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在国际上率先实现千公里级星地双向量子纠缠分

2019-09-13 10:07
合肥大科学中心:光耀“科学城”

7月6日,中科大校长包信和,副校长朱长飞,国家同步辐射实验室主任陆亚林一行调研合肥研究院。

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11月14日,中国科学院合肥大科学中心第一届科技委、用户委第一次会议在合肥召开,来自中国科学技术大学、上海交通大学、浙江大学、华中科技大学、中科院合肥物质科学研究院等10多家单位的中心科技委、用户委委员,中科院条件保障与财务局重大基础设施处、中科大科研部、中科院合肥研究院科研规划处,以及合肥同步辐射装置、全超导托卡马克、稳态强磁场三大装置的相关负责人,共计50余人出席了会议。

图片 2本版图片均由中科院合肥大科学中心提供

座谈会上,合肥研究院院长匡光力简要介绍了研究院的基本情况,包括历史沿革、科研实力、部分处于世界领先地位的学科方向等,并就研究生培养、学科建设、科技交流,以及合肥综合性国家科学科学中心的建设情况与包信和一行进行了热烈讨论。

全超导托卡马克核聚变实验装置EAST

会议由中心筹建工作领导小组成员、国家同步辐射实验室主任陆亚林主持。他介绍了中心的成立背景、定位与目标。

■本报记者 陈欢欢 张楠

包信和表示,多年来,中国科大与合肥研究院开展了卓有成效的合作。未来,双方应在合肥综合性国家科学中心建设的机遇下,继续加强科教合作,为我国的科技创新发展贡献应有的力量。

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中科大党委书记许武为会议致开幕辞,他介绍了中科大自1958年建校以来所坚持的“全院办校、所系结合”的办学模式,回顾了中科大和合肥研究院近十多年来坚定不移地贯彻落实中科院“科教结合、协同创新”发展战略与布局,在共建大科学装置、研究平台、专业学科和人才联合培养等方面取得的重要成果。他指出,正是在此基础上,去年以来中国科大和合肥物质研究院积极响应中科院“率先行动”号召,筹建中科院合肥大科学中心,并将从体制机制层面,进一步推动中科院在合肥地区的科教资源融合,夯实双方在人员互聘、科教平台共建、创新人才联合培养等方面已有的基础,为下一步国家科学中心的筹备奠定良好的基础。

合肥董铺岛,因岛上集中了中国科学院几家研究所而得名“科学岛”。不仅如此,这个不大的半岛还在全国科技创新领域占有一席之地——岛上拥有两个国家重大科技基础设施。2018年12月14日,第三个科学装置——聚变堆主机关键系统综合研究设施也正式开启园区建设。

此外,包信和一行还参观了全超导托卡马克核聚变实验装置、稳态强磁场实验装置。

稳态强磁场实验装置

中科院合肥研究院院长、中心筹建工作领导小组成员匡光力向与会专家介绍了中心三大装置的现状、基本建设思路、筹建任务、筹建工作进展以及发展和机遇等,希望各位专家多提宝贵意见,进一步促进中心的建设和发展。

看着眼前热火朝天的建设场景,中国科学院合肥物质科学研究院(以下简称合肥研究院)院长匡光力不禁感叹,4年前与合肥研究院党委书记王英俭、时任中国科学技术大学校长侯建国共同商议建设一座“国际一流综合性科学研究中心”的情景还历历在目。

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1月24日,中国科学院2018年度工作会议在北京召开。中国科学院副院长相里斌在会上表示,“作为国家正式批复建设的第二个综合性科学中心,合肥综合性国家科学中心取得了多项世界级、国家级的科学进展,同时,正在规划建设的多个新大科学装置陆续启动前期工作,集群态势初显。”

随后,会议分为科技委和用户委两个分会场同时召开。

曾经,这是一副令人魂牵梦萦的场景:大科学装置吸引了全球成千上万名科学家汇聚于此,并激荡释放出源源不断的思想和智慧火花……由此,合肥或将成为媲美美国湾区、日本筑波的著名科学城。

座谈

据悉,合肥综合性国家科学中心(以下简称合肥科学中心)以大科学装置为核心层建设内容,聚焦信息、能源、健康、环境四大科研领域,开展多学科交叉和变革性技术研究。

科技委会议由科技委主任、中科大、中国工程院院士何多慧主持。中心科研部部长罗毅、技术发展部部长宋云涛分别作了中心科学研究和技术发展的工作报告。委员们在认真听取了工作报告后,围绕中心科研方向的凝练、下一代大科学装置的预研等展开了热烈的讨论,并提出了意见和建议。

2014年11月,随着中国科学院合肥大科学中心(以下简称合肥大科学中心)的诞生,众多科学人的梦想正在变为现实。

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相里斌介绍说,量子信息与量子科技创新研究院建设取得了重要进展。“量子科学实验卫星‘墨子号’圆满实现了三大既定科学目标:在国际上率先实现千公里级星地双向量子纠缠分发,在国际上率先实现千公里级星地高速量子密钥分发,在国际上率先实现千公里级地星量子隐形传态,相关成果均发表在《科学》和《自然》杂志上。”2017年9月29日,世界首条千公里级量子保密通信骨干网——“京沪干线”正式开通,并结合“墨子号”量子卫星首次实现北京和维也纳之间的洲际量子通信,标志着我国已初步构建天地一体化广域量子通信网络的雏形。首次实现了十个超导量子比特纠缠的量子计算芯片,为目前国际上通过严格测试和同行评审的最大数目的超导量子比特纠缠。为国家实验室建设奠定了坚实基础。

用户委会议由用户委主任、中科院大连化学物理研究所、中科院院士杨学明主持。合肥同步辐射装置、全超导托卡马克、稳态强磁场三大装置相关负责人分别作了工作报告,中心装置运行部部长邱宁作了中心装置运维工作的报告。委员们在认真听取了工作报告后,围绕中心装置运行和用户发展等问题展开了热烈的讨论,并提出了意见和建议。

梦想走进现实

参观EAST

谋划建设四个新的大科学装置

会后,部分委员参观了合肥同步辐射装置、全超导托卡马克、稳态强磁场三大装置。

“合肥这么多大科学装置,有条件建成一个世界级的大科学中心,你牵头去做一些前期调研吧。”中国科学技术大学国家同步辐射实验室主任陆亚林清楚地记得,2014年2月春节假期之后,时任校长侯建国找到他,描述了一个“科学城”的宏图,在他心中第一次种下了合肥大科学中心的种子。

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相里斌指出,“除现有三大科学装置(合肥同步辐射装置、全超导托卡马克核聚变实验装置、稳态强磁场实验装置)之外,合肥科学中心还在谋划建设四个新的大科学装置,以期形成大科学装置集群。”

大科学装置是指通过较大规模投入和工程建设来完成,建成后通过长期的稳定运行和持续的科学技术活动,以实现重要科学技术目标的大型设施,是国家创新体系中最核心的基础力量。20世纪中叶以来,几乎所有关于物质结构研究的重大成果都和大科学装置有着关联。彼时,全国拥有二三十个大科学装置,分散在各单位,相互之间并未形成合力,且面临着人才队伍流失的窘境。

参观强磁场中心

他介绍说,2018年1月3日,国家发改委宣布,“聚变堆主机关键系统综合研究设施”在合肥集中建设,这是合肥科学中心首个落地的国家大科学装置项目。该设施主要为下一代聚变堆的超导磁体和偏滤器系统提供研究和环境,保障我国聚变堆核心技术发展的先进性、安全性和可靠性,加快聚变能实际应用的进程。

而在全国的大科学装置中,要数落在中国科学院的最多。恰逢2014年8月,中科院启动实施“率先行动”计划,其中就包括整合院内外各类资源,依托已建成运行、在建和规划建设的一批国家重大科技基础设施,形成大科学装置群,建设高效率开放共享、高水平国际合作、高质量创新服务的大科学研究中心,集聚国内外科研院所、大学、企业,开展跨学科、跨领域、跨部门协同创新。

“大气环境立体探测实验研究设施”预研项目方案已通过可行性论证。该预研项目将满足大气环境污染防治、应对气候变化、改善生态环境、保障人体健康等重大需求。

合肥有三个大科学装置。合肥研究院建设有全超导托卡马克核聚变实验装置、稳态强磁场实验装置,中国科大建设有同步辐射。难得的是,两家同属中国科学院,作为兄弟单位,一直有良好的合作,联合共建一个“国际一流综合性科学研究中心”的想法更是一拍即合。

“合肥先进光源”预研项目已正式启动。该项目具有超快时间分辨、超高空间分辨和超高能量分辨的能力,为功能材料、能源与环境、物质/生命及交叉等前沿领域研究及产业发展提供支持。

“合肥研究院大装置多,运行维护的力量更集中,偏重满足国家战略需求,大学更侧重前沿探索、人才培养,双方合作是非常好的互补。”合肥研究院院长匡光力表示。

同时,正在积极谋划建设强磁光综合实验装置。

随即,陆亚林等人投入紧张的前期筹备工作。他牵头申请了一个软课题,走访了美国伯克利的先进光源ALS、英国纽卡斯尔科学城等世界著名科学中心。

相里斌表示,“大装置集群区的园区规划和建设得到了安徽省、合肥市的大力支持,地方政府已做出决策,在中科院合肥研究院以北,打造10平方公里的大装置集群区。”

这一调研不要紧,一个前所未有的公共大型科技创新平台的轮廓在众人心中逐渐清晰起来。

世界级、国家级科学成果不断涌现

“我们发现,西方发达国家强大的科技竞争力很大程度上是通过高水平大型科研基地体现的,而这些大型基地都拥有先进的大科学装置甚至大科学装置群作为支撑,不仅有完整的科研能力,更形成巨大的人才汇聚能力。相比而言,我国还缺少能与西方发达国家匹敌的科研‘航母’。”陆亚林告诉《中国科学报》。

相里斌介绍说,2017年7月3日,国家重大科技基础设施——世界上首个全超导托卡马克东方超环实现了稳定的101.2秒高约束模式等离子体运行,创造了新的世界纪录。在国际热核聚变试验堆合作计划中,合肥承担着难度最大的ITER计划采购包——磁体馈线系统,目前部件顺利交付。是ITER计划的一个重要里程碑,使得中国的进度走在七方之首。

随后,双方迅速组织了一个方案研究小组,以尽快形成向中科院党组报告的材料。那段时间,参与筹建的这些人各处调研、沟通细节,最频繁的时候,一礼拜往北京跑了3个来回。反复的调研、沟通和讨论,不到一年时间里,他们对大科学中心的规划方案修改了上百回,目标直指国际一流综合科学研究中心。

2017年完成了国家大科学工程稳态强磁场实验装置的建设任务,其磁体技术、综合性能达到世界领先水平。

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