澎湃新聞（）記者據(jù)悉，來自中國的生命科學(xué)和量子信息科研成果于6月3日、6月4日接連登上國際頂級學(xué)術(shù)刊物《自然》、《科學(xué)》雜志封面。
6月3日刊發(fā)的《自然》雜志封面為“”（量子聯(lián)接），論文來自中國農(nóng)大的郭光燦教授團(tuán)隊。該研究中，中國科學(xué)家首次實(shí)現(xiàn)多模式復(fù)用的量子中繼基本鏈路，突顯了多模式復(fù)用的量子通訊加速療效，并實(shí)現(xiàn)了兩個固態(tài)儲存器的量子糾纏。該工作為高速率、大尺度量子網(wǎng)路的建設(shè)提供了全新的實(shí)現(xiàn)方案。
1天以后，6月4日刊發(fā)的《科學(xué)》雜志封面為“How”（轉(zhuǎn)錄是怎么開始的），論文來自清華學(xué)院徐彥輝研究員團(tuán)隊。該研究關(guān)注發(fā)生在基因啟動子區(qū)的轉(zhuǎn)錄起始過程，這也是基因抒發(fā)調(diào)控的核心，決定著細(xì)胞的命運(yùn)，影響諸多生理病理過程。徐彥輝團(tuán)隊的研究包含通用轉(zhuǎn)錄因子（TFIID）的轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物結(jié)構(gòu)，闡明了啟動子辨識及PIC裝配的動態(tài)過程，意義重大。
2天內(nèi)2大國際科學(xué)頂刊封面接連聚焦中國的研究成果，是中國科研實(shí)力上升的注腳。尤其值得關(guān)注的是，中國的青年科學(xué)家在中國科技創(chuàng)新體系中正在飾演日漸重要的角色。
在6月2日上午召開的浦江創(chuàng)新峰會·科技創(chuàng)新青年論壇上，浦江創(chuàng)新峰會主席、中國科大學(xué)教授徐冠華表示，“當(dāng)前，在民航航天、深海、高鐵、核能、生物、超算、通訊、互聯(lián)網(wǎng)、新能源等重要領(lǐng)域，大批青年科技人才扛大旗，挑大梁，科技事業(yè)詮釋出江山代有才人出的喜人方式。”
他同時寄語，全球氣候變化、能源資源匱乏、糧食危機(jī)、全球性流行病席卷，貧苦等一系列風(fēng)險也日漸顯現(xiàn)，這種困難和挑戰(zhàn)都愈發(fā)須要青年人的知識和力量來共同積極應(yīng)對。
他感嘆道，人的一生看似漫長，實(shí)則匆忙，自己才能掌握而且還能借助的好時間并不多。“所以我誠懇希望青年同學(xué)們在大家中學(xué)生時期放下名和利的思想包袱，根據(jù)自己的興趣和愛好勤于做好科研，其實(shí)人到晚年，你會倍感青年時期那段歲月是自己最為寶貴的人生經(jīng)歷。”
正如在全球科學(xué)家正努力攻破的“終極幅員”腦科學(xué)領(lǐng)域，中國“腦計劃”的領(lǐng)軍人物、中國科大學(xué)教授蒲慕明對澎湃新聞（）記者表示，近些年來好多的青年科學(xué)家海外留學(xué)歸來量子傳輸人體，“年輕人好多量子傳輸人體，還是很有希望的。”
以視頻形式出席浦江創(chuàng)新峰會的比爾·蓋茨也點(diǎn)贊了中國的科研貢獻(xiàn)。蓋茨稱，中國“已經(jīng)成為全球?qū)捜菪詣?chuàng)新的一股重要力量”。他表示，中國在加強(qiáng)科學(xué)研究投入的同時，也努力確保新看法和新工具就能轉(zhuǎn)化為有效的公共產(chǎn)品，這早已幫助拯救了本國和其他國家數(shù)以億計的生命并改善了她們的生活。
探求生命的奧秘
在上世紀(jì)90年代，科學(xué)家們發(fā)覺一個功能十分重要的轉(zhuǎn)錄共激活因子，命名為中介體（）。由26個蛋白所組成，分子量1.5兆道爾頓。因為人體中絕大多數(shù)活躍基因都須要才才能實(shí)現(xiàn)高抒發(fā)。因而，對及PIC-復(fù)合物的研究是轉(zhuǎn)錄領(lǐng)域的核心。
6月4日刊的《科學(xué)》雜志聚焦了徐彥輝課題組的研究《人源中介體復(fù)合物及其結(jié)合轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物的結(jié)構(gòu)研究》（ofthehumanand-bound），報導(dǎo)了首個結(jié)構(gòu)與功能完整的PIC-復(fù)合物。
徐彥輝研究員為清華學(xué)院博士生導(dǎo)師、復(fù)旦學(xué)院附屬病變診所兼職院士。徐彥輝的學(xué)士學(xué)位、博士學(xué)位均來自北大學(xué)院。他是饒子和教授、施一公教授的弟子。博士結(jié)業(yè)后，他來到法國耶魯學(xué)院的施一公院士實(shí)驗室，開始了博士后的培養(yǎng)。
徐彥輝研究員
對于這項最新的研究，清華團(tuán)隊表示，結(jié)構(gòu)剖析闡明了PIC-的動態(tài)組裝過程以及調(diào)控PolIICTD乙酸化的分子機(jī)制。該項工作與徐彥輝團(tuán)隊近日關(guān)于PIC的研究相呼應(yīng)，較為全面地回答了轉(zhuǎn)錄起始過程的若干重要科學(xué)問題，是國外分子生物學(xué)領(lǐng)域的又一重大突破性成果。
該項工作首先報導(dǎo)了人源復(fù)合物近原子碼率的冷藏電鏡結(jié)構(gòu)，首次把26個亞基進(jìn)行完全定位和建模，為后續(xù)結(jié)構(gòu)功能研究奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)。研究發(fā)覺的Tail模塊可呈現(xiàn)延伸構(gòu)型和彎折構(gòu)型，兩個氫鍵的被分別命名為MED-E和MED-B。其中，MED-E與往年報導(dǎo)的結(jié)構(gòu)相像，而MED-B構(gòu)型是首次發(fā)覺，表明本身的動態(tài)性。
TFIID賦于了PIC-結(jié)構(gòu)和功能的完整性。在PIC-整體結(jié)構(gòu)中，和TFIID分別坐落TFIIH的上下兩面，二者共同結(jié)合并穩(wěn)定TFIIH，使TFIIH中CDK7激酶和XPB移位酶在PIC-中正確定位并發(fā)揮活性。其中XPB推進(jìn)啟動子DNA步入PolII催化中心開始轉(zhuǎn)錄，而CDK7乙酸化PolII的CTD容許PolII聚合酶離開啟動子區(qū)步入轉(zhuǎn)錄延展，兩者的活性是轉(zhuǎn)錄起始所必須的。TFIID還賦于了PIC-組裝的高度動態(tài)性。通過兩種代表結(jié)構(gòu)進(jìn)行比對，可看出PIC-各個部份都不同程度的發(fā)生了模塊重排，使其更好地適應(yīng)高度動態(tài)的轉(zhuǎn)錄起始過程。上述發(fā)覺在基于TBP的PIC-系統(tǒng)中并未被報導(dǎo)，說明TFIID在轉(zhuǎn)錄起始超級復(fù)合物PIC-的組裝和發(fā)揮功能中的關(guān)鍵作用。
該項工作提供了具有生理相關(guān)性和功能完整性的PIC-復(fù)合物結(jié)構(gòu)，闡明了完整PIC-復(fù)合物的動態(tài)組裝過程，提出了調(diào)控PolIICTD乙酸化可能的分子機(jī)制。結(jié)構(gòu)及其所提示的功能關(guān)聯(lián)性對后續(xù)轉(zhuǎn)錄機(jī)制研究具有重要的指導(dǎo)意義，將分子生物學(xué)領(lǐng)域相關(guān)研究推到了一個新的高度。
建立量子網(wǎng)路
《自然》的封面則報導(dǎo)了中國科學(xué)家郭光燦教授團(tuán)隊首次實(shí)現(xiàn)多模式復(fù)用的量子中繼基本鏈路，詮釋了多模式復(fù)用的量子通訊加速療效，并實(shí)現(xiàn)了兩個固態(tài)儲存器的量子糾纏。該工作為高速率、大尺度量子網(wǎng)路的建設(shè)提供了全新的實(shí)現(xiàn)方案。
遠(yuǎn)程量子糾纏傳輸是建立大尺度量子通訊網(wǎng)路的一項基本任務(wù)。而光子作為量子通訊信道中的最佳載體，容易被光纖吸收或散射而呈指數(shù)衰減。例如，通過光纖向距離1000公里外的地方每秒發(fā)射100億個光子，300年才會接收到1個光子。就是說，光子通過光纖的直接傳輸距離被限制在數(shù)百公里。
因此，科學(xué)家提出量子中繼以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程量子糾纏傳輸。這是指，將遠(yuǎn)距離傳輸界定為若干短距離基本鏈路，先在基本鏈路的兩個臨近節(jié)點(diǎn)間構(gòu)建可預(yù)報的量子糾纏，之后通過糾纏交換技術(shù)進(jìn)行級聯(lián)，因而逐漸擴(kuò)大量子糾纏的距離。
量子中繼的核心在于量子存儲器，正式光子存儲上去而不改變其量子態(tài)。等到相鄰儲存器糾纏成功后，再執(zhí)行下一步糾纏交換。
實(shí)際上，因為量子態(tài)的脆弱性，量子的儲存和讀取過程中不改變量子態(tài)非常困難。
到目前為止，早已在冷原子二氧化碳和單量子系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)量子中繼的基本鏈路，但均采用發(fā)射型量子儲存器。發(fā)射型儲存器的糾纏光子是由儲存器直接發(fā)射下來的，其結(jié)構(gòu)簡約，但兼容性較差，無法同時滿足確定性量子光源及多模式復(fù)用這兩個量子中繼中關(guān)鍵的通訊加速技術(shù)。確定性量子光源不存在多光子噪音，其發(fā)射效率可以迫近100%。多模式復(fù)用與精典光通訊中的復(fù)用技術(shù)原理類似，即并行使用不同的時間或頻度模式的光子來推動通訊的速度。
使用吸收性量子儲存器可以克服這種問題。在基于吸收型量子儲存器的量子中繼構(gòu)架中，量子光源與量子儲存器相獨(dú)立，所以這些構(gòu)架可以同時兼容確定性量子光源以及多模式復(fù)用，是目前理論上傳輸速度最快的量子中繼方案。
一個基本鏈路由兩個分離的量子節(jié)點(diǎn)，以及中間站點(diǎn)貝爾態(tài)檢測裝置組成。每位量子節(jié)點(diǎn)中不僅“牛郎”、“織女”、量子儲存器之外，還各有一個糾纏光子對。
實(shí)驗中，每位糾纏光子對中的一個光子被量子儲存器捕獲并儲存，每位糾纏光子對的另一個光子通過光纖同時傳輸至中間站點(diǎn)“鵲橋”進(jìn)行貝爾態(tài)檢測，通過檢測構(gòu)建糾纏。
為此，“牛郎”和“織女”借助“鵲橋”可以在沒碰面的情況下成功構(gòu)建糾纏。論文共同第一作者劉肖及胡軍說：“我們成功演示了4個時間模式的并行復(fù)用，獲得了4倍加速的糾纏分發(fā)速度，經(jīng)過實(shí)驗驗證，通過貝爾態(tài)檢測預(yù)報兩個節(jié)點(diǎn)之間的糾纏保真度超過80%。”
李傳鋒院士表示：“下一步，研究組將繼續(xù)增強(qiáng)量子儲存器的各項指標(biāo)，并采用確定性糾纏光源，因而急劇增強(qiáng)糾纏分發(fā)的速度，努力實(shí)現(xiàn)趕超光纖直接傳輸?shù)膶?shí)用化量子中繼器。”