由悉尼大学领导的研究团队开发的低温量子控制平台。图片来源：澳大利亚悉尼大学量子计算机要真正实现大规模实用化，关键在于如何稳定、精准地控制海量量子比特。澳大利亚悉尼大学与新南威尔士大学的研究团队在这一方向取得重要突破。他们开发出一种低温下实现精准控制的芯片，有望将芯片上的量子比特数量从目前的几十个扩展到百万量级。相关成果近日发表在《自然》期刊上。研究团队研制出一种可在毫开尔文温度条件下控制自旋量子比特的硅芯片。这一温度略高于绝对零度（-273.15℃），理论上是物质完全静止的极限。自旋量子比特将信息编码在单个电子的磁方向上，具有易于扩展的优势，并与当前广泛使用的互补金属氧化物半导体（CMOS）技术兼容。自旋量子比特必须在1开尔文以下的极低温度才能稳定运行，保持其量子信息。此外，要实现大规模扩展，还需通过复杂集成电子系统来控制与读取这些量子比特。而这又带来一个重大难题：若控制电路距离过近，...
一个经过手术视频训练的智能机器人，在没有人工协助的情况下，成功完成了一例耗时的胆囊切除手术。这是该机器人首次在患者模型上进行操作，其表现十分沉稳，甚至在现实医疗环境中常见的突发状况下，也展现出了与熟练人类外科医生相当的专业能力。9日的《科学-机器人》杂志报道了这项由约翰斯·霍普金斯大学主导的手术，其被视为手术机器人领域的革命性进展，因为机器人首次同时具备了机械系统的高精度和类似人类的适应性与理解力。医疗机器人专家阿克塞尔·克里格表示：“这一进步标志着它从只能‘执行’特定任务的机器人，迈向了真正‘理解’外科手术的智能系统。这是一个关键点，它让我们更接近于开发出能够在混乱、不可预测的真实环境中工作的自主手术系统。”早在2022年，团队研发的智能组织自主机器人STAR就完成了对猪的首例自主腹腔镜手术。但当时该机器人仍需使用特殊标记的组织，在高度受控的环境下依照预定计划执行手术。而这次，新系统...
据最新一期《自然》杂志报道，国际天文学家团队首次精准捕获到太阳系外一个新生恒星及其行星系统形成的“起点时刻”现象。他们借助欧洲阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列望远镜和詹姆斯·韦布空间望远镜，观察到第一批行星形成物质（刚开始凝固的高温矿物）的诞生。这是天文学家首次在如此早期的阶段识别出一个行星系统，为了解太阳系早期历史打开了一扇窗。这个新生的行星系统正围绕HOPS-315形成。HOPS-315是一颗“原恒星”（婴儿恒星），距离地球约1300光年，类似于新生的太阳。它被一圈致密的气体和尘埃盘包围，这种“原行星盘”正是新生行星的摇篮。以往观测中，天文学家曾在类似系统中发现已经形成的大质量行星，如类木星天体。论文第一作者、荷兰莱顿大学教授梅丽莎·麦克卢尔指出，行星的最初固体部分，即“微行星”，必须形成得更早，在更原始的阶段。在太阳系中，第一批在靠近地球轨道附近冷凝出的固态物质，如今仍保存在古老的陨...
瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）科学家利用量子效应原理，首次开发出一种无需外部光源的新型生物传感器，为光学生物传感技术在医疗诊断和环境监测中的应用扫清了一大障碍。相关研究发表在最新一期《自然-光子学》杂志上。光学生物传感器通常依赖光波作为探针来检测生物分子，在精准医疗、个性化诊疗以及环境监测中发挥着关键作用。如果能将光波聚焦到纳米尺度——例如小到足以探测蛋白质或氨基酸，那么这类传感器的灵敏度将大幅提升。目前，科学家通过在芯片表面构造纳米光子结构，可以将光“压缩”至极小空间，从而增强检测能力。然而，这种纳米光子传感器需要复杂的外部光学设备来提供探测光源，限制了其在便携式检测设备和现场快速诊断中的应用。为此，EPFL科学家提出了一种创新解决方案：利用量子现象——非弹性电子隧穿，实现了无需外部光源的生物检测。这一量子效应指的是电子像波动一样穿过一个极薄的绝缘层，并在此过程中释放光子。虽然这种...
丹麦哥本哈根大学与英国剑桥大学领导的研究团队，从欧亚大陆214种已知人类病原体中成功提取出古代DNA，绘制出跨越数千年的人类传染病图谱，完成了迄今为止关于传染病历史的最大规模研究，为人与动物互动如何深刻改变人类健康格局提供了重要新见解。这项成果发表在9日的《自然》杂志上，不仅揭示了人类与病原体之间漫长的博弈历史，也为未来公共卫生策略和疫苗设计提供了重要参考依据。研究人员此次分析了超过1300个史前人类个体的遗传信息，时间跨度最长达37000年。通过研究古老的骨骼和牙齿样本，他们得以追踪细菌、病毒和寄生虫引发疾病的历史演变过程。研究发现，人畜共患病（即从动物传播给人的疾病，如近年来的新冠疫情）最早的证据可追溯至约6500年前，并在约5000年前开始变得更加普遍。这表明，随着人类从游猎采集转向农业与畜牧业，人与动物密切接触的生活方式为病原体传播创造了理想条件。而草原牧民的大规模迁徙也在这一...
美国能源部阿贡国家实验室联合德国马克斯·普朗克核物理研究所、欧洲X射线自由电子激光器（XFEL）团队共同宣布，成功研发出随机受激X射线拉曼散射（s-SXRS）技术。这项能将实验噪声转化为珍贵数据的新方法，或将彻底改变人类观测电子运动的微观视角，促进化学等多学科的发展。该成果于近日发表在《自然》杂志上。研究团队利用全球最强大的X射线激光器——XFEL的独特性能，使s-SXRS技术能以前所未有的分辨率，捕捉原子内部电子结构及其相互作用的精细图像。实验过程中，当XFEL发射的X射线脉冲穿过氖气时，仪器记录下的拉曼信号被放大了近10亿倍。拉曼信号这种特殊的“X射线指纹”如同原子的“身份证”，清晰揭示了其激发态电子结构的信息。与传统方法需在不同能级间缓慢扫描不同，新技术通过分析输入脉冲与产生的拉曼信号的关联性，仅需整合多个瞬时快照，就能构建出完整的电子能谱图。借助这一方法，研究团队获得了飞秒（千...
美国杜克大学、哈佛大学与新西兰奥塔哥大学团队在最新一期《自然-衰老》杂志发表论文，公布了一项基于脑部扫描图像的新工具，其不仅能在中年阶段判断一个人是否“加速衰老”，还能预测他未来罹患痴呆、心血管疾病、肺病甚至早逝的风险，有望成为健康风险预警和干预的新手段。为更精准地衡量衰老过程，科学家一直在努力开发各种“衰老时钟”。此次，团队利用了新西兰“达尼丁研究”的数据。该研究自1972年至1973年间，对1037位出生于达尼丁的人进行持续追踪。参与者自出生起每隔数年就接受健康检查，包括心血管、代谢、免疫、认知等多方面指标的评估。在此基础上，团队利用860名参与者在45岁时采集的脑部核磁共振图像，训练出一种人工智能模型，名为“DunedinPACNI”（达尼丁图像脑龄模型）。该模型只需一张脑部扫描图像，即可估算个体的衰老速度。为了验证模型的普适性，团队又将其应用于来自英国生物样本库42583名参与...
反铁磁材料因其潜在的高速信息处理能力，近年来受到科学界高度关注。但由于其自旋信号难以探测与控制，长期不能得到实际应用。据最新一期《科学》杂志报道，包括美国康奈尔大学在内的研究团队报告称，他们利用二维反铁磁材料与隧道结结构，首次在微米尺度下实现了对反铁磁自旋共振的电信号探测和可控调节。这一技术将有望应用于下一代高速、自旋电子器件。反铁磁材料和铁磁材料一样，由具有“自旋”的原子组成。在铁磁材料中，这些原子的自旋方向整齐排列，形成可被探测的外部磁场；而在反铁磁材料中，自旋相互抵消，整体上不产生外部磁场。因此，反铁磁材料的自旋运动既难以探测，也难以控制。以往对反铁磁自旋动力学的探测都是在毫米尺度甚至更大的样品上进行的，这种尺寸根本无法应用于真正实用的器件中。而此次研究中，研究团队制造出的是微米级别的器件，尺寸缩小了近千倍，并能在其中探测到强烈信号。此次成功的关键在于，研究团队利用量子力学中的“...
sPHENIX粒子探测器上的组件记录的碰撞信号（艺术图）。图片来源：sPHENIX合作组织美国布鲁克海文国家实验室所属相对论重离子对撞机上的sPHENIX粒子探测器发布首批成果，其捕获了宇宙极早期物质形态的关键数据。这项最新研究精确测量了以接近光速运行的金离子相互碰撞产生的数千个粒子的数量和能量密度，有望为人类破解物质的起源之谜提供新线索。相关论文已提交《物理评论C》和《高能物理杂志》。当两束金离子以2000亿电子伏特的能量迎头相撞时，sPHENIX粒子探测器上的组件记录了令人震撼的微观“宇宙烟花”。数据显示，碰撞越剧烈，产生的带电粒子数量越多，释放的总能量呈几何级增长。最新进展不仅验证了新探测器的卓越性能，更为探索夸克-胶子等离子体（QGP）的特性奠定了基础。QGP是一种宇宙大爆炸后百万分之一秒就存在的特殊物质态，是构成现代物质世界的原始“汤羹”。研究QGP可帮助揭示已知物质的起源，...
LHCb实验中首次观测到重子衰变的CP破坏。图片来源：英国《自然》在线版据《自然》杂志16日正式发表的论文称，欧洲核子研究中心（CERN）团队在大型强子对撞机底夸克实验（LHCb）中，首次在一种重子类的衰变复合亚原子粒子中观测到物质—反物质不对称现象。这一效应被称为电荷—宇称联合（CP）对称性破坏，此前已有理论预测，但在重子中从未被观察到。此次实验验证尤为重要，因为重子构成了可观测宇宙中的大部分物质，有助为人们解答为何在当前宇宙中，物质占据了主导地位。宇宙学模型认为，物质和反物质在大爆炸中等量产生，但在今日的宇宙中，物质占据主导地位。这种不平衡被认为是由于物质和反物质行为差异造成的，被称为CP对称性破坏。这一效应被物理学标准模型所预测，60多年前已在一种称为介子的亚原子粒子中观测到，但在重子中却“看不到”。和两个夸克组成的介子不同，重子有3个夸克——构成大多数物质的粒子，如中子和质子都...
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