物理I 铌酸锂光量子芯片的研制 量子信息领域因其具有巨大应用价值成为当前各国竞争的 战略制高点,光量子信息技术走向实际应用必须实现芯片化。硅 基光子芯片虽然具有与CMOS工艺兼容优势,但因为硅为间接带 隙,发光效率低下,至今还没研制岀实用的低功耗片上光源。铌 酸锂晶体有很好的光学特性和综合的物理性能,铌酸锂芯片将会 在光子产率、调制速率、调谐范围等核心指标上具有优势,但铌 酸锂晶体面临加工难度大,技术不够成熟等困难。我国学者解决 了铌酸锂芯片上高效纠缠光源、高速电光调制器和低损耗光波导 加工制备的关键技术,研制出国际上第一片电光调制铌酸锂有源 光量子芯片,其关键性能指标优于国际上同类硅基光量子芯片 引起了国际同行的广泛关注。该工作是铌酸锂光量子芯片开端性 工作,揭示了铌酸锂光子芯片在新型芯片化纠缠光源制备、量子 计算、量子模拟等方面的研究价值和应用前景 物理II X射线辐射成像的研究与应用 针对打击国际贸易中集装箱走私、反恐以及国防装备方面的重大 国家安全需求,我国学者长期坚持开展X射线辐射成像相关原理 方法和技术的基础研究与应用基础研究。通过对辐射成像的成像 机理、成像模式、重建方法以及辐射源、探测器、加速器Ⅹ射线 源的小型化、小焦点化、高稳定性、可变能量等关键技术的硏究
物理Ⅰ 铌酸锂光量子芯片的研制 量子信息领域因其具有巨大应用价值成为当前各国竞争的 战略制高点，光量子信息技术走向实际应用必须实现芯片化。硅 基光子芯片虽然具有与 CMOS 工艺兼容优势，但因为硅为间接带 隙，发光效率低下，至今还没研制出实用的低功耗片上光源。铌 酸锂晶体有很好的光学特性和综合的物理性能，铌酸锂芯片将会 在光子产率、调制速率、调谐范围等核心指标上具有优势，但铌 酸锂晶体面临加工难度大，技术不够成熟等困难。我国学者解决 了铌酸锂芯片上高效纠缠光源、高速电光调制器和低损耗光波导 加工制备的关键技术，研制出国际上第一片电光调制铌酸锂有源 光量子芯片，其关键性能指标优于国际上同类硅基光量子芯片， 引起了国际同行的广泛关注。该工作是铌酸锂光量子芯片开端性 工作，揭示了铌酸锂光子芯片在新型芯片化纠缠光源制备、量子 计算、量子模拟等方面的研究价值和应用前景。 物理 II X射线辐射成像的研究与应用 针对打击国际贸易中集装箱走私、反恐以及国防装备方面的重大 国家安全需求，我国学者长期坚持开展 X 射线辐射成像相关原理、 方法和技术的基础研究与应用基础研究。通过对辐射成像的成像 机理、成像模式、重建方法以及辐射源、探测器、加速器 X 射线 源的小型化、小焦点化、高稳定性、可变能量等关键技术的研究
实现了大型集装箱检查系统的产业化,并在国际上率先研制出具 有物质分辨能力的双能大型集装箱检查系统产品,不但为国家打 私、反恐等提供了高科技手段,并将产品出口到160多个国家和 地区,树立了中国自有知识产权高科技成套设备进入国际市场的 典范,实现了从“中国制造”到“中国创造”的转变。为了突破 欧美国家对我国大型国防装备ⅹ射线无损检测技术的封锁,聚焦 高剂量率小焦点高能电子直线加速器、高效率高分辨力阵列探测 器、高精度扫描方法及计算机断层成像相关的基础物理与关键技 术问题,实现了对大型装备中微小缺陷的探测成像,并使相关产 品成功应用到国防装备生产。这一工不但为我国解决了核心技 术瓶颈问题,并且实现了相关技术及装备的国际领先。 共性导向、交叉融通”典型案例 数学 稀疏信息处理的L(1/2)正则化理论 雷达成像在目标探测、地球遥感等涉及大范围、高分辨率观 测应用中面临挑战。雷达数据采集一直是以香样定理为基础,或 难以实现期望的高采样率,或带宽限制难以支持实时处理,或系 统复杂难以机载或星载。如何突破香农采样以更少的采样实现高 分辨率观测,是稀疏微波成像的基础科学与技术问题。我国学者 基于巴拿赫空间几何理论,通过解析雷达成像过程的数学表示 建立雷达观测矩阵的近似逆表示(称为雷达回波模拟器),提出
实现了大型集装箱检查系统的产业化，并在国际上率先研制出具 有物质分辨能力的双能大型集装箱检查系统产品，不但为国家打 私、反恐等提供了高科技手段，并将产品出口到 160 多个国家和 地区，树立了中国自有知识产权高科技成套设备进入国际市场的 典范，实现了从“中国制造”到“中国创造”的转变。为了突破 欧美国家对我国大型国防装备 X 射线无损检测技术的封锁，聚焦 高剂量率小焦点高能电子直线加速器、高效率高分辨力阵列探测 器、高精度扫描方法及计算机断层成像相关的基础物理与关键技 术问题，实现了对大型装备中微小缺陷的探测成像，并使相关产 品成功应用到国防装备生产。这一工作不但为我国解决了核心技 术瓶颈问题，并且实现了相关技术及装备的国际领先。 “共性导向、交叉融通”典型案例 数学： 稀疏信息处理的L(1/2)正则化理论 雷达成像在目标探测、地球遥感等涉及大范围、高分辨率观 测应用中面临挑战。雷达数据采集一直是以香样定理为基础，或 难以实现期望的高采样率，或带宽限制难以支持实时处理，或系 统复杂难以机载或星载。如何突破香农采样以更少的采样实现高 分辨率观测，是稀疏微波成像的基础科学与技术问题。我国学者 基于巴拿赫空间几何理论，通过解析雷达成像过程的数学表示， 建立雷达观测矩阵的近似逆表示（称为雷达回波模拟器），提出
了不直接基于雷达观测矩阵而基于雷达回波模拟器的成像新模 型,发现并建立了稀疏信息处理的L(1/2)正则化理论,将原有 稀疏雷达成像算法的单步迭代复杂性从N2减少到了Nog(N量 级。实现了与常用雷达算法复杂性相当的算法,为稀疏雷达的大 场景成像及实用化铺平了道路,为解决广泛的稀疏信息处理问题 提供了迥然不同的求解范式和快速算法,形成了稀疏雷达成像的 原创成像理论,已在广泛的科学技术领域产生影响。 力学: 软材料与生物软组织的表面失稳力学研究 软物质研究涉及力学、材料科学为生命科学的交叉领域,而 变形稳定性是其中的基本问题。由于弹性模量很低、对外界刺激 响应敏感,软材料比传统固体材料更容易发生几何失稳。针对生 物医学工程、柔性电子、功能材料与器件、软体机器人等前沿技 术的发展对软材料表面失稳研究提出了迫切需求,我国学者历经 多年深入研究,建立了软材料与生物软组织表面失稳及其演化的 力学理论与计算方法,发现了表面失稳与演化的多种新现象与新 规律,揭示了宏、微观尺度上表面失稳的物理新机制,为柔性器 侏与结构设计、材料表面性能调控、力学性质测量等提供了理论 基础,对癌症、炎症等软组织病变的诊疗具有应用价值
了不直接基于雷达观测矩阵而基于雷达回波模拟器的成像新模 型，发现并建立了稀疏信息处理的 L(1/2)正则化理论，将原有 稀疏雷达成像算法的单步迭代复杂性从 N^2 减少到了 Nlog(N)量 级。实现了与常用雷达算法复杂性相当的算法，为稀疏雷达的大 场景成像及实用化铺平了道路，为解决广泛的稀疏信息处理问题 提供了迥然不同的求解范式和快速算法，形成了稀疏雷达成像的 原创成像理论，已在广泛的科学技术领域产生影响。 力学： 软材料与生物软组织的表面失稳力学研究 软物质研究涉及力学、材料科学与生命科学的交叉领域，而 变形稳定性是其中的基本问题。由于弹性模量很低、对外界刺激 响应敏感，软材料比传统固体材料更容易发生几何失稳。针对生 物医学工程、柔性电子、功能材料与器件、软体机器人等前沿技 术的发展对软材料表面失稳研究提出了迫切需求，我国学者历经 多年深入研究，建立了软材料与生物软组织表面失稳及其演化的 力学理论与计算方法，发现了表面失稳与演化的多种新现象与新 规律，揭示了宏、微观尺度上表面失稳的物理新机制，为柔性器 件与结构设计、材料表面性能调控、力学性质测量等提供了理论 基础，对癌症、炎症等软组织病变的诊疗具有应用价值
天文: 轨道力学精确建模方法研究 北斗导航系统提供全球高精度导航定位授时服务对时空基 准的建立、维持与传递提出了更高的要求。北斗卫星精密轨道测 定误差是影响北斗空间基准传递精度的重要因素,同时也制约了 北斗坐标系实现和维持精度。我国学者基于基本天文学(轨道力 学)基本原理,结合北斗导航系统星地星间多源测量体制的特点, 开展北斗GEO/IGSO/MO不同类型卫星轨道力学精确建模研究, 建立了适用于北斗二号、北斗三号卫星不同姿态控制模式下太阳 光压模型,提高了北斗卫星轨道测定与预报精度,达到与GPS相 当的水平,并进而提高了北斗坐标系与国际大地参考框架在厘米 级水平上的一致性,拓展了北乎特色测量体制应用范围,对北斗 导航系统的稳定服务和科学应用提供重要技术支持。传统天文学 中轨道力学的理论应用于卫星导航空间基准的精确测定和预报, 而卫星导航的发展对基本天文学研究又提出了新的问题和挑战, 两者的交叉有力地推动了天文学与地球科学、信息科学相关领域 的新发展
天文： 轨道力学精确建模方法研究 北斗导航系统提供全球高精度导航定位授时服务对时空基 准的建立、维持与传递提出了更高的要求。北斗卫星精密轨道测 定误差是影响北斗空间基准传递精度的重要因素，同时也制约了 北斗坐标系实现和维持精度。我国学者基于基本天文学（轨道力 学）基本原理，结合北斗导航系统星地星间多源测量体制的特点， 开展北斗 GEO/IGSO/MEO 不同类型卫星轨道力学精确建模研究， 建立了适用于北斗二号、北斗三号卫星不同姿态控制模式下太阳 光压模型，提高了北斗卫星轨道测定与预报精度，达到与 GPS 相 当的水平，并进而提高了北斗坐标系与国际大地参考框架在厘米 级水平上的一致性，拓展了北斗特色测量体制应用范围，对北斗 导航系统的稳定服务和科学应用提供重要技术支持。传统天文学 中轨道力学的理论应用于卫星导航空间基准的精确测定和预报， 而卫星导航的发展对基本天文学研究又提出了新的问题和挑战， 两者的交叉有力地推动了天文学与地球科学、信息科学相关领域 的新发展
物理I 单个蛋白质分子的磁共振探测 在纳米尺度上直接测量单个分子的组成、结构及动力学性质 是当今物质科学探索的发展趋势。磁共振在医学成像等领域已发 挥重要作用,但传统磁共振技术通常只能测量毫米尺度以上百亿 个分子系综的统计平均性质,无法实现对单个分子的直接测量 在更高精度上进行生物成像成为物理学和生命科学共同关心的 问题。我国学者基于金刚石量子传感器和新颖的自旋量子干涉仪 探测原理,实现了单分子磁共振的突破,首次获得了单个蛋白质 分子(直径约5mm)的顺磁共振谱,并解析出其动力学信息 成功将电子顺磁共振技术分辨率从毫米推进到纳米,灵敏度从百 亿个分子推进到单分子水平。这一成果得到美国化学会、德国马 普所等广泛的新闻报道。《 Science》将该成果选为研究亮点并配 发专文报道,称其“实现了一个崇高的目标”,“是通往活体细胞 中单蛋白分子实时成像的重要里程碑”。该探测技术可用来在单 分子层面认识物质科学和生命科学的机理,特别是其室温大气的 宽松探测条件为生命科学等领域的研究提供了尤为适宜的条件, 对疾病早期诊断具有积极意义
物理Ⅰ 单个蛋白质分子的磁共振探测 在纳米尺度上直接测量单个分子的组成、结构及动力学性质 是当今物质科学探索的发展趋势。磁共振在医学成像等领域已发 挥重要作用，但传统磁共振技术通常只能测量毫米尺度以上百亿 个分子系综的统计平均性质，无法实现对单个分子的直接测量， 在更高精度上进行生物成像成为物理学和生命科学共同关心的 问题。我国学者基于金刚石量子传感器和新颖的自旋量子干涉仪 探测原理，实现了单分子磁共振的突破，首次获得了单个蛋白质 分子（直径约 5 nm）的顺磁共振谱，并解析出其动力学信息， 成功将电子顺磁共振技术分辨率从毫米推进到纳米，灵敏度从百 亿个分子推进到单分子水平。这一成果得到美国化学会、德国马 普所等广泛的新闻报道。《Science》将该成果选为研究亮点并配 发专文报道，称其“实现了一个崇高的目标”，“是通往活体细胞 中单蛋白分子实时成像的重要里程碑”。该探测技术可用来在单 分子层面认识物质科学和生命科学的机理，特别是其室温大气的 宽松探测条件为生命科学等领域的研究提供了尤为适宜的条件， 对疾病早期诊断具有积极意义