《自然》

基于可重构原子阵列的逻辑量子处理器

美国哈佛大学Mikhail D. Lukin团队实现了基于可重构原子阵列的逻辑量子处理器。相关研究12月6日发表于《自然》。

研究人员报告了基于编码逻辑量子比特的可编程量子处理器的实现，最多可运行280个物理量子比特。通过使用不同类型的编码操作该逻辑处理器，研究人员演示了通过将表面编码距离从d=3变为d=7，制备收支平衡保真度的色码量子比特、逻辑GHZ态的容错创建和前馈纠缠隐形传态以及操作40个色码量子比特来改进双量子比特逻辑门。

通过使用三维代码块，研究人员实现了具有多达48个逻辑量子比特的计算复杂采样电路，该电路与228个逻辑双量子比特门和48个逻辑CCZ门的超立方体连接纠缠在一起。

研究人员发现这种逻辑编码通过误差检测大大提高了算法性能，在交叉熵基准测试和快速置乱的量子模拟中都优于物理量子比特保真度。这些结果预示着早期纠错量子计算的到来，并为大规模逻辑处理器的发展指明了道路。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-023-06927-3

单分子电子自旋共振现象

德国雷根斯堡大学Jascha Repp等人通过原子力显微镜揭示了单分子电子自旋共振现象。相关研究12月6日发表于《自然》。

研究团队成功展示了利用泵探针电子自旋共振原子力显微镜检测单个并五苯分子非平衡三重态间的电子自旋跃迁。这些跃迁的光谱表现出亚纳米电子伏特的光谱分辨率，使其能够局部辨别仅因同位素配置差异的分子。

理解和控制开放量子系统中的退相干是科学研究的基础，而实现长相干时间对于量子信息处理至关重要。尽管单个系统已经取得了很大的进展，并且单自旋的电子自旋共振已经被证明具有纳米级分辨率，但在许多复杂的固态量子系统中，对退相干的理解最终需要将环境控制到原子尺度，这可能通过扫描探针显微镜及其原子和分子表征与操纵能力来实现。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-023-06754-6

《自然-遗传学》

由大规模外显子组测序数据推断复合杂合性

美国博德研究所Kaitlin E. Samocha小组从大规模外显子组测序数据推断复合杂合性。相关研究12月6日在线发表于《自然-遗传学》。

研究人员开发了一种策略来推断基因内罕见变异对的阶段，此举利用了在基因组聚集数据库中观察到的基因型。该方法估计阶段的准确率为96%，无论是在三人组数据中，还是在孟德尔病症患者和假定的因果复合杂合子变体中。研究人员提供了编码变异的相位估计和反式中罕见变异的每个基因计数的公开资源，这有助于解释隐性疾病背景下罕见的共发生变异。

据悉，当一个基因的两个拷贝都受到破坏性遗传变异的影响时，就会出现隐性疾病。当一个病人在一个基因中携带两个潜在的遗传变异时，准确的诊断需要确定这些变异发生在染色体的不同拷贝上，而不是发生在同一拷贝上。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41588-023-01608-3

《细胞》

散发性结直肠肿瘤的演化和微环境动力学

美国范德比尔特大学Ken S. Lau等人通过绘制分子图谱揭示了散发性结直肠肿瘤的演化和微环境动力学。相关研究12月7日在线发表于《细胞》。

研究人员通过对31个人类结肠直肠标本的空间多组学数据的分析，使肿瘤演化的系统地理学图谱得以绘制，揭示了个体化的进展轨迹以及伴随的微环境和克隆变化。系统发育地理学对遗传事件进行排序，根据其演化动力学对肿瘤进行分类，并将克隆区域沿着包括染色体不稳定性（CIN+）和超突变（HM）途径在内的全局拟时间进展轨迹放置。

综合的单细胞和空间转录组数据揭示了拟时间过程中反复出现的上皮程序和浸润的免疫状态。研究人员发现了一种免疫排斥信号，它与CIN+肿瘤进展和细胞毒性细胞浸润减少有关，并在独立队列中显示出预后价值。

这一空间多组图谱为结直肠肿瘤微环境的共同演化提供了见解，为分层和靶向治疗提供了资源。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.11.006