【前沿动态】离子喷气发动机 | 量子信息传输 | 太赫兹激光器 | 生物量子叠加 | 金属3D打印 | 光子-声子转换器
中国研制出世界最强大离子喷气发动机
据俄罗斯卫星网1月13日报道，香港《南华早报》周三发表文章称，中国研制出世界上最强大的离子喷气发动机。
报纸援引中国《科技日报》的消息称，中国航天科技集团公司第五研究院502所专家向客户展示了新一代离子发动机。
1971年苏联发明的离子喷气发动机已用于航天领域数十年。目前全世界的科学家都在研制该款发动机的改进型。
报纸写道，中国新一代离子发动机的全线性能高于卫星和飞船目前使用的同类产品。此款离子发动机的加速度可达30公里/秒。但研制人员称，可将这一指标提高至少30%。
离子喷气发动机的工作原理与化学燃料发动机有很大差别。离子发动机可在较低温环境下运行，重量更轻，燃料耗费量是其它型号火箭发动机的十分之一。
据该报消息，中国将成为世上首个在高环地轨道卫星上测试最新技术的国家，但卫星的具体发射日期尚不知晓。
（来源：新浪科技）
我国学者实现零容量信道的量子信息有效传输
新华社合肥1月15日电（记者徐海涛）中国科学技术大学郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室李传锋、许金时研究组与其合作者，深入研究噪声信道量子容量的激活问题，实验上首次实现了零容量量子信道中量子信息的双向传输，突破了以前标准的量子信道理论。国际权威学术期刊《科学》子刊《科学·进展》日前发表了该研究成果。
“零容量量子信道中量子信息的双向传输”研究成果在《科学·进展》网站发表
据了解，信道容量是指信道在噪声环境下有效传输信息的能力，是通讯领域的基本问题。经典信道的容量问题可由香农第二定理很好地描述，但量子信道的容量问题要复杂得多。量子信道不仅可以传输经典信息，还可以传输私密信息和量子信息，每种情况对应一个信道容量。标准的量子信道理论与经典理论相似，都是假定信道之间是相互独立的，但真实的量子信道并非如此。
中国科学技术大学郭光灿院士
李传锋、许金时等人选择保偏光纤进行深入研究。保偏光纤具有极强的相位消相干，原本不能用来有效传输量子信息。他们利用量子通讯领域最近发展的理论工具来度量光纤的信道容量，首先实验测定一根120米左右长度的保偏光纤的量子容量为零，随后对两根相同的保偏光纤进行编码，构成一个量子信道干涉仪，从而把量子容量为零的保偏光纤激活。激活后两个保偏光纤不再独立，而是相互关联起来构成一个无消相干子空间，从而有效地进行量子信息传输。
中国科学技术大学李传锋教授
为了提高光纤噪声的关联度，研究组将两根光纤缠绕在一起，实验测得两根量子容量为零的保偏光纤联合使用时的量子容量大于0.6（理想的量子信道容量为1）。量子信道干涉仪内有两个输入口和两个输出口，通过改变干涉仪内半波片的设置，可以实现量子信息在噪声信道中的单向传输或双向传输。他们还进一步验证了量子纠缠在这种装置下传输的可靠性。
学界认为，该成果演示了一种在噪声信道中传输量子信息的有效方法，可用于不同量子系统的通讯和对接，为构建小型量子纠缠网络提供了新思路，并为丰富量子通讯理论框架提供了新的物理平台。
（来源：观察者网）
瞬间移动并非遥不可及
生物量子叠加
北京时间1月15日消息，《星际迷航》中的瞬间移动技术也许并不像看起来那样遥不可及。几名物理学家近日提出了一个计划，利用“量子叠加”技术，实现生物记忆的瞬间转移。
该技术认为，粒子可以以不同状态同时存在于两个、或者两个以上的地方，即所谓的“叠加”，直到被观察到为止。
这一怪异的实验由普渡大学的李统藏教授(Tongcang Li)及清华大学的尹璋琦博士(Zhang-qi Yin)共同提出。
他们建议使用机电振荡器和超导电路来实现微生物量子态的瞬间转移。他们还计划创造一种”薛定谔的猫”的状态，即一个微生物可以同时处在两个不同的位置。1935年，薛定谔提出了一个著名的理想实验，其中的猫同时处于“活”和“死”两种状态。
数十年来，物理学家一直在努力研究宏观量子现象。例如，一支科罗拉多的研究团队近日将一层直径约15微米的铝制薄膜振子冷却至量子基态，然后将它的动作和微波光子纠缠在一起。
但完整生物体的量子叠加目前还从未实现过。李统藏和尹璋琪提出，要做到这一点，需要将普通的细菌降温到冷冻状态。这可以阻止细菌体内的化学活动和与环境之间的能量交换。接下来，他们会把这一微生物附着在薄膜振子表面。他们认为，这将足够让细菌进入量子叠加态。
这样一来，在超导微波电路的帮助下，我们便可以实现生物的量子叠加态和瞬间移动了。在强大的磁场作用下，微生物的内部状态可以和动作纠缠在一起，并被瞬间转移到远处的另一个微生物上。
由于生物体的内部状态中包含一定信息，他们的实验提案中也提出了在两个距离较远的生物体之间传输信息和记忆的方法。
李教授表示：“我们提出了一种让微生物能够同时身处两地的、简单粗暴的方法，还提出了实现微生物量子态瞬间转移的计划。”
“我希望，我们此次研究工作能够启发更多人认真思考微生物的量子态瞬间移动，以及它在未来可能的应用方式。”
“对于未来针对生物量子叠加态的波函数崩溃引发的生物化学反应的研究，我们的工作也提出了自己的见解。”(叶子)
（来源：新浪科技）
加州大学洛杉矶分校研发首个太赫兹VCSEL激光器
在美国国家科学基金会（NSF）的资助下，加州大学洛杉矶分校（UCLA）亨利塞缪尔工程和应用科学学院研究人员已经发现了一种制备太赫兹频率半导体激光器的新方法。该课题组的论文《超材料腔表面激光器》已于近日发表在2015年最后一期《应用物理快报》期刊上(Luyao Xu et al, ’Metasurface external cavity laser’, Appl. Phys. Lett. 107, 221105 (2015))。
UCLA电子工程系副教授本杰明·威廉姆斯带领的团队（包括诺斯罗普·格鲁曼公司航空航天系统的工程师），借助于UCLA的纳米电子研究设施，成功研发了第一个太赫兹垂直腔表面发射激光器（VCSEL）。目前可见光波长范围内的VECSEL已经广泛用于发射高能光束，但在太赫兹频率范围内则之前未有应用。
太赫兹频率范围内的光波（处于微波和红外线的电磁频谱之间），可用于分析塑料、织物、半导体和艺术品，且不会损坏被检测的材料；化学检测和鉴定；研究行星的组成和大气组分。研究人员说，该新装置可作为一类新型高品质的激光器，用于空间探索，军事和安检等方面。
为了制备具有高品质光束的外腔激光器，研究人员先制备了一个带有“超材料表面镜反射阵”的 VECSEL，它包括许多小天线耦合激光腔的阵列，当太赫兹波击中阵列时，它不会“看见”空腔，而是被反射，如同被一个简单的平面镜所反射。不同于简单的平面镜，该反射镜不仅可以反射太赫兹波，同时还能对其进行放大。 “这是超材料表面和激光器的首次结合，”威廉姆斯说，“该VECSEL提供了一条在太赫兹波段输出高功率、高质量光束的途径，且该超材料表面的方法还有利于工程师进一步设计具有特定偏振、形状和光谱性质的输出光束。”
发射出对称的、长距离保持直线的和随温度变化的光束是许多半导体激光器尤其是太赫兹量子级联激光器的一大挑战，太赫兹量子级联激光器通常使用金属激光腔，其尺寸比波长更小。
“通过使用该放大的超材料表面作为外腔的一部分，我们不仅可以改善光束模式，而且可以通过激光器腔体的不同设计引入新的功能。” 威廉斯实验室的研究生，该文章第一作者许路遥说，“例如，通过使用一个独立的线栅偏振器或过滤器作为第二反射镜，我们就可以简单地通过旋转偏振器来优化激光器的输出功率和效率。”研究人员称他们正在做一些新的设计，来进一步改进该技术。
（来源：中国国防科技信息网）
美国大学开发出无人机“杀手”：可网捕无人机
密歇根理工大学的学生近期开发了一款无人机。这款无人机能在40英尺(约合12米)的范围内发射网兜，捕获其他无人机。
密歇根理工大学的这款无人机并非这类技术的首次尝试。东京警方也拥有这样的无人机，用于对城市中禁飞区的管理。此外，韩国军方也开发了类似技术，用于应对朝鲜发射的无人机。不过，在此前的应用中，技术主要关注如何找到及摧毁其他无人机，而不是捕获失控无人机并带领无人机安全返回。
开发者表示，这款无人机能自动飞行，或是由两人来操作。网兜的弹射速度很快，因此即使速度最快的无人机也无法躲开。
密歇根理工大学副教授莫·雷斯特加(Mo Rastgaar)带领3名学生开发了这款无人机，并计划为此申请专利。雷斯特加认为，这一技术可以被司法部门使用。目前，美国已要求所有无人机用户注册，而对于未注册的无人机，司法部门可以使用这一技术将其没收。如果无人机的无证飞行未来被视为犯罪行为，那么通过这一技术捕获的无人机不会受损，从而有利于保全证据。
他表示：“这一技术的独特之处在于，网兜连接至我们的无人机。因此，你可以回收捕获的无人机，并将其带至安全的目的地。这就像是机器猎鹰。”
目前尚不清楚这一技术是否会商用以及成本多少。不过目前看来，这一技术不会被提供给公众。除司法部门之外，这一技术还可能被用于反间谍、反恐，以及反走私活动。
（来源：新浪）
美国西北大学研究出新的金属3D打印方法——两步法
[据研发杂志2016年1月12日报道]美国西北大学研究人员设计出一种新的两步法用于金属及其合金的3D打印。这种新的方法并不使用传统的大型粉末床以及电子束，而是使用液态油墨与熔炉。研究人员称他们设计出的这种金属3D打印方法更快更便宜更均匀。
通常3D打印金属需要使用能束（比如激光或者电子束）在金属粉末床上扫描，将金属粉末熔化并粘结在一起后冷却成型，进而逐层打印。西北大学研究人员开发出了一种由金属粉末、溶剂和粘结剂组成的的液相油墨材料，能通过注射或挤压工艺打印出坯体。坯体打印完成后，需要在熔炉里烧结，这道工序还能使得结构更加均匀。
研究人员称他们使用了一种生物医学领域常用的聚合物作为粘结剂，这种粘结剂打印出的坯体固相含量极高，只含有极少量的粘结剂，但仍具有良好的韧性，可折叠和弯曲。这使得研究人员能够打印出很多此前金属打印难以打印出的复杂架构。
该工艺能够打印多种金属，包括金属混合物、合金、金属氧化物等。研究人员相信该方法能打印蓄电池、固体氧化物燃料电池、医用植入物、以及飞机火箭用机械部件等。
研究人员还使用铁锈（铁氧化物）进行了打印，当坯体打印完成后，用氢气将氧化物还原成了金属铁。研究人员称通过使用便宜的金属氧化物替代昂贵的金属粉末进行打印，再进行还原处理，为降低金属3D打印成本提供了一种新的思路。（中国船舶信息中心 郑裔振 慕南）
（来源:中国国防科技信息网）
硅光子学光子-声子转换器可使雷达传感器更灵敏
[据激光聚焦世界网站2016年1月12日报道] 来自耶鲁大学、美国桑迪亚国家实验室和德克萨斯大学奥斯汀分校的科学家建立了一个装置，通过将激光光子（振子）与声子耦合，使集成硅光子电路对射频（RF）信息做出高效的信号处理，如雷达数据。
由于声子按照声速而不是光速进行传输，速度较慢，使数据可被高保真的存储、过滤，并有非常小尺度的延迟。射频滤波器将构成光谱仪的基础，将让用户“看到”能量在很宽的光谱范围内放置在不同的频段。
这个创新的、非常薄的过滤器结构还处于实验室阶段。完全用激光器、调制器、探测器和电池组成的演示系统，应该比一台电脑的硬盘稍大些，重量只有几磅，并可在三至五年成为现实。
研究人员采用纳米光学机械耦合的方法，将光（频率为20 GHz，且容易扩展到100 GHz）提供的高带宽与声子滤波器提供的线性和尖锐共振结合。这个光子——声子转换能量由高分辨率的滤波器响应抵消，在很宽的频率范围内表现出非常小的信号失真，桑迪亚国家实验室负责领导工作的查尔斯·赖因克说。
制备一个声子晶体需要的薄膜材料，在这种情况下，为氮化硅（SiN），并通过声子晶体的晶格对其力学性能进行修改。对于过滤系统来讲，两种材料是关键：SiN形成的膜以传播声子信号，硅形成光波导。这个双系统将单独采用声学和光学特性的设备性能进行了优化。
光子声子器件还可以整合芯片上的光电探测器和其他电子产品。
这项工作是由桑迪亚国家实验室指导研究和发展办公室发起，目前受到美国国防先期研究计划局（DARPA）近500万美元的资助。（工业和信息化部电子科学技术情报研究所张慧）
（来源:中国国防科技信息网）
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