研究人员开发出一种利用磁子传输量子信息的新方法

研究人员开发出一种利用磁子传输量子信息的新方法 HZDR 的研究人员成功地在磁盘中产生了类似于波的激发即所谓的磁子来专门操纵碳化硅中原子大小的量子比特。这为量子网络中的信息传输开辟了新的可能性。图片来源：HZDR / Mauricio Bejarano为了满足这一需求，德累斯顿-罗森多夫亥姆霍兹中心（HZDR）的一个研究小组现在推出了一种传输量子信息的新方法：该小组通过利用磁子（磁性材料中的波状激起）的磁场来操纵量子比特（即所谓的量子比特），磁子发生在微观磁盘中。研究人员在《科学进展》（Science Advances）杂志上发表了他们的研究成果。建造可编程的通用量子计算机是当代最具挑战性的工程和科学研究之一。这种计算机的实现为物流、金融和制药等不同行业领域带来了巨大潜力。然而，由于量子计算机技术在存储和处理信息时存在固有的脆弱性，因此阻碍了实用量子计算机的建造。量子信息被编码在量子比特中，而量子比特极易受到环境噪声的影响。微小的热波动（几分之一度）就可能完全破坏计算。这促使研究人员将量子计算机的功能分布在不同的独立构件中，以努力降低出错率，并利用这些构件的互补优势。"然而，这就带来了一个问题，即如何在模块之间传输量子信息，使信息不会丢失，"HZDR 研究员、该刊物第一作者毛里西奥-贝哈拉诺（Mauricio Bejarano）说。"我们的研究正是在这个特定的利基上，在不同的量子模块之间传输通信。"目前，传输量子信息和寻址量子比特的既定方法是通过微波天线。这是Google和 IBM 在其超导芯片中使用的方法，也是在这场量子竞赛中处于领先地位的技术平台。"而我们则是通过磁子来寻址量子比特。磁子可被视为穿过磁性材料的磁激发波。这样做的好处是，磁子的波长在微米范围内，比传统微波技术的厘米波短得多。因此，磁子的微波足迹在芯片中花费的空间更少。HZDR 小组研究了磁子与碳化硅晶体结构中硅原子空位形成的量子比特的相互作用，碳化硅是一种常用于大功率电子器件的材料。这类量子比特通常被称为自旋量子比特，因为量子信息是由空位的自旋状态编码的。但是，如何利用磁子来控制这类量子比特呢？"通常情况下，磁子是通过微波天线产生的。"贝哈拉诺解释说："这就带来了一个问题，即很难将来自天线的微波驱动与来自磁子的微波驱动分离开来。"为了将微波从磁子中分离出来，HZDR 团队利用了一种在镍铁合金微观磁盘中可以观察到的奇特磁现象。"由于非线性过程，磁盘内的一些磁子具有比天线驱动频率低得多的频率。我们只用这些频率较低的磁子来操纵量子比特"。研究小组强调，他们还没有进行任何量子计算。不过，他们表明，完全用磁子处理量子比特从根本上是可行的。"迄今为止，量子工程界还没有意识到磁子可以用来控制量子比特，"Schultheiß强调说。"但我们的实验证明，这些磁波确实可以派上用场"。为了进一步发展他们的方法，研究小组已经在为未来的计划做准备：他们想尝试控制几个间距很近的单个量子比特，让磁子介导它们的纠缠过程这是进行量子计算的先决条件。他们的设想是，从长远来看，磁子可以被直接电流激发，其精确度可以达到在量子比特阵列中专门针对单个量子比特。这样就可以将磁子用作可编程量子总线，以极其有效的方式寻址量子比特。虽然未来还有大量工作要做，但该研究小组的研究强调，将磁子系统与量子技术相结合，可以为未来开发实用量子计算机提供有益的启示。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员创造了一种利用快速电子研究材料中慢速电子的方法

研究人员创造了一种利用快速电子研究材料中慢速电子的方法 访问：NordVPN 立减 75% + 外加 3 个月时长 另有NordPass密码管理器 然而，这些慢速电子却极难测量。有关它们在固体材料中行为的知识非常有限，科学家们往往只能依靠反复试验。不过，维也纳工业大学现已成功获得有关这些电子行为的宝贵新信息：利用快速电子直接在材料中产生慢速电子。这样就能破译以前无法通过实验获得的细节。该方法现已发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）杂志上。同时产生两种电子维也纳工业大学应用物理研究所的沃尔夫冈-维尔纳（Wolfgang Werner）教授说："我们对慢速电子在材料内部（例如晶体内部或活细胞内部）的作用很感兴趣。要想找出答案，实际上必须直接在材料中建造一个小型实验室，才能直接进行现场测量。但这当然是不可能的。"Felix Blödorn、Julian Brunner、Alessandra Bellissimo、Florian Simperl、Wolfgang Werner。资料来源：维也纳工业大学迄今为止只能测量从材料中出来的电子，但这并不能告诉我们电子是在材料的哪个部位被释放出来的，以及从那时起电子发生了什么变化。维也纳科技大学的团队借助快速电子解决了这一问题，快速电子可以穿透材料并激发材料中的各种过程。例如，这些快速电子会扰乱材料正负电荷之间的平衡，从而导致另一个电子脱离其位置，以相对较低的速度移动，并在某些情况下逃离材料。现在的关键步骤是同时测量这些不同的电子："一方面，我们将电子射入材料，并测量它再次离开时的能量。另一方面，我们也同时测量哪些慢速电子从材料中出来。将这些数据结合起来，就有可能获得以前无法获得的信息。"快速电子在穿过材料的过程中损失了多少能量，可以提供它穿透材料多深的信息。这反过来又提供了有关慢速电子从其位置释放出来的深度的信息。现在可以利用这些数据来计算材料中的慢速电子释放能量的程度和方式。有关的数值理论首次可以通过这些数据得到可靠的验证。这让人大吃一惊：以前人们认为，材料中电子的释放是以级联的方式进行的：一个快速电子进入材料，撞击到另一个电子，然后将其从原处撕开，导致两个电子移动。然后，这两个电子又会从自己的位置上带走两个电子，依此类推。新数据表明，事实并非如此：相反，快速电子经历了一系列碰撞，但始终保持着大部分能量，而且在每一次相互作用中，只有一个相对较慢的电子脱离其位置。沃尔夫冈-维尔纳说："我们的新方法在非常不同的领域提供了机会。我们现在终于可以研究电子在与材料相互作用时如何释放能量了。例如，正是这种能量决定了在癌症治疗中能否摧毁肿瘤细胞，或者在电子束光刻中能否正确形成半导体结构的最精细部分。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员发现了一种能够批量消灭昆虫的新品种线虫S. adamsi

研究人员发现了一种能够批量消灭昆虫的新品种线虫S. adamsi 这个新物种是一种叫做 Steinernema 的线虫家族的成员，长期以来，这种线虫一直被用于农业，无需杀虫剂即可控制昆虫寄生虫，并且Steinernema 对人类或其他哺乳动物无害，最早发现于 20 世纪 20 年代。UCR线虫学教授阿德勒-迪尔曼（Adler Dillman）说："我们每年都会在农作物上喷洒数万亿只这种昆虫，而且它们很容易买到。虽然 Steinernema 有 100 多个种类，但我们一直在寻找新的种类，因为每个种类都有独特的特征。有些可能在某些气候条件下或与某些昆虫的关系更好。"迪尔曼的实验室希望更深入地了解一种不同的 Steinernema 种类，于是向泰国的同事索要了样本。"我们对样本进行了DNA分析，发现它们并不是我们要求的样本。Dillman 说："从遗传学角度看，它们与其他任何被描述过的物种都不一样。"迪尔曼和他的同事在《寄生虫学杂志》上描述了这一新物种。肉眼几乎看不到它们，宽度约为头发丝的一半，长度不到 1 毫米。"烧瓶中的几千只看起来就像沾满灰尘的水。他们以美国生物学家、杨百翰大学生物系主任拜伦-亚当斯（Byron Adams）的名字为这个新物种命名为Steinernema adamsi。线虫新品种 Steinernema adamsi 显微镜下特写。图片来源：Adler Dillman / UCR"亚当斯帮助我们完善了对线虫物种及其在生态学和土壤养分循环中的重要作用的认识，"迪尔曼说。"他也是我的本科导师，是他让我认识了线虫。这似乎是对他的最好纪念。"目前正在南极洲从事线虫研究的亚当斯说，他很荣幸能有这样一个"酷"物种在科学文献中以他的名字命名。亚当斯说："这种动物的生物学特性绝对令人着迷"除了它在减轻害虫给人类带来的痛苦方面的明显应用外，它还能让我们了解寄生虫、病原体、宿主及其环境微生物组之间复杂的谈判所涉及的生态和进化过程。"迪尔曼在大学期间了解到这些蠕虫的生命周期，这让他对研究这些蠕虫着了迷。线虫在幼虫时期嘴是被封住的，机体处于停止发育的状态，它们以这种形式生活在土壤中，并在土壤中游荡，寻找可以感染的昆虫。一旦发现受害者，它们就会进入它们的口腔或肛门，排出高致病性细菌。寄生虫会排出致病性物质来帮助杀死宿主，这在一开始就很不寻常。这就像是詹姆斯-卡梅隆电影中的情节。""感染后 48 小时内，昆虫就会死亡。它基本上会使昆虫液化，然后你会看到一个曾经是昆虫身体的袋子。"迪尔曼说："宿主体内可能有 10 或 15 条线虫，10 天后，土壤中就会出现 80000 个新的线虫个体，寻找新的昆虫进行感染。"研究人员确信，S. adamsi 能杀死昆虫。他们将其中一些放入装有蜡蛾的容器中，证实了这一点，事实上，用极低剂量的蠕虫就能在两天内杀死蜡蛾。展望未来，研究人员希望发现线虫的独特特性。"我们还不知道它是否能耐高温、紫外线或干燥。我们还不知道它能感染多少昆虫。"S. adamsi 是一种可以感染数百种昆虫的属。因此，研究人员相信，无论它是多种昆虫的专科寄生虫还是普通寄生虫，在某种程度上都是有益的。迪尔曼说："这是令人兴奋的，因为这一发现又增加了一个昆虫杀手，可以教给我们新的、有趣的生物学知识。此外，它们来自温暖潮湿的气候，这可能使它们成为昆虫的良好寄生虫，而目前市售的果园线虫无法在这种环境中繁衍生息。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

利用癌细胞的突变 研究人员设计出了抗癌能力超过100倍的T细胞

利用癌细胞的突变 研究人员设计出了抗癌能力超过100倍的T细胞 利用癌症自身的策略实现治疗的突破现在，加州大学旧金山分校和西北医学中心的科学家们可能已经找到了绕过这些限制的方法，即借用癌症本身的一些技巧。通过研究导致淋巴瘤的恶性T细胞的突变，他们找到了一种能赋予工程T细胞特殊效力的突变。研究小组将这种独特突变的基因植入正常人的 T 细胞，使其杀死癌细胞的能力提高了 100 多倍。这些T细胞在数月内一直在抑制肿瘤的生长，没有显示出中毒的迹象。目前的免疫疗法只对血液和骨髓中的癌症有效，而这种新方法却能杀死小鼠皮肤、肺和胃组织中的实体瘤。研究小组已经开始着手在人体内测试这种新方法。这项研究的合著者、微生物学和免疫学副教授科勒-罗伊巴尔（Kole Roybal）博士说，这一突破的灵感来自武术中的借力打力的原理。他说："我们利用赋予癌细胞持久力的突变，设计出了一种我们称之为'柔道T细胞疗法'的疗法，它能在肿瘤创造的恶劣环境中生存和发展。"该研究报告于 2 月 7 日发表在《自然》杂志上。隐藏在众目睽睽之下的解决方案事实证明，免疫学很难对付大多数癌症，因为实体瘤会创造一个专注于自我维持的环境，为了自身的利益而重新分配氧气和营养等资源。通常，癌症肿瘤会劫持人体的免疫系统，使其防御而非攻击癌症。这不仅损害了普通T细胞靶向癌细胞的能力，也削弱了免疫疗法中使用的工程T细胞的有效性，因为工程T细胞很快就会疲于应对肿瘤的防御。为了让免疫疗法在这些条件下发挥作用，"我们需要赋予健康的T细胞超出其自然能力的能力，"Roybal说，他同时也是格拉德斯通基因组免疫学研究所的成员。加州大学旧金山分校和西北大学的研究小组利用淋巴瘤患者的这种 T 细胞，筛选出 71 种突变，最终分离出一种既有效又无毒的突变，并对其进行了一系列严格的安全性测试。癌症治疗的新视野西北大学范伯格医学院医学皮肤病学、生物化学和分子遗传学副教授、医学博士 Jaehyuk Choi 说："这种方法比我们以前见过的任何方法都更有效。我们的发现使T细胞有能力杀死多种癌症类型，并有可能为预后不良的患者提供治疗，"他指出，由于细胞疗法在患者体内存活和生长，它们可以提供长期的抗癌免疫力。"在帕克癌症免疫疗法研究所（Parker Institute for Cancer Immunotherapy）和风险投资公司Venrock的合作下，Roybal和Choi成立了一家新公司Moonlight Bio，以实现他们"借力打力"法的潜力。他们的第一个项目是开发一种肺癌疗法，希望在未来几年内开始在人体内进行试验。"我们认为这是一个起点，"Roybal 说。"关于如何增强这些细胞并使其适应不同类型的疾病，我们可以从大自然中学到很多东西"。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员用创新型吸水鳍片从空气中收集饮用水

研究人员用创新型吸水鳍片从空气中收集饮用水 一个简单、紧凑的系统首先收集空气中的水分（左），然后在加热时释放被截留的液体（右），从而获得饮用水。图片来源：Xiangyu Li 编辑清洁、安全的水是一种有限的资源，能否获得取决于当地的水体。但即使是干旱地区，空气中也会有一些水蒸气。为了收集少量湿气，《ACS 能源快报》（ACS Energy Letters）上的研究人员开发出了一种紧凑型装置，这种装置带有吸附涂层翅片，可以先吸附湿气，然后在加热时产生饮用水。他们表示，这种原型设备有助于满足日益增长的用水需求，尤其是在干旱地区。地球大气中蕴藏着数万亿升淡水蒸气，但要收集这种无色、透明、稀薄的气体却很困难。以前，研究人员开发了一些系统来捕捉露水或雾，将液体汇集到容器中。但在露水不多的干燥地区，温度响应水凝胶、金属有机框架或沸石（结晶铝硅酸盐）等特殊材料可能有助于从空气中吸附少量水分，并在加热时释放水分。然而，要使这些吸水剂在实际应用中切实可行，就需要将它们整合到带有废热源的紧凑型便携设备中，例如在高温下运行的应用或作为副产品释放热量的系统。因此，李翔宇、Bachir El Fil 及其同事开发出了一种符合这些规格的湿度收集器。研究人员设计了吸水"翅片"，将铜片夹在涂有市售沸石的铜泡沫之间。作者说，与以往侧重于材料开发的研究相比，吸附床与材料特性的共同设计造就了薄吸附翅片，这种翅片结构紧凑，能快速收集水。为了进行概念验证，他们制作了一种装置，将 10 片小型吸附翅片并排放置在铜底板上，间距约为 2 毫米，这样的间距可以最大限度地从相对湿度为 10% 的沙漠空气中捕获水分。在一小时内，吸附翅片达到饱和，然后在底座温度达到华氏 363 度时释放出捕获的水分。根据 24 个收集-释放周期的推断，研究小组计算出，在相对湿度为 30% 的空气中，鳍片上 1 升的吸水涂层每天可产生多达 1.3 升的饮用水，这个体积是之前开发的设备的 2 到 5 倍。这项工作为每天多次从干燥空气中快速捕获水分和集水提供了关键机会。研究人员说，随着进一步的开发，该系统可以集成到产生废热的现有基础设施中，如建筑物或运输车辆，为干旱地区提供一种具有成本效益的饮用水生产方式。编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

康奈尔大学研究人员开发了一种利用动力学估算小行星年龄的新方法

康奈尔大学研究人员开发了一种利用动力学估算小行星年龄的新方法 利用美国宇航局露西（Lucy）航天器上的 L'LORRI 相机在 2023 年 11 月 1 日最近距离前后几分钟内收集的数据制作的一对小行星丁基内什（Dinkinesh）及其卫星塞拉姆（Selam）的立体图像。图片来源：NASA/Goddard/SwRI/Johns Hopkins APL/NOIRLab 提供原始图片/Brian May/Claudia Manzoni 对图片进行立体处理Selam是环绕火星和木星之间主小行星带中小行星丁基内什（Dinkinesh）的一颗"小卫星"，研究小组仅根据动力学，即这对小行星在太空中的运动方式，就推算出了塞拉姆的年龄。他们的计算结果与美国国家航空航天局露西任务根据对表面陨石坑的分析得出的结果一致，后者是测定小行星年龄的更传统的方法。新方法是对上述工作的补充，并具有一些优势：研究人员说，这种方法不需要昂贵的航天器来捕捉特写图像；在小行星表面最近发生变化的情况下，这种方法可能更加准确；而且可以应用于其他几十个已知双星系统中的次级天体，这些系统占近地小行星的15%。"找到小行星的年龄对于了解它们非常重要，与太阳系的年龄相比，这颗小行星非常年轻，这意味着它的形成时间很短，"航空航天工程领域的博士生科尔比-梅里尔说。"获得这一个天体的年龄可以帮助我们了解整个天体群"。梅里尔是《天文学与天体物理学》（ Astronomy & Astrophysics）杂志上发表的"Age of (152830) Dinkinesh-Selam Constrained by Secular Tidal-BYORP Theory"一文的第一作者。梅里尔是一位动力学专家，曾参与美国国家航空航天局（NASA）的双小行星重定向测试（DART）任务。2023年11月1日，当"露西"（Lucy）号飞船飞过"丁基内什"（Dinkinesh）时，梅里尔一直在密切关注，并意外地发现了Selam。梅里尔说，后者原来是一个"异常独特和复杂的天体"所谓的"接触双星"，由两个基本上是碎石堆粘在一起的裂片组成，也是第一次看到这种天体围绕另一颗小行星运行。研究人员说，双小行星是动态复杂而迷人的天体，它们正在进行某种拔河比赛。作用于天体的引力会导致它们物理上的隆起，并产生潮汐，从而缓慢地降低系统的能量。与此同时，太阳辐射也会改变双星系统的能量，这种效应被称为双星亚科夫斯基-奥基夫-拉齐耶夫斯基-帕达克（BYORP）效应。最终，双星系统将达到一个平衡状态，即潮汐和 BYORP 效应同样强烈拔河比赛陷入僵局。假设这些力处于平衡状态，并输入露西号任务公开共享的小行星数据，研究人员计算出了塞拉姆在由快速旋转的丁基尼斯号喷射出的表面物质形成后，需要多长时间才能达到目前的状态。在计算过程中，研究小组改进了之前存在的假设两个天体密度相同并忽略次级天体质量的方程式。通过大约 100 万次不同参数的计算，结果得出塞拉姆的中位年龄为 300 万年，最有可能的结果是 200 万年。研究人员希望将他们的新老化方法应用于其他双星系统，在这些双星系统中，即使没有近距离飞越，也能很好地描述其动力学特征。天文学和空间科学领域的博士生、论文共同作者亚历克西娅-库巴斯（Alexia Kubas）说："这种方法与陨石坑计数法配合使用，可以帮助更好地确定一个系统的年龄。如果我们使用两种方法，并且它们彼此一致，我们就能更有信心地得到一个有意义的年龄，来描述该系统的当前状态。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：