我國(guó)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(jì)算研究的核心指標(biāo)。近日，我國(guó)科學(xué)家潘建偉及其同事通過調(diào)控6個(gè)光子的偏振、路徑和軌道角動(dòng)量3個(gè)自由度，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了18個(gè)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(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》日前發(fā)表了該成果。

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

作為國(guó)際前沿的量子信息科研團(tuán)隊(duì)之一，潘建偉團(tuán)隊(duì)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(jìn)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(guó)在國(guó)際上仍繼續(xù)處于引領(lǐng)地位。

我國(guó)首次獲得國(guó)際核天體物理大會(huì)舉辦權(quán)

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

國(guó)際核天體物理大會(huì)每?jī)赡暾匍_一次，自1990年在奧地利舉行第一次會(huì)議以來，已成為核天體物理領(lǐng)域最重要的國(guó)際會(huì)議。獲得第16屆國(guó)際核天體物理大會(huì)舉辦權(quán)標(biāo)志著我國(guó)核天體物理研究取得的長(zhǎng)足發(fā)展在國(guó)際上得到進(jìn)一步認(rèn)可。

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

中國(guó)建成新型光學(xué)量子行走實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

中國(guó)科學(xué)家提出基于時(shí)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并基于該系統(tǒng)首次直接測(cè)量具有手征對(duì)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(píng)論快報(bào)》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(shí)現(xiàn)普適的量子計(jì)算。盡管目前已有多種實(shí)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(gè)重大難題。來自中國(guó)的科研團(tuán)隊(duì)通過多年嘗試，成功建成可以進(jìn)行大規(guī)模量子行走的量子光學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于時(shí)間復(fù)用的共線干涉框架，使用共線切割的雙折射晶體實(shí)現(xiàn)自旋一軌道耦合，避免了額外的光子損耗。這種新型的設(shè)計(jì)使得該系統(tǒng)非常穩(wěn)定，特別適合實(shí)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(bào)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)后，科研團(tuán)隊(duì)還基于該系統(tǒng)首次直接測(cè)量了具有手征對(duì)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(diǎn)。拓?fù)湮飸B(tài)天然具有抵抗局域退相干的能力，所以在實(shí)現(xiàn)量子信息任務(wù)中也具有潛在應(yīng)用價(jià)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(shí)驗(yàn)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一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一邊界對(duì)應(yīng)原理，通過對(duì)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(cè)系統(tǒng)的體拓?fù)湫再|(zhì)是拓?fù)湮飸B(tài)研究中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，其困難在于需要完全測(cè)定系統(tǒng)的基態(tài)波函數(shù)。

該研究組通過巧妙設(shè)計(jì)，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)光學(xué)量子行走系統(tǒng)末態(tài)波函數(shù)的完整重構(gòu)，進(jìn)而直接讀取具有手征對(duì)稱的量子行走的體拓?fù)洳蛔兞?。該光學(xué)量子行走實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)于進(jìn)一步研究拓?fù)湮飸B(tài)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

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

由中國(guó)科學(xué)家領(lǐng)銜，包括美國(guó)、加拿大等多家科研機(jī)構(gòu)在內(nèi)組成的交叉團(tuán)隊(duì)，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(hào)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(hào)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(hào)。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(dòng)機(jī)、認(rèn)知和獎(jiǎng)勵(lì)等功能。

科研團(tuán)隊(duì)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(duì)GPCR-Gi下游轉(zhuǎn)導(dǎo)選擇性分子機(jī)制的理解，也為設(shè)計(jì)高效低毒的GPCR靶向藥物提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

這項(xiàng)工作是該交叉團(tuán)隊(duì)在GPCR研究領(lǐng)域的又一重要突破。2015年，該團(tuán)隊(duì)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(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)領(lǐng)域的重大科學(xué)難題。之后，在2017年，該團(tuán)隊(duì)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(duì)GPCR與下游多種效應(yīng)蛋白相互作用進(jìn)行了研究，闡述了GPCR信號(hào)通路轉(zhuǎn)導(dǎo)的分子機(jī)制，具有非常重大的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

保護(hù)大熊貓的收益遠(yuǎn)高于成本

中國(guó)科研人員領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，通過建立自然保護(hù)區(qū)保護(hù)大熊貓所得收益是成本的10～27倍。該團(tuán)隊(duì)發(fā)表在最新一期美國(guó)《當(dāng)代生物學(xué)》雜志上的研究顯示：2010年，大熊貓自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值達(dá)26億～69億美元；同年，大熊貓保護(hù)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(píng)者認(rèn)為把資源投在大熊貓身上是浪費(fèi)，該研究不支持這種觀點(diǎn)，保護(hù)大熊貓?jiān)谏鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)等方面具有巨大價(jià)值。按國(guó)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(jià)值，分別是：供給服務(wù)價(jià)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(jià)值，如管控降水、碳封存等；文化服務(wù)價(jià)值，如娛樂和文化收益等。

研究人員對(duì)已有文獻(xiàn)進(jìn)行分析，計(jì)算得出2010年大熊貓自然保護(hù)區(qū)森林的供給服務(wù)與調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值為18.99億美元。僅考慮中國(guó)人口和經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織成員國(guó)來華旅游人數(shù)，2010年文化服務(wù)總價(jià)值為7.09億美元，3種價(jià)值收益合計(jì)約26億美元。如果文化服務(wù)價(jià)值擴(kuò)大到全球人口，則當(dāng)年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值可達(dá)69億美元。

據(jù)介紹，截至2014年，中國(guó)已建立大熊貓自然保護(hù)區(qū)67個(gè)，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(kuò)大15%的自然保護(hù)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(duì)成本的比例會(huì)更高。