本期目錄

2.中國(guó)科大在一/二價(jià)離子選擇性分離膜精密構(gòu)筑方面取得新進(jìn)展

3.中國(guó)科大光壽紅課題組揭示核仁RNA干擾通路調(diào)控核糖體RNA水平的分子機(jī)制

4.中國(guó)科大完成基于顏色擦除強(qiáng)度干涉的高空間分辨成像

5.中國(guó)科大解析了分枝桿菌的管狀運(yùn)輸通道蛋白

6.中國(guó)科大在機(jī)器學(xué)習(xí)提高超導(dǎo)量子比特讀取效率上取得重要進(jìn)展

01

NEWS

中國(guó)科大在高噪聲環(huán)境下

實(shí)現(xiàn)高效的高維量子通信

近日，中國(guó)科大郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在高維量子通信研究中取得重要進(jìn)展，該團(tuán)隊(duì)李傳鋒、柳必恒研究組與奧地利Marcus Huber教授等人合作，在高噪聲環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了高效的高維量子通信。該成果9月10日發(fā)表在國(guó)際知名期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上。

近年來(lái)，李傳鋒、柳必恒研究組致力于高維量子通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)研究，在高維糾纏的制備與傳輸?shù)确矫嫒〉靡幌盗羞M(jìn)展，包括制備出了世界上保真度最高的32維量子糾纏態(tài)，實(shí)現(xiàn)了高維糾纏態(tài)在11公里光纖中的有效傳輸?shù)取?/p>

實(shí)驗(yàn)裝置圖

在本實(shí)驗(yàn)中，研究結(jié)果表明：在噪聲較小時(shí)，高維全空間編碼能取得最佳的編碼效率。具體而言，利用4維糾纏態(tài)和8維糾纏態(tài)，經(jīng)過(guò)糾錯(cuò)和保密放大等后處理后，每對(duì)糾纏光子依然可以得到大于1比特的密鑰，超越了兩維比特系統(tǒng)所能達(dá)到的極限。而隨著噪聲增大，采用高維部分子空間編碼的方式則更能對(duì)抗噪聲的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯著優(yōu)于兩維比特系統(tǒng)，從而保證在高噪聲環(huán)境中依然能實(shí)現(xiàn)高效的高維量子通信。

該成果實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了高維量子通信的優(yōu)勢(shì)，并為不同大小噪聲環(huán)境下實(shí)現(xiàn)高效的高維量子通信過(guò)程提供了可行的途徑。

論文鏈接：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.110505

詳細(xì)閱讀：

http://news.ustc.edu.cn/info/1048/76687.htm

02

NEWS

中國(guó)科大在一/二價(jià)離子選擇性

分離膜精密構(gòu)筑方面取得新進(jìn)展

近日，中國(guó)科大徐銅文教授團(tuán)隊(duì)在一/二價(jià)離子選擇性分離膜精密構(gòu)筑方面取得突破進(jìn)展，報(bào)道了一種亞2-nm共價(jià)有機(jī)框架（COFs）膜，并表現(xiàn)出較高的一價(jià)陽(yáng)離子滲透速率和極低的二價(jià)陽(yáng)離子透過(guò)率，實(shí)現(xiàn)了高效的離子傳輸與分離。該研究成果發(fā)表在國(guó)際著名期刊Advanced Materials雜志上。

徐銅文教授團(tuán)隊(duì)提出了利用分子自組裝特性，通過(guò)調(diào)控側(cè)鏈次級(jí)相互作用，構(gòu)筑和調(diào)控離子選擇性傳輸通道的新策略。利用表面原位聚合反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)超薄分離層中納米錐形孔的構(gòu)筑，縮短了離子傳質(zhì)路徑，強(qiáng)化離子在膜內(nèi)的傳質(zhì)行為。為了深入研究離子在限域孔道內(nèi)的傳質(zhì)行為及分離機(jī)理，團(tuán)隊(duì)提出以具有規(guī)則孔道結(jié)構(gòu)、骨架結(jié)構(gòu)參數(shù)明確的多孔框架材料為模型，在埃米精度下實(shí)現(xiàn)離子傳輸通道的精確定制和孔道性質(zhì)精密調(diào)控，達(dá)到了離子高效、精準(zhǔn)分離的效果，定量化通道關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)，初步揭示了離子限域傳質(zhì)機(jī)制。

亞2-nm COFs膜利用氫鍵作用實(shí)現(xiàn)高效離子篩分

研究表明，構(gòu)建具有豐富氫鍵位點(diǎn)的COFs多孔膜，在保持離子滲透速率的同時(shí)，能顯著提高離子選擇性。本工作不但為離子在亞2-nm受限空間中的傳輸機(jī)制提供了理論基礎(chǔ)，同時(shí)也為聚合物基離子選擇性分離膜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與調(diào)控提供了理論指導(dǎo)。

詳細(xì)閱讀：

http://news.ustc.edu.cn/info/1048/76608.htm

論文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202104404

03

NEWS

中國(guó)科大光壽紅課題組

揭示核仁RNA干擾通路

調(diào)控核糖體RNA水平的分子機(jī)制

近日，中國(guó)科大生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部和第一附屬醫(yī)院馮雪竹研究員和光壽紅教授課題組以模式生物秀麗隱桿線蟲(chóng)為模型，發(fā)現(xiàn)了核仁RNA干擾現(xiàn)象：即反義核糖體小干擾RNA(risiRNA)可以誘導(dǎo)NRDE復(fù)合物進(jìn)入細(xì)胞核仁中，并結(jié)合核糖體RNA前體；通過(guò)抑制RNA聚合酶I的轉(zhuǎn)錄活性，進(jìn)而調(diào)控核糖體RNA的合成水平，抑制錯(cuò)誤核糖體RNA代謝的積累。研究成果發(fā)表在Nucleic Acids Research上。

siRNA是一類(lèi)長(zhǎng)度約為22個(gè)核苷酸長(zhǎng)的非編碼小RNA，廣泛存在動(dòng)植物中，在機(jī)體的生長(zhǎng)發(fā)育、生殖遺傳和免疫防御等方面行使重要功能，也是優(yōu)秀的藥物分子。光壽紅課題組多年來(lái)以秀麗隱桿線蟲(chóng)為研究對(duì)象，通過(guò)正向和反向遺傳學(xué)篩選，鑒定了一系列抑制內(nèi)源siRNA產(chǎn)生的SUSI因子，該類(lèi)因子廣泛參與了細(xì)胞中核糖體RNA加工和降解的過(guò)程。當(dāng)SUSI因子功能缺陷時(shí)，細(xì)胞內(nèi)會(huì)積累錯(cuò)誤加工的核糖體RNA片段，這些片段與RNA依賴(lài)的RNA聚合酶相互作用后，會(huì)進(jìn)一步誘導(dǎo)risiRNA的生成。risiRNAs與核糖體RNA序列互補(bǔ)配對(duì)，通過(guò)激活細(xì)胞核RNA干擾通路，進(jìn)而調(diào)控核糖體RNA水平。

在本研究中，課題組確認(rèn)了RNA外切酶體任何亞基的功能缺陷都能引起risiRNA的積累。risiRNA誘導(dǎo)細(xì)胞核RNA干擾關(guān)鍵因子NRDE-2和NRDE-3進(jìn)入核仁中，結(jié)合核糖體RNA前體，進(jìn)而抑制RNA聚合酶I的轉(zhuǎn)錄活性。研究中還發(fā)現(xiàn)RNA外切酶體通過(guò)亞細(xì)胞定位的變化可以響應(yīng)細(xì)胞核內(nèi)核糖體RNA的穩(wěn)態(tài)。RNA外切酶體在多種RNA的加工代謝過(guò)程中行使重要功能，主要定位于細(xì)胞核仁中。細(xì)胞內(nèi)核糖體RNA穩(wěn)態(tài)失衡會(huì)導(dǎo)致RNA外切酶體從核仁中移位于核質(zhì)中。RNA外切酶體的正確亞細(xì)胞定位對(duì)于抑制risiRNA產(chǎn)生具有重要作用。

詳細(xì)閱讀：

http://news.ustc.edu.cn/info/1048/76572.htm

論文鏈接：

https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkab662/6345473

04

NEWS

中國(guó)科大完成基于顏色擦除

強(qiáng)度干涉的高空間分辨成像

近日，中國(guó)科大潘建偉、張強(qiáng)等與合作者利用濟(jì)南量子技術(shù)研究院研制的周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)，搭建顏色擦除強(qiáng)度干涉儀，成功分辨出1.43km距離外相距4.2mm的兩個(gè)不同波長(zhǎng)（1063.6nm和1064.4 nm）光源，以超過(guò)單望遠(yuǎn)鏡衍射極限40倍的結(jié)果驗(yàn)證了顏色擦除強(qiáng)度干涉技術(shù)具備高空間分辨成像能力，拓展了強(qiáng)度干涉技術(shù)的應(yīng)用范圍，有望被應(yīng)用于天文觀測(cè)、空間遙感和空間碎片探測(cè)等領(lǐng)域，相關(guān)成果發(fā)表在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上。

干涉儀被廣泛用于各種高空間分辨成像技術(shù)中，以突破單鏡片有限孔徑下的分辨率極限（衍射極限）。2016年，美國(guó)物理學(xué)家，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Frank Wilczek和其同事在理論上提出，將基于頻率轉(zhuǎn)換原理的顏色擦除探測(cè)器引入強(qiáng)度干涉儀，可以使得進(jìn)入探測(cè)器的不同波長(zhǎng)光子也發(fā)生干涉并提取出相位信息。他們將這種新技術(shù)命名為顏色擦除強(qiáng)度干涉技術(shù)。隨后，潘建偉小組利用濟(jì)南量子院自主研制的周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)首次搭建了顏色擦除單光子探測(cè)，并基于此在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)原理演示了強(qiáng)度干涉技術(shù)。

為了驗(yàn)證該技術(shù)具備高空間分辨成像能力，該小組在上海開(kāi)展了外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。如圖所示，他們利用兩種不同波長(zhǎng)的泵浦光分別泵浦并聯(lián)的兩個(gè)PPLN波導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)法分辨1063.6nm和1064.4 nm光子差異的顏色擦除探測(cè)器，并用兩個(gè)這樣的探測(cè)器搭建了80cm基線長(zhǎng)度的強(qiáng)度干涉儀對(duì)1.43km外的相距4.2mm的兩個(gè)不同波長(zhǎng)光源目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，他們?cè)诶碚撋咸岢隽艘环N相位擬合的算法得到了兩個(gè)光源的角距離，結(jié)果超過(guò)了實(shí)驗(yàn)所使用的單臺(tái)10.9mm望遠(yuǎn)鏡衍射極限的40倍，成功驗(yàn)證了該系統(tǒng)的高空間分辨成像能力。《物理評(píng)論快報(bào)》雜志審稿人評(píng)價(jià)“這項(xiàng)工作為超越由孔徑大小決定的傳統(tǒng)衍射極限提供了一種新的有趣成像方法。

詳細(xì)閱讀：

http://news.ustc.edu.cn/info/1048/76551.htm

論文鏈接：

https://doi.org/10.1111/poms.13366https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.127.103601

05

NEWS

中國(guó)科大解析了分枝桿菌的

管狀運(yùn)輸通道蛋白

分枝桿菌具有非常復(fù)雜的包膜結(jié)構(gòu)，是分枝桿菌抵御外界壓力的天然屏障。由于這種特有的復(fù)雜包膜結(jié)構(gòu)，分枝桿菌與外界環(huán)境或宿主之間的物質(zhì)運(yùn)輸具有獨(dú)特的性質(zhì)。并且分枝桿菌包膜上的通道可以分泌毒力因子和促進(jìn)抗生素外排，從而幫助分枝桿菌致病，因此是很好的治療靶標(biāo)。但分枝桿菌細(xì)胞壁和莢膜上的物質(zhì)運(yùn)輸通路目前還知之甚少。

近日，以我校微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心龔為民教授和加州大學(xué)洛杉磯分校的周正洪教授為主的課題組合作，分別通過(guò)X射線晶體學(xué)和冷凍電鏡方法測(cè)定了結(jié)核分枝桿菌中的未知功能蛋白R(shí)v3705c及其在恥垢分枝桿菌中的同源蛋白MSMEG_6251的三維結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)蛋白均能在體外自組裝為管狀結(jié)構(gòu)。通過(guò)一系列分子生物學(xué)和生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)顯示該蛋白在分枝桿菌外膜上發(fā)揮通道作用。因此將該蛋白命名為T(mén)iME。該成果在線發(fā)表在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊Science Advances上。

該研究首次在分枝桿菌莢膜中發(fā)現(xiàn)物質(zhì)運(yùn)輸通道，為研究致病性分枝桿菌的物質(zhì)運(yùn)輸機(jī)制和開(kāi)發(fā)新的藥物靶點(diǎn)提供了新的線索和思路。

詳細(xì)閱讀：

http://news.ustc.edu.cn/info/1048/76552.htm

論文鏈接：

https://advances.sciencemag.org/content/7/34/eabg5656

06

NEWS

中國(guó)科大在機(jī)器學(xué)習(xí)提高超導(dǎo)

量子比特讀取效率上取得重要進(jìn)展

近期，中國(guó)科大郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在機(jī)器學(xué)習(xí)提高超導(dǎo)量子比特讀取效率上取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)郭國(guó)平教授研究組與本源量子計(jì)算公司合作，在本源“夸父”6比特超導(dǎo)量子芯片上研究了串?dāng)_對(duì)量子比特狀態(tài)讀取的影響，并創(chuàng)新性地提出使用淺層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)識(shí)別和讀取量子比特的狀態(tài)信息，從而大幅度抑制了串?dāng)_的影響，進(jìn)一步提高了多比特讀取保真度。該成果以研究長(zhǎng)文的形式發(fā)表在國(guó)際應(yīng)用物理知名期刊《Physical Review Applied》上。

對(duì)量子比特狀態(tài)的高保真度測(cè)量是量子計(jì)算中的關(guān)鍵一環(huán)。由于各種形式的雜散耦合的存在，鄰近比特的狀態(tài)可能會(huì)對(duì)目標(biāo)比特的測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，從而降低測(cè)量保真度，進(jìn)而降低量子算法的成功率。隨著量子芯片的進(jìn)一步擴(kuò)展，為了進(jìn)一步提高讀取保真度，如何解決上述串?dāng)_問(wèn)題將成為研究者們面臨的主要挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)量子比特讀取方案以及串?dāng)_的影響

郭國(guó)平教授研究組通過(guò)對(duì)量子比特信息提取過(guò)程的抽象和模擬，提出一種新的量子比特讀取方案：通過(guò)訓(xùn)練基于數(shù)字信號(hào)處理流程構(gòu)建的淺層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)量子比特狀態(tài)的精確識(shí)別與分類(lèi)。研究人員將這一方案應(yīng)用到本源“夸父”6比特超導(dǎo)量子芯片上，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，新的讀取方案不僅有效提升了6比特的讀取保真度，而且大幅度抑制了讀取串?dāng)_效應(yīng)。同時(shí)，由于新方案中的數(shù)據(jù)處理可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化為單步矩陣運(yùn)算，未來(lái)可以直接轉(zhuǎn)移到FPGA上，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)量子比特狀態(tài)的0延時(shí)判斷以及對(duì)量子比特的實(shí)時(shí)反饋控制。該方案不僅適用于超導(dǎo)量子計(jì)算，也同時(shí)適用于其他量子計(jì)算物理實(shí)現(xiàn)方案。

詳細(xì)閱讀：

http://news.ustc.edu.cn/info/1048/76553.htm

論文鏈接：

https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.16.024063

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)