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量子計算機模擬重子首次實現向借助量子模擬理解宇宙邁出重要一步

據物理學家組織網11月11日報道，加拿大和英國科學家首次在量子計算機上模擬了基本量子粒子——重子，最新研究使科學家能借助量子模擬研究中子星，了解更多宇宙早期的情況，并發掘量子計算機更多革命性的潛力。

加拿大滑鐵盧大學量子計算研究所的研究員克里斯蒂娜·穆斯克說：“這是科學家們首次在計算機上模擬重子，未來某一天，量子計算機也許可以讓我們模擬這些粒子之間的相互作用。屆時，科學家們或許不需要在加速器中讓粒子相撞，他們可以在量子計算機上模擬這些相互作用來研究宇宙的起源等?！?/p>

穆斯克領導的量子交互小組主要研究晶格規范理論的量子模擬。這些晶格規范理論主要用于描述包括粒子物理學標準模型在內的物理學理論。規范理論包含的場、力、粒子、空間維度和其他參數越多，就越復雜，越難以利用經典超級計算機進行建模。

在最新研究中，穆斯克所在的IQC團隊與英國約克大學的蘭迪·李維斯合作，開發了一種資源高效的量子算法，允許他們在IBM的云量子計算機和經典計算機上，對一些基礎物理學和物質開展簡單的模擬。他們首次模擬了基本粒子重子。

重子由夸克組成，夸克是科學家們認為不能再分割的一種基本粒子，質子和中子都屬于重子。研究人員指出，通過這一里程碑式的步驟，他們正在開辟一條用量子計算機模擬規范理論的道路，而這種模擬遠遠超出了目前世界上最強大的超級計算機的能力。

滑鐵盧大學物理系和天文學系博士后張景磊（音譯）說：“對于我們來說，這些結果令人興奮的一點在于，未來我們可以考慮在更高密度下模擬物質，這超出了經典計算機的能力?！?/p>

研究人員指出，隨著科學家不斷開發出更強大的量子計算機和量子算法，他們將能夠模擬更復雜的物理現象，揭示迄今最好的超級計算機也無能為力的有關宇宙的秘密。

發布時間：2021年11月15日

（來源：科技日報）

我國成功發射全球首顆可持續發展科學衛星

11月5日10時19分，我國在太原衛星發射中心用長征六號運載火箭將可持續發展科學衛星1號（SDGSAT-1）發射升空，衛星順利進入預定軌道，發射任務取得圓滿成功。

SDGSAT-1是全球首顆專門服務聯合國2030年可持續發展議程（以下簡稱“2030年議程”）的科學衛星，也是中國科學院首顆地球科學衛星。該衛星由中國科學院“地球大數據科學工程”先導專項研制，是可持續發展大數據國際研究中心（CBAS）規劃的首發星。

針對全球可持續發展目標（SDGs）監測、評估和科學研究的需求，SDGSAT-1搭載了熱紅外、微光和多譜段成像儀三個有效載荷，通過三個載荷全天時協同觀測，旨在實現“人類活動痕跡”的精細刻畫，將為表征人與自然交互作用的指標研究和對全球SDGs實現進行監測、評估和科學研究提供數據支持。

中國科學院副院長、黨組副書記、空間科學衛星工程總指揮陰和俊表示，SDGSAT-1衛星是中國實質性貢獻2030年議程的重要體現，是向國際社會展現大國擔當的具體行動。希望以此為契機、以建設可持續發展大數據國際研究中心為抓手，充分發揮中國科學院多學科綜合性優勢和國家戰略科技力量的特點，為2030年議程實施和構建人類命運共同體做出更大貢獻。

SDGSAT-1衛星首席科學家、“地球大數據科學工程”先導專項負責人、可持續發展大數據國際研究中心主任、中國科學院院士郭華東表示，作為地球大數據資源獲取的有效途徑和研究地球系統科學的重要手段，空間觀測能夠為全球SDGs的實現做出特有貢獻，能夠有效地服務表征人類活動與地球環境交互作用的SDGs指標研究，對于促進可持續發展研究意義重大。期望可持續發展大數據國際研究中心能夠與國內外相關機構一起，通過全球數據資源的有效獲取和共享共用，為縮減全球可持續發展不平衡和區域間的數字鴻溝做出貢獻。

2030年議程實施面臨數據和方法的迫切需求，作為高效數據獲取手段和研究方法，空間觀測能夠為2030年議程做出重要貢獻。為此，研制、運行系列可持續發展科學衛星成為一項重要使命。2021年是中國恢復聯合國合法席位50周年，SDGSAT-1衛星發射作為系列紀念活動之一，凸顯了中國在科技領域為落實2030年議程所作的努力和貢獻。衛星在軌運行后，其數據產品將面向全球進行共享，為國際社會，特別是發展中國家，提供開展SDGs研究所需的數據支撐。

SDGSAT-1衛星工程任務由中國科學院負責組織實施，可持續發展大數據國際研究中心為該衛星主用戶方，中科院國家空間科學中心負責工程大總體和地面支撐系統的研制建設，中科院微小衛星創新研究院負責衛星系統研制，衛星有效載荷由中科院上海技術物理研究所、長春光機所、空天信息創新研究院研制?？茖W應用系統由中科院空天信息創新研究院研制。測控系統由中國西安衛星測控中心負責。用于這次發射任務的運載火箭由中國航天科技集團有限公司第八研究院（805所）研制，此次任務是長征六號運載火箭的第8次飛行任務。

發布時間：2021年11月5日

（來源：科技日報）

神舟十三號航天員乘組圓滿完成首次出艙活動全部既定任務

新華社北京11月8日電（記者王逸濤、郭中正）據中國載人航天工程辦公室消息，北京時間11月8日1時16分，經過約6.5小時的出艙活動，神舟十三號航天員乘組密切協同，圓滿完成出艙活動全部既定任務，航天員翟志剛、王亞平安全返回天和核心艙，出艙活動取得圓滿成功。

這是中國載人航天工程空間站階段第三次航天員出艙活動，是神舟十三號航天員乘組首次出艙活動，也是中國航天史上首次有女航天員參加的出艙活動。航天員出艙活動期間，天地間大力協同、艙內外密切配合，先后完成了機械臂懸掛裝置與轉接件安裝、艙外典型動作測試等任務，全過程順利圓滿，進一步檢驗了我國新一代艙外航天服的功能性能，檢驗了航天員與機械臂協同工作的能力及出艙活動相關支持設備的可靠性與安全性。

發布時間：2021年11月8日

（來源：新華網）

神舟十三號航天員乘組圓滿完成首次出艙活動全部既定任務

新華社北京11月8日電（記者王逸濤、郭中正）據中國載人航天工程辦公室消息，北京時間11月8日1時16分，經過約6.5小時的出艙活動，神舟十三號航天員乘組密切協同，圓滿完成出艙活動全部既定任務，航天員翟志剛、王亞平安全返回天和核心艙，出艙活動取得圓滿成功。

這是中國載人航天工程空間站階段第三次航天員出艙活動，是神舟十三號航天員乘組首次出艙活動，也是中國航天史上首次有女航天員參加的出艙活動。航天員出艙活動期間，天地間大力協同、艙內外密切配合，先后完成了機械臂懸掛裝置與轉接件安裝、艙外典型動作測試等任務，全過程順利圓滿，進一步檢驗了我國新一代艙外航天服的功能性能，檢驗了航天員與機械臂協同工作的能力及出艙活動相關支持設備的可靠性與安全性。

發布時間：2021年11月8日

（來源：新華網）

高分三號02星發射

記者從國家航天局獲悉，11月23日7時45分，我國在酒泉衛星發射中心用長征四號丙遙三十七運載火箭成功發射高分三號02星。該衛星將進一步提升我國衛星海陸觀測能力，服務海洋強國建設和支撐“一帶一路”倡議。

高分三號02星運行于755公里高度太陽同步回歸軌道，主要載荷為C波段合成孔徑雷達。該星充分繼承了高分辨率對地觀測系統重大科技專項高分三號衛星技術方案，發射入軌后將與在軌運行的高分三號衛星進行組網，形成海陸雷達衛星星座，具備1米分辨率、1天重訪的能力。此外，它還增加了船舶自動身份識別信號接收系統和星上實時處理功能，提高對海上船舶觀測、海上突發事件與海陸自然環境的監測能力，可滿足海洋權益維護、海洋防災減災、海洋動力環境監測，以及減災、國土、環保、水利、農業和氣象等領域應用需求。

此次任務是長征系列運載火箭的第398次發射。

發布時間：2021年11月24日

（來源：中國科學報）

我國科學家發現金剛石新形態

記者日前從北京高壓科學研究中心獲悉，該中心緱慧陽研究員團隊及其合作者利用高溫高壓手段首次制備了一種新形態金剛石——次晶態金剛石，該形態是科學家們一直尋找的具有中程有序結構的金剛石。此外，他們發現次晶態金剛石顯示出優越的力學性能和熱穩定性，在高端技術領域和極端環境應用領域具有重要的應用前景，相關成果于近日在《自然》發表。

通常情況下，根據是否存在長程周期性，固體被分為結晶態和非結晶態。當晶體的長程有序度顯著降低時，理解這兩種狀態之間的差別變得異常困難，特別是對于強共價和類共價固體。因此，理論科學家們提出了一種“次晶態結構模型”，這種“次晶模型”本質是在非晶基體中引入納米尺寸的次晶晶格來解釋非晶態晶體的中程有序結構。

該研究團隊使用富勒烯作為原料通過自主開發的大腔體壓機極端高壓技術對富勒烯進行高溫高壓處理，發現壓縮的富勒烯聚合轉變成為一種高密度無序的碳。高分辨透射電子顯微鏡顯示樣品中存在高密度且均勻分布的類晶體團簇（尺寸為0.5～1.0nm），其原子構型接近于立方和六方金剛石并且具有很高的晶格畸變，這種由亞納米尺寸次晶為主要構成的金剛石被稱為次晶金剛石。他們進一步用大尺度分子動力學模擬證實了這種隱藏的結構有序性，建立了與實驗結果高度匹配的次晶金剛石模型。

“與非晶硅相比，非晶金剛石在兩個原子配位殼層內存在超強的類金剛石短程有序性，這一特征有利于中程有序結構的形成。另外，次晶金剛石的合成還高度依賴于富勒烯前驅物的本身結構特點。”緱慧陽解釋。

發布時間：2021年11月29日

（來源：光明日報）

機器學習可預測未上市新型人造毒品

英國《自然·機器智能》雜志15日發表一項計算生物學突破，包括加拿大英屬哥倫比亞大學在內的研究團隊研發了一種自動化、生成式的機器學習方法，可以僅利用質譜就確定未知的新型精神藥物（又稱人造毒品）的化學結構，了解這些結構能幫助法醫實驗室更快識別出疑似的人造毒品。

每年有大量新型精神藥物出現在非法市場上，這些藥物會造成與已知非法藥物相近的精神效果，但其合成方式使其在化學上與已知非法藥物有所不同，這些藥物規避了現有的毒品法規，甚至難以被偵測。法醫實驗室使用質譜分析法在查封藥片或粉末中識別已知人造毒品。但是，要弄清一種全新人造毒品的結構，通常需要化學專家工作數周或數月，并且需要用到多種實驗技術。

加拿大英屬哥倫比亞大學研究人員邁克爾·斯金奈德及其同事，此次使用全球各地法醫實驗室眾包的保密數據，訓練了一個機器學習模型。他們所使用的算法也被稱為深度神經網絡，其靈感來自于人腦的結構和功能。機器學習產生了結構和性質都類似于近期人造毒品的分子。該模型隨后產生了一個數據庫，包含十億種潛在新型精神藥物的結構。用模型訓練結束后新收集的數據測試該模型，發現這一方法可以僅用質譜就確定未知人造毒品。在準確結構難以精準確定的實例中，該模型建議的結構，與未知人造毒品非常相似。

研究人員發現，該模型還可幫助人們了解到哪些分子更有可能出現在市場上，哪些不太可能。研究人員總結說，用其他數據集訓練的類似的生成方法，也可以幫助識別其他特定領域未知分子的結構，例如識別新型興奮劑或者環境污染物。

研究資深作者、阿爾伯塔大學計算科學教授戴維·維斯哈特表示，這一模型意義有點類似2002年的科幻電影《少數派報告》，其可以對即將發生的犯罪活動有所預知，從而幫助顯著減少犯罪，“從本質上講，這一新成果為執法機構和公共衛生計劃提供了一個所謂‘先機’，讓他們知道需注意什么?！?/p>

斯金奈德表示，該模型僅僅通過精確的質譜測量就闡明整個化學結構，而將數十億個結構的列表縮小到10個候選結構，大大加快了化學家識別新藥物的速度。

發布時間：2021年11月16日

（來源：科技日報）

人類基因組也曾“漂洋過?！?/h2>

英國《自然》雜志近日發表的一篇人類學論文稱，研究團隊根據21個太平洋島嶼人群的430名當代人類的基因組，推斷了波利尼西亞人的定居時間和航行路線，同時揭示了這些曾“漂洋過?！钡倪z傳關聯。

波利尼西亞的各個島嶼分散在占地球1/3面積的一片浩瀚海面上。人類在這片廣闊地區的定居是人類遷徙史上的一大奇跡，但人類在波利尼西亞各島嶼的定居時間和順序一直存在爭議。

此次，包括墨西哥國立理工學院科研與高級研究中心科學家在內的研究團隊，使用一個包括430名現今人類樣本的數據集，來揭示這些廣袤而分散的太平洋島嶼背后的詳細遺傳學歷史。歷史學家和波利尼西亞口頭傳統證明了規模在30人至200人的家庭群體，曾乘坐雙殼獨木舟穿越幾千公里的大洋，前往一個個新的波利尼西亞島嶼定居。而此次這些基因組分析顯示，整個遷徙始于薩摩亞，首先在公元9世紀擴散至拉羅湯加島（庫克群島）；公元11世紀擴散至名為社會群島的島嶼；公元12世紀抵達南方群島西部和“Tuāmotu”群島；最后抵達日后因巨石像而聞名的一些島嶼：北邊的馬克薩斯群島、南邊的賴瓦瓦埃島，以及波利尼西亞島最東邊的復活節島，并在公元1200年前后通過芒阿雷瓦群島完成了定居。

這則新證據顯示，有史前巨石像遺存的幾個分散島嶼之間雖然隔著數千英里的大洋，但卻存在著遺傳關聯。

發布時間：2021年11月17日

（來源：科技日報）

“超級果凍”材料可抗汽車碾壓

英國劍橋大學研究人員開發了一種柔軟而堅固的新材料，外觀和感覺就像軟軟的果凍，但其可承受相當于大象站在上面的重量，在壓縮時就像一塊超硬、防碎的玻璃。其還可完全恢復到原來的形狀，即使其80%的成分是水。

無論是軟的還是硬的、脆的還是強的，材料的行為方式取決于其分子結構。有彈性的橡膠狀水凝膠具有許多有趣的特性，如韌性和自愈能力，使其成為研究的熱門主題，但制造能夠承壓而不破碎的水凝膠是一個挑戰。

該新材料的非水部分是聚合物網絡，通過控制材料機械性能的可逆開/關相互作用保持在一起。這是第一次將如此顯著的抗壓性融入軟材料中。研究人員稱，玻璃狀水凝膠的成功研制，開啟了高性能軟材料領域的新篇章。

該研究的第一作者、劍橋大學化學系黃澤歡（音譯）博士說，為了制造具有所需機械性能的材料，研究人員使用了可逆交聯劑。

研究團隊使用稱為葫蘆脲的桶狀分子來制造可以承受壓縮的水凝膠。葫蘆脲就是一種交聯分子，它將兩個客體分子固定在其空腔中，就像一個分子“手銬”。研究人員設計的客體分子在空腔內停留的時間比正常情況長，這使聚合物網絡保持緊密連接，使其能夠承受壓縮。

研究人員表示，在80%的水含量下，一般認為它會像水氣球一樣破裂，但事實并非如此，它仍保持完整并承受巨大的壓力。研究還發現，簡單地改變“手銬”內客體分子的化學結構，就可輕松控制抗壓強度。

為了制造類似玻璃的水凝膠，研究團隊為“手銬”選擇了特定的客體分子。改變“手銬”內客體分子的分子結構使材料的動力學顯著“減慢”，最終水凝膠的機械性能從橡膠狀變至玻璃狀。

“超級果凍”具有廣泛的潛在應用，包括柔性機器人、生物電子學，甚至作為用于生物醫學的軟骨替代品。在演示中，這種“超級果凍”材料可在汽車碾壓后也幸存下來。研究人員還制作了一個水凝膠壓力傳感器，用于實時監測人體運動，包括站立、行走和跳躍。

目前，研究人員正在與工程和材料科學家合作，進一步開發這些材料以用于生物醫學和生物電子學。相關研究成果公布在《自然·材料》上。

發布時間：2021年11月25日

（來源：科技日報）

對目標接收者清晰 對其他人是噪音 新芯片將挫敗5G無線傳輸竊聽者

據最新一期《自然·電子學》雜志發表的論文，美國研究人員開發出一種新的毫米波無線微芯片，該芯片實現了一種可防止攔截的安全無線傳輸方式，同時又不會降低5G網絡的效率和速度。該技術將使竊聽5G等高頻無線傳輸變得非常具有挑戰性。

現有通信加密方法可能難以擴展到5G等高速和超低延遲系統。這是因為加密的本質要求發送方和接收方之間交換信息以加密和解密消息。這種交換使鏈接容易受到攻擊，它還需要增加延遲的計算。對于自動駕駛汽車、機器人和其他網絡物理系統而言，最大限度地縮短行動時間至關重要。

為了彌補這一安全差距，普林斯頓大學研究人員開發了一種方法，將安全性納入信號的物理性質。該方法不依賴于加密，而是通過使竊聽者所在位置的信號看起來幾乎像噪音來挫敗其企圖。研究人員通過隨機分割消息并將消息的不同部分分配給陣列中的天線子集來做到這一點。研究人員能夠協調傳輸，以便只有在預期方向上的接收器才能以正確的順序組合信號。在其他任何地方，分割后的信號都以類似噪聲的方式到達。

研究人員稱，原則上，這就是傳輸安全背后的秘密武器——通過對這些高頻電磁場進行精確的空間和時間調制來實現。如果竊聽者試圖通過干擾主傳輸來截取消息，則會導致傳輸出現問題并被預期用戶檢測到。盡管理論上，有可能多個竊聽者一起工作來收集類似噪聲的信號并嘗試將它們重新組合成相干傳輸，但這樣做所需的接收器數量將“非常大”。

萊斯大學教授愛德華·奈特利表示，該項工作第一次通過實驗展示了如何利用從多個同步觀察點收集的機器學習數據來戰勝一個復雜的對手，是確保未來網絡安全的“一個重要里程碑”。

發布時間：2021年11月29日

（來源：科技日報）

新研究稱地球水源或來自太陽

據29日發表在《自然-天文學》雜志上的論文，英國格拉斯哥大學領導的國際研究小組發現，地上的水可能來自“天上”——太陽。太陽風由來自太陽的帶電粒子（主要是氫離子）組成，在太陽系早期撞擊地球的小行星所攜帶的塵埃顆粒表面產生了水。

澳大利亞科廷大學空間科學技術中心主任菲爾·布蘭德表示，與太陽系中的其他巖質行星相比，地球上的水資源非常豐富，海洋覆蓋了地球上約70%的表面積。長期以來，科學家一直對水的確切來源感到困惑。

布蘭德說：“現有理論認為，水是在C型小行星（含碳的小行星）形成的最后階段被帶到地球上的。然而，之前對這些小行星的同位素‘指紋’測試發現，平均而言，它們與地球上發現的水不匹配，這意味著至少還有另一個未知的來源。”

此次研究表明，太陽風在微小的塵埃顆粒表面產生了水，這種同位素較輕的水很可能為地球提供了水源。

S型小行星是以硅為主要成分的小行星，是繼C型小行星之后第二大的星群。通過對S型近地小行星“絲川”的微小碎片進行逐個原子分析，研究人員得出了這一新的“太陽風理論”。碎片樣本由日本隼鳥號小行星探測器收集，于2010年帶回地球。

位于澳大利亞科廷大學的世界級原子探針斷層掃描系統讓研究人員能夠非常詳細地觀察“絲川”小行星表面的納米級塵埃顆粒。他們發現，這些顆粒含有足夠的水，如果將其按比例放大，大約等于每立方米巖石含20升水。

格拉斯哥大學盧克·戴利博士表示，這項研究不僅讓科學家們對地球水資源的來源有了了解，還有助于未來的太空任務。

“宇航員如何在不攜帶補給的情況下獲得足夠的水，是未來太空探索的障礙之一?！贝骼f，“研究表明，‘絲川’小行星上產生水的太空風化過程，很可能也發生在其他沒有空氣的行星上，這意味著宇航員或可直接從行星表面的塵埃中制取新鮮的水源，比如在月球上。”

發布時間：2021年11月30日

（來源：科技日報）

洞察號“洞察”到火星地下200米 進一步揭露紅色星球深處地質歷史

根據英國《自然·通訊》雜志近日發表的一項行星科學分析，美國國家航空航天局洞察號探測器正在采集火星地震數據，此次獲得了火星埃律西昂平原地下約200米深處的次表層影像，可知熔巖流之間夾著一層淺淺的沉積層。研究結果增進了人們對火星地質歷史的進一步認識。

洞察號火星探測器可被視為先前大獲成功的鳳凰號探測器的升級版，其著陸器于2018年11月26日降落在紅色星球的埃律西昂平原地區?；鹦菬o疑是大量行星科學任務的目的地，但洞察號是首個專門利用地震技術測量火星次表層的探測器。

此次，瑞士蘇黎世聯邦理工學院研究團隊利用地震數據，分析了埃律西昂平原的構成。團隊通過這些數據分析了深度達200米的淺次表層。他們發現該地區有一個浮土層，主要為沙質，約3米厚，它的下面有一層約15米厚的粗糙塊狀噴出物（隕石撞擊后被噴出又落回表面的巖石塊）。在這些表層之下，他們發現了約150米厚的熔巖流，與預期的次表層結構基本一致。

研究人員利用當前文獻中的撞擊坑計數進行了測年，發現淺層可追溯至17億年前的亞馬遜紀，更深的熔巖流可追溯到36億年前的西方紀。團隊還發現了一個30—40米厚的地層，其地震速度較低，提示其中沉積物質的硬度不如更硬的玄武巖層。

研究人員認為，這個地層可能由夾在西方紀和亞馬遜紀玄武巖之間的沉積物組成，或是由亞馬遜紀玄武巖本身的沉積物組成。

發布時間：2021年11月29日

（來源：科技日報）