一场深度学习与超导量子计算的美丽邂逅 等

一场深度学习与超导量子计算的美丽邂逅

近年来，深度神经网络模型已成为机器学习、人工智能的有力工具，在自动驾驶、高效检索、计算机视觉等领域大显身手。深度神经网络的多层结构被认为是从复杂数据中提取有效特征的关键，反向传播训练算法则能有效提升深度神经网络的训练效率。与此同时，量子机器学习领域也取得了重大进展。理论上，已有研究证明在某些特定的分类任务中，量子机器学习模型相对于经典机器学习模型具有指数级的加速优势。实验方面，随着量子器件的快速发展，一些量子机器学习模型已在实验平台上成功演示。

清华大学交叉信息研究院孙麓岩研究组与邓东灵研究组合作，设计了一种可以在数字量子器件中实施的反向传播算法，并在平面超导量子系统上成功演示了该模型的训练有效性和泛化能力。在该模型中，量子比特被分层排布，从而形成深度量子神经网络的多层结构；作用在相邻层量子比特上的参数化量子线路构成层间感知器。在正向运行网络的过程中，量子信息会通过量子感知器，由输入层，经过多个隐藏层，最终逐层传递到输出层。在反向运行网络时，量子信息会逐层由输出层传递到输入层。

宇宙中漂浮的富勒烯“家族”，建数据库了

20世纪80年代中期，天文学家在星际介质中发现漂浮的复杂碳分子，比如60个碳原子结合、几何形状与足球相同的“巴克敏斯特富勒烯”。

星际未证认红外发射谱是一系列波长处于3—20微米的分立的红外谱带。自1970年代天文学家首次在年轻富碳星NGC 7027中观测到UIE谱以来，研究人员在包括原行星状星云、行星状星云、反射星云、银河系弥散星际介质、超新星遗迹和星爆星系等多种天体环境中都观测到了UIE谱。其辐射能量约占银河系红外辐射能量的20%，足见UIE谱的载体物质在星际环境大量广泛存在。理解这些谱带特征、确认其载体物质和演化对理解宇宙恒星形成历史、星际化学、星系演化及生命起源具有重要意义，是天文学、天体物理和天体化学等领域一个非常重要的科学问题。

西安交通大学物理学院侯高垒教授联合多个研究团队，利用自主发展的质谱—光谱联用实验技术，首次测量并得到气相富勒烯-金属复合物在6—25微米范围的高分辨红外谱，发现富勒烯-金属复合物可潜在贡献于星际未证认红外发射谱带和弥散星际谱带。

侯高垒教授团队将目前所有已报道的实验测量的C60、C60+、C60H+、C60O+、C60OH+、C70和C70H+等七种富勒烯物种的振动频率汇编为VibFullerene数据集。未来，随着实验技术的发展，研究人员希望进一步扩充、丰富VibFullerene数据集。该研究有助于认识富勒烯等碳基分子在恒星演化中的潜在意义和价值，理解宇宙中的物质循环，从而帮助完善宇宙演化模型，揭示宇宙生命起源。

这个手套能在人与机器之间架起“三道”桥梁

人机交互（Human Computer Interaction，HCI）是研究人与计算机系统之间自然高效信息交换的原理与技术，可穿戴触觉传感界面是其重要组成部分，对于精确地控制设备、机器人或虚拟环境至关重要。因此，追求更高效的人机交互体验，就需要提高触觉传感界面的灵敏度和检测范围。高灵敏度使触觉传感界面能够检测细微的机械刺激，宽探测范围则允许更通用的应用场景。

近日，电子科学与技术学院陈忠教授/廖新勤副教授团队通过纳米—微米—毫米三个维度的精心设计，开发了集成跨尺度仿生触觉传感界面的数据手套。该手套凭借优异的压力辨别能力，能够充分利用指尖信息和多指协同，实现触觉界面性能的精准调控和全天候、灵活的人机交互。

把钙钛矿“骨架”填入单分子磁体，释放“洪荒之力”

单分子磁体（SMMs）一般由多个或单个磁性金属原子或离子形成核心，与周围配体构成配位分子，配位分子之间以弱化合键（如氢键）连接而成。在单个分子水平上呈现磁性双稳态，且相邻分子间几乎不存在磁性相互作用。这种特性克服了传统无机磁性材料在畴尺寸上的限制，使得SMMs在高密度数据存储、分子自旋电子学器件、量子计算等领域具有应用潜力。有机金属卤化物钙钛矿（OMHP）因其优异的电学、光学等性质，高度可调的晶体结构，低廉的制备成本等优势，受到广泛关注。

近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心的陈小龙研究员和金士锋副研究员指导研究生柴聪聪构造了一系列具有合适尺寸和价态的稀土基磁性分子，选取具有较大A位间隙的（H2dabco）CsCl3钙钛矿作为母体框架，成功合成了一系列插入不同稀土基团的新的钙钛矿材料。研究人员还成功生长了较大尺寸的单晶体。这种将SMMs材料容纳进入OMHPs框架中的材料设计方法，有望进一步发展分子自旋电子学的研究。

野生祖先揭晓！水稻的身世之谜，终于弄清楚了

金秋送爽，转眼又到一年秋收时，骄阳似火，稻谷飘香。水稻又称亚洲稻，是人类重要的粮食作物之一，耕种与食用的历史都相当悠久，包括粳稻和籼稻两个亚种。但关于水稻“身世”，其实一直扑朔迷离。目前存在两种主流假说，即：一次起源和多次起源假说。前者推测水稻单次起源于中国的普通野生种；后者认为，水稻不同亚种分别起源于不同的地理区域，粳稻起源于中国的普通野生稻，而籼稻则起源于南亚和东南亚的尼瓦拉野生稻。

中国科学院植物研究所葛颂研究组基于1578份水稻和野生稻样本的重测序数据，采用一种新的分析策略探讨了水稻的起源/驯化历史，即在全基因组水平上通过分析驯化基因的起源来推断水稻的野生祖先和起源地点。该研究首先厘清了水稻和野生稻的群体遗传结构和群体动态历史，明确水稻包括6个品种群以及两种野生稻存在4个遗传组分。

在此基础上，研究人员通过全基因组扫描，鉴定到993个在indica和japonica中同时受到选择的基因（驯化基因），进而发现其中80%与来自中国的普通野生稻，其余20%起源于南亚和东南亚地区的尼瓦拉野生稻。这些驯化基因在水稻驯化过程中发生了持续的亚种间基因渐渗，因而共享在整个水稻的基因库中。对36个知名驯化基因进行单倍型网络分析后，研究团队发现，中国南部和印度北部是水稻的二个主要驯化中心，东南亚以及印度南部也可能是水稻的次级驯化地区。由此，就解答了水稻的身世之谜——水稻是多次起源/驯化的产物。

给“黑匣子”拍“X光片”，二维材料怎么“扭转乾坤”

在扭转电子学中，把二维材料垂直堆叠组成范德华同质或异质结构后，类似石墨烯的扭转界面不仅可出现在材料的表层，也可能内嵌在材料内部。面对这样一个“黑匣子”，科学家可犯了难：对于此类材料，堆垛界面内嵌在内部，如何對其界面状态进行高分辨表征？这种内嵌扭转界面是否也会发生原子级重构现象？它对整个材料性能影响如何？

针对这些问题，清华大学航天航空学院李群仰教授课题组发现探测二维材料堆垛结构内嵌界面的一种新方法，该方法简单、便捷且高分辨，类似于医学检测中的X光拍片。具体来看，课题组基于导电原子力显微镜的转角二维材料界面表征和反演，通过简单的表面电导测试，即可实现对扭转层状材料内部堆垛结构的探测和可视化。实验结果表明，对于内嵌在二维材料内部的小扭转角度界面，仍会出现显著的原子级重构现象；且即使当扭转界面处于材料内部10个原子层深度的位置，原子重构所导致的局部导电性扰动仍在其表面电导上有所体现。研究成果对二维堆垛结构的基础研究以及新兴的扭转电子学的发展具有重要意义。

一块小小的芯片里，竟藏着人体和宇宙飞行的秘密！

提到芯片，多数人都会想到电脑、智能手机中含有大量晶体管的集成电路。但说起器官芯片，就令人困惑了：难道是像科幻小说里写的那种嵌在人体内的硅基芯片？近期，随着神舟十五号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆，陪同三位航天员一起返回地球的就有人体器官芯片。

器官芯片是一种体外仿生技术，指在体外构建三维人体器官或组织微环境，可高仿真地模拟人体器官功能。此次东南大学苏州医疗器械研究院、中国航天员科研训练中心、数字医学工程全国重点实验室、江苏艾玮得生物科技有限公司共同开发制作的太空血管组织芯片完成了国际上首次血管组织芯片在长期微重力条件下的培养实验。

该器官芯片是我国独立自主研制，是我国第一次在轨实施器官芯片项目，也是国际首次在轨开展人工血管器官芯片研究，标志我国成为世界上第二个具备在轨开展器官芯片研究能力的国家。通过开展太空器官芯片的设计研究，发展有效的对抗防护措施，对于保障长期飞行后航天员的健康和圆满完成航天飞行任务具有重要的意义。