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来源： 发布时间：2020-10-16
Nature
热成像揭示原始小行星的高度多孔性质
Nature封面：碳质（C型）小行星“龙宫”（162173 Ryugu）的热像图。Nature杂志第7800期封面文章报道了“隼鸟2号”探测器搭载的热像仪TIR在“龙宫”上所捕捉到的热数据分析结果。分析结果显示，该小行星可能是由许多高度多孔的小岩石松散组成的。Tatsuaki Okada等认为，“龙宫”可能代表了太空中大量弥漫的毛状灰尘与行星这类致密天体之间缺少的一环。C型小行星是最常见的小行星类型。C型小行星形成于46亿年前左右，组成它们的原始物质或有助于阐明太阳系的起源。
白垩纪最温暖时期的南极附近存在温带雨林
Nature封面：大约9000万年前西南极所存在的温带雨林的艺术想象图。Nature杂志第7801期封面文章报道了对西南极地冰架的沉积层序的分析结果。白垩纪中期是过去1.4亿年里最温暖的时期之一。该研究表明土伦期-桑顿期（9200万—8300万年前）西南极存在过一个温带雨林样的生态系统。分析的沉积岩心具有一个3米长的化石根系网——嵌在泥岩基质中，包含各种花粉和孢子。针对该雨林的气候重建模型显示，当时的南极无冰，而且大气二氧化碳浓度为1120.1680ppm，远高于今天的407ppm。
可实现塑料瓶降解回收的一种PET工程解聚酶
Nature封面：塑料瓶垃圾堆。Nature杂志第7802期封面文章报道了一种经过工程改造的酶，它可以有效降解PET至其单体组分。经过10个小时后，团队的PET水解酶可以实现至少90%的PET解聚。尤其是，降解后的单体与利用石油化工原料新生产的单体具有近乎相同的特性，因此能再用于制作塑料瓶——让我们离实现基于PET的循环经济更进一步。废塑料是一个重要的环境问题，每年约有2亿吨废塑料集聚在填埋场或自然环境中。聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是造成这一问题的一个主要因素。
中微子震荡中的物质-反物质对称性破坏相的约束
Nature封面：超级神冈探测器。Nature杂志第7803期封面文章报道了电荷共轭与宇称反演（CP）破坏的进展。T2K协作组织报告了关于中微子与反中微子之间差异的测量结果，置信度为99.7%，意味着在95%的置信度水平上显现出CP破坏。T2K协作组织捕获了日本东海的J-PARC加速器设施在295公里外产生的中微子，确定了μ子中微子变为电子中微子的概率似乎不同于μ子反中微子变成电子反中微子的概率，展现了轻子存在CP破坏的迹象。如果有更精确的测量结果证实它，那么这种破坏或许有助于解释宇宙中多余的物质是如何形成的。
（本页期刊封面图来自Nature官网）
Science
溶液中单个配体保护的纳米晶体在三维原子结构上的关键差异
Science封面：溶液中铂纳米晶体的三维原子结构的选择。Science杂志第6486期封面文章报道了纳米晶体在溶液相中的结构分析研究。通过开发原子级分辨率的3D液体细胞电子显微镜解析了单个胶体铂纳米晶体的结构，揭示了溶液中配体保护的铂纳米晶体关键内在异质性，包括结构简并性，晶格参数偏差，内部缺陷等。这些结构上的差异导致对自由能贡献的不同。单批合成的铂纳米晶体的高分辨三维原子排列具有关键的结构差异，通过精确的原子位置分配，结构和应变分析可以精确提高所需性质。
一种被称为任意子（Anyon）的准粒子的观测证据
Science封面：二维导体中实现任意子对撞机的艺术图。Science杂志第6487期封面文章报道了科学家成功观测具有拓扑量子效应的任意子。物理学家发现了第一个实验证据，表明有些粒子既不属于费米子，也不属于玻色子，而属于一个新的、粒子第三王国。该研究涉及的二维Anyon对撞机具有超小型规模，需使用电子显微镜观察其内部的动作。对撞机由设置在分层材料之间的二维平面组成，存有保持在强磁场内的量子霍尔液体。从量子拓扑上可以推断出任意子的存在，量子系统制造的形状具有新颖性。
干旱时间
Science封面：索马里难民在肯尼亚达达布附近的一个营地寻求援助。Science杂志第6488期特刊文章探讨了干旱的科学和社会影响，包括过去、现在和将来。2011年，干旱加剧了约43万名逃离索马里暴力冲突的难民的苦难。与干旱相关的饥荒会造成严重后果。科学家们正在使用新的监测工具来识别有饥荒风险的地区，并帮助抵御饥饿。在新南威尔士州德尼利奎因附近的内陆地区，由于炎热的北风吹走了农田的土壤，2006—2007年澳大利亚夏季遭受了毁灭性的干旱。干旱对人类和环境构成了日益复杂的挑战。
陆地昆虫丰度下降，但淡水昆虫丰度增加
Science封面：来自不同目的昆虫的集合。Science杂志第6489期封面文章报道了对现有数据的一项分析结果，陆地昆虫组合的总体下降，而淡水组合的总体增加。科学家们收集了1676个地点的166个长期昆虫聚集调查的数据，以调查昆虫丰度随时间的变化趋势。总的来说，发现即使在邻近的地点，其趋势也有相当大的变化，但陆地昆虫的丰度平均每十年下降9%，淡水昆虫的丰度每十年增加11%。这两种模式在很大程度上是受到北美和一些欧洲地区强劲趋势的推动。也有一些与潜在驱动因素（如土地利用驱动因素）的关联。
（本页期刊封面图来自Science官网）
量子科技
发现陈数笼目磁体TbMn6Sn6
北京大学物理学院量子材料科学中心贾爽副教授、普林斯顿大学的M. Zahid Hasan教授以及合作者研究了一种新的笼目磁体TbMn6Sn6。相关论文发表于Nature。这种材料具有分立的纯净锰原子形成的笼目晶格，而且其同时具有平面外铁磁基态以及较大的磁矫顽力。实验利用光谱成像方法直接观察到了具有平面外磁化的纯净锰基笼目晶格。当外加磁场时，在笼目晶格上观测到了明显的朗道量子化，这在其他任何笼目材料中都没有发现。这种特有的朗道扇结构揭示了自旋极化的狄拉克费米子具有很大的陈数能隙。实验还发现了显著的本征反常霍尔效应标度，这与谱学研究结果完全一致，证明能隙的陈数为1。
量子点光催化剂活性中心的定点“锚定”研究进展
中国科学院理化技术研究所吴骊珠、李旭兵等在量子点光催化剂活性中心的定点“锚定”及其优异产氢性能研究方面取得新进展。相关论文发表于Matter。通过人工光合成将太阳能转化为化学能并以氢气等形式储存起来，是太阳能转化和利用的一种有效途径。在众多人工光合成制氢反应研究中，基于半导体量子点与廉价金属离子构筑的人工光合成体系展现出了高活性和稳定性，已成为光催化分解水制氢的一条高效、便捷且经济的途径。研究团队发展的选择性阳离子交换的手段实现廉价金属离子在量子点表面的定点、定向负载，为构筑高效、稳定的光催化剂提供了新策略。
较低能量下化学反应中的量子几何相位效应
中国科学院大连化学物理研究所孙志刚、杨学明等与中国科技大学教授王兴安合作，在H+HD→H2+D反应中的几何相位效应研究中取得新进展。相关论文发表于Nature Communications。研究发现，与之前2.77电子伏反应能量处的几何相位效应不同，在较低能量处，几何相位效应不仅体现在前向散射振荡上，而且较多地体现在后向散射振荡上。研究者采用经典轨线理论分析，揭示了几何相位效应来自于直接反应途径和漫游反应途径的干涉效应。论文证实了在采用波恩奥本海默近似之后，化学反应中的几何相位效应是真实存在的。几何相位效应对于化学反应的影响，是以影响微分截面的角分布样式而体现的。
银铟硫量子点的自发辐射放大效应研究
中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室和重庆大学合作，通过使用银铟硫量子点作为增益介质，获得放大的自发辐射作用，具有良好增益性能。相关论文发表于Journal of Materials Chemistry C。研究团队探索了一三五族胶体量子点的受激特性，即自发辐射放大性能。通过将两个高反射性布拉格反射镜作光学谐振腔，结合具有高光致发光量子产率（52％）的银铟硫量子点作为增益介质，实现了光放大效应。此外，通过调节布拉格反射镜的层数以找到更好的器件结构。论文揭示了传统银铟硫量子点作为光放大资源的可行性，有效设计布拉格光学微腔在光放大方面具有应用前景。
超导量子计算实验进展：动力学相变的超导量子模拟
中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心与浙江大学在超导量子计算研究方面开展合作，许凯、郑东宁、范桁、王浩华、野理（F. Nori）等人利用16个超导量子比特实现了动力学相变的量子模拟。相关论文发表于Science Advances。合作团队利用前期20量子比特薛定谔猫态工作中所研发的全联通超导多量子比特器件。实验展示了第一类动力学相变。通过对多比特量子态自旋压缩性质的测量，揭示了动力学相变临界点和自旋压缩态产生的直接关联。通过测量不同横场强度下自旋压缩系数的时间演化，发现动力学相变临界点附近的自旋压缩最为显著，测得的压缩系数体现了多体真纠缠的存在。
实验实现最优量子纠缠态检验
中国科学技术大学郭光灿院士团队首次实验实现了最优效率的多光子纠缠态检验。相关论文发表于Physical Review Letters。量子纠缠是量子通信和量子计算研究中重要的资源，制备高质量的纠缠态是实现众多量子信息方案的基本前提。而如何刻画这些实际纠缠态的质量是实施相关量子信息方案首先要解决的问题。研究人员构造了一种新的纠缠态测量方法，可以快速检验出实际制备的多体纠缠态相对于目标纠缠态的保真度，测量精度达到海森堡极限，更重要的是该方法所需测试样本数不会随着纠缠态规模增大而增加。最优量子纠缠态检验方法对大规模量子通信和量子计算网络具有重要意义。
量子计算算法模拟化学分子研究
北京量子信息科学研究院和清华大学联合团队魏世杰、龙桂鲁等开展了全量子本征求解器（Full Quantum Eigensolver，FQE）研究。相关成果发表于Research。把二次量子化的费米哈密顿量映射到希尔伯特空间的比特形式哈密顿量，应用量子梯度下降算法求得哈密顿量的基态能量和基态波函数。具体而言，在一个量子计算系统中，首先设定一个合适的量子初态，通过构造的量子算法给出量子线路实现对应的动力学演化，通过迭代收敛到基态，最后测量量子态得到需要的信息。FQE全部在量子计算机上进行，可以在现在的53比特的IBM和谷歌的有噪量子计算机上计算，也可在今后大型的容错量子计算机上计算。
拓扑量子磁性研究进展
清华大学物理系江万军课题组与国内外合作者在拓扑磁结构的旋性布朗运动方面取得进展。相关论文发表于Physical Review Letters。研究发现磁性薄膜中斯格明子的布朗运动行为与爱因斯坦的理论预测存在显著差异。斯格明子是一种具有自旋拓扑属性的准粒子，它在热扰动影响下会发生随机运动。取决于斯格明子的自旋拓扑态，具有相反拓扑电荷Q=±1的斯格明子，布朗运动轨迹分别沿顺时针和逆时针方向旋进。由于缺陷的钉扎效应，还观测到扩散系数随温度呈指数依赖关系，这与爱因斯坦的线性温度扩散理论相违背。此项研究为理解拓扑磁结构的非平衡动力学和自旋电子器件的开发和应用提供了帮助。
微生物学
光合装置的天然结构状态、相互作用及环境适应性
中国海洋大学海洋生命学院、深海圈层与地球系统前沿科学中心张玉忠教授团队与国内外合作者开展了蓝藻光合膜天然结构研究。相关论文发表于Nature Plants。该研究利用高分辨率原子力显微镜技术，以蓝细菌模式菌株Synechococcus elongatus PCC 7942为研究材料，对其光合膜——类囊体膜进行了高分辨率成像，在纳米水平上展示了类囊体膜上光合复合物的天然结构及相互结合方式，并解释了类囊体膜结构和功能的光适应调节机制。对近生理状态下的蓝细菌类囊体膜结构的认知将加深我们对蓝细菌、真核藻类以及高等植物的光合装置的生理功能及环境适应的理解。
揭示由SIV/HIV感染所触发的肠道菌群迁移模式及概率
中国科学院昆明动物研究所马占山团队揭示了由SIV/HIV感染所触发的肠道菌群迁移模式及概率。相关论文发表于FEMS Microbiology Ecology。研究人员通过分析SIV感染的猕猴的多组织（包括肠道、肠系膜淋巴结和肝脏）菌群数据，发现微生物从胃肠道逃逸到其他组织的过程类似于物理学中的随机游动（random walk）。也就是说，虽然肠道微生物逃逸很可能是由于SIV感染导致的，但逃逸的过程是随机的，并非有组织的确定性迁移。此外，该研究还发现菌群从胃肠道逃逸至肠系膜淋巴结或肝脏的概率（即迁移率，在属水平均>0.5）显著高于菌群在胃肠道内部的扩散率。
G-四链体调节猪伪狂犬病毒基因表达和病毒复制研究
华中农业大学理学院位灯国教授团队和动物科学技术学院、动物医学院刘正飞教授团队合作，发现伪狂犬病毒立即早期基因IE180 3’UTR通过形成G-四链体调控基因表达和病毒复制。相关论文发表于RNA Biology。G-四链体是由鸟嘌呤富集序列形成的特殊二级结构，它的形成或解散可调节基因的复制、转录和翻译等过程。G-四链体在病毒中的研究主要集中在对人类免疫缺陷病毒HIV、丙型肝炎病毒HCV等人类病毒的研究。近年来，猪伪狂犬病毒（PRV）变异毒株使现有的商品化PRV疫苗不能对变异株提供完全保护力，给养猪业造成了很大的损失，人们开始研究PRV潜伏感染建立、维持、激活机制以及开发抗病毒药物。
新发布尼亚病毒免疫炎症调节机制研究
中国科学院武汉病毒研究所/病毒学国家重点实验室/生物安全大科学研究中心邓菲、王华林、宁云佳团队揭示了SFTSV感染诱导炎症免疫反应的重要机理，为发热伴血小板减少综合征炎症病理的深入理解提供了线索。相关论文发表于Journal of Biological Chemistry。哺乳动物进化出一系列的模式识别受体来识别入侵病原的核酸或者其他保守的分子组分，进而诱导炎症和免疫响应。机制上，SFTSV可通过其非结构蛋白将宿主分子TRIM25（RIG-I激活所需的泛素连接酶之一）特异性“监禁”到病毒包涵体中，有效抑制RIG-I的泛素化激活，从而在RIG-I信号的起始阶段拮抗宿主细胞免疫响应。
利用计算推动微生物转氨元件发掘与氨基酸高效利用
中国科学院微生物研究所的吴边团队开发了一种基于转氨酶的多酶级联系统，能够直接将L-氨基酸氧化为对应的酮酸，该团队从生物信息大数据出发，通过一系列生物信息学与计算生物学结合的方法，寻找兼容上述级联反应的新型转氨元件以扩大其应用范围。相关论文发表于ACS Catalysis。通过对序列和结构的组合分析，建立了针对不同家族的转氨元件高效快速的计算筛选方法，将未知序列展开到二维平面上，通过对序列所在位置的分布进行计算筛选，从数据库中的一万余个转氨元件中选取了27个候选序列进行测试。最终建立了一个由6个具有互补的底物选择性的转氨元件构成的酶工具箱，实现了对天然L-氨基酸的全覆盖。
黄栌枯萎病菌致病性研究
北京林业大学林学院森林病理学研究团队王永林等解析了黄栌枯萎病菌（大丽轮枝菌）bZIP转录因子VdAtf1作为新的氮代谢调节因子控制致病过程的分子机制。相关论文发表于New Phytologist。大丽轮枝菌是一种土传性植物病原真菌，世界范围内分布，其寄主范围多达400种以上，包括黄栌、紫荆、马铃薯、棉花和向日葵等，引起严重的植物维管束病害，造成巨大的经济和生态损失。该研究发现大丽轮枝菌bZIP家族转录因子VdAtf1调控致病性的新机制。敲除该基因不影响病原菌对活性氧胁迫的敏感性，而参与了对活性氮的应答。此外，该研究还证实了禾谷镰刀菌FgAtf1也参与氮代谢。
海绵共附生毛球腔属真菌活性代谢产物及降脂机制研究
中国科学院南海海洋研究所热带海洋生物资源与生态重点实验室和广东省海洋药物重点实验室刘永宏团队与合作者对采自徐闻的美丽属海绵来源毛球腔属真菌进行了次级代谢产物研究，在呋喃酮类化合物降脂机制研究方面取得进展。相关论文发表于Journal of Cellular and Molecular Medicine。海绵是多孔滤食性无脊椎动物，是大量海洋微生物的栖息地，是海洋珊瑚礁生态系统的重要组成部分。海绵自身物理防御差，海绵共附生的微生物往往能够产生活性代谢产物来协助海绵抵抗捕食者，这些代谢产物结构独特，生物活性丰富，是海洋药物及其先导化合物的重要来源。
水稻抗病毒免疫机制
北京大学生命科学学院李毅课题组揭示了水稻茉莉酸（JA）信号通路通过调控RNA沉默（RNAi）信号通路促进水稻抗病毒免疫的机制。相关论文发表于Cell Host & Microbe。水稻条纹病毒（Rice stripe virus，RSV）是由昆虫传播的病毒，除侵染水稻外，还可以侵染小麦、大麦等禾本科作物。被感染水稻心叶基部出现褪绿的黄白色斑条，严重时心叶整片黄化甚至枯死，严重影响水稻产量。该研究揭示了病毒侵染后植物JA信号通路与RNAi信号通路协同参与水稻抗病毒防御的分子机制，发现了JAMYB作为响应JA信号通路的转录因子参与水稻AGO18的转录调控；同时揭示了水稻中独特的RSV CP介导的抗性的分子机制。
热成像揭示原始小行星的高度多孔性质
Nature封面：碳质（C型）小行星“龙宫”（162173 Ryugu）的热像图。Nature杂志第7800期封面文章报道了“隼鸟2号”探测器搭载的热像仪TIR在“龙宫”上所捕捉到的热数据分析结果。分析结果显示，该小行星可能是由许多高度多孔的小岩石松散组成的。Tatsuaki Okada等认为，“龙宫”可能代表了太空中大量弥漫的毛状灰尘与行星这类致密天体之间缺少的一环。C型小行星是最常见的小行星类型。C型小行星形成于46亿年前左右，组成它们的原始物质或有助于阐明太阳系的起源。
白垩纪最温暖时期的南极附近存在温带雨林
Nature封面：大约9000万年前西南极所存在的温带雨林的艺术想象图。Nature杂志第7801期封面文章报道了对西南极地冰架的沉积层序的分析结果。白垩纪中期是过去1.4亿年里最温暖的时期之一。该研究表明土伦期-桑顿期（9200万—8300万年前）西南极存在过一个温带雨林样的生态系统。分析的沉积岩心具有一个3米长的化石根系网——嵌在泥岩基质中，包含各种花粉和孢子。针对该雨林的气候重建模型显示，当时的南极无冰，而且大气二氧化碳浓度为1120.1680ppm，远高于今天的407ppm。
可实现塑料瓶降解回收的一种PET工程解聚酶
Nature封面：塑料瓶垃圾堆。Nature杂志第7802期封面文章报道了一种经过工程改造的酶，它可以有效降解PET至其单体组分。经过10个小时后，团队的PET水解酶可以实现至少90%的PET解聚。尤其是，降解后的单体与利用石油化工原料新生产的单体具有近乎相同的特性，因此能再用于制作塑料瓶——让我们离实现基于PET的循环经济更进一步。废塑料是一个重要的环境问题，每年约有2亿吨废塑料集聚在填埋场或自然环境中。聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是造成这一问题的一个主要因素。
中微子震荡中的物质-反物质对称性破坏相的约束
Nature封面：超级神冈探测器。Nature杂志第7803期封面文章报道了电荷共轭与宇称反演（CP）破坏的进展。T2K协作组织报告了关于中微子与反中微子之间差异的测量结果，置信度为99.7%，意味着在95%的置信度水平上显现出CP破坏。T2K协作组织捕获了日本东海的J-PARC加速器设施在295公里外产生的中微子，确定了μ子中微子变为电子中微子的概率似乎不同于μ子反中微子变成电子反中微子的概率，展现了轻子存在CP破坏的迹象。如果有更精确的测量结果证实它，那么这种破坏或许有助于解释宇宙中多余的物质是如何形成的。
（本页期刊封面图来自Nature官网）
Science
溶液中单个配体保护的纳米晶体在三维原子结构上的关键差异
Science封面：溶液中铂纳米晶体的三维原子结构的选择。Science杂志第6486期封面文章报道了纳米晶体在溶液相中的结构分析研究。通过开发原子级分辨率的3D液体细胞电子显微镜解析了单个胶体铂纳米晶体的结构，揭示了溶液中配体保护的铂纳米晶体关键内在异质性，包括结构简并性，晶格参数偏差，内部缺陷等。这些结构上的差异导致对自由能贡献的不同。单批合成的铂纳米晶体的高分辨三维原子排列具有关键的结构差异，通过精确的原子位置分配，结构和应变分析可以精确提高所需性质。
一种被称为任意子（Anyon）的准粒子的观测证据
Science封面：二维导体中实现任意子对撞机的艺术图。Science杂志第6487期封面文章报道了科学家成功观测具有拓扑量子效应的任意子。物理学家发现了第一个实验证据，表明有些粒子既不属于费米子，也不属于玻色子，而属于一个新的、粒子第三王国。该研究涉及的二维Anyon对撞机具有超小型规模，需使用电子显微镜观察其内部的动作。对撞机由设置在分层材料之间的二维平面组成，存有保持在强磁场内的量子霍尔液体。从量子拓扑上可以推断出任意子的存在，量子系统制造的形状具有新颖性。
干旱时间
Science封面：索马里难民在肯尼亚达达布附近的一个营地寻求援助。Science杂志第6488期特刊文章探讨了干旱的科学和社会影响，包括过去、现在和将来。2011年，干旱加剧了约43万名逃离索马里暴力冲突的难民的苦难。与干旱相关的饥荒会造成严重后果。科学家们正在使用新的监测工具来识别有饥荒风险的地区，并帮助抵御饥饿。在新南威尔士州德尼利奎因附近的内陆地区，由于炎热的北风吹走了农田的土壤，2006—2007年澳大利亚夏季遭受了毁灭性的干旱。干旱对人类和环境构成了日益复杂的挑战。
陆地昆虫丰度下降，但淡水昆虫丰度增加
Science封面：来自不同目的昆虫的集合。Science杂志第6489期封面文章报道了对现有数据的一项分析结果，陆地昆虫组合的总体下降，而淡水组合的总体增加。科学家们收集了1676个地点的166个长期昆虫聚集调查的数据，以调查昆虫丰度随时间的变化趋势。总的来说，发现即使在邻近的地点，其趋势也有相当大的变化，但陆地昆虫的丰度平均每十年下降9%，淡水昆虫的丰度每十年增加11%。这两种模式在很大程度上是受到北美和一些欧洲地区强劲趋势的推动。也有一些与潜在驱动因素（如土地利用驱动因素）的关联。
（本页期刊封面图来自Science官网）
量子科技
发现陈数笼目磁体TbMn6Sn6
北京大学物理学院量子材料科学中心贾爽副教授、普林斯顿大学的M. Zahid Hasan教授以及合作者研究了一种新的笼目磁体TbMn6Sn6。相关论文发表于Nature。这种材料具有分立的纯净锰原子形成的笼目晶格，而且其同时具有平面外铁磁基态以及较大的磁矫顽力。实验利用光谱成像方法直接观察到了具有平面外磁化的纯净锰基笼目晶格。当外加磁场时，在笼目晶格上观测到了明显的朗道量子化，这在其他任何笼目材料中都没有发现。这种特有的朗道扇结构揭示了自旋极化的狄拉克费米子具有很大的陈数能隙。实验还发现了显著的本征反常霍尔效应标度，这与谱学研究结果完全一致，证明能隙的陈数为1。
量子点光催化剂活性中心的定点“锚定”研究进展
中国科学院理化技术研究所吴骊珠、李旭兵等在量子点光催化剂活性中心的定点“锚定”及其优异产氢性能研究方面取得新进展。相关论文发表于Matter。通过人工光合成将太阳能转化为化学能并以氢气等形式储存起来，是太阳能转化和利用的一种有效途径。在众多人工光合成制氢反应研究中，基于半导体量子点与廉价金属离子构筑的人工光合成体系展现出了高活性和稳定性，已成为光催化分解水制氢的一条高效、便捷且经济的途径。研究团队发展的选择性阳离子交换的手段实现廉价金属离子在量子点表面的定点、定向负载，为构筑高效、稳定的光催化剂提供了新策略。
较低能量下化学反应中的量子几何相位效应
中国科学院大连化学物理研究所孙志刚、杨学明等与中国科技大学教授王兴安合作，在H+HD→H2+D反应中的几何相位效应研究中取得新进展。相关论文发表于Nature Communications。研究发现，与之前2.77电子伏反应能量处的几何相位效应不同，在较低能量处，几何相位效应不仅体现在前向散射振荡上，而且较多地体现在后向散射振荡上。研究者采用经典轨线理论分析，揭示了几何相位效应来自于直接反应途径和漫游反应途径的干涉效应。论文证实了在采用波恩奥本海默近似之后，化学反应中的几何相位效应是真实存在的。几何相位效应对于化学反应的影响，是以影响微分截面的角分布样式而体现的。
银铟硫量子点的自发辐射放大效应研究
中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室和重庆大学合作，通过使用银铟硫量子点作为增益介质，获得放大的自发辐射作用，具有良好增益性能。相关论文发表于Journal of Materials Chemistry C。研究团队探索了一三五族胶体量子点的受激特性，即自发辐射放大性能。通过将两个高反射性布拉格反射镜作光学谐振腔，结合具有高光致发光量子产率（52％）的银铟硫量子点作为增益介质，实现了光放大效应。此外，通过调节布拉格反射镜的层数以找到更好的器件结构。论文揭示了传统银铟硫量子点作为光放大资源的可行性，有效设计布拉格光学微腔在光放大方面具有应用前景。
超导量子计算实验进展：动力学相变的超导量子模拟
中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心与浙江大学在超导量子计算研究方面开展合作，许凯、郑东宁、范桁、王浩华、野理（F. Nori）等人利用16个超导量子比特实现了动力学相变的量子模拟。相关论文发表于Science Advances。合作团队利用前期20量子比特薛定谔猫态工作中所研发的全联通超导多量子比特器件。实验展示了第一类动力学相变。通过对多比特量子态自旋压缩性质的测量，揭示了动力学相变临界点和自旋压缩态产生的直接关联。通过测量不同横场强度下自旋压缩系数的时间演化，发现动力学相变临界点附近的自旋压缩最为显著，测得的压缩系数体现了多体真纠缠的存在。
实验实现最优量子纠缠态检验
中国科学技术大学郭光灿院士团队首次实验实现了最优效率的多光子纠缠态检验。相关论文发表于Physical Review Letters。量子纠缠是量子通信和量子计算研究中重要的资源，制备高质量的纠缠态是实现众多量子信息方案的基本前提。而如何刻画这些实际纠缠态的质量是实施相关量子信息方案首先要解决的问题。研究人员构造了一种新的纠缠态测量方法，可以快速检验出实际制备的多体纠缠态相对于目标纠缠态的保真度，测量精度达到海森堡极限，更重要的是该方法所需测试样本数不会随着纠缠态规模增大而增加。最优量子纠缠态检验方法对大规模量子通信和量子计算网络具有重要意义。
量子计算算法模拟化学分子研究
北京量子信息科学研究院和清华大学联合团队魏世杰、龙桂鲁等开展了全量子本征求解器（Full Quantum Eigensolver，FQE）研究。相关成果发表于Research。把二次量子化的费米哈密顿量映射到希尔伯特空间的比特形式哈密顿量，应用量子梯度下降算法求得哈密顿量的基态能量和基态波函数。具体而言，在一个量子计算系统中，首先设定一个合适的量子初态，通过构造的量子算法给出量子线路实现对应的动力学演化，通过迭代收敛到基态，最后测量量子态得到需要的信息。FQE全部在量子计算机上进行，可以在现在的53比特的IBM和谷歌的有噪量子计算机上计算，也可在今后大型的容错量子计算机上计算。
拓扑量子磁性研究进展
清华大学物理系江万军课题组与国内外合作者在拓扑磁结构的旋性布朗运动方面取得进展。相关论文发表于Physical Review Letters。研究发现磁性薄膜中斯格明子的布朗运动行为与爱因斯坦的理论预测存在显著差异。斯格明子是一种具有自旋拓扑属性的准粒子，它在热扰动影响下会发生随机运动。取决于斯格明子的自旋拓扑态，具有相反拓扑电荷Q=±1的斯格明子，布朗运动轨迹分别沿顺时针和逆时针方向旋进。由于缺陷的钉扎效应，还观测到扩散系数随温度呈指数依赖关系，这与爱因斯坦的线性温度扩散理论相违背。此项研究为理解拓扑磁结构的非平衡动力学和自旋电子器件的开发和应用提供了帮助。
微生物学
光合装置的天然结构状态、相互作用及环境适应性
中国海洋大学海洋生命学院、深海圈层与地球系统前沿科学中心张玉忠教授团队与国内外合作者开展了蓝藻光合膜天然结构研究。相关论文发表于Nature Plants。该研究利用高分辨率原子力显微镜技术，以蓝细菌模式菌株Synechococcus elongatus PCC 7942为研究材料，对其光合膜——类囊体膜进行了高分辨率成像，在纳米水平上展示了类囊体膜上光合复合物的天然结构及相互结合方式，并解释了类囊体膜结构和功能的光适应调节机制。对近生理状态下的蓝细菌类囊体膜结构的认知将加深我们对蓝细菌、真核藻类以及高等植物的光合装置的生理功能及环境适应的理解。
揭示由SIV/HIV感染所触发的肠道菌群迁移模式及概率
中国科学院昆明动物研究所马占山团队揭示了由SIV/HIV感染所触发的肠道菌群迁移模式及概率。相关论文发表于FEMS Microbiology Ecology。研究人员通过分析SIV感染的猕猴的多组织（包括肠道、肠系膜淋巴结和肝脏）菌群数据，发现微生物从胃肠道逃逸到其他组织的过程类似于物理学中的随机游动（random walk）。也就是说，虽然肠道微生物逃逸很可能是由于SIV感染导致的，但逃逸的过程是随机的，并非有组织的确定性迁移。此外，该研究还发现菌群从胃肠道逃逸至肠系膜淋巴结或肝脏的概率（即迁移率，在属水平均>0.5）显著高于菌群在胃肠道内部的扩散率。
G-四链体调节猪伪狂犬病毒基因表达和病毒复制研究
华中农业大学理学院位灯国教授团队和动物科学技术学院、动物医学院刘正飞教授团队合作，发现伪狂犬病毒立即早期基因IE180 3’UTR通过形成G-四链体调控基因表达和病毒复制。相关论文发表于RNA Biology。G-四链体是由鸟嘌呤富集序列形成的特殊二级结构，它的形成或解散可调节基因的复制、转录和翻译等过程。G-四链体在病毒中的研究主要集中在对人类免疫缺陷病毒HIV、丙型肝炎病毒HCV等人类病毒的研究。近年来，猪伪狂犬病毒（PRV）变异毒株使现有的商品化PRV疫苗不能对变异株提供完全保护力，给养猪业造成了很大的损失，人们开始研究PRV潜伏感染建立、维持、激活机制以及开发抗病毒药物。
新发布尼亚病毒免疫炎症调节机制研究
中国科学院武汉病毒研究所/病毒学国家重点实验室/生物安全大科学研究中心邓菲、王华林、宁云佳团队揭示了SFTSV感染诱导炎症免疫反应的重要机理，为发热伴血小板减少综合征炎症病理的深入理解提供了线索。相关论文发表于Journal of Biological Chemistry。哺乳动物进化出一系列的模式识别受体来识别入侵病原的核酸或者其他保守的分子组分，进而诱导炎症和免疫响应。机制上，SFTSV可通过其非结构蛋白将宿主分子TRIM25（RIG-I激活所需的泛素连接酶之一）特异性“监禁”到病毒包涵体中，有效抑制RIG-I的泛素化激活，从而在RIG-I信号的起始阶段拮抗宿主细胞免疫响应。
利用计算推动微生物转氨元件发掘与氨基酸高效利用
中国科学院微生物研究所的吴边团队开发了一种基于转氨酶的多酶级联系统，能够直接将L-氨基酸氧化为对应的酮酸，该团队从生物信息大数据出发，通过一系列生物信息学与计算生物学结合的方法，寻找兼容上述级联反应的新型转氨元件以扩大其应用范围。相关论文发表于ACS Catalysis。通过对序列和结构的组合分析，建立了针对不同家族的转氨元件高效快速的计算筛选方法，将未知序列展开到二维平面上，通过对序列所在位置的分布进行计算筛选，从数据库中的一万余个转氨元件中选取了27个候选序列进行测试。最终建立了一个由6个具有互补的底物选择性的转氨元件构成的酶工具箱，实现了对天然L-氨基酸的全覆盖。
黄栌枯萎病菌致病性研究
北京林业大学林学院森林病理学研究团队王永林等解析了黄栌枯萎病菌（大丽轮枝菌）bZIP转录因子VdAtf1作为新的氮代谢调节因子控制致病过程的分子机制。相关论文发表于New Phytologist。大丽轮枝菌是一种土传性植物病原真菌，世界范围内分布，其寄主范围多达400种以上，包括黄栌、紫荆、马铃薯、棉花和向日葵等，引起严重的植物维管束病害，造成巨大的经济和生态损失。该研究发现大丽轮枝菌bZIP家族转录因子VdAtf1调控致病性的新机制。敲除该基因不影响病原菌对活性氧胁迫的敏感性，而参与了对活性氮的应答。此外，该研究还证实了禾谷镰刀菌FgAtf1也参与氮代谢。
海绵共附生毛球腔属真菌活性代谢产物及降脂机制研究
中国科学院南海海洋研究所热带海洋生物资源与生态重点实验室和广东省海洋药物重点实验室刘永宏团队与合作者对采自徐闻的美丽属海绵来源毛球腔属真菌进行了次级代谢产物研究，在呋喃酮类化合物降脂机制研究方面取得进展。相关论文发表于Journal of Cellular and Molecular Medicine。海绵是多孔滤食性无脊椎动物，是大量海洋微生物的栖息地，是海洋珊瑚礁生态系统的重要组成部分。海绵自身物理防御差，海绵共附生的微生物往往能够产生活性代谢产物来协助海绵抵抗捕食者，这些代谢产物结构独特，生物活性丰富，是海洋药物及其先导化合物的重要来源。
水稻抗病毒免疫机制
北京大学生命科学学院李毅课题组揭示了水稻茉莉酸（JA）信号通路通过调控RNA沉默（RNAi）信号通路促进水稻抗病毒免疫的机制。相关论文发表于Cell Host & Microbe。水稻条纹病毒（Rice stripe virus，RSV）是由昆虫传播的病毒，除侵染水稻外，还可以侵染小麦、大麦等禾本科作物。被感染水稻心叶基部出现褪绿的黄白色斑条，严重时心叶整片黄化甚至枯死，严重影响水稻产量。该研究揭示了病毒侵染后植物JA信号通路与RNAi信号通路协同参与水稻抗病毒防御的分子机制，发现了JAMYB作为响应JA信号通路的转录因子参与水稻AGO18的转录调控；同时揭示了水稻中独特的RSV CP介导的抗性的分子机制。
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