【热点】北京市委书记调研兆易 朱一明分享股东回报清华
2018-05-27
14:00:43
来源: 老杳吧
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1.北京市委书记调研兆易 朱一明分享兆易股东回报清华故事;
2.拆解北斗产业链: 上游芯片研发破局 中下游多场景突破;
3.合肥争创量子信息科学国家实验室 方案已经上报国务院;
4.清华大学副校长薛其坤:未来量子技术将发挥重大作用
1.北京市委书记调研兆易 朱一明分享兆易股东回报清华故事;
薛教授首先从量子世界的神秘之处讲起,他谈到,1981年扫描隧道显微镜的出现,让人类多了一双能够观察到微观世界的眼睛,能够首次在原子层面上观察物质。
薛教授在演讲中谈到了自己获得奖研究的经历,对于大家问的基础研究有没有用,他笑称,拿自己做的量子反常霍尔效应研究来说,电阻基准在我国很重要,在我国,1%的电量计算误差,就能达到100亿人民币的误差,而通过量子电阻,不随时间地点发生变化,能够把误差缩小非常多。
最后,薛教授表示,未来量子技术可以在量子通信,量子计算,量子精密测量等领域发挥重要作用。将对信息安全,高性能计算、人工智能、超高速超低功耗电集成电路、军事目标探测、材料模拟等领域产生重大影响,或许将引起颠覆性技术的革命。(河雨)
以下为演讲全文:
薛其坤:
谢谢大家,各位领导、各位嘉宾大家下午好!
首先非常感激未来论坛邀请我在中国改革开放40年之后,来到中国改革开放的前沿深圳做报告,我也非常荣幸能得到首届的未来科学大奖,和卢煜明先生一起分享了企业家、投资家,对我们科学家的热爱、关怀。我也从刚才话筒的讲话,看到了企业家、业界人士对科学满腔热情,在此我代表全体科学家们,对我们企业家们、投资家们、金融家们表示敬意,谢谢大家!
我的专业是量子物理,我是研究关注电子器件中量子行为,今天我通过这个报告让大家看一看科学巨大的威力,为什么基础研究,像刚才话筒期望的那样,会给人类社会造成这么大的变化和进步,科学的威力到底在哪里?我想从一个非常简单的类似于科技的报告向各位观众做一个简单的介绍。
我今天在座每一位都非常熟悉的单位讲起,长度的单位。一米大概是一个小学生的高度,大家都有印象。一米等于1000毫米,这个大家都知道。1毫米等于1000微米,1微米等于1000纳米,因此1米就等于1000×1000×1000纳米,就是10的9次方纳米,这个可能初中生都很了解。那么我现在想问的问题是,我们用什么标准测量1纳米?我们对米的测量有尺子,对纳米我们的尺子在哪里?
1纳米非常小,我们知道碳原子,碳,5个碳原子肩并肩排在一起,长度就是1纳米,那1纳米,或者纳米客观技术用什么尺子测量它,表征它?等到了纳米世界,这是科学家必须要回答的问题。
所以如何精确的测量1纳米长度,你误差多大,决定了你对纳米科技掌握程度在哪里,这是一个非常基本的问。
那么到了纳米的时候,我们所关注的量子效应就会发挥巨大作用。我是关注电子量的行为,这是一个普通的电路,可能化腾在你研发机构每天都会看到,有一个导线,有电流经过,要做测试。这样一个装置,大家可以看到,这是一个电极,一个导线,我连起来放上电源、电池,如果它两个不接触的时候,我们小孩可能都知道,这之间没有电流流动。这叫电路中的断路。
下面,我把两个电极之间距离变断,但是不接触,短到什么程度?短到大约1纳米的时候,你会发现事情发生了变化。这个时候,你的电流表上会出现电流了,但是本身这个装置还在断路状态,也就是说这个时候点子会从一个电极到达另一个电极,越过1纳米的空间,会到达另一个地方去,形成回路、形成电流,这就是纳米世界的特殊的美丽和有意思的地方,也是我们量子力学上非常有名的量子飞穿,这是发生在纳米世界的纳米现象。
科学家继续研究这样一个非常简单的装置,有极其大的威力,通过测量发现,当你间隙变化百分之一纳米的时候,测量电流会变化一个量级,我们再回忆一下刚才我问的问题,你发生发现量子飞穿提供了一个精确测量长度的方法,我变化百分一个纳米就会发生电流变化一个量级,用电流变化测量百分之一的纳米的变化,这不就提供了一个非常精确的纳米世界的尺子吗?简单不简单?非常简单,但是涉及到非常深刻的量子物理,为什么电极会从这个电极像没有障碍一样,飞渡到另外一个电极?这是我们研究的非常基本的现象,叫量子飞穿(音)。
这样我们现象我们可以用不同的仪器观察世界的眼睛,比如说这个电极在卫生间,这个电极在这个房间里,现在进行扫描,当我扫到这个地方的时候,话筒前面这个地方,如果少了一个原子,地势低了一点点,距离变化了,电流大了,我把这个房间扫完的时候,我就可以知道这个房间在纳米尺度上的地形变化,形貌是什么,原子尺度上究竟长的像什么样,这就是扫描隧道显微镜,1981年这个现象发现,1986年获得诺贝尔物理奖,这是经常见到的照片,不但可以观察这个地形在纳米尺度上的变化,还可以用这个针尖像筷子一样,把原子推来推去,可以摆成一个字,左边这个图是用35个原子在一个铜的平的极板上摆出来的IBM字,这是世界上最小的字符,这说明量子现象研究,尽管看起来非常简单,但是给人类社会带来技术进步是非常巨大的,这是我想刚才回答化腾提到的为什么科学进行很重要,同时科学发现也非常重要。
这是我用扫描隧道显微镜在我的实验室观察一个材料,大家可以清清楚楚看到,每一个原子排列的非常整齐,而且可以精确测量两个原子之间距离,如果这个地方缺一个原子,少一个原子,这个材料有缺陷,我会准确的进行判断和测量。
下面谈一下时间,一秒等于1000毫秒,1毫秒等于1000微妙,1微妙等于1000纳秒,这个公式大家都会背,又来了一个问题,我们如何测量一个纳秒?我们测量一个纳秒的精度是什么?这又摆到了科学家面前,这是一个非常简单的测量,不就是测量时间吗?
到了纳米世界的时候,微妙世界的时候,我们时钟的标准是什么?你炒股票的,你可能早到一个毫秒,把钱投上可能就挣大钱,所以你掌握了时间测量,你有可能在分秒必争的世界,会取得先机,所以时间的测量也非常重要。
时间的测量在过去的几百年中发生了巨大的变化,咱们中国人很聪明,咱们以前测量时间是什么?靠沙漏,靠日轨,大家知道日轨对时间测量通过太阳在轨上的棒的投影,测量每天你处在什么时间。后来我们又发明了沙漏,但是沙漏对时间测量准确度,一天可能十几分钟、二十分钟。
又过了若干年以后,我们又制造有钟表了,钟表大约一年像摆钟,以前的摆钟一年一秒,后来我们又发明电子表、石英钟,可能100年只有1秒误差,现在到了20世纪60年代的时候,量子技术出现了,量子技术出现了以后,我们可以把时间的测量能做到30万年之差1秒。
到了最近,已经到了50亿年差1秒。你知道我们地球和太阳的年龄,我们的宇宙正处在中年,大约是45亿年的年龄上。在整个宇宙的年龄中,我们现在科学家对时间的测量,对时间测量可以达到只有1秒误差的水平,这就导致了科学的发现,更重要的是,造成了技术和人类的巨大进步。比如说60年代的时候,我们把时间测量精度测到30万年误差1秒的时候,就是我们现在GDP定位系统所用到的时钟。
如果你做到50亿年只差1秒的时钟,做全球定位的话,我移动半毫米也能测量出来,因为我们大家都知道,定位就是靠距离的测量,距离用光定位,因为光是确定的,如果50亿年只差1秒时间测量精度,大家可以想像,我对距离测量可以到了一个几乎你不可想象的水平,所以我可以的进行定位,这就是科学发现,量子技术给我们人类的生活带来的巨大的方便,这方面一个非常好的例子。
这些当然还有很多,今天因为时间有限,我就不讲了,我讲一个我获奖的一个成果,我获奖这个成果可以简单回顾一下19世纪末的时候两个重要科学发现,一个是当时在霍布金斯大学一个物理系博士生,发现一个有磁场的获有效应,咱们现在开车的速度机就是用的霍尔探测器,霍尔效应还有反常霍尔效应,是这个学生发现的两个非常重要的科学发现,应用非常广泛,今天没有时间做具体介绍。到1980年,发现的100年以后,一个德国科学家,在我们做晶体管硅条件中,发现了整数量子霍尔效应,也就是整数量子化的霍尔效应,五年以后他获得了诺贝尔物理奖,这是科学上巨大的进步。
在1982年2年以后,三个物理学家,包括华人物理学家崔其(音)先生,在发光材料体上进一步做实验,发现了分子化的量子霍尔效应,他们1998年获得了诺贝尔物理奖。
回到这个世纪石墨烯,大家都知道,很多人都熟悉石墨烯,在石墨烯这个材料中有两个俄籍的英国物理学家获得了物理学奖。
到了2016年的时候,又有三个理论物理学家,建立了实验物理学家发现的理论,再次获得诺贝尔物理学奖,但是不管怎么样都是霍尔效应的量子版本。
这里有个反常霍尔效应,是不需要磁场的,有没有它的量子版本?这是2013年我带领的团队,发现了量子版本反常霍尔效应,不需要磁场,就是因为这个成果,我获得了咱们著名企业家给我授的100万美金。不管怎么样有四个需要磁场的霍尔效应获得了诺贝尔奖。
这个是未来科学大奖授奖的照片,这是四个非常热爱科学的企业家,他们分别资助不同的奖,旁边这两位是第一个发现量子霍尔效应的,这是一张非常珍贵我也非常喜欢的照片。
又问了,有什么用?我就说找一个简单的,单位的测量,大家都知道电,我们找一个电阻基准非常困难,尤其到了非常非常精确的时候,这个基准非常重要,要是基准不准,我们的电表就不准确了,在咱们中国电能计量1%误差就会造成100万人民币误差,如果哪个人捣鬼,咱们白交了钱你还不知道,这个标准是不知道的,所以他可以轻易的把你的钱,从你的腰包里放到我的腰包里。我们就把量子电阻作为电阻的标准。
为什么?我们发现测量这个电阻等于一个正等数乘h除以e平方,h是物理学的常数,和光租一样是不变的,e作为一个电子带的电量,科学家认为过了100年以后一个电子带的电量是不变的,所以它是用物理常数表征的,而且非常精确,值多大?如果测量准25812807449派,我们可以用量子化信号定义这个值,因此用它做电阻标准精确,这个是我这个发现的一个简单的应用例子,将来能不能用上?很可能能用上。
未来的量子技术大家都知道有量子通讯,咱们国内搞的如火如,当然更多是量子计算,因为我们是和电子打交道的,电子器件非常多,所以能把量子技术用到电子器件中有非常多的新东西,有可能导致全新技术进步,有可能导致很多高新企业,当然还有更广范围的就是精密测量,只要你测量的物理学量它的精度提高1个量级,都有能导致一个新的产业的产生。所以它对信息安全、高性能计算、人工智能、超高能功耗、集成电路都会有非常重要的意义。
简单举一个例子,大家都知道潜艇,都知道航母,潜艇到水下,它是一个铁做成的,会产生磁信号,这个磁信号对飞机上的人来讲,磁场的信号非常的微弱,但是用量子技术,我可以很轻松的看到这个潜艇,这个磁铁产生的微弱信号,我就可以精确的进行反潜,这对军事、对国防也非常非常的重要。
总而言之我总这个最简单的技术讲,量子技术是一个充满了期待,充满了工业技术发展巨大潜力的领域,希望在座的企业家们,媒体朋友们,政府官员们,关注这个领域,谢谢大家!
其他媒体消息
,今天上午,北京市委蔡奇书记,陈吉宁市长,海淀区于军书记一行到兆易视察调研,给予指导。兆易创新董事长朱一明为各位领导详细介绍了公司发展历程以及现状。
从现场图片看,朱一明还向领导分享了兆易创新股东向清华大学捐赠回馈的故事。
邓锋的这笔捐赠巨款,源于 9 年前给校友创办企业兆易创新的五万美元天使投资,给他带来了 220 倍的回报。
近日,兆易创新投资人周顺奎先生也将其持有的兆易创新股票捐赠给了母校清华大学。
据其他媒体了解,目前已经有多位股东为清华大学捐赠了投资兆易创新的收益,围绕兆易创新的这些清华人的故事在持续传承。
朱一明毕业于清华大学,2005年受邀回国创办北京兆易创新科技有限公司。在他的带领下,兆易创新研发成功了国内第一颗移动高速存储芯片,成为国内第一家掌握该技术的公司;同时也是国际上唯一能按照国际标准为国内外用户提供双管静态存储器 IP 授权的公司。兆易创新成为国内第一家大规模量产主流存储器的公司,由此打破了国际市场上欧美、日韩、台湾对存储器产业的贸易和技术壁垒,第一次打通了研发、市场、营销等诸多环节,形成了中国的自有产业链。
兆易创新于2016年登陆A股,发行价23.26元,上市后连续18个一字涨停,开板价174.99元。以中一签,一签净赚15万成为当年的“打新王”。
上市后,兆易创新业绩继续高歌猛进。2017年年报显示,其营业收入20.3亿元,同比增长36.32%;归属于上市公司股东的净利润3.97亿元,同比增长125.26%。基本每股收益1.99元。(校对/叨叨)
2.拆解北斗产业链: 上游芯片研发破局 中下游多场景突破;
21世纪经济报道 戴春晨 ,杨蕊青 哈尔滨、广州报道
中国卫星导航定位协会统计数据显示,2017年,我国卫星导航与位置服务产业总产值中,终端集成、系统集成等中游环节产值占比为51.92%;下游运营服务占比增长到36.81%,在产业链各环节中涨幅最快。
举国关注“芯片自主”的时下,一批自主研发的北斗芯片登入产业的舞台。
5月23日至25日,第九届中国卫星导航年会在哈尔滨拉开帷幕,中海达、华大北斗等一批国内企业先后发布了自主研发的北斗芯片产品。
过去数年,缺“芯”是国内卫星导航产业的痛点。如今,随着一批自主研发的北斗芯片进入市场,我国卫星导航产业缺“芯”困局呈现“散点突破”的态势。北斗芯片研制已实现设计与封装,实现中国人的独立自主。这与国内北斗企业长年坚持自主研发路线分不开。
中国卫星导航定位协会统计数据显示,2017年,我国卫星导航与位置服务产业总体产值已达到2550亿元,较2016年增长20.4%。国内卫星导航设备营销总规模相较于全球市场,占比逐年提高,已接近15%。其中,包括与卫星导航技术直接相关的芯片、器件、算法、软件、导航数据、终端设备等在内的产业核心产值占比为35.4%,达到902亿元;北斗对产业核心产值的贡献率已达到80%,较2016年提高10个百分点。
在产业链中下游,国内卫星导航产业更是呈现出“全线覆盖”的大势——伴随着北斗系统建设的推进,北斗技术应用已经突破智能手机、车载导航两大传统市场,在多领域多场景实现商业化应用。
据中国卫星导航定位协会近日发布的《中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》(下称《白皮书》),2017 年,围绕与信息产业、汽车电子、移动通信、移动互联网、大数据等产业交叉点的协同创新越来越受到关注和推崇。“北斗+”催生出越来越多的应用新模式,产业融合趋势愈加明朗。穿戴式设备、新零售、无人驾驶、综合安防和智慧城市建设等应用领域,市场潜力巨大。
共建北斗芯片开发平台
北斗系统对待 GPS 等其它导航系统的逻辑是“兼容”和“自主可控”。一方面,北斗系统不排斥 GPS,探索与GPS等其它导航系统的兼容和互相操作,以增加定位精度和服务质量;另一方面,中国需要独立自主掌握卫星导航技术。
一批高精度北斗芯片近日在哈尔滨的集中亮相,是我国北斗产业自主研发前进的又一步。此前的标志性事件是,2017年9月,华大北斗所研发的全球首个支持新一代北斗三号信号体制的多系统多频高精度SoC导航定位芯片正式发布。
另一值得关注的事件是,泰斗微电子近日获得广东国民凯得创投领投的C+轮融资,总融资额超过1亿人民币,该企业是摩拜单车定位导航芯片的最大供应商。
芯片、板块、核心器件的研制是上游的重要环节,也是关涉北斗产业核心竞争力的关键环节。仅在哈尔滨的会场上,就有中海达、北斗星通、西安希德、华大北斗等企业发布或展示自主研发的北斗芯片,华大北斗还发布了“北斗芯片开发平台”。
《白皮书》显示,截至 2017 年底,我国卫星导航专利申请累计总量已突破 5 万件, 首次跃居全球第一位。另据国家导航系统办公室数据,国产北斗芯片累计销量突破5000万片,高精度OEM板和接收机天线已分别占国内市场份额30%和90%。
但这并不代表中国已经赶超国际强手。21世纪经济报道记者了解到,当前,国产北斗芯片已实现规模化应用,工艺由0.35微米提升到28纳米,最低单片价格仅6元人民币。被视为产业链关键的设计环节,以及封装技术,国内企业已实现完全自主化;但另一方面,集成应用能力、围绕核心芯片的技术研发和设备制造,依然是国内北斗企业的短板。
中国工程院院士、武汉大学教授刘经南接受记者采访时表示,高端芯片的制作工艺,中国很快会赶上。国内北斗芯片行业的发展,不大可能出现“卡脖子”问题。现在要解决两个关键问题,一是制作芯片的光刻机技术,二是高密度、高分辨率晶片的材料问题。
21世纪经济报道记者注意到,当前,不像国外有高通、英特尔、三星等行业巨头,国内导航芯片研发企业呈现多而散的格局。此外,芯片行业投资大、周期长、风险高的特点也决定了很难依靠一两家企业做大做强。
多名业内人士指出,当前国产北斗导航定位芯片产业发展模式较为封闭,在很大程度上受到企业自身资源、研发投入和人才水平等因素限制,很难以一己之力推动芯片核心技术水平的快速提升。
既然一家做不了,那就放开大家一起做。“北斗芯片开放平台”这样的产品正体现了这样的逻辑。
21世纪经济报道记者从华大北斗获悉,这款产品将通过北斗芯片开放平台面向核心算法研发,开放芯片原始测量数据,为分散的算法研发团队提供芯片硬件支持,共同打造“国产核心硬件”+“国产核心算法”的国产北斗导航定位芯片“双核心”研发和产品架构。
《白皮书》指出,借助北斗芯片开放平台,联合产业链多方研发资源,以一种全新的“聚力”研发模式推动国产北斗导航芯片综合实力全面提升,将会极大地加快北斗导航定位芯片核心技术的攻克速度,从而促进国产北斗导航定位芯片的应用推广与产业化规模。
“北斗+”的场景革命
顺着“芯片”往卫星导航产业链的中下游走,“场景”是绕不开的关键词。也正是有了高精度的北斗芯片,北斗技术更多领域、更多场景的商业化才有了技术基础。多场景突破,也是GPS在前,北斗产业“后来居上”的重要策略。
这被业内人士称为“北斗+”。中国卫星导航定位协会统计数据显示,2017年,我国卫星导航与位置服务产业总产值中,终端集成、系统集成等中游环节产值占比为 51.92%;下游运营服务占比增长到 36.81%,在产业链各环节中涨幅最快。
“北斗+”能在如此多领域和场景实现突破,一方面由于高精度北斗芯片的技术支持,另一方面很大程度来自国内新经济勃兴给予的“红利”。
炙手可热的案例是“北斗+车联网”。《白皮书》显示,2017年我国北斗车联网呈快速发展态势,用户规模突破2200万,较2016年增长37.5%,车联网硬件市场规模达到264亿元。按机动车保有量3.1亿计算,北斗车联网的市场渗透率为7.1%。
《白皮书》主编、中国卫星导航定位协会咨询中心主任李冬航分析,近些年,车载北斗导航设备前装搭载率不断提升,加之国家对智能网联汽车相关政策的出台,车联网在车辆自主环境感知、网联信息服务、信息安全等的应用上愈加成熟。互联网巨头与汽车厂商在通信、导航、云端服务和多媒体信息提供上找到了很好的契合点。由此带来的应用市场技术和服务的变革,已经成为北斗产业发展新的亮点。
亮点不只是车联网,国内近些年兴起的智慧城市建设,同样成为“北斗+”的温室。统计数据显示,截至2017年,我国100%的副省级城市、87%的地级市,总计有超过500 个城市正在积极开展智慧城市建设,重点项目签约总量超过4000个。据预测,2017年我国智慧城市市场规模将超过6万亿元,未来五年(2017-2021)年均复合增长率约为32.64%。
这样庞大的市场容量下,使得智慧城市领域成为北斗产业增长率最高的细分市场。
在智慧城市建设的具体场景中,最早突破是燃气管道的高精度定位。这与原国家测绘局推动的“百城百联百用”行动计划不无关系。国内各家大型燃气公司均已制定北斗精准服务应用规划,将陆续开展北斗精准应用深度结合燃气管网管理,展开北斗结合燃气应用的城市数量将进一步扩大范围,北斗精准服务将惠及全国超过5亿用气人口。此外,北斗在城市给排水、供热、环保、市政管理等行业的应用试点也在近年陆续展开。
《白皮书》指出,通过北斗高精度时空服务采集地下管线关键信息已形成行业建设刚需,以智慧燃气为引领的北斗精准应用正逐步形成行业标准。预计在未来较长的时期内,城市基础设施和公用事业领域不断增长的数字化管理需求,将成为北斗高精度应用的重要市场,相关行业领域的市场总体规模将超过1500亿元。
《白皮书》预测,在产业前景方面,2017年交通运输行业仍是卫星导航应用的主流,除已形成一定市场规模的边坡监测、尾矿监测、精密测量、城市地下管网管理和精准农业等应用外,其它领域如高铁路基沉降与平准性监测、交通事故判定与救援、车辆自动驾驶、无人机物流等方面,市场发展前景广阔。预计到2020年,北斗应用在交通运输、精准农业、城市综合安防和智慧城市建设等主要细分市场,规模有望超过2万亿元。
中国卫星导航定位协会副秘书长王博表示,过去五年,随着卫星导航产业的发展,卫星导航技术逐渐应用到各行各业。北斗技术不断同“互联网+”、大数据等新技术、新经济相结合。这给了北斗系统“换道超车”,以超越GPS等世界其它导航系统的机会。
中国卫星导航定位协会统计数据显示,2017年,我国卫星导航与位置服务产业总产值中,终端集成、系统集成等中游环节产值占比为51.92%;下游运营服务占比增长到36.81%,在产业链各环节中涨幅最快。
举国关注“芯片自主”的时下,一批自主研发的北斗芯片登入产业的舞台。
5月23日至25日,第九届中国卫星导航年会在哈尔滨拉开帷幕,中海达、华大北斗等一批国内企业先后发布了自主研发的北斗芯片产品。
过去数年,缺“芯”是国内卫星导航产业的痛点。如今,随着一批自主研发的北斗芯片进入市场,我国卫星导航产业缺“芯”困局呈现“散点突破”的态势。北斗芯片研制已实现设计与封装,实现中国人的独立自主。这与国内北斗企业长年坚持自主研发路线分不开。
中国卫星导航定位协会统计数据显示,2017年,我国卫星导航与位置服务产业总体产值已达到2550亿元,较2016年增长20.4%。国内卫星导航设备营销总规模相较于全球市场,占比逐年提高,已接近15%。其中,包括与卫星导航技术直接相关的芯片、器件、算法、软件、导航数据、终端设备等在内的产业核心产值占比为35.4%,达到902亿元;北斗对产业核心产值的贡献率已达到80%,较2016年提高10个百分点。
在产业链中下游,国内卫星导航产业更是呈现出“全线覆盖”的大势——伴随着北斗系统建设的推进,北斗技术应用已经突破智能手机、车载导航两大传统市场,在多领域多场景实现商业化应用。
据中国卫星导航定位协会近日发布的《中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》(下称《白皮书》),2017 年,围绕与信息产业、汽车电子、移动通信、移动互联网、大数据等产业交叉点的协同创新越来越受到关注和推崇。“北斗+”催生出越来越多的应用新模式,产业融合趋势愈加明朗。穿戴式设备、新零售、无人驾驶、综合安防和智慧城市建设等应用领域,市场潜力巨大。
共建北斗芯片开发平台
北斗系统对待 GPS 等其它导航系统的逻辑是“兼容”和“自主可控”。一方面,北斗系统不排斥 GPS,探索与GPS等其它导航系统的兼容和互相操作,以增加定位精度和服务质量;另一方面,中国需要独立自主掌握卫星导航技术。
一批高精度北斗芯片近日在哈尔滨的集中亮相,是我国北斗产业自主研发前进的又一步。此前的标志性事件是,2017年9月,华大北斗所研发的全球首个支持新一代北斗三号信号体制的多系统多频高精度SoC导航定位芯片正式发布。
另一值得关注的事件是,泰斗微电子近日获得广东国民凯得创投领投的C+轮融资,总融资额超过1亿人民币,该企业是摩拜单车定位导航芯片的最大供应商。
芯片、板块、核心器件的研制是上游的重要环节,也是关涉北斗产业核心竞争力的关键环节。仅在哈尔滨的会场上,就有中海达、北斗星通、西安希德、华大北斗等企业发布或展示自主研发的北斗芯片,华大北斗还发布了“北斗芯片开发平台”。
《白皮书》显示,截至 2017 年底,我国卫星导航专利申请累计总量已突破 5 万件, 首次跃居全球第一位。另据国家导航系统办公室数据,国产北斗芯片累计销量突破5000万片,高精度OEM板和接收机天线已分别占国内市场份额30%和90%。
但这并不代表中国已经赶超国际强手。21世纪经济报道记者了解到,当前,国产北斗芯片已实现规模化应用,工艺由0.35微米提升到28纳米,最低单片价格仅6元人民币。被视为产业链关键的设计环节,以及封装技术,国内企业已实现完全自主化;但另一方面,集成应用能力、围绕核心芯片的技术研发和设备制造,依然是国内北斗企业的短板。
中国工程院院士、武汉大学教授刘经南接受记者采访时表示,高端芯片的制作工艺,中国很快会赶上。国内北斗芯片行业的发展,不大可能出现“卡脖子”问题。现在要解决两个关键问题,一是制作芯片的光刻机技术,二是高密度、高分辨率晶片的材料问题。
21世纪经济报道记者注意到,当前,不像国外有高通、英特尔、三星等行业巨头,国内导航芯片研发企业呈现多而散的格局。此外,芯片行业投资大、周期长、风险高的特点也决定了很难依靠一两家企业做大做强。
多名业内人士指出,当前国产北斗导航定位芯片产业发展模式较为封闭,在很大程度上受到企业自身资源、研发投入和人才水平等因素限制,很难以一己之力推动芯片核心技术水平的快速提升。
既然一家做不了,那就放开大家一起做。“北斗芯片开放平台”这样的产品正体现了这样的逻辑。
21世纪经济报道记者从华大北斗获悉,这款产品将通过北斗芯片开放平台面向核心算法研发,开放芯片原始测量数据,为分散的算法研发团队提供芯片硬件支持,共同打造“国产核心硬件”+“国产核心算法”的国产北斗导航定位芯片“双核心”研发和产品架构。
《白皮书》指出,借助北斗芯片开放平台,联合产业链多方研发资源,以一种全新的“聚力”研发模式推动国产北斗导航芯片综合实力全面提升,将会极大地加快北斗导航定位芯片核心技术的攻克速度,从而促进国产北斗导航定位芯片的应用推广与产业化规模。
“北斗+”的场景革命
顺着“芯片”往卫星导航产业链的中下游走,“场景”是绕不开的关键词。也正是有了高精度的北斗芯片,北斗技术更多领域、更多场景的商业化才有了技术基础。多场景突破,也是GPS在前,北斗产业“后来居上”的重要策略。
这被业内人士称为“北斗+”。中国卫星导航定位协会统计数据显示,2017年,我国卫星导航与位置服务产业总产值中,终端集成、系统集成等中游环节产值占比为 51.92%;下游运营服务占比增长到 36.81%,在产业链各环节中涨幅最快。
“北斗+”能在如此多领域和场景实现突破,一方面由于高精度北斗芯片的技术支持,另一方面很大程度来自国内新经济勃兴给予的“红利”。
炙手可热的案例是“北斗+车联网”。《白皮书》显示,2017年我国北斗车联网呈快速发展态势,用户规模突破2200万,较2016年增长37.5%,车联网硬件市场规模达到264亿元。按机动车保有量3.1亿计算,北斗车联网的市场渗透率为7.1%。
《白皮书》主编、中国卫星导航定位协会咨询中心主任李冬航分析,近些年,车载北斗导航设备前装搭载率不断提升,加之国家对智能网联汽车相关政策的出台,车联网在车辆自主环境感知、网联信息服务、信息安全等的应用上愈加成熟。互联网巨头与汽车厂商在通信、导航、云端服务和多媒体信息提供上找到了很好的契合点。由此带来的应用市场技术和服务的变革,已经成为北斗产业发展新的亮点。
亮点不只是车联网,国内近些年兴起的智慧城市建设,同样成为“北斗+”的温室。统计数据显示,截至2017年,我国100%的副省级城市、87%的地级市,总计有超过500 个城市正在积极开展智慧城市建设,重点项目签约总量超过4000个。据预测,2017年我国智慧城市市场规模将超过6万亿元,未来五年(2017-2021)年均复合增长率约为32.64%。
这样庞大的市场容量下,使得智慧城市领域成为北斗产业增长率最高的细分市场。
在智慧城市建设的具体场景中,最早突破是燃气管道的高精度定位。这与原国家测绘局推动的“百城百联百用”行动计划不无关系。国内各家大型燃气公司均已制定北斗精准服务应用规划,将陆续开展北斗精准应用深度结合燃气管网管理,展开北斗结合燃气应用的城市数量将进一步扩大范围,北斗精准服务将惠及全国超过5亿用气人口。此外,北斗在城市给排水、供热、环保、市政管理等行业的应用试点也在近年陆续展开。
《白皮书》指出,通过北斗高精度时空服务采集地下管线关键信息已形成行业建设刚需,以智慧燃气为引领的北斗精准应用正逐步形成行业标准。预计在未来较长的时期内,城市基础设施和公用事业领域不断增长的数字化管理需求,将成为北斗高精度应用的重要市场,相关行业领域的市场总体规模将超过1500亿元。
《白皮书》预测,在产业前景方面,2017年交通运输行业仍是卫星导航应用的主流,除已形成一定市场规模的边坡监测、尾矿监测、精密测量、城市地下管网管理和精准农业等应用外,其它领域如高铁路基沉降与平准性监测、交通事故判定与救援、车辆自动驾驶、无人机物流等方面,市场发展前景广阔。预计到2020年,北斗应用在交通运输、精准农业、城市综合安防和智慧城市建设等主要细分市场,规模有望超过2万亿元。
中国卫星导航定位协会副秘书长王博表示,过去五年,随着卫星导航产业的发展,卫星导航技术逐渐应用到各行各业。北斗技术不断同“互联网+”、大数据等新技术、新经济相结合。这给了北斗系统“换道超车”,以超越GPS等世界其它导航系统的机会。
3.合肥争创量子信息科学国家实验室 方案已经上报国务院;
去年1月,合肥综合性国家科学中心获国家发展改革委、科技部批复。一年多来,涌现出了哪些重大科技成果?目前,重点项目推进情况如何了?下一步,科学中心如何集聚人才?5月25日,2018世界制造业大会合肥综合性国家科学中心专家学者创新创业论坛上,安徽省发改委相关负责人进行了解读。
动态
17个重点项目在新建 8个项目在谋划
“综合性国家科学中心是国家创新体系建设的基础平台,其任务就是建设重大科技基础设施。”省发改委副主任胡再生介绍,合肥要通过建设大科学装置,集聚国内外创新资源、汇集高层次人才和科研机构,开展基础研究和前沿交叉研究,从而产生一系列原创性成果和变革性技术。
合肥综合性国家科学中心的建设任务,主要是着力构建“2+8+N+3”多层次创新体系。“2”是指争创两个国家实验室,“8”是建设世界一流的重大科技基础设施集群,“N”是建设一批交叉前沿研究平台和产业创新转化平台,“3”是指建设3个“双一流”大学和学科。
“重点项目是国家科学中心建设的关键抓手,也是集聚人才的先决条件。”胡再生透露,目前,合肥综合性国家科学中心重点项目共有28个,“其中已经建成了3个、正在新建的有17个,另外还有8个项目在积极谋划当中。”
国家实验室
量子信息科学国家实验室方案已上报
在布局国家实验室方面,胡再生介绍,合肥市正在积极争创量子信息科学国家实验室。目前,正在建设中国科学院量子信息与量子科技创新研究院,作为实验室的承载主体。
该实验室主要在量子通信、量子计算和量子精密测量方面开展研究,实现量子通信网络和经典通信网络无缝衔接,为最终实现通用量子计算机探索切实可行途径。记者了解到,目前,该实验室方案已经上报至国务院。
同时,还积极谋划争创能源国家实验室。我省将依托全超导托卡马克、聚变堆主机关键系统综合研究设施等,聚焦先进核能、煤炭、可再生能源等三大领域,开展基础前沿研究和重大科技攻关,为解决人类能源中长期发展问题提供战略支撑。
科技基础设施
合肥同步辐射光源拟新增5条线站
胡再生透露,今年年初,聚变堆主机关键系统综合研究设施落户合肥。该设施是继同步辐射光源、全超导托卡马克、稳态强磁场之后,正式落户我省的第4个国家重大科技基础设施,主要解决聚变堆从实验到工程的关键技术问题。记者了解到,目前,聚变堆主机关键系统市级建设公司已经正式组建。
此外,我省还将不断提升已有重大科技基础设施性能。一方面,提升全超导托卡马克实验装置运行参数,保持我国在磁约束聚变研究领域的国际领先地位;合肥同步辐射光源新增5条线站,提升所有线站的运行性能,成为我国低能区同步辐射开放共享研究中心;稳态强磁场装置将对水冷磁体、超导磁体等系统升级改造,持续提升磁场强度。
合肥先进光源项目拟2020年完成预研
胡再生透露,合肥先进光源将建设世界领先的中低能区第四代同步辐射光源,为量子功能材料、能源与环境、物质科学、生命科学以及物质与生命交叉等领域提供实验研究平台。目前,项目的预研已经正式启动。记者了解到,该项目计划在2020年完成预研工作。
另外,大气环境立体探测实验研究设施,将探索大气复合污染形成机理,主要建设“一塔、一舱、一场”。其中,“一塔”是环境气象观测塔,“一舱”是大气气溶胶与云雾实验舱,“一场”是全光谱综合标定场。胡再生介绍,目前,正在谋划与重大科技基础设施“十三五”项目“大气环境模拟系统”一体化考虑,正式启动建设。
前沿平台
离子医学中心2020年实现设备国产化
作为全国第一批国家研究中心,合肥微尺度物质科学国家研究中心是在原合肥微尺度物质科学国家实验室(试点)基础上组建的。该中心聚焦未来信息、新能源和生命健康等重大创新领域,实现了物理、化学、材料、生物和信息五大一级学科之间大跨度的整合。胡再生透露,该中心科研成果已连续14次入选“两院院士”评选的“中国十大科技进展新闻”。
胡再生介绍,人工智能平台由中国科大、科大讯飞、哈工大机器人国际研究院共同建设,将构建人工智能领域的产学研一体化创新平台,突破类脑智能技术及其他人工智能关键核心技术。目前,该平台主要建设单位科大讯飞已经被列入首批国家新一代人工智能开放创新平台。
离子医学中心将充分利用全超导托卡马克实验装置建设中的粒子加速和低温技术,开展先进超导质子治疗装置的验证和国产化研制。胡再生表示,这是合肥综合性国家科学中心典型的产业创新转化平台。“2020年实现设备国产化后,能降低质子治疗设备建设运营成本40%以上。”
保障
优先支持新建项目落地合肥滨湖科学城
胡再生介绍,合肥综合性国家科学中心以来以来,安徽省先后出台了9个涉及国家科学中心建设的政策文件,为重大项目建设提供全要素保障;安排200亿元专项资金支持国家科学中心建设;承诺省内以不低于国家投入的配套资金,支持聚变堆主机关键系统综合研究设施建设。
此外,近期我省还出台了《合肥综合性国家科学中心项目支持管理办法(试行)》,明确将优先支持新建项目在合肥滨湖科学城规划区域落地。纳入项目的新建项目,视同纳入省重点建设项目库;将国家科学中心作为“全面创新改革试验”的“试验田”,着力优化体制机制。
支持青年人才开展科研和自由探索
目前,安徽省已与教育部签订支持合肥综合性国家科学中心建设战略协议,在深入推进创新驱动发展战略、争取国家重大科技平台和设施在安徽落地等6个方面开展合作。胡再生透露,下一步,我省还拟与中电科集团签署深化战略合作协议,在共建重大科技项目、共建科技创新平台、共促科技成果转移转化等方面开展战略合作。
合肥综合性国家科学中心获批以来,依托中科大、中科院合肥研究院及安徽地方的其他科研机构和高校,积极引进、培养高端人才。2017年,国家科学中心新增院士2人,新增万人计划、千人计划、杰出青年、长江学者等国家级高端人才90余人,新增省部级高端人才110余人。胡再生披露,我省正在协商与国家自然基金委成立联合基金,支持青年人才开展科学研究和自由探索。》》》推荐阅读:合肥新定位为全国智能家居研发生产中心 四大件产量连续多年居全国之首
晨报首席记者 方佳伟
合肥综合性国家科学中心获批一年多重大科技成果
2017年5月3日
世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机研制成功。
2017年7月3日
全超导托卡马克实验装置实现百秒量级等离子体运行,创造了新的世界纪录。
2017年9月
全球首条量子保密通信网络——国家量子通信骨干网“京沪干线”正式开通,并利用“墨子号”卫星实现世界首次洲际量子通信。
2017年11月
中国科大参与研制的“悟空”号卫星,发现反常电子信号,引起世界关注。
2018年2月
稳态强磁场实验装置场强达到42.9T,今年有望提升至45T。
2018年4月23日
中国电子科技集团有限公司第38研究所发布“魂芯二号A”,其实际运算性能达到业界同类产品最优。
2018年5月
中国科学技术大学曾杰教授研究团队发现,新型催化剂可把二氧化碳这一温室气体,高效转化为清洁液体燃料——甲醇。
2018年5月9日
我国首颗高光谱分辨率大气环境观测卫星——高分五号成功发射,搭载了中科院合肥研究院研制的三台载荷。 江淮晨报
动态
17个重点项目在新建 8个项目在谋划
“综合性国家科学中心是国家创新体系建设的基础平台,其任务就是建设重大科技基础设施。”省发改委副主任胡再生介绍,合肥要通过建设大科学装置,集聚国内外创新资源、汇集高层次人才和科研机构,开展基础研究和前沿交叉研究,从而产生一系列原创性成果和变革性技术。
合肥综合性国家科学中心的建设任务,主要是着力构建“2+8+N+3”多层次创新体系。“2”是指争创两个国家实验室,“8”是建设世界一流的重大科技基础设施集群,“N”是建设一批交叉前沿研究平台和产业创新转化平台,“3”是指建设3个“双一流”大学和学科。
“重点项目是国家科学中心建设的关键抓手,也是集聚人才的先决条件。”胡再生透露,目前,合肥综合性国家科学中心重点项目共有28个,“其中已经建成了3个、正在新建的有17个,另外还有8个项目在积极谋划当中。”
国家实验室
量子信息科学国家实验室方案已上报
在布局国家实验室方面,胡再生介绍,合肥市正在积极争创量子信息科学国家实验室。目前,正在建设中国科学院量子信息与量子科技创新研究院,作为实验室的承载主体。
该实验室主要在量子通信、量子计算和量子精密测量方面开展研究,实现量子通信网络和经典通信网络无缝衔接,为最终实现通用量子计算机探索切实可行途径。记者了解到,目前,该实验室方案已经上报至国务院。
同时,还积极谋划争创能源国家实验室。我省将依托全超导托卡马克、聚变堆主机关键系统综合研究设施等,聚焦先进核能、煤炭、可再生能源等三大领域,开展基础前沿研究和重大科技攻关,为解决人类能源中长期发展问题提供战略支撑。
科技基础设施
合肥同步辐射光源拟新增5条线站
胡再生透露,今年年初,聚变堆主机关键系统综合研究设施落户合肥。该设施是继同步辐射光源、全超导托卡马克、稳态强磁场之后,正式落户我省的第4个国家重大科技基础设施,主要解决聚变堆从实验到工程的关键技术问题。记者了解到,目前,聚变堆主机关键系统市级建设公司已经正式组建。
此外,我省还将不断提升已有重大科技基础设施性能。一方面,提升全超导托卡马克实验装置运行参数,保持我国在磁约束聚变研究领域的国际领先地位;合肥同步辐射光源新增5条线站,提升所有线站的运行性能,成为我国低能区同步辐射开放共享研究中心;稳态强磁场装置将对水冷磁体、超导磁体等系统升级改造,持续提升磁场强度。
合肥先进光源项目拟2020年完成预研
胡再生透露,合肥先进光源将建设世界领先的中低能区第四代同步辐射光源,为量子功能材料、能源与环境、物质科学、生命科学以及物质与生命交叉等领域提供实验研究平台。目前,项目的预研已经正式启动。记者了解到,该项目计划在2020年完成预研工作。
另外,大气环境立体探测实验研究设施,将探索大气复合污染形成机理,主要建设“一塔、一舱、一场”。其中,“一塔”是环境气象观测塔,“一舱”是大气气溶胶与云雾实验舱,“一场”是全光谱综合标定场。胡再生介绍,目前,正在谋划与重大科技基础设施“十三五”项目“大气环境模拟系统”一体化考虑,正式启动建设。
前沿平台
离子医学中心2020年实现设备国产化
作为全国第一批国家研究中心,合肥微尺度物质科学国家研究中心是在原合肥微尺度物质科学国家实验室(试点)基础上组建的。该中心聚焦未来信息、新能源和生命健康等重大创新领域,实现了物理、化学、材料、生物和信息五大一级学科之间大跨度的整合。胡再生透露,该中心科研成果已连续14次入选“两院院士”评选的“中国十大科技进展新闻”。
胡再生介绍,人工智能平台由中国科大、科大讯飞、哈工大机器人国际研究院共同建设,将构建人工智能领域的产学研一体化创新平台,突破类脑智能技术及其他人工智能关键核心技术。目前,该平台主要建设单位科大讯飞已经被列入首批国家新一代人工智能开放创新平台。
离子医学中心将充分利用全超导托卡马克实验装置建设中的粒子加速和低温技术,开展先进超导质子治疗装置的验证和国产化研制。胡再生表示,这是合肥综合性国家科学中心典型的产业创新转化平台。“2020年实现设备国产化后,能降低质子治疗设备建设运营成本40%以上。”
保障
优先支持新建项目落地合肥滨湖科学城
胡再生介绍,合肥综合性国家科学中心以来以来,安徽省先后出台了9个涉及国家科学中心建设的政策文件,为重大项目建设提供全要素保障;安排200亿元专项资金支持国家科学中心建设;承诺省内以不低于国家投入的配套资金,支持聚变堆主机关键系统综合研究设施建设。
此外,近期我省还出台了《合肥综合性国家科学中心项目支持管理办法(试行)》,明确将优先支持新建项目在合肥滨湖科学城规划区域落地。纳入项目的新建项目,视同纳入省重点建设项目库;将国家科学中心作为“全面创新改革试验”的“试验田”,着力优化体制机制。
支持青年人才开展科研和自由探索
目前,安徽省已与教育部签订支持合肥综合性国家科学中心建设战略协议,在深入推进创新驱动发展战略、争取国家重大科技平台和设施在安徽落地等6个方面开展合作。胡再生透露,下一步,我省还拟与中电科集团签署深化战略合作协议,在共建重大科技项目、共建科技创新平台、共促科技成果转移转化等方面开展战略合作。
合肥综合性国家科学中心获批以来,依托中科大、中科院合肥研究院及安徽地方的其他科研机构和高校,积极引进、培养高端人才。2017年,国家科学中心新增院士2人,新增万人计划、千人计划、杰出青年、长江学者等国家级高端人才90余人,新增省部级高端人才110余人。胡再生披露,我省正在协商与国家自然基金委成立联合基金,支持青年人才开展科学研究和自由探索。》》》推荐阅读:合肥新定位为全国智能家居研发生产中心 四大件产量连续多年居全国之首
晨报首席记者 方佳伟
合肥综合性国家科学中心获批一年多重大科技成果
2017年5月3日
世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机研制成功。
2017年7月3日
全超导托卡马克实验装置实现百秒量级等离子体运行,创造了新的世界纪录。
2017年9月
全球首条量子保密通信网络——国家量子通信骨干网“京沪干线”正式开通,并利用“墨子号”卫星实现世界首次洲际量子通信。
2017年11月
中国科大参与研制的“悟空”号卫星,发现反常电子信号,引起世界关注。
2018年2月
稳态强磁场实验装置场强达到42.9T,今年有望提升至45T。
2018年4月23日
中国电子科技集团有限公司第38研究所发布“魂芯二号A”,其实际运算性能达到业界同类产品最优。
2018年5月
中国科学技术大学曾杰教授研究团队发现,新型催化剂可把二氧化碳这一温室气体,高效转化为清洁液体燃料——甲醇。
2018年5月9日
我国首颗高光谱分辨率大气环境观测卫星——高分五号成功发射,搭载了中科院合肥研究院研制的三台载荷。 江淮晨报
4.清华大学副校长薛其坤:未来量子技术将发挥重大作用
新浪科技讯 北京时间5月26日下午消息, “未来论坛X深圳峰会”将在深圳人才公园求贤阁盛大开幕。清华大学副校长,中国科学院院士,2016 年未来科学大奖-物质科学奖获奖者薛其坤教授发表了题为《量子科学与精密测量》的演讲。
薛教授首先从量子世界的神秘之处讲起,他谈到,1981年扫描隧道显微镜的出现,让人类多了一双能够观察到微观世界的眼睛,能够首次在原子层面上观察物质。
薛教授在演讲中谈到了自己获得奖研究的经历,对于大家问的基础研究有没有用,他笑称,拿自己做的量子反常霍尔效应研究来说,电阻基准在我国很重要,在我国,1%的电量计算误差,就能达到100亿人民币的误差,而通过量子电阻,不随时间地点发生变化,能够把误差缩小非常多。
最后,薛教授表示,未来量子技术可以在量子通信,量子计算,量子精密测量等领域发挥重要作用。将对信息安全,高性能计算、人工智能、超高速超低功耗电集成电路、军事目标探测、材料模拟等领域产生重大影响,或许将引起颠覆性技术的革命。(河雨)
以下为演讲全文:
薛其坤:
谢谢大家,各位领导、各位嘉宾大家下午好!
首先非常感激未来论坛邀请我在中国改革开放40年之后,来到中国改革开放的前沿深圳做报告,我也非常荣幸能得到首届的未来科学大奖,和卢煜明先生一起分享了企业家、投资家,对我们科学家的热爱、关怀。我也从刚才话筒的讲话,看到了企业家、业界人士对科学满腔热情,在此我代表全体科学家们,对我们企业家们、投资家们、金融家们表示敬意,谢谢大家!
我的专业是量子物理,我是研究关注电子器件中量子行为,今天我通过这个报告让大家看一看科学巨大的威力,为什么基础研究,像刚才话筒期望的那样,会给人类社会造成这么大的变化和进步,科学的威力到底在哪里?我想从一个非常简单的类似于科技的报告向各位观众做一个简单的介绍。
我今天在座每一位都非常熟悉的单位讲起,长度的单位。一米大概是一个小学生的高度,大家都有印象。一米等于1000毫米,这个大家都知道。1毫米等于1000微米,1微米等于1000纳米,因此1米就等于1000×1000×1000纳米,就是10的9次方纳米,这个可能初中生都很了解。那么我现在想问的问题是,我们用什么标准测量1纳米?我们对米的测量有尺子,对纳米我们的尺子在哪里?
1纳米非常小,我们知道碳原子,碳,5个碳原子肩并肩排在一起,长度就是1纳米,那1纳米,或者纳米客观技术用什么尺子测量它,表征它?等到了纳米世界,这是科学家必须要回答的问题。
所以如何精确的测量1纳米长度,你误差多大,决定了你对纳米科技掌握程度在哪里,这是一个非常基本的问。
那么到了纳米的时候,我们所关注的量子效应就会发挥巨大作用。我是关注电子量的行为,这是一个普通的电路,可能化腾在你研发机构每天都会看到,有一个导线,有电流经过,要做测试。这样一个装置,大家可以看到,这是一个电极,一个导线,我连起来放上电源、电池,如果它两个不接触的时候,我们小孩可能都知道,这之间没有电流流动。这叫电路中的断路。
下面,我把两个电极之间距离变断,但是不接触,短到什么程度?短到大约1纳米的时候,你会发现事情发生了变化。这个时候,你的电流表上会出现电流了,但是本身这个装置还在断路状态,也就是说这个时候点子会从一个电极到达另一个电极,越过1纳米的空间,会到达另一个地方去,形成回路、形成电流,这就是纳米世界的特殊的美丽和有意思的地方,也是我们量子力学上非常有名的量子飞穿,这是发生在纳米世界的纳米现象。
科学家继续研究这样一个非常简单的装置,有极其大的威力,通过测量发现,当你间隙变化百分之一纳米的时候,测量电流会变化一个量级,我们再回忆一下刚才我问的问题,你发生发现量子飞穿提供了一个精确测量长度的方法,我变化百分一个纳米就会发生电流变化一个量级,用电流变化测量百分之一的纳米的变化,这不就提供了一个非常精确的纳米世界的尺子吗?简单不简单?非常简单,但是涉及到非常深刻的量子物理,为什么电极会从这个电极像没有障碍一样,飞渡到另外一个电极?这是我们研究的非常基本的现象,叫量子飞穿(音)。
这样我们现象我们可以用不同的仪器观察世界的眼睛,比如说这个电极在卫生间,这个电极在这个房间里,现在进行扫描,当我扫到这个地方的时候,话筒前面这个地方,如果少了一个原子,地势低了一点点,距离变化了,电流大了,我把这个房间扫完的时候,我就可以知道这个房间在纳米尺度上的地形变化,形貌是什么,原子尺度上究竟长的像什么样,这就是扫描隧道显微镜,1981年这个现象发现,1986年获得诺贝尔物理奖,这是经常见到的照片,不但可以观察这个地形在纳米尺度上的变化,还可以用这个针尖像筷子一样,把原子推来推去,可以摆成一个字,左边这个图是用35个原子在一个铜的平的极板上摆出来的IBM字,这是世界上最小的字符,这说明量子现象研究,尽管看起来非常简单,但是给人类社会带来技术进步是非常巨大的,这是我想刚才回答化腾提到的为什么科学进行很重要,同时科学发现也非常重要。
这是我用扫描隧道显微镜在我的实验室观察一个材料,大家可以清清楚楚看到,每一个原子排列的非常整齐,而且可以精确测量两个原子之间距离,如果这个地方缺一个原子,少一个原子,这个材料有缺陷,我会准确的进行判断和测量。
下面谈一下时间,一秒等于1000毫秒,1毫秒等于1000微妙,1微妙等于1000纳秒,这个公式大家都会背,又来了一个问题,我们如何测量一个纳秒?我们测量一个纳秒的精度是什么?这又摆到了科学家面前,这是一个非常简单的测量,不就是测量时间吗?
到了纳米世界的时候,微妙世界的时候,我们时钟的标准是什么?你炒股票的,你可能早到一个毫秒,把钱投上可能就挣大钱,所以你掌握了时间测量,你有可能在分秒必争的世界,会取得先机,所以时间的测量也非常重要。
时间的测量在过去的几百年中发生了巨大的变化,咱们中国人很聪明,咱们以前测量时间是什么?靠沙漏,靠日轨,大家知道日轨对时间测量通过太阳在轨上的棒的投影,测量每天你处在什么时间。后来我们又发明了沙漏,但是沙漏对时间测量准确度,一天可能十几分钟、二十分钟。
又过了若干年以后,我们又制造有钟表了,钟表大约一年像摆钟,以前的摆钟一年一秒,后来我们又发明电子表、石英钟,可能100年只有1秒误差,现在到了20世纪60年代的时候,量子技术出现了,量子技术出现了以后,我们可以把时间的测量能做到30万年之差1秒。
到了最近,已经到了50亿年差1秒。你知道我们地球和太阳的年龄,我们的宇宙正处在中年,大约是45亿年的年龄上。在整个宇宙的年龄中,我们现在科学家对时间的测量,对时间测量可以达到只有1秒误差的水平,这就导致了科学的发现,更重要的是,造成了技术和人类的巨大进步。比如说60年代的时候,我们把时间测量精度测到30万年误差1秒的时候,就是我们现在GDP定位系统所用到的时钟。
如果你做到50亿年只差1秒的时钟,做全球定位的话,我移动半毫米也能测量出来,因为我们大家都知道,定位就是靠距离的测量,距离用光定位,因为光是确定的,如果50亿年只差1秒时间测量精度,大家可以想像,我对距离测量可以到了一个几乎你不可想象的水平,所以我可以的进行定位,这就是科学发现,量子技术给我们人类的生活带来的巨大的方便,这方面一个非常好的例子。
这些当然还有很多,今天因为时间有限,我就不讲了,我讲一个我获奖的一个成果,我获奖这个成果可以简单回顾一下19世纪末的时候两个重要科学发现,一个是当时在霍布金斯大学一个物理系博士生,发现一个有磁场的获有效应,咱们现在开车的速度机就是用的霍尔探测器,霍尔效应还有反常霍尔效应,是这个学生发现的两个非常重要的科学发现,应用非常广泛,今天没有时间做具体介绍。到1980年,发现的100年以后,一个德国科学家,在我们做晶体管硅条件中,发现了整数量子霍尔效应,也就是整数量子化的霍尔效应,五年以后他获得了诺贝尔物理奖,这是科学上巨大的进步。
在1982年2年以后,三个物理学家,包括华人物理学家崔其(音)先生,在发光材料体上进一步做实验,发现了分子化的量子霍尔效应,他们1998年获得了诺贝尔物理奖。
回到这个世纪石墨烯,大家都知道,很多人都熟悉石墨烯,在石墨烯这个材料中有两个俄籍的英国物理学家获得了物理学奖。
到了2016年的时候,又有三个理论物理学家,建立了实验物理学家发现的理论,再次获得诺贝尔物理学奖,但是不管怎么样都是霍尔效应的量子版本。
这里有个反常霍尔效应,是不需要磁场的,有没有它的量子版本?这是2013年我带领的团队,发现了量子版本反常霍尔效应,不需要磁场,就是因为这个成果,我获得了咱们著名企业家给我授的100万美金。不管怎么样有四个需要磁场的霍尔效应获得了诺贝尔奖。
这个是未来科学大奖授奖的照片,这是四个非常热爱科学的企业家,他们分别资助不同的奖,旁边这两位是第一个发现量子霍尔效应的,这是一张非常珍贵我也非常喜欢的照片。
又问了,有什么用?我就说找一个简单的,单位的测量,大家都知道电,我们找一个电阻基准非常困难,尤其到了非常非常精确的时候,这个基准非常重要,要是基准不准,我们的电表就不准确了,在咱们中国电能计量1%误差就会造成100万人民币误差,如果哪个人捣鬼,咱们白交了钱你还不知道,这个标准是不知道的,所以他可以轻易的把你的钱,从你的腰包里放到我的腰包里。我们就把量子电阻作为电阻的标准。
为什么?我们发现测量这个电阻等于一个正等数乘h除以e平方,h是物理学的常数,和光租一样是不变的,e作为一个电子带的电量,科学家认为过了100年以后一个电子带的电量是不变的,所以它是用物理常数表征的,而且非常精确,值多大?如果测量准25812807449派,我们可以用量子化信号定义这个值,因此用它做电阻标准精确,这个是我这个发现的一个简单的应用例子,将来能不能用上?很可能能用上。
未来的量子技术大家都知道有量子通讯,咱们国内搞的如火如,当然更多是量子计算,因为我们是和电子打交道的,电子器件非常多,所以能把量子技术用到电子器件中有非常多的新东西,有可能导致全新技术进步,有可能导致很多高新企业,当然还有更广范围的就是精密测量,只要你测量的物理学量它的精度提高1个量级,都有能导致一个新的产业的产生。所以它对信息安全、高性能计算、人工智能、超高能功耗、集成电路都会有非常重要的意义。
简单举一个例子,大家都知道潜艇,都知道航母,潜艇到水下,它是一个铁做成的,会产生磁信号,这个磁信号对飞机上的人来讲,磁场的信号非常的微弱,但是用量子技术,我可以很轻松的看到这个潜艇,这个磁铁产生的微弱信号,我就可以精确的进行反潜,这对军事、对国防也非常非常的重要。
总而言之我总这个最简单的技术讲,量子技术是一个充满了期待,充满了工业技术发展巨大潜力的领域,希望在座的企业家们,媒体朋友们,政府官员们,关注这个领域,谢谢大家!
责任编辑:星野
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