科學快報 關鍵突破！科學家讓兩個原子核實現“遠距離聊天”，【科學快報】第238期

進入澳大利亞新南威爾士大學的研究團隊 在軌跡量子計算領域取得重大進展 他們找到了一種方法 讓兩個原子核打了一通長途電話 其核心突破是用電子搭建了一根電話線 研究成果於9月16號發表在了國際典型期刊科學雜誌上 量子計算機的核心是量子比特 他們需要相互糾纏才能進行計算 團隊使用植入歸芯片中的零原子核的自旋作爲量子比特 優點是原子核是固態中最乾淨 最孤立的量子對象 這意味着他們與外界是完全隔離的 信息保持的時間極長 長達30秒 30秒聽起來雖然很短 但是在量子世界裏稱得上是永恆 缺點碼也很明顯 正是因爲他們孤立的特性 導致他們很難擴容做大規模的運算 以前原子和量子比特只能在非常近的距離 且共享同一個電子的情況下才能相互作用 這就像是讓幾個人待在一個隔音室裏進行交談 大家說的什麼都聽得很清楚 但房子就這麼大 容納的人數是有限的 而且無法和隔壁房間裏的人說話 缺乏擴展性 而新的解決方案引入了兩個電子作爲橋樑 每個原子核都連了一個電子 這相當於用電子搭建了一條電話線 是兩個相隔較遠的原子核能夠通過各自的電子進行溝通 並實現了量子糾纏 新的方法取消了原子核必須依附於同一個電子的要求 從而掃除了原子和量子比特實現大規模擴展的最大障礙 由於電子易於移動和塑形 這意味着他們搭建的這種通信連接可以被快速精確的開啓和關閉 其通信距離也達到了20納米 20納米聽上去很小 實際上也挺小的 只有人類頭髮的千分之一 但是在原子核的尺度上 真的是要坐兩個月輪船三個月馬車那麼遠 而且20納米正是現在硅基芯片的常見尺寸 所以英才隊可以直接利用成熟的硅芯片製造技術來構建基於原子和自旋的量子計算機 從而大大加速其實用化進程 近日 加州理工學院的物理學家們創造了迄今爲止最龐大的量子比特陣列 6100箇中性原子量子比特被激光困在了一個網格中 此前的同類陣列僅包含數百個量子比特 這些成果於9月24號發表在了底年期刊自然雜誌上 至於里程碑式的突破 正值量子計算機規模化競賽日趨激烈之際 今年的諾貝爾獎也是頒給了研究量子碎川的科學家 爲了構建原子陣列 研究員將一束激光分成了12000個光鎳 這些激光做的鎳子在真空室中總共夾住了6100個原子 在屏幕上 我們實際上可以將每個量子比特視作一個光點 看起來頗爲壯觀 研究關鍵就是證明了這種更大規模的計算並沒有以犧牲質量爲代價 即使單個陣列中的量子比特的數量超過了6000個 該團隊仍能使它們保持疊加態約13秒 這幾乎是之前類似陣列的10倍 同時還能以99.98%的準確率操控單個量子比特 兼顧了數量和質量 該團隊還證明他們可以在保持原子疊加的同時 將原子在陣列中移動數百微米 其難度不亞於端一杯水參加跑步比賽 跑步的過程中水還不能灑出來 未來團隊計劃將陣列中的量子比特以糾纏狀態連接在一起 使粒子之間相互關聯 行爲如同一個整體 一項世界首創的研究證明 對人體健康至關重要的細菌 枯草芽苞桿菌的包子可以在快速加速 短時間微重力和快速減速的極端條件下存活 細菌包子被髮射到高空 然後在火箭落回地球之後進行研究 這應該是在實驗室外真實條件下進行的首次此類研究 研究成果已於10月6號發表在了微重力雜誌上 發射過程中 火箭在第二燃燒階段經歷了最大加速度約爲13G 即地球引力的13倍 到達約260公里的高度後 主發動機關閉進入了持續6分多鐘的失重狀態 重返地球大氣層後 有效載荷經歷了極端減速高達30G 同時以每秒220次的速度旋轉 飛行之後包子的生長能力沒有受到影響 結構也保持不變 這意味着我們可以爲宇航員設計更好的生命知識系統 以確保他們在長期任務中保持健康 這樣公司還可以利用這些數據在微重力環境下開展創新的生命科學實驗 開發新的抗生素等等 上網有百度 谷歌 現在生物學有了metagraph 他們會分析原始生物數據 包括DNA RNA和蛋白質序列設立的新的標準 而這些原始生物數據來自包含數百萬一個DNA字母的數據庫 總計達pb級 其條目數量甚至超過了谷歌龐大縮影中的所有網頁 研究成果已於10月8號發表在了頂尖期刊 咱們雜誌上 我們平時搜索一個視頻的時候 不僅可以搜索到標題中的關鍵詞 也可以搜到標籤或簡介中的關鍵詞 人民的格爾福也可以揭示 隱藏在海量測序數據集深處的遺傳模式 而無需事先對這些模式進行明確注視 團隊整合了來自七個公共資源數據庫的數據 創建了1880萬個獨特的DNA和RNA序列集 以及2100億個氨基酸序列集 涵蓋了所有生命分支 包括病毒 細菌 真菌 植物和動物 甚至包括人類 他們還開發了一個針對這些序列的搜索引擎 用戶可以使用文本提示來搜索這些集成的原始數據檔案 這是一種全新的交互方式 數據雖然經過了高度壓縮 但隨時可以訪問 爲了驗證其實用性 團隊利用meta graph掃描了超過24萬個人類腸道衛生物組樣本 搜尋抗生素耐藥性的遺傳標記 僅使用一臺高性能計算機就在一小時內完成了分析 10月10號發表在天體物理學雜誌快報上的向先紐報告稱 發現一顆距離地球約600光年的流浪行星 它正在經歷快速生長 以每秒60億公噸的速度吞噬氣體和塵埃 其生長速度之快匪夷所思 這個行星沒有繞恆星運行 但卻保持着迄今爲止觀測到的所有行星生長速度最快的記錄 無論是孤立的行星還是繞恆星公轉的行星 這個行星的質量估計是木星的5-10倍 它正在通過吸收周圍氣體和柴盤中的物質而不斷增加重量 這些行星可能像標準行星一樣圍繞主恆星形成 然後被拋出母星 或者像恆星一樣在貪嗖的氣體雲中孤立形成 這種暴飲暴食的特徵與一種此前僅在年輕恆星中發現的罕見生長突增現象類似 這表明這和流浪行星的誕生過程與恆星相似 團隊希望在吞噬時期捕捉到更多的流浪行星 以評估這些事件發生的頻率和持續時間