我国首次实现保真度超99.99%原子量子态操控

　　我国科研团队在国际上首次实现了保真度超过99.99%、错误率低于0.01%的原子量子态操控，突破了中性原子量子计算的一个重要障碍。相关研究成果已发表于国际权威期刊《物理评论快报》。
　　该科研团队利用魔幻光强技术构造了高品质的中性原子量子寄存器，并在该新型量子寄存器中实现了目前国际最高精度的全局单比特量子逻辑门。该操控精度超过了国际公认的容错量子计算所要求的量子逻辑门的保真度阈值（99.99%），即错误率低于0.01%。
　　据介绍，中性原子体系作为量子计算的候选体系之一，与超导、半导体等候选体系相比具有良好的可扩展性、较长的相干时间、可控的原子间相互作用等优势。在此前的实验研究中，国际上众多研究组将激光成功地调制为光阱或者光阱阵列，对中性原子进行量子操控。但这些方案都会对原子量子比特能级产生较大的扰动，使得单量子逻辑门操作保真度远低于量子纠错的保真度阈值。该问题也成为基于中性原子搭建实用型量子计算机的三大障碍之一。
　　我国科研团队此前通过对光和原子相互作用的研究，发展了魔幻光强原子囚禁技术，该技术能够有效地降低光阱对原子能级的扰动。他们进一步地发挥该技术的优势，巧妙地构建了一个由4×4的魔幻光阱阵列构成的量子寄存器。在该寄存器中，实现了平均保真度高达99.995%的全局单比特量子逻辑门。
　　该研究成果是该团队发展的魔幻光强囚禁原子与量子态精密操控技术在高保真全局单比特量子逻辑门的成功应用。这项工作推动了中性原子量子计算的发展，为下一步构造可扩展的中性原子量子信息处理技术奠定了基础。
　　

自然指数表明：中国在化学领域最具实力

　　12月13日出版的《自然》增刊“2018自然指数——聚焦中国”显示，2012年至2017年中国对自然指数的贡献增长了75%，增幅显著超出多个排名领先的国家，如美国、德国、英国和日本。中国在自然指数中所占的全球科研产出份额也由9%上升到16%。
　　自然指数表明，中国最具实力的学科领域为化学，中国所有的自然指数论文中有二分之一涉及化学。从2012年到2017年，中国在自然指数中的化学论文产出增长了84%，位列全球第二，居美国之后。在天文学和太空研究方面，中国已超过英国成为全球第二大论文产出国，也仅次于美国。
　　根据2015年到2017年的科研产出情况，本期增刊还列出自然指数中国十大科研机构为北京大学、清华大学、南京大学、中国科学技术大学、浙江大学、复旦大学、中国科学院大学、中国科学院化学研究所、南开大学和苏州大学。
　　自然指数还显示中国科研人员的国际科研合作在不断增多，中国2015年到2017年的自然指数论文中有将近二分之一是国际科研合作的结果，这个比例与美国大致相同。这种国际科研合作在中国科学院、北京大学和清华大学尤为普遍。
　　但是，增刊也显示中国在科研质量和效率方面尚需持久的改善。虽然中国在自然指数中的总产出居第二位，但是如果以Dimensions数据库中的总产出和研发支出总额分别为基准进行归一化计算后衡量，中国在领先国家中的排名则不居于前列。
　　自然指数主编Catherine Armitage说：“中国的崛起书写了21世纪的科学发展篇章。因此今年有消息说中国的科研论文产出在2016年已超过美国成为世界第一并不令人意外。不过，尽管2012年以来中国在自然指数中的总产出增长了75%，但仍居第二位，距美国还有相当的距离，这表明中国在科研质量方面还需继续前行。”
　　

我国内源磷富营养化水体生态修复技术取得突破

　　我国在内源磷富营养化水体生态修复技术方面取得重要突破，由我国科学家研发出的一种基于改性粘土矿物材料与水生植物协同的沉积物磷原位控制技术，可有效解决内源磷水体富营养化问题。
　　根据西湖内源沉积物磷特性，将改性粘土矿物原位控制沉积物磷工艺与沉水植物修复技术相结合，科学家研发出基于改性粘土矿物材料与水生植物协同的沉积物磷原位控制技术。
　　目前，这一技术已成功应用于国家水专项西湖课题生态修复示范工程，实现了西湖沉积物高效脱磷。相关研究成果已分别发表于《总体环境科学期刊》《环境污染》《科学报告》等环境领域国际权威期刊。
　　据相关科研人员介绍，水体富营养化已成为全球性的水环境问题，磷是导致水体富营养化的关键影响因子之一。内源沉积物是湖泊营养物质的重要蓄积库，随着生态保护力度的加大，当前外源磷的输入已逐渐得到有效控制，内源磷释放可能成为富营养化水体生态修复的主要障碍。
　　

我国在生物质催化转化领域取得重要进展

　　近日，我国科学家在生物质催化转化领域取得重要进展。相关成果“Selective production of phase-separable product from a mixture of biomass-derived aqueous oxygenates”（生物质基含氧化合物水溶液选择性制备相分离产品），发表在《自然—通讯》（Nature Communications）上。
　　生物质能源的开发和应用，因其可再生性和环保性一直以来都是研究热点之一。其中ABE发酵液以淀粉或纤维素为原料，经丙酮丁醇梭菌发酵得到，是燃料和化学品的重要来源。ABE发酵液一般浓度较低，目前其利用方式为通过浓缩、分离等提纯过程得到纯品丙酮、丁醇及乙醇产物，不可避免地带来高能耗等问题，限制其广泛应用。因此，ABE发酵液理想的利用方式是不经分离而直接转化制备燃料或化学品。然而，对于生物质的直接转化而言，实现同时兼具高转化效率和产物高选择性仍面临巨大挑战。
　　科研团队采用锡掺杂的二氧化铈催化剂实现了ABE发酵液的直接催化转化，碳转化率可达到70%，主要产物为4-庚酮，其选择性高达86%。此外，在以往已报道的ABE发酵液转化的催化体系中，人们普遍认为水是催化剂的毒化剂，然而，在本工作的催化体系中，水却参与反应，促使目标产物4-庚酮的选择性生成。该过程以ABE水溶液为原料，而产品4-庚酮为油相，因此仅通过简单的倾倒和蒸馏即可获得95%纯度的4-庚酮。
　　本项研究将铈基材料应用拓展至复杂的生物质转化体系，耦合生物发酵与化学催化过程，实现单一化学品的高选择性制备，既具有科学研究意义，又具有潜在应用前景。
　　

我国计量迎来国际单位制重大变革

　　国家市场监管总局于12月11日召开了国际单位重大变革新闻发布会。随着国际单位制迎来重大变革，从2019年5月20日起，中国将开始使用新修订后的国际单位制。届时，“千克”不再依赖实物来体现，计量将会更加方便精准，其误差将可以忽略不计。
　　据国际计量局数据显示，国际千克原器服役近130年来，其质量与各国保存的质量基准、国际计量局官方作证基准的一致性出现了约50微克的偏差。但国际千克原器的质量是否发生了变化、具体变化了多少，至今仍是一个谜。
　　根据第26届国际计量大会的决定，到2019年5月20日，“国际千克原器”将正式退役，取代它的将是符号为h的普朗克常数。经过各国国家计量院的多年研究，国际测量体系将有史以来第一次全部建立在不变的自然常数上。至此，国际计量单位制的7个基本单位全部实现由常数定义。这是改变国际单位制采用实物计量的历史性变革。
　　国际单位制的全范围准确性，为科学发现和技术创新提供了新的机遇。得益于更高的测量准确度，人们将可以测量极高、极低温度的微小变化，从而更加准确地监测核反应堆内、航天器表面的温度变化；在生物医药领域，可以准确测量单个细胞内某种物质的含量，并根据病人的实际需要，制定更加精确的药物剂量。