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/MauricioBejarano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》（ScienceAdvances）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（MauricioBejarano）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：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424810.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1424810.htm

克服量子的限制 研究人员找到一种控制电子自旋的新方法

克服量子的限制研究人员找到一种控制电子自旋的新方法罗切斯特大学的一个研究小组在物理学副教授约翰-尼科尔的领导下，在《自然-物理学》杂志上发表了一篇论文，概述了操纵硅量子点--微小的、纳米级的半导体，具有显著特性的电子自旋的新方法，作为操纵量子系统信息的一种方式。尼科尔说："这项研究的结果为基于半导体量子点中的电子自旋的量子比特的相干控制提供了一个有希望的新机制，这可能为开发一个实用的硅基量子计算机铺平道路。"罗切斯特大学的研究人员通过控制硅量子点中电子的自旋，开发了一种在量子系统中操纵信息的新方法。硅中的电子在其自旋（向上和向下箭头）和谷态（蓝色和红色轨道）之间经历了一种被称为自旋-谷态耦合的现象。当研究人员对硅中的电子施加电压（蓝色光芒）时，他们利用自旋-谷耦合效应，可以操纵自旋和谷态，控制电子自旋。资料来源：罗切斯特大学插图/MichaelOsadciw使用量子点作为量子比特一台普通计算机由数十亿个晶体管组成，称为比特。另一方面，量子计算机是基于量子比特，也被称为量子比特。与普通的晶体管不同，它可以是"0"（关闭）或"1"（打开），而量子比特受量子力学规律的支配，可以同时是"0"和"1"。科学家们早就考虑使用硅量子点作为量子比特；控制量子点中电子的自旋将提供一种操纵量子信息传输的方法。量子点中的每个电子都有内在的磁性，就像一个小小的条形磁铁。科学家把这称为"电子自旋"--与每个电子相关的磁矩--因为每个电子是一个带负电的粒子，其行为就像它在快速旋转一样，而正是这种有效的运动引起了磁性。电子自旋是在量子计算中传输、存储和处理信息的一个有希望的候选者，因为它提供了长的相干时间和高的门控保真度，并且与先进的半导体制造技术兼容。量子比特的相干时间是指量子信息因与噪声环境相互作用而丢失之前的时间；长相干时间意味着执行计算的时间更长。高的门控保真度意味着研究人员要进行的量子操作会完全按照他们的要求进行。然而，使用硅量子点作为量子比特的一个主要挑战是控制电子自旋。控制电子自旋控制电子自旋的标准方法是电子自旋共振（ESR），它涉及到对量子比特施加振荡的射频磁场。然而，这种方法有几个局限性，包括需要在低温环境下产生和精确控制振荡磁场，而大多数电子自旋量子比特是在低温环境下工作的。通常情况下，为了产生振荡磁场，研究人员通过电线发送电流，这就会产生热量，从而干扰低温环境。尼科尔和他的同事概述了一种控制硅量子点中电子自旋的新方法，该方法不依赖于振荡电磁场。该方法基于一种被称为"自旋-谷粒耦合"的现象，当硅量子点中的电子在不同的自旋和谷粒状态之间转换时，就会发生这种现象。电子的自旋态指的是它的磁性，而谷态指的是与电子的空间轮廓有关的另一种属性。研究人员应用一个电压脉冲来利用自旋-谷耦合效应，操纵自旋和谷态，控制电子自旋。"这种通过自旋-谷耦合进行相干控制的方法，可以实现对量子比特的普遍控制，并且可以在不需要振荡磁场的情况下进行，而振荡磁场是ESR的一个限制，"尼科尔说。"这使我们有了一条新的途径，可以使用硅量子点来操纵量子计算机中的信息。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1346405.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1346405.htm

研究人员发现潜在的治疗哮喘的新方法

研究人员发现潜在的治疗哮喘的新方法来自阿斯顿大学和伦敦帝国理工学院的研究人员已经确定了一种潜在的方法来解决哮喘的根本原因之一。在对小鼠的实验中，研究人员能够在两周内几乎消除哮喘症状并使其气道恢复到接近正常状态。在英国，每年约有1200人死于哮喘，只有不到550万人接受治疗。哮喘导致喘息和呼吸急促等症状，因为气道变厚和收缩。目前的治疗方法，如类固醇，通过放松气道或减少炎症而暂时缓解这些症状。然而，现有的药物都没有针对哮喘在气道和肺部造成的结构变化，以提供更持久的治疗。首席研究员，来自阿斯顿大学生物科学学院的JillJohnson博士说：“通过直接针对气道中的变化，我们希望这种方法最终能够提供比现有的治疗方法更持久和有效的治疗，特别是对于那些对类固醇没有反应的严重哮喘患者。然而，我们的工作仍然处于早期阶段，在我们开始在人身上测试之前，还需要进一步的研究。”该研究专注于一种被称为周细胞的干细胞，它主要位于血管的内壁。当哮喘病人出现过敏和炎症反应时，例如对家庭尘螨，周细胞会迁移到气道壁。一旦到了那里，周细胞就会成熟为肌肉细胞和其他细胞，使气道变厚和变硬。周细胞的这种移动是由一种被称为CXCL12的蛋白质引发的。研究人员使用一种名为LIT-927的分子，通过将其引入小鼠的鼻腔来阻断这种蛋白质的信号。用LIT-927治疗的哮喘小鼠在一周内症状减轻，两周内其症状几乎消失。研究人员还发现，用LIT-927治疗的小鼠的气道壁比未治疗的小鼠的气道壁要薄得多，更接近健康对照组的气道壁。这将帮助他们确定在疾病进展期间何时可能是最有效的治疗时间，需要多少LIT-927，并更好地了解其对肺功能的影响。他们认为，如果这项研究获得成功，仍然需要几年时间才能在人身上测试这种疗法。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1311039.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1311039.htm

研究人员发现逆转芬太尼不良作用的新方法

研究人员发现逆转芬太尼不良作用的新方法据美国疾病控制中心（CentersforDiseaseControl）称，每年有10万美国人因用药过量而丧生，其中绝大多数是由于服用芬太尼等合成鸦片制剂所致。虽然纳洛酮是目前唯一能治疗阿片类药物过量的解毒剂，但它对芬太尼类合成阿片类药物的效果较差。印第安纳大学的研究人员发现了一种逆转芬太尼药效的新方法，芬太尼的药效比吗啡强50到100倍。他们的研究成果发表在《药物化学杂志》（JournalofMedicinalChemistry）上，可能会通过一种新产品或与纳洛酮（Naloxone）同步作用，找到一种逆转用药过量的新方法。吉尔生物分子科学中心（GillCenterforBiomolecularScience）高级研究科学家亚历克斯-斯特拉克（AlexStraiker）说："合成阿片类药物与阿片受体结合得非常紧密。纳洛酮必须与阿片类药物竞争中枢神经系统中的相同结合位点，才能抵消药物过量。但在芬太尼过量时，纳洛酮和芬太尼会结合到不同的部位，这意味着不存在竞争。我们想看看负异位调节剂是否能逆转芬太尼的作用"。Straiker开始测量阿片受体对一种叫做cAMP的信号分子的影响。研究人员对50种结构相关的分子进行了化学测试，以确定哪些化合物最有希望成为有效的负异位调节剂。研究人员发现大麻二酚（或CBD）可以在结合位点上充当负异位调节剂。不过，在最初的测试中需要高浓度。研究人员修改了大麻二酚的结构，使其更加有效，并发现在体外诊断（在血液或组织样本上进行的测试）中，大麻二酚成功地逆转了芬太尼的作用。"我们已经确定了对预期解毒效果非常重要的结构部分，"斯特拉克说。"其中一些化合物比先导化合物更有效。我们已经与第三家实验室合作，对结合部位进行建模，这可能有助于确定更多的化合物。"下一步是在活体（即生物体）中测试他们的研究成果，以确定它是否能逆转呼吸抑制，而呼吸抑制是药物过量的主要影响。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1387073.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1387073.htm