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《欧洲研究人员提出降低量子噪声的新设计》

  • 来源专题：集成电路
  • 编译者： shenxiang
  • 发布时间：2021-03-05

  • 据PHYS网2月18日消息，德国于利希研究中心、亚琛工业大学、瑞士巴塞尔大学和荷兰代尔夫特理工大学研究人员组成的一个联合团队提出一项降低量子噪声的新设计。为了以可靠的方式对量子信息进行编码，研究人员通常将几个不完美的量子位组合在一起以形成逻辑量子位。但这种方式非常复杂，难以运用于多量子位的量子计算系统。联合团队在两个超导设备之间安装回旋器，以形成一个无源纠错电路。这种电路具备固有的故障保护能力，可以主动消除量子位产生的噪声。该研究有望为多量子位的通用量子计算机铺平道路。

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相关报告

  • 《欧洲能源研究联盟发布核能材料战略研究议程》
    • 来源专题：中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者：guokm
    • 发布时间：2019-08-05
    • 近期，欧洲能源研究联盟（EERA）发布《可持续核能材料战略研究议程》 ，确定了欧盟将要开展的核能材料研究路线，以确保为欧盟第四代核反应堆的设计、许可、建设和安全长期运行提供合适的结构材料和燃料材料，促进第四代核反应堆的商业部署。本次议程提出了重点开展结构材料和燃料材料两个主题研究，具体内容如下： 一、反应堆结构材料研究 1、材料的性能机理研究 （1）金属材料的高温力学行为和性能衰退研究：实验和模拟结合研究金属材料（奥氏体钢、马氏体铁素体双相钢、镍基合金等）的高温蠕变特性，分析材料的蠕变机制，金属材料的循环塑性和疲劳测试研究，并收集相关实验数据；开展金属材料的蠕变-疲劳损伤及断裂机制分析；金属材料高温强度研究。 （2）冷却剂和结构材料的环境匹配性研究：针对液态金属（如奥氏体钢）冷却，开展液态金属的腐蚀核防护技术研究；液态金属脆裂失效机制研究。 （3）结构材料辐射效应：针对结构材料的辐射损伤问题如辐照肿胀与蠕变现象、辐照硬化与脆化、辐照疲劳与蠕变相互作用等开展系统研究，以研究出相关的防护技术提升材料的使用寿命。 （4）焊接件质量评估：研究焊接件在反应堆的温度、压力和强辐照条件下的稳定性和相容性问题，提升焊接工艺，改进焊接质量。 2、先进结构材料的模型和表征 （1）结构材料的微结构和微化学演变研究：对高温高压高辐射环境下材料的微观组织、结构变化过程（如辐射硬化和脆化、辐射诱导的材料组分分离和沉积等）进行表征和研究。 （2）辐照后的材料机械行为研究：利用高能离子束模拟研究，了解和预测辐射损伤诱发的结构材料物理机械性能下降（如循环塑性和疲劳、蠕变-疲劳损伤相互作用）的复杂机械行为。 （3）材料断裂机理研究：开发计算机模型，动态拟合材料断裂整个过程，探究材料起裂、裂缝传播作用机理。 （4）陶瓷/复合材料性能研究：利用先进的成像和计算机模拟技术对反应堆使用的陶瓷材料/复合材料的耐高温、耐腐蚀、耐辐射的物理化学特性进行测试研究。 3、先进结构材料研发 （1）结构材料制备工艺：开发更加高效、简洁、经济的结构材料制备工艺（如可以引入3D打印技术），减少材料的制造周期和成本。 （2）奥氏体钢性能改善：通过添加少量的添加剂，减少点缺陷，开发出辐照肿胀和热膨胀系数更低的奥氏体钢，降低材料的抗辐照肿胀性。 （3）马氏体铁素体双相钢（F/M钢）：开发新的制备工艺，制造出具备耐高温、良好的抗辐照肿胀性的氧化物弥散强化F/M钢；开发新的氧化物弥散强化F/M钢焊接工艺；研发新的防氚渗透耐蚀绝缘涂层材料。 （4）SiC核包壳材料的开发和性能分析：开发高性能的SiC核包壳材料，发展标准化的测试手段（如利用扫描电镜、透射电镜、热导率表征手段等）来研究中子辐照SiC核包壳材料缺陷分析；探究材料的抗高温氧化性能和抗腐蚀性。 （5）耐火合金材料：研发新的Mo元素掺杂的V-Cr-Ti合金熔炼制备技术，提升材料的高温强度（耐火性）、抗中子辐照肿胀、耐腐蚀特性等。 （6）新型核结构材料：研发新型、能够抵抗更高温度和更大辐照剂量的多元高熵合金材料，探索不同元素组合对材料性能的影响；通过对材料组分和材料微结构的调控，改善新型MAX相结构材料（即新型三元陶瓷材料）的耐腐蚀、抗辐照和耐高温性能。 二、反应堆燃料材料研究 1、材料性能机理研究 （1）高熔点核燃料材料：开发熔点更高、物理化学性质稳定的新型燃料棒材料，提升安全裕度。 （2）原子传输和微结构演化研究：探究辐照环境下，核燃料点缺陷的形成、扩散行为机理研究；探究在核反应堆环境中材料微结构的演变规律，及其对结构稳定性、力学性能特性影响。 （3）裂变产物研究：针对反应堆本体一回路裂变产物（如氦、氪、氙等放射性气体以及其他放射性微粒等）开展产物的微观行为的多尺度研究，探明裂变产物的微观行为机制； （4）核燃料包壳相互作用研究：由于包壳面临核燃料芯体，包壳内壁受到裂变气体压力、腐蚀和燃料肿胀以及吸氢致脆等包壳与芯块的相互作用等危害，任其发展可导致包壳破损，引起安全问题，因此需要对此开展研究，探索解决方案。 2、核燃料材料的模型和表征 （1）核燃料熔点研究：利用激光加热手段来研究不同组分对核燃料熔点的影响；用量热法研究各种非化学计量比的燃料样品的熔点；利用仿真模拟方法从原子尺度计算不同组分对材料熔点的影响。 （2）辐射缺陷和原子输运：综合利用各类表征手段，如量热法、电导率测试、拉曼光谱等，研究各种非化学计量比核燃料材料辐照点缺陷形成和扩散机理研究；利用仿真模拟方法从原子尺度计算不同组分对材料辐射缺陷形成的影响。通过热量测试，研究辐照增强扩散效应的研究。 （3）裂变产物研究：通过热量测试，对不同组分核燃料裂变产物（如氦、氪、氙等放射性气体以及其他放射性微粒等）的辐照增强扩散行为进行研究；开发相关的仿真模型研究裂变产物的热力学行为。 （4）机械特性研究：开发相关仿真模型从原子尺度研究辐照肿胀和蠕变对材料机械性能的影响，并开展相关的实验研究。 3、先进核燃料材料开发 （1）氧化物核燃料：开发新工艺，通过组分调控优化进而实现对微结构的调控，制备高性能的钚铀混合氧化物核燃料，提高资源的利用率，解决核燃料资源不足的问题。 （2）新型燃料开发：开发新型的氮化、碳化铀系核燃料，并通过完整的物理、化学、机械等测试手段对新材料性能进行全面的表征。研究新燃料和包壳及冷却剂之间的相互作用。开发热化学模型，研究核燃料氧化机制。关注熔盐反应堆，开发新型熔盐以更有效地加载核燃料和发挥冷却效果（熔盐自身既是加载核燃料的载体，同时也是冷却剂）。
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  • 《欧洲深部地热技术创新平台发布战略研究与创新议程》
    • 来源专题：中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者：guokm
    • 发布时间：2019-08-06
    • 近期，欧洲深部地热技术与创新平台（ETIP-DG）发布深部地热战略研究与创新议程 ，确定了欧盟在地热领域未来数十年的研发优先事项，以到2050年实现欧盟的深部地热发展愿景。ETIP-DG由欧盟委员会在“战略能源技术规划”（SET-Plan）框架下于2016年创建，汇集了工业界、学术界和行业协会的代表，涵盖深部地热勘探、生产和利用的价值链，旨在降低深部地热发电的总成本以推进其商业应用。本议程共提出了5个领域的关键挑战：地热资源预测与评估；资源获取与开发；热电联产与系统集成；地热能技术开发政策研究；知识共享平台。具体将开展的研发重点如下： 一、地热资源预测与评估 1、改进钻探前的地热资源勘探。开发改进地热储层结构成像和岩石及流体性质的经济高效勘探方法：使用重力勘探、电磁勘探、无源地震勘探、2D-3D-4D反射地震勘探等勘探技术，降低勘测成本，提高地下成像分辨率；改进监测地表异常的遥感技术；开发结合计算科学和地质、地球物理、地球化学勘探的综合方法；开发流体通道、热流和压力评估的先进方法；储层温度、化学和流动特性、地震活动、联合场采集和增强数值联合反演的评价方法；勘探阶段评估地震诱发条件的技术。 2、先进调查和监测技术。改善地热开发全过程中的储层性能表征，主要包括：通过现场数据延时分析增强储层信息；提高钻孔地球物理技术（例如垂直地震剖面、可控源电磁法、光纤方法）以及原位地质和地球物理特性井筒测量技术的效率；原位流体监测；高温示踪剂技术；测井综合解释；高温和恶劣条件下的创新传感器；先进的数据采集、计算和处理，以及地表探测数据的综合解释；联合反演和建模，并与勘探和现场监测目标相结合；开发利用现有数据的技术（如智能再处理）。 3、开发勘探工作流程（概念模型、储层特征、性能和决策模型）。开发不同地热资源的最佳勘探工作模型，主要包括：概念模型和储层表征模型标准化；开发表征不同类型储层的预测模型；开发性能模型以及决策和风险管理方法；应用信息价值方法示范投资组合；自适应技术和组织方法实现躺井的再利用。 4、建立勘探目录（类比储层、岩石特性和模型约束）。建立岩石特性、裂隙网络特征和流体-岩石相互作用特征目录，改进多尺度、多学科和基于场地的概念模型和储层表征能力，主要包括：结合油气藏勘探和生产数据建立和扩展岩石特性数据库；开发不同地热储层的参考模型；开发新的扩大勘探规模的方法；通过特性与尺度的经验关系进行地质统计学储层构造与表征；构建多尺度参考地图和模型，为区域和场地模型提供约束，集成地球物理、实验室和结构模型；建立流体-岩石相互作用数据库，在油气/地热流体环境下为岩石特性变化提供约束条件。 5、评估资源潜力。开发欧洲统一的资源潜力评估工具和方法，主要包括：超高温地热系统资源的勘探方法，以及对超常规温度地热资源特性和过程的深入理解和预测模型；开发理论和实验方法以估算脆性/韧性条件下岩石物理和机械性质；分析深层超高温流体和枯竭油气储层获得低温地热资源；EGS资源勘探方法，以及对超常规深层地热资源的特性和过程的深入理解和预测模型；开发和测试勘探方法以探测合适储层条件；研究海上岩浆、地质再勘探和联合开采资源等新型资源。 二、资源获取与开发 1、机器人钻井技术。开发控制和/或自动化钻井技术以缩短时间并减少对井的破坏。技术领域包括井下传感器、双向通信通道、数据分析、机器学习数据库、自动化算法和地面控制处理硬件和软件。可能开发的技术包括用于地热钻探的新硬件和软件设备，以及集成井下测量和地面控制以实现地热钻井过程的自动化。 2、快速钻井技术。开发用于地热的高效岩石破坏技术并将井下测量与钻井技术相结合。主要包括：开发硬岩钻井方法，避免钻头磨损，并具有高穿透率（ROP > 5m/h）；研究和优化岩石破坏准则；使用基于机械特性的下部钻具阻尼系统减轻钻柱振动；开发更高穿透率、更低钻压和更小扭矩的混合钻井系统；下部钻具的设计和测试；开发和测试用于结晶和硬岩的径向钻孔技术并进行钻孔设计；快速钻井的现场示范。 3、绿色钻井液。开发配置新型钻井液的技术和环保材料，可用于（超热）地热储层或与新型钻井方法相结合。重点关注纳米材料、聚合物、可生物降解聚合物、传热研究，以及基于模拟数据、实验室实验、现场试验和相关环境测试开发先进钻井液配方。 4、可靠的套管和固井材料。主要包括：耐腐蚀外壳的新型低成本解决方案；开发包覆层以降低成本；验证和示范新型耦合技术以降低套管破裂率；开发新型水泥配方以改善传热等问题，降低预热期间套管应力和应变，确保恶劣条件下的有效硬化和稳定；地热开发过程中套管柱情况的研究和分析；研究和分析材料及连接行为，以选择合适的材料；开发模拟地热环境的套管钻井测试设施；制定地热井的设计和维护标准。 5、钻井期间的监测和测井。通过创新的井下记录和通信方法改进地热钻井期间的信息获取，主要包括：高温和/或高压条件下运行的工具；在大斜度水平井中操作的工具；随钻测量技术，如随钻地震系统；储层非均质性、井眼波和混响分析；井间数据采集技术；高分辨率图像数据表征目标区域岩石；实时数据处理和解释以更精确调整钻井过程中井眼轨迹目标；实时井下-地面传输，如泥浆脉冲、电磁、钻杆声波；地面同步井下存储记录仪；通过在下部钻具上方使用先进减震器技术减少钻柱振动；低成本非侵入性技术以加快高风险条件的地下数据收集。 6、地热井高温电子设备。开发用于高温地热井的电子设备和传感器，确保可靠的钻井测量并实现随钻测井，主要包括：耐175-300℃的高温电子元件；改进的隔热罩以及电子设备和传感器冷却技术，可使用标准电子设备；将高温传感技术（例如光纤）集成到井的设计中。 7、增强型地热开采的有效和安全技术。用于EGS的特殊井道概念设计，研发联合增产技术以改善性能并降低地震风险。通过现场测试证明和改进上述及类似技术的有效性，研究激发技术的可持续性和影响，通过实验室和现场测试来评估“全钻井”热提取概念的可行性。 8、完全回注和绿色发电。不可冷凝气体回注系统的实验室测试和建模；开发混合井储层模拟器等计算工具；特定场地完井设计；开发创新系统以避免/减少发电厂中断供电期间地热流体向大气的排放；放射性物质处理；研究和开发酸性高压高温环境下设备的新材料。 9、减少腐蚀和结垢，优化设备和组件寿命。结垢和腐蚀的评估、监测和控制研究；预防地热储层和环境结垢及腐蚀的化学品的演变研究；在线测量水垢形成的连续、非破坏性、非侵入性定量和定性方法；规模化缆线清洁作为连续使用阻垢剂的替代或补充方案；开发稳定的示踪剂以监测流动路径，确定高温和超临界储层的岩石体积和水-岩石传热面。 10、有效的资源开发。提高控制和预测地热发电厂管理效率的能力，重点关注：储层管理策略和生产潜力预测；流体管理、设备保护和减少排放；生产系统设计优化和环境影响最小化；非常规和混合系统的设计及性能预测；发电厂综合设计和管理；特定情景的成本效益预测分析。 11、增强型生产泵。提高生产泵效率和寿命以确保地热生产可靠性，并开发避免井区域中两相流动的工具，提高开采经济性。主要包括：开发耐高温、高效的电潜泵技术；电潜泵地热密封装置；提高不同供应商的电潜泵组件的兼容性；改进封闭式注射泵技术；高矿化和盐水储层的可靠利用；在泵技术部门及相关活动领域建立欧洲范围内的合作。 三、热电联产及系统集成 1、先进二元系统。降低发电成本：新的外形和布局设计，低成本组件材料，减少电厂占地面积和整体成本；发展计算流体动力学技术提高涡轮机平均效率；亚临界和超临界机组中使用新的流体混合物提高净循环效率；新型多级配置减少热量浪费；降低电厂配套设施成本；扩大发电规模。改进二元系统特定组件：改进热交换器的材料、表面结构和涂层以增强传热和减少结垢，改进空气冷却器/冷凝器提高冷却系统效率；低温地热源的混合冷却二元循环，创新级联概念集成热/冷供应。 2、创新设计并将二元循环技术集成到新的和现有的闪蒸电厂。通过将二元系统集成到地热闪蒸电厂以提高转换效率，包括：有效降低成本，增加二元电厂产能；根据瞬时负荷需求开发电网整合控制方法；电网运营商的远程控制；二元电厂与闪蒸电厂的集成方法。 3、高温二元发电厂。通过优化电厂设计，深入研究地热流体化学，采用合适的高阻材料防止腐蚀，将二元发电技术用于高温地热资源。 4、开发超高温地热系统。主要包括：示范可靠的流体处理和蒸汽净化方法；示范适用于商业开发的可靠地面设备；示范超高温地热井发电；示范湿式洗涤蒸汽净化方法；优化湿式洗涤方法以提高整体热量或功率转换效率；井下湿式洗涤以提高地面设备可靠性；干式洗涤以提高发电效率；测试或开发极端高温和高压环境的新材料和耐腐蚀设备。 5、提高地热发电厂灵活性。主要包括：调整膨胀机/涡轮机和其他组件；改善发电厂的模块化设计；优化地热源、二元发电厂和区域供热网络的连接配置；为特定场景（如岛屿）的智能电网提供不同电压电力。 6、高温储热。主要包括：集成储热以应对热需求和热供应变化；开发控制系统以管理热量和电力生产、热量需求和存储。 7、开发混合发电厂。主要包括：利用余热或非地热资源提高地热盐水温度的新型地热发电厂；利用地热稳定波动性发电的混合发电厂；地热与其他能源在工业和/或住宅区的区域供热和制冷结合的示范。 8、地热资源矿产开发。主要包括：提高分离技术的选择性和效率；开发从地热盐水中提取化学成分并转化为高价值产品的新型技术；开发利用地热盐水化学能源潜力的技术；将分离技术整合到地热工厂中。 9、智能电网不同电压下的地热发电。主要包括：开发电力系统转换器和相应控制系统以将地热发电厂连接到低压和中压电网；整合中/长期储能系统（储电和储热）；开发小型和分布式地热发电厂新概念。 四、地热能技术开发政策研究 在欧盟和国家层面制定地热能开发政策，以促进地热市场的发展和领域的创新渗透。重点关注：研究和评估地热的经济激励和支持机制；解决和量化勘探风险，开发减轻风险的金融工具；促进地热与自然环境的融合；基于“循环经济”概念进行开发；开展针对公众参与和接受的研究；确保地热能的专业技术和人力资源，培养下一代地热研究力量。 五、地热能知识共享平台 通过开发信息平台，在欧盟层面创建标准和通用数据模型，促进欧洲层面的地热信息获取。将共享相关数据和衍生模型以降低勘探成本并管理技术和财务风险，通过大规模示范和部署以验证创新地热概念及其在能源系统中的集成。
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