國內外最新科技發現和創新技術成果薈萃

◎ 本刊綜合報道

我國光纖量子密鑰分發距離創世界紀錄

日前從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊韓正甫教授及其合作者近期實現了833公里光纖量子密鑰分發，將安全傳輸距離世界紀錄提升了200余公里，向實現千公里陸基量子保密通信邁出重要一步。該成果1月17日在線發表于《自然·光子學》。量子密鑰分發基于量子物理的基本原理，在信息安全層面上提供了竊聽可感知的密鑰分發手段。光量子是量子信息的天然載體，但線路中不可避免的損耗限制了量子密鑰分發的安全距離，也是制約廣域量子保密通信網絡部署和應用的關鍵因素之一。因此，如何延長光量子密鑰分發直接傳輸的安全距離，成為當前極具挑戰的難點和焦點之一。經過2年多探索，郭光燦、韓正甫團隊通過提出改進四相位調制雙場協議和提升獨立光源鎖相穩頻技術、高帶寬信道相位補償技術等關鍵技術，將光纖雙場量子密鑰分發的安全傳輸距離延長至833公里。

DNA測序打破罕見遺傳病診斷速度紀錄

美國斯坦福大學醫學院科學家領導的聯合團隊開發的一種新的超快速基因組測序方法，可在平均8小時內診斷出罕見遺傳疾病，這是標準臨床護理領域中幾乎聞所未聞的壯舉。相關研究論文日前發表在《新英格蘭醫學雜志》上。其中一個案例中，對患者的基因組進行測序只用了5小時2分鐘，這創造了最快DNA測序技術的首個吉尼斯世界紀錄。研究團隊首先建造了一臺由48個測序單元組成的機器，可一次性讀取數萬個DNA字母。為了更快地處理數據，他們又重新改造了數據管道和存儲系統。他們還發現了一種可將數據直接傳輸到云存儲系統中的方法，該系統的計算能力足夠強，能實時篩選數據。接著，算法獨立地掃描傳入的遺傳密碼，尋找可能導致疾病的錯誤。最終，科學家們將患者的基因變異與公開記錄的致病變異進行比較完成診斷。

硅基半導體自旋量子比特實現超快操控

日前從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊郭國平教授等與國內外研究者合作，實現了硅基自旋量子比特的超快操控，其自旋翻轉速率超過540MHz（兆赫），這也是目前國際上已報道的最高值。研究成果日前在線發表在國際期刊《自然?通訊》上。近幾年，硅基鍺空穴體系中的自旋軌道耦合研究和實現超快自旋量子比特操控成為熱點。由于自旋軌道耦合場的方向會影響自旋比特操控速率及比特初始化與讀取的保真度，因此測量并確定自旋軌道耦合場的方向是實現高保真度自旋量子比特的首要任務。研究人員進一步優化器件性能，在耦合強度高度可調的雙量子點中完成了自旋量子比特的泡利自旋阻塞讀取，觀測到了多能級的電偶極自旋共振譜。通過調節和選擇共振譜中所展示的不同自旋翻轉模式，實現了自旋翻轉速率超過540MHz的自旋量子比特超快操控。

我科研人員提出一種柔性電子器件制備新技術

日前從中國科學技術大學（以下簡稱中國科大）獲悉，該校信息學院趙剛課題組提出了一種結合納米纖維靜電紡絲和液態金屬模板印刷的新型柔性電子器件制備技術。相關研究成果日前發表于國際期刊《ACS納米》上。隨著物聯網的高速發展，簡單的柔性電子器件已經不能滿足日趨復雜的應用場景。通過傳統材料和制造工藝獲得的柔性電子器件往往不能同時兼顧上述性能，并且制造過程通常需要昂貴的設備、復雜的步驟、高標準的操作環境和指定的材料特性。針對上述挑戰，中國科大信息學院趙剛課題組提出了一種簡單、快速、綠色化的柔性電子器件制備技術。通過靜電紡絲技術獲得熱塑性聚氨酯（TPU）納米纖維膜作為柔性基底，然后利用模板印刷在基底膜上構造液態金屬（LM）圖案化電路。此外，可以通過逐層組裝的策略來參數化制備柔性電路、電阻器、電容器、電感器及它們的復合器件。該方案制備的柔性電子器件具有優異的可拉伸性、透氣性和穩定性，同時它們是多層和可重構的。

地球生命起源蛋白質結構或揭示

美國羅格斯大學領導的團隊在探究生物學中最深刻的未解問題之一時，發現了可能導致古代地球原始湯中生命起源的蛋白質結構。該研究近日發表在《科學進展》雜志上。研究人員探索了原始生命如何起源于我們星球上的簡單非生命材料，他們得出結論，任何有生命的東西都需要從太陽或熱液噴口等來源收集和使用能量。用分子術語來說，這意味著轉移電子的能力對生命至關重要。由于電子轉移的最佳元素是金屬，并且大多數生物活動都是由蛋白質進行的，因此研究人員決定探索兩者的結合，即結合金屬的蛋白質。他們比較了所有現有的與金屬結合的蛋白質結構，以建立任何共同特征，前提是這些共同特征存在于祖先蛋白質中，并且經過多樣化和傳承，創造了我們今天看到的眾多蛋白質。觀察表明，這些子結構的重排可能有一個或少數共同祖先，并產生了目前可用的全部蛋白質及其功能，亦即人類所知道的生命。

紅藻提取物或將為研制抗病毒劑開辟新路

俄羅斯科學家聯合團隊研究發現，太平洋紅藻中所含多糖可抑制病毒感染細胞，將有助于研發對抗病毒感染的新藥物。相關研究成果發表在《國際分子科學》雜志上。項目負責人、俄羅斯科學院遠東分院太平洋生物有機化學研究所首席研究員、化學博士伊琳娜?葉爾馬克表示，廣泛分布于俄境內太平洋沿岸的紅藻中含有結構獨特的硫酸化多糖卡拉膠，因結構特點而具有免疫調節、抗炎、內毒素中和和抗病毒活性等重要特性。研究證明，從日本海紅藻“Tichocarpus crinitus”中分離出的卡拉膠具有復雜結構。專家借助特殊的酶獲取了卡拉膠的低分子衍生物——低聚糖。卡拉膠及其低聚糖的抗病毒作用始于最低納摩爾濃度和對細胞完全無毒的濃度，以極低濃度添加的卡拉膠及其低聚糖可顯著減少被感染細胞的數量。葉爾馬克表示，低濃度的卡拉膠及其低分子衍生物不僅無毒，而且抗病毒活性高，這為將其用作抗病毒劑開辟了新路，特別是針對免疫缺陷病毒。