量子通信

       2016年8月16日1时40分我国在酒泉卫星发射中心成功发射世界首颗“墨子号”量子科学实验卫星 （图1），经过4个月的在轨测试后，于2017年1月18日正式交付开展科学实验。“墨子”号的成功发射，是世界上首次实现星地间的量子通信，建立了天地一体化的量子保密通信与科学实验体系，极大提高了我国量子通信技术的整体水平，实现了国家信息安全和信息技术水平跨越式发展。

 

图1 墨子号卫星

       中国选择用“墨子”这一先秦思想家的名号来命名这颗量子卫星。这是因为量子的概念最早源自现代科学对光的认识，而人类历史上有记载的第一位系统研究光学的学者正是墨子。墨子不仅是中国先秦时期著名的思想家，也是中国早期最重要的科学家，同时还是中国军事史上第一位钻研军事科技、利用科学原理研发大量重型武器的技术专家。因此，用他的名号来命名大国重器量子卫星。

 

参考资料：

[1]JG Ren，P Xu，HL Yong，et. al., Ground-to-satellite quantum teleportation, Nature, 2017, doi:10.1038/nature23675.
[2]揭秘全球首颗量子卫星,中国科学院 (2016-08-17).
[3]潘建伟：给量子科学实验卫星 取名“墨子”是为展现我国科研自信,人民资讯(2021-06-23 ).

激光晶体

      陈创天院士领导的研究组和合作者相继发明了被誉为“中国牌晶体”的非线性光学晶体BBO、LBO。经过 20 多年努力，他和科研团队在国际上首次生长出可直接倍频产生深紫外激光非线性光学晶体，并发明了棱镜耦合技术，率先发展出实用化的深紫外固态激光源。达到深紫外波段的氟代硼铍酸钾（KBBF）晶体（图2）能够将1064 nm激光转化为史无前例的176 nm波长（深紫外）激光，从而可以制造出深紫外固体激光器。深紫外激光由于其波长短、加工精度高，在半导体光刻、激光光电子能谱和激光等领域有着重要的应用。1990年，中国用这种材料实现了低至204.8 nm相位匹配的二次谐波的发生。它是用于短脉冲（<1纳秒）、高功率（1兆瓦）激光器的很有希望的材料，在红外、可见、紫外光区的激光倍频、和光参量振荡器件中有广泛的应用。达到深紫外波段的 KBBF 晶体技术，领先美国 15 年。2013 年 8 月 14 日，陈创天院士获得国际晶体生长协会最高奖之一——Laudise 奖。

图2  KBBF晶体

      2009年，中国意识到这种晶体的战略意义，随即停止对外出口。鉴于这种晶体在精密检测领域的重要性，美国开始了自己的研究。2016年2月，在中国研制出第一块KBBF晶体15年后，美国宣布研制出了相同类型的晶体材料。

 

参考资料：

[1] Chuangtian Chen et.al., China's crystal cache,Nature, 2009(457) 953-955.

[2] 美国耗时15年研成一款材料 突破中国"技术封锁"．腾讯网(2016-02-15).

激光驱动

       激光驱动是目前惯性约束聚变（ICF）研究中唯一有望实现聚变点火的驱动方式。1964年，时任中物院副院长的王淦昌先生独立提出了利用激光产生中子的思想，开启了我国ICF这一具有深远影响的研究领域，使我国高功率激光技术发展有了明确方向。20世纪70年代，于敏先生提出了“激光惯性约束聚变是一项非常复杂的大科学研究系统工程，涉及理论、实验、诊断、制靶和激光驱动器等五个方面的研究内容和彼此之间的协调发展”，开启了中国ICF研究的先河。此后，面向ICF研究的激光驱动器技术得到迅速发展，以中物院星光系列装置为代表，形成了我国高功率固体激光技术基本能力。20世纪90年代初，我国制定了以实现聚变点火为阶段目标的ICF发展战略与总体规划，使我国ICF研究从基础研究进入具有明确物理目标的新的发展阶段。2007年，中物院激光聚变研究中心建成“神光-II”原型装置，使我国全面掌握第二代高功率固体激光技术，并具备万焦耳级三倍频物理实验能力。

图3 “神光-III”主机装置

       “神光-III”主机装置（图3）历经十余年研制，于2015年顺利完成建设项目，全面达到设计指标，成为世界上投入运行的第二大激光驱动器，同时也是亚洲最大的高功率激光装置，在我国ICF研究发展历史上具有里程碑的意义。该装置的成功研制，标志着我国已具备十万焦耳级ICF实验能力，为我国开展关键物理过程研究、高能量密度物理研究提供了重要实验平台，造就了一支高素质的专业技术队伍，为我国研制更强驱动能力的激光装置奠定了坚实的技术基础。

 

参考资料：

[1]神光-III”主机装置研制及其性能,中国工程物理研究院(2019.06.24).

[2]“人造太阳”追梦之旅：中国神光3主机基本建成, 激光制造网(2015.11.10).

国产核磁共振检测仪

       核磁共振仪器被誉为“尖端医疗设备皇冠上的明珠”，在不需要手术介入的情况下，可以用于诊断心脑血管、神经和肿瘤等多种重大疾病。然而，核磁共振仪器的生产技术长期被国外封锁，国家每年都要花费大量的外汇购买此类医疗设备。我国自主研发核磁共振仪器的历史可以追溯到上个世纪80年代，当时我国科学家在苏联的帮助下，成功地制造出了我国第一台0.15T的低场核磁共振仪器，并在北京协和医院进行了临床试验。这是我国在核磁共振技术领域的第一次突破，也是我国在高端医疗设备领域的第一次尝试。为了突破国外的技术壁垒和市场壁垒，实现真正的自主可控和自主创新，2020年我国启动了“十四五”规划，将核磁共振仪器作为重点发展方向之一，提出了“以自主创新为引领，以高端化、智能化、集成化为方向，以满足临床需求为导向，以提升国际竞争力为目标”的发展战略。在这一战略的指导下，我国在核磁共振技术领域进行了全面而深入的攻关和创新。

       2023年，由中国科学院深圳先进技术研究院牵头研发的核磁共振仪器研制成功，并开始量产（图4）。 国产的核磁共振仪器不仅突破了国外技术的封锁，更为重要的是最新一代的国产核磁共振仪器已完全达到医院提出的相关要求。仪器工作的情况，可以实时传输到十五公里外的中国科学院深圳先进技术研究院。最新的仪器可以获得人体的全身影像，不仅分辨率更高，还加速了成像速度。

图4 国产核磁共振仪实现量产

       我国自主研发核磁共振仪器的成功，不仅是我国在高端医疗设备领域取得的重大突破，也是我国在科技创新和自主可控方面取得的重大成就，是一项具有里程碑意义的成果，它标志着我国在高端医疗设备领域实现了从跟随到领先的历史性跨越，也标志着我国在科技创新和自主可控方面实现了从依赖到自立的根本性转变。

 

参考资料：

[1]突破国外技术封锁，开始量产,科普青岛(2023.07.25).

[2]国产核磁共振仪量产 科研“精准施力”产研融合摘得“明珠.中工网(2023.07.22).

[3]突破国外技术封锁,我国自主研发核磁共振仪开始量产，中国青年报(2023.07.24).