研究提出高效量子热模拟算法

量子计算机有望解决经典计算机难以处理的量子模拟问题。尽管目前已开发出多种用于模拟量子动力学的量子算法，但适用于模拟低温量子现象的通用方法仍属空白。在经典计算领域，从热分布中采样的类似任务已主要通过马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）方法得到解决。

研究者提出一种高效的量子热模拟算法，该算法类似MCMC方法，具有细致平衡特性，遵循局域性原理，可作为开放量子系统中热化过程的理想模型。MCMC方法的持久影响力预示着新架构将在量子计算等领域发挥重要作用。

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https://doi.org/10.1038/s41586-025-09583-x

受限水的面内介电常数与导电性

水的性质已被深入研究，但对于界面水和强受限水的电学特性人们仍知之甚少——这类水的分子结构会偏离体相水，形成明显的分层特征。这种结构变化预计将影响水的导电性，尤其会改变其极化率。

研究采用扫描介电显微技术，探测了在间距小至1纳米的原子级平整表面间受限水的面内电学性质。当受限尺度超过数纳米时，水面内介电常数接近体相水，质子电导率显著增强，且随水层厚度减小持续上升。但当受限水仅剩数个分子层厚度时，该趋势发生突变：其面内介电常数达到约1000的铁电体级高值，电导率接近超离子液体的特征值。

研究者将这种增强效应归因于少分子层受限诱导的强烈氢键无序化，这种无序化既促进了分子偶极子的面内极化，也加速了质子交换过程。

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https://doi.org/10.1038/s41586-025-09558-y

亚埃级超高通量瞬时光谱技术问世

光谱技术作为判定物质结构与化学成分的关键技术，已广泛应用于众多科学领域。传统光谱技术受限于窄缝或光栅结构，无法同时实现高灵敏度与高效率测量。研究者提出了名为RAFAEL的亚埃级超高通量瞬时光谱技术，该技术基于铌酸锂集成可重构光子器件，成功突破了上述局限。

其核心设计采用体块铌酸锂作为干涉掩模，具备像素级电控光谱响应能力，在保持高光学透射率的同时，实现了皮米级光谱调制。该技术可在400至1000纳米波段实现0.5埃光谱分辨率，并以88赫兹速率完成瞬时光谱采集。经大量实验验证，相较于前沿光谱成像技术，RAFAEL在总透射率上提升两倍，光谱分辨率更是实现近两个数量级的突破。

特别值得关注的是，RAFAEL在单次采集中即可捕获包含所有原子吸收峰的亚埃级光谱数据，同步获取多达5600颗恒星的光谱信息，相较世界顶级天文光谱仪将观测效率提升100至10000倍。这种高性能且易于集成的瞬时光谱测量方法，有望推动从材料科学到天体物理等领域的跨越式发展。

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https://doi.org/10.1038/s41586-025-09591-x

近距协作式空中操控系统实现垂直堆叠无人机作业

实现多旋翼飞行机器人的垂直堆叠近距协作，将有助于执行复杂空中操控任务。然而由于飞行器间持续存在的强烈下洗流干扰，垂直堆叠近距飞行通常被视为需要规避的危险工况。研究者提出名为“飞行工具箱”的协作空中操控系统，可在垂直堆叠飞行条件下以亚厘米级对接精度稳定工作。

该系统由工具箱微型飞行器与机械臂微型飞行器组成。在13.18 m/s的下洗气流环境中，机械臂飞行器的机器人手臂能与工具箱飞行器携带的工具实现自主对接，对接精度达0.80±0.33厘米。通过实现近距空中工具交换，飞行工具箱系统成功化解飞行距离与操控精度之间的矛盾，为多领域应用中的异构交互式飞行机器人协作提供了全新范式。

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https://doi.org/10.1038/s41586-025-09575-x

（冯维维编译）