動態(tài)

我國刷新最大糾纏態(tài)制備世界紀(jì)錄

多量子比特的操縱和糾纏是量子計算研究的核心指標(biāo)。近日，我國科學(xué)家潘建偉及其同事通過調(diào)控6個光子的偏振、路徑和軌道角動量3個自由度，在國際上首次實現(xiàn)了18個光量子比特的糾纏，刷新了所有物理體系中最大糾纏態(tài)制備的世界紀(jì)錄。國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報》日前發(fā)表了該成果。

多個量子比特的相干操縱和糾纏態(tài)制備是發(fā)展可擴展量子信息技術(shù)，特別是量子計算的最核心指標(biāo)。量子計算的速度將隨著可操縱的糾纏比特數(shù)目的增加而實現(xiàn)指數(shù)級的提升。但要實現(xiàn)多個量子比特的糾纏，需要進行高精度、高效率的量子態(tài)制備和獨立量子比特之間相互作用的精確調(diào)控。同時隨著量子比特數(shù)目的增加，操縱時所帶來的噪聲、串?dāng)_和錯誤也隨之增加。這對量子體系的設(shè)計、加工和調(diào)控要求極高，成為量子糾纏和量子計算發(fā)展的巨大挑戰(zhàn)。

作為國際前沿的量子信息科研團隊之一，潘建偉團隊此前已多次刷新量子糾纏數(shù)量的世界紀(jì)錄。據(jù)介紹，該成果將進一步應(yīng)用于大尺度、高效率的量子信息技術(shù)，這表明在多體糾纏的研究上，我國在國際上仍繼續(xù)處于引領(lǐng)地位。

我國刷新最大糾纏態(tài)制備世界紀(jì)錄

我國首次獲得國際核天體物理大會舉辦權(quán)

從在意大利剛剛閉幕的第15屆國際核天體物理大會（NIC2018）傳來消息：下一屆國際核天體物理大會（NIC2020）將由中國舉辦。這是我國首次獲得這一重要國際會議的舉辦權(quán)，中國原子能科學(xué)研究院將承辦此次會議。

國際核天體物理大會每兩年召開一次，自1990年在奧地利舉行第一次會議以來，已成為核天體物理領(lǐng)域最重要的國際會議。獲得第16屆國際核天體物理大會舉辦權(quán)標(biāo)志著我國核天體物理研究取得的長足發(fā)展在國際上得到進一步認(rèn)可。

中國錦屏深地核天體物理重大項目首席科學(xué)家、原子能院副院長柳衛(wèi)平表示，我國核天體物理研究，目前已形成了從深地到地面實驗、從核反應(yīng)測量到天文觀測、從實驗到網(wǎng)絡(luò)計算的多學(xué)科交叉研究的可喜局面。舉辦國際核天體物理大會將對拓展我國核天體物理對外交流、鞏固并提升我國在國際核天體物理界的影響力、吸引國際一流學(xué)者來我國開展合作研究等方面產(chǎn)生重要影響。

中國建成新型光學(xué)量子行走實驗系統(tǒng)

中國科學(xué)家提出基于時間復(fù)用的新型量子行走方案，建成了50步的光學(xué)量子行走實驗系統(tǒng)，并基于該系統(tǒng)首次直接測量具有手征對稱性的量子行走中的體拓?fù)洳蛔兞俊Ｔ摮晒延?月26日發(fā)表在《物理評論快報》上。

量子行走是量子信息領(lǐng)域的重要研究方向，理論上已經(jīng)證明基于該模型可以實現(xiàn)普適的量子計算。盡管目前已有多種實現(xiàn)量子行走的物理系統(tǒng)，但如何提高其行走規(guī)模一直是個重大難題。來自中國的科研團隊通過多年嘗試，成功建成可以進行大規(guī)模量子行走的量子光學(xué)實驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于時間復(fù)用的共線干涉框架，使用共線切割的雙折射晶體實現(xiàn)自旋—軌道耦合，避免了額外的光子損耗。這種新型的設(shè)計使得該系統(tǒng)非常穩(wěn)定，特別適合實現(xiàn)基于光子的大規(guī)模量子行走。研究組以0.945的高保真度演示了基于可預(yù)報單光子的50步的量子行走。

建成了50步的光學(xué)量子行走實驗系統(tǒng)后，科研團隊還基于該系統(tǒng)首次直接測量了具有手征對稱性的量子行走中的體拓?fù)洳蛔兞?。拓?fù)湮飸B(tài)是由量子效應(yīng)導(dǎo)致的與某些拓?fù)湫再|(zhì)相聯(lián)系的新物態(tài)，是近幾十年物理學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。拓?fù)湮飸B(tài)天然具有抵抗局域退相干的能力，所以在實現(xiàn)量子信息任務(wù)中也具有潛在應(yīng)用價值。拓?fù)湮飸B(tài)在凝聚態(tài)和冷原子等系統(tǒng)中已有大量的實驗研究。近來，量子行走系統(tǒng)越來越多地被用于研究具有自旋—軌道耦合的物理系統(tǒng)的拓?fù)湫再|(zhì)。通常的方法是基于體—邊界對應(yīng)原理，通過對邊界態(tài)的研究反推物理系統(tǒng)的體拓?fù)湫再|(zhì)。直接觀測系統(tǒng)的體拓?fù)湫再|(zhì)是拓?fù)湮飸B(tài)研究中的熱點和難點，其困難在于需要完全測定系統(tǒng)的基態(tài)波函數(shù)。

該研究組通過巧妙設(shè)計，成功實現(xiàn)了對光學(xué)量子行走系統(tǒng)末態(tài)波函數(shù)的完整重構(gòu)，進而直接讀取具有手征對稱的量子行走的體拓?fù)洳蛔兞?。該光學(xué)量子行走實驗平臺對于進一步研究拓?fù)湮飸B(tài)具有重要的應(yīng)用價值。

科學(xué)家攻克G蛋白偶聯(lián)受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)重大科學(xué)難題

由中國科學(xué)家領(lǐng)銜，包括美國、加拿大等多家科研機構(gòu)在內(nèi)組成的交叉團隊，合作利用冷凍電鏡技術(shù)成功解析視紫紅質(zhì)與抑制型G蛋白（Gi）復(fù)合物的近原子分辨率結(jié)構(gòu)，攻克了細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)領(lǐng)域的重大科學(xué)難題。近日，相關(guān)研究成果已在線發(fā)表于《自然》雜志上。

GPCR是最大的一類細(xì)胞跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)受體家族和最重要的藥物靶標(biāo)，其通過偶聯(lián)下游G蛋白和阻遏蛋白等多種效應(yīng)蛋白轉(zhuǎn)導(dǎo)胞外信號。在多種GPCR效應(yīng)蛋白中，抑制型G蛋白可選擇性偶聯(lián)五羥色胺受體和多巴胺受體等GPCR，以發(fā)揮調(diào)節(jié)情緒、食欲、動機、認(rèn)知和獎勵等功能。

科研團隊在研究中獲得了視紫紅質(zhì)和Gi蛋白復(fù)合物的近原子分辨率冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)首次展示了GPCR與Gi蛋白相互作用界面的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，完善了人們對GPCR-Gi下游轉(zhuǎn)導(dǎo)選擇性分子機制的理解，也為設(shè)計高效低毒的GPCR靶向藥物提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

這項工作是該交叉團隊在GPCR研究領(lǐng)域的又一重要突破。2015年，該團隊曾利用X射線自由電子激光技術(shù)，在《自然》雜志發(fā)表了rhodopsin與阻遏蛋白復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，攻克了細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)領(lǐng)域的重大科學(xué)難題。之后，在2017年，該團隊再次破解了GPCR招募阻遏蛋白的磷酸化密碼，相關(guān)研究成果曾以封面文章形式發(fā)表在《細(xì)胞》雜志上。

專家表示，這些研究成果深入系統(tǒng)地對GPCR與下游多種效應(yīng)蛋白相互作用進行了研究，闡述了GPCR信號通路轉(zhuǎn)導(dǎo)的分子機制，具有非常重大的理論意義和實際應(yīng)用價值。

四川臥龍自然保護區(qū)內(nèi)的大熊貓

保護大熊貓的收益遠(yuǎn)高于成本

中國科研人員領(lǐng)導(dǎo)的一個國際團隊發(fā)現(xiàn)，通過建立自然保護區(qū)保護大熊貓所得收益是成本的10～27倍。該團隊發(fā)表在最新一期美國《當(dāng)代生物學(xué)》雜志上的研究顯示：2010年，大熊貓自然保護區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值達26億～69億美元；同年，大熊貓保護總投入成本約2.55億美元，即便按照保守算法，也只有總收益的約十分之一。

有批評者認(rèn)為把資源投在大熊貓身上是浪費，該研究不支持這種觀點，保護大熊貓在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)等方面具有巨大價值。按國際生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分類框架定義，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生3種價值，分別是：供給服務(wù)價值，如供當(dāng)?shù)厝丝诜N植、放牧、汲水和伐木等；調(diào)節(jié)服務(wù)價值，如管控降水、碳封存等；文化服務(wù)價值，如娛樂和文化收益等。

研究人員對已有文獻進行分析，計算得出2010年大熊貓自然保護區(qū)森林的供給服務(wù)與調(diào)節(jié)服務(wù)價值為18.99億美元。僅考慮中國人口和經(jīng)濟合作與發(fā)展組織成員國來華旅游人數(shù)，2010年文化服務(wù)總價值為7.09億美元，3種價值收益合計約26億美元。如果文化服務(wù)價值擴大到全球人口，則當(dāng)年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值可達69億美元。

據(jù)介紹，截至2014年，中國已建立大熊貓自然保護區(qū)67個，面積超過3.3萬平方公里，覆蓋一半以上的大熊貓宜居區(qū)。研究人員認(rèn)為，如果擴大15%的自然保護區(qū)面積，并提高15%的供給服務(wù)和調(diào)節(jié)服務(wù)水平，投入成本將增加到2.92億美元，而總收益將增加到32.2億美元，收益相對成本的比例會更高。