前沿

我国研制出世界首个量子路由器

近日，我国在全量子网络研究领域取得关键技术突破：研制出世界首个量子路由器，并且在实验室成功演示。

据介绍，该研究基于973计划重大科学问题导向项目“全量子网络”，由著名计算机专家、图灵奖得主、清华大学交叉信息研究院教授姚期智领军。前不久，姚期智团队首次在实验中演示了全量子路由器，实现了量子控制信号控制量子信号所经的路径。在“全量子网络”项目中，姚期智团队采用基于离子阱的全量子网络方案，在全量子网络、离子阱量子存储器和计算节点、远程离子纠缠等方面开展了研究,并取得较好进展。来自美国的诺贝尔物理奖获得者维尔切克表示：“这一工作探索了一种新的物质形态，可能会带来出乎意料的研究方向。”

美国发明新型“4维”晶体管

美国科学家发明了一种外形如圣诞树状的新型晶体管，其重要组件“门”（栅极）的长度被缩减到了突破性的20纳米。这种被称为“4维”晶体管的新事物预示了半导体工业和计算机领域未来的发展潮流。

“将晶体管堆叠起来，可以实现高速运算需要的更多电流和更快的操作速度。但与目前的3维晶体管相比，这种新方法增加了一个全新的层面，因此我们称之为‘4维’。”来自渡拿大学的研发人员介绍说，晶体管通过“门”来实现开启闭合，引导电流通过。“门”越小，意味着操作速度越快。在目前的3维硅晶体管中，“门”的长度大约为22纳米。要想研发出更小长度的“门”，同时性能得到进一步提升，就需要采用硅以外的新材料了。“4维”晶体管中的3根微型纳米线，正是由极具潜力、有望在未来取代硅的砷化铟镓制成。同时，创建更小的晶体管也需要找到一种新型绝缘体作为介质层，研发团队研发了一种超薄复合绝缘材料涂在纳米线上，从而使晶体管拥有了长度为20纳米的“门”。研究人员表示，这是一个里程碑式的成果，将有助于人们研制出速度更快、更高效的集成电路以及更轻、产生更少热量的笔记本电脑。

英国研制出最细玻璃“纳米线”

英国科学家研制出一种玻璃（二氧化硅）纳米纤维，比头发细千倍却比钢硬15倍，堪称世界上最高强度、最轻的“纳米线”。

制造合成纤维，最重要的是用低缺陷率、重量轻的纤维实现高强度。通常，增加纤维的强度，就必须增加纤维的直径和重量。研究显示，减小二氧化硅纳米纤维的尺寸能够增加纤维的强度，同时仍然非常轻巧。为此，科学家们一直试图找到优化这些纤维强度的方法。日前，来自南安普敦大学的研究团队终于成功攻克了这一难题。其研究负责人表示，这种纳米纤维比头发细千倍却比钢硬15倍，并有可能使其长度达到1 000公里，因此极具应用潜力，将对海洋、航空和安全等行业产生巨大影响。

日本开发出能高速分离水和油的新材料

日本科学家开发出一种拥有大量超细微孔洞、像棉花软糖一样柔软而富有弹性的新材料。该材料具有适用温度范围广、性能稳定等特性，可用于液体和气体的高速分离，如回收泄漏的原油等。

来自京都大学的中西和树教授介绍说，这种被称为“棉花软糖凝胶”的新材料其实是一种多孔物质，外表呈白色，并拥有大量直径20~30微米的孔洞，能耐零下130摄氏度的低温至300摄氏度以上的高温。“棉花软糖凝胶”的表面排斥水分，但是孔洞能够吸附油脂，仅需数秒至数十秒即可分离出水和油。并且，像挤海绵一样挤压这种凝胶，还能回收吸附的油脂。

加拿大开发出虚拟大脑

加拿大滑铁卢大学的科学家利用超级计算机技术，创造了一个具备简单认知能力的虚拟大脑。

这个名为“S paun”的虚拟大脑主体是个基于超级计算机构建的数字模型，可以执行多项简单的认知任务。它通过一个类似摄像镜头的仪器“观察”并进行视觉输入，还能指挥机械臂对视觉信息作出回应，如进行书写等动作。更重要的是，系统中还包括250万个模拟“神经元”，它们能通过变化的电压来模拟脑电波。研究人员表示，“S paun”是首个能模拟大脑利用不同区间沟通来展示复杂行为的模型。此前，尽管也有不少利用超级计算机模拟大脑功能的项目，但都仅仅模拟了大脑的功能形式，“S paun”则能展示这些功能如何作用于各种行为。

俄罗斯提出预测地震新方法

俄罗斯科学家日前宣布，已找到一种预测地震的新方法，即通过监测由宇宙射线引起的地下声波来判断地层活动情况，并且在实验中初步验证这一方法。

列别杰夫物理研究所空间辐射研究室主任弗拉基米尔·里亚博夫解释了新方法的原理：宇宙射线中含有一种穿透性极强的μ介子，它可以穿透地下较深的地方，被穿过的地下介质会释放能量，引起振荡并发出声波。他们认为，这种声波能够反映地震发源地的形成情况，振幅越大说明地层活动越剧烈。并且，这一理论已得到初步验证：2011年日本福岛大地震发生前后，安放在哈萨克斯坦高山科研站的传感器记录了地底传来的异常声学信号。里亚博夫表示，如果上述方法能够被进一步验证和完善，或可作为一种预测地震的新工具。

德国科学家研发钠-空气电池

德国科学家用金属钠取代目前最常用的金属锂作为电极材料，提出了一种新型电能储存与释放方案——钠-空气电池，并研制出电池样品。

这种新型的钠-空气电池在放电过程中，其阴极上的碱金属钠可与空气中的氧元素结合并形成稳定的过氧化物；在充电过程中，钠离子又可被还原成金属钠并释放出氧。来自吉森大学的研发人员表示，与锂材料相比，虽然理论上锂电极可以达到更高的电能密度，但钠与氧结合成过氧化物的电化学过程比锂更稳定。钠-空气电池的充放电效率可以达到80~90%，理论电能密度可以达到1 600瓦/千克，且具有稳定性高、电压损失小等优点，未来具有广阔的应用前景。

中美科学家首次实现高覆盖度单个精子全基因组测序

中美科学家近日首次成功实现了高覆盖度的单个精子全基因组测序，构建了迄今为止重组定位精度最高的个人遗传图谱，并且得出基因起始区重组率降低的原因是分子机制而非自然选择的结论，从而解决了这一困扰学术界多年的问题。

同源染色体之间的重组是产生生物多样性的重要机制，兄弟姐妹之间的差异即由这些重组决定。受实验技术限制，此前科学家只能依赖很多个体的人群来估计重组在群体中发生的频率，却无法具体到个人。此次，中美联合研究小组利用新近发明的MALBAC 扩增技术，成功对一名亚洲男子的99个精子进行单细胞全基因组DNA 扩增，并对每个精子分别测序。数据分析显示，样品中每个精子细胞大约经历26.6次重组，与此前人群遗传研究结果基本一致，证明了基因区附近重组率的降低是由分子机制决定，而非自然选择的结果。研究人员表示，这一发现有助于遗传缺陷规律的探索，将成为不孕不育症及遗传疾病研究的重要理论基础。

科学家首次测出大质量黑洞旋转速度

美国航天局和欧洲航天局的科学家近日宣布，根据美国“核星”太空望远镜及欧航局XXM 牛顿望远镜的观测数据，首次准确测量出一个大质量黑洞的旋转速度。

该黑洞的质量约为太阳的200万倍，位于天炉座螺旋星系内，距地球约5 600万光年。研究人员通过分析望远镜观测到的高能X 射线中由铁原子发出的射线，追踪了黑洞周围吸积盘的移动。测试结果显示，黑洞在快速旋转，其旋转速度几乎达到理论所允许的极限。“核星”首席科学家菲奥娜·哈里森教授称：“这是首次确认黑洞确实在旋转，它意味着我们或许可以理解黑洞是如何成长的。”