近日，清華大學(xué)交叉信息研究院濮云飛和段路明研究組，在冷原子系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了12公里光纖長度上多模式增強(qiáng)的預(yù)報(bào)式原子-光子糾纏。其工作創(chuàng)造了多項(xiàng)城際（>10公里）量子互聯(lián)網(wǎng)的世界紀(jì)錄。

一花一世界，一胞一乾坤。我們體內(nèi)的細(xì)胞如同大千世界不同的人，各有其獨(dú)特的命運(yùn)和身份。細(xì)胞在退出有絲分裂進(jìn)入分裂間期時(shí)，是如何精確、及時(shí)地重建其獨(dú)特的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的呢？北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院宋艷課題組研究了神經(jīng)發(fā)育過程中，神奇的有絲分裂書簽是如何維持神經(jīng)干細(xì)胞命運(yùn)記憶的。

基于國際科技創(chuàng)新中心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)科創(chuàng)熱榜每日榜單形成的一周科技記憶，我們推出《一周前沿科技盤點(diǎn)》專欄。今天，為大家?guī)淼?22期。

1、《Nature Communications》丨12公里量子中繼節(jié)點(diǎn)，刷新多項(xiàng)世界紀(jì)錄！

多模復(fù)用的量子中繼架構(gòu)。通過依次激發(fā)70個(gè)獨(dú)立可尋址的空間陣列存儲(chǔ)器單元，產(chǎn)生280個(gè)時(shí)分（time-bin）光子模式。光子模式通過波長轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換為通訊波段，在經(jīng)過12公里光纖傳輸后在探測器上被探測。

近日，清華大學(xué)交叉信息研究院濮云飛和段路明研究組，在冷原子系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了12公里光纖長度上多模式增強(qiáng)的預(yù)報(bào)式原子-光子糾纏。其工作創(chuàng)造了多項(xiàng)城際（>10公里）量子互聯(lián)網(wǎng)的世界紀(jì)錄，包括城際距離上的原子-光子糾纏產(chǎn)生速率達(dá)到1.95kHz，城際距離上原子-光子糾纏產(chǎn)生速率和量子存儲(chǔ)器退相干速率的比值達(dá)到0.46（信道效率），糾纏效率通過多模復(fù)用的增強(qiáng)倍數(shù)達(dá)到140倍（280模式）。特別值得關(guān)注的是，當(dāng)未來使用兩個(gè)此種量子中繼節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)雙節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，信道效率可達(dá)到0.92，接近于信道效率大于1的擴(kuò)展閾值。

量子網(wǎng)絡(luò)和量子中繼是未來實(shí)現(xiàn)超大規(guī)模量子計(jì)算、洲際量子通訊、全球量子互聯(lián)網(wǎng)、超高精度量子精密測量的必經(jīng)之路。量子網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)展的難點(diǎn)在于，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間通過光子干涉產(chǎn)生預(yù)報(bào)式糾纏所消耗的時(shí)間必須小于量子網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的相干時(shí)間（即“信道效率”大于1），在這種情況下量子網(wǎng)絡(luò)才能通過糾纏交換的方法實(shí)現(xiàn)規(guī)模擴(kuò)展，以及有效利用多對（大于等于2）遠(yuǎn)距離量子糾纏。目前全世界已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的城際距離量子網(wǎng)絡(luò)最高的信道效率也小于0.01。

濮云飛、段路明研究組通過對總共280個(gè)DLCZ量子存儲(chǔ)器模式（70個(gè)獨(dú)立可尋址的存儲(chǔ)單元和4個(gè)不同的角度模式）的時(shí)分復(fù)用，將12公里的長光纖全部填滿。在這種情況下，單次糾纏嘗試所需要的時(shí)間從120微秒降低到850納秒，將實(shí)驗(yàn)重復(fù)率提高了140倍，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程原子-光子量子糾纏的超快分發(fā)。信道效率達(dá)到目前世界最佳的0.46。同時(shí)這也是城際量子網(wǎng)絡(luò)信道效率首次達(dá)到接近于1這個(gè)量級的里程碑。未來如果通過單光子糾纏的方式連接兩個(gè)這種量子中繼節(jié)點(diǎn)，可以達(dá)到0.92的信道效率，將有望達(dá)到城際量子網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展閾值，使未來的多節(jié)點(diǎn)（>2）量子中繼和量子網(wǎng)絡(luò)成為可能。

2、《Molecular Cell》丨細(xì)胞“失憶”后的“重生”，隱藏著命運(yùn)基因創(chuàng)造的奇跡

有絲分裂書簽TBP通過調(diào)控局部染色質(zhì)結(jié)構(gòu)維持神經(jīng)干細(xì)胞命運(yùn)記憶

一花一世界，一胞一乾坤。我們體內(nèi)的細(xì)胞如同大千世界不同的人，各有其獨(dú)特的命運(yùn)和身份。細(xì)胞的命運(yùn)和身份主要由其獨(dú)特的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)決定和維持。細(xì)胞命運(yùn)決定或維持過程出現(xiàn)錯(cuò)誤均可能導(dǎo)致疾病發(fā)生。然而，有絲分裂作為多細(xì)胞生物生長和維持的基石，卻給細(xì)胞命運(yùn)或身份的跨代繼承帶來了巨大挑戰(zhàn)。細(xì)胞在進(jìn)入有絲分裂后，染色質(zhì)高度凝集成染色體，絕大多數(shù)構(gòu)成基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的元件，如轉(zhuǎn)錄因子和染色質(zhì)重塑因子等，從染色體上剝離或降解，轉(zhuǎn)錄活動(dòng)幾乎完全停滯。隨著其獨(dú)特基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)在有絲分裂期的“分崩離析”，細(xì)胞好似進(jìn)入短暫失憶狀態(tài)。那么，細(xì)胞在退出有絲分裂進(jìn)入分裂間期時(shí)，是如何精確、及時(shí)地重建其獨(dú)特的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的呢？關(guān)乎細(xì)胞命運(yùn)或身份的“記憶”在有絲分裂期如何被精確儲(chǔ)存，在分裂間期又如何被及時(shí)喚醒呢？

特定的轉(zhuǎn)錄因子或染色質(zhì)重塑因子可以在有絲分裂期保留在染色體上，作為書簽因子特異“標(biāo)記”關(guān)鍵命運(yùn)基因以促進(jìn)其轉(zhuǎn)錄的快速重新激活，從而確保細(xì)胞命運(yùn)記憶的精確、及時(shí)傳遞。北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院宋艷課題組研究發(fā)現(xiàn)，在神經(jīng)發(fā)育過程中，轉(zhuǎn)錄因子TBP通過招募染色質(zhì)重塑因子EP400增加局部染色質(zhì)可及性，作為有絲分裂書簽保留在神經(jīng)干細(xì)胞染色體上，進(jìn)而維持神經(jīng)干細(xì)胞的命運(yùn)記憶。

這項(xiàng)研究首次揭示了有絲分裂書簽對神經(jīng)發(fā)育的重要生理學(xué)意義，闡明了書簽蛋白通過調(diào)控局部染色質(zhì)可及性實(shí)現(xiàn)染色體保留的新機(jī)制。值得一提的是，研究團(tuán)隊(duì)建立了一個(gè)全新的技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)對發(fā)育腦中書簽蛋白在染色體上的保留位點(diǎn)的精確鑒定。這一新方法將助力有絲分裂書簽在其它物種和其它組織器官中的發(fā)現(xiàn)及其生理學(xué)功能和機(jī)制研究的開展。

3、《Nature Communications》丨治療白塞病，老藥如何新用？

白塞病（BD）是一種慢性系統(tǒng)性血管炎，兼具自身免疫和自身炎癥性疾病的特征，以反復(fù)發(fā)作的口腔、生殖器潰瘍和皮損為特征，其發(fā)病機(jī)制尚不明確。北京協(xié)和醫(yī)院風(fēng)濕免疫科鄭文潔團(tuán)隊(duì)與清華大學(xué)免疫學(xué)研究所劉萬里團(tuán)隊(duì)開展相關(guān)研究。他們整合分析白塞病既有的多組學(xué)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)中性粒細(xì)胞代謝異?？赡軈⑴c疾病發(fā)病，并通過干預(yù)實(shí)驗(yàn)篩選出關(guān)鍵代謝物——法尼基焦磷酸（FPP），發(fā)現(xiàn)其在BD血清和PMN中異常增多，且與炎癥指標(biāo)、疾病活動(dòng)指數(shù)和嚴(yán)重程度評分正相關(guān)。

其研究表明，BD患者血清中異常升高的細(xì)胞因子——TNF-α可以誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞表達(dá)TRPM2通道，而經(jīng)典的靶向藥物TNF抑制劑可以阻斷該效應(yīng)，減輕白塞病-中性粒細(xì)胞的過度活化及血管炎癥。這一發(fā)現(xiàn)從免疫代謝的角度詮釋了“老藥”TNF抑制劑的新作用。

4、《MNRAS，Letters》丨太陽系究竟是怎么來的？兩種理論你pick誰？

兩個(gè)~0.5倍地球質(zhì)量的原行星發(fā)生大碰撞的模擬。切片圖展示了赤道平面附近的物質(zhì)分布，厚度為現(xiàn)今地球半徑 (R⊕) 的0.2倍。圖中顏色表示目標(biāo)體（原始地球）與撞擊體（Theia）之間的物質(zhì)混合情況，不同顏色對應(yīng)地核和地幔的物質(zhì)來源。

亞厘米大小的塵埃（或稱為卵石）廣泛存在于原行星盤中。經(jīng)過盤中的流體力學(xué)不穩(wěn)定性，它們可以聚集形成幾十到幾百公里大小的巖石行星星子。這些星子可以通過碰撞并合形成原始行星，進(jìn)而發(fā)展成類地行星。這種碰撞增長過程構(gòu)成了經(jīng)典的太陽系類地行星形成理論的基礎(chǔ)，值得注意的是，地球的生長最終以一次非常劇烈的巨型碰撞結(jié)束，這也導(dǎo)致了月球的形成；另一方面，星子也可以通過吸積大量的卵石迅速增長，這一發(fā)現(xiàn)引發(fā)了行星形成理論的模式轉(zhuǎn)變。新提出的卵石吸積模型允許地球在幾個(gè)百萬年內(nèi)形成，質(zhì)量增生由卵石吸積主導(dǎo)。這兩種涇渭分明的理論，對地球的物質(zhì)組成和演化歷史有截然不同的預(yù)言，但受限于目前少量的觀測證據(jù)，很難區(qū)分哪種理論更合理。對此，中國科學(xué)院上海天文臺(tái)與成都理工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開展一系列研究。近期他們發(fā)表了內(nèi)太陽系形成演化的新進(jìn)展，利用月球的形成限制了太陽系類地行星的質(zhì)量增生歷史，為評估不同的太陽系形成理論提供了新的視角。

研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，月球的形成由于原始地球（Proto-Earth）與一個(gè)假想的行星（Theia）之間的一次巨大碰撞。這一事件不僅導(dǎo)致了月球的形成，還對地球的結(jié)構(gòu)和成分產(chǎn)生了影響。在卵石吸積模型中，原始地球與Theia，從雪線（Snow Line）附近形成并遷移到目前位置，只有兩者相距較近時(shí)（Δ<20）才可能發(fā)生碰撞，此處距離以兩者間的希爾半徑為單位。這些碰撞發(fā)生在合理的月球形成時(shí)間窗口、合理的碰撞角度的概率極低，小于1‰。其研究結(jié)果更傾向于支持傳統(tǒng)的星子碰撞生長模型，認(rèn)為內(nèi)太陽系的行星，包括地球和月球，是通過一系列復(fù)雜的碰撞并合過程形成的，卵石吸積不起主導(dǎo)作用。

5、《Matter》丨開腦洞！多金屬氣凝膠可以這樣 “升級”

Au50Pt50凝膠電催化劑的制備及在醇氧化反應(yīng)中的電催化性能。

金屬氣凝膠是一種具有獨(dú)特納米級多孔結(jié)構(gòu)的材料，有著三維連續(xù)的導(dǎo)電/傳質(zhì)網(wǎng)絡(luò)、優(yōu)異的催化性質(zhì)、大比表面積，在電催化、儲(chǔ)能及傳感等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。這種材料通常通過溶膠-凝膠法或水熱法制備，其中金屬鹽和有機(jī)物在溶劑中混合，然后通過一系列化學(xué)反應(yīng)形成凝膠狀物質(zhì)。多金屬氣凝膠（Multimetallic metal Aerogels, MMAs）是金屬氣凝膠中的一類，因其多金屬協(xié)同作用所帶來的可調(diào)節(jié)性質(zhì)與多功能性引發(fā)廣泛關(guān)注。目前大多數(shù)研究通過一步法制備MMAs。一步法簡單、高效，卻缺乏對合成過程的控制，無法對溶膠-凝膠過程、氣凝膠特征尺寸等精確調(diào)控。

近日，北京理工大學(xué)材料學(xué)院杜然與化學(xué)與化工學(xué)院張磊寧課題組合作，探究了多金屬效應(yīng)在金屬氣凝膠結(jié)構(gòu)調(diào)控方面的功能與作用機(jī)制，開發(fā)出一種基于重力驅(qū)動(dòng)沉降的非破壞性制備方法。該方法避免了傳統(tǒng)滴鑄法中超聲過程對MAs完整性的破壞，成功保留了氣凝膠的完整3D網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而顯著提高了其電催化性能，是一種高效、無損金屬氣凝膠基電催化劑的新型制備方法。

6、《Water Research》丨納米催化劑“膜”法成節(jié)水新策略

水資源是我們生活中不可或缺的一部分，隨著全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展，水污染問題日益嚴(yán)重，淡水資源緊缺?？茖W(xué)家由此提出一種名為高級氧化工藝（AOPs）的技術(shù)，讓水資源得以循環(huán)利用，借助活性氧（ROS）這種具有強(qiáng)氧化性的物質(zhì)有效地分解水中的污染物。這種技術(shù)通過使用納米催化劑來產(chǎn)生活性氧，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。

由于ROS在水中的有限質(zhì)子轉(zhuǎn)移和極短壽命，該技術(shù)應(yīng)用仍受低活性效率和低自由基利用率的限制，并且受限于粉末催化劑難以回收的難點(diǎn)。對此，山東大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院常家樂發(fā)現(xiàn)，通過將納米催化劑固定在膜/柱/過濾器上形成各種催化宏觀結(jié)構(gòu)可以解決AOPs的困境，其核心原理是控制微污染物、氧化劑分子與催化劑表面之間的納米尺度距離。

研究人員從基礎(chǔ)科學(xué)到未來應(yīng)用策略等角度，對基于納米限域催化宏觀結(jié)構(gòu)的類芬頓催化進(jìn)行了綜合評述，對納米限域催化宏觀結(jié)構(gòu)的制備策略、成本控制和大規(guī)模應(yīng)用前景進(jìn)行了系統(tǒng)說明，對水環(huán)境修復(fù)技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

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