捕获离子量子位的高保真无激光通用控制

目前已证明分别使用紧密聚焦的激光束或通过相对于激光束移动离子，可实现捕获离子量子位的普遍控制，但保真度较低。无激光缠绕方法可通过利用为无线通信开发的微波技术提供更好的可扩展性，但到目前为止，其性能落后于最好的激光方法。

研究人员通过创建对称和反对称的最大纠缠态，修正了初始化误差，证明了两个捕获离子量子位的高保真无激光通用控制。

他们使用了一种基于射频磁场梯度与微波磁场相结合的方案，该方案对多个退相干源具有强鲁棒性，并且基本上可用于任何捕获的离子种类。该方案有可能在不增加控制信号功率或复杂性的情况下，对大规模捕获离子量子处理器中的多对离子同时执行纠缠操作。

将该技术与通过阱集成光子学和阱集成光子探测器传输的低功率激光相结合，进行量子比特读出，为可扩展、高保真、全芯片集成的离子阱量子计算提供了机会。

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https://doi.org/10.1038/s41586-021-03809-4

木本植物广泛利用基岩蓄水

在过去几十年中，实地研究表明，木本植物可以从基岩孔隙和裂缝中获取大量的水。如果像土壤水分一样，基岩蓄水是植物可用水的重要来源，那可能有必要修改有关水和碳循环的概念范式，以纳入基岩特性和过程。

研究人员使用分布的、公开的数据集，对美国大陆基岩蓄水对蒸腾作用的贡献进行了下限估计。美国大陆基岩水利用的时间和空间模式表明，木本植物广泛利用基岩水进行蒸腾作用。不同气候和生物群落中的植物经常性地获取基岩水，而不仅仅是在极端干旱条件下。在加利福尼亚州，每年基岩水的蒸腾量超过了人工水库中储存的水量，而从基岩水中获取水分的木本植物占该州地上碳储量的50%以上。

研究结果表明，植物通常从基岩获取水分，而非地下水；与土壤水分一样，岩石水分是陆地水和碳循环的关键组成部分。

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https://doi.org/10.1038/s41586-021-03761-3

可调谐自组装卡西米尔微腔和极化子

有序结构的自发形成（自组装）在自然界中普遍存在，跨越不同尺度，从原子和分子系统到微米尺度的物体和生命物质。分子和生物系统中的自有序通常涉及短程疏水和范德华相互作用。

研究介绍了一种基于卡西米尔引力和水溶液中带电金属纳米片之间产生的斥力联合作用的微米级自组装方法。该系统形成了一个自组装的光学法布里—珀罗微腔，可见光范围内（长程分离距离约为100~200 nm）具有基本模式，平衡配置可调。

此外，通过在微腔区域放置激子材料，研究人员能够实现混合轻质态（极化子），其特性（如耦合强度和本征态组成）可通过溶液中配体分子的浓度和光压实时控制。这些卡西米尔微腔可作为各种应用的灵敏和可调谐的平台，包括光力学、纳米机械和腔诱导极化化学。

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https://doi.org/10.1038/s41586-021-03826-3

银河系星际介质中金属丰度差异巨大

星际介质（ISM）由不同温度和密度的气体组成。中性ISM以中性氢为主，电离分数高达8%。在银河系恒星中，比氦重的化学元素浓度（金属丰度）跨越几个数量级。

研究人员报道了银河系25颗恒星附近测得的中性ISM的尘埃校正金属丰度。结果发现金属丰度存在10倍以上的较大差异，许多低金属丰度区域仅为太阳金属丰度的17%，甚至更低。原始气体以高速云的形式落在银河系盘上，会导致观测到的化学不均匀性达到几十秒差距的尺度。

研究结果表明，这种低金属丰度的吸积气体不能有效地混合到ISM中。这可能有助于人们了解附近同时代恒星的金属丰度偏差。

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https://doi.org/10.1038/s41586-021-03780-0

（未玖编译）