近日，清華大學交叉信息研究院濮云飛和段路明研究組，在冷原子系統(tǒng)中實現(xiàn)了12公里光纖長度上多模式增強的預報式原子-光子糾纏。其工作創(chuàng)造了多項城際（>10公里）量子互聯(lián)網(wǎng)的世界紀錄。

一花一世界，一胞一乾坤。我們體內(nèi)的細胞如同大千世界不同的人，各有其獨特的命運和身份。細胞在退出有絲分裂進入分裂間期時，是如何精確、及時地重建其獨特的基因調(diào)控網(wǎng)絡的呢？北京大學生命科學學院宋艷課題組研究了神經(jīng)發(fā)育過程中，神奇的有絲分裂書簽是如何維持神經(jīng)干細胞命運記憶的。

基于國際科技創(chuàng)新中心網(wǎng)絡服務平臺科創(chuàng)熱榜每日榜單形成的一周科技記憶，我們推出《一周前沿科技盤點》專欄。今天，為大家?guī)淼?22期。

1、《Nature Communications》丨12公里量子中繼節(jié)點，刷新多項世界紀錄！

多模復用的量子中繼架構。通過依次激發(fā)70個獨立可尋址的空間陣列存儲器單元，產(chǎn)生280個時分（time-bin）光子模式。光子模式通過波長轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換為通訊波段，在經(jīng)過12公里光纖傳輸后在探測器上被探測。

近日，清華大學交叉信息研究院濮云飛和段路明研究組，在冷原子系統(tǒng)中實現(xiàn)了12公里光纖長度上多模式增強的預報式原子-光子糾纏。其工作創(chuàng)造了多項城際（>10公里）量子互聯(lián)網(wǎng)的世界紀錄，包括城際距離上的原子-光子糾纏產(chǎn)生速率達到1.95kHz，城際距離上原子-光子糾纏產(chǎn)生速率和量子存儲器退相干速率的比值達到0.46（信道效率），糾纏效率通過多模復用的增強倍數(shù)達到140倍（280模式）。特別值得關注的是，當未來使用兩個此種量子中繼節(jié)點來實現(xiàn)雙節(jié)點網(wǎng)絡時，信道效率可達到0.92，接近于信道效率大于1的擴展閾值。

量子網(wǎng)絡和量子中繼是未來實現(xiàn)超大規(guī)模量子計算、洲際量子通訊、全球量子互聯(lián)網(wǎng)、超高精度量子精密測量的必經(jīng)之路。量子網(wǎng)絡規(guī)模擴展的難點在于，網(wǎng)絡節(jié)點之間通過光子干涉產(chǎn)生預報式糾纏所消耗的時間必須小于量子網(wǎng)絡節(jié)點的相干時間（即“信道效率”大于1），在這種情況下量子網(wǎng)絡才能通過糾纏交換的方法實現(xiàn)規(guī)模擴展，以及有效利用多對（大于等于2）遠距離量子糾纏。目前全世界已經(jīng)實現(xiàn)的城際距離量子網(wǎng)絡最高的信道效率也小于0.01。

濮云飛、段路明研究組通過對總共280個DLCZ量子存儲器模式（70個獨立可尋址的存儲單元和4個不同的角度模式）的時分復用，將12公里的長光纖全部填滿。在這種情況下，單次糾纏嘗試所需要的時間從120微秒降低到850納秒，將實驗重復率提高了140倍，從而實現(xiàn)遠程原子-光子量子糾纏的超快分發(fā)。信道效率達到目前世界最佳的0.46。同時這也是城際量子網(wǎng)絡信道效率首次達到接近于1這個量級的里程碑。未來如果通過單光子糾纏的方式連接兩個這種量子中繼節(jié)點，可以達到0.92的信道效率，將有望達到城際量子網(wǎng)絡的擴展閾值，使未來的多節(jié)點（>2）量子中繼和量子網(wǎng)絡成為可能。

2、《Molecular Cell》丨細胞“失憶”后的“重生”，隱藏著命運基因創(chuàng)造的奇跡

有絲分裂書簽TBP通過調(diào)控局部染色質(zhì)結構維持神經(jīng)干細胞命運記憶

一花一世界，一胞一乾坤。我們體內(nèi)的細胞如同大千世界不同的人，各有其獨特的命運和身份。細胞的命運和身份主要由其獨特的基因調(diào)控網(wǎng)絡決定和維持。細胞命運決定或維持過程出現(xiàn)錯誤均可能導致疾病發(fā)生。然而，有絲分裂作為多細胞生物生長和維持的基石，卻給細胞命運或身份的跨代繼承帶來了巨大挑戰(zhàn)。細胞在進入有絲分裂后，染色質(zhì)高度凝集成染色體，絕大多數(shù)構成基因調(diào)控網(wǎng)絡的元件，如轉(zhuǎn)錄因子和染色質(zhì)重塑因子等，從染色體上剝離或降解，轉(zhuǎn)錄活動幾乎完全停滯。隨著其獨特基因調(diào)控網(wǎng)絡在有絲分裂期的“分崩離析”，細胞好似進入短暫失憶狀態(tài)。那么，細胞在退出有絲分裂進入分裂間期時，是如何精確、及時地重建其獨特的基因調(diào)控網(wǎng)絡的呢？關乎細胞命運或身份的“記憶”在有絲分裂期如何被精確儲存，在分裂間期又如何被及時喚醒呢？

特定的轉(zhuǎn)錄因子或染色質(zhì)重塑因子可以在有絲分裂期保留在染色體上，作為書簽因子特異“標記”關鍵命運基因以促進其轉(zhuǎn)錄的快速重新激活，從而確保細胞命運記憶的精確、及時傳遞。北京大學生命科學學院宋艷課題組研究發(fā)現(xiàn)，在神經(jīng)發(fā)育過程中，轉(zhuǎn)錄因子TBP通過招募染色質(zhì)重塑因子EP400增加局部染色質(zhì)可及性，作為有絲分裂書簽保留在神經(jīng)干細胞染色體上，進而維持神經(jīng)干細胞的命運記憶。

這項研究首次揭示了有絲分裂書簽對神經(jīng)發(fā)育的重要生理學意義，闡明了書簽蛋白通過調(diào)控局部染色質(zhì)可及性實現(xiàn)染色體保留的新機制。值得一提的是，研究團隊建立了一個全新的技術方案，實現(xiàn)對發(fā)育腦中書簽蛋白在染色體上的保留位點的精確鑒定。這一新方法將助力有絲分裂書簽在其它物種和其它組織器官中的發(fā)現(xiàn)及其生理學功能和機制研究的開展。

3、《Nature Communications》丨治療白塞病，老藥如何新用？

白塞病（BD）是一種慢性系統(tǒng)性血管炎，兼具自身免疫和自身炎癥性疾病的特征，以反復發(fā)作的口腔、生殖器潰瘍和皮損為特征，其發(fā)病機制尚不明確。北京協(xié)和醫(yī)院風濕免疫科鄭文潔團隊與清華大學免疫學研究所劉萬里團隊開展相關研究。他們整合分析白塞病既有的多組學數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)中性粒細胞代謝異?？赡軈⑴c疾病發(fā)病，并通過干預實驗篩選出關鍵代謝物——法尼基焦磷酸（FPP），發(fā)現(xiàn)其在BD血清和PMN中異常增多，且與炎癥指標、疾病活動指數(shù)和嚴重程度評分正相關。

其研究表明，BD患者血清中異常升高的細胞因子——TNF-α可以誘導中性粒細胞表達TRPM2通道，而經(jīng)典的靶向藥物TNF抑制劑可以阻斷該效應，減輕白塞病-中性粒細胞的過度活化及血管炎癥。這一發(fā)現(xiàn)從免疫代謝的角度詮釋了“老藥”TNF抑制劑的新作用。

4、《MNRAS，Letters》丨太陽系究竟是怎么來的？兩種理論你pick誰？

兩個~0.5倍地球質(zhì)量的原行星發(fā)生大碰撞的模擬。切片圖展示了赤道平面附近的物質(zhì)分布，厚度為現(xiàn)今地球半徑 (R⊕) 的0.2倍。圖中顏色表示目標體（原始地球）與撞擊體（Theia）之間的物質(zhì)混合情況，不同顏色對應地核和地幔的物質(zhì)來源。

亞厘米大小的塵埃（或稱為卵石）廣泛存在于原行星盤中。經(jīng)過盤中的流體力學不穩(wěn)定性，它們可以聚集形成幾十到幾百公里大小的巖石行星星子。這些星子可以通過碰撞并合形成原始行星，進而發(fā)展成類地行星。這種碰撞增長過程構成了經(jīng)典的太陽系類地行星形成理論的基礎，值得注意的是，地球的生長最終以一次非常劇烈的巨型碰撞結束，這也導致了月球的形成；另一方面，星子也可以通過吸積大量的卵石迅速增長，這一發(fā)現(xiàn)引發(fā)了行星形成理論的模式轉(zhuǎn)變。新提出的卵石吸積模型允許地球在幾個百萬年內(nèi)形成，質(zhì)量增生由卵石吸積主導。這兩種涇渭分明的理論，對地球的物質(zhì)組成和演化歷史有截然不同的預言，但受限于目前少量的觀測證據(jù)，很難區(qū)分哪種理論更合理。對此，中國科學院上海天文臺與成都理工大學的研究團隊開展一系列研究。近期他們發(fā)表了內(nèi)太陽系形成演化的新進展，利用月球的形成限制了太陽系類地行星的質(zhì)量增生歷史，為評估不同的太陽系形成理論提供了新的視角。

研究團隊認為，月球的形成由于原始地球（Proto-Earth）與一個假想的行星（Theia）之間的一次巨大碰撞。這一事件不僅導致了月球的形成，還對地球的結構和成分產(chǎn)生了影響。在卵石吸積模型中，原始地球與Theia，從雪線（Snow Line）附近形成并遷移到目前位置，只有兩者相距較近時（Δ<20）才可能發(fā)生碰撞，此處距離以兩者間的希爾半徑為單位。這些碰撞發(fā)生在合理的月球形成時間窗口、合理的碰撞角度的概率極低，小于1‰。其研究結果更傾向于支持傳統(tǒng)的星子碰撞生長模型，認為內(nèi)太陽系的行星，包括地球和月球，是通過一系列復雜的碰撞并合過程形成的，卵石吸積不起主導作用。

5、《Matter》丨開腦洞！多金屬氣凝膠可以這樣 “升級”

Au50Pt50凝膠電催化劑的制備及在醇氧化反應中的電催化性能。

金屬氣凝膠是一種具有獨特納米級多孔結構的材料，有著三維連續(xù)的導電/傳質(zhì)網(wǎng)絡、優(yōu)異的催化性質(zhì)、大比表面積，在電催化、儲能及傳感等領域具有重要應用價值。這種材料通常通過溶膠-凝膠法或水熱法制備，其中金屬鹽和有機物在溶劑中混合，然后通過一系列化學反應形成凝膠狀物質(zhì)。多金屬氣凝膠（Multimetallic metal Aerogels, MMAs）是金屬氣凝膠中的一類，因其多金屬協(xié)同作用所帶來的可調(diào)節(jié)性質(zhì)與多功能性引發(fā)廣泛關注。目前大多數(shù)研究通過一步法制備MMAs。一步法簡單、高效，卻缺乏對合成過程的控制，無法對溶膠-凝膠過程、氣凝膠特征尺寸等精確調(diào)控。

近日，北京理工大學材料學院杜然與化學與化工學院張磊寧課題組合作，探究了多金屬效應在金屬氣凝膠結構調(diào)控方面的功能與作用機制，開發(fā)出一種基于重力驅(qū)動沉降的非破壞性制備方法。該方法避免了傳統(tǒng)滴鑄法中超聲過程對MAs完整性的破壞，成功保留了氣凝膠的完整3D網(wǎng)絡結構，從而顯著提高了其電催化性能，是一種高效、無損金屬氣凝膠基電催化劑的新型制備方法。

6、《Water Research》丨納米催化劑“膜”法成節(jié)水新策略

水資源是我們生活中不可或缺的一部分，隨著全球經(jīng)濟發(fā)展，水污染問題日益嚴重，淡水資源緊缺?？茖W家由此提出一種名為高級氧化工藝（AOPs）的技術，讓水資源得以循環(huán)利用，借助活性氧（ROS）這種具有強氧化性的物質(zhì)有效地分解水中的污染物。這種技術通過使用納米催化劑來產(chǎn)生活性氧，從而達到凈化水質(zhì)的目的。

由于ROS在水中的有限質(zhì)子轉(zhuǎn)移和極短壽命，該技術應用仍受低活性效率和低自由基利用率的限制，并且受限于粉末催化劑難以回收的難點。對此，山東大學環(huán)境科學與工程學院常家樂發(fā)現(xiàn)，通過將納米催化劑固定在膜/柱/過濾器上形成各種催化宏觀結構可以解決AOPs的困境，其核心原理是控制微污染物、氧化劑分子與催化劑表面之間的納米尺度距離。

研究人員從基礎科學到未來應用策略等角度，對基于納米限域催化宏觀結構的類芬頓催化進行了綜合評述，對納米限域催化宏觀結構的制備策略、成本控制和大規(guī)模應用前景進行了系統(tǒng)說明，對水環(huán)境修復技術的發(fā)展具有重要意義。

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