中国创量子操控新纪录；发现全新高温超导体；海洋越变越绿…｜WE科学周报

大规模量子纠缠对于实现通用的量子计算必不可少，但这对量子系统性能、操控能力及验证手段要求极高，因此此前真纠缠比特的规模未能突破24个量子比特。7月12日，Nature 上发表了一项突破性研究：中国科学技术大学等机构的研究人员成功实现51个超导量子比特簇态制备和验证，刷新了所有量子系统中真纠缠比特数目的世界纪录。团队利用之前构建的“祖冲之二号”超导量子计算原型机，将并行多比特量子门的保真度提高到99.05%、读取精度提高到95.09%，并结合团队所提出的大规模量子态保真度验证判定方案，成功实现了51比特簇态制备和验证。这项工作为制备和验证数百量子比特的纠缠提供了一种可行的方法，对于研究多体量子纠缠、实现大规模量子算法以及基于测量的量子计算等具有重要意义。

论文 👉

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06195-1

铜氧化物是人类发现的第一个超导温度可在液氮温区（即超过77开尔文）的非常规超导材料。近40年后，第二种液氮温区的高温超导体被中国科学家发现了。7月12日，Nature 发表了这项重要成果。中山大学团队耗时3年半，成功生长了镍氧化物La₃Ni₂O₇单晶，并确定该材料能够在高压下实现超导，转变温度达到液氮温区（80开尔文）。该材料中镍的价态是超出传统预期的+2.5价，其电子结构、磁性与铜氧化物完全不同。通过比较研究，有可能推动科学家破解高温超导机理，与计算机、AI等技术结合后，设计出更多更容易应用的高温超导材料。

论文 👉

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06408-7

去年底，人工设计蛋白领域先驱、华盛顿大学教授David Baker团队推出蛋白质设计工具RFdiffusion。7月11日，Nature 上发表的一篇论文显示，RFdiffusion实现新功能迭代，突破既往诸多蛋白质设计限制，可根据需要“定制化”设计出各种功能性蛋白质，包括与真实蛋白质类似、但在自然界中却从未出现过的蛋白质。团队将去噪扩散概率模型 (DDPM)融入蛋白设计中，将最初产生的一些“噪音”（即AI随机排列的氨基酸）经过几轮“去噪”，产生类似真实但全新的蛋白质。大量实验证实， RFdiffusion设计的蛋白质中有10-20%具有很强的与预期靶标结合的能力，而用之前的AI方法只有不到1%。目前团队已利用RFdiffusion制造出了与癌症、自身免疫疾病和其他病症有关的蛋白质强烈结合的蛋白质，另外也有许多生化学家使用该工具加速了蛋白设计工作。该研究进一步扩展了人工智能设计蛋白质的策略，但还无法产生与天然蛋白质截然不同的蛋白质，未来还有许多提升空间。

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https://www.nature.com/articles/d41586-023-02227-y

7月12日，Nature 上发表的一篇论文称，英国国家海洋研究中心团队发现，随着气候变暖，全球一半以上的海洋变得更绿了。他们根据NASA卫星Aqua 20年来的数据，分析了来自海洋的7种不同波长的光的变化趋势，发现56%的海洋（主要集中在南纬40°至北纬40°之间的热带和亚热带水域）表面颜色发生了显著变化。研究人员将观测结果与模拟温室气体增加下海洋颜色变化的模型进行对比，发现二者的变化趋势几乎一致，这意味着海洋颜色变化与气候变暖有关。研究人员推测，变绿可能不是海面温度升高直接造成的，而是与营养物质的分布变化有关。随着表层海水变暖，营养物质更难上升到表面，较小的浮游植物比更大的浮游植物更容易生存下来，从而导致生态系统变化，改变了海水颜色。这是人类活动在极为庞大的空间尺度上影响地球生命的又一证据。

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https://doi.org/10.1038/s41586-023-06321-z

气候变化下极端高温频发，使心血管疾病发作风险大为增加。最近，《应用生理学杂志》上发表的一篇论文称，美国宾夕法尼亚州立大学团队发现，在潮湿环境下，34度的气温便会导致心率稳步上升，即“心血管紧张”。研究者让51名志愿者在环境试验箱中进行轻度体育活动并进行监测。随着温度上升，参与者的心率增加，然后趋于平稳。但在潮湿的条件下，当温度上升为34度左右时，缓慢行走的参与者在实验结束时心率仍在上升，经历“心血管紧张”。当空气干燥时，该阈值约为41度。高温下，人体调节核心温度的机制要求心脏更努力地工作，这对于年轻人来说也许无害，但对于老年人或心脏病患者来说，却可能是致命的。

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https://doi.org/10.1152/japplphysiol.00222.2023