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来源： 发布时间：2024-12-10
高阈值低开销的容错量子存储
《自然》封面：新方案所需量子比特连接的艺术想象图，其中每个量子比特需要与其他6个相互作用。这些量子比特就像放在环面上一样彼此连接。《自然》杂志第8005期封面文章报道了IBM研究团队提出的一个量子计算机低开销纠错方案。错误积累阻碍了量子计算机的使用；尽管可以通过设计线路来检测和纠正错误，但这通常需要大量额外的量子比特。研究团队使用了低密度奇偶校验码，通过检测多个对称性来纠错，每个对称性只需一小部分量子比特支持。这种码只需要十分之一的量子比特，这可以让纠错量子计算机的大小远小于此前设想。
宿主-微生物群相互作用组揭示广泛的跨界连接
《自然》封面：一种细菌和一个酵母细胞间某种相互作用的艺术再现图。《自然》杂志第8006期封面文章报道了人体组织与微生物群之间相互作用的图谱。人体生理机能受到构成微生物组的大量微生物的影响，但这些影响的分子基础基本未知。因此，研究团队设计了名为BASEHIT（中文拟译“垒打”）的系统，能够用酵母克隆表现人体细胞外蛋白和分泌蛋白（统称为“外蛋白”）；再筛选这些蛋白与已知居于人体内不同组织的数百种共生菌的相互作用；最后得到的相互作用组揭示了数千种之前未知的分子水平的宿主-微生物相互作用。
昆虫生存危机
《自然》封面：大青叶蝉。《自然》杂志第8007期封面5篇文章集中报道了昆虫种群面对的环境挑战，以及气候变化可能是一个被低估的关键影响因子。第一篇论文分析了27年的昆虫生物量数据，发现和气候变化有关的气候异常可能会影响温带昆虫的生物量。第二篇论文指出气候变化导致的变暖可能会威胁美国的蜜蜂多样性。第三篇论文预测由于人为导致的环境变化（包括气候变化），适合欧洲熊蜂物种的栖息地将严重减少。第四篇论文分析了欧洲杀虫剂的使用对熊蜂的负面影响。第五篇论文研究了昔日丰富物种的衰退如何导致昆虫丧失。
采伐管理保护大型濒危哺乳动物
《自然》封面：非洲森林象、西部低地大猩猩和黑猩猩。《自然》杂志第8008期封面文章报道了森林管理委员认证对西赤道非洲哺乳动物种群的影响。商业性采伐影响全球超过1/4的热带林，森林管理委员会为推动可持续实践，通过森林管理认证体系保护生态多样性。研究团队从14个采伐特许区的474个触发相机点采集了近130万张照片。他们在森林管理委员认证林发现了比非森林管理委员认证林更多的哺乳动物。这种影响在大型且易危的哺乳动物中尤其显著。这些结果表明，对于有采伐的热带林，较大型、更濒危的哺乳动物可从认证中获益。
海藻中的固氮细胞器
《科学》封面：越来越多的固氮细胞器证据。《科学》杂志第6692期封面文章报道了一种能在真核生物中固定氮气的新型细胞器。真核细胞非常复杂，例如它们有各种各样的细胞器，这些细胞器是具有特定功能的膜结合结构。其中两种细胞器——线粒体和叶绿体，在呼吸和光合作用中起作用。科学家发现了第一种固氮真核生物，通过一种新型细胞器来固定氮气。这一细胞器从贝氏布拉藻细胞中获得生长所需的蛋白质，并占据这一藻类细胞体积的8%以上。它缺乏光合作用和制造遗传物质所需的关键蛋白质，因此必须依赖于藻类产生的许多蛋白质。
预测共价修饰、小分子的蛋白质结构
《科学》封面：氨基酸和短肽的背景云聚集。《科学》杂志第6693期封面文章报道了一种突破性的计算工具。这种工具通过学习生成具有针对非蛋白质靶标的优化相互作用谱的蛋白质，从而克服了早期技术的局限性。它能够超越多肽链限制，涵盖整个生物分子系统的复杂性和多样性，包括蛋白质、核酸、小分子、金属离子和各种共价修饰。一系列的实验表征强调了新型计算工具在生物分子相互作用方面的实用性，可能为合理设计新的治疗方法和生物传感器铺平道路。虽然预测精度仍有进一步提高的空间，但这项工作标志着生物分子建模和设计领域的重大飞跃。
慈鲷鱼类适应性辐射中特定生态位行为倾向的遗传学
《科学》封面：非洲中部坦噶尼喀湖一只雄性帝王慈鲷进入繁殖情绪。《科学》杂志第6694期封面文章报道了非洲坦噶尼喀湖在不到1000万年的时间里进化出了大约250种慈鲷鱼，研究人员将这些鱼的探索行为与生态位适应联系起来，并确定了一种对这一物种的探索行为有强烈影响的遗传变异。探索性行为在不同慈鲷鱼物种之间差异显著，且具有高度的遗传一致性。这意味着探索性行为受遗传因素控制，并可能存在特定的遗传机制。探索性行为与宏观生境适应相关。更倾向于底栖和体形较大的物种，其探索性行为更强。
在孤立村庄中进行结构化实验诱导不同结果的社交濡染
《科学》封面：展示一个社交濡染的过程。《科学》杂志第6695期封面文章报道了研究人员在位于洪都拉斯偏远村庄内进行的实验中，评估了一种用于确认可作为有效信息传播目标者的新策略。了解人类社交网络的结构和功能已经产生了利用社交濡染的见解。社交濡染是指某些行为、态度和做法在群体成员中的传播。这种方法或可用于散布重要信息，其中包括有关公共卫生干预措施的信息。然而，在面对面的社交网络中刻意助长社交濡染需要找出具有影响网络结构能力的个人或“种子”，这样才能将信息外溢的效应最大化。
基于固态量子存储实现跨越7公里的分布式光量子计算
中国科学技术大学郭光灿院士团队在量子网络领域取得重要进展——基于多模式固态量子存储和量子门隐形传送协议在合肥市区实现了跨越7千米的非局域量子门。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature
Communications）。分布式量子计算是解决量子计算可扩展性难题的一条可行路径，它通过非局域量子门连接独立的量子计算节点，从而整合量子网络中的算力资源来实现量子计算规模的提升。然而，非局域量子门目前仅在数十米的尺度下实现实验演示，无法满足在大尺度量子网络中整合算力资源的需求。这项工作首次在城市距离上实现分布式光量子计算的演示，展示了基于量子存储和通信光缆构建分布式量子计算网络的可行性。
电池内微区电化学演化的原位量子传感
中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心的索鎏敏研究员团队与刘刚钦研究员、郑慧婕副研究员团队合作，提出了一种基于金刚石量子传感的电池内原位监测、无损表征方法。相关成果发表于《设备》（Device）。研究团队设计了原位纳米微区量子探测-电池一体化方案，利用金刚石NV色心亚微米级空间分辨率及其对磁场变化的高敏感性，实现了对电池活性物质物性纳米微区的原位探测；还基于多线程传感实现了高分辨电极内磁场的分布探测；基于多线程测量方式，实现了极片尺度磁场和温度分布的测试。研究结果展示了金刚石量子传感在微区电化学研究方面的独特优势。
经典模拟变分量子算法的多项式新途径
清华大学丘成桐数学科学中心教授刘正伟、邵钰菓、魏付川，与北京雁栖湖应用数学研究院助理研究员程嵩等人合作，提出了一种计算含噪声量子线路期望值的高效方法：“泡利基上的算符反向传播”，这一变分量子算法在精度和速度上均优于量子硬件，并可应用于更广泛类别的量子电路中。相关成果发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）。这项工作在数值上通过对IBM相关量子比特处理器的经典模拟，验证了这一方法在精度和运行速度上均优于量子硬件，能够准确模拟还原噪声影响下的实验结果。此外，研究还揭示了噪声与经典可模拟性的关系，展示了方法在更广泛类别的量子电路中的适用性。
散粒噪声极限的量子态层析新方法
合肥工业大学物理学院量子精密测量实验室章如建、朱百强、钱鹏、陈冰等人提出一种基于时间分辨荧光的有效且稳健的电子-核自旋量子态层析方法，这一方法可以将测量过程中的噪声降低到散粒噪声极限且是免校准的。相关成果发表于《应用物理快报》（Applied Physics Letters）。实验结果表明，与光子计数方法相比，基于时间分辨荧光的量子态断层扫描方法能够将信噪比提升7.1%到29.6%。这个方法能够在一次测量中直接获得4个基态的布居，极大地加快了量子态断层扫描的过程。此外，通过归一化操作，这个方法可以将荧光光子计数的噪声降低到标准量子极限，无须校准，进一步简化和加速了量子态断层扫描过程。
“笑的训练”对干眼的治疗证实有效
中山大学中山眼科中心梁凌毅、刘奕志教授团队和厦门大学眼科研究所刘祖国教授团队开展一项非劣效随机对照试验，即“笑的训练”对比0.1%玻璃酸钠对干眼的影响。相关成果发表于《英国医学杂志》（The BMJ）。研究团队根据面部及眼部肌肉运动设计出“笑的训练”口令：“hihihi（拼音拼读），哈哈哈，茄子茄子茄子，七喜七喜七喜，哈哈哈哈哈哈。”30遍口令为1次训练，一天进行4次训练。在干预8周后，“笑的训练”组和0.1%玻璃酸钠组患者的症状及体征均有所改善，且在主要结局指标眼表疾病指数评分（一种衡量干眼主观严重程度的指标）中，“笑的训练”组不亚于0.1%玻璃酸钠，甚至在一些体征改善更为优越。
主动脉瘤的发病机制研究
哈尔滨医科大学季勇教授、韩艺教授联合南京医科大学谢利平教授团队在主动脉瘤/夹层的发病机制研究方面取得进展。相关成果发表于《临床研究杂志》（The Journal
of Clinical Investigation）。主动脉瘤是一类严重威胁人民生命健康的血管疾病，临床上缺乏能够有效抑制或延缓主动脉瘤进展的药物。因此，阐明主动脉瘤形成的机制对于开发新的治疗方案十分重要。研究团队通过分析多个主动脉瘤数据库，结合主动脉瘤临床样本和动物模型，发现主动脉瘤的平滑肌细胞中溶质载体家族44A2的表达水平明显升高，并且在动物和细胞水平证明其在主动脉瘤发病过程中发挥代偿性保护作用。
秋水仙碱治疗急性冠状动脉综合征研究
华中科技大学同济医学院附属协和医院程翔教授团队通过光学相干断层扫描评估秋水仙碱对急性冠状动脉综合征患者冠状动脉斑块稳定性的影响。相关成果发表于《循环》（Circulation）。秋水仙碱是一种生物碱，最初从百合科植物秋水仙中提取出来。早在20世纪，秋水仙碱就被陆续证明可用于痛风、家族性地中海热和复发性心包炎的治疗。近年来，秋水仙碱已被批准用于降低冠心病患者的心血管事件风险。然而，关于秋水仙碱对冠状动脉斑块稳定性的研究有限。此项工作提示秋水仙碱作为一种抗炎药物能稳定急性冠状动脉综合征患者的冠状动脉斑块，可能有助于改善患者的预后。
骨折损伤修复骨骼干细胞研究
中国科学院分子细胞科学卓越创新中心、海南医科大学邹卫国团队与中国科学院分子细胞科学卓越创新中心周波团队合作，在骨折损伤修复机制研究方面取得进展。相关成果发表于《临床研究杂志》（Journal of Clinical Investigation）。随着我国社会经济的快速发展与人口老龄化的不断加剧，骨折的发生率也日益攀升。临床5％～10％的骨折患者无法正常愈合。骨膜来源的骨骼干细胞对骨折损伤修复起重要作用。研究鉴定了骨外膜干细胞膜蛋白标志物，为临床上应用骨膜来源干细胞治疗骨折愈合不良提供了前期研究基础，模型小鼠的构建也为骨膜干细胞的相关研究提供了良好的动物模型。
热力学调制台风边界层非平衡过程及其影响双眼墙形成机理
南京信息工程大学葛旭阳团队针对云微物理过程中雨滴末端速度开展一系列敏感性试验，探讨了热力学过程诱发边界层非平衡过程及其影响双眼墙形成的可能机理。相关成果发表于《大气研究》（Atmospheric Research）。双眼墙是台风研究中的热点和难点之一，尽管学术界提出了许多台风双眼墙形成的可能机制，但一直未达成共识。研究表明，热带气旋外雨带引发的强烈下沉气流引起的绝热增温改变了温度场和径向压力梯度场，可进一步调制热力学过程诱发边界层的不平衡。台风眼区外侧下沉气流相关的热力过程对局地超梯度风区的产生及台风双眼墙形成具有重要影响。这一发现为理解热带气旋内部结构和强度变化的机制提供新视角。
解耦钠离子层状氧化物空气敏感性
中国科学院物理研究所胡勇胜研究团队开展了钠离子层状氧化物空气稳定性研究。相关成果发表于《科学》（Science）。研究团队开发了一种基于滴定气相色谱技术的标准化空气稳定性测试方法，可用以定量评价不同劣化路径的贡献和比较不同材料的空气稳定性。通过对30余种氧化物材料进行空气劣化后的钠损失量进行定量分析，并受团队前期工作启发，研究发现酸性降解是主导整体劣化过程的关键因素；降低阳离子竞争系数和增加颗粒尺寸可以有效地提升材料抵抗酸性劣化的能力；选择高电位的氧化还原对可以有效地增强材料的抗氧化劣化的能力。文章明确了影响材料空气稳定性的本征因素。
雾霾化学中界面过程对大气氧化能力的贡献
中国科学院生态环境研究中心贺泓院士团队总结了国内外大气界面过程的最新研究进展，提出需要深入揭示界面过程对霾化学污染中大气氧化性的增强作用，才能实现对大气复合污染条件下二次污染形成过程的准确刻画。相关成果发表于《环境科学与技术》（Environmental Science & Technology）。颗粒物界面过程对大气氧化性的增强和二次颗粒物形成的促进作用及其正反馈机制，是“大气霾化学”污染区别于以往典型污染事件的重要特征，也是“大气霾化学”研究的核心内容。传统气相氧化机制无法准确描述我国复合污染条件下二次污染的形成。大气中高浓度的颗粒物为大气污染的转化提供了反应界面，可以极大降低反应能垒。
百公里级开放大气的双光梳光谱技术
中国科学技术大学薛向辉教授、张强教授、潘建伟院士等科研团队，在国际上首次实现了百公里级的开放大气双光梳光谱测量。相关成果发表于《自然·光子学》（Nature Photonics）。大气光谱学是研究大气化学和物理性质的关键技术。目前大气光谱遥感使用的光栅光谱仪、外差光谱幅度计和傅里叶变换光谱仪等技术存在无法在夜间进行测量、无法同时测量多种组分等限制，而开放大气双光梳光谱技术不受湍流散斑和背景噪声的影响，在原理上能够在不校准的情况下测量更长的距离，被认为是用于大气遥感的理想精密光谱工具。研究团队成功测量得到113公里水平开放大气中水汽和二氧化碳的强度谱和相位谱。
水体流动和冰水相变的耦合动力学
清华大学孙超、杜易鸿与国内外合作者系统梳理了复杂流动条件下的典型冰水相变动力学。相关成果发表于《自然评论·物理学》（Nature Reviews Physics）。自然环境中的水体凝固和冰体融化过程通常伴随着周围水体的复杂流动，进而产生了丰富的多尺度冰水相变动力学行为。在淡水体系中，水的密度反常特性会导致水体的分层流动，使得体系的相变动力学和冰水界面形貌呈现复杂的非线性和非单调特征。在咸水体系中，温盐双扩散对流决定了水体中热量、质量和动量的输运，影响着冰层的融化速率及冰水界面形貌。研究成果对于理解全球水循环、碳循环、生物多样性变化、地质变化等地球物理过程具有重要意义。
底栖鱼类在富营养水体中的双重作用
中国科学院水生生物研究所吕超超、丑庆川、曹特等人揭示在水生态修复过程中，需要考虑沉水植物和鱼类群落的综合调控，以实现湖泊生态系统的可持续管理。相关成果发表于《水研究》（Water Research）。了解沉水植物与底栖鱼类之间的交互作用对于清水态的恢复与维持至关重要。因此，研究团队在云南省大理市洱海高原湖泊生态系统试验站的大型原位围隔系统中开展相关工作。研究结果表明，沉水植物覆盖度的增加可以显著改善水质，若无外源营养输入和鱼类的干扰，40%及以上覆盖度的沉水植物可以维持浅水湖泊的清水稳态，然而底栖鱼类的存在会严重削弱沉水植物的清水效应。
早期地球是个“大水球”
北京大学唐铭课题组与国内外合作者从深部地壳岩石相变的视角开展研究工作。相关成果发表于《科学进展》（Science Advances）。地球区别于太阳系其他岩石行星的一个重要特征是表面的海陆二分。海陆格局控制着地表的物质循环，是形成动态、多样的地表环境的关键因素，对支撑复杂生命系统至关重要。目前越来越多的证据显示，在地球的早期（25亿～30亿年前），陆地面积非常有限，地球可能是个“大水球”。早期地球的固体表面可能很难形成超过3000～5000米的高程变化，这个值在今天是8000米以上。早期地球的地表也要比今天扁平，这便为大陆出露，形成海陆二分带来了巨大的困难。早期地球的表面，不可避免是一片汪洋。
西南喀斯特区植被生长的降水敏感性阈值识别
