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来源： 发布时间：2019-09-20
Nature
小型团队更倾向于颠覆性创新
Nature封面：科研生态。Nature杂志第7744期封面文章梳理了大团队与小团队的运作差异。研究发现小团队和大团队在研发领域中似乎占据着不同位置。通过分析1954年—2014年期间的逾6500万例论文、专利和软件产品，评估哪类论文或产品会被认为开创了一个新方向，或是对先前研究的一次改进。发现小团队（封面所示鲨鱼）更有可能利用新想法、新设计和新方法创造科技突破；而大团队（封面所示小鱼）更倾向于联合起来巩固并发展现有想法。研究人员认为，两种合作方式对于持续创新和创造科技蓬勃发展所需的健康生态环境都必不可少。
基于微尺度曲面的全内反射和光干涉的颜色生成机制
Nature封面：生成颜色。Nature杂志第7745期封面文章报道了一种新的利用无色液滴生成虹彩结构色的机制。Lauren Zarzar及其同事通过研究发现，悬浮在透明培养皿背面的微米级液滴或多相液滴在受到白光束照射时，会从边缘反射彩色光。不同于一般所想的是，这种效应并非由材料色散产生，而是由基于光干涉的光学现象产生的：光沿着液滴的曲面进行全内反射。通过改变该界面的长度和曲率，研究人员能够控制所产生的颜色。此外，通过将液滴排成2D阵列，他们还创建出了像素化图像。
合作育雏的杜鹃将社会性寄生育雏作为替代繁殖策略
Nature封面：大犀鹃。Nature杂志第7746期封面文章报道了名为大犀鹃的热带杜鹃的筑巢策略，并揭示了欺骗行为的潜在益处和弊端。大犀鹃通常会选择合作育雏的方式，即两个或以上的雌性大犀鹃与配偶共用一巢。但如果第一个巢被破坏，一些雌性大犀鹃就会改变策略，选择寄生育雏——在另一个巢产卵，并丢弃给它者抚育。科学家们利用在巴拿马历时11年的实地考查数据，证明两种育雏策略的适应性收益大致相同，两种繁殖行为已经演化成抵御巢捕食者攻击的替代策略。
基于量子增强型特征空间的监督式学习
Nature封面：机密信息。Nature杂志第7747期封面文章报道了机器学习和量子计算有望解决此前难以攻克的问题。在机器学习领域，模式分类等技术颇为有效，但是当数据结构变得非常复杂时仍会遭遇瓶颈。一种常见的解决方法是将此类复杂数据映射到高维度空间，但是该方法所需要的计算能力难以通过经典计算机获得。Kristan Temme等科学家发现，将分类对象映射到量子态空间进行特征分析，或有助于克服这一限制。研究人员在实验中运行了两种量子算法，表明利用量子计算机的处理能力有望为处理大型分类任务的机器学习带来额外优势。
Science
新热带“唱歌”小鼠声乐相互作用的运动皮质控制
Science封面：唱歌的老鼠。Science杂志第6430期封面文章报道了一只会“唱歌”的老鼠。纽约大学和得克萨斯大学奥斯汀分校的科学家发现一种会唱歌的褐鼷鼠可以做出许多实验室动物无法做到的行为，它们可以“一唱一和”地轮流歌唱，宛如人类交谈。小鼠间的这种“歌曲对唱”为科学家研究大脑如何控制对话提供了一个新的模型，让我们对人类的交流产生新的认识。通过确定一个面部运动皮层区域，开展一系列的扰动实验，证明了声音产生的的分级控制。这些结果提供了一个系统级框架，用于理解构成自然社会交互的感觉运动转换。
可疑的诊断
Science封面：患者之国。Science杂志第6431期封面FEATURE文章报道了Charles Piller的署名文章。一场对抗“糖尿病前期”的战争创造了数以百万计的新患者，也为制药行业带来了诱人的机遇，但是这种情况有多真实呢？文章认为，当健康专家宣布糖尿病前期(血糖水平轻微升高)是一种需要治疗的疾病时，数千万美国人成为了潜在的患者。但正如一份科学调查报告所显示的那样，糖尿病前期的风险可能被大大夸大了，许多治疗方法几乎没有带来任何益处。许多公共卫生组织认为，以临床为主的糖尿病预防方法是无效的。
举全村之力
Science封面：一位年轻的癌症患者凝视着窗外，也许想知道未来会发生什么。Science杂志第6432期专刊报道了儿科癌症研究进展。对于许多癌症儿童来说，未来是光明的。由于治疗的进步，高收入国家的平均治愈率现在已超过80%。协作研究可能会产生新的治疗方法，副作用更少，有助于提高低收入国家的治愈率。虽然儿科肿瘤学界面临的挑战是多种多样的，但提议的解决方案中，一个共同主题是需要协作，无论是通过共享数据、专业知识还是资源。正如一句名言所说，取得进展需要一个村庄（Making progress will take a village）。
礁石建造者
Science封面：造礁珊瑚Acropora tenuis。Science杂志第6433期封面文章报道了科学家们正致力于为珊瑚提供基因帮助。随着世界珊瑚礁在气温升高的情况下萎缩，科学家们正致力于为珊瑚提供基因帮助。Acropora tenuis是一种造礁珊瑚，它释放柔和的粉红色卵子和精子。通过收集卵子和精子，研究人员已经能够将这种物种与其他物种杂交，希望创造出能够应对海洋变暖的杂交物种。但这种方法存在争议，将这种杂交种移植到开阔海域的建议也遇到了阻力。这项工作在实验室中显示出一些前景，但它仍然处于起步阶段。
量子前沿
首次实验验证三维量子霍尔效应
中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心国际功能材料量子设计中心（ICQD）和物理系教授乔振华与南方科技大学教授张立源、新加坡、美国等科学家合作，在碲化锆（ZrTe5）块体单晶体材料中首次观测到三维量子霍尔效应的明确证据，并指出该效应可能是由于磁场下相互作用产生的电荷密度波诱导的。研究论文发表于Nature。这一工作终于将经历了30余年等待的三维量子霍尔效应这一预言展现于世人面前。在这个效应中，由于维度的不同，现象背后的微观物理机制也展现其新颖与诱人的方面。该发现有望为未来的凝聚态物理的发展注入新的活力。
量子拓扑相变理论研究进展
清华大学物理系张广铭课题组在量子拓扑相变理论方面取得进展，揭示了二维量子拓扑物态的基本模型（Toric Code）在电磁对偶路径上的新颖量子拓扑相变和临界行为，部分地回答了物理学中一个悬而未决的重要难题，并提供了完全解决该问题的新思路。研究论文发表于Physical Review Letters。研究团队从量子波函数的角度来探讨可能的量子拓扑相变的机制。借助于张量网络态的表示理论，构造了一个可调控的量子多体波函数，并发现可映射到一个二维严格可解的经典统计模型（Ashkin-Teller模型）。借助于经典模型的严格解，发现Kitaev的Toric Code量子拓扑态严格对应经典统计模型的“部分有序态”。
超导量子计算研究进展
中国科学技术大学潘建伟院士与朱晓波、陆朝阳、彭承志等实现了国际上最大规模超导量子比特纠缠态12比特“簇态”的制备。研究论文发表于Physical Review Letters。通过设计和加工高品质的12比特一维链超导比特芯片，并且采用并行逻辑门操作方式避免比特间的串扰，以及热循环操作去除不需要的二能级系统对于比特性能的影响，制备并验证了12个超导比特的真纠缠，保真度达到70%，打破了2017年由中国科大、浙江大学、中科院物理研究所联合研究组创造的10个超导量子比特纠缠的记录。这也是目前固态量子系统中规模最大的多体纠缠态，可为下一步实现大规模随机线路采样和可扩展单向量子计算奠定基础。
双金属量子阱层中共振隧穿研究进展
中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心磁学国家重点实验室M02课题组韩秀峰研究员与国内外科学家合作，实现了磁性隧道结双金属量子阱层中的共振隧穿，为进一步发展基于共振隧穿效应的新型自旋电子学器件奠定了重要的实验基础。研究论文发表于Nano Letters。磁性隧道结中的量子阱共振隧穿效应由于其重要的科学与应用价值而被广泛关注和研究。在半导体领域，多量子阱之间的共振隧穿已经被证实和应用，例如共振隧穿二极管、多量子阱的发光二极管等。科学家制备出了三势垒隧道结，证明了在三势垒隧道结中可以形成双量子阱态，提炼出实现双量子阱中的共振隧穿必须满足的3个条件。
诺特定理与去禁闭量子临界点
中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心博士后马女森、加州大学圣地亚哥分校助理教授尤亦庄和物理所研究员孟子杨组成的研究团队，首次提出了应用诺特定理寻找去禁闭量子临界点涌现连续对称性的研究方法。研究论文发表于Physical Review Letters。诺特定理告诉人们，物理系统中存在的连续对称性都有对应的守恒律，最为人熟知的便是时空平移对称性对应的能量和动量守恒律，守恒律又对应着系统中某一守恒流，可以是能量流、动量流、电流、粒子流等。反过来，如果可以观测到物理系统存在某一守恒流，也就可以证明此系统具有该守恒流对应的连续对称性。
通过单光子动力学直接观测拓扑性质
上海交通大学金贤敏团队与山西大学激光光谱研究所贾锁堂教授、梅锋教授以及南京大学物理学院朱诗亮教授合作，通过光子晶格体态中单光子动力学过程直接观察结构的拓扑数以及拓扑相变。研究论文发表于Physical Review Letters。拓扑不变量刻画了拓扑晶体的拓扑性质，在凝聚态体系中可以通过测量电导得到。但是在光学体系中没有霍尔电导相对应的物理量，因此在拓扑光子晶体中直接测量拓扑不变量便成了一个棘手的问题。研究团队发现通过光子在光子晶体中的体态动力学演化过程可以得到拓扑不变量，并利用单光子动力学过程观察到光子晶体的不同拓扑能带之间的拓扑相变过程。
单自旋量子调控研究进展
中国科学技术大学教授杜江峰院士领导的中科院微观磁共振重点实验室研究团队建立了在量子系统中实现基于非厄米哈密顿量的量子调控普适理论，并通过对金刚石量子比特的高精度量子操控，首次在单自旋体系中观测到宇称时间对称性破缺。研究成果发表于Science。新的研究方法对非厄米哈密顿量本身没有任何限制，包括任何维度及含时演化，均只需要消耗一个辅助比特的代价来实现。基于此，科学家将金刚石中的一个氮—空位缺陷中的电子自旋用作系统比特，一个核自旋作为辅助比特，实现了宇称时间对称哈密顿量，并观测到宇称时间对称性破缺现象。实验结果展示了单自旋量子态在宇称时间对称哈密顿量支配下的演化。
基于量子限域超流体的有序组装反应过程
中国科学院理化技术研究所江雷院士和张锡奇等人联名发表了题为“1D Nanoconfined Ordered-Assembly Reaction”的综述文章。文章发表于Advanced Materials Interfaces。文章概述了一维纳米限域化学反应的发展现状，包括有机合成、聚合反应，以及金属表面的纳米限域预组装反应。论述了生物纳米通道和人工纳米通道中物质的超快输运现象，介绍了“量子限域超流体”概念，将纳米通道内的物质超快输运现象解释为焓驱动的限域有序流体。受生物DNA合成的程序化组装反应启发，通过结合量子限域超流体概念和前线分子轨道理论，提出了“有序组装反应”的新概念，用于理解纳米限域作用增强反应性能的本质机理。
临床研究
艾滋病病毒适应新宿主和免疫逃逸的分子机制
清华大学医学院张林琦教授课题组与国内外科学家合作，开展艾滋病病毒表面蛋白单点氨基酸突变调节中和抗体敏感性的研究，解析了艾滋病病毒表面蛋白在适应新宿主过程中高速突变的分子基础和生物学意义。研究论文发表于Cell Reports。病毒为了适应新宿主，其表面蛋白产生大量突变，并从“开放”构象快速转变为“闭合”构象，从而达到提高感染效率和免疫逃逸的双重目的。科学家通过病毒基因组学、定点单氨基酸突变、入侵细胞能力、中和抗体敏感性和结构生物学等系统研究，发现表面蛋白gp41 HR2区域中E658K单点氨基酸突变对病毒适应新宿主和免疫逃逸起到关键作用，对多种亚型病毒有着类似的效应。
妊娠期高血压对新生儿和母亲健康影响
华中科技大学同济医学院公共卫生学院徐顺清教授课题组开展了关于采用2017年美国心脏病学学会/美国心脏协会（ACC/AHA）新指南评估妊娠期高血压对新生儿和母亲健康的影响的研究。研究结果发表于Circulation Research。妊娠期高血压疾病是产科常见病，导致全球约14％的孕产妇死亡，是孕产妇死亡的第二大原因。该研究首次为2017年ACC/AHA发布的新的高血压指南在孕妇中的应用，及其对妊娠期血压升高的监测、管理和预防的潜在影响提供了证据。研究结果显示，虽然采用新指南后诊断为妊娠期高血压的孕妇显著增加，但是该指南可以更准确地识别出可能出现不良妊娠结局的孕妇和新生儿。
小分子化合物治疗骨关节炎
北京大学运动医学研究所敖英芳教授团队开展了小分子化合物促进软骨细胞外基质生成及抑制骨关节炎的研究。研究成果发表于Nature Communications。骨关节炎（osteoarthritis,OA）是一种以关节软骨退变、软骨下骨硬化、滑膜增生和骨赘形成为主要病理表现的退行性关节疾病，也是最常见的关节疾患和引起中老年人慢性残疾的首要因素。世界卫生组织调查结果表明，全世界有10%的人口患有不同程度的OA,并将OA与心血管疾病和肿瘤并列为影响人类健康的三大杀手。小分子化合物在OA治疗方面的研究尚处于起步阶段。该研究筛选出一种新的DMOADs化合物—BNTA，利用大鼠OA动物模型验证BNTA改善OA的实验效果。
NLRP3炎症小体在鼻病毒诱导气道黏膜重塑中的功能和机制
中山大学生命科学学院崔隽教授课题组和中山大学附属第一医院李春炜教授课题组合作，揭示了NLRP3炎症小体在鼻病毒诱导气道黏膜重塑中的功能和机制。相关成果发表于Journal of Allergy and Clinical Immunology。NLRP3炎症小体是一类重要的胞内模式识别复合物，可感知外源性和内源性的“危险信号”，防御激活宿主细胞的免疫作用；过度的炎症小体激活将导致或加重呼吸道黏膜的慢性炎症。该论文揭示了呼吸道上皮NLRP3炎症小体可介导鼻病毒引起的上皮细胞IL-1b的释放、细胞焦亡和粘液产生，以上细胞免疫反应和功能的改变是鼻病毒诱导气道黏膜重塑的重要机制。
狼疮特异性B细胞干预新靶点
中国科学院上海巴斯德所张晓明课题组联合上海交通大学医学院附属仁济医院鲍春德教授等人发现狼疮特异性B细胞干预新靶点。研究论文发表Annals of the Rheumatic Diseases。系统性红斑狼疮 (SLE)是一种严重危害人类健康的自身免疫疾病，可造成机体多器官的损害，晚期患者常危及生命。SLE病因复杂，目前对其发病机制尚未清晰解析，导致在临床上缺乏有效的靶向治疗方案。该研究发现SLE活动性初发患者外周血中出现了高比例的非典型记忆B细胞(AtMs)。提示阻断mTORC1通路是有效清除体内AtMs病理性B细胞的一个重要可行策略，为探索狼疮的新型靶向治疗方案提供了新的思路。
揭示人类疱疹病毒的基因组包装机制
中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心、生命科学学院博士刘云涛、教授毕国强与合作者利用冷冻电镜首次解析了人类疱疹病毒基因组包装的关键机制以及病毒的DNA基因组结构，有助于预防和控制疱疹病毒引发的多种疾病，并可望改造疱疹病毒用于靶向治疗。研究论文发表于Nature。疱疹病毒在自然界中广泛存在，在感染人体后能够引发多种疾病，包括带状疱疹、出生缺陷、多种免疫系统疾病等。该研究展示了疱症病毒完整的非对称结构，获得了第一个真核生物病毒的DNA通道原子模型，也是第一次探测到DNA在通道里的扭曲状态。
胶质细胞参与调节视网膜自发活动波
中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）、上海脑科学与类脑研究中心、神经科学国家重点实验室杜久林研究组通过在发育早期斑马鱼上进行在体钙成像和电生理记录，发现穆勒胶质细胞分别通过AMPA受体和谷氨酸转运体参与和调节视网膜自发活动波。研究成果发表于Cell Reports。穆勒胶质细胞是脊椎动物视网膜中一种主要的胶质细胞，其横跨整个视网膜，并与临近视网膜神经元形成紧密连接，调节视觉信号的传递，维持视网膜的结构。穆勒胶质细胞通过AMPA受体可检测到视网膜自发活动波的发生，并通过谷氨酸转运体调节视网膜波的发生和传播。
揭示肾小管间质炎症形成的新机制
东南大学肾脏病研究所、东南大学附属中大医院肾脏病学专家刘必成、吕林莉教授课题组通过研究，发现肾小管上皮细胞外泌体-19b-3p促进肾脏损伤中M1型巨噬细胞活化。研究论文发表于《自然》旗下期刊《细胞死亡与分化》。肾小管间质炎症是各种原因引起的急慢性肾脏病常见的病理改变，肾小管上皮细胞受损后可能通过复杂的机制进行细胞间信号传递，从而启动和放大炎症过程，但是其确切机制仍不十分清楚。科学家从细胞、动物、临床病例多层面发现小管上皮细胞外泌体miR-19b-3p通过介导巨噬细胞表型转化而发挥关键的致炎作用，该研究为临床慢性肾脏病抗炎治疗提供了新的治疗靶点。科
小型团队更倾向于颠覆性创新
Nature封面：科研生态。Nature杂志第7744期封面文章梳理了大团队与小团队的运作差异。研究发现小团队和大团队在研发领域中似乎占据着不同位置。通过分析1954年—2014年期间的逾6500万例论文、专利和软件产品，评估哪类论文或产品会被认为开创了一个新方向，或是对先前研究的一次改进。发现小团队（封面所示鲨鱼）更有可能利用新想法、新设计和新方法创造科技突破；而大团队（封面所示小鱼）更倾向于联合起来巩固并发展现有想法。研究人员认为，两种合作方式对于持续创新和创造科技蓬勃发展所需的健康生态环境都必不可少。
基于微尺度曲面的全内反射和光干涉的颜色生成机制
Nature封面：生成颜色。Nature杂志第7745期封面文章报道了一种新的利用无色液滴生成虹彩结构色的机制。Lauren Zarzar及其同事通过研究发现，悬浮在透明培养皿背面的微米级液滴或多相液滴在受到白光束照射时，会从边缘反射彩色光。不同于一般所想的是，这种效应并非由材料色散产生，而是由基于光干涉的光学现象产生的：光沿着液滴的曲面进行全内反射。通过改变该界面的长度和曲率，研究人员能够控制所产生的颜色。此外，通过将液滴排成2D阵列，他们还创建出了像素化图像。
合作育雏的杜鹃将社会性寄生育雏作为替代繁殖策略
Nature封面：大犀鹃。Nature杂志第7746期封面文章报道了名为大犀鹃的热带杜鹃的筑巢策略，并揭示了欺骗行为的潜在益处和弊端。大犀鹃通常会选择合作育雏的方式，即两个或以上的雌性大犀鹃与配偶共用一巢。但如果第一个巢被破坏，一些雌性大犀鹃就会改变策略，选择寄生育雏——在另一个巢产卵，并丢弃给它者抚育。科学家们利用在巴拿马历时11年的实地考查数据，证明两种育雏策略的适应性收益大致相同，两种繁殖行为已经演化成抵御巢捕食者攻击的替代策略。
基于量子增强型特征空间的监督式学习
Nature封面：机密信息。Nature杂志第7747期封面文章报道了机器学习和量子计算有望解决此前难以攻克的问题。在机器学习领域，模式分类等技术颇为有效，但是当数据结构变得非常复杂时仍会遭遇瓶颈。一种常见的解决方法是将此类复杂数据映射到高维度空间，但是该方法所需要的计算能力难以通过经典计算机获得。Kristan Temme等科学家发现，将分类对象映射到量子态空间进行特征分析，或有助于克服这一限制。研究人员在实验中运行了两种量子算法，表明利用量子计算机的处理能力有望为处理大型分类任务的机器学习带来额外优势。
Science
新热带“唱歌”小鼠声乐相互作用的运动皮质控制
Science封面：唱歌的老鼠。Science杂志第6430期封面文章报道了一只会“唱歌”的老鼠。纽约大学和得克萨斯大学奥斯汀分校的科学家发现一种会唱歌的褐鼷鼠可以做出许多实验室动物无法做到的行为，它们可以“一唱一和”地轮流歌唱，宛如人类交谈。小鼠间的这种“歌曲对唱”为科学家研究大脑如何控制对话提供了一个新的模型，让我们对人类的交流产生新的认识。通过确定一个面部运动皮层区域，开展一系列的扰动实验，证明了声音产生的的分级控制。这些结果提供了一个系统级框架，用于理解构成自然社会交互的感觉运动转换。
可疑的诊断
Science封面：患者之国。Science杂志第6431期封面FEATURE文章报道了Charles Piller的署名文章。一场对抗“糖尿病前期”的战争创造了数以百万计的新患者，也为制药行业带来了诱人的机遇，但是这种情况有多真实呢？文章认为，当健康专家宣布糖尿病前期(血糖水平轻微升高)是一种需要治疗的疾病时，数千万美国人成为了潜在的患者。但正如一份科学调查报告所显示的那样，糖尿病前期的风险可能被大大夸大了，许多治疗方法几乎没有带来任何益处。许多公共卫生组织认为，以临床为主的糖尿病预防方法是无效的。
举全村之力
Science封面：一位年轻的癌症患者凝视着窗外，也许想知道未来会发生什么。Science杂志第6432期专刊报道了儿科癌症研究进展。对于许多癌症儿童来说，未来是光明的。由于治疗的进步，高收入国家的平均治愈率现在已超过80%。协作研究可能会产生新的治疗方法，副作用更少，有助于提高低收入国家的治愈率。虽然儿科肿瘤学界面临的挑战是多种多样的，但提议的解决方案中，一个共同主题是需要协作，无论是通过共享数据、专业知识还是资源。正如一句名言所说，取得进展需要一个村庄（Making progress will take a village）。
礁石建造者
Science封面：造礁珊瑚Acropora tenuis。Science杂志第6433期封面文章报道了科学家们正致力于为珊瑚提供基因帮助。随着世界珊瑚礁在气温升高的情况下萎缩，科学家们正致力于为珊瑚提供基因帮助。Acropora tenuis是一种造礁珊瑚，它释放柔和的粉红色卵子和精子。通过收集卵子和精子，研究人员已经能够将这种物种与其他物种杂交，希望创造出能够应对海洋变暖的杂交物种。但这种方法存在争议，将这种杂交种移植到开阔海域的建议也遇到了阻力。这项工作在实验室中显示出一些前景，但它仍然处于起步阶段。
量子前沿
首次实验验证三维量子霍尔效应
中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心国际功能材料量子设计中心（ICQD）和物理系教授乔振华与南方科技大学教授张立源、新加坡、美国等科学家合作，在碲化锆（ZrTe5）块体单晶体材料中首次观测到三维量子霍尔效应的明确证据，并指出该效应可能是由于磁场下相互作用产生的电荷密度波诱导的。研究论文发表于Nature。这一工作终于将经历了30余年等待的三维量子霍尔效应这一预言展现于世人面前。在这个效应中，由于维度的不同，现象背后的微观物理机制也展现其新颖与诱人的方面。该发现有望为未来的凝聚态物理的发展注入新的活力。
量子拓扑相变理论研究进展
清华大学物理系张广铭课题组在量子拓扑相变理论方面取得进展，揭示了二维量子拓扑物态的基本模型（Toric Code）在电磁对偶路径上的新颖量子拓扑相变和临界行为，部分地回答了物理学中一个悬而未决的重要难题，并提供了完全解决该问题的新思路。研究论文发表于Physical Review Letters。研究团队从量子波函数的角度来探讨可能的量子拓扑相变的机制。借助于张量网络态的表示理论，构造了一个可调控的量子多体波函数，并发现可映射到一个二维严格可解的经典统计模型（Ashkin-Teller模型）。借助于经典模型的严格解，发现Kitaev的Toric Code量子拓扑态严格对应经典统计模型的“部分有序态”。
超导量子计算研究进展
中国科学技术大学潘建伟院士与朱晓波、陆朝阳、彭承志等实现了国际上最大规模超导量子比特纠缠态12比特“簇态”的制备。研究论文发表于Physical Review Letters。通过设计和加工高品质的12比特一维链超导比特芯片，并且采用并行逻辑门操作方式避免比特间的串扰，以及热循环操作去除不需要的二能级系统对于比特性能的影响，制备并验证了12个超导比特的真纠缠，保真度达到70%，打破了2017年由中国科大、浙江大学、中科院物理研究所联合研究组创造的10个超导量子比特纠缠的记录。这也是目前固态量子系统中规模最大的多体纠缠态，可为下一步实现大规模随机线路采样和可扩展单向量子计算奠定基础。
双金属量子阱层中共振隧穿研究进展
中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心磁学国家重点实验室M02课题组韩秀峰研究员与国内外科学家合作，实现了磁性隧道结双金属量子阱层中的共振隧穿，为进一步发展基于共振隧穿效应的新型自旋电子学器件奠定了重要的实验基础。研究论文发表于Nano Letters。磁性隧道结中的量子阱共振隧穿效应由于其重要的科学与应用价值而被广泛关注和研究。在半导体领域，多量子阱之间的共振隧穿已经被证实和应用，例如共振隧穿二极管、多量子阱的发光二极管等。科学家制备出了三势垒隧道结，证明了在三势垒隧道结中可以形成双量子阱态，提炼出实现双量子阱中的共振隧穿必须满足的3个条件。
诺特定理与去禁闭量子临界点
中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心博士后马女森、加州大学圣地亚哥分校助理教授尤亦庄和物理所研究员孟子杨组成的研究团队，首次提出了应用诺特定理寻找去禁闭量子临界点涌现连续对称性的研究方法。研究论文发表于Physical Review Letters。诺特定理告诉人们，物理系统中存在的连续对称性都有对应的守恒律，最为人熟知的便是时空平移对称性对应的能量和动量守恒律，守恒律又对应着系统中某一守恒流，可以是能量流、动量流、电流、粒子流等。反过来，如果可以观测到物理系统存在某一守恒流，也就可以证明此系统具有该守恒流对应的连续对称性。
通过单光子动力学直接观测拓扑性质
上海交通大学金贤敏团队与山西大学激光光谱研究所贾锁堂教授、梅锋教授以及南京大学物理学院朱诗亮教授合作，通过光子晶格体态中单光子动力学过程直接观察结构的拓扑数以及拓扑相变。研究论文发表于Physical Review Letters。拓扑不变量刻画了拓扑晶体的拓扑性质，在凝聚态体系中可以通过测量电导得到。但是在光学体系中没有霍尔电导相对应的物理量，因此在拓扑光子晶体中直接测量拓扑不变量便成了一个棘手的问题。研究团队发现通过光子在光子晶体中的体态动力学演化过程可以得到拓扑不变量，并利用单光子动力学过程观察到光子晶体的不同拓扑能带之间的拓扑相变过程。
单自旋量子调控研究进展
中国科学技术大学教授杜江峰院士领导的中科院微观磁共振重点实验室研究团队建立了在量子系统中实现基于非厄米哈密顿量的量子调控普适理论，并通过对金刚石量子比特的高精度量子操控，首次在单自旋体系中观测到宇称时间对称性破缺。研究成果发表于Science。新的研究方法对非厄米哈密顿量本身没有任何限制，包括任何维度及含时演化，均只需要消耗一个辅助比特的代价来实现。基于此，科学家将金刚石中的一个氮—空位缺陷中的电子自旋用作系统比特，一个核自旋作为辅助比特，实现了宇称时间对称哈密顿量，并观测到宇称时间对称性破缺现象。实验结果展示了单自旋量子态在宇称时间对称哈密顿量支配下的演化。
基于量子限域超流体的有序组装反应过程
中国科学院理化技术研究所江雷院士和张锡奇等人联名发表了题为“1D Nanoconfined Ordered-Assembly Reaction”的综述文章。文章发表于Advanced Materials Interfaces。文章概述了一维纳米限域化学反应的发展现状，包括有机合成、聚合反应，以及金属表面的纳米限域预组装反应。论述了生物纳米通道和人工纳米通道中物质的超快输运现象，介绍了“量子限域超流体”概念，将纳米通道内的物质超快输运现象解释为焓驱动的限域有序流体。受生物DNA合成的程序化组装反应启发，通过结合量子限域超流体概念和前线分子轨道理论，提出了“有序组装反应”的新概念，用于理解纳米限域作用增强反应性能的本质机理。
临床研究
艾滋病病毒适应新宿主和免疫逃逸的分子机制
清华大学医学院张林琦教授课题组与国内外科学家合作，开展艾滋病病毒表面蛋白单点氨基酸突变调节中和抗体敏感性的研究，解析了艾滋病病毒表面蛋白在适应新宿主过程中高速突变的分子基础和生物学意义。研究论文发表于Cell Reports。病毒为了适应新宿主，其表面蛋白产生大量突变，并从“开放”构象快速转变为“闭合”构象，从而达到提高感染效率和免疫逃逸的双重目的。科学家通过病毒基因组学、定点单氨基酸突变、入侵细胞能力、中和抗体敏感性和结构生物学等系统研究，发现表面蛋白gp41 HR2区域中E658K单点氨基酸突变对病毒适应新宿主和免疫逃逸起到关键作用，对多种亚型病毒有着类似的效应。
妊娠期高血压对新生儿和母亲健康影响
华中科技大学同济医学院公共卫生学院徐顺清教授课题组开展了关于采用2017年美国心脏病学学会/美国心脏协会（ACC/AHA）新指南评估妊娠期高血压对新生儿和母亲健康的影响的研究。研究结果发表于Circulation Research。妊娠期高血压疾病是产科常见病，导致全球约14％的孕产妇死亡，是孕产妇死亡的第二大原因。该研究首次为2017年ACC/AHA发布的新的高血压指南在孕妇中的应用，及其对妊娠期血压升高的监测、管理和预防的潜在影响提供了证据。研究结果显示，虽然采用新指南后诊断为妊娠期高血压的孕妇显著增加，但是该指南可以更准确地识别出可能出现不良妊娠结局的孕妇和新生儿。
小分子化合物治疗骨关节炎
北京大学运动医学研究所敖英芳教授团队开展了小分子化合物促进软骨细胞外基质生成及抑制骨关节炎的研究。研究成果发表于Nature Communications。骨关节炎（osteoarthritis,OA）是一种以关节软骨退变、软骨下骨硬化、滑膜增生和骨赘形成为主要病理表现的退行性关节疾病，也是最常见的关节疾患和引起中老年人慢性残疾的首要因素。世界卫生组织调查结果表明，全世界有10%的人口患有不同程度的OA,并将OA与心血管疾病和肿瘤并列为影响人类健康的三大杀手。小分子化合物在OA治疗方面的研究尚处于起步阶段。该研究筛选出一种新的DMOADs化合物—BNTA，利用大鼠OA动物模型验证BNTA改善OA的实验效果。
NLRP3炎症小体在鼻病毒诱导气道黏膜重塑中的功能和机制
中山大学生命科学学院崔隽教授课题组和中山大学附属第一医院李春炜教授课题组合作，揭示了NLRP3炎症小体在鼻病毒诱导气道黏膜重塑中的功能和机制。相关成果发表于Journal of Allergy and Clinical Immunology。NLRP3炎症小体是一类重要的胞内模式识别复合物，可感知外源性和内源性的“危险信号”，防御激活宿主细胞的免疫作用；过度的炎症小体激活将导致或加重呼吸道黏膜的慢性炎症。该论文揭示了呼吸道上皮NLRP3炎症小体可介导鼻病毒引起的上皮细胞IL-1b的释放、细胞焦亡和粘液产生，以上细胞免疫反应和功能的改变是鼻病毒诱导气道黏膜重塑的重要机制。
狼疮特异性B细胞干预新靶点
中国科学院上海巴斯德所张晓明课题组联合上海交通大学医学院附属仁济医院鲍春德教授等人发现狼疮特异性B细胞干预新靶点。研究论文发表Annals of the Rheumatic Diseases。系统性红斑狼疮 (SLE)是一种严重危害人类健康的自身免疫疾病，可造成机体多器官的损害，晚期患者常危及生命。SLE病因复杂，目前对其发病机制尚未清晰解析，导致在临床上缺乏有效的靶向治疗方案。该研究发现SLE活动性初发患者外周血中出现了高比例的非典型记忆B细胞(AtMs)。提示阻断mTORC1通路是有效清除体内AtMs病理性B细胞的一个重要可行策略，为探索狼疮的新型靶向治疗方案提供了新的思路。
揭示人类疱疹病毒的基因组包装机制
中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心、生命科学学院博士刘云涛、教授毕国强与合作者利用冷冻电镜首次解析了人类疱疹病毒基因组包装的关键机制以及病毒的DNA基因组结构，有助于预防和控制疱疹病毒引发的多种疾病，并可望改造疱疹病毒用于靶向治疗。研究论文发表于Nature。疱疹病毒在自然界中广泛存在，在感染人体后能够引发多种疾病，包括带状疱疹、出生缺陷、多种免疫系统疾病等。该研究展示了疱症病毒完整的非对称结构，获得了第一个真核生物病毒的DNA通道原子模型，也是第一次探测到DNA在通道里的扭曲状态。
胶质细胞参与调节视网膜自发活动波
中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）、上海脑科学与类脑研究中心、神经科学国家重点实验室杜久林研究组通过在发育早期斑马鱼上进行在体钙成像和电生理记录，发现穆勒胶质细胞分别通过AMPA受体和谷氨酸转运体参与和调节视网膜自发活动波。研究成果发表于Cell Reports。穆勒胶质细胞是脊椎动物视网膜中一种主要的胶质细胞，其横跨整个视网膜，并与临近视网膜神经元形成紧密连接，调节视觉信号的传递，维持视网膜的结构。穆勒胶质细胞通过AMPA受体可检测到视网膜自发活动波的发生，并通过谷氨酸转运体调节视网膜波的发生和传播。
揭示肾小管间质炎症形成的新机制
东南大学肾脏病研究所、东南大学附属中大医院肾脏病学专家刘必成、吕林莉教授课题组通过研究，发现肾小管上皮细胞外泌体-19b-3p促进肾脏损伤中M1型巨噬细胞活化。研究论文发表于《自然》旗下期刊《细胞死亡与分化》。肾小管间质炎症是各种原因引起的急慢性肾脏病常见的病理改变，肾小管上皮细胞受损后可能通过复杂的机制进行细胞间信号传递，从而启动和放大炎症过程，但是其确切机制仍不十分清楚。科学家从细胞、动物、临床病例多层面发现小管上皮细胞外泌体miR-19b-3p通过介导巨噬细胞表型转化而发挥关键的致炎作用，该研究为临床慢性肾脏病抗炎治疗提供了新的治疗靶点。科
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