锂同位素对碳和硅循环的演化

全球碳和硅循环的演化被认为是地球气候长期稳定的重要因素。然而，关于其发挥作用的反馈机制仍存在许多问题。

研究人员认为锂同位素记录可以用来跟踪控制长期碳和硅循环的过程。通过分析来自100多个地层单元的600多个浅水海相碳酸盐岩样品，他们构建了一个跨越过去30亿年的新的碳酸盐岩锂同位素记录。这些数据表明，碳酸锂同位素值随着时间的推移而增加，这是由海水的锂同位素条件的长期变化所驱动的，而不是由较老样品的沉积改变所驱动的。

利用质量平衡模拟方法，作者认为锂同位素的变化趋势反映了前寒武纪碳硅旋回向现代碳硅旋回的转变。他们推测这种转变与生物控制的海洋硅循环的逐渐转变和陆地植物的进化辐射有关。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-021-03612-1

低温自由空间光学悬浮纳米粒子的量子控制

宏观尺度上的量子力学测试要求对机械运动及其退相干进行极端控制。通过设计谐振腔内微机械振荡器与电磁场之间的辐射—压力耦合，机械运动的量子控制已经实现。此外，以测量为基础的、依赖腔增强探测方案的反馈控制，已被用于冷却微机械振荡器到它们的量子基态。

光悬浮纳米粒子尤其有希望用于大质量物体的物质波实验，因为它们的捕获潜力完全可控。

作者在低温自由空间中光学悬浮一个飞克（10-15克）介电粒子，这足以抑制热效应，使测量反向作用成为主要的退相干机制。通过有效的量子测量，他们对粒子的动力学进行量子控制。他们通过基于测量的反馈将其质心运动冷却为平均占据0.65个运动量子，对应的状态纯度为0.43。光学谐振器的缺乏及其带宽限制有望将电磁场的全部量子控制转移到机械系统中。

作者表示，该实验平台为研究宏观尺度下的量子力学提供了一条途径。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-021-03617-w

迈向纠错量子计算机

量子计算机和经典计算机一样，很容易出现由底层物理系统“噪声”引起的错误。

一种解决办法是在计算机操作中加入一种能在错误出现的时候发现并纠正这些错误的方法。

一种量子纠错方法使用量子纠错码，通过将多个量子比特（量子信息的单位，对应经典计算机的比特）当作一个逻辑量子比特，从而在不破坏逻辑量子比特中存储信息的情况下，发现并纠正错误。为了实现量子计算的潜力，逻辑错误率必须保持在很低的水平。

作者报道称，谷歌AI设计的量子处理器“悬铃木”实现了错误抑制的指数增长。该实验演示或为可扩展容错量子计算机的开发铺平了道路。

他们研究了悬铃木处理器的量子纠错能力，悬铃木包含一个54超导量子比特的二维阵列。他们运行了两种量子纠错码：一种是最多由21个量子比特组成的一维链重复码，用来测试错误抑制能力；另一种是由7个量子比特组成的二维表面码，作为与更大码的设置相容性的原理验证实验。

作者的研究表明，将重复码的量子比特数量从5个提高到21个，对逻辑错误的抑制实现了最多100倍的指数增长。这种错误抑制能力在50次纠错实验中均表现稳定。

这些结果之所以令人振奋，是因为它们表明量子纠错可以成功将错误率控制在一定范围内。虽然这一错误率还没达到实现量子计算机潜力的阈值，但研究结果表明，悬铃木架构或已逼近这一阈值。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-021-03588-y

（冯维维编译）