代表人类未来 科技 发展方向的量子学，成为各国研究机构及大型企业的 探索 方向。受现有技术水平的限制，目前量子计算技术仅被用于国家重大科研事项，以及进行大型数字测算。距离人类实现量子计算机规模化、商业化需要很长的一段道路，甚至是不现实的一件事情。但接下来的一个成就，为人类实现未来量子计算的可控、规模化，奠定了重要基础。 2021年12月13日消息。《自然电子学》于上周发表的一项研究显示：芬兰阿尔托大学、VTT和IQM在内的研究联盟设计了一种新的微波源。该微波源能够规避现有量子计算机庞大的控制系统导致的扩展性阻碍因素。为量子计算机今后的灵活性、便捷性发展奠定了重要基础。 据了解，在接近绝对零度的温度下，该微波电路能够产生控制量子计算机所需的高质量微波信号。也正是这个特点，为原本具有庞大、笨重身躯的量子计算机，朝着便捷、灵活性高的方向发展提供了可能。体积庞大的控制系统朝着量子处理器方向前进。这可能大幅提高量子计算机处理器中的量子比特数。 研究团队在《自然电子学》中介绍：“我们已经建立了一个精确的微波源，它可以在与量子处理器相同的低温下工作，这里说的低温是在零下273 的环境中”。团队负责人Mikko Mtten表示：该设备产生的功率是以前设备版本的100倍，这足以控制量子位和执行量子逻辑运算。Mikko Mtten还提到，该设备能够产生一个十分精确的正弦波，每秒震荡超过十亿次。 补充一点，该研究团队推出的新型微波源是一种可以与量子处理器集成的片上设备，如同5G射频芯片与中央处理器之间的协同。该微波源尺寸不到1毫米，不需要额外的温度高频控制电缆连接。具备低功率、低温等优势。能够在增加处理器当中量子位数量的同时，缩小低温恒温器的体积。 不过正如前面提到的那样，现有人类 科技 的水平，还无法有效掌握量子计算技术。连续波微波源面临着一个较为棘手的问题，就是如何像控制量子位那样，快速打开和关闭微波源。眼下该研究团队正在 探索 解决该类问题的可行方案。 但不管怎么说，微波源的诞生，将拉动量子计算机的发展。为人类日后的 科技 发展，留下了浓艳的一笔。让量子计算机在未来实现商用化、个人用户化，提供了可能。 对于芬兰阿尔托大学、VTT和IQM研究机构破冰成功的低温微波源，大伙有什么想说的呢？采用该微波源线路的量子计算机，能否在日后实现从控制系统向量子处理器的过渡呢？
知识女性在构建和谐社会中的特征与作用
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我帮你下,,不过你要提供详细点
作者 | 陈欢欢
近日，光量子计算和大尺度光量子信息处理两项成果双双入选中国科学院“率先行动”计划第一阶段59项重大 科技 成果及标志性进展。
8月16日，世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”迎来4岁生日。在距离地球500公里的轨道上，这颗超期服役2年的“老”卫星仍然捷报频传。
6月15日，中国科学院院士、中国科学技术大学教授潘建伟领衔的合作团队在《自然》发表论文，在国际上首次实现了基于纠缠的无中继千公里级量子保密通信。这也是“墨子号”4年间产生的第5篇《自然》《科学》论文。
随着一项项科学实验的成功，卫星量子通信的应用前景日益清晰。
战略布局占先机
7月23日，美国能源部公布报告，规划了美国“量子互联网”战略蓝图。欧盟早在2016年也提出过“欧洲量子技术旗舰计划”，打算用10年建成量子互联网。
可喜的是，我国在这一领域，相关基础研究和工程技术水平都处于国际引领地位。
今年3月，我国科学家刚刚创造了光纤量子通信509公里的新纪录。同时，“墨子号”保持着星地之间1200公里量子通信的世界纪录。“墨子号”和“京沪干线”的成功实施，构建了国际首个天地一体的广域量子通信网络雏形。
之所以能“起个大早、赶个早集”，得益于潘建伟的战略眼光与布局。
量子 科技 研究主要集中在量子通信、量子计算和量子精密测量等领域，有多光子纠缠、光量子计算、超冷原子量子模拟、光晶格量子模拟、量子中继器等诸多方向。
这么多学科方向，一个人不可能包打天下。从单枪匹马到带领一支近百人的团队，潘建伟用了10多年时间。
本世纪初，量子 科技 在中国还颇为冷门。潘建伟也面临着学科方向不被理解、申请经费四处碰壁的困境。
在人手紧缺的情况下，他却果断地把优秀学生纷纷送走。德国海德堡大学、奥地利因斯布鲁克大学、美国斯坦福大学、英国剑桥大学、瑞士日内瓦大学……这些量子科学和技术顶尖团队所在地，都留下了潘建伟弟子学习的身影。
如今，各研究室独当一面的负责人正是当年那些漂流四海的年轻人。
“墨子号”量子纠缠源分系统主任设计师印娟的成长路线却略有不同。
2002年，大二结束的暑假，印娟来到潘建伟实验室，成为实验室第一位女生，从此再没有离开。
2017年，“墨子号”千公里级星地双向量子纠缠分发实验成功，以封面论文的形式发表在《科学》，印娟成为团队里第一个同时拥有《自然》和《科学》第一作者身份的科学家。
善于布局，也安心等待。这样的一支团队，一出手就是“大”成果不足为奇。
敢想敢干出奇迹
“墨子号”科学应用系统主任设计师任继刚，至今仍清楚地记得读博时第一次听潘建伟作报告的情景。“太神奇了，就像听一个科幻故事。”他回忆说。
在场的很多人可能也跟任继刚一样，把量子 科技 当成科幻故事。而作报告的那个人却是认真的。
2003年，潘建伟陷入量子通信研究瓶颈。由于光子在光纤传输时损耗太大，传输100公里只剩下1%的信号到达接收端。而外太空因为几乎真空，光信号损耗非常小，潘建伟破天荒地提出了“上天”这个“大胆且疯狂”的方案。
当时，他向博士生彭承志科普量子通信的发展前景，当说到需要通过太空实现长距离传输时，彭承志认为“这是一个遥不可及的梦想”。他问潘建伟：“这个事，是不是挺牛的？”潘建伟想了想，很肯定地回答：“肯定牛，是世界上最牛的，至少是之一。”
带着这样的信念，他们在合肥大蜀山山顶开始了第一个实验，于2005年实现了13公里的量子纠缠分发。这个传输距离超过了大气层的等效厚度，从而证实了远距离自由空间量子通信的可行性。
2009年，团队在青海湖开展百公里量子纠缠分发实验。当时，团队里的3位主力——2007年博士毕业的任继刚、2009年博士毕业的印娟、2010年将要博士毕业的廖胜凯，后来分别成为“墨子号”3个分系统主任设计师。
岛上通信信号极差，几位年轻人没什么消遣，晚上做实验，白天借着搭建的无线网桥开例会。2012年，团队在国际上首次实现百公里量级的自由空间量子隐形传态和纠缠分发。
2017年，利用“墨子号”，他们将量子纠缠分发的距离再提高一个量级，达到1200公里。
从大蜀山的13公里到天地间的上千公里，潘建伟团队一步一个脚印，从无到有地验证了量子通信的可行性。
“率先行动”很给力
中国科学院院士、 科技 部原部长徐冠华曾公开指出，我国对自身科学研究能力不自信，“在 科技 项目的确定过程中，习惯于拒绝支持有争议的项目，排斥没有国外先例的研究”。
当年的潘建伟，面对的就是这样的窘境。
2003年，潘建伟首次提出利用卫星实现自由空间量子通信的构想。这个“前无古人、闻所未闻”的想法立即遭到多方质疑：量子信息科学，欧洲美国都刚刚起步，我们为什么现在要做？
这个“不靠谱”的计划却获得了中国科学院的支持。2011年底，中国科学院空间科学先导专项正式立项“量子科学实验卫星”，自此打开了量子世界的大门。
2014年，中国科学院启动实施“率先行动”计划，给“墨子号”研制团队带来了“集团军”的支持。
当年10月，中国科学院量子信息与量子 科技 前沿卓越创新中心率先成立，2017年5月更名为量子信息与量子 科技 创新研究院。
这使得中国科学技术大学同中国科学院上海技术物理研究所、微小卫星创新研究院、光电技术研究所等都有了更加紧密的合作关系。
中国科学院上海技术物理研究所研究员、量子科学实验卫星工程常务副总师王建宇曾比喻称：星地间量子纠缠分发的难度，就像在太空中往地面的一个存钱罐里扔硬币，而且天空中的“投掷者”相对地面上的“存钱罐”还在高速运动。
在“率先行动”计划的支持下，这样一项看似“不可能的任务”最终顺利完成。“我们的合作体现出了创新研究院的价值，那就是集中力量干大事。”潘建伟说。
中国科学院院长、党组书记白春礼评价称，“墨子号”为中国在国际上抢占了量子 科技 创新制高点，成为了国际同行的标杆，实现了“领跑者”的转变。
天时、地利、人和，量子团队的下一个“惊喜”也许很快就会到来。
《中国科学报》 （2020-09-10 第1版 要闻）
后面那种，通过量子纠缠传输的，只是信息而不是物质。但谁说得清呢
用四分之一波片将纠缠中的一个光子从平面偏振改为左旋圆偏振或右旋圆偏振，纠缠中的另一个光子也会同样的自动的从平面偏变为左旋圆偏振或右旋圆偏振。
薛定谔于1926年1月、2月、5月和6月接连在德国《物理学纪事》上发表了一组4篇题为《作为本征值问题的量子化》的论文，最后一篇是在6月22日左右送到杂志社的。这4篇论文建立了完整的波动力学。
量子密码与传统的密码系统不同，它依赖于物理学作为安全模式的关键方面而不是数学。下面是我精心推荐的一些量子通信技术论文，希望你能有所感触!
基于科学史视角的量子密码
摘 要： 为了寻求一种无条件安全的密钥系统，采用了科学史的研究方法，对人类历史上产生过巨大影响的密钥思想进行了探究，调研了现在广泛使用的密码系统，特别是RSA密码系统，并指出它的安全性受到量子计算能力的严重挑战，在此基础上探究一次一密与量子密钥分发的结合能否实现无条件安全通信。
关键词： RSA密码系统; 量子密码 ; 一次一密; 量子密钥分发
中图分类号： TN918?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X(2013)21?0083?03
0 引 言
保密通信在人类社会中有着重要的地位，关系到国家的军事、国防、外交等领域，同时也与人们的日常生活息息相关，如银行帐户存取、网络邮箱管理等。保密通信关键在于密码协议，简称“密钥”。密钥的安全性关系到通信的保密性。密码学的发展也正是在加密者高明的加密方案和解密者诡异的解密技术的相互博弈中发展前行的，两者互为劲敌，但又互相促进。随着量子计算机理论的发展，传统的安全通信系统从原理上讲已不再安全。那么，是否存在一种无条件安全的通信呢?量子密码又将给信息的安全传输带来怎样的新思路呢?本文从科学史的角度分析人类传统的密码方案，考察量子密码发展的来龙去脉，为科学家提供关于量子密码的宏观视角，以便更好地推进关于量子密码的各项科学研究。
1 人类历史上影响巨大的密钥思想
密码学有着古老历史，在近代逐渐发展成为一门系统的应用科学。密码是一个涉及互相不信任的两方或多方的通信或计算问题。在密码学中，要传送的以通用语言明确表达的文字内容称为明文，由明文经变换而形成的用于密码通信的那一串符号称为密文，把明文按约定的变换规则变换为密文的过程称为加密，收信者用约定的变换规则把密文恢复为明文的过程称为解密。敌方主要围绕所截获密文进行分析以找出密码变换规则的过程，称为破译。密码协议大致可以分为两类：私钥密码系统(Private Key Cryptosystem)和公钥密码系统(Public Key Cryposystem)。
1.1 我国古代的一种典型密钥——阴符
阴符是一种秘密的兵符，在战争中起到了非常重要的作用。据《六韬·龙韬·阴符》记载，阴符是利用不同的长度来代表不同的信息，一共分为八种。如一尺的兵符代表“我军大获全胜、全歼敌军”;五寸的兵符代表“请求补给粮草、增加兵力”;三寸的兵符代表“战斗失利，士卒伤亡”。
从现在的密码学观点来看，这是一种“私钥”，私钥密码系统的工作原理简言之就是：通信双方享有同一个他人不知道的私钥，加密和解密的具体方式依赖于他们共同享有的密钥。这八种阴符，由君主和将帅秘密掌握，是一种用来暗中传递消息，而不泄露朝廷和战场机密的通信手段。即便是阴符被敌军截去，也无法识破它的奥秘。由于分配密钥的过程有可能被窃听，它的保密性是由军令来保证的。
1.2 古斯巴达人使用的“天书”
古斯巴达人使用的“sc仔tale”密码，译为“天书”。天书的保密性在于只有把密文缠绕在一定直径的圆柱体上才能呈现明文所要表达的意思，否则就是一堆乱码。不得不感叹古代人的智慧。图1为“天书”的示意图，它也是一种“私钥”，信息的发送方在发布信息时将细长的纸条缠绕在某一直径的圆柱体上书写，写好后从圆柱体上拿下来便是密文。但是，它的保密性也非常的有限，只要找到对应直径的圆柱体便很容易破译原文。
1.3 著名的“凯撒密表”
凯撒密表是早在公元前1世纪由凯撒大帝(Caesar)亲自设计用于传递军事文件的秘密通信工具，当凯撒密码被用于高卢战争时，起到了非常重要的作用。图2为“凯撒密表”。从现代密码学的角度看，它的密钥思想非常简单，加密时，每个字母用其后的第[n]个字母表示，解密的过程只需把密文字母前移[n]位即可。破译者最多只要尝试26次便可破译原文。
1.4 德国密码机——“恩尼格玛”
二战期间德国用来传递军事机密的“ENIGMA”密码机，它的思想基本类似于“凯撒密表”，但比“凯撒密表”复杂很多倍，它的结构主要分为三部分：键盘、密钥轮和显示灯盘。键盘可以用于输入明文，显示灯盘用于输出密文，密钥轮是其核心部分，通常由3个橡胶或胶木制成的直径为6 cm的转子构成，密钥轮可以任意转动进行编制密码，能够编制出各种各样保密性相当强的密码。它的神奇之处在于它不是一种简单的字母替换，同一个字母在明文的不同位置时，可以被不同的字母替换。而密文中不同位置的同一个字母，可以代表明文中不同的字母。所以它的安全性较高，但也并非万无一失，由于德国人太迷恋自己的“ENIGMA”密码机，久久不愿更换密钥，所以免不了被破译的结局。
2 目前人类广泛使用的密钥及其存在的问题
2.1 现代广泛使用的密码系统——RSA密码系统受到前所未有的挑战
现代广泛被用于电子银行、网络等民用事业的RSA密码系统是一种非对称密钥。早在20世纪60年代末70年代初，英国情报机构(GCHQ)的研究人员早已研制成功。相隔十年左右，Ronald Rivest、Adi Shamir和Leonard Adleman才研制出类似的密码系统，并以三个人的名字命名为“RSA”。它是一种公钥密码系统，工作原理如下：假设通信双方分别为Bob和Alice。Bob公布一个公钥，Alice用这个公钥加密消息传递给 Bob，然而，第三方不可能用Bob的公钥解密。原因在于加密变换巧妙，逆向解密困难。而Bob有与公钥配对的私钥。
RSA公钥密码系统巧妙地运用了分解因数和解离散对数这类难题，它的安全性依赖于计算的复杂性。虽然原理上可以计算出，但是计算出来也需要几万年的时间。然而，随着量子计算机理论的成熟，RSA密码体受到严重挑战，随着计算时间的缩短，RSA密码系统的安全性令人堪忧，RSA密码系统有可能随着量子时代的到来被人类完全抛弃。 2.2 “一次一密”的最大的问题是密钥分配
RSA密码系统受到严重挑战后，一次一密(One time Padding)的不可破译性又被人们所记起。一次一密指在密码当中使用与消息长度等长的随机密钥， 密钥本身只使用一次。原理如下：首先选择一个随机位串作为密钥，然后将明文转变成一个位串，比如使用明文的ASCII表示法。最后，逐位计算这两个位串的异或值，结果得到的密文不可能被破解，因为即使有了足够数量的密文样本，每个字符的出现概率都是相等的，每任意个字母组合出现的概率也是相等的。香农在1949年证明一次一密具有完善的保密性[1]。然而，一次一密需要很长的密码本，并且需要经常更换，它的漏洞在于密钥在传递和分发上存在很大困难。科学家试图使用公钥交换算法如RSA[2]，DES[3]等方式进行密钥交换， 但都使得一次一密的安全性降低。因此，经典保密通信系统最大的问题是密钥分配。
3 量子密码结合“一次一密”实现无条件保密
通信
量子密码学是量子力学和密码学结合的产物，简言之，就是利用信息载体的量子特性，以量子态作为符号描述的密码。
3.1 运用科学史的视角探究量子密码的发展过程
量子密码概念是由Stephen Wiesner在20世纪60年代后期首次提出的[4]。
第一个量子密码术方案的提出是在1984年，Charles Bennett， Gills Brassard提出一种无窃听的保密协议，即，BB84方案[5]，时隔5年后有了实验原型[6]。随后，各类量子密码术相继出现，如简单效率减半方案——B92方案[7] 。
1994年后，RSA密码系统面临前所未有的威胁，因为，经典保密通信依赖于计算的复杂性，然而，Peter Shor 提出寻找整数的质因子问题和所谓离散对数的问题可以用量子计算机有效解决[8]。1995年，Lov Gover 证明在没有结构的搜索空间上搜索问题在量子计算机上可以被加速，论证了量子计算机的强大的能力[9]。Peter Shor和 Lov Gover量子算法的提出，一方面证明了量子计算的惊人能力，另一方面，由于经典密码系统受到严重威胁，促使各国将研究重点转向量子密码学。
3.2 量子密码解决“一次一密”的密钥分配难题
一次一密具有完善的保密性，只是密钥分配是个难题。
量子密钥在传输过程中，如果有窃听者存在，他必然要复制或测量量子态。然而，测不准原理和量子不可克隆定理指出，一个未知的量子态不能被完全拷贝，由某一个确定的算符去测量量子系统，可能会导致不完备的测量，从而得不到量子态的全部信息。另外，测量塌缩理论指出测量必然导致态的改变，从而被发现，通信双方可以放弃原来的密钥，重新建立密钥，实现绝对无窃听保密通信。量子密码的安全性不是靠计算的复杂性来保障，而是源于它的物理特性。
这样就保证了密钥可以被安全分发，窃听行为可以被检测。因此，使用量子密钥分配分发的安全密钥，结合“一次一密”的加密方法，可以实现绝对安全的保密通信。
4 结 语
与经典密码系统相比较，量子密码不会受到计算速度提高的威胁，并且可以检测到窃听者的存在，在提出近30年的时间里，逐渐从理论转化为实验，有望为下一代保密通信提供保障，实现无条件安全的保密通信。
参考文献
[1] SHANNON C E. Communication theory of secrecy systems [J]. Bell System Technical Journal， 1949， 28(4)： 656?715，
[2] 张蓓，孙世良.基于RSA的一次一密加密技术[J].计算机安全，2009(3)：53?55.
[3] 王伟，郭锡泉.一次一密DES算法的设计[J].计算机安全，2006(5)：17?18.
[4] WIESNER S. Unpublished manuscript circa 1969： conjugate coding [J]. ACM Sigact New， 1983， 15： 77?79.
[5] BENNETT C H， BRASSARD G. Quantum cryptography： public key distribution and coin tossing [C]// Proceedings of IEEE International Conference on Computers， Systems and Signal Processing. Bangalore， India： IEEE， 1984： 175?179.
[6] BENNETT C H. BRASSARD G. Experimental quantum cryptography： the dawn of a new era for quantum cryptography： the experimental prototype is working [J]. ACM Sigact News ， 1989， 20： 78?80.
[7] BENNETT C H， BESSETTE F， BRASSARD G， et al. Experimental quantum cryptography [J]. Journal of Cryptology， 1992(5)： 3?21.
[8] SHOR P W. Algorithms for quantum computation： discrete logarithms and factoring [C]// Proceedings of the 35th Annual Symposium on the Foundations of Computer Science. Los Alamitos， CA： IEEE Computer Society Press， 1994： 124?133.
[9] GROVER L K. Quantum mechanics helps in searching for a needle in a haystack [J]. Phys Rev Letters， 1997， 79(2)： 325?328.
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现代物理呗，是个oa期刊，相对来说会容易些，然后今年有被武大RCCSE收录为核心，质量上是有保证的
要实现碳纳米材料在疾病诊疗中的应用，必须阐明纳米材料的独特生物学效应，解决生物安全性问题，利用独特纳米效应，拓展在疾病诊疗中的应用。在国家纳米重大科技专项、国家杰出青年基金等的支持下，该项目开展了碳纳米材料如碳纳米管、氧化石墨烯、碳点的生物学效应研究，利用碳纳米材料的纳米效应，解决在疾病多种标志物同步检测、诊疗一体化中的应用基础科学问题。主要发现如下： 1.碳纳米材料的生物学效应机制：(1)发现单壁碳纳米管能够抑制细胞增殖，主要机制是诱导细胞凋亡，降低细胞粘附分子的表达，高效率进入细胞内部，干扰细胞的功能，且呈剂量和时间依赖性；碳纳米管诱导细胞内活性氧含量与共育时间有关。(2)发现氧化石墨烯对细胞和动物具有剂量依赖性毒性，如诱导细胞凋亡和肺肉芽肿形成，并且沉积在肺部、肝脏和脾脏中。发现PVP-GO具有显著不同的免疫毒性，通过表面修饰，可以调节其免疫毒性。(3)发现碳点具有好的生物相容性，具有独特的光电特性。 2.碳纳米材料的表面功能化及用于多种标志物检测的机制：(1)发现不同基团修饰的碳纳米管能够淬灭量子点的荧光信号，呈现出规律特性；提出了碳纳米管与量子点自组装基础上的超敏感检测核酸与抗原的技术原理方法，利用量子点的体积依赖性的不同颜色荧光信号，实现了多成份的同步检测。(2)发现氧化石墨烯具有自我催化功能，利用此功能在原子单层表面原位合成金纳米颗粒，制备出表面增强拉曼散射传感器，增强拉曼分析的检测信号，实现呼出气体标志物同步检测，有效区分早期胃癌患者与中晚期胃癌患者及健康人群。(3)发现利用紫外照射氧化石墨烯，可打开其能带，制备出石墨烯纳米筛，呈现出半导体特性与光致发光现象，制备场效应器件，表现出优越的光电特性，同时获得石墨烯量子点，具有强的荧光特性。 3.碳纳米材料在诊疗一体化中的应用机制：(1)发现碳纳米管、氧化石墨烯、碳点通过修饰，与siRNA、药物、光敏剂等偶联，可高效进入肿瘤细胞，是一种高效基因与药物递送载体。(2)制备了碳量子点C-Dots-Ce6复合物，制备叶酸修饰的氧化石墨烯结合光敏剂Ce6，能够靶向肿瘤成像，实现光动力治疗。(3)阐明了氧化石墨烯银纳米粒子复合结构杀灭真菌的机制。(4)证明负载肌肽的氧化石墨烯，是一种好的免疫佐剂，提出了其作用机制。 论文与知识产权情况：发表SCI论文60余篇，代表性8篇论文被SCI他引用1074次，作为副主编，编写了《纳米毒理学》专著1本，授权发明专利3项，发表的论文被Nature Nanotechnology、Chem Review等杂志引用与正面评论。 推广与应用前景：利用碳纳米材料的独特效应，探讨了在肿瘤药物的靶向递送、诊疗一体化、自组装超敏感检测方面的应用，为临床转化奠定了理论基础。 收缩信息
近日，电子 科技 大学材料与能源学院夏川教授以第一作者和共同通讯作者身份在国际著名期刊Nature Chemistry (《自然–化学》)上发表题为“General synthesis of single-atom catalysts with high metal loading using graphene quantum dots”的研究论文。该研究开发了一套高载量过渡金属单原子材料的普适性合成策略，实现了高达 40 wt.% 或 3.8 at.% 的高过渡金属原子负载，比目前报道的单原子负载量提升了几倍甚至数十倍。 该工作由电子 科技 大学、加拿大光源和美国莱斯大学三个单位共同合作完成。材料与能源学院的夏川教授为论文第一作者和通讯作者，美国莱斯大学的汪淏田教授和加拿大光源的胡永峰教授为论文通讯作者。该合作团队在电催化材料研究和电化学反应器设计领域建立了坚实的基础，并取得了丰硕的研究成果。 过渡金属单原子材料具有极高的原子利用率、独特的电子结构以及明晰且可调的配位结构，在各种电催化过程中展现出优异的活性。但常规单原子材料中金属原子密度较低（通常小于5 wt.%或1 at.%），大大限制了其整体催化性能及工业应用前景，因此发展出高载量过渡金属单原子材料普适性合成策略至关重要。现有“自上而下”和“自下而上”工艺对提高合成单原子材料的金属负载量有很大的局限（图1, a-b）。以碳材料负载的单原子为例，现有的“自上而下”方法通过在碳材料载体表面制造缺陷，然后通过缺陷稳定单原子。然而，无法精确调控缺陷尺寸导致缺陷位点的数目极大地受到限制，而且当金属负载量提高时，容易在大尺寸的缺陷位处形成团簇。“自下而上”方法则使用金属和有机物前驱体（如金属有机框架、金属-卟啉分子、金属-有机小分子）热解碳化的方式获得负载金属单原子的碳材料。在金属负载量过大时，金属原子之间将因为没有足够的隔离空间而导致热解过程中团簇或者颗粒的产生。 鉴于此，该团队发展了区别于现有“自上而下”和“自下而上”工艺的单原子催化材料制备方法（图1c），以突破单原子负载量的限制。该团队创新性地使用比表面大、热稳定性高的石墨烯量子点作为碳基底，对其进行-NH2基团修饰，使其对金属离子具有高配位活性。引入金属离子后可得到以金属离子作为节点、功能化石墨烯量子点作为结构单元的交联网络，最后热解即可得到高载量的金属单原子材料。相较于传统“自上而下”和“自下而上”的单原子催化剂合成方法，该研究报道的方法既保证了高含量金属离子初始锚定时的高分散性又能有效抑制后续热解过程基底烧结重构引起的金属原子团聚。 XAFS、HADDF-STEM等多种表征手段证明，由该法制得的负载型金属单原子催化材料在保证金属原子单分散的同时还能实现远超现有文献报道水平的金属载量。借助该方法，该团队成功制备出质量分数高达41.6%（原子分数为3.84%）的Ir单原子催化材料（图2），该负载量相较于文献报道的Ir单原子最高载量提升了数倍。 另外，该合成策略还具有普适性，能够用于制备其他贵金属或非贵金属的高载量金属单原子催化材料。例如，在碳基底材料上，Pt单原子的负载量最高可达32.3 wt.%，Ni单原子负载量可达15 wt.%（图3）。 夏川，电子 科技 大学材料与能源学院教授，国家青年人才。研究方向为基于新能源的电催化、电合成、电化学生物合成，致力于实现碳平衡的能量与物质循环。在“液体燃料与基础化学品现场合成”这一特色方向开展了深入、系统的研究，在反应器与催化剂设计领域均取得丰硕成果，共发表学术论文50余篇，授权美国专利3项，H因子34，引用5200余次。近五年来，以第一作者/通讯作者身份在Science、Nat. Energy、Nat. Catal.、Nat. Chem.等国内外高水平期刊共发表论文20余篇，其中ESI高被引论文9篇，热点论文2篇。
由于新材料有着广泛的应用前景，目前许多国家出台了与新材料产业相关的新兴产业发展战略。我国亦是非常重视新材料产业的发展，目前制定了纲领性文件《中国制造2025》以及指导性文件《新材料产业发展指南》、《重点新材料首批次应用示范指导目录》等。国家发展改革委办公厅2017年印发了《增强制造业核心竞争力三年行动计划（2018-2020年）》重点领域关键技术产业化实施方案的通知，里面也具体制定了关于新材料关键技术产业化实施方案。截止目前，我国已经有40多个城市形成了不同规模的新材料产业集聚区，现已经批准设立的国家级新材料产业基地有129个，包括7个高技术产业基地、32个新型工业化示范基地和90个高新技术产业化基地。
当前，美国、欧洲、日本等发达国家和地区十分重视新材料技术的发展，都把发展新材料作为科技发展战略的重要组成部分，在制定国家科技与产业发展计划时，将新材料技术列为21世纪优先发展的关键技术之一，予以重点发展，以保持其经济和科技的领先地位。中国的新材料科技及产业的发展，在政府的大力关心和支持下，也取得了重大的进展和成绩，为国民经济和社会发展提供了强有力的支撑。为研究我国新材料领域的发展现状和态势，本报告以中国期刊网数据库作为统计分析源，从文献计量学的角度进行分析研究，讨论了新材料包括超导材料、金属材料、非金属材料、高分子材料和复合材料的理论研究、制备工艺、产品应用、技术装备等方面的内容。 1、新材料各专业论文产出权重的年度变化从2000年至2005年，新材料各专业发表论文数量占整个新材料领域的比重虽然每年都在变化，但总的分布格局没有被打破。高分子材料除2001年和2002年所占比重低于50%以外，其它几年均在50%以上，一直占居主导地位；复合材料所占比重在20-30%之间，居第二位；非金属材料所占比重在一成多，居第三位；超导材料在整个材料领域所占比例最小，居5个专业的最后一位。从各专业的发展状况分析，超导材料的发展呈上下波动，总体下降的趋势；金属材料作为一种传统的优势领域，其发展呈现大幅下降的局面；非金属材料在整个材料领域基本保持稳定的态势，其所占比例变化不大；高分子材料是发展最快的学科，随着新技术的不断涌现，其在整个新材料领域中的权重呈波动增长的态势；复合材料除2002年有所增加外，其他各年逐年下降，但降幅不大，年均降低1%。2、新材料各专业论文产出数量的年度变化2000年至2005年，从新材料各专业发表论文的数量及增长率来看，超导材料论文发表呈现增长正负相间的发展格局，但总量呈下降趋势，降幅为10%左右；金属材料的论文发表数量出现负增长，从2000年的1614篇减少到2005年的254篇，总降幅达84%；非金属材料发表论文数量总的趋势是稳步增长，且到了2005年有加速增长的趋势，发表论文数量比2000年增长了1527篇，当年增长了29.3%，6年间总体增长了66.65%；高分子材料的论文数量也在不断增加，从2000年的8201篇增加到2005年的15895篇，总增幅达93.3%，几乎翻了一番；复合材料论文发表呈现波动的局面，2001年比2000年有较大幅度增加，但2003-2004年却出现负增长，到2005年又增加至7215篇，比2000年的3672篇增加了近一倍。 1、新材料领域总体发展速度较快，势头强劲材料是当前世界新技术革命的三大支柱(材料、信息、能源)之一，与信息技术、生物技术一起构成了21世纪世界最重要和最具发展潜力的三大领域之一。对材料的认识与利用能力，往往决定着社会的形态和人类生活的质量。人类的历史已经证明，材料是人类社会发展的物质基础和先导，而新材料则是人类社会进步的里程碑。新材料在发展高新技术、改造和提升传统产业、增强综合国力和国防实力方面起着重要的作用，而且在自然科学和工程技术领域中发展也越来越快，地位日趋重要。根据对同时段论文发表数量统计，6年间国内新材料领域论文发表数量的年平均增长率为9.15%，大于自然科学和工程技术领域8.34%的论文发表增长率；新材料领域发表论文占自然科学与工程技术领域发表论文的比重也保持上升的势头，6年间增长了0.13个百分点。新材料领域的发展变化，得益于技术创新和成果转化速度加快。前沿技术的突破使得新兴材料产业不断涌现，同时新材料与信息、能源、医疗卫生、交通、建筑等产业结合越来越紧密，材料科学工程与其他学科交叉领域和规模都在不断扩大，而且世界各国政府高度重视新材料产业的发展，制定了推动新材料产业和科技发展的相关计划，在资金上给予大力扶持，从而推动了本领域的技术创新能力的提高和发展，取得了一系列可喜的研究成果，保证了新材料领域发展的欣欣向荣局面。2、高分子材料、复合材料发展迅速2.1 高分子材料新的应用领域推动了自身的成长高分子功能材料是近年来发展最快的有机合成材料，尤其在生物医用材料、药物控制释放体系、骨科固定、组织工程和手术缝合线等方面不断扩展其新的应用领域，全世界仅高分子材料在医学上的应用就有90多个品种、1800余种制品，西方国家在医学上消耗的高分子材料每年以10-20%的速度增长。我国的高分子材料发展也十分迅速，2000年至2005年论文发表数量从1862篇增加到6640篇，6年间增长了256.61%。其中：高分子药物方面的论文从182篇增加到802篇，增长幅度达340%；医用高分子材料方面的论文从285篇增加到821篇，增长幅度达188%；仿生高分子材料的论文从416篇增加到1108篇，增长幅度达166%，高分子膜材料的论文从979篇增加到3909篇，增长幅度达299%。从上述数据中可以看出，高分子材料研发活跃，发展相当迅猛，已成为医学和生物技术中不可缺少的组成部分，也是新材料领域发展最快的专业。2.2 复合功能材料拓展了新的发展空间由于多种材料多学科的交叉、融合,使材料的复合化成为发展新材料的一种重要手段。利用多种基体与增强体的复合、多种层次的复合以及利用非线性复合效应可以创造出全新性能的材料。近年来先进复合材料及新工艺发展很快，目前复合材料的发展以树脂基复合材料为主，特别是热固性材料，它的技术最成熟，应用最广。金属基复合材料大部分处于研究开发阶段，它特别适用于建造空间结构体。陶瓷基复合材料是改进陶瓷的可靠性的重要途径，从而使陶瓷材料优异的高温性能得以应用。此外碳/碳复合材料在军事技术上有很大实用价值，并已有一定的应用，其发展趋势较快。从我国2000年至2005年复合功能材料论文发表情况来看，数量从3672篇增加到7215篇，6年总计增长96.49%。其中：金属基复合材料论文从573篇增加到611篇，增幅6.6%；陶瓷基复合材料论文从298篇增加到1050篇，增幅252%；水泥基复合材料论文从1533篇增加到2428篇，增幅58.3%；聚合物基复合材料的论文从1134篇增加到2383篇，增幅110%；碳基复合材料论文从134篇增加到743篇，增幅达454%。从研究分析中可以看出，陶瓷基复合材料、聚合物基复合材料发展较快，这与其新工艺、新物质及新配方的不断涌现密切相关，碳基复合材料也正从军用转向民用，使其发展呈快速增长的态势。2.3 金属材料发展趋于低谷，有待突破相对于高分子材料、复合材料和非金属材料的迅猛发展，历史悠久的金属材料的发展处于停滞甚至后退的局面，从2000年至2005年，我国金属材料论文发表数量从1614篇减少到254篇，下降了535%。这一现象说明我们在该领域的技术创新能力不足。当前，世界金属材料领域的发展出现了很多新的特点及增长点，高性能金属材料发展迅速。我国目前高性能金属材料的产品研制、加工成型技术、生产设备等多方面都存在问题，阻碍了金属材料的发展。因此，只要加大金属材料的技术创新力度，就一定能打破其发展停滞不前的局面，实现新的振兴和快速发展就指日可待。