前沿

我國研制出世界首個量子路由器

近日，我國在全量子網絡研究領域取得關鍵技術突破：研制出世界首個量子路由器，并且在實驗室成功演示。

據介紹，該研究基于973計劃重大科學問題導向項目“全量子網絡”，由著名計算機專家、圖靈獎得主、清華大學交叉信息研究院教授姚期智領軍。前不久，姚期智團隊首次在實驗中演示了全量子路由器，實現了量子控制信號控制量子信號所經的路徑。在“全量子網絡”項目中，姚期智團隊采用基于離子阱的全量子網絡方案，在全量子網絡、離子阱量子存儲器和計算節點、遠程離子糾纏等方面開展了研究,并取得較好進展。來自美國的諾貝爾物理獎獲得者維爾切克表示：“這一工作探索了一種新的物質形態，可能會帶來出乎意料的研究方向。”

美國發明新型“4維”晶體管

美國科學家發明了一種外形如圣誕樹狀的新型晶體管，其重要組件“門”（柵極）的長度被縮減到了突破性的20納米。這種被稱為“4維”晶體管的新事物預示了半導體工業和計算機領域未來的發展潮流。

“將晶體管堆疊起來，可以實現高速運算需要的更多電流和更快的操作速度。但與目前的3維晶體管相比，這種新方法增加了一個全新的層面，因此我們稱之為‘4維’。”來自渡拿大學的研發人員介紹說，晶體管通過“門”來實現開啟閉合，引導電流通過。“門”越小，意味著操作速度越快。在目前的3維硅晶體管中，“門”的長度大約為22納米。要想研發出更小長度的“門”，同時性能得到進一步提升，就需要采用硅以外的新材料了。“4維”晶體管中的3根微型納米線，正是由極具潛力、有望在未來取代硅的砷化銦鎵制成。同時，創建更小的晶體管也需要找到一種新型絕緣體作為介質層，研發團隊研發了一種超薄復合絕緣材料涂在納米線上，從而使晶體管擁有了長度為20納米的“門”。研究人員表示，這是一個里程碑式的成果，將有助于人們研制出速度更快、更高效的集成電路以及更輕、產生更少熱量的筆記本電腦。

英國研制出最細玻璃“納米線”

英國科學家研制出一種玻璃（二氧化硅）納米纖維，比頭發細千倍卻比鋼硬15倍，堪稱世界上最高強度、最輕的“納米線”。

制造合成纖維，最重要的是用低缺陷率、重量輕的纖維實現高強度。通常，增加纖維的強度，就必須增加纖維的直徑和重量。研究顯示，減小二氧化硅納米纖維的尺寸能夠增加纖維的強度，同時仍然非常輕巧。為此，科學家們一直試圖找到優化這些纖維強度的方法。日前，來自南安普敦大學的研究團隊終于成功攻克了這一難題。其研究負責人表示，這種納米纖維比頭發細千倍卻比鋼硬15倍，并有可能使其長度達到1 000公里，因此極具應用潛力，將對海洋、航空和安全等行業產生巨大影響。

日本開發出能高速分離水和油的新材料

日本科學家開發出一種擁有大量超細微孔洞、像棉花軟糖一樣柔軟而富有彈性的新材料。該材料具有適用溫度范圍廣、性能穩定等特性，可用于液體和氣體的高速分離，如回收泄漏的原油等。

來自京都大學的中西和樹教授介紹說，這種被稱為“棉花軟糖凝膠”的新材料其實是一種多孔物質，外表呈白色，并擁有大量直徑20~30微米的孔洞，能耐零下130攝氏度的低溫至300攝氏度以上的高溫。“棉花軟糖凝膠”的表面排斥水分，但是孔洞能夠吸附油脂，僅需數秒至數十秒即可分離出水和油。并且，像擠海綿一樣擠壓這種凝膠，還能回收吸附的油脂。

加拿大開發出虛擬大腦

加拿大滑鐵盧大學的科學家利用超級計算機技術，創造了一個具備簡單認知能力的虛擬大腦。

這個名為“S paun”的虛擬大腦主體是個基于超級計算機構建的數字模型，可以執行多項簡單的認知任務。它通過一個類似攝像鏡頭的儀器“觀察”并進行視覺輸入，還能指揮機械臂對視覺信息作出回應，如進行書寫等動作。更重要的是，系統中還包括250萬個模擬“神經元”，它們能通過變化的電壓來模擬腦電波。研究人員表示，“S paun”是首個能模擬大腦利用不同區間溝通來展示復雜行為的模型。此前，盡管也有不少利用超級計算機模擬大腦功能的項目，但都僅僅模擬了大腦的功能形式，“S paun”則能展示這些功能如何作用于各種行為。

俄羅斯提出預測地震新方法

俄羅斯科學家日前宣布，已找到一種預測地震的新方法，即通過監測由宇宙射線引起的地下聲波來判斷地層活動情況，并且在實驗中初步驗證這一方法。

列別杰夫物理研究所空間輻射研究室主任弗拉基米爾·里亞博夫解釋了新方法的原理：宇宙射線中含有一種穿透性極強的μ介子，它可以穿透地下較深的地方，被穿過的地下介質會釋放能量，引起振蕩并發出聲波。他們認為，這種聲波能夠反映地震發源地的形成情況，振幅越大說明地層活動越劇烈。并且，這一理論已得到初步驗證：2011年日本福島大地震發生前后，安放在哈薩克斯坦高山科研站的傳感器記錄了地底傳來的異常聲學信號。里亞博夫表示，如果上述方法能夠被進一步驗證和完善，或可作為一種預測地震的新工具。

德國科學家研發鈉-空氣電池

德國科學家用金屬鈉取代目前最常用的金屬鋰作為電極材料，提出了一種新型電能儲存與釋放方案——鈉-空氣電池，并研制出電池樣品。

這種新型的鈉-空氣電池在放電過程中，其陰極上的堿金屬鈉可與空氣中的氧元素結合并形成穩定的過氧化物；在充電過程中，鈉離子又可被還原成金屬鈉并釋放出氧。來自吉森大學的研發人員表示，與鋰材料相比，雖然理論上鋰電極可以達到更高的電能密度，但鈉與氧結合成過氧化物的電化學過程比鋰更穩定。鈉-空氣電池的充放電效率可以達到80~90%，理論電能密度可以達到1 600瓦/千克，且具有穩定性高、電壓損失小等優點，未來具有廣闊的應用前景。

中美科學家首次實現高覆蓋度單個精子全基因組測序

中美科學家近日首次成功實現了高覆蓋度的單個精子全基因組測序，構建了迄今為止重組定位精度最高的個人遺傳圖譜，并且得出基因起始區重組率降低的原因是分子機制而非自然選擇的結論，從而解決了這一困擾學術界多年的問題。

同源染色體之間的重組是產生生物多樣性的重要機制，兄弟姐妹之間的差異即由這些重組決定。受實驗技術限制，此前科學家只能依賴很多個體的人群來估計重組在群體中發生的頻率，卻無法具體到個人。此次，中美聯合研究小組利用新近發明的MALBAC 擴增技術，成功對一名亞洲男子的99個精子進行單細胞全基因組DNA 擴增，并對每個精子分別測序。數據分析顯示，樣品中每個精子細胞大約經歷26.6次重組，與此前人群遺傳研究結果基本一致，證明了基因區附近重組率的降低是由分子機制決定，而非自然選擇的結果。研究人員表示，這一發現有助于遺傳缺陷規律的探索，將成為不孕不育癥及遺傳疾病研究的重要理論基礎。

科學家首次測出大質量黑洞旋轉速度

美國航天局和歐洲航天局的科學家近日宣布，根據美國“核星”太空望遠鏡及歐航局XXM 牛頓望遠鏡的觀測數據，首次準確測量出一個大質量黑洞的旋轉速度。

該黑洞的質量約為太陽的200萬倍，位于天爐座螺旋星系內，距地球約5 600萬光年。研究人員通過分析望遠鏡觀測到的高能X 射線中由鐵原子發出的射線，追蹤了黑洞周圍吸積盤的移動。測試結果顯示，黑洞在快速旋轉，其旋轉速度幾乎達到理論所允許的極限。“核星”首席科學家菲奧娜·哈里森教授稱：“這是首次確認黑洞確實在旋轉，它意味著我們或許可以理解黑洞是如何成長的。”