您当前的位置: 首页 > 学校概况

清华大学

学校简介:

学校教员: 人,学生数量:人, 校友数量: 人,子机构数量:个, 相关机构: 个,受资助项目:项, 文章数: 篇,专利数:项,

高校资讯 改革发展 教学改革 学生培养 产学研合作 科研发展 科学大装置

高校资讯 共计 223 条信息

      全选  导出

1 2024-05-30

清华大学交叉信息研究院段路明研究组近日在量子模拟计算领域取得重要突破,首次实现512离子二维阵列的稳定囚禁冷却以及300离子量子比特的量子模拟计算。该工作实现了国际上最大规模具有单比特分辨率的多离子量子模拟计算,将原来的离子量子比特数国际纪录(61离子)往前推进了一大步,并首次实现基于二维离子阵列的大规模量子模拟。离子阱系统被认为是最有希望实现大规模量子模拟和量子计算的物理系统之一。多个实验验证了离子量子比特的高精密相干操控,该系统的规模化被认为是主要挑战。此前研究人员在Paul Trap(保罗型离子阱)中实现了最多61个离子一维阵列的量子模拟。虽然基于Penning Trap(彭宁型离子阱)可实现更大规模约两百离子的量子模拟,但因缺乏单比特分辨探测能力而难以提取量子比特空间关联等重要信息,无法用于量子计算和精密的量子模拟。研究中,研究人员利用低温一体化离子阱技术和二维离子阵列方案,大规模扩展离子量子比特数并提高离子阵列稳定性,首次实现512离子的稳定囚禁和边带冷却,并首次对300离子实现可单比特分辨的量子态测量。研究人员进而利用300个离子量子比特实现可调耦合的长程横场伊辛模型的量子模拟计算。一方面,研究人员通过准绝热演化制备阻挫伊辛模型的基态,测量其量子比特空间关联,从而获取离子的集体振动模式信息,并与理论结果对比验证;另一方面,研究人员对该模型的动力学演化进行量子模拟计算,并对末态分布进行量子采样,通过粗粒化分析验证其给出非平庸的概率分布,超越经典计算机的直接模拟能力。该实验系统为进一步研究多体非平衡态量子动力学这一重要难题提供了强大的工具。5月29日,相关研究成果以“一个具有数百个被困离子的位置分辨二维量子模拟器”(A Site-Resolved Two-Dimensional Quantum Simulator with Hundreds of Trapped Ions)为题,发表于《自然》(Nature)杂志。《自然》审稿人称为量子模拟领域的“巨大进步”,“值得关注的里程碑”。清华大学交叉信息研究院2020级博士生郭世安为论文第一作者,交叉信息研究院教授段路明为论文通讯作者。其他作者包括交叉信息研究院助理教授吴宇恺,博士生叶京、张霖、王也、严若宇、易雨瑾、许煜麟、侯云瀚,博士后许钰梓、张弛,助理研究员祁宾祥,副研究员周子超、何丽,以及华翊量子公司连文倩、姚睿、李博文、郭伟轩。研究得到科技创新2030—“量子通信与量子计算机”重大项目、新基石研究员项目、清华大学自主科研计划、教育部、清华大学笃实专项和启动经费的资助与支持。 查看详细>>

来源:清华大学 点击量: 2

2 2024-05-22

全脑跨模态分析已经成为理解大脑运转机制和神经系统疾病发病机理的前沿研究手段。近年来,荧光显微光学断层成像(fMOST)与光片荧光显微镜(LSFM)结合各种组织透明化技术,已经成为广泛使用的全脑三维荧光成像技术,尤其在神经环路研究中。然而,这些技术在大尺寸样本成像、高通量全脑三维成像以及整合多组学分析等应用场景下存在一定的局限性。为解决上述问题,清华大学电子工程系、北京智源人工智能研究院与清华大学生命学院IDG麦戈文脑研究院合作设计搭建了一种全新的基于光声断层成像技术的全脑三维成像平台(PATTERN),能够实现大视野、快速及高灵敏度的全脑荧光成像,且能完好保持成像样本的原始物化特征和生物活性。该设计以PATTERN作为高兼容技术桥梁,研究者实现了对单一个体的跨模态全脑三维分析,包括与功能核磁共振成像(fMRI)、高精度全脑荧光成像以及空间转录组相结合,实现了个性化的全脑跨模态数据整合与联合分析,为其他脑分析技术提供了一种兼容性极强的三维荧光分析策略。该研究提出一系列创新,包括:利用光声信号漂白的时域特征进行高灵敏度荧光蛋白识别;采用多视角融合的成像策略获得三维各向同性分辨率;利用神经网络去除伪影提升信号的可靠性。PATTERN提供了一种新的光学方法来可视化全脑的荧光表达模式与神经投射结构,具有样品制备与成像过程无损、成像速度快、成像视野大的特点。利用PATTERN技术,研究人员实现了对小鼠、大鼠、雪貂和狨猴等多种动物的脑样本进行三维全脑成像与脑区结构的定量形态分析。进一步地,利用PATTERN成像视野大的优势,研究者可以对完整的小鼠中枢神经系统进行直接成像,在取出样品的30分钟内即可完成成像的全过程,获得全神经系统的结构信息与荧光信号分布。如图1所示,研究者展示了不同颜色荧光蛋白在大脑中的分布,清晰观测到从运动皮层向脊髓的对向投射的结构特征,并通过对样本进行切片,在常规光学显微镜下验证了结果的正确性。对单一个体的个性化多模态联合分析对各模态之间的兼容性以及最小化样品的损伤提出很高要求。PATTERN成像能够完整保留样品的生物生理特征,在获得三维光声图像之后,样品可以按照常规流程进行后续的生理生化分析。研究者展示了利用PATTERN成像结合空间转录分析的案例:利用外源表达AVV病毒载体,对小鼠海马体局部神经元敲低了对长期记忆形成非常重要的早期即刻基因c-fos的表达,进而联合PATTERN提供的三维荧光信息,和空间转录组分析获得的不同海马体亚区的基因表达特征,可以更轻松地对操纵区域与未操纵区域在学习前后的基因表达水平进行可视化。这一方面验证了与相关研究的高度一致性,另一方面还可以分析三维空间距离对不同亚区记忆相关基因表达的影响。通过结合不同生物分子的荧光指示物,可以利用PATTERN在三维空间中探究特定分子和不同位置神经元基因表达模式的关系,为多尺度、个性化理解大脑的功能与疾病提供全新的视角。 查看详细>>

来源:清华大学 点击量: 0

3 2024-05-16

烯烃氢甲酰化反应是当前化工行业最大的均相催化过程,需要使用均相金属配合物作为催化剂。为了避免使用昂贵的配体以及简化催化剂的回收流程,使用固体催化剂替代传统的金属配合物催化剂催化长链烯烃(C6-C12烯烃)的氢甲酰化反应一直是化学家追求的目标。近日,清华大学化学系刘礼晨副教授、清华大学燃烧能源中心/车辆与运载学院张亮副教授领衔的研究团队与中科院山西煤化所/中科合成油曹直研究员合作,成功破解了烯烃多相氢甲酰化反应中选择性的关键难题。通过使用分子筛作为“无机配体”,实现了长链烯烃氢甲酰化反应中超高的区域选择性,超越了几乎目前已报道的所有均相和多相催化剂。该研究不仅突破了多相长链烯烃氢甲酰化反应的选择性瓶颈,还提出了一种新的固体催化剂设计理念,即使用分子筛作为无机配体,实现对金属活性中心配位环境的调控。烯烃氢甲酰化反应是目前化工行业中体量最大的均相催化过程,通过将烯烃转化为醛类的物质,为下游诸多过程提供原料。据统计,全球每年氢甲酰化反应的产量超过1000万吨,连带下游产品的市场体量超过3000亿美金。市场对直链醛和其下游直链醇产品的需求日益增长,促使科学家们不断寻求能够提高直链/支链醛比例(l/b比)的催化剂。尽管多相催化剂在催化剂循环利用方面具有一定优势,但其在线性α-烯烃反应中的区域选择性远低于传统的均相催化体系,即使经过了全世界学术界和工业界几十年的研发,依然无法实现商业化应用。开发出纯无机固体催化剂实现长链烯烃的氢甲酰化,不仅具有重要的应用价值,也是一项基础研究上的巨大挑战。一般认为,固体催化剂的结构复杂性导致其无法获得超过均相配合物催化剂的性能。清华大学化学系和燃烧能源中心/车辆学院组成的联合研究团队通过理性设计MFI沸石结构,成功将亚纳米Rh簇精确限域在沸石的正弦型10MR通道内。实验结果表明,Rh-MFI沸石催化剂在处理线性α-烯烃(C6-C12烯烃)时展现出了前所未有的线性醛生成选择性,l/b比高达400以上。该纯无机固体催化剂的区域选择性超过了目前文献报道的所有的多相催化剂,甚至远超传统均相催化剂的性能指标。科研团队利用球差矫正透射电子显微镜和原位X-射线吸收谱和红外光谱等一系列先进的表征技术,揭示了Rh簇在沸石孔道内均匀分布的精细结构及精准尺寸控制。通过第一性原理计算对反应路径的模拟,揭示了Rh簇尺寸对催化活性与选择性的决定性影响,与实验观测结果高度吻合。进一步的,电子结构计算分析揭示了Rh簇与沸石骨架间独特的协同效应,阐明了其对线性产物选择性产生定向促进作用的内在机理。该研究不仅为长链α-烯烃的高效、高选择性氢甲酰化提供了一种创新性的多相催化方案,展示了其在实际工业化生产中的潜在应用前景,也为其他复杂反应体系中金属簇在多孔材料内的精准制备和催化应用提供了崭新的思路与技术范例。 查看详细>>

来源:清华大学 点击量: 2

4 2024-04-18

清华新闻网4月18日电(记者曲田摄影李派)4月17日下午,清华大学与中国远洋海运集团在工字厅东厅签署战略合作框架协议,聚焦人才培养、科研创新、产教融合开展深入合作。清华大学党委书记邱勇,中国远洋海运集团董事长、党组书记万敏出席并见证签约。清华大学副校长杨斌,中国远洋海运集团副总经理、党组成员陈扬帆代表双方签署协议。邱勇向中国远洋海运集团对校企合作的高度重视表示感谢。他说,清华大学牢记习近平总书记的殷殷嘱托,当前正深入实施《清华大学全面贯彻落实党的二十大精神行动方案》,持续深化改革,统筹推进三个2030中长期战略规划,深刻把握发展新质生产力的实践要求,奋力推动学校高质量发展不断取得新成效。中国远洋海运集团是全球最大的航运企业,多年来聚焦核心主业、实施全球化布局,取得了令人瞩目的成绩。双方签署战略合作框架协议正当其时、恰逢其势。面向未来,期待双方着眼长远,进一步加强战略对接,在人才培养输送、产学研协同创新、国际交流合作等方面不断拓展合作新赛道,更好服务国家发展大局,为强国建设、民族复兴贡献力量。万敏介绍了中国远洋海运集团发展战略和项目布局相关情况。他说,服务国家战略、推进国际合作和全球化发展,是中国远洋海运集团义不容辞的责任。当前,集团正加快数字智能、绿色低碳转型,致力于打造全球绿色数智化综合物流供应链服务生态,创建世界一流航运科技企业。清华大学是历史悠久的高等学府,多学科综合特点突出,高层次研究人才聚集,高水平科学实验设施完备,长期以来为我国政治、经济和社会发展提供了重要的人才和科技支撑。希望通过此次战略合作,双方能够更好地实现校企资源的优势互补,进一步推动科研平台建设,加强科技创新合作,深化党建与人才交流,为加快建设交通强国、航运强国作出新的更大贡献。根据协议,双方将面向推进新型工业化、培育新质生产力的国家重大发展战略,以“校企联动、优势互补、协同创新、合作共赢”为原则,聚焦数字智能、绿色低碳等重点方向,探索创新校企合作模式,共建高水平科技创新平台,加强关键核心技术联合攻关,开展高层次人才交流培养,推进产学研深度融合,加强科技成果转化应用,共同推进产业转型升级,助力双方实现高质量发展。会前,万敏一行先后调研了清华大学网络科学与网络空间研究院、计算机系和工业工程系,参观了相关实验室和校史馆。中国远洋海运集团人力资源本部、数字化转型本部、人力资源中心有关负责人,清华大学党政办、研究生院、科研院、国内合作办、学生职业发展指导中心等相关部门负责人参加有关活动。 查看详细>>

来源:清华大学 点击量: 12

5 2023-12-28

近日,国际计算机协会安全专委会(The ACM Special Interest Group on Security,Audit and Control,简称ACM SIGSAC)在丹麦哥本哈根宣布了2023年度ACM SIGSAC博士论文奖获得者。计算机系网络研究所2022届博士毕业生冯学伟的学位论文“网络协议中的跨层交互安全问题研究”(Exploring the Security Implications of Cross-Layer Interactions in Network Protocols)荣获ACM SIGSAC博士论文奖亚军(SIGSAC Doctoral Dissertation Award Runner-Up),指导教师为计算机系徐恪教授。这是ACM SIGSAC博士论文奖自2014年设立以来,首次有来自亚太地区的入围者。该论文从分层网络模型的“层间交互”这一新角度切入,系统性地研究发现了Wi-Fi、5G、IP、TCP等基础网络协议在层间交互过程中出现的多个隐蔽高危漏洞,并给出了一体化的防御方案。相关研究成果发表于国际电气电子工程师学会安全与隐私会议(IEEE S&P)、USENIX安全会议(USENIX Security)、互联网协会网络与分布式系统安全会议(NDSS)、国际计算机协会计算机与通信安全会议(CCS)等安全领域顶级会议,并获得CCS2020最佳论文提名奖以及首届国际基础科学大会前沿科学奖。ACM SIGSAC是国际计算机协会安全领域的唯一专业性组织。ACM SIGSAC博士论文奖旨在表彰全球范围内对计算机安全、审计和控制领域作出杰出贡献的博士论文。 查看详细>>

来源:清华大学 点击量: 21

6 2023-12-07

DNA拓扑结构变化可调控R-loop的动态平衡,与基因组稳定性密切相关。DNA拓扑异构酶1(TOP1)作为真核生物高度保守的拓扑异构酶,其特异性抑制剂CPT(camptothecin)可诱导基因组R-loop的积累,并导致基因组不稳定。然而,目前对于基因组拓扑结构变化如何影响R-loop水平进而调控基因组稳态的机制仍然未知。11月27日,清华大学生命学院孙前文实验室在《自然·通讯》(Nature Communications)期刊上发表了题为“DNA聚合酶ε协调基因组拓扑状态和R-loop的形成以保持拟南芥基因组的完整性”(DNA polymeraseεharmonizes topological states and R-loops formation to maintain genome integrity in Arabidopsis)的研究论文,揭示了拟南芥中DNA聚合酶ε参与调控topoR-loop动态变化和DNA复制进程,进而维持基因组完整性的分子机制。作者首先在拟南芥中应用TOP1抑制剂(TOP1i,TOP1 inhibitor)建立了一个反映R-loop水平与基因组拓扑状态的监测系统,发现CPT处理可显著促进根尖组织中基因组R-loop(拓扑结构发生改变导致的R-loop变化,简称为topoR-loop)水平和DNA断裂标记γH2AX水平的升高,并最终抑制根生长。利用CPT进行反向遗传筛选发现DNA损伤修复激酶ATM的突变对CPT尤其敏感,基因组R-loop水平积累尤为显著,根的生长受到严重抑制。在ATM突变体基础上利用该系统筛选鉴定出负责先导链合成的DNA聚合酶ε催化亚基POL2A的突变,可恢复ATM中TOP1i诱导的topoR-loop积累和DNA损伤。深入研究发现POL2A可抑制DNA复制起始位点附近topoR-loop的积累,并降低CPT处理后正在进行DNA复制的细胞中的DNA损伤水平。该研究表明,DNA聚合酶ε可响应基因组拓扑结构变化,协同调控R-loop动态变化和DNA复制进程,从而维持基因组的完整性。该发现对深入理解人类癌症化疗过程中ATM缺陷导致TOP1i靶向药物耐药性的机制提供了重要信息,同时为联合使用DNA损伤药物和分层治疗提供可能的新策略。清华大学生命学院2016级博士李沁为论文第一作者,孙前文副教授为论文通讯作者。该研究得到实验室成员周劲聪博士、李帅博士、张卫峰博士、李宽博士,2017级博士生杜盈雪,以及复旦大学王应祥教授的帮助。研究得到国家自然科学基金、国家科技部基金、清华-北大生命科学联合中心的资助。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-023-43680-7#Sec2 查看详细>>

来源:清华大学 点击量: 1

7 2023-11-16

近日,清华大学物理人才培养“攀登计划”启动仪式在西阶教室举行。清华大学党委书记邱勇、副校长彭刚,“攀登计划”首席教授、中国科学院院士朱邦芬,“攀登计划”指导委员会主任钱颖一和部分委员等出席启动仪式。“攀登计划”提出者、诺贝尔物理学奖获得者、清华大学教授杨振宁视频致辞。杨振宁在视频致辞中指出,物理学的前沿发展方向非常多,分为原理性的和应用性的,二者都会对物理学未来二三十年的发展有很大贡献。杨振宁对参加“攀登计划”的学生寄予厚望,希望大家学有所成。邱勇表示,清华大学在杨振宁先生等人的倡议下,启动物理人才培养“攀登计划”,是深入贯彻落实习近平总书记重要讲话精神,服务高水平科技自立自强、高质量基础学科人才培养的重要举措。清华大学历来高度重视基础学科人才培养工作,物理系在传承优秀育人传统基础上,先后创办基础科学班和清华学堂物理班,在长期办学实践中积累了基础研究人才培养的宝贵经验。面向未来,学校将坚定“中国教育是能够培养出大师来的”的自信,不断完善高水平人才培养体系,持续推动基础学科人才培养改革。希望物理系坚持自由探索研究和目标导向研究“两条腿走路”,实现更多原始创新突破,全面提高人才自主培养质量,为国家源源不断培养基础学科领域未来学术领军人才。邱勇勉励“攀登计划”的首届同学们,要坚定理想信念,深怀爱党爱国之心,传承弘扬清华光荣传统,主动培养科学精神、创新能力和批判性思维,探究真学问,勇攀新高峰,努力成长为可堪大用、能担重任的栋梁之材。钱颖一分享了对清华物理学科发展历史和脉络的认识,并表示,在清华物理学科的建立发展过程中,学科传统和育人理念都得到了很好的传承和发展。通过分享对“攀登”一词的理解,他寄语同学们在思考如何攀登的同时,也要思考为什么攀登,并勉励同学们始终坚守学习物理学和攀登科学高峰的初心。北京大学物理学院院长高原宁对“攀登计划”启动表示祝贺。他说,清华大学物理系在核心课程建设、教育教学改革、学术氛围营造等方面积累了一系列有益有效的经验,对物理学科拔尖创新人才培养起到了积极的示范带动作用。希望双方继续深化合作,在拔尖创新人才自主培养、服务国家重大战略等方面作出新的重要贡献。朱邦芬向“攀登计划”倡导者杨振宁先生致以敬意,向一直以来关心支持物理学科人才培养的各界人士表示感谢。他说,清华大学物理系将努力传承“教育救国”“科学救国”的精神,在继承基础科学班和清华学堂物理班成功经验的基础上,把培育拔尖创新人才的工作不断推向前进。他鼓励同学们要提高对探索未知世界的兴趣,增强为祖国为人民攀登世界科学高峰的历史使命感,找到合适的前沿研究领域,努力成长为基础科学的世界一流人才。物理系主任段文晖表示,清华大学物理系一直努力创造条件,全方位营造良好的育人环境,以利于有潜质的优秀人才脱颖而出。未来,物理系将认真落实“攀登计划”培养方案,通过选配学业导师、制定个性化培养方案、提升国际化培养水平等方式,为同学们成长成才营造良好环境。希望同学们勇攀科学高峰,为国家富强、人类进步贡献智慧和力量。“攀登计划”学生代表王浩晨表示,作为“攀登计划”首届学生,对有机会深入前沿领域探索未知感到十分振奋,将和同学们一道,传承清华物理人敢于创新、乐于奉献的精神,以求知之心、克难之勇、报国之志,努力成为可堪大用的栋梁之材。清华大学相关职能部门负责人,国内部分中学教师代表,“攀登计划”学业导师,首批“攀登计划”全体学生参加启动仪式。启动仪式结束后,“攀登计划”指导委员会部分委员和全国部分重点中学校长及物理教师在第二教学楼会议室参加了“攀登计划”人才培育研讨会,就“攀登计划”人才培养方案、拔尖创新人才培养的大中衔接、学生科学思维和创新性思维培养等问题进入了深入交流和讨论。清华大学物理人才培养“攀登计划”由杨振宁先生提出,朱邦芬先生领衔,旨在培养物理学和以物理学为基础的高科技领域一流创新人才,使之成为世界科技发展的引领者开拓者。这是清华大学在拔尖创新人才培养上的又一新举措。2023年4月,清华大学正式发布“攀登计划”招生办法,首届学生于2023年8月入学。 查看详细>>

来源:清华大学 点击量: 9

8 2023-11-06

11月5日,清华大学与深圳市人民政府全面深化合作协议签署仪式在深圳举行。清华大学党委书记邱勇,深圳市委副书记、市长覃伟中出席并见证签约。仪式前,邱勇为深圳市高校领导干部、科研机构与科技企业代表,以及全市教育、科技、人才相关部门负责同志作了题为“牢记嘱托乘势而上推动高等教育和科技创新先行示范”专题报告。深圳市委常委、组织部部长程步一,副市长陈清,市政府秘书长高圣元,清华大学副校长姜培学参加有关活动。根据协议,双方将围绕服务国家重大战略,按照“互惠共赢、深化合作、协同创新、务求实效”的原则,充分发挥深圳市场化、法治化、国际化开放创新优势和清华大学教育、科技、人才优势,高水平建设清华大学深圳国际研究生院、深圳清华大学研究院,持续深化在人才培养、科技创新、平台建设、科技成果转化、人才输送、智库咨询等领域的务实合作,以更多互利共赢合作发展新成果,为建设教育强国、科技强国、人才强国作出积极贡献。邱勇在专题报告中运用详实的数据和丰富的案例,生动阐释了在建设教育强国新征程上高等教育的使命任务,深入分析了科技创新面临的机遇挑战。他说,高等教育要在落实立德树人根本任务、建设高质量教育体系、服务高质量发展、推进高水平对外开放等方面积极发挥龙头作用,既要遵循教育的长周期规律,也要主动把握改革机遇、推动系统性跃升和质变。实现高水平科技自立自强,必须完善大学创新体系和产业创新体系,更好发挥大学和企业创新双引擎作用,集聚优秀人才,培育创新文化,增强教育、科技、人才共同推动高质量发展的倍增效应。“一座创新型城市一定要有能够支撑创新型城市发展的一流大学。一所世界一流的创新型大学,必将成为一个创新型城市最靓丽的名片。”邱勇说,深圳是粤港澳大湾区建设的核心引擎,高等教育和科技创新前景广阔、未来可期。清华期待与深圳一同努力回答好“强国建设,高等教育何为、科技创新何为”的时代命题,相信永葆“闯”的精神、“创”的劲头、“干”的作风,先行示范的深圳一定会创造出新的更大奇迹。覃伟中主持报告会并代表深圳市委市政府对专题报告和清华大学对深圳改革开放、创新发展的关心支持表示感谢。他强调,全市各区各部门各高校要深入学习贯彻习近平总书记关于教育的重要论述,全面贯彻党的教育方针,牢牢把握社会主义办学方向,落实立德树人根本任务,更加积极主动服务建设教育强国、科技强国、人才强国,以先行示范标准和担当加快建设教育强市,坚持走高等教育高水平、特色化、内涵式发展道路,深化高等教育改革创新,探索拔尖创新人才培养机制,持续深化产教融合、科教融汇,推动创新链产业链资金链人才链深度融合,打造具有全球重要影响力的产业科技创新中心,努力为深圳在推进中国式现代化建设中走在前列、勇当尖兵,提供强有力的人才支撑和智力支持。深圳市高校领导班子、科研机构与科技企业代表,以及全市教育、科技、人才相关部门负责同志约1000人现场聆听报告。深圳先进技术研究院副研究员高蓉康说,邱勇老师的讲座让自己进一步加深了对教育、科技、人才一体化发展的认识。作为扎根深圳的一名科研人员,要传承深圳改革创新基因,努力为解决关键领域“卡脖子”问题贡献力量。清华大学深圳国际研究生院副教授王希林说,邱勇老师给我们上了思想极其深刻的一课,牢记嘱托是乘势而上的根基与主脉,乘势而上是牢记嘱托的具体体现。只有发展适合深圳经济社会需要的教育体系,才能充分体现“先行示范”。 查看详细>>

来源:清华大学 点击量: 3

9 2023-10-30

1965年,英特尔创始人之一戈登·摩尔提出影响芯片行业半个多世纪的“摩尔定律”:预言每隔约两年,集成电路可容纳的晶体管数目便增加一倍。半导体领域按摩尔定律繁荣发展了数十年,“芯片”,成为人类迈入智能时代的重要引擎。然而随着晶体管尺寸接近物理极限,近十年内摩尔定律已放缓甚至面临失效。如何构建新一代计算架构,建立人工智能时代的芯片“新”秩序,成为国际社会高度关注的前沿热点。针对这一难题,清华大学自动化系戴琼海院士、吴嘉敏助理教授与电子工程系方璐副教授、乔飞副研究员联合攻关,提出了一种“挣脱”摩尔定律的全新计算架构:光电模拟芯片,算力达到目前高性能商用芯片的3000余倍。相关成果以“高速视觉任务中的纯模拟光电芯片”(All-analog photo-electronic chip for high-speed vision tasks)为题,以长文(article)形式发表在《自然》(Nature)期刊上。如果用交通工具的运行时间来类比芯片中信息流计算的时间,那么这枚芯片的出现,相当于将京广高铁8小时的运行时间缩短到8秒钟。2023年诺贝尔物理学奖授予了阿秒激光技术。作为人类已知的宇宙中最快速度之一,许多超高速物理领域都少不了光的身影。然而科学家们用光来做计算,并不是一件容易的事。当计算载体从电变为光,就需要利用光传播中携带的信息进行计算。数年来海内外知名团队相继提出多种设计,但要替代现有电子器件实现系统级应用,仍面临许多国际难题:一是如何在一枚芯片上集成大规模的计算单元,并且约束误差累计程度;二是如何实现高速高效的片上非线性;三是为兼容目前以电子信号为主体的信息社会,如何提供光计算与电子信号计算的高效接口。如果不能解决这几个问题,光计算就难以真正替代当前的电子芯片,在信息社会大展身手。在这枚小小的芯片中,清华大学攻关团队创造性地提出了光电深度融合的计算框架。从最本质的物理原理出发,结合了基于电磁波空间传播的光计算,与基于基尔霍夫定律的纯模拟电子计算,“挣脱”传统芯片架构中数据转换速度、精度与功耗相互制约的物理瓶颈,在一枚芯片上突破大规模计算单元集成、高效非线性、高速光电接口三个国际难题。实测表现下,光电融合芯片的系统级算力较现有的高性能芯片架构提升了数千倍。然而,如此惊人的算力,还只是这枚芯片诸多优势的其中之一。在研发团队演示的智能视觉任务和交通场景计算中,光电融合芯片的系统级能效(单位能量可进行的运算数)实测达到了74.8 Peta-OPS/W,是现有高性能芯片的400万余倍。形象地说,原本供现有芯片工作一小时的电量,可供它工作500多年。目前限制芯片集成极限的一个关键因素,就是过高密度带来的散热难题。而在超低功耗下运行的光电融合芯片将有助于大幅度改善芯片发热问题,为芯片的未来设计带来全方位突破。更进一步,该芯片光学部分的加工最小线宽仅采用百纳米级,而电路部分仅采用180nm CMOS工艺,已取得比7纳米制程的高性能芯片多个数量级的性能提升。与此同时,其所使用的材料简单易得,造价仅为后者的几十分之一。科幻电影《流浪地球》中,人工智能系统Moss仅几秒钟便可遍历所有拯救地球的方案。在清华大学团队提出的超高性能光电芯片下,“未来计算机”的诞生似乎已不再遥远。光电融合的新型架构,不仅开辟出这项未来技术通往日常生活的一条新路径,还对量子计算、存内计算等其他未来高效能技术与当前电子信息系统的融合深有启发。论文通讯作者之一戴琼海院士介绍道:“开发出人工智能时代的全新计算架构是一座高峰,而将新架构真正落地到现实生活,解决国计民生的重大需求,是更重要的攻关,也是我们的责任。”《自然》期刊特邀发表的该研究专题评述也指出,“或许这枚芯片的出现,会让新一代计算架构,比预想中早得多地进入日常生活。”清华大学戴琼海院士、方璐副教授、乔飞副研究员、吴嘉敏助理教授为本文的共同通讯作者,博士生陈一彤、博士生麦麦提·那扎买提、许晗博士为共同第一作者,孟瑶博士、周天贶助理研究员、博士生李广普、范静涛研究员、魏琦副研究员共同参与研究。该课题得到科技部2030“新一代人工智能”重大项目、国家自然科学基金委基础科学中心项目等的支持。论文链接:https://doi.org/10.1038/s41586-023-06558-8 查看详细>>

来源:清华大学 点击量: 5

10 2023-10-25

北京时间10月24日,美国物理学会在其官网上宣布,中国科学院院士、清华大学教授、南方科技大学校长薛其坤获得2024年度巴克利奖。这是该奖项自设立以来首次颁发给中国籍物理学家。巴克利奖被公认为国际凝聚态物理领域的最高奖,旨在表彰在凝聚态物理领域作出卓越贡献的科学家。清华大学24日下午发布消息称,薛其坤凭借拓扑绝缘体研究和在拓扑绝缘体中发现量子反常霍尔效应的创新突破而获此殊荣。巴克利奖的授予,是国际物理学界对薛其坤和他所率领的研究团队多年来在拓扑绝缘体及量子反常霍尔效应相关领域持续深耕的高度认可。量子反常霍尔效应是凝聚态物理中的一个重要量子效应。长期以来,使其“现身”并实现实验观测难度极大,是各国研究者奋力追寻的科学目标。2009年起,薛其坤联合来自清华大学物理系、中国科学院物理研究所、美国斯坦福大学的多个研究组,组成攻关团队,从拓扑绝缘体研究方向尝试攀登这座科学高峰。2012年底,薛其坤和团队终于从实验上首次成功观测到量子反常霍尔效应。该成果于2013年3月在《科学》杂志发表,被审稿人称为“凝聚态物理界一项里程碑式的工作”。“科研成果的取得,得益于改革开放以来国家科技实力持续壮大和基础科学研究的长期深厚积累。这一荣誉,属于团队当中的每一位研究者,更属于所有的中国科学家。”薛其坤在获奖后表示,相信未来中国会有越来越多引领国际发展的科学发现和成果涌现。 查看详细>>

来源:清华大学 点击量: 12

版权所有@2017中国科学院文献情报中心

制作维护:中国科学院文献情报中心信息系统部地址:北京中关村北四环西路33号邮政编号:100190