作者:张娟 吴晓燕 来源: 中国科学报 发布时间:2020-4-1
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美德加大量子科学与技术产学研合作研究力度

近日,美国和德国相继成立重要机构推动量子科学与技术研究,加速构建量子生态系统。美国产业界、学术界和国家实验室联手成立了马里兰量子联盟,致力于推动量子科学的发现和创新,开发包括功能强大的计算机、传感器和网络在内的开创性量子技术,支持量子技术研究的稳步发展并推动其市场化进程。此外,该联盟还将针对物理学、工程学、材料科学和计算机科学等领域推出跨学科教育计划,培养必备的量子科学人才。

马里兰大学也是一个月前成立的量子信息前沿战略联盟的主要成员之一。该联盟将利用包括超导、离子阱、原子系统在内的几种硬件方法来推进量子信息系统研发,探索实现量子优势的方法;同时,将探索如何抑制多量子比特量子处理器中的噪声和错误,开发新的量子比特控制算法,并设计新技术来制造、控制和互连量子比特。该联盟还将确定将从量子计算中受益的高影响力科学应用,并对硬件和软件系统进行工程设计以运行这些应用程序。此外,该联盟还将推动量子信息科学人才培养,推动创新生态系统创建,促进技术的转移转化。

德国于利希研究中心针对量子技术研究设立技术实验室,涵盖从量子材料研究到原型开发的整个量子科学与技术研究范围。该实验室被命名为亥姆霍兹量子中心(HQC),于2020年1月启动,亥姆霍兹协会为此投资近5000万欧元。

HQC设立了六个研究领域和七个技术集群,形成了基础研究、理论研究和技术开发的一站式研究平台,覆盖从量子材料到完整的量子计算机系统全过程,实现了量子比特材料研究、量子计算机制造设备和系统以及软硬件协同设计的结合。例如, 研究人员正在研究的超导量子比特将被用于于利希的欧洲超级计算机的建设,也是欧盟量子技术旗舰计划中OpenSuperQ项目的一部分;正在开发中的光阱中的原子量子比特将用于PASQUANS项目的量子模拟。于利希研究中心于2019年10月推出的量子计算用户基础设施JUNIQ将成为各类量子计算机的统一门户,德国和欧洲用户可通过云访问。(张娟

透明人体器官为 3D 打印奠定基础

据近日《细胞》报道,德国慕尼黑大学研究人员首次实现完整的人体器官透明化,使用显微镜成像,在细胞水平上揭示了透明器官的复杂结构,生成的器官图像可用作3D生物打印技术的模板,构建人工器官。

创造透明的器官依赖于一种叫做“光学清除”的过程。从本质上说,所有的组织都含有水分、脂类和蛋白质,这些成分都会折射光线。通过添加改变折射的化学物质,研究人员可利用某些特性让光通过组织,再利用激光扫描显微镜拍摄图像。最新的光学清除技术使研究人员获得第一张小鼠透明器官的完整 3D 细胞图,但是这些方法不适用于人体器官。不溶性分子(包括胶原蛋白)在生长了几年甚至几十年的组织中的积累,使人体器官特别僵硬,用于使小鼠器官透明的传统去污剂不适用于人体器官,特别是成人器官。

经过多次试验后,研究小组发现一种名为CHAPS的清洁剂可以在僵硬的人体器官上形成小孔,允许光深入厘米厚的人体器官,使其转换为透明结构。接着是器官成像和大量结果数据分析的挑战。研究者开发了一种名为Ultramicroscope Blaze的新型激光扫描显微镜,该显微镜具有较大的样品容纳量,可以对肾脏大小的人体器官成像。接着,该团队与计算机专家一起开发深度学习算法分析 3D 结构中的亿万个细胞。

研究人员将这种新技术命名为 SHANEL。研究者认为 SHANEL 将发展成为绘制完整人体器官的关键技术,极大地加快对大脑等器官在发育和疾病中的功能解析。人体器官的细胞图谱可用于利用新兴的 3D 生物打印技术对人体组织和器官进行大规模工程改造。该研究团队正在着手绘制主要人体器官的图谱。

吴晓燕

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.01.030

研究者利用微生物制造空气发电机

近日 ,据《自然》 报道,美国马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校的研究者开发了一种新型发电设备,通过蛋白纳米薄膜利用空气中的水分发电。这项技术将对可再生能源、气候变暖和医学等领域产生巨大的影响。

马萨诸塞大学微生物学家 Derek Lovley 30 多年前在美国东部波托马克河的泥浆中发现了一种地杆菌属(Geobacter)的微生物,后来发现它能够生产导电蛋白质纳米线,并一直对其进行研究。此次,他与电子工程专家合作用地杆菌生产的蛋白质纳米线来制造有用的电子设备。多年研究后,他们设计出一种发电设备,称为“空气发电机(Air-gen)”,利用地杆菌产生的 7 微米厚的蛋白质纳米线薄膜,从空气中吸收水分,形成一个可自我维持的水分梯度,以这一水分梯度为驱动力,设备会产生约 0.5 伏的持续电压,电流密度约为每平方厘米 17 微安。

该空气大电机已经可以为小型电子设备供电,下一步计划开发为智能手表、身体健康监视器等可穿戴设备供电的设备,以及为手机充电的设备,而最终的目的是开发大型发电系统,比如应用到墙面漆中为家庭供电的空气发电机。(吴晓燕

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-020-2010-9

《中国科学报》 (2020-04-01 第2版 国际)
 
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