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      南京大学物理学院依托于国仪量子研发的金刚石量子计算教学机实验课程2019年10月17日正式开课。

1、教学机开课

南大校徽

      为了推进量子力学学科建设，完善和创新学科教学内容、教学方法、教学手段，实现量子力学的基础教学以及量子技术人才的教育与培养，南京大学本学期正式开设了与量子理论教育紧密结合的依托于金刚石量子计算教学机的实验课程。

实验课程现场

       该实验课程内容丰富，涵盖了众多量子力学的基础理论与经典实验，课程内容包括有：连续波实验、拉比振荡实验、T2实验、回波实验、DJ算法实验以及自由实验等。

近十多年来量子信息处理成为快速发展的新兴研究领域，如何为量子计算的未来储备人才，引起物理界和教育界的特别关注，与此同时各国政府也在积极推出政策支持量子技术的研究与教育。

2、第二次量子革命

      2014年，英国《自然》杂志吹响“第二次量子革命”的号角。以量子信息技术为代表的量子调控，是量子力学的Z新发展，其带来了“第二次量子革命”。人类对量子世界的探索已从单纯“探测时代”走向主动“调控时代”，成为解决人类对能源、环境、信息等需求的重要新手段、新技术。

      2018年9月，美国发布了量子信息发展国家战略书，特别强调了量子技术和量子科技在国家战略中的重要性。欧盟从2018年开始，投入10亿欧元实施“量子旗舰”计划。

牛津大学

       英国早在2014年就发布了量子科技发展蓝图并在牛津大学等高校建立量子研究ZX，投入约2.5亿美元培养人才。

      我国也在《“十三五”国家科技创新规划》中强调了量子技术发展的重要性，量子通信与量子计算被列为“十三五”科技规划100项重大技术与工程项目的前三位。

3、国内外现状

谷歌量子技术团队

      近日中外媒体纷纷报道，谷歌公司在一篇论文中宣称已成功演示“量子霸权”，其研发的量子系统只用了约200秒就完成了经典计算机大约需要1万年才能完成的计算任务，这一划时代的技术进展是量子计算研究也是量子技术应用的一个重要里程碑。

      谷歌已率先宣称实现“量子霸权”，IBM亦成功研制50多比特的量子计算机原型，虽然技术离真正付诸实用都还尚需时日，但美国已经在考虑对量子计算等技术领域设置出口禁令，我们不禁要问ZG如何在未来的量子技术应用领域不被外国“卡脖子”并实现lingxian？

各大公司布局量子技术

      近年来，一方面国内各大高校、科研院所不断加大科研投入，华为、腾讯、阿里巴巴等公司也在布局量子技术应用相关平台，另一方面随着量子科研的不断深入，各大高校的量子教育也在加大投入与创新，这其中，有百年历史的南京大学物理学院是国内Z早依托金刚石量子计算教学机对量子力学和量子计算进行创新实验教学和探索的高等院校之一。

4、量子教育

      现阶段，与量子技术快速发展不相适应的是，我国量子技术从业人员严重缺乏，工程技术人员对量子技术的理解不够深入、实操能力不足，这些已成为限制该技术发展和应用的严重瓶颈。

量子力学大师普朗克

       物理定律不能单靠“思维”来获得，还应致力于观察和实验。——普朗克

      人才的匮乏源于教育的缺失，更源于教育方式的桎梏，虽然目前很多高校开设了量子力学相关课程，但是现有的课程和教材从思维模式和体系结构上，大多侧重讲述物理原理和基础方案的验证性实验，缺乏类似工科专业教学的案例、教材和实验资源。

      量子力学的教育，离不开量子理论和实验的紧密结合。推进量子力学学科建设，完善和创新学科教学内容、教学方法、教学手段，不仅符合我国建设量子技术强国的国家需求，还能解决高校量子技术相关应用型人才培养的实际问题。

作为我国高等院校中创立Z早的物理学科之一的南京大学走在了这方面国内的前沿，2019年10月17日依托于国仪量子金刚石量子计算教学机的实验课程在南京大学物理学院正式开课。

5、南京大学物理学院

      南京大学物理学院是国家物理学基础学科人才培养基地，大学物理教学实验ZX是国家物理学基础学科人才培养基地和国家物理实验教学示范ZX。

百年南大

      南京大学物理学科创立于1915年的南京高等师范学校（物理学系建立于1920年），是我国高等院校中创立Z早的物理学科之一。

      百年来，南京大学物理学院追求zhuo越，名家辈出，为我国物理学发展作出了重要贡献，成为我国Z有影响的物理学科之一。在南京大学学习和工作过的老一辈物理学家有吴有训、严济慈、赵忠尧、施汝为、陆学善、余瑞璜、吴健雄、朱光亚、程开甲、杨澄中、魏荣爵、汤定元、冯康等数十位中科院和工程院院士。

6、单电子固态量子计算实验

      南京大学物理学院的金刚石量子计算教学机实验课程命名为《单电子固态量子计算实验》，由黄璞老师和孔煕老师授课，课程自10月17号正式开课，每周四周五下午和晚上上课。一周共4批次课程，每次4个课时，一人上两次共8课时完成实验课程。实验课程本学期一经推出就受到学生的热情关注，共有120多人成功选修该课程。

实验课程剪影

      物理学院的同学普遍表示通过教学机生动形象的实验课程学习，让他们更加深入理解了量子力学的相关知识，课程的开设得到了学校师生的一致好评。

7、金刚石量子计算教学机

      金刚石量子计算教学机是国仪量子为了更好地促进量子力学和量子计算相关的教学，推出的diyi款、面向大众的基于金刚石中NV色心，以自旋磁共振为原理的设备，通过控制光、电、磁等基本物理量，实现对NV色心发光缺陷的自旋进行量子操控和读出，从而实现量子计算等功能的教学仪器。

教学机功能丰富

      金刚石量子计算教学机可以帮助和促进高校、科研机构在开设、优化大学物理实验课、近代物理实验课、量子信息科学专业课程的相关工作，方便教师展示教学，激发学生的兴趣和想象力，提高学科水平和教学质量。

      基于金刚石量子计算教学机，国仪量子可以提供包括实验室建设、教学讲义、教学视频、教学课件、示范课培训等量子计算教学相关的整体配套解决方案，让学校和老师们更轻松的开设相关实验课程。

在近日谷歌宣称实现“量子霸权”的背景下，南京大学金刚石量子计算教学机实验课程的顺利开课对我国探索量子技术发展与应用具有十分积极的影响，对国仪量子在量子领域的深入研发、对南京大学在量子教育的发展创新也都有重要的意义，未来，国仪量子也将与包括南京大学在内的国内各大高校院所共同努力、砥砺前行，为量子技术人才的培养与教育、为ZG高科技的发展与创新、为量子技术科学强国做出更多贡献！

注：部分信息及图片来源于网络和南京大学官网

量子阱是指由2种不同的半导体材料相间排列形成的、具有明显量子限域效应的电子或空穴的势阱。量子阱器件，即指采用量子阱材料作为有源区的光电子器件。

一、量子阱的构造 

如下图，量子阱器件的基本结构是两块N型GaAs附于两端，而中间有一个薄层，这个薄层的结构由AlGaAs-GaAs-AlGaAs的复合形式组成。在未加偏压时，各个区域的势能与中间的GaAs对应的区域形成了一个势阱，故称为量子阱。电子的运动路径是从左边的N型区（发射极）进入右边的N型区（集电极），中间必须通过AlGaAs层进入量子阱，然后再穿透另一层AlGaAs。量子阱器件虽然是新近研制成功的器件，但已在很多领域获得了应用，如量子阱红外探测器、GaA s、InP基超晶格、量子阱材料、量子光通讯和量子结构LED等，而且随着制作水平的提高，它将获得更加广泛的应用。

量子阱的基本结构

二、量子阱的微观世界

量子阱材料一般使用分子束外延(molecular beam epitaxy ,简称 MBE)或金属有机氧化物化学气相沉积法(MOCVD)技术制备，对于量子阱材料界面结构的观察，晶体生长过程中出现的诸如层错，位错等缺陷的形成、特性及其分布等，我们一般利用高分辨透射扫描电镜(TEM)来观察，从而确定材料微观结构参数与器件宏观性能参数间的关系。众所周知，透射样品制备要求严格，制样困难，首先要将样品膜面利用进行对粘，再继续线切割为3mm×1mm；其次采用砂纸将样品打磨抛光使其厚度为60μm 左右，再抛光至 20μm；ZH使用离子减薄仪将样品轰击为10nm以下。这个过程技术要求高，每一步都需要经验，不是一般人都可以做的，而且成本较高；而扫描电镜相比较而言，样品制备简单，导电样品直接用导电胶固定在样品台上，放入腔室内进行观察，对于不导电样品，我们也有自己的解决方案，一配备离子溅射仪，即喷金，二采用低电压模式，低电压成像是现代场发射扫描电镜的技术发展趋势，低电压成像可以呈现样品极表面细节、可以减少不导电样品的荷电（放电）现象、可以减少电子束对样品的损伤。

对于薄膜材料更是如此，下面就是我们来看看采用蔡司sigma 500所测的量子阱材料，我们得到了10万和15万倍下的量子阱的背散射图片，可以看出样品界面出现了亮暗程度不同的衬度带，各层分界清楚，界面平整，层分布精度高，周期性好，厚度为 68.11nm，阱和势垒交替出现，从而确定周期厚度。