1.5萬個量子比特，量子模擬新紀錄| 新聞串燒

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內(nèi)容提要

1. 量子模擬新紀錄|包含1.5萬個量子比特的量子模擬器已經(jīng)誕生，科學(xué)家在這個平臺上規(guī)模化操控分析材料量子特性成為可能。開發(fā)團隊來自澳大利亞硅量子計算公司。

2. 一眼確定誰是“好爸爸” |以非洲條紋鼠為對象，研究人員發(fā)現(xiàn)，在“好爸爸”類鼠的腦內(nèi)一種名為

   Agouti

   的基因表達水平顯著更低，而這種差異奇異地表征在小鼠毛色上。相關(guān)研究刊載在《自然》雜志上。

3. 皮層類器官，長血管了 |類器官通常生存幾個月后就開始死亡，因為輸送氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的血管網(wǎng)絡(luò)，限制了類器官的應(yīng)用。近期有研究人員在這個方面取得突破。

Nature：1.5萬個量子比特的量子模擬器將顛覆材料研究？

這是一款名為“量子孿生”(Quantum Twins)的量子模擬器，由磷和硅組成，通過原子級精密制造技術(shù)打造而來，包含1.5萬個量子比特。

藝術(shù)家繪制的量子孿生模擬器示意圖

這塊超大規(guī)模的量子比特“陣列”，或者說量子模擬“芯片”，為量子材料領(lǐng)域提供了一個前所未有的超大模擬平臺，有望揭示量子材料神奇的工作原理，并幫助科學(xué)家改變材料特性。

所謂量子材料是指表現(xiàn)出宏觀量子現(xiàn)象的奇特材料。例如，超導(dǎo)體能以近乎完美的效率導(dǎo)電；此種超導(dǎo)現(xiàn)象無法通過經(jīng)典物理學(xué)解釋，而源于量子效應(yīng)。

量子模擬器則可直接模擬這樣的量子效應(yīng)；若借助傳統(tǒng)設(shè)備，需執(zhí)行更多數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換步驟。如果說量子計算機利用量子現(xiàn)象解決經(jīng)典計算機力所不及的計算問題，那么量子模擬器就負責(zé)描繪材料與分子的量子圖景。

量子孿生的開發(fā)團隊來自澳大利亞硅量子計算公司（SQC）。2026年2月4日，他們于《自然》（

Nature

研究人員將磷原子嵌入硅芯片，構(gòu)建出多個模擬器。芯片內(nèi)的每個磷原子都作為一個量子比特，即模擬器的基本構(gòu)建單元。這些量子比特被精確排列成不同的網(wǎng)格，用以模擬真實材料中原子的排列方式。

此前有科學(xué)家構(gòu)建類似的量子比特陣列，但它們的規(guī)模(比如數(shù)千個極冷原子)都遠不及量子孿生模擬器的1.5萬個量子比特(構(gòu)成方形網(wǎng)格)。

通過圖案化工藝，以及為每個芯片添加電子元件的方式，研究團隊還控制了芯片中電子的特性——這是對“對模擬材料中電子的控制”的模擬，其重大意義在于助我們理解材料內(nèi)部的電流流動等現(xiàn)象。舉例來說，科學(xué)家有能力調(diào)節(jié)“向方形網(wǎng)格里任意一點添加電子”的難易程度，或是“電子在兩點之間跳躍”的難易程度。

團隊負責(zé)人米歇爾·西蒙斯(Michelle Simmons)表示，傳統(tǒng)計算機難以模擬大型二維系統(tǒng)以及某些電子特性組合，而量子孿生在這些方面充滿潛力。

西蒙斯與同事模擬了一個著名數(shù)學(xué)模型中的金屬-絕緣行為轉(zhuǎn)變；該模型旨在研究材料中“雜質(zhì)”如何影響其承載電流的能力。他們還測量了系統(tǒng)霍爾系數(shù)隨溫度的變化，這反映模擬材料在受到磁場作用時的行為表現(xiàn)。

西蒙斯指出，實驗中使用的設(shè)備規(guī)模以及團隊對變量的控制能力，意味著量子孿生模擬器接下來可著手研究非常規(guī)的超導(dǎo)體。

傳統(tǒng)超導(dǎo)體在電子層面的工作原理相對易于理解，但它們必須被冷卻至極低溫度或置于巨大壓力下方可實現(xiàn)超導(dǎo)——這并不實用。有些超導(dǎo)體能在較溫和條件下工作，但前提是將它們設(shè)計得“身處室溫常壓即可正常工作”，達成此類前提要求研究者從更微觀層面理解材料特性，而未來的量子模擬器有望提供這種層面的理解。

西蒙斯還認為，量子孿生可用于研究不同金屬之間的界面以及與聚乙炔(導(dǎo)電塑料)相似的分子。此類研究有望助力藥物開發(fā)和人工光合作用裝置的相關(guān)工作。

資料來源：

Nature：從小鼠皮毛的顏色，就能看出它是否父愛深沉？

大多數(shù)哺乳動物都會擁有一個極少或完全不負擔養(yǎng)育任務(wù)的父親。某些父親甚至無法容忍幼崽。

在如此大環(huán)境下，非洲條紋鼠(

Rhabdomys pumilio

在《自然》（

Nature

研究人員聚焦大腦深處一塊微小區(qū)域，即內(nèi)側(cè)視前區(qū)(MPOA)。論文主要作者之一、行為神經(jīng)科學(xué)家福雷斯特·羅杰斯(Forrest Rogers)表示：科學(xué)界多年前就已知曉，MPOA區(qū)域驅(qū)動雌性個體的母性本能，如今事實證明，它也是雄性的“育兒中心”。令人驚訝的是，雄性非洲條紋鼠甚至無需成為父親就會產(chǎn)生育兒沖動。“單身漢能展現(xiàn)不遜資深奶爸的照顧能力。”

羅杰斯與同事發(fā)現(xiàn)，在“好爸爸”們的內(nèi)側(cè)視前區(qū)內(nèi)，一種名為

Agouti

Agouti

當研究團隊人為提高

Agouti

除了DNA，生活環(huán)境也影響父愛行為。

羅杰斯等人發(fā)現(xiàn)，在擁擠、高壓力條件下長大的小鼠，其

Agouti

Agouti

另一方面，研究團隊還排除了饑餓因素的干擾。他們認為左右

Agouti

上述種種發(fā)現(xiàn)改變了科學(xué)界對雄性育兒的認知。或許，雄性非洲條紋鼠并不存在某種雄性育兒模式的開關(guān)，而是天生就具備帶崽能力，只不過該能力會受某些環(huán)境因素抑制？

資料來源：

大腦皮層類器官里長出了均勻分布的血管，甚至還有血腦屏障……

大腦類器官是怎么得來的？一般情況下，科學(xué)家會在培養(yǎng)皿里用化學(xué)信號混合物浸泡干細胞，誘導(dǎo)它們形成細胞球。自2013年首次被創(chuàng)造以來，這類電活動近似胎兒/新生兒大腦的神經(jīng)結(jié)構(gòu)，為研究自閉癥、精神分裂癥和癡呆等疾病提供了新手段。

不過類器官有一重大缺陷：它們通常生存幾個月后就開始死亡。原因是真正的大腦配有輸送氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的血管網(wǎng)絡(luò)，而“迷你大腦”只能從培養(yǎng)皿中吸收養(yǎng)分，其最內(nèi)層的細胞因缺乏營養(yǎng)而亡。這限制了類器官的尺寸、復(fù)雜度以及與發(fā)育中大腦的相似度。

為突破上述局限，加州大學(xué)舊金山分校的神經(jīng)外科醫(yī)生伊森·溫克勒(Ethan Winkler)等人在實驗室培養(yǎng)皿內(nèi)培育人類干細胞長達兩個月，制備得到他們所謂的“皮層類器官”(cortical organoids)；之所以如此稱呼，是因為這種類器官模仿了發(fā)育中的大腦皮層。

此外，他們還培養(yǎng)了由血管細胞組成的類器官，并選擇在每個皮層類器官的兩端各放置一個血管類器官。幾周后，血管均勻分布整個微型大腦。

溫克勒團隊對類器官進行成像后發(fā)現(xiàn)，這些血管為中空結(jié)構(gòu)，內(nèi)有管腔，與真實大腦血管高度相似。這一關(guān)鍵細節(jié)在過往的血管引入嘗試中從未出現(xiàn)；而常見情況則是類器官的血管分布不均勻。

另一方面，引入皮層類器官的血管在物理特性和基因活性方面更接近真實發(fā)育中的大腦，形成了更完善的“血腦屏障”。我們知道，血腦屏障能保護大腦免受病原體入侵，同時允許營養(yǎng)物質(zhì)和廢物通過。

首位開發(fā)出大腦類器官的學(xué)者瑪?shù)铝铡ぬm卡斯特(Madeline Lancaster)盛贊新發(fā)現(xiàn)的重大意義，認為這種血管更有可能輸送營養(yǎng)液以維持類器官存活。（詳見）

但她也指出：“要實現(xiàn)真正功能性的血管，需有‘心臟’進行持續(xù)且定向的血液泵送，讓新鮮的含氧血液或類似血液的替代物流入類器官，同時帶走脫氧血液。我們距離該目標仍非常遙遠。”

資料來源：

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