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2019-10-10

科学中国人 2019年16期
关键词:实验舱比特量子

中国科研团队新发现或有助对抗“超级细菌”

中国科研团队在《细胞研究》上发布报告说,他们发现凝血因子Ⅶ、Ⅸ和Ⅹ除了在凝血过程中有重要作用外,可能还可以对抗革兰氏阴性菌,其中包括绿脓杆菌和鲍曼不动杆菌等耐药性极强的“超级细菌”。

革兰氏阴性菌的特点是具有由一层内细胞膜、一层薄的细胞壁和一层外细胞膜组成的包膜,这让它们很难被杀灭。“超级细菌”导致的感染会造成紧急公共卫生风险,因为目前缺乏对抗这类细菌的有效药物。

报告通讯作者说:“在研究中,我们发现人体内的一类抗菌性蛋白可以有效对抗耐药的‘超级细菌’。许多抗菌物质都靶标的是细胞代谢过程或者细胞膜,但这些蛋白不同,它们是通过水解破坏细菌外膜的脂多糖来起作用的。脂多糖对于革兰氏阴性菌的存活十分重要。”

团队认为,凝血因子这种水解细菌包膜中脂多糖的能力表明它们可能有抗革兰氏阴性菌的潜力。团队也在实验室中进一步探索了其中的机制。目前已知,没有任何一种抗菌物质是通过水解脂多糖起效的,而明确以脂多糖水解为基础的抗菌机制和凝血因子的抗菌特点,结合以较低成本大规模生产这些凝血因子的能力,或能提供性价比高的新策略来对抗由抗药性革兰氏阴性菌引发的紧急公共卫生危机。

我国首座中等规模球形托卡马克聚变实验装置建成

8月8日,我国首座中等规模球形托卡马克聚变实验装置新奥“玄龙—50”在河北廊坊建成,并实现第一次等离子体放电,正式启动物理实验。该装置是托卡马克聚变和仿星器聚变装置之后的另一种磁约束高温等离子体实验装置。

据介绍,新奥“玄龙—50”装置建设项目于2018年10月启动,通过系统组织、分工协同,用10个月左右的时间完成了装置的设计、制造、安装和调试工作。装置的快速建成,为加速聚变研究提供了一个功能相对齐全的实验平台。

科研人员利用托卡马克聚变实验装置开展工作

承建项目建设的企业长期致力于清洁能源技术创新,其所属的能源研究院于2017年开始对聚变技术进行探索,并以紧凑型、无污染、低成本为主要研究方向,建有国内首个省级紧凑型聚变重点实验室,并于2018年4月举办了紧凑型聚变技术国际研讨会。在项目推进中,河北省和廊坊市两级科研主管机构给予了极大的支持。

据悉,作为我国聚变研发的有生力量,新奥紧凑型聚变重点实验室与中国工程物理研究院、中国科学院等离子体物理研究所、中核西南物理研究院等单位开展联盟合作。新奥的国际化聚变团队具有深厚的理论与实验研究基础,其目标是力争在30年内实现聚变能源商业化。

中国空间站梦天实验舱Ⅱ空间应用方案顺利通过评审

中国科学院在北京组织召开了空间站工程空间应用系统梦天实验舱Ⅱ任务方案研制总结评审会,并成立了由中国科学院院士顾逸东为组长,工程各相关系统、相关科学研究领域以及专业技术领域的专家和科学家组成的评审专家组。

据介绍,中国空间站基本构型包括天和核心舱、问天实验舱Ⅰ和梦天实验舱Ⅱ,每个舱段规模为20吨级。空间应用系统梦天实验舱Ⅱ的任务主要在微重力基础物理、空间材料科学、微重力流体物理与燃烧科学等空间科学与应用相关领域开展科学研究和实验,科学实验项目主要通过舱内的科学实验柜实施。

此外,梦天实验舱Ⅱ还安排了应用信息管理设备、有效载荷舱内外配电器、应用流体回路、氮气供应系统等在轨支持设备,为实验舱Ⅱ有效载荷提供信息与配电、热控等共用支持。

与会评审专家听取并审查了空间站工程空间应用系统实验舱Ⅱ任务方案研制总结报告,一致认为:该任务总体方案设计合理可行,功能及性能满足工程总体要求。中国工程院院士、中国载人航天工程总设计师周建平在会上肯定了空间应用系统在空间站工程实验舱Ⅱ任务的研制成果,并要求空间应用系统在后续研制任务中计划、技术和质量三条线通力合作,确保任务圆满成功。

科学家解析早期胚胎细胞的“成长之路”

中国科学家成功绘制小鼠早期胚胎发育过程中高精度的细胞“繁衍”三维立体时空图,为细胞家族“寻根”。这一成果或为干细胞的产生来源提供新的思路,推动干细胞治疗和相关药物筛选工作的开展。8月8日,这一重要研究成果发表于国际权威学术期刊《自然》上。

生命作为自然最美的杰作,其诞生过程令人着迷。在早期胚胎发育阶段,受精卵先发育成囊胚,再由囊胚形成外、中、内3个胚层。外胚层最终发育成机体的神经、皮肤等组织,中胚层发育成心脏、血液、肌肉和骨骼等组织,内胚层则发育成肺、肝、胰腺和肠等内脏器官。外、中、内三胚层的形成过程直接影响胎儿能否顺利从母体诞生。而这其中,细胞如何“繁衍”,如何“分化”,又如何决定自己的命运走向并不清楚,构成生命之树的每一个细胞从胚胎时期开始的成长脉络仍有待揭示。

中国科研团队建立了一种全新的技术方法,分别选取小鼠早期胚胎中不同空间位置和不同发育时间的细胞进行转录组学分析,成功绘制了一张同时包含时间、空间信息的高精度细胞“成长轨迹”三维立体图。

在一系列“追根溯源”后发现,原本被认为全部由上胚层发育而来的内胚层细胞,有一部分极有可能“越过”上胚层直接来自原始内胚层,而一些特定的原本被认为沿不同分化路径而来的中胚层和外胚层细胞,则可能有着共同的“前身”细胞,这些发现颠覆了人们对传统“细胞家谱”的认知。这项研究成果是对经典发育生物学层级谱系理论的重大修正和补充,将极大推动早期胚胎发育和干细胞再生医学相关领域的发展。

量子计算的运算能力将远超传统电子计算机

我国研制出24个比特的高性能超导量子处理器

量子比特的数量和操纵精度,是当前国际量子计算科研的两大核心难题。近期,中国科研团队研制出包含24个比特的高性能超导量子处理器,并首次在固态量子计算系统中实现了超过20个比特的高精度量子相干调控,在研制量子计算机的道路上迈出重要一步。国际权威学术期刊《物理评论快报》日前发表了该研究成果。

20世纪80年代,诺贝尔奖获得者理查德·费曼等人提出构想,基于两个奇特的量子特性——量子叠加和量子纠缠构建“量子计算”。随着可操纵的量子比特数量增加,量子计算的运算能力将呈现指数级增长,从而实现远超传统电子计算机的性能。

当前,国际学界在多条技术路线上研究量子计算,超导量子计算被认为是其中最有可能实现实用化的方案之一。近年来,中国学者在超导量子计算研究方面取得了一系列重要进展。其中2019年开年以来,打破了之前创造的10个超导量子比特纠缠的纪录,并开创性实现了“量子随机行走”。

近期,他们在系统连接性、读取效率、操控串扰及精度等问题上反复实验探索,成功地将芯片结构从一维扩展到准二维,研制出包含24个比特的高性能超导量子处理器。并首次在固态量子计算系统中,完成对“玻色—哈伯德”梯子模型多体量子系统的模拟,实现了超过20个比特的高精度量子相干调控。据了解,他们的研究显示了超导量子芯片作为量子模拟平台的强大应用潜力,为利用多量子比特系统研究多体物理系统奠定基础,在实现实用化量子计算机的研究道路上迈出重要一步。

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