國內外最新科技創新與發現

◎ 本刊綜合報道

中國“量子鵲橋”技術可將量子通信速率提升四倍

當兩個量子產生“糾纏”，一個變了，另一個也會瞬變，無論之間相隔多遠——借助神奇的量子糾纏現象，人類可實現量子通信，但還面臨很多挑戰。近期，中國科學技術大學郭光燦院士團隊李傳鋒、周宗權研究組，在國際上首次實現多模式復用的量子中繼基本鏈路，如同“鵲橋”，可將量子世界里天各一方的“牛郎織女”間的通信速率提升四倍。近年來，國際科學界夢想著構建全球性的量子通信網，但一大技術難題是量子極易衰減，在光纖中的傳輸距離只有百公里量級。為此，科學家們提出量子中繼的思想，即將遠距離傳輸劃分為多個短距離，中間用量子中繼連接，解決信號衰減問題。量子存儲器是量子中繼的核心器件。“之前大家用的是發射型量子存儲器，要么一次只能傳輸1個量子，效率低；要么一次傳輸多個量子，但精確率低。”李傳鋒教授說。這種量子存儲器可以一次捕獲并存儲4對糾纏量子，等于獲得了四倍加速的糾纏分發速率，并且經實驗驗證，兩個節點之間的糾纏保真度超過80%。6月2日，國際權威學術期刊《自然》發表了這項研究成果。據悉，這項研究為建設高速率、大尺度的量子網絡，提供了全新實現方案。

大型強子對撞機揭秘宇宙誕生瞬間“第一種物質”

據每日科學網站消息，歐洲科學家團隊日前利用大型強子對撞機（LHC）揭示了宇宙大爆炸第一個0.000001秒內發生的新細節，即第一個微秒內一種特殊的等離子體發生了什么，其相關細節還為我們今天所知的宇宙演變提供了一塊重要“拼圖”。大約140億年前，宇宙從遠比現在更熱、更稠密的狀態轉變為急劇膨脹——科學家將這一過程命名為大爆炸。盡管已知這種快速膨脹創造了粒子、原子、恒星、星系以及生命，但這一切是如何發生的，細節依然未知。此次，丹麥哥本哈根大學尼爾斯·玻爾研究所的科學家們研究了一種叫做夸克—膠子等離子體（QGP）的物質，它是在大爆炸第一個微秒內存在的唯一物質，可以揭示等離子體在宇宙早期演化的“獨特故事”：首先，由夸克和膠子組成的等離子體被宇宙熱膨脹所分離；然后，夸克碎片重組為所謂的強子；一個有3個夸克的強子組成一個質子，是原子核的一部分，這也是構成地球、人們自己和現今所有環繞人們的宇宙“基石”的核心。團隊還開發出一種算法，可以一次同時分析更多粒子的集體膨脹，這是前所未有的。結果表明，夸克—膠子等離子體曾經是一種流動的液體形式，而長期以來，研究界都認為等離子體是一種氣體形式，這次分析證實了它其實具有光滑柔軟的質地，與科學家們的預期以及所知道的任何其他物質都不同。這一結果被認為是一個重大突破，而該成就也使科學家離解決大爆炸謎題更近了一步。

全球首個直接零碳排放氨合成方法問世

澳大利亞科學家在新近一期《科學》雜志撰文稱，他們研制出了一種直接零碳排放氨合成方法，這在全球屬首次，有望加快綠色氨生產的步伐，催生新的綠氨經濟。氨是全球重要的化肥生產材料，有助于維持全球的糧食生產。目前，人們使用名為“哈伯—博世流程”的成熟工藝。但該工藝生產1噸氨會排放出1.9噸二氧化碳，氨生產過程的總二氧化碳排放量約占全球碳排放量的1.8%。有鑒于此，莫納什大學科學家發現了一種基于磷鹽的生產過程，這一新工藝有望克服氨生產過程中碳密集的弊端。研究人員解釋稱，他們目前正在探索的直接零碳氨合成方法包括電化學氮還原反應，該反應只需空氣、水和可再生能源，即可在室溫和壓力下產生氨。而且，最新研究證明了利用反應堆中的可再生能源生產氨和肥料的潛力，反應堆可以小到冰箱大小，因此，最新方法可以在農場或社區推廣。研究人員之一、國際著名化學家道格·麥克法蘭教授認為，使用碳中和生產技術，到2050年也可以將氨用作燃料，取代化石燃料。

可編程纖維為數碼服裝開拓新天地

美國麻省理工學院研究人員首次創造了一種具有數字功能的纖維，能夠縫制到針織衣物中，可感知、存儲、分析和推斷人體活動。研究人員稱，數字纖維擴展了織物的可能性，可用于人體機能監測、醫療診斷和早期疾病檢測，還有助于未來創造出“數碼服裝”。相關研究發表在6月3日的《自然通訊》雜志上。此前的電子纖維攜帶的連續電信號是模擬的，而非數字的。論文作者、麻省理工學院材料科學和電氣工程教授約爾·芬克表示，這項工作首次實現了一種能夠數字化存儲和處理數據的織物，為織物增加了新的信息維度，并允許對織物進行逐字編程。研究人員將數百個方形的微型硅數字芯片放入預制材料，再將預制材料制成聚合物纖維。通過精確控制聚合物的流動，制造出一種芯片之間能連續通電的纖維，長度達數十米。這種纖維很細、很有彈性，可穿過針眼，縫進布料里，被洗10次后也不會分解。論文作者、麻省理工學院博士生加布里埃爾·洛克說：“當你把它縫進襯衫后，根本感覺不到它的存在。”數字纖維還可以存儲大量信息。研究人員能夠在纖維里寫入、存儲和讀取信息，包括一個767KB的全彩視頻和0.48MB的音樂。這些文件可以在沒有電源的情況下存儲兩個月。洛克說：“或許有一天，你能把你大喜之日要播放的音樂儲存在你的婚禮禮服中。”

阿爾茨海默病疫苗顯示出安全性和免疫應答

英國《自然·衰老》雜志6月14日發表的一項醫學最新研究：2期臨床試驗結果顯示，全球首個用于治療阿爾茨海默病的tau蛋白疫苗（AADvac1）安全性良好，且能在輕度阿爾茨海默病患者體內誘導免疫應答。不過現階段研究人員還無法檢測到AADvac1疫苗對患者認知功能衰退的具體影響。AADvac1是第一個旨在修飾tau蛋白來治愈阿爾茨海默病的人類疫苗。tau蛋白被認為會引起神經元的大量死亡，最終導致失智癥。目前，研究人員正在測試免疫療法是否能降低有毒tau蛋白的水平并幫助減緩患者的認知衰退。生物技術公司Axon Neuroscience的研究人員派特·諾瓦克及其同事，開展了一項2期隨機安慰劑對照試驗。研究人員替患者注射了多劑AADvac1多肽疫苗或安慰劑，并在長達兩年時間里監測該疫苗的安全性、免疫原性（即疫苗誘導免疫應答的能力）和臨床效力。不過，這款疫苗并未對整個研究樣本的認知功能產生具有統計學意義的正面或負面效應。因此仍需根據疾病生物標志物的存在進行更大規模的分層試驗。據悉，2期臨床結果證明了AADvac1改變疾病進程的潛力，有望被推進到關鍵性臨床開發階段。