科技广角

文/本刊编辑部

我国科学家首次实现全光量子中继

中国科学技术大学潘建伟及其同事陈宇翱、徐飞虎等在国际上首次实验实现了全光量子中继器的原理性验证,为构建远距离光纤量子网络开辟了新途径。
在远距离量子通信的过程中,信道传递的量子态往往随着通信距离的增加而减少,这极大地限制了量子通信的有效传输距离。这一问题的解决方案目前主要有两种:一是利用卫星扩展量子通信距离,我国发射的墨子号量子科学实验卫星就是如此;二是在光纤网络中使用量子中继器,将一段长距离光纤信道分割成多段距离比较短的信道,扩展量子通信距离。
潘建伟团队成功地搭建了一个基于12光子的全光量子中继器,测试了该量子中继器的各方面性能,并在实验上验证了其相比纠缠交换方案的优势。实验结果显示,全光量子中继器可以有效提升量子态的传输速率,从而拓展量子通信的传输距离。
该项工作成功验证了全光量子中继器的可行性,在原理上论证了量子存储器不再是搭建量子中继器的必要条件,为量子中继器的实用化研究开辟了新途径。
天宫二号完美“谢幕”

2019年7月19日,我国的天宫二号空间实验室,以受控的方式,圆满完成离轨和再入大气层的动作,少量残骸落入南太平洋预定安全海域。
天宫二号空间实验室自2016年9月15日发射入轨,设计在轨寿命2年,在轨飞行已超过1 000天,超期服役近1年。
天宫二号承载了推动中国步入“空间站时代”的历史使命,在飞行期间,天宫二号与神舟十一号、天舟一号进行了多次交会对接,并开展了一系列空间实验,充分验证了航天员中期驻留太空的能力和推进剂在轨补加技术,为建造空间站奠定了技术基础。
作为我国第一个真正意义上的太空实验室,天宫二号共搭载14种约600千克的实验设备,如国际首台在轨运行的冷原子钟和国际首台宽视场、高效率的专用宇宙伽马射线暴偏振探测仪器等,开展了60余项空间科学实验和技术试验,取得一大批具有国际领先水平和重大应用效益的成果。
天宫二号受控离轨的成功,也是我国为减少地球周围的空间碎片所做的一项努力,充分显示了我国的大国担当。
迄今最高能量宇宙伽马射线被发现

中日合作实验团队近日利用我国西藏羊八井ASγ实验阵列,发现了迄今为止最高能量的宇宙伽马射线。这些宇宙伽马射线来自蟹状星云方向,能量高达450太电子伏,比此前国际上发现的75太电子伏的最高能量高出5倍以上。这标志着超高能伽马射线天文观测进入到100太电子伏以上的观测能段。
研究人员认为,这些100太电子伏以上的高能光子可能是更高能量的电子与周围宇宙微波背景辐射光子发生“逆康普顿散射”的结果,而超高能电子、正电子则产生于蟹状星云的脉冲星风云。由此可以推断,蟹状星云是银河系内天然的高能粒子加速器,与目前世界上最大的人工电子加速器(加速电子最高能量0.2太电子伏)相比,蟹状星云的电子加速能力至少高了上万倍。
超高能伽马射线观测是研究宇宙极端粒子加速过程及其发生的极端环境的独特途径,是探索极端宇宙的重要探针之一,有助于揭示宇宙中极端天体的性质。
利用转基因病毒治疗脑癌

英国帝国理工学院的科学家提出了一种基于噬菌体的治疗方法,用于治疗脑癌和乳腺癌等癌症。噬菌体是一种通常只能攻击细菌的病毒。
研究人员使用了经过基因改造的噬菌体,这种噬菌体不能复制,意味着它们不像通常攻击人类的病毒那样会扩散到人体的健康组织。
研究人员给予这种噬菌体遗传指令,使其能够与癌细胞外部的蛋白质结合,然后将DNA注入其中。他们还给噬菌体编码了有毒蛋白质的基因。一旦注射了这些基因,癌细胞就开始制造有毒蛋白质,然后死亡。
在对狗进行的测试中,这种噬菌体使肿瘤缩。谀承┣榭鱿,甚至使肿瘤完全消失。
这种噬菌体特别适用于脑癌,因为它在注入血液后会在周围寻找肿瘤,并且可以穿过血脑屏障。相比之下,大多数采用其他实验性病毒的癌症治疗方法,必须将病毒直接注射到肿瘤中。
这种噬菌体也不需要携带可以自我复制的基因,意味着可以在其中添加额外的基因以增强其有效性,而进一步的DNA编辑可以使噬菌体靶向其他类型的肿瘤。
我国科学家破译距今约3 800年的古小麦全基因组

吉林大学崔银秋与东北师范大学宫磊研究团队合作,成功完成了对距今约3 800年的小麦种子的全基因组测序工作,破解了这种粮食作物进入中国的传播路径。
小麦是世界上最重要的粮食作物之一。普通小麦驯化始于大约1万年前近东地区的新月沃地,然后向西扩散到欧洲,向东扩散到东亚。然而,小麦进入中国的传播途径仍不清楚。
为了解开小麦进入中国的传播路径之谜,研究人员从新疆罗布泊地区小河墓地和古墓沟墓地出土的古小麦种子中,随机抽取了7粒并提取了DNA,利用新一代测序技术对其进行了全基因组测序。罗布泊是东西方地理上的一个重要交会点。
研究人员通过基因组数据分析和形态学观察,证明出土的小麦为六倍体普通小麦。来自中国以及世界各地的现代六倍体小麦品种的转录组测序数据的对比结果表明,古代小麦与中国西南地区现存的普通小麦具有基因组相似性。因此,这表明了普通六倍体小麦在中国的一条传播路线,是从西部的青藏高原扩散到中部和东部长江流域的。
用生物胶水修复受伤的心脏

浙江大学欧阳宏伟教授团队研发了一种能够在数秒内完全止住大动脉损伤和心脏穿透伤大出血的生物胶水。
创伤后或手术中的出血如果无法控制,很容易造成患者死亡。特别是主动脉出血以及心脏穿透伤,更是带来了很高的死亡率。目前的止血手段一般是缝合或结扎。虽然也有一些用于血管吻合术的强力黏合剂,但它们往往具有细胞毒性,并且暴露于水中后会立即固化。
欧阳宏伟团队设计的这款胶水,是一种模仿生物结缔组织构成的仿生水凝胶材料,在紫外线照射下可以迅速固化。生物结缔组织通常由胶原蛋白、糖胺聚糖和水组成,具有强大而灵活的生物性能。
研究人员在实验中对猪的心脏进行制造伤口、注射生物胶、紫外照射等一系列操作,从注射生物胶水到止血整个过程不超过 20 秒,且无须再缝合。术后解剖发现,猪的心脏伤口密封完好,也没有观察到坏死和大的炎症,说明这种生物胶水的生物相容性良好。
研究人员希望这项科技可以在未来应用于临床,解决手术创伤愈合难题。
土卫六上奇怪的湖泊

土卫六是土星最大的卫星,在其北极附近,存在着一些湖泊,有的甚至深达100米。其中一些湖泊会随着时间的推移而干涸和重新填满,就像地球沙漠中的浅湖一样。
土卫六上没有水循环,这里循环的是碳氢化合物:液态甲烷和乙烷。根据2017年“卡西尼”号探测器的雷达数据,美国加州理工学院的研究人员绘制了7个土卫六上湖泊的图片。目前,尚不清楚湖泊内液体的具体组成成分,但推测应以液态甲烷为主。
尽管土卫六上湖泊中的液体并不是水,但它是除了地球之外,太阳系中唯一在地表有液体存在的天体。
研究人员还发现,这些湖泊的表面位于海平面以上数百米处,表明它们是由“降雨”供给的。这些湖泊的形成可能类似地球上岩溶地层的形成,可溶性岩石溶解后,留下的盆地被雨水或地下水填满。该研究小组没有看到有溪流或河流存在的证据,表明湖泊的排水可能发生在地表以下。
在“卡西尼”号的探测过程中,研究人员用雷达和光学成像技术测量浅湖的海岸线变化,发现有3个湖泊消失了。这证实了湖泊的蒸发和排水是季节性发生的。

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