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机器人也能望梅止渴？他们首次提出“机器联觉”

望梅止渴、“夏天是定音鼓，秋天是大提琴”……生活中，总有一些人可以“听”到色彩，“看”到味道，或“嗅”出形状，这就是联觉。近期，受人类联觉启发，北京大学电子学院程翔团队首次系统化地建立并论述了通信和多模态感知智能融合的统一框架——机器联觉（SoM）。

研究团队首次对当下通信与多模态智能融合领域的相关研究工作进行了梳理综述，针对三种工作模式开展的最新的研究结果及设计思路，展现了SoM在优化通信和感知性能上的巨大潜力。基于SoM—唤起模式，首次探索了复杂高速移动场景下多模态感知数据与信道全尺度衰落特性的复杂非线性联觉机理；基于SoM—增强模式，提出以模型增强数据驱动的方式从多模态感知信息中挖掘不同隐式射频空间特征，设计了一系列高效通信系统传输方案；基于SoM-合作模式，创新性地开展了基于任务语义的机器联觉协同感知工作，进行通信傳输与环境感知网络联合设计，以优化非理想通信下协同感知性能。

让光速减慢1万多倍，这块芯片什么来头？

光速是宇宙中最快的速度，也是所有物质和信息传播的速度上限，真空中的光速约为30万公里/秒。光速不能被超越，但能被减慢。让光速减慢的好处显而易见——更好地操控光子，进而提升对光信息的获取、传输、处理与缓存能力以及光传感、光通信、光路由、光调制和光存储等相关应用和器件的性能。

近日，中国科学院深圳先进技术研究院集成所李光元课题组找到了在光子芯片上减慢光速的新方法。他们提出了一种基于晶格共振与晶格共振发生耦合诱导产生的新型类电磁诱导透明（EIT）现象，极大地抑制了其损耗，从而在100纳米高度的硅纳米柱阵列上实现了慢光效应（光速减慢了1万多倍）。同时，团队在实验上测得高达2750的超高品质因子，数倍于现有纪录（483）。他们还进一步发现一种具有连续域束缚态（BIC）特性的集体型类EIT现象，其品质因子和慢光指数在理论上均按照反二次函数发散到无穷大。

这项研究有望大幅提高慢光光子芯片器件的性能，并在光传感、光通信、光计算和光缓存等领域获得广泛的应用，也将为慢光技术研究提供新思路。

以通用方法求解随机反应的化学主方程？神经网络做到了

随机反应网络是物理学、化学、生物学和生态学中随机过程的标准模型。代表性的例子包括生灭过程、自发不对称合成模型和基因调控网络等。随机反应网络通常通过化学主方程进行建模，它描述了物种分子数的联合概率分布随时间的演化。然而，系统可能状态数随着物种的种类数呈指数增长，因此，获得物种分子数随时间演化的联合概率分布是一个难题。

近日，中国科学院理论物理研究所彭桓武青年访问科学家、北京师范大学复杂系统国际科学中心的汤迎副研究员和学生翁佳钰与中国科学院理论物理研究所的张潘研究员合作，提出使用变分自回归网络来求解化学主方程的机器学习方法，他们使用变分自回归神经网络（VAN）来研究随机反应网络中物种分子数的联合概率分布，刻画联合分布演化并求解化学主方程。

研究团队还把该方法应用于物理学和生物学中的代表性示例，如基因切换开关、细胞内信号级联反应、早期生命自我复制以及具有时变速率的流行病模型等，结果证明该方法是一种基于现代机器学习研究随机反应网络的通用方法。

十余年磨一剑，全球规模最大乙醇生产装置试生产启动

近日，目前全球规模最大的乙醇生产装置——60万吨/年乙醇生产装置在安徽淮北启动试生产，产出合格无水乙醇。该项目将助力保障粮食安全和能源安全。中国科学院大连化学物理研究所刘中民院士团队联合延长石油集团公司为该项目提供了“以合成气为原料经二甲醚羰基化和乙酸甲酯加氢合成无水乙醇”（工艺名称“DMTE”）关键核心技术支撑。截至目前，DMTE技术已签订13套工业装置（其中出口2套）技术实施许可合同。

刘中民团队在该领域持续攻克难题并进行技术迭代。他们于2010年提出DMTE这一环境友好型技术新路线后，就通过研制非贵金属催化剂开发DMTE工艺技术，实现了煤、天然气或钢厂煤气大规模制取乙醇。2017年，完成了全球首个10万吨/甲醇经二甲醚羰基化制乙醇工业示范项目。此后，该团队升级催化剂并优化反应工艺，进一步提高了技术指标，为大规模工业化奠定了基础。此次项目的启动，验证了DMTE技术的先进性、可靠性，推动了DMTE技术大规模应用，特别是以钢厂煤气为原料生产乙醇，促进了钢铁、能源、环境等行业的低碳化融合发展。

如何测出1000亿个正常原子中的一个缺陷原子

中国科学技术大学中国科学院微观磁共振重点实验室杜江峰、王亚等人在量子精密测量领域取得重要进展，他们提出了一种新的量子传感范式，即利用多个量子传感器之间的信号关联，提升对复杂对象的解析能力和重构精度。研究团队基于自主发展的氮—空位色心制备技术，可控制备出相距约200纳米的三个氮—空位色心作为量子传感系统，通过对随机电场探测展示了这种新的量子传感范式。此外，研究团队使用类似于卫星定位的量子定位技术，成功对微米范围内16个点缺陷进行了定位，定位精度最高达到1.7纳米。基于这种关联分辨和精确定位的能力，研究团队还实现了对每个点缺陷电荷动力学的原位实时探测，为研究体材料内部点缺陷的性质提供了新的方法。

这一成果展示了基于量子技术的超高灵敏度缺陷探测，可对0.01ppb级别的缺陷浓度（一千亿个正常原子中出现一个缺陷）进行探测，比目前最灵敏方法的探测极限提升两个量级以上，有望为当前十纳米以下芯片中的缺陷检测提供一种强有力的技术手段。

激光万般绚烂，“10拍瓦上限”突破

1960年，第一台激光器诞生，其原理是用一个高强闪光灯管激发红宝石发出红光。人们发现，激光光源优势显著，集单色性、方向性好、亮度高等于一身。所以此后的科学家始终致力于寻求更高的激光强度、更广的应用范围相关技术。当下，10拍瓦（1拍瓦=1千万亿瓦）级别的激光建设，更是各国前沿科技的“兵家必争之地”。

自1996年的1拍瓦“Nova”到2017年的10拍瓦“上海超强超短激光实验装置（SULF）”、2019年的10拍瓦“欧盟极端光设施之核物理ELI-NP”，峰值功率的大幅提升得益于大口径激光增益介质从“钕玻璃”向“钛宝石”的转变，使高能激光脉宽从约500飞秒减小至约25飞秒。然而，10拍瓦似乎成了钛宝石超强超短激光的峰值功率上限。

近日，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与上海科技大学合作，提出并验证了一种拼接钛宝石啁啾脉冲放大技术（T-CPA）。该技术既能增大钛宝石口径，又能截断横向寄生振荡，还能规避复杂时空控制。研究团队在100太瓦级超强超短激光平台上成功完成了高时空性能的实验演示并获得理想结果。该工作为突破钛宝石超强超短激光“10拍瓦上限”和开发百拍瓦级超强超短激光提供了技术手段。

细胞“挤来挤去”自有它的道理

许多重要的生物学过程会涉及细胞群体的生长，比如肿瘤增殖，微生物群落生长，伤口组织愈合等。对于生长的细胞群体，局域的细胞生长会挤压周围的细胞，从而导致局域压强的升高。另一方面，细胞间的挤压会反过来减缓细胞的生长和细胞周期的进程，从而对细胞群体的生长产生负反馈调节。同时，细胞群体在快速生长过程中常常会出现界面失稳（Fingering instability）现象。这一现象十分常见，在上皮组织的铺展、生物膜的斑图形成等过程中都能观察到。

近日，北京大学前沿交叉学科研究院定量生物学中心/北大—清华生命科学联合中心的林杰课题组，建立了连续场力学模型，他们借助综合理论分析与数值模拟，从力学角度解释了细胞群体生长过程中的界面失稳机制，还从进化角度阐释了界面失稳现象为何普遍存在：失稳可以缓解细胞间的相互挤压從而加速生长，选择压力会使得细胞改变自身的力学性质从而获得进化优势。

人体微生态的“百科全书”来了

人体微生物群与各器官存在广泛且深入的交流，进而组成了人体“微生态系统”，在维持人体稳态、抗感染以及调节免疫系统功能等方面扮演关键角色。人体“微生态系统”失衡是导致多种疾病比如癌症、慢性心血管疾病、免疫代谢性疾病等的关键因素之一。因此，针对人体“微生态系统”的干预措施有望成为新的疾病治疗热点。然而，目前对于人体微生物群在不同器官位点的空间异质性、个体异质性以及微生物群跨器官传播等方面缺乏深入研究。

西安交通大学第一附属医院佘军军、丁小明和香港中文大学于君团队攻关5年，全面采集人体7大器官（口腔、食管、胃、小肠、阑尾、大肠、皮肤）53个解剖位点的1608份微生物样本，采用16S rRNA测序及PacBio三代全长测序技术，绘制了翔实的人体表面器官（内表面—全消化道；外表面—皮肤）细菌微生物群落全景图谱。鉴定出人体表面器官的共有核心微生物群及不同位点的特征性微生物群，揭示人体不同部位微生物群组成及分布的多样性和特异性；发现人体内微生物群在消化道不同位点及消化道黏膜—内容物间的传播和迁移规律，揭示一系列具有特定传播倾向的微生物在塑造不同消化道位点特征菌群中关键作用；全面揭示不同位点消化道内微生物互作关系的普遍性和特异性。他们发现，即使同类微生物间，也会随着解剖生理位置不同表现出极大的空间异质性。这项研究为人体微生态系统研究提供了“百科全书式”的基础性参考依据，为进一步认识微生物群在人体不同器官间的功能，以及开发针对人体微生态系统的干预措施提供理论依据。