原子可编程量子模拟器上物质的量子相

从物理和化学中复杂过程的量子模拟到量子信息处理，这一系列广泛应用推动人们努力构建大规模可编程量子系统。这些系统提供了对强关联量子物质的理解，同时为计算和计量学提供了新策略。

研究组展示了一个基于确定性制备的二维中性原子阵列的可编程量子模拟器，具有由相干原子激发到里德堡态控制的强相互作用。利用这一方法，他们实现了一个具有可调相互作用的量子自旋模型，系统范围从64量子比特到256量子比特不等。

研究组通过表征高保真反铁磁有序态和证明与（2+1）Ising量子相变一致的量子临界动力学，对系统进行了基准测试。他们创建和研究了几个新型量子相，这些相是由相互作用和相干激光激发之间的相互作用产生的，随后实验绘制了相图并研究了量子涨落的作用。

这些观测结果为复杂量子物质的研究提供了一个新的视角，为研究奇异量子相、非平衡纠缠动力学和量子算法的高效实现奠定了基础。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-021-03582-4

流体俯冲地形使弧前孔隙异常

俯冲地形在断层滑动模式中的作用（尤其是它是否阻碍或促进了大型逆冲区地震），在俯冲动力学中仍然是一个有争议的话题。研究组使用在新西兰北部希库兰吉边缘收集的被动和可控源海底电磁数据，来约束活跃海山俯冲区域的电阻率。

研究组表明，进入板块的海山包含一个薄的、低孔隙率的玄武岩盖，它将多孔火山碎屑和蚀变物质的导电基质捕获在电阻核上，与正常的、未受影响的海洋岩石圈相比，它允许3.2到4.7倍的水俯冲。在弧前，研究组描绘了一个俯冲海山上方沉积物缺乏的板块界面，其电气结构与进入的板块海山相似。俯冲海山内的一个尖锐电阻峰位于上板块导电明显异常的正下方。

这种上板块异常与爆发型重复地震位置以及与最近慢滑事件直接相关的地震活动的一致性，将俯冲地形与弧前富流体损伤带的形成联系起来，通过调节流体超压改变板块界面的有效法向应力。

除严重改变上板块的结构和物理条件外，俯冲海山还代表了一种被低估的机制，即将大量的水输送到弧前和更深的地幔。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-021-03619-8

供应链多样性缓解城市粮食危机

粮食供应危机在世界范围内不断增加，特别是一个地区的粮食生产或分销损失通过食品供应链传播到其他地区的危机类型。与生物多样性缓冲生态系统抵御外部危机类似，生态学理论认为，粮食供应链的多样性对于管理人类遭受粮食危机的风险至关重要。

研究组表明，提高一个城市的食品供应链多样性，可以使一个城市对轻度至中度粮食危机的抵抗力提高15%。他们建立了一个强度—持续时间—频率模型，将粮食危机风险与供应链多样性联系起来。

经验—统计模型基于2012—2015年间美国所有大都市地区的年度粮食流入观测数据，当时美国大部分地区经历了中度至重度干旱。该模型将城市对特定频率、强度和持续时间的粮食危机的抵抗力解释为城市粮食流入供应链的香农多样性的单调递减函数。

这种模型简单、可操作性强，可处理任何类型的风险。利用这种方法，城市可以通过增加粮食供应链多样性的政策来提高对粮食供应危机的抵抗力。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-021-03621-0

磁旋转超新星的快速中子俘获元素

中子星合并最近被证实是快速中子俘获（r过程）核合成的场所。然而，在银河系化学演化模型中，单靠中子星合并无法再现观测到的极贫金属恒星的元素丰度模式，这表明存在其他r过程核合成场所。这些场所可通过银河系光晕中化学原始恒星的元素丰度模式来研究，因为这些天体保留了最早一代恒星的核合成特征。

研究组报道了极贫金属恒星SMSJ200322.54-114203.3的元素丰度模式。他们观察到r过程元素有很大增强，整体金属丰度很低。元素丰度模式与一个25倍太阳质量的磁旋转超新星的产量非常吻合。

这种超新星不仅可以产生r过程元素，在恒星演化过程中也可以产生轻元素，在爆炸性核燃烧过程中可以产生铁峰元素。超新星通常与附近宇宙中持续时间较长的γ射线暴有关。这种相关性表明，在银河系恒星形成的最早时期，也曾发生过类似的快速旋转强磁化恒星爆炸。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-021-03611-2

（未玖编译）