國(guó)內(nèi)外最新科技創(chuàng)新與發(fā)現(xiàn)

◎ 本刊綜合報(bào)道

我科學(xué)家研制出實(shí)現(xiàn)迄今最快實(shí)時(shí)量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器

日前，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士團(tuán)隊(duì)聯(lián)合浙江大學(xué)，通過(guò)研制硅基光子集成芯片和優(yōu)化實(shí)時(shí)后處理，實(shí)現(xiàn)了速率達(dá)18.8Gbps迄今最快的實(shí)時(shí)量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，相關(guān)研究成果以“封面論文”的形式發(fā)表于《應(yīng)用物理快報(bào)》。隨機(jī)數(shù)是一種重要的基礎(chǔ)資源，在信息安全、密碼學(xué)、科學(xué)仿真等眾多領(lǐng)域以及日常生產(chǎn)生活中都有著廣泛的應(yīng)用需求。量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器

是基于量子物理原理產(chǎn)生真隨機(jī)數(shù)的系統(tǒng)，具有不可預(yù)測(cè)性、不可重復(fù)性和無(wú)偏性等特征，是量子通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵核心器件。長(zhǎng)期以來(lái)，科研團(tuán)隊(duì)在實(shí)用化量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器方向開(kāi)展了系統(tǒng)性研究并取得了重要成果。對(duì)于實(shí)用化量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，實(shí)時(shí)生成速率和集成度是核心指標(biāo)。然而，以往量子隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生方案難以實(shí)現(xiàn)高度集成。為此，科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步發(fā)展了基于真空態(tài)漲落的高速量子隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生方案并完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，同時(shí)與浙江大學(xué)合作，在實(shí)現(xiàn)高集成度的同時(shí)大大提升了量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的實(shí)時(shí)生成速率。經(jīng)傳輸測(cè)試，該量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器系統(tǒng)的最終實(shí)時(shí)速率達(dá)到創(chuàng)世界紀(jì)錄的18.8Gbps。上述研究成果為開(kāi)發(fā)低成本商用量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器單芯片奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

我國(guó)高端極低溫儀器研制取得突破性進(jìn)展

絕對(duì)零度是冰冷的極致，是一個(gè)理想的、無(wú)法達(dá)到的最低溫度。長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家們向著這個(gè)目標(biāo)發(fā)起了一次又一次挑戰(zhàn)。2021年6月24日晚，中國(guó)科學(xué)院物理研究所自主研發(fā)的無(wú)液氦稀釋制冷機(jī)原型機(jī)成功實(shí)現(xiàn)10.9mK（-273.1391°C，即絕對(duì)零度以上0.0109°C）的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，滿(mǎn)足超導(dǎo)量子計(jì)算需要的條件，單沖程運(yùn)行模式可低于8.7mK（-273.1413°C，即絕對(duì)零度以上0.0087°C），基本達(dá)到了國(guó)際主流產(chǎn)品的水平。這標(biāo)志著我國(guó)在高端極低溫儀器研制上取得了突破性的進(jìn)展。無(wú)液氦稀釋制冷機(jī)是商業(yè)上可以買(mǎi)到的溫度最低的制冷機(jī)，不需要液氦輔助就可以實(shí)現(xiàn)僅僅高于絕對(duì)零度0.01°C的極低溫，可以為量子計(jì)算機(jī)芯片提供用于維持量子態(tài)必需的極低溫環(huán)境。新研制的無(wú)液氦稀釋制冷機(jī)原型機(jī)在解決量子計(jì)算“卡脖子”問(wèn)題，加快科技自立自強(qiáng)上邁出了關(guān)鍵的一步，掌握稀釋制冷核心技術(shù)標(biāo)志著我國(guó)具備了為量子計(jì)算等前沿研究提供極低溫條件保障的能力。

我國(guó)軟X射線(xiàn)自由電子激光裝置首次實(shí)現(xiàn)“水窗”波段相干衍射成像

近日，活細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能成像等線(xiàn)站工程暨上海軟X射線(xiàn)自由電子激光裝置調(diào)試工作連續(xù)取得突破性進(jìn)展。繼實(shí)現(xiàn)532米X射線(xiàn)自由電子激光裝置的全線(xiàn)調(diào)試貫通、帶光運(yùn)行后，6月下旬，裝置又首次實(shí)現(xiàn)了2.4納米單發(fā)激光脈沖的相干衍射成像，獲得了首批實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并完成了對(duì)衍射圖樣的快速圖像重建。該成果具有里程碑意義，體現(xiàn)了活細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能成像等線(xiàn)站工程暨上海軟X射線(xiàn)自由電子激光裝置整體性能的先進(jìn)性，標(biāo)志著我國(guó)在軟X射線(xiàn)自由電子激光研制和使用方面已步入國(guó)際先進(jìn)行列?；谠摮晒?，活細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能成像等線(xiàn)站工程暨上海軟X射線(xiàn)自由電子激光裝置成為了國(guó)際上僅有的兩個(gè)已實(shí)現(xiàn)“水窗”波段相干衍射成像實(shí)驗(yàn)的自由電子激光裝置之一。

激活更多免疫力對(duì)抗腫瘤有了新思路

6月25日，從武漢大學(xué)人民醫(yī)院獲悉，該院“腫瘤代謝免疫”團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，有種藥物能讓身體“假裝”吃得少，這種藥物的

作用機(jī)制或?yàn)槟[瘤治療提供新思路。前期研究發(fā)現(xiàn)，“吃少點(diǎn)”能夠增強(qiáng)機(jī)體的免疫監(jiān)視作用，提高機(jī)體識(shí)別、殺傷、及時(shí)清除體內(nèi)突變細(xì)胞的能力，同時(shí)還能顯著改善免疫原性化療藥物的療效。但腫瘤患者恰好更需要卡路里的攝入。如何解決這一矛盾？該團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，一種強(qiáng)有力的自噬誘導(dǎo)劑“鬼臼苦素”，通過(guò)抑制選擇性胰島素樣生長(zhǎng)因子1受體（IGF1R），成為新的卡路里限制模擬物，可改善機(jī)體對(duì)腫瘤的免疫監(jiān)視作用，同時(shí)增加腫瘤免疫原性，進(jìn)一步激活機(jī)體抗腫瘤免疫應(yīng)答的能力。研究團(tuán)隊(duì)由此提出，IGF1R可能構(gòu)成一種新的藥物治療靶點(diǎn)。他們進(jìn)一步開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，IGF1R抑制劑聯(lián)合免疫原性化療藥物奧沙利鉑以及免疫檢查點(diǎn)PD1抑制劑，不僅能夠顯著抑制那些不會(huì)引起免疫系統(tǒng)反應(yīng)的“冷腫瘤”的生長(zhǎng)，而且在部分案例中達(dá)到腫瘤完全治愈，并成功誘導(dǎo)機(jī)體對(duì)同種腫瘤的免疫記憶功能。因此，IGF1R抑制劑將為腫瘤免疫治療提供新的方案。

新型可編程量子模擬器面世

美國(guó)哈佛大學(xué)—麻省理工學(xué)院超冷原子中心領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)在最新一期《自然》雜志刊文稱(chēng)，他們開(kāi)發(fā)出了一種特殊類(lèi)型的量子計(jì)算機(jī)——可編程量子模擬器，其能運(yùn)行256個(gè)量子比特。該系統(tǒng)的面世標(biāo)志著科學(xué)家朝構(gòu)建大規(guī)模量子機(jī)器邁出重要一步。新量子模擬器的關(guān)鍵組件是一種稱(chēng)為空間光調(diào)制器的設(shè)備，它用于形成光波以產(chǎn)生數(shù)百個(gè)單獨(dú)聚焦的光鑷光束。研究人員表示，他們已經(jīng)借助這個(gè)模擬器觀(guān)察到了一些以前從未在實(shí)驗(yàn)室看到的奇異量子態(tài)，并進(jìn)行了精確的量子相變研究，為磁性在量子水平上如何起作用提供了教科書(shū)范例。這些實(shí)驗(yàn)?zāi)軒椭茖W(xué)家更好地理解材料特性，從而設(shè)計(jì)出擁有奇異特性的新材料。他們目前正致力于通過(guò)改進(jìn)激光對(duì)量子比特的控制并使系統(tǒng)更具可編程性來(lái)優(yōu)化新系統(tǒng)，同時(shí)也在積極探索該系統(tǒng)新的應(yīng)用，希望籍此其解決更多實(shí)際問(wèn)題。

導(dǎo)熱系數(shù)最低的新型無(wú)機(jī)材料制成

由英國(guó)利物浦大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)合作研究小組發(fā)現(xiàn)了一種有史以來(lái)

導(dǎo)熱率最低的新無(wú)機(jī)材料。7月15日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的這一發(fā)現(xiàn)代表了材料設(shè)計(jì)在原子尺度上控制熱流的新突破，這將促進(jìn)廢熱轉(zhuǎn)化為電能和有效利用燃料的新型熱電材料的加速開(kāi)發(fā)，為構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展社會(huì)找到新路。原子有兩種不同的排列結(jié)構(gòu)，這種新材料結(jié)合了這兩種結(jié)構(gòu)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，研究人員通過(guò)精準(zhǔn)控制，將兩種不同排列結(jié)構(gòu)合并在一起形成了新材料。這種具有兩種組合排列的新材料產(chǎn)生了“1+1＞2”的協(xié)同效應(yīng)，其熱導(dǎo)率遠(yuǎn)低于只具有一種排列的母體材料的導(dǎo)熱率。開(kāi)發(fā)新的、更高效的熱電材料，將熱能轉(zhuǎn)化為電能，是清潔能源的關(guān)鍵來(lái)源。無(wú)論是對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)的理解，還是對(duì)收集廢熱的熱電設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用，還是作為更高效燃?xì)廨啓C(jī)的熱障涂層的應(yīng)用都意義重大。

新技術(shù)快速實(shí)現(xiàn)大腦更深處組織高清成像

據(jù)當(dāng)?shù)貢r(shí)間7月7日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上的論文，麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)的研究小

組開(kāi)發(fā)出一種雙光子成像顯微鏡的改進(jìn)版本，它可以讓科學(xué)家更快地獲得大腦內(nèi)血管和單個(gè)神經(jīng)元等結(jié)構(gòu)的高分辨率圖像。新技術(shù)或可促進(jìn)生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)的研究。研究人員經(jīng)常使用雙光子顯微鏡制作大腦等組織的高分辨率3D圖像。該顯微鏡的工作原理是將一束強(qiáng)烈的近紅外線(xiàn)照射到組織樣本中的一個(gè)點(diǎn)上，在強(qiáng)度最高的焦點(diǎn)誘導(dǎo)兩個(gè)光子同時(shí)吸收。這種長(zhǎng)波長(zhǎng)、低能量的光可深入組織而不損壞組織，從而在表面以下成像。然而，這種成像技術(shù)不易掃描大腦等組織深處，且很耗時(shí)。為改進(jìn)成像技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是，在保持逐點(diǎn)掃描組織的像素進(jìn)行高清成像時(shí)，又可一次性實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)大的組織樣本快速成像。該技術(shù)還可以通過(guò)添加電壓敏感的熒光染料或熒光鈣探針來(lái)測(cè)量神經(jīng)元活動(dòng)，也可用于分析腫瘤等其他類(lèi)型的組織，如幫助確定腫瘤的邊緣。

新凝膠可減少土地用水并避免污染

日前，俄羅斯托木斯克理工大學(xué)科研人員開(kāi)發(fā)出一種由食物廢料制成的凝膠。新材料可使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中定點(diǎn)使用化肥和水，促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)更加經(jīng)濟(jì)和環(huán)保。相關(guān)研究成果近日發(fā)表在《清潔生產(chǎn)雜志 》上。

目前，水和肥料都沒(méi)有在農(nóng)業(yè)中得到最佳使用，傳統(tǒng)的植物栽培方法，使大部分水和化學(xué)物質(zhì)，包括對(duì)動(dòng)物有毒的化學(xué)物質(zhì)，穿過(guò)土壤“溜過(guò)”根部，與地下水和地表水混合。為此，全球農(nóng)業(yè)科技工作者都在尋找可以解決上述問(wèn)題的新材料。俄托木斯克理工大學(xué)科研人員開(kāi)發(fā)出的一種聚合物水凝膠，可作為土壤的“智能”添加劑，有助于避免土壤污染，顯著減少用水量并改善植物對(duì)肥料的吸收。據(jù)悉，新研發(fā)的水凝膠完全可以生物降解，也就是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，它們會(huì)“溶解”在土壤中，毫無(wú)蹤跡；并且新的水凝膠可用于更高效、更溫和地施用肥料或其他化學(xué)品，用添加劑浸透后的成品凝膠只需簡(jiǎn)單地分置在植物根部周?chē)涂梢裕涫褂脡勖Q于凝膠的具體成分，平均為幾個(gè)星期，這種凝膠適用于大型農(nóng)場(chǎng)和園藝業(yè)。