利用光子鏈路控制并讀出超導(dǎo)量子比特
實現(xiàn)通用量子計算機(jī)的革命性承諾,需要擁有數(shù)百萬量子比特的處理器。在超導(dǎo)量子處理器中,每個量子比特都用微波信號線單獨處理,這些微波信號線將室溫電子設(shè)備連接到量子電路的低溫環(huán)境。每個量子比特的多根同軸線所帶來的復(fù)雜性和熱負(fù)荷將處理器的最大可能規(guī)模限制在幾千個量子比特。
研究組介紹了一種光子鏈路,使用光纖將調(diào)制的激光從室溫引導(dǎo)到低溫光電探測器,能夠在毫開爾文溫度下直接傳輸散粒噪聲極限的微波信號。通過演示超導(dǎo)量子比特的高保真控制和讀出,研究組證明這種光子鏈路可以滿足超導(dǎo)量子信息處理的嚴(yán)格要求。
利用光纖的低熱導(dǎo)率和大固有帶寬,可以實現(xiàn)相干微波控制脈沖的高效、大規(guī)模的多路傳輸,為實現(xiàn)百萬量子比特的通用量子計算機(jī)提供了途徑。
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https://doi.org/10.1038/s41586-021-03268-x
用納米顆粒超晶格組裝宏觀材料
納米顆粒組裝被認(rèn)為是一種規(guī)劃材料層次結(jié)構(gòu)的理想方法——通過選擇納米尺度的組件,自下而上構(gòu)建整個材料。多尺度結(jié)構(gòu)控制是非??扇〉?,化學(xué)成分、納米尺度排序、微觀結(jié)構(gòu)和宏觀形態(tài)都會影響物理性能。
然而,通常決定納米顆粒排序的化學(xué)相互作用本身,并不能提供任何手段在更大的長度尺度上操縱結(jié)構(gòu)。因此,基于納米顆粒材料的研發(fā)需要在不犧牲其自組裝的納米尺度排列情況下,采用更優(yōu)的加工策略以定制微觀和宏觀結(jié)構(gòu)。
研究組展示了快速組裝克級數(shù)量的多面納米顆粒超晶格晶體的方法,這些納米顆??梢赃M(jìn)一步形成宏觀物體,其方式類似于塊狀固體的燒結(jié)。這種方法的關(guān)鍵是控制納米顆粒組裝的化學(xué)相互作用在后續(xù)加工過程中保持活躍,這使得顆粒的局部納米級有序性在形成宏觀材料時得以保持。
大塊固體的納米和微觀結(jié)構(gòu)可以根據(jù)超晶格晶粒的尺寸、化學(xué)組成和晶體對稱性進(jìn)行調(diào)節(jié),微觀和宏觀結(jié)構(gòu)可以通過后續(xù)的處理步驟進(jìn)行控制。因此,這項工作提供了一種通用方法,可同時控制從分子到宏觀長度尺度的結(jié)構(gòu)組織。
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https://doi.org/10.1038/s41586-021-03355-z
夏季海洋上層分層和混合層深度增加
世界海洋的表層混合層通過控制大氣和海洋內(nèi)部的熱量和碳交換調(diào)節(jié)全球氣候,還通過承載大部分海洋初級生產(chǎn)力并為深海層提供充氧通道塑造海洋生態(tài)系統(tǒng)。盡管有這些重要的氣候和生命支持作用,在全球氣候變化時期,混合層可能發(fā)生的變化仍然不確定。
研究組利用海洋觀測表明,從1970年到2018年,混合層底部的密度對比度增加,混合層本身變得更深。使用基于物理學(xué)的上層海洋穩(wěn)定性定義,遵循全球海洋的不同動力機(jī)制,研究組發(fā)現(xiàn)夏季密度對比度每10年增加8.9±2.7%(每10年增加10-6~10-5平方秒,視區(qū)域而定),是先前估計的6倍以上。
先前的研究表明,上層海洋分層程度較高時,混合層較薄,但研究組發(fā)現(xiàn)夏季混合層每10年加深2.9±0.5%,或加深幾米(通常為5~10米,視區(qū)域而定)。詳細(xì)機(jī)制很難解釋,但混合層的同時分層和加深與地表變暖和高緯度地表更新相關(guān)的穩(wěn)定性增加有關(guān),并伴隨著風(fēng)驅(qū)動的上層海洋湍流增強(qiáng)。
該發(fā)現(xiàn)基于一個復(fù)雜的數(shù)據(jù)集,而不完全覆蓋的范圍很廣。盡管研究結(jié)果在廣泛的敏感性分析范圍內(nèi)是穩(wěn)健的,但重大不確定性仍然存在,例如1970至2018年早期與稀疏覆蓋相關(guān)的不確定性。
盡管如此,該工作呼吁重新考慮海洋初級生產(chǎn)力持續(xù)變化的驅(qū)動因素,并揭示過去50年來世界上層海洋的嚴(yán)峻變化。
相關(guān)論文信息:
https://doi.org/10.1038/s41586-021-03303-x
(未玖編譯)
《中國科學(xué)報》 (2021-03-30 第2版 國際)