自动量热仪标准

中国科学技术大学郭光灿院士团队在量子密钥分发研究中取得重要进展。该团队韩正甫、王双、银振强、陈巍与合作者提出了一种无需主动调制的新型量子密钥分发实现方案并完成了实验验证，为实现高现实安全的量子密钥分发系统提供了新思路。该成果于2023年9月13日发表在国际学术期刊《Physical Review Letters》[Phys. Rev. Lett. 131, 110802 (2023)]。 　　量子密钥分发理论上可以实现无条件安全的密钥共享。但器件特性、调制精度、环境干扰等因素有可能造成系统的现实安全性问题。例如，郭光灿团队发现，系统中广泛使用的铌酸锂主动调制器件，可能会受到光折变等侧信道攻击而泄漏信息[Optica, 10, 520-527(2023)][Phys. Rev. Applied, 19,054052(2023)]。 　　为彻底解决主动调制带来的隐患，郭光灿团队与合作者另辟蹊径，设计了无需主动调制的量子密钥分发系统。该系统方案克服了此前无法同时实现“被动”光强调制和量子态编码的矛盾，并给出了考虑“有限长效应”的严格安全密钥率。团队通过全被动时间戳-相位编码解决信道环境干扰的难题，同时通过优化后选择策略解决数据吞吐量过大的难题，最终完成了无需任何主动调制的量子密钥分发系统，验证了全被动量子密钥分发的安全性与可行性。 图1 全被动量子密钥分发实验系统 　　安全性是量子密钥分发的核心价值和要求。探索具有更高现实安全性的协议，并设计相应的方案和系统，是推进量子密钥分发走向实用化的关键之一。该研究为实现高现实安全的量子密钥分发系统提供了全新的思路，对推动该领域的实用化和标准化具有重要意义。 　　本工作第一作者为中科院量子信息重点实验室的博士后卢奉宇、博士生王泽浩和西班牙维戈大学的博士后Víctor Zapatero，通讯作者为中科院量子信息重点实验室的王双教授和银振强教授。本研究工作得到了科技部、国家自然科学基金委、中国博士后科学基金会、中国科学院和安徽省的资助。

随着通信技术的快速发展，近些年的通信容量实现了快速增长，传统的光纤通信网络已经难以满足当前高速通信的需求。增大通信网络的容量和提高通信速度的一种方法是开发太赫兹(Terahertz, THz)波段的光纤通信空间维度。太赫兹波是介于微波和红外光之间的一种电磁波，频率介于0.1THz到10THz之间，由于它带宽大和传输速度快以及可以提供点对点的网络拓扑结构而备受关注。而在空间维度资源中，基于轨道角动量（Orbital Angular Momentum，OAM）的模分复用技术由于携带不同拓朴荷数的相互正交的轨道角动量模式成为扩大通信容量的一种非常有潜力的方案。轨道角动量具有全新的电磁波自由度特性，具有轨道角动量特性的电磁波可以在常用的信息传输方式，如波分复用（Wave Division Multiplexing，WDM）、偏振复用（Polarization Multiplexin，PM）、时分复用（Time Division Multiplexing，TDM）等信息传输方式上成倍的提高信息传输容量。近日，中国计量大学严德贤课题组提出了基于太赫兹波段的负曲率轨道角动量光纤。该光纤以重庆摩方精密科技有限公司提供的HTL聚合物材料（耐高温树脂）为基底，采用两层倾斜椭圆管的结构设计，通过引入环芯区域在0.4-0.8THz波段成功产生50-52个OAM模式，且在所研究的波段内获得了高模式纯度、低限制损耗和低波导色散等传输特性，相关研究成果以“Design of negative curvature fiber carrying multiorbital angular momentum modes for terahertz wave transmission”为题发表在《Results in Physics》。图1.3D打印负曲率轨道角动量光纤结构图图1展示了基于摩方精密nanoArch S140打印技术的3D打印光纤样品图。光纤整体尺寸为6.57mm，靠近纤芯区域的第二层倾斜椭圆管结构最小尺寸为0.051mm。光纤结构设计完成后，在Comsol Multiphysics有限元仿真软件中选取光纤结构的任一截面进行仿真研究。在研究频段内给定相应的太赫兹频率后，可以获得相应的模场分布，针对相应的模式进行数据收集和处理可以得出所需传输特性。在光纤中产生OAM模式的前提条件是有效生成HE和EH模式，且HEl+1，1与EHl-1，1有效模式折射率差异高于10-4。光纤中的OAM模式合成规则可由公式1表述： (1)根据公式1，在图2中给出了和在0.5THz的线性叠加过程以及相位分布图。图2.和在0.5THz的线性叠加过程以及相位分布如图2所示，和在模式合成后环芯区域有效产生OAM模式的模场分布，并获得[-ℼ-ℼ]的相位分布效果，满足在光纤中产生OAM模式的合成规则。图3是OAM光纤各种传输特性随频率的变化趋势。由图3(a)和(b)可知，光纤产生的所有HEl+1，1与EHl-1，1之间的折射率差异均高于10-4，表明HE和EH模式均可以有效合成OAM模式。图3(c)是光纤的限制损耗特性，限制损耗与光纤的有效传输距离密切相关，由图可知光纤的限制损耗在0.55-0.8THz区间可以达到10-15(dB/cm)量级。图3(d)表示了OAM光纤的低平坦色散趋势，在0.4-0.8THz区间有近零的波导色散参数，有利于太赫兹波在光纤内部的快速传输。OAM模式的高模式纯度特性表明了光纤可以有效携带信息进行传输，由图3(e)所示结果，在0.55-0.8THz区间光纤的OAM模式纯度均高于80%。图3(f)是OAM光纤的有效模场面积特性，一般来说具有较高的有效模场面积可以产生较小的非线性特性，可以进一步提高信息的传输质量。图3.(a)有效模式折射率，(b)有效模式折射率差异，(c)限制损耗，(d)波导色散，(e)OAM模式纯度，(f)有效模场面积随频率的变化趋势 文章链接：https://doi.org/10.1016/j.rinp.2021.104766

自 2009 年 Hans Clevers 实验室首次培育出肠类器官以来，类器官行业得到快速发展。因其可以高度模拟目标组织或器官的遗传特征和表观特征，并且拥有周期短、通量高、临床相关性强等优势，类器官在新药研发、药敏检测、诊疗新策略探索、新靶标发现、疾病发生机理、再生医学等多个方面都有广阔的应用前景。但是作为生命科学领域的新兴技术，目前现有的类器官培养模式缺乏标准化，导致稳定性差、通量低等问题，难以满足大规模工业化的需求。为推动这一前沿技术的发展，美谷分子重磅推出 CellXpress.ai 全自动一体化类器官工作站，以高通量、标准化、自动化、智能化为导向，通过整合液体工作站、显微镜、培养箱等全套设备，利用人工智能辅助监测、培养、成像和调度，旨在提高类器官等细胞模型培养的一致性、稳定性和规模，改进工作流程，赋能类器官科学研究、药物开发、精准医疗及再生医学。CellXpress.ai 全自动一体化类器官工作站主要特点：01切实可行的自动化解决方案通过直观的操作向导，实验人员可以利用一个遵循细胞培养逻辑且易于使用的界面来构建培养 Protocol，避免复杂的程序编写，缩短实验室手动操作时间，避免人为误差，简化复杂的 3D 模型培养流程。02改善筛选工作流程，提高数据可靠性追踪复杂模型的生长、扩增、分化和成熟等一系列细胞进程，通过记录细胞培养过程中发生的事件和时间，增强数据的可追溯性，提高数据可靠性。7*24 全天候运行可更大限度地提高多种干细胞细胞系、细胞球或类器官的生长和扩增效率。03开发可靠、可重复的检测方法CellXpress.ai 全自动一体化类器官工作站是一个机器学习辅助的完整解决方案，能够将数据转化为决策，通过对细胞培养过程的标准化，无论是维护、监测和孵育，还是成像、分析和数据处理，最终提供大规模高度一致、无偏差且更具有生理相关性的培养结果。使用 CellXpress.ai 全自动一体化类器官工作站进行小肠类器官培养的工作流程