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我國首次實現615公里開放式架構雙場量子密鑰分發

近日，北京量子信息科學研究院袁之良團隊，利用光頻梳技術首次實現開放式架構雙場量子密鑰分發系統，完成615公里光纖量子密鑰分發實驗。相關研究成果2023年2月18日發表在國際學術期刊《自然—通訊》上。

量子密鑰分發基于量子物理的基本原理和一次一密的加密方式，可實現無條件安全通信。2018年英國東芝歐洲研究所提出新型雙場協議，使得安全成碼率以信道衰減的平方根線性下降，在無中繼的情況下可突破碼率界限，是實現500公里以上光纖量子通信的可行方案。

袁之良團隊基于自主開發的相干邊帶穩相與異地激光源頻率校準技術，研制出首個開放式架構、無需服務光纖的新型雙場量子密鑰分發系統，實現了低損耗光纖四百公里級、五百公里級、六百公里級的安全成碼，并且打破無中繼量子密鑰分發的碼率界限，還成功演示了臂長差為百公里的量子密鑰分發實驗（目前最長臂長差記錄）。

相較之前的實驗成果，量子信號光的相位漂移速率降低1000多倍，大大降低相位參考光的噪聲影響，有助于光纖量子密鑰分發距離向千公里級別突破。基于光頻梳的開放式架構有利于未來構建多用戶多節點的城際量子保密網絡，并對基于單光子干涉的分布式量子網絡具有重要意義。

又添新證，穿山甲可能是蝙蝠冠狀病毒中間宿主

中東呼吸綜合征（MERS）冠狀病毒是一種高致病性新發冠狀病毒，研究認為，蝙蝠源MERS簇冠狀病毒是MERS冠狀病毒的原始進化祖先。

近日，武漢病毒所石正麗團隊和合作伙伴在馬來穿山甲中發現了一株新型MERS簇冠狀病毒，并成功地進行了分離鑒定。分析結果顯示，該病毒與蝙蝠HKU4冠狀病毒屬于同一個病毒種。

研究團隊證實該病毒與MERS冠狀病毒類似，可高效利用人DPP4受體入侵細胞，且與人DPP4受體的結合能力要強于蝙蝠HKU4冠狀病毒。此外，該病毒的S蛋白上具有一處蝙蝠HKU4冠狀病毒所不具備的弗林酶切位點，導致該病毒可以被人源細胞的宿主蛋白酶切割，使其能更好地適應人源細胞的入侵。該發現證明冠狀病毒感染性增強的弗林酶切位點完全可能由自然界進化而產生。此外，研究還表明該病毒可能具有較廣的宿主范圍，且具有跨種感染人的潛在風險。

這項研究表明穿山甲可能是蝙蝠冠狀病毒的中間宿主，在蝙蝠冠狀病毒由自然宿主到人的傳播鏈中起到關鍵的橋梁作用。該發現凸顯了加強對潛在中間宿主動物進行病毒監測和預警的必要性。

我國科學家提出鈣鈦礦太陽電池新結構方案

異質結接觸問題帶來的非輻射復合損失是鈣鈦礦電池主要的性能限制因素。由于“鈍化—傳輸”矛盾問題的存在，超薄鈍化層納米級別的厚度變化會引起填充因子和電流密度的降低。因此，亟須一種新型的接觸結構，能夠在提高鈣鈦礦器件性能的同時大幅減少鈍化厚度的敏感性。

中國科學技術大學徐集賢教授團隊及其合作者經過長期思考和大量實驗探索，提煉出一種名為PIC（porous insulator contact，多孔絕緣接觸）的新型結構方案。其主要思想是不依賴傳統納米級鈍化層和遂穿傳輸，而直接使用百納米級厚度的多孔絕緣層，迫使載流子通過局部開孔區域進行傳輸，同時降低接觸面積。研究團隊的半導體器件建模計算揭示了這種PIC結構周期應該與鈣鈦礦載流子傳輸長度匹配的關鍵設計原理。

團隊在疊層器件中廣泛使用的p-i-n反式結構中開展了PIC方案的驗證，實現了p-i-n反式結構器件穩態認證效率的世界紀錄，并在多種基底和鈣鈦礦組分中展現了普遍的適用性。

類《終結者》液態機器人驚現實驗室

電影《終結者》中的液態機器人具備超凡變形的能力。現實生活中，海參可通過改變富含蛋白的原纖維間基質的硬度來改變體壁外形。受兩者靈感啟發，中山大學、浙江大學研究團隊與卡耐基梅隆大學軟體機器人實驗室合作，提出了一種新型“磁控固—液相變材料”。該材料不僅具有固態金屬的硬度與承載力，還有液態金屬的形變能力。

為了充分利用液態金屬在特定條件下固—液切換的特性，研究團隊將磁性顆粒混合融入液態金屬——鎵中。通過高頻的磁場加熱這一金屬后，該金屬會由原先的固態轉變為液態。轉變為液態后，又可以通過半導體制冷（珀耳帖效應）或者自然冷卻來對金屬進行降溫，從而使之由液態變為固體。

此外，加入磁性顆粒后，施加的外部磁場還可以用來引導液態金屬移動和轉動，變形等。實驗中，磁控機器人通過液化成功穿越牢籠，并使用欄桿外的模具重新凝固。

據悉，磁控固—液相變材料在未來主要有三個應用方向，一是電子電路的修復；二是零部件的組裝；三是生物醫學上的應用。

特有干細胞群，科學家破譯鹿角再生之謎

人類憑借“優越的大腦”站在地球食物鏈的頂端，但這并不意味著我們擁有“傲視群雄”的身體機能。例如，很多脊椎動物都具備的附肢再生功能，人類就不具備。為此，科學家展開了各種探索。

鹿角是哺乳動物中唯一能在自然情況下周期性完全再生的器官，其再生與哺乳動物長骨發育相似，對鹿角再生能力的研究，有助于人類進一步了解哺乳動物的再生機制。

近日，西北工業大學生態環境學院邱強、王文團隊與其國內外合作者建立了鹿角再生發育的細胞圖譜，系統描述了鹿角再生和快速生長的細胞分子機制，從而發現了鹿角再生過程中特有的干細胞群，這一干細胞群是鹿角再生能力的核心細胞群，是鹿角再生能力的必要條件。通過進一步的實驗驗證表明，該細胞群展現出了極強的自我更新、成骨和軟骨分化以及骨骼修復的能力。該研究為哺乳動物骨骼修復和人類骨骼的再生醫學提供了新的研究方向。

會鉆地可降解，仿生載體為種子保駕護航

自然界中，牻牛兒苗的種子自帶彎曲的尾巴，像“鉆頭”一樣，將種子推入地下，提升種子發芽率。受此啟發，卡內基梅隆大學姚力寧、雪城大學張騰、賓夕法尼亞大學楊澍、浙江大學王冠云合作設計制造了一種基于橡木吸濕性的機器人作為種子載體用于空中播種，在平坦土地上的種子鉆孔成功率為 80%。

團隊通過不同方式的成型和干燥過程，改變了天然白橡木材的曲率，使其在保持 36% 的剛度的同時，實現高達45倍的彎曲曲率。隨后，將該木材放置在 3D 打印模具上，制作以牻牛兒苗種子為靈感的三尾自埋種子載體。該載體三個尾端的配置可以更有效地錨定，并產生更大的旋轉和推力，增加初始鉆探成功率；隨著空氣中含水量增加或地面的變濕，線圈主體及尾巴會改變形狀并展開，從而產生一種鉆孔作用，將種子安全地埋在土壤表面以下；干燥時，尾部倒轉，將種子推入土壤更深處；而調整種子載體不同的尖端和整體尺寸可以適應不同的有效載荷。

逐級懸浮3D打印，造一顆有“靈魂”的心

生物3D打印技術已不是新鮮事物，但是現階段3D打印復雜器官，往往徒具其“形”，缺乏內在“靈魂”——器官內部血管網絡。

為此，清華大學機械系熊卓副教授、張婷副研究員課題組研發了一種逐級懸浮3D打印技術，簡稱SPIRIT技術。該技術在打印復雜器官結構的同時耦合構建血管網絡。第一級打印，在懸浮介質中打印生物墨水，獲得組織和器官的復雜外部結構；第二級打印，將犧牲墨水打印到初次打印但未交聯的結構中，獲得自由形態的血管網絡；原位交聯使打印結構定型，同時通過去除懸浮介質和犧牲墨水獲得含自由血管網絡的復雜器官。

這項技術的關鍵在于使用一種能夠同時作為打印墨水和懸浮介質的生物材料。該材料為課題組前期開發的微凝膠雙相生物墨水，其在較寬的溫度范圍內表現出良好的剪切稀化、自愈合以及快速光交聯特性，是理想的“墨水材料”。利用SPIRIT技術和新材料，課題組成功打印構建了含可灌注血管網絡的心室模型，實現了對現有生物3D打印技術的突破。