利用光子链路控制并读出超导量子比特

实现通用量子计算机的革命性承诺，需要拥有数百万量子比特的处理器。在超导量子处理器中，每个量子比特都用微波信号线单独处理，这些微波信号线将室温电子设备连接到量子电路的低温环境。每个量子比特的多根同轴线所带来的复杂性和热负荷将处理器的最大可能规模限制在几千个量子比特。

研究组介绍了一种光子链路，使用光纤将调制的激光从室温引导到低温光电探测器，能够在毫开尔文温度下直接传输散粒噪声极限的微波信号。通过演示超导量子比特的高保真控制和读出，研究组证明这种光子链路可以满足超导量子信息处理的严格要求。

利用光纤的低热导率和大固有带宽，可以实现相干微波控制脉冲的高效、大规模的多路传输，为实现百万量子比特的通用量子计算机提供了途径。

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https://doi.org/10.1038/s41586-021-03268-x

用纳米颗粒超晶格组装宏观材料

纳米颗粒组装被认为是一种规划材料层次结构的理想方法——通过选择纳米尺度的组件，自下而上构建整个材料。多尺度结构控制是非常可取的，化学成分、纳米尺度排序、微观结构和宏观形态都会影响物理性能。

然而，通常决定纳米颗粒排序的化学相互作用本身，并不能提供任何手段在更大的长度尺度上操纵结构。因此，基于纳米颗粒材料的研发需要在不牺牲其自组装的纳米尺度排列情况下，采用更优的加工策略以定制微观和宏观结构。

研究组展示了快速组装克级数量的多面纳米颗粒超晶格晶体的方法，这些纳米颗粒可以进一步形成宏观物体，其方式类似于块状固体的烧结。这种方法的关键是控制纳米颗粒组装的化学相互作用在后续加工过程中保持活跃，这使得颗粒的局部纳米级有序性在形成宏观材料时得以保持。

大块固体的纳米和微观结构可以根据超晶格晶粒的尺寸、化学组成和晶体对称性进行调节，微观和宏观结构可以通过后续的处理步骤进行控制。因此，这项工作提供了一种通用方法，可同时控制从分子到宏观长度尺度的结构组织。

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https://doi.org/10.1038/s41586-021-03355-z

夏季海洋上层分层和混合层深度增加

世界海洋的表层混合层通过控制大气和海洋内部的热量和碳交换调节全球气候，还通过承载大部分海洋初级生产力并为深海层提供充氧通道塑造海洋生态系统。尽管有这些重要的气候和生命支持作用，在全球气候变化时期，混合层可能发生的变化仍然不确定。

研究组利用海洋观测表明，从1970年到2018年，混合层底部的密度对比度增加，混合层本身变得更深。使用基于物理学的上层海洋稳定性定义，遵循全球海洋的不同动力机制，研究组发现夏季密度对比度每10年增加8.9±2.7%（每10年增加10-6~10-5平方秒，视区域而定），是先前估计的6倍以上。

先前的研究表明，上层海洋分层程度较高时，混合层较薄，但研究组发现夏季混合层每10年加深2.9±0.5%，或加深几米（通常为5~10米，视区域而定）。详细机制很难解释，但混合层的同时分层和加深与地表变暖和高纬度地表更新相关的稳定性增加有关，并伴随着风驱动的上层海洋湍流增强。

该发现基于一个复杂的数据集，而不完全覆盖的范围很广。尽管研究结果在广泛的敏感性分析范围内是稳健的，但重大不确定性仍然存在，例如1970至2018年早期与稀疏覆盖相关的不确定性。

尽管如此，该工作呼吁重新考虑海洋初级生产力持续变化的驱动因素，并揭示过去50年来世界上层海洋的严峻变化。

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https://doi.org/10.1038/s41586-021-03303-x

（未玖编译）