本期目錄

2.中國科大在一/二價離子選擇性分離膜精密構(gòu)筑方面取得新進展

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

4.中國科大完成基于顏色擦除強度干涉的高空間分辨成像

5.中國科大解析了分枝桿菌的管狀運輸通道蛋白

6.中國科大在機器學習提高超導量子比特讀取效率上取得重要進展

01

NEWS

中國科大在高噪聲環(huán)境下

實現(xiàn)高效的高維量子通信

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

近年來，李傳鋒、柳必恒研究組致力于高維量子通信網(wǎng)絡的實驗研究，在高維糾纏的制備與傳輸?shù)确矫嫒〉靡幌盗羞M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>

實驗裝置圖

在本實驗中，研究結(jié)果表明：在噪聲較小時，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)過糾錯和保密放大等后處理后，每對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抗噪聲的影響，實驗結(jié)果顯著優(yōu)于兩維比特系統(tǒng)，從而保證在高噪聲環(huán)境中依然能實現(xiàn)高效的高維量子通信。

該成果實驗驗證了高維量子通信的優(yōu)勢，并為不同大小噪聲環(huán)境下實現(xiàn)高效的高維量子通信過程提供了可行的途徑。

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

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

02

NEWS

中國科大在一/二價離子選擇性

分離膜精密構(gòu)筑方面取得新進展

近日，中國科大徐銅文教授團隊在一/二價離子選擇性分離膜精密構(gòu)筑方面取得突破進展，報道了一種亞2-nm共價有機框架（COFs）膜，并表現(xiàn)出較高的一價陽離子滲透速率和極低的二價陽離子透過率，實現(xiàn)了高效的離子傳輸與分離。該研究成果發(fā)表在國際著名期刊Advanced Materials雜志上。

徐銅文教授團隊提出了利用分子自組裝特性，通過調(diào)控側(cè)鏈次級相互作用，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，實現(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)行為及分離機理，團隊提出以具有規(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，達到了離子高效、精準分離的效果，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)機制。

亞2-nm COFs膜利用氫鍵作用實現(xiàn)高效離子篩分

研究表明，構(gòu)建具有豐富氫鍵位點的COFs多孔膜，在保持離子滲透速率的同時，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制提供了理論基礎(chǔ)，同時也為聚合物基離子選擇性分離膜的結(jié)構(gòu)設計與調(diào)控提供了理論指導。

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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水平的分子機制

近日，中國科大生命科學與醫(yī)學部和第一附屬醫(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NRDE復合物進入細胞核仁中，并結(jié)合核糖體RNA前體；通過抑制RNA聚合酶I的轉(zhuǎn)錄活性，進而調(diào)控核糖體RNA的合成水平，抑制錯誤核糖體RNA代謝的積累。研究成果發(fā)表在Nucleic Acids Research上。

siRNA是一類長度約為22個核苷酸長的非編碼小RNA，廣泛存在動植物中，在機體的生長發(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以秀麗隱桿線蟲為研究對象，通過正向和反向遺傳學篩選，鑒定了一系列抑制內(nèi)源siRNA產(chǎn)生的SUSI因子，該類因子廣泛參與了細胞中核糖體RNA加工和降解的過程。當SUSI因子功能缺陷時，細胞內(nèi)會積累錯誤加工的核糖體RNA片段，這些片段與RNA依賴的RNA聚合酶相互作用后，會進一步誘導risiRNA的生成。risiRNAs與核糖體RNA序列互補配對，通過激活細胞核RNA干擾通路，進而調(diào)控核糖體RNA水平。

在本研究中，課題組確認了RNA外切酶體任何亞基的功能缺陷都能引起risiRNA的積累。risiRNA誘導細胞核RNA干擾關(guān)鍵因子NRDE-2和NRDE-3進入核仁中，結(jié)合核糖體RNA前體，進而抑制RNA聚合酶I的轉(zhuǎn)錄活性。研究中還發(fā)現(xiàn)RNA外切酶體通過亞細胞定位的變化可以響應細胞核內(nèi)核糖體RNA的穩(wěn)態(tài)。RNA外切酶體在多種RNA的加工代謝過程中行使重要功能，主要定位于細胞核仁中。細胞內(nèi)核糖體RNA穩(wěn)態(tài)失衡會導致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胞定位對于抑制risiRNA產(chǎn)生具有重要作用。

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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

中國科大完成基于顏色擦除

強度干涉的高空間分辨成像

近日，中國科大潘建偉、張強等與合作者利用濟南量子技術(shù)研究院研制的周期極化鈮酸鋰波導，搭建顏色擦除強度干涉儀，成功分辨出1.43km距離外相距4.2mm的兩個不同波長（1063.6nm和1064.4 nm）光源，以超過單望遠鏡衍射極限40倍的結(jié)果驗證了顏色擦除強度干涉技術(shù)具備高空間分辨成像能力，拓展了強度干涉技術(shù)的應用范圍，有望被應用于天文觀測、空間遙感和空間碎片探測等領(lǐng)域，相關(guān)成果發(fā)表在國際知名學術(shù)期刊《物理評論快報》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，美國物理學家，諾貝爾獎獲得者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器引入強度干涉儀，可以使得進入探測器的不同波長光子也發(fā)生干涉并提取出相位信息。他們將這種新技術(shù)命名為顏色擦除強度干涉技術(shù)。隨后，潘建偉小組利用濟南量子院自主研制的周期極化鈮酸鋰波導首次搭建了顏色擦除單光子探測，并基于此在實驗室內(nèi)原理演示了強度干涉技術(shù)。

為了驗證該技術(shù)具備高空間分辨成像能力，該小組在上海開展了外場實驗。如圖所示，他們利用兩種不同波長的泵浦光分別泵浦并聯(lián)的兩個PPLN波導，實現(xiàn)了無法分辨1063.6nm和1064.4 nm光子差異的顏色擦除探測器，并用兩個這樣的探測器搭建了80cm基線長度的強度干涉儀對1.43km外的相距4.2mm的兩個不同波長光源目標進行測量。獲得實驗數(shù)據(jù)后，他們在理論上提出了一種相位擬合的算法得到了兩個光源的角距離，結(jié)果超過了實驗所使用的單臺10.9mm望遠鏡衍射極限的40倍，成功驗證了該系統(tǒng)的高空間分辨成像能力?！段锢碓u論快報》雜志審稿人評價“這項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。

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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

中國科大解析了分枝桿菌的

管狀運輸通道蛋白

分枝桿菌具有非常復雜的包膜結(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)運輸具有獨特的性質(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。但分枝桿菌細胞壁和莢膜上的物質(zhì)運輸通路目前還知之甚少。

近日，以我校微尺度物質(zhì)科學國家研究中心龔為民教授和加州大學洛杉磯分校的周正洪教授為主的課題組合作，分別通過X射線晶體學和冷凍電鏡方法測定了結(jié)核分枝桿菌中的未知功能蛋白Rv3705c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)這兩個蛋白均能在體外自組裝為管狀結(jié)構(gòu)。通過一系列分子生物學和生物化學實驗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TiME。該成果在線發(fā)表在國際著名學術(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)運輸通道，為研究致病性分枝桿菌的物質(zhì)運輸機制和開發(fā)新的藥物靶點提供了新的線索和思路。

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

論文鏈接：

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

06

NEWS

中國科大在機器學習提高超導

量子比特讀取效率上取得重要進展

近期，中國科大郭光燦院士團隊在機器學習提高超導量子比特讀取效率上取得重要進展。該團隊郭國平教授研究組與本源量子計算公司合作，在本源“夸父”6比特超導量子芯片上研究了串擾對量子比特狀態(tài)讀取的影響，并創(chuàng)新性地提出使用淺層神經(jīng)網(wǎng)絡來識別和讀取量子比特的狀態(tài)信息，從而大幅度抑制了串擾的影響，進一步提高了多比特讀取保真度。該成果以研究長文的形式發(fā)表在國際應用物理知名期刊《Physical Review Applied》上。

對量子比特狀態(tài)的高保真度測量是量子計算中的關(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)可能會對目標比特的測量結(jié)果產(chǎn)生影響，從而降低測量保真度，進而降低量子算法的成功率。隨著量子芯片的進一步擴展，為了進一步提高讀取保真度，如何解決上述串擾問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擾的影響

郭國平教授研究組通過對量子比特信息提取過程的抽象和模擬，提出一種新的量子比特讀取方案：通過訓練基于數(shù)字信號處理流程構(gòu)建的淺層神經(jīng)網(wǎng)絡，實現(xiàn)對量子比特狀態(tài)的精確識別與分類。研究人員將這一方案應用到本源“夸父”6比特超導量子芯片上，實驗發(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擾效應。同時，由于新方案中的數(shù)據(jù)處理可以進一步簡化為單步矩陣運算，未來可以直接轉(zhuǎn)移到FPGA上，從而實現(xiàn)對量子比特狀態(tài)的0延時判斷以及對量子比特的實時反饋控制。該方案不僅適用于超導量子計算，也同時適用于其他量子計算物理實現(xiàn)方案。

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

論文鏈接：

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

來源：中國科學技術(shù)大學