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我国首次实现615公里开放式架构双场量子密钥分发

近日，北京量子信息科学研究院袁之良团队，利用光频梳技术首次实现开放式架构双场量子密钥分发系统，完成615公里光纤量子密钥分发实验。相关研究成果2023年2月18日发表在国际学术期刊《自然—通讯》上。

量子密钥分发基于量子物理的基本原理和一次一密的加密方式，可实现无条件安全通信。2018年英国东芝欧洲研究所提出新型双场协议，使得安全成码率以信道衰减的平方根线性下降，在无中继的情况下可突破码率界限，是实现500公里以上光纤量子通信的可行方案。

袁之良团队基于自主开发的相干边带稳相与异地激光源频率校准技术，研制出首个开放式架构、无需服务光纤的新型双场量子密钥分发系统，实现了低损耗光纤四百公里级、五百公里级、六百公里级的安全成码，并且打破无中继量子密钥分发的码率界限，还成功演示了臂长差为百公里的量子密钥分发实验（目前最长臂长差记录）。

相较之前的实验成果，量子信号光的相位漂移速率降低1000多倍，大大降低相位参考光的噪声影响，有助于光纤量子密钥分发距离向千公里级别突破。基于光频梳的开放式架构有利于未来构建多用户多节点的城际量子保密网络，并对基于单光子干涉的分布式量子网络具有重要意义。

又添新证，穿山甲可能是蝙蝠冠状病毒中间宿主

中东呼吸综合征（MERS）冠状病毒是一种高致病性新发冠状病毒，研究认为，蝙蝠源MERS簇冠状病毒是MERS冠状病毒的原始进化祖先。

近日，武汉病毒所石正丽团队和合作伙伴在马来穿山甲中发现了一株新型MERS簇冠状病毒，并成功地进行了分离鉴定。分析结果显示，该病毒与蝙蝠HKU4冠状病毒属于同一个病毒种。

研究团队证实该病毒与MERS冠状病毒类似，可高效利用人DPP4受体入侵细胞，且与人DPP4受体的结合能力要强于蝙蝠HKU4冠状病毒。此外，该病毒的S蛋白上具有一处蝙蝠HKU4冠状病毒所不具备的弗林酶切位点，导致该病毒可以被人源细胞的宿主蛋白酶切割，使其能更好地适应人源细胞的入侵。该发现证明冠状病毒感染性增强的弗林酶切位点完全可能由自然界进化而产生。此外，研究还表明该病毒可能具有较广的宿主范围，且具有跨种感染人的潜在风险。

这项研究表明穿山甲可能是蝙蝠冠状病毒的中间宿主，在蝙蝠冠状病毒由自然宿主到人的传播链中起到关键的桥梁作用。该发现凸显了加强对潜在中间宿主动物进行病毒监测和预警的必要性。

我国科学家提出钙钛矿太阳电池新结构方案

异质结接触问题带来的非辐射复合损失是钙钛矿电池主要的性能限制因素。由于“钝化—传输”矛盾问题的存在，超薄钝化层纳米级别的厚度变化会引起填充因子和电流密度的降低。因此，亟须一种新型的接触结构，能够在提高钙钛矿器件性能的同时大幅减少钝化厚度的敏感性。

中国科学技术大学徐集贤教授团队及其合作者经过长期思考和大量实验探索，提炼出一种名为PIC（porous insulator contact，多孔绝缘接触）的新型结构方案。其主要思想是不依赖传统纳米级钝化层和遂穿传输，而直接使用百纳米级厚度的多孔绝缘层，迫使载流子通过局部开孔区域进行传输，同时降低接触面积。研究团队的半导体器件建模计算揭示了这种PIC结构周期应该与钙钛矿载流子传输长度匹配的关键设计原理。

团队在叠层器件中广泛使用的p-i-n反式结构中開展了PIC方案的验证，实现了p-i-n反式结构器件稳态认证效率的世界纪录，并在多种基底和钙钛矿组分中展现了普遍的适用性。

类《终结者》液态机器人惊现实验室

电影《终结者》中的液态机器人具备超凡变形的能力。现实生活中，海参可通过改变富含蛋白的原纤维间基质的硬度来改变体壁外形。受两者灵感启发，中山大学、浙江大学研究团队与卡耐基梅隆大学软体机器人实验室合作，提出了一种新型“磁控固—液相变材料”。该材料不仅具有固态金属的硬度与承载力，还有液态金属的形变能力。

为了充分利用液态金属在特定条件下固—液切换的特性，研究团队将磁性颗粒混合融入液态金属——镓中。通过高频的磁场加热这一金属后，该金属会由原先的固态转变为液态。转变为液态后，又可以通过半导体制冷（珀耳帖效应）或者自然冷却来对金属进行降温，从而使之由液态变为固体。

此外，加入磁性颗粒后，施加的外部磁场还可以用来引导液态金属移动和转动，变形等。实验中，磁控机器人通过液化成功穿越牢笼，并使用栏杆外的模具重新凝固。

据悉，磁控固—液相变材料在未来主要有三个应用方向，一是电子电路的修复；二是零部件的组装；三是生物医学上的应用。

特有干细胞群，科学家破译鹿角再生之谜

人类凭借“优越的大脑”站在地球食物链的顶端，但这并不意味着我们拥有“傲视群雄”的身体机能。例如，很多脊椎动物都具备的附肢再生功能，人类就不具备。为此，科学家展开了各种探索。

鹿角是哺乳动物中唯一能在自然情况下周期性完全再生的器官，其再生与哺乳动物长骨发育相似，对鹿角再生能力的研究，有助于人类进一步了解哺乳动物的再生机制。

近日，西北工业大学生态环境学院邱强、王文团队与其国内外合作者建立了鹿角再生发育的细胞图谱，系统描述了鹿角再生和快速生长的细胞分子机制，从而发现了鹿角再生过程中特有的干细胞群，这一干细胞群是鹿角再生能力的核心细胞群，是鹿角再生能力的必要条件。通过进一步的实验验证表明，该细胞群展现出了极强的自我更新、成骨和软骨分化以及骨骼修复的能力。该研究为哺乳动物骨骼修复和人类骨骼的再生医学提供了新的研究方向。

会钻地可降解，仿生载体为种子保驾护航

自然界中，牻牛儿苗的种子自带弯曲的尾巴，像“钻头”一样，将种子推入地下，提升种子发芽率。受此启发，卡内基梅隆大学姚力宁、雪城大学张腾、宾夕法尼亚大学杨澍、浙江大学王冠云合作设计制造了一种基于橡木吸湿性的机器人作为种子载体用于空中播种，在平坦土地上的种子钻孔成功率为 80%。

团队通过不同方式的成型和干燥过程，改变了天然白橡木材的曲率，使其在保持 36% 的刚度的同时，实现高达45倍的弯曲曲率。随后，将该木材放置在 3D 打印模具上，制作以牻牛儿苗种子为灵感的三尾自埋种子载体。该载体三个尾端的配置可以更有效地锚定，并产生更大的旋转和推力，增加初始钻探成功率；随着空气中含水量增加或地面的变湿，线圈主体及尾巴会改变形状并展开，从而产生一种钻孔作用，将种子安全地埋在土壤表面以下；干燥时，尾部倒转，将种子推入土壤更深处；而调整种子载体不同的尖端和整体尺寸可以适应不同的有效载荷。

逐级悬浮3D打印，造一颗有“灵魂”的心

生物3D打印技术已不是新鲜事物，但是现阶段3D打印复杂器官，往往徒具其“形”，缺乏内在“灵魂”——器官内部血管网络。

为此，清华大学机械系熊卓副教授、张婷副研究员课题组研发了一种逐级悬浮3D打印技术，简称SPIRIT技术。该技术在打印复杂器官结构的同时耦合构建血管网络。第一级打印，在悬浮介质中打印生物墨水，获得组织和器官的复杂外部结构；第二级打印，将牺牲墨水打印到初次打印但未交联的结构中，获得自由形态的血管网络；原位交联使打印结构定型，同时通过去除悬浮介质和牺牲墨水获得含自由血管网络的复杂器官。

这项技术的关键在于使用一种能够同时作为打印墨水和悬浮介质的生物材料。该材料为课题组前期开发的微凝胶双相生物墨水，其在较宽的温度范围内表现出良好的剪切稀化、自愈合以及快速光交联特性，是理想的“墨水材料”。利用SPIRIT技术和新材料，课题组成功打印构建了含可灌注血管网络的心室模型，实现了对现有生物3D打印技术的突破。