了同步气路法测量材料出气率的实验原理,首先实验测得钐钴永磁铁室温下不同时刻的出气率并给出及其拟合曲线,可预测更长时间钐钴所对应的出气率。其次,实验测得钐钴永磁铁漂移管样机的整体出气量,并与钐钴样品总出气量进行比对,分析夹气是导致漂移管样机出气量下降缓慢的主要原因,并提出改进方案。然后,对比不同状态下的残余气体成分,分析结果对于后续漂移管的加工提供改进思路。最后,计算了钐钴永磁漂移管应用于DTL1#物理腔引起的压强变化,为钐钴永磁漂移管的应用提供数据支持。

关键词：同步气路法钐钴出气率漂移管出气量残余气体分析钐钴永磁漂移管应用

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碳纤维/环氧树脂编织结构激光辐照热传导效应仿真研究

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光学学报 2024年第11期44卷 133-143页

作者：卓越洋贺子安刘涛汪贺刘兆和熊小强陈晓龙何兵中国科学院上海光学精密机械研究所空天激光技术与系统部王之江创新中心上海201800 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器及应用技术重点实验室上海201800 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049 中国科学技术大学光学与光学工程系安徽合肥230026

本文根据碳纤维/环氧树脂复合材料内部编织结构导致的径向和轴向导热系数差异,以及垂直纤维方向的环氧树脂层和碳纤维层的层叠结构建立了复合导热系数、密度和比热容的阶梯变化模型,并根据材料的物理性质理论给出碳纤维/环氧树脂复合材... 详细信息

本文根据碳纤维/环氧树脂复合材料内部编织结构导致的径向和轴向导热系数差异,以及垂直纤维方向的环氧树脂层和碳纤维层的层叠结构建立了复合导热系数、密度和比热容的阶梯变化模型,并根据材料的物理性质理论给出碳纤维/环氧树脂复合材料对激光的吸收率数值约为0.96。基于该模型利用COMSOL软件仿真计算了碳纤维/环氧树脂复合材料在高斯激光束平行/垂直材料内部纤维取向辐照的烧蚀行为,得到了激光功率、辐照时间对材料温度、烧蚀深度以及烧蚀热的影响规律。结果表明,激光平行纤维方向辐照材料时,材料向深度导热迅速,易形成较大的烧蚀坑,激光功率设置为400、600、800、1000 W辐照10 s时,分别形成0.642、1.721、2.846、3.990 mm的烧蚀深度;激光垂直纤维方向辐照材料时,材料的温升速率受环氧树脂和碳纤维层的叠加以及环氧树脂热解的热隔绝影响,难以向深度导热,烧蚀深度较浅,在光斑直径为10 mm、激光功率设置为800、1000 W辐照10 s时,分别形成0.567、1.243 mm的烧蚀深度。

关键词：碳纤维/环氧树脂复合材料导热系数阶梯变化模型温度场烧蚀深度烧蚀热

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中子辐照诱生锆钛酸铅厚膜界面缺陷

辐射研究与辐射工艺学报 2024年第05期 120-126页

作者：彭茂洋孟德超傅正平中国工程物理研究院电子工程研究所微系统与太赫兹研究中心中国科学技术大学纳米科学技术学院

采用中子对厚度为5μm的锆钛酸铅（PZT）压电厚膜进行辐照，选择注量为0 cm-2、1011cm-2、1012cm-2、1013cm-2。针对界面缺陷影响机制不清晰问题，应用深能级瞬态谱（DLTS）对样品的界面缺陷能级、浓度、俘获截面等关键性质进行了系统... 详细信息

采用中子对厚度为5μm的锆钛酸铅（PZT）压电厚膜进行辐照，选择注量为0 cm-2、1011cm-2、1012cm-2、1013cm-2。针对界面缺陷影响机制不清晰问题，应用深能级瞬态谱（DLTS）对样品的界面缺陷能级、浓度、俘获截面等关键性质进行了系统性表征。结果表明：1011cm-2的中子辐照使PZT厚膜界面处缺陷激活能从0.9 eV增加到1.6 eV，是导致极化强度降低11.2%、介电常数下降以及漏电流增大的重要因素，且影响程度与辐照的注量呈正相关。该研究结果对于压电材料和器件在辐照环境应用有重要参考意义。

关键词： PZT厚膜中子辐照界面缺陷电学性能

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中子辐照诱生锆钛酸铅厚膜界面缺陷

辐射研究与辐射工艺学报 2024年

作者：彭茂洋孟德超傅正平中国工程物理研究院电子工程研究所微系统与太赫兹研究中心中国科学技术大学纳米科学技术学院

采用中子对厚度为5μm的锆钛酸铅（PZT）压电厚膜进行辐照，选择注量为0 cm-2、1011cm-2、1012cm-2、1013cm-2。针对界面缺陷影响机制不清晰问题，应用深能级瞬态谱（DLTS）对样品的界面缺陷能级、浓度、俘获截面等关键性质进行了系统性表征。结果表明：1011 cm-2的中子辐照使PZT厚膜界面处缺陷激活能从0.9 eV增加到1.6 eV，是导致极化强度降低11.2%、介电常数下降以及漏电流增大的重要因素，且影响程度与辐照的注量呈正相关。该研究结果对于压电材料和器件在辐照环境应用有重要参考意义。

关键词： PZT厚膜中子辐照界面缺陷电学性能