基因疗法可在患者先天性失明数十年后恢复其夜视能力

基因疗法可在患者先天性失明数十年后恢复其夜视能力该研究结果发表在《iScience》杂志上。研究人员按照临床试验方案，将含有健康形式基因DNA的AAV基因疗法注入每个患者的一只眼睛的视网膜。每位患者在治疗后的几天内，接受治疗的眼睛的杆状感光细胞介导的视觉功能都有明显的提高。人眼在弱光下的视觉能力大部分来自于杆状细胞，它们对光线非常敏感。研究主要作者、宾夕法尼亚大学眼科教授塞缪尔-雅各布森博士说："这些令人兴奋的结果表明，在某些LCA病例中，光传导的基本分子机制在很大程度上保持完整，因此，即使在失明几十年后，也可以进行基因治疗。"每4万名新生儿中就有一名患有LCA，这是最常见的先天性失明状况之一。虽然视力丧失的程度可能因不同的LCA患者而异，但所有这类人从出生后的头几个月开始都会出现大量的视觉障碍。有二十多个基因的功能失调可导致LCA。高达20%的LCA病例是由GUCY2D基因突变引起的，GUCY2D基因编码的是视网膜光感受器细胞中"光传导级联"所需的一种关键蛋白，该过程将光转化为神经元信号。先前的成像研究表明，这种形式的LCA患者往往有相对保留的光感受器细胞，特别是在杆状物丰富的区域，暗示如果存在功能性的GUCY2D，基于杆状物的光传导可以重新发挥作用。去年报告的低剂量基因疗法的早期结果与这一想法一致。研究人员在两名患者身上使用了较高剂量的基因疗法，一名19岁的男子和一名32岁的妇女，他们有特别严重的基于杆状的视觉障碍。在白天，这些病人有一些视觉功能，尽管大大受损，但在晚上，他们实际上是失明的，对光的敏感度比正常人要低1万到10万倍。研究人员只对每位患者的一只眼睛进行了治疗，因此接受治疗的眼睛可以与未接受治疗的眼睛进行比较，以衡量治疗效果。视网膜手术是由托马斯·杰斐逊大学和威尔斯眼科医院的眼科教授AllenC.Ho博士进行的。测试显示，在这两名患者中，接受治疗的眼睛在弱光条件下对光线的敏感度提高了数千倍，大大纠正了原来的视觉缺陷。研究人员总共使用了9种互补的方法来测量患者的光敏感度和功能性视力。这些方法包括在弱光条件下对房间导航技能的测试和对光的不自主瞳孔反应的测试。测试结果一致显示，基于杆状感光细胞的弱光视力有了很大的改善，而且患者还注意到他们在日常生活中的功能改善，例如"现在可以在黑暗中辨认物体和人"。同样引人注目的是治疗后的快速改善。研究的共同作者、宾夕法尼亚大学眼科研究教授ArturV.Cideciyan博士说："在8天内，这两名患者已经显示出可测量的疗效。"对研究人员来说，这些结果证实了GUCY2D基因疗法能恢复基于杆状体的光感受器功能，并表明GUCY2D-LCA患者的基于杆状体的功能障碍更严重，可能会从该疗法中获益最多。实际的信息是，在筛选LCA候选人和在整个治疗试验中监测他们时，应该强调杆状感光细胞视觉的测量。研究人员说，这些发现还强调了一个显著的事实，即在一些严重的先天性视力丧失的患者中，介导视觉的视网膜细胞网络在很大程度上仍然是活的和完整的，只需要重新提供一种缺失的蛋白质就可以重新开始工作，或多或少是立即开始。了解更多：https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(22)01546-2...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1332287.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1332287.htm

北大美女博士开发全新晶体管 性能媲美商用高端芯片 登Nature顶刊

北大美女博士开发全新晶体管性能媲美商用高端芯片登Nature顶刊发表在Nature上的这篇论文（Nature,2023,616:66–72），内容是关于晶体管的。北京大学介绍称，为解决我国高端芯片的“卡脖子”问题尽一份力，于梦诗在博士攻读期间选择了二维半导体材料的可控制备作为主攻方向。化学专业的她，自学了固体物理、半导体器件物理等基础知识，打下了坚实的理论基础。首例外延高κ栅介质集成型二维鳍式晶体管（2DBi2O2Se/Bi2SeO5FinFET）在导师彭海琳教授的指导下，她与团队开发了全新的二维鳍式晶体管构筑方法，实现了世界首例二维半导体鳍片/高κ栅氧化物异质结阵列的外延生长及其三维架构的集成制备。并研制了高性能二维鳍式场效应晶体管（2DFinFET），性能可比拟商用高端芯片。这一研究成果在国际顶级期刊Nature上发表。据介绍，这一原创性工作突破了后摩尔时代高速低功耗芯片的二维新材料精准合成与新架构集成瓶颈，为开发未来先进芯片技术带来了新的机遇，被评选为2023年度“中国半导体十大研究进展”。在保研北大之前，于梦诗本科就读于南京理工大学2015级高分子材料与工程专业。本科期间就以第一作者发表7篇SCI论文，其中1篇进入ESI全球前1%的高被引论文，总影响因子达27.12，达到学校博士生毕业要求。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1421053.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1421053.htm

Nature封面：量子计算机离实际应用还有两年

Nature封面：量子计算机离实际应用还有两年搭载“鹰”芯片的量子计算机这种障碍叫做“量子噪声”，会导致计算结果出现错误。研究团队对处理器中的每一个量子比特的噪声逐一进行测量，推测出了零噪声情况下系统的状态。根据观察和推测结果，团队研发出了全新的“误差缓解”技术。利用这种技术，团队在127量子比特的鹰处理器上成功进行了一次复杂运算。IBM量子研发部门高级主管SarahSheldon表示，我们可以开始设想用量子计算机解决一些此前无解的问题。相关论文已经在最新一期的Nature中发表，并登上封面。最新一期的NaturePodcast当中也介绍了这一研究成果。节目当中主持人评价IBM在量子计算不被看好的情况下做出的这一举动“十分勇敢”但也“拥有确凿证据”。而今年晚些时候，IBM还将发布1121量子比特的秃鹰（Condor）芯片。消灭不掉噪声，就抵消它由于量子纠缠效应的存在，量子不只有0和1两种存在方式，还有它们的叠加态。这使得量子运算的效率从理论上看显著高于传统的只有0和1两种状态的计算机。但实际上，量子计算机并未投入实际应用。原因有点无语——量子运算虽然快，但是错误率也很高。而出错背后的罪魁祸首，就是量子噪声。根据海森堡测不准原理，环境中无时无刻不充满波动的能量，哪怕温度低到绝对零度，也无法消除。量子永不停息的波动导致了它们之间彼此的拥挤、碰撞，这就是量子噪声的来源。对于单个量子，噪声带来的误差可能并不高（低于1%）。但量子计算机是由大量量子组成的复杂系统，各量子产生的误差叠加之后就变得不可忽视了。除了要解决量子噪声问题，IBM认为，还需保证量子处理器具有一定的规模和运算速度。消除量子噪声的过程称为量子纠错，方法是用更多的量子比特来描述一个量子比特，以便有错误时可以纠正。但这一思路的缺陷明显——我们根本无法操控如此之多的量子比特。因此，对于量子噪声，现在普遍采用的处理方式是抵消其影响，而非直接消除。传统的抵消方式是对误差信息实时监测并建立抵消算法，但随着量子比特数的增多，也出现了性能瓶颈。IBM团队研发了一种全新的抵消方式，绕开了这一瓶颈的限制。这种方式的核心是两种关键技术：脉冲拉伸（PulseStretching）和零噪声外推（ZeroNoiseExtrapolation）。脉冲拉伸是通过延长每个量子比特的操作时间，使量子误差被放大，更加有利于观测。这一过程中，IBM采用了物理学上常用的伊辛模型（Isingmodel）。其最基本的假设是相互作用只在最近邻的自旋之间存在。具体到这一项目，量子比特的排列方式是设定模型点阵排列方式的依据。尽管排列方式一致，伊辛模型却是独立于处理器硬件存在的。零噪声外推则是根据采集到的放大不同比例后的误差信息（采集量远低于传统方式），建立函数模型。根据函数模型外推出零点值，即为没有误差存在时的运算结果。尽管仍存在一定的局限性，但经过这种方式抵消一些误差后的量子处理器已经可以进行一些运算操作。IBM团队将其成果送到了加州大学伯克利分校进行效果测评，和他们的超级计算机进行比较。结果显示，鹰芯片驱动的量子计算机的计算结果与真实值的接近程度远高于传统计算机。不过，IBM的研究人员指出，采用这种抵消方式消除噪声影响只是一种短期策略。IBM也在逐步扩大其处理器所包含的量子比特数量。据研究人员预计，到2033年将制造出超过10万量子比特的处理器，届时量子误差将得到根源性的解决。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1365823.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1365823.htm

晶体中的"伪引力"也可以像黑洞一样弯曲光线

晶体中的"伪引力"也可以像黑洞一样弯曲光线艺术家对黑洞的印象以及它的引力影响光的方式——现在已经在晶体中进行了模拟美国宇航局戈达德太空飞行中心/JeremySchnittman爱因斯坦广义相对论的怪异之处之一是光受到时空结构的影响，而时空结构本身又被引力扭曲。这就是为什么质量极高的物体（如黑洞或整个星系）会对光造成如此严重的破坏，弯曲其路径并放大远处的物体。在最近的研究中，人们预测应该有可能在光子晶体中复制这种效应。这些结构用于控制光学设备和实验中的光，它们通常是通过将多种材料排列成周期性图案而制成的。从理论上讲，这些晶体的扭曲可以使光波偏转，其方式与宇宙尺度的引力透镜非常相似。这种现象被称为伪重力。在这项新研究中，研究小组将这个想法在硅制成的光子晶体中进行了测试。他们扭曲了晶体结构，使得原本均匀分布在200微米的网格单元在表面上变得越来越变形。然后，将太赫兹范围内的光波激光射入晶体。该设备在激光器输入端口的另一侧有两个输出端口，一个位于输入端口上方，一个位于输入端口下方。如果伪重力不起作用，激光将沿直线传播，不会从任何一个端口射出——但在扭曲的晶体中，光波成功地向下部端口弯曲。实验装置，涉及扭曲光子晶体(DPC)，下图说明了正常晶体和扭曲oneK中会发生什么研究小组表示，这项技术可能是在光学系统和其他设备中操纵光的一种非常有用的方法，并且可以为相关物理学的研究提供信息。该研究的作者之一MasayukiFujita副教授表示：“这种太赫兹范围内的平面内波束控制可以在6G通信中得到利用。在学术上，研究结果表明光子晶体可以利用引力效应，在引力子物理领域开辟新的途径。”该研究发表在《物理评论A》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1390443.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1390443.htm

Nature发文：室温超导体将如何改变科学？

Nature发文：室温超导体将如何改变科学？答案取决于应用的领域，以及假设的材料是否还具有其他关键品质。但至少在一些科学领域中，尤其是那些使用强磁场的领域，更好的超导体可能会产生巨大的影响。超导体是一种在一定温度下能够无电阻传输电流的材料，因此不会产生废热。但所有已确认的超导体都只在低温或极端压力条件下或两者兼而有之的情况下才表现出这种特性。超导相变时热容（c(v)，蓝色）和电阻率（ρ，绿色）的行为这种材料在实验室中已随处可见，因为研究人员能够使用一系列技术来降低它们的温度，尽管这会增加实验的成本和复杂性。但在日常应用中，超导体的低温要求是一道难以越过的门槛。一个极端的例子是大型强子对撞机（LargeHadronCollider，LHC），它是欧洲核子研究中心（CERN）的加速器。为了让质子在27公里的圆圈内运动，大型强子对撞机利用温度仅为1.9开尔文（-271.25ºC）的超导线圈产生强磁场。要做到这一点，首先需要一个包含96吨液氦的低温系统。这是世界上同类系统中规模最大的。欧洲核子研究中心磁体研究员、核工程师LucaBottura曾表示，“如果我们不需要极端温度，工程设计就会大大简化。”因此，能在室温下或接近室温工作的超导体将迅速彻底改变许多科学领域。但科学还没那么快到达这一目标。量子问题以量子计算机为例，这项新兴技术有望解决经典计算机无法完成的某些任务。而构建量子计算机的主要方法之一是将信息存储在超导材料环中。量子计算机这些超导材料被冷却到接近绝对零度（-273.15ºC），然后被装在昂贵的、类似于俄罗斯套娃的设备中，这种设备被称为稀释冰箱。稀释冰箱在基于超导体的量子计算机中，温度升高哪怕是零点几度，性能也会迅速下降，其原因与超导性无关。超导量子计算的共同发明人中村泰信（YasunobuNakamura）认为，量子计算对任何类型的噪声都极为敏感，而热振动则是一个主要敌人，它会产生虚假的“准粒子（quasiparticles）”。他提到，在100-150毫开尔文左右，就可以看到热激发准粒子的对抗效应。在其他情况下，实验本身可能不需要极度低温，但超导体仍需要保持比其转变为超导时（即Tc）还要低得多的温度。超导体的物理特性各不相同。但在许多应用中，尤其是在高磁场磁体中，有两个特性至关重要：临界电流和临界磁场。这是因为超导电性不但会在温度升高时丧失，而且还会在材料被推动承载超过一定量的电流或暴露在足够高的磁场中时丧失。麻省理工学院的低温系统中包裹着具有高转变温度的超导体.Credit：DavidL.Ryan/TheBostonGlobeviaGetty最重要的是，临界磁场和临界电流都与温度有关：温度越低，材料所能承受的电流和磁场就越大。因此，虽然超导体的Tc很高，但这并不意味着它可以在低于Tc的任何温度下使用。在许多应用中，超导体的性能会随着系统温度的降低而提高。幸运的是，目前发现的最好的超导体，包括一类叫做铜氧化物（或铜酸盐）超导体的超导体，只要保持足够低的温度，也能承受非常高的磁场。在现场四年前，位于佛罗里达州塔拉哈西的美国国家高磁场实验室（NationalHighMagneticFieldLaboratory，NHMFL）曾使用一种铜氧化物来获得稳定（非脉冲）磁场强度的记录。NHMFL的超导线圈能产生45.5特斯拉的磁场，但前提是它们必须保持在液氦中，即低于4.2开尔文。NHMFL首席科学家、物理学家LauraGreene说：“我们使用高-Tc超导体不是因为它们的Tc值高，而是因为它们的临界磁场高。”美国另一个国家实验室，位于新泽西州的普林斯顿等离子体物理实验室（PrincetonPlasmaPhysicsLaboratory，PPPL）的机械和电气工程师YuhuZhai说：“如果你想要一个高磁场磁体，那就在尽可能低的温度下运行它，因为那是你获得超导性真正力量的地方。”欧洲核子研究中心正在探索未来粒子对撞机的选择，该对撞机最终以比大型强子对撞机高七倍的能量粉碎质子，物理学家们希望能在这个范围内发现新的基本粒子。欧洲核子研究中心的大型强子对撞机与超级质子同步加速器的地图要达到这些更高的能量，粒子必须使用更高的场或沿着更长的加速器环路进行加速，或者两者兼而有之。为了建造这样一台机器，物理学家梦想在大型强子对撞机旁边挖掘一条长达100公里的环形隧道。但即使有这么大的环形隧道，像大型强子对撞机那样的超导磁体，即带有铌钛线圈的8特斯拉怪兽也无法产生所需的磁场，估计至少需要16到18特斯拉。对此，Bottura认为，“在这一点上，我们显然必须转向其他材料。”目前的高Tc超导体可以实现这一目标，但可能需要将其保持在液氦温度下。中国提出的类似加速器：即环形电子-正电子对撞机，也将使用高Tc超导磁体。北京高能物理研究所所长王贻芳表示，他们考虑高温超导材料已经有一段时间了，主要是铜酸盐和铁基材料。临界电流然而，铜氧化物的超导体也有其他缺点：它们是脆性的陶瓷材料，生产成本高昂，也很难将其制造为电缆。此外，王贻芳也提到，这种材料的临界电流也太低。而另一类铁基超导体原则上性能更好，成本也只有氧化铜的一半。Bottura和其他人正在研究一种全新加速器的可行性。通过用μ介子（类似于电子但质量大207倍的粒子）取代质子，对撞机可以研究与100公里长的质子-质子对撞机相同类型的物理学。但研究对撞机的环要小得多，甚至可以放入现有的大型强子对撞机隧道中，让μ介子绕一圈并不涉及强度特别高的磁场。但问题是产生具有适当特性的μ介子束，可能需要高达40特斯拉的磁铁。在这种强度下，问题不再是超导体，而是如何保持线圈的位置，因为电磁线圈内的电流往往会将磁铁推开。而在40特斯拉的条件下，即使是最坚固的钢材也无法承受机械应力。相反，磁体可能需要使用碳纤维等更坚固的材料。(NHMFL磁体对强度的要求没有那么严格，因为它需要在只有几厘米宽的空间内产生高磁场）。因此，在质子对撞机和μ介子对撞机中，超导体将会发挥巨大作用，但也可能出现其他工程挑战。融合之旅然而，在另一类旨在利用核聚变能的机器中，结构强度已经成为了严重的制约因素。长期以来，一种既定的聚变方法是使用排列成圆环形状，也被称为托卡马克（tokamak）的磁体来限制等离子体，将等离子体加热到数百万度，将氢的各种同位素碰撞在一起。世界上最大的实验性托卡马克名为ITER，正在法国南部建设，它将使用大型液氦来冷却磁体并产生接近12特斯拉的磁场。但根据Zhai的说法，工业和公共资助的实验室都在努力设计基于高Tc超导体的托卡马克磁体。原因有很多，如更高的磁场可能会大幅提高聚变反应堆燃烧燃料的速率，从而在原则上提高可产生的能量，但从聚变中提取能量的许多关键步骤尚未得到证明。工业努力增加高Tc磁性材料产量的一个积极结果是让它们的成本降低了，但它们仍比铌-钛材料昂贵得多。此外，Zhai还表示，托卡马克最终应该放弃液氦冷却。一方面是因为冷却系统复杂难建，另一方面是氦作为稀缺资源，难以建造数百个使用液氦的ITER大小的反应堆。Greene认为，寻找更好的超导材料是一项高风险的任务，迄今为止成功的案例寥寥无几。尽管如此，她还是说到：“这是一项艰苦的工作，也是一项令人兴奋的、正在改变世界的工作。”参考资料：https://www.nature.com/articles/d41586-023-02681-8...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1388387.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1388387.htm

SpaceX天才实习生课余用AI破解上古卷轴 获Nature头版关注

SpaceX天才实习生课余用AI破解上古卷轴获Nature头版关注不同于一般的密码破解，分析这份卷轴之难，无异于解读一本“无字天书”——因为在公元79年，这组卷轴在一次火山爆发中被烧成了碳，1752年才被挖掘出土。只要稍有不慎，脆弱的卷轴就会分分钟变成残片，想要通过物理方式展开，难如登天。直到今时今日，三名大学生，终于借助AI的力量，成功破译了其中的段落，打开了全新的考古研究范式。他们通过给卷轴拍摄CT影像并借助机器学习技术分割识别，把卷轴中的2000余个字符，揭示开来。这一消息也迅速引发了全球轰动，目前为止，浏览量已经超过了1500万次，转评赞接近6万。马斯克也给三人团队点了赞，表示这实在是泰裤辣。DeepMind的创始人Demis也大为赞叹，还表示自己已经迫不及待地想要读一读这段神秘的文字了。那么，这份神秘的卷轴是如何一步步被破译的呢？不用打开，也能破译内容交出这份成果的，是三名学生组成的队伍，他们分别是：YoussefNader，来自埃及，在德国柏林的一家院校攻读博士LukeFarritor，SpaceX实习生，在内布拉斯加大学林肯分校计算机专业读本科JulianSchilliger，瑞士苏黎世联邦理工学院机器人专业硕士想要在没有损伤的前提下破译这团被烧成碳的卷轴，打开看几乎是不可能的。1865年，有人尝试用物理方式把卷轴打开，结果以失败告终，一部分卷轴直接成为了碎片。此后近两百年，便再也没有人敢尝试物理展开了。直到2019年，肯塔基大学EduceLab的BrentSeales教授通过粒子加速器给卷轴拍摄了分辨率高达4μm的三维CT影像。Seales教授的博士生StephenParsons长期致力于使用机器学习模型检测CT图像中的墨水，他利用已经展开的部分带有可见墨水的卷轴碎片，建立了一个ground-truth数据集。网友们对此事展开了热烈讨论，并通过一场播客中传到了Luke的耳朵。这引起了他极大兴趣，开始利用空余时间训练机器学习模型，以便对墨迹进行分析。最终，Luke的模型成功分析出了卷轴中肉眼不可见的符号，并发现了一个完整的单词。这个词是希腊语的“ΠΟΡΦΥΡΑ?”（小写：πορφυ?ρ?α??，拉丁转写：porphyras），意思与“紫色”相关。这一发现，让他成为历史上第一个从赫库兰尼姆古卷内部读出整个单词的人。Youssef是第二个破译出这个单词的人，他采用了不同的方法，但得到了内容相同且更为清晰的结果。也正是看到Youssef提交的结果之后，专家们对Luke的发现，更加确认了。Julian则参与研发了EduceLab的3D模型分割工具VolumeCartographer。VolumeCartographer将三维CT图像沿卷轴展开，并映射到了二维平面，为Luke和Youssef的破译工作奠定了基础。此后，Julian又提出了新的分割方法ThaumatoAnakalyptor，通过重新分割的方式对已破解区域进行了验证，并探索了更多未知片段。此后，为了更快破译出更多内容，三人组成了超级团队，最终成功解读出了2000多个字符。他们使用了三种不同模型架构进行了分析，之间的结果可以相互印证，墨水检测程序代码还直接在GitHub上做了开源。他们分析出的这两千多个字符，位于其中一卷的结尾，篇幅大约是该卷的5%，内容被认为与伊壁鸠鲁哲学有关。伊壁鸠鲁（Epicurus）是古希腊哲学家，主要关注个人的幸福和心灵的平静，但讲理性、在自然科学领域提出了原子论，对后世的伦理学和心理学发展都产生了重要影响。而在这个卷轴的两个连续片段中，作者提及了商品（例如食物）的可获得性（availability）是否以及如何影响它们能带来的快乐（pleasure）。所以这次考古发现，实际上或许能进一步帮助了解古人对于世界的认知和探究。一场挑战赛，三名学生，500万奖金而让这三名学生走到一起的，是一场名为“维苏威火山”的挑战赛。在Stephen建立了数据集之后，硅谷企业家、GitHub前CEONatFriedman对此产生了浓厚兴趣，并出资赞助了这场比赛。主办方于去年3月公布了评选标准，参赛者需要破译至少4个段落，每个段落140个字符，其中至少85%的字符可恢复。当时，专家组普遍认为一年之内有人挑战成功的概率还不到三成，但结果却出乎意料——据介绍，比赛的消息发布后他们收到了许多作品，直到ddl之前几分钟还有团队交出成果。经过为期一个月的审查，这份包含了2000个字符的文本，被认定破译成功。这三位获奖者将瓜分70万美元的奖金，折合人民币500多万。此外，还有三个团队因提交的结果具有显著可读性，获得了二等奖，这三个团队将各获得5万美元的奖励。其中就包括谷歌华人工程师Shao-QianMah所带领的团队。下一步，比赛主办方希望在一年的时间内破译四组卷轴的90%，后续比赛信息也将在3月份公布。当然，这样的挑战赛奖金只是一方面，更重要的是展现了如何用AI解决各行各业挑战的可能性和可行性，包括考古这样的学科。或许你也有所耳闻，更早之前，AI对于甲骨文的研究也开始了。你要还知道其他的项目？也欢迎分享分享～～参考链接：[1]https://scrollprize.org/grandprize[2]https://twitter.com/natfriedman/status/1754519304471814555...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1416521.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1416521.htm