國內外最新科技創新與發現

◎ 本刊綜合報道

我科學家研制出實現迄今最快實時量子隨機數發生器

日前，中國科學技術大學潘建偉院士團隊聯合浙江大學，通過研制硅基光子集成芯片和優化實時后處理，實現了速率達18.8Gbps迄今最快的實時量子隨機數發生器，相關研究成果以“封面論文”的形式發表于《應用物理快報》。隨機數是一種重要的基礎資源，在信息安全、密碼學、科學仿真等眾多領域以及日常生產生活中都有著廣泛的應用需求。量子隨機數發生器

是基于量子物理原理產生真隨機數的系統，具有不可預測性、不可重復性和無偏性等特征，是量子通信系統中的關鍵核心器件。長期以來，科研團隊在實用化量子隨機數發生器方向開展了系統性研究并取得了重要成果。對于實用化量子隨機數發生器，實時生成速率和集成度是核心指標。然而，以往量子隨機數產生方案難以實現高度集成。為此，科研團隊進一步發展了基于真空態漲落的高速量子隨機數產生方案并完成相關實驗驗證，同時與浙江大學合作，在實現高集成度的同時大大提升了量子隨機數發生器的實時生成速率。經傳輸測試，該量子隨機數發生器系統的最終實時速率達到創世界紀錄的18.8Gbps。上述研究成果為開發低成本商用量子隨機數發生器單芯片奠定了堅實的技術基礎。

我國高端極低溫儀器研制取得突破性進展

絕對零度是冰冷的極致，是一個理想的、無法達到的最低溫度。長期以來，科學家們向著這個目標發起了一次又一次挑戰。2021年6月24日晚，中國科學院物理研究所自主研發的無液氦稀釋制冷機原型機成功實現10.9mK（-273.1391°C，即絕對零度以上0.0109°C）的連續穩定運行，滿足超導量子計算需要的條件，單沖程運行模式可低于8.7mK（-273.1413°C，即絕對零度以上0.0087°C），基本達到了國際主流產品的水平。這標志著我國在高端極低溫儀器研制上取得了突破性的進展。無液氦稀釋制冷機是商業上可以買到的溫度最低的制冷機，不需要液氦輔助就可以實現僅僅高于絕對零度0.01°C的極低溫，可以為量子計算機芯片提供用于維持量子態必需的極低溫環境。新研制的無液氦稀釋制冷機原型機在解決量子計算“卡脖子”問題，加快科技自立自強上邁出了關鍵的一步，掌握稀釋制冷核心技術標志著我國具備了為量子計算等前沿研究提供極低溫條件保障的能力。

我國軟X射線自由電子激光裝置首次實現“水窗”波段相干衍射成像

近日，活細胞結構與功能成像等線站工程暨上海軟X射線自由電子激光裝置調試工作連續取得突破性進展。繼實現532米X射線自由電子激光裝置的全線調試貫通、帶光運行后，6月下旬，裝置又首次實現了2.4納米單發激光脈沖的相干衍射成像，獲得了首批實驗數據，并完成了對衍射圖樣的快速圖像重建。該成果具有里程碑意義，體現了活細胞結構與功能成像等線站工程暨上海軟X射線自由電子激光裝置整體性能的先進性，標志著我國在軟X射線自由電子激光研制和使用方面已步入國際先進行列。基于該成果，活細胞結構與功能成像等線站工程暨上海軟X射線自由電子激光裝置成為了國際上僅有的兩個已實現“水窗”波段相干衍射成像實驗的自由電子激光裝置之一。

激活更多免疫力對抗腫瘤有了新思路

6月25日，從武漢大學人民醫院獲悉，該院“腫瘤代謝免疫”團隊研究發現，有種藥物能讓身體“假裝”吃得少，這種藥物的

作用機制或為腫瘤治療提供新思路。前期研究發現，“吃少點”能夠增強機體的免疫監視作用，提高機體識別、殺傷、及時清除體內突變細胞的能力，同時還能顯著改善免疫原性化療藥物的療效。但腫瘤患者恰好更需要卡路里的攝入。如何解決這一矛盾？該團隊研究發現，一種強有力的自噬誘導劑“鬼臼苦素”，通過抑制選擇性胰島素樣生長因子1受體（IGF1R），成為新的卡路里限制模擬物，可改善機體對腫瘤的免疫監視作用，同時增加腫瘤免疫原性，進一步激活機體抗腫瘤免疫應答的能力。研究團隊由此提出，IGF1R可能構成一種新的藥物治療靶點。他們進一步開展相關實驗證實，IGF1R抑制劑聯合免疫原性化療藥物奧沙利鉑以及免疫檢查點PD1抑制劑，不僅能夠顯著抑制那些不會引起免疫系統反應的“冷腫瘤”的生長，而且在部分案例中達到腫瘤完全治愈，并成功誘導機體對同種腫瘤的免疫記憶功能。因此，IGF1R抑制劑將為腫瘤免疫治療提供新的方案。

新型可編程量子模擬器面世

美國哈佛大學—麻省理工學院超冷原子中心領導的國際物理學家團隊在最新一期《自然》雜志刊文稱，他們開發出了一種特殊類型的量子計算機——可編程量子模擬器，其能運行256個量子比特。該系統的面世標志著科學家朝構建大規模量子機器邁出重要一步。新量子模擬器的關鍵組件是一種稱為空間光調制器的設備，它用于形成光波以產生數百個單獨聚焦的光鑷光束。研究人員表示，他們已經借助這個模擬器觀察到了一些以前從未在實驗室看到的奇異量子態，并進行了精確的量子相變研究，為磁性在量子水平上如何起作用提供了教科書范例。這些實驗能幫助科學家更好地理解材料特性，從而設計出擁有奇異特性的新材料。他們目前正致力于通過改進激光對量子比特的控制并使系統更具可編程性來優化新系統，同時也在積極探索該系統新的應用，希望籍此其解決更多實際問題。

導熱系數最低的新型無機材料制成

由英國利物浦大學領導的一個合作研究小組發現了一種有史以來

導熱率最低的新無機材料。7月15日發表在《科學》雜志上的這一發現代表了材料設計在原子尺度上控制熱流的新突破，這將促進廢熱轉化為電能和有效利用燃料的新型熱電材料的加速開發，為構建可持續發展社會找到新路。原子有兩種不同的排列結構，這種新材料結合了這兩種結構。通過實驗，研究人員通過精準控制，將兩種不同排列結構合并在一起形成了新材料。這種具有兩種組合排列的新材料產生了“1+1＞2”的協同效應，其熱導率遠低于只具有一種排列的母體材料的導熱率。開發新的、更高效的熱電材料，將熱能轉化為電能，是清潔能源的關鍵來源。無論是對基礎科學的理解，還是對收集廢熱的熱電設備的實際應用，還是作為更高效燃氣輪機的熱障涂層的應用都意義重大。

新技術快速實現大腦更深處組織高清成像

據當地時間7月7日發表在《科學進展》雜志上的論文，麻省理工學院和哈佛大學的研究小

組開發出一種雙光子成像顯微鏡的改進版本，它可以讓科學家更快地獲得大腦內血管和單個神經元等結構的高分辨率圖像。新技術或可促進生物學、神經科學的研究。研究人員經常使用雙光子顯微鏡制作大腦等組織的高分辨率3D圖像。該顯微鏡的工作原理是將一束強烈的近紅外線照射到組織樣本中的一個點上，在強度最高的焦點誘導兩個光子同時吸收。這種長波長、低能量的光可深入組織而不損壞組織，從而在表面以下成像。然而，這種成像技術不易掃描大腦等組織深處，且很耗時。為改進成像技術，研究團隊的目標是，在保持逐點掃描組織的像素進行高清成像時，又可一次性實現對一個大的組織樣本快速成像。該技術還可以通過添加電壓敏感的熒光染料或熒光鈣探針來測量神經元活動，也可用于分析腫瘤等其他類型的組織，如幫助確定腫瘤的邊緣。

新凝膠可減少土地用水并避免污染

日前，俄羅斯托木斯克理工大學科研人員開發出一種由食物廢料制成的凝膠。新材料可使農業生產中定點使用化肥和水，促進農業產業更加經濟和環保。相關研究成果近日發表在《清潔生產雜志 》上。

目前，水和肥料都沒有在農業中得到最佳使用，傳統的植物栽培方法，使大部分水和化學物質，包括對動物有毒的化學物質，穿過土壤“溜過”根部，與地下水和地表水混合。為此，全球農業科技工作者都在尋找可以解決上述問題的新材料。俄托木斯克理工大學科研人員開發出的一種聚合物水凝膠，可作為土壤的“智能”添加劑，有助于避免土壤污染，顯著減少用水量并改善植物對肥料的吸收。據悉，新研發的水凝膠完全可以生物降解，也就是經過一段時間后，它們會“溶解”在土壤中，毫無蹤跡；并且新的水凝膠可用于更高效、更溫和地施用肥料或其他化學品，用添加劑浸透后的成品凝膠只需簡單地分置在植物根部周圍就可以，其使用壽命取決于凝膠的具體成分，平均為幾個星期，這種凝膠適用于大型農場和園藝業。