国内外最新科技创新与发现

◎ 本刊综合报道

我科学家研制出实现迄今最快实时量子随机数发生器

日前，中国科学技术大学潘建伟院士团队联合浙江大学，通过研制硅基光子集成芯片和优化实时后处理，实现了速率达18.8Gbps迄今最快的实时量子随机数发生器，相关研究成果以“封面论文”的形式发表于《应用物理快报》。随机数是一种重要的基础资源，在信息安全、密码学、科学仿真等众多领域以及日常生产生活中都有着广泛的应用需求。量子随机数发生器

是基于量子物理原理产生真随机数的系统，具有不可预测性、不可重复性和无偏性等特征，是量子通信系统中的关键核心器件。长期以来，科研团队在实用化量子随机数发生器方向开展了系统性研究并取得了重要成果。对于实用化量子随机数发生器，实时生成速率和集成度是核心指标。然而，以往量子随机数产生方案难以实现高度集成。为此，科研团队进一步发展了基于真空态涨落的高速量子随机数产生方案并完成相关实验验证，同时与浙江大学合作，在实现高集成度的同时大大提升了量子随机数发生器的实时生成速率。经传输测试，该量子随机数发生器系统的最终实时速率达到创世界纪录的18.8Gbps。上述研究成果为开发低成本商用量子随机数发生器单芯片奠定了坚实的技术基础。

我国高端极低温仪器研制取得突破性进展

绝对零度是冰冷的极致，是一个理想的、无法达到的最低温度。长期以来，科学家们向着这个目标发起了一次又一次挑战。2021年6月24日晚，中国科学院物理研究所自主研发的无液氦稀释制冷机原型机成功实现10.9mK（-273.1391°C，即绝对零度以上0.0109°C）的连续稳定运行，满足超导量子计算需要的条件，单冲程运行模式可低于8.7mK（-273.1413°C，即绝对零度以上0.0087°C），基本达到了国际主流产品的水平。这标志着我国在高端极低温仪器研制上取得了突破性的进展。无液氦稀释制冷机是商业上可以买到的温度最低的制冷机，不需要液氦辅助就可以实现仅仅高于绝对零度0.01°C的极低温，可以为量子计算机芯片提供用于维持量子态必需的极低温环境。新研制的无液氦稀释制冷机原型机在解决量子计算“卡脖子”问题，加快科技自立自强上迈出了关键的一步，掌握稀释制冷核心技术标志着我国具备了为量子计算等前沿研究提供极低温条件保障的能力。

我国软X射线自由电子激光装置首次实现“水窗”波段相干衍射成像

近日，活细胞结构与功能成像等线站工程暨上海软X射线自由电子激光装置调试工作连续取得突破性进展。继实现532米X射线自由电子激光装置的全线调试贯通、带光运行后，6月下旬，装置又首次实现了2.4纳米单发激光脉冲的相干衍射成像，获得了首批实验数据，并完成了对衍射图样的快速图像重建。该成果具有里程碑意义，体现了活细胞结构与功能成像等线站工程暨上海软X射线自由电子激光装置整体性能的先进性，标志着我国在软X射线自由电子激光研制和使用方面已步入国际先进行列。基于该成果，活细胞结构与功能成像等线站工程暨上海软X射线自由电子激光装置成为了国际上仅有的两个已实现“水窗”波段相干衍射成像实验的自由电子激光装置之一。

激活更多免疫力对抗肿瘤有了新思路

6月25日，从武汉大学人民医院获悉，该院“肿瘤代谢免疫”团队研究发现，有种药物能让身体“假装”吃得少，这种药物的

作用机制或为肿瘤治疗提供新思路。前期研究发现，“吃少点”能够增强机体的免疫监视作用，提高机体识别、杀伤、及时清除体内突变细胞的能力，同时还能显著改善免疫原性化疗药物的疗效。但肿瘤患者恰好更需要卡路里的摄入。如何解决这一矛盾？该团队研究发现，一种强有力的自噬诱导剂“鬼臼苦素”，通过抑制选择性胰岛素样生长因子1受体（IGF1R），成为新的卡路里限制模拟物，可改善机体对肿瘤的免疫监视作用，同时增加肿瘤免疫原性，进一步激活机体抗肿瘤免疫应答的能力。研究团队由此提出，IGF1R可能构成一种新的药物治疗靶点。他们进一步开展相关实验证实，IGF1R抑制剂联合免疫原性化疗药物奥沙利铂以及免疫检查点PD1抑制剂，不仅能够显著抑制那些不会引起免疫系统反应的“冷肿瘤”的生长，而且在部分案例中达到肿瘤完全治愈，并成功诱导机体对同种肿瘤的免疫记忆功能。因此，IGF1R抑制剂将为肿瘤免疫治疗提供新的方案。

新型可编程量子模拟器面世

美国哈佛大学—麻省理工学院超冷原子中心领导的国际物理学家团队在最新一期《自然》杂志刊文称，他们开发出了一种特殊类型的量子计算机——可编程量子模拟器，其能运行256个量子比特。该系统的面世标志着科学家朝构建大规模量子机器迈出重要一步。新量子模拟器的关键组件是一种称为空间光调制器的设备，它用于形成光波以产生数百个单独聚焦的光镊光束。研究人员表示，他们已经借助这个模拟器观察到了一些以前从未在实验室看到的奇异量子态，并进行了精确的量子相变研究，为磁性在量子水平上如何起作用提供了教科书范例。这些实验能帮助科学家更好地理解材料特性，从而设计出拥有奇异特性的新材料。他们目前正致力于通过改进激光对量子比特的控制并使系统更具可编程性来优化新系统，同时也在积极探索该系统新的应用，希望籍此其解决更多实际问题。

导热系数最低的新型无机材料制成

由英国利物浦大学领导的一个合作研究小组发现了一种有史以来

导热率最低的新无机材料。7月15日发表在《科学》杂志上的这一发现代表了材料设计在原子尺度上控制热流的新突破，这将促进废热转化为电能和有效利用燃料的新型热电材料的加速开发，为构建可持续发展社会找到新路。原子有两种不同的排列结构，这种新材料结合了这两种结构。通过实验，研究人员通过精准控制，将两种不同排列结构合并在一起形成了新材料。这种具有两种组合排列的新材料产生了“1+1＞2”的协同效应，其热导率远低于只具有一种排列的母体材料的导热率。开发新的、更高效的热电材料，将热能转化为电能，是清洁能源的关键来源。无论是对基础科学的理解，还是对收集废热的热电设备的实际应用，还是作为更高效燃气轮机的热障涂层的应用都意义重大。

新技术快速实现大脑更深处组织高清成像

据当地时间7月7日发表在《科学进展》杂志上的论文，麻省理工学院和哈佛大学的研究小

组开发出一种双光子成像显微镜的改进版本，它可以让科学家更快地获得大脑内血管和单个神经元等结构的高分辨率图像。新技术或可促进生物学、神经科学的研究。研究人员经常使用双光子显微镜制作大脑等组织的高分辨率3D图像。该显微镜的工作原理是将一束强烈的近红外线照射到组织样本中的一个点上，在强度最高的焦点诱导两个光子同时吸收。这种长波长、低能量的光可深入组织而不损坏组织，从而在表面以下成像。然而，这种成像技术不易扫描大脑等组织深处，且很耗时。为改进成像技术，研究团队的目标是，在保持逐点扫描组织的像素进行高清成像时，又可一次性实现对一个大的组织样本快速成像。该技术还可以通过添加电压敏感的荧光染料或荧光钙探针来测量神经元活动，也可用于分析肿瘤等其他类型的组织，如帮助确定肿瘤的边缘。

新凝胶可减少土地用水并避免污染

日前，俄罗斯托木斯克理工大学科研人员开发出一种由食物废料制成的凝胶。新材料可使农业生产中定点使用化肥和水，促进农业产业更加经济和环保。相关研究成果近日发表在《清洁生产杂志 》上。

目前，水和肥料都没有在农业中得到最佳使用，传统的植物栽培方法，使大部分水和化学物质，包括对动物有毒的化学物质，穿过土壤“溜过”根部，与地下水和地表水混合。为此，全球农业科技工作者都在寻找可以解决上述问题的新材料。俄托木斯克理工大学科研人员开发出的一种聚合物水凝胶，可作为土壤的“智能”添加剂，有助于避免土壤污染，显著减少用水量并改善植物对肥料的吸收。据悉，新研发的水凝胶完全可以生物降解，也就是经过一段时间后，它们会“溶解”在土壤中，毫无踪迹；并且新的水凝胶可用于更高效、更温和地施用肥料或其他化学品，用添加剂浸透后的成品凝胶只需简单地分置在植物根部周围就可以，其使用寿命取决于凝胶的具体成分，平均为几个星期，这种凝胶适用于大型农场和园艺业。