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2024-06-19 17:30:50

澳门新葡萄新京6663:《自然》(20240516出版)一周论文导读

编译|李言

Nature,16May2024,Volume629Issue8012

《自然》2024年5月16日,第629卷,8012期

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量子物理学QuantumPhysics

Probingentanglementina2Dhard-coreBose–Hubbardlattice

二维硬核玻色—哈伯德晶格中的纠缠探测

▲作者:AmirH.Karamlou,IlanT.Rosenetal.

▲链接:

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07325-z

▲摘要:

在此,我们使用可控的4×4超导量子比特阵列来模拟二维硬核玻色—哈伯德晶格。我们通过同时驱动所有晶格格位产生叠加态,并在其多体能谱中提取相关长度和纠缠熵。我们观察到光谱中心状态的体积律纠缠缩放,以及在其边缘附近开始的面积定律缩放的交叉。

▲Abstract:

Hereweuseacontrollable4×4arrayofsuperconductingqubitstoemulatea2Dhard-coreBose–Hubbard(HCBH)lattice.Wegeneratesuperpositionstatesbysimultaneouslydrivingalllatticesitesandextractcorrelationlengthsandentanglemententropyacrossitsmany-bodyenergyspectrum.Weobservevolume-lawentanglementscalingforstatesatthecentreofthespectrumandacrossovertotheonsetofarea-lawscalingnearitsedges.

Fusionofdeterministicallygeneratedphotonicgraphstates

确定性生成光子图态的融合

▲作者:PhilipThomas,LeonardoRuscio,OlivierMorin&GerhardRempe

▲链接:

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07357-5

▲摘要:

尽管如贝尔态或线性簇态这样的小型图态已经能够通过光子产生,但为了满足日益增长的量子计算和量子网络应用需求,需要可编程的方法将这些小规模的纠缠态融合成更强大的状态。

在此,我们通过使用包含两个单独可寻址原子的光学谐振器来实现这一目标。环形和树形图态最多有8个量子比特,其名称反映纠缠拓扑,有效地融合了单个原子的光子态。

核聚变过程本身在两个原子之间使用一个腔辅助门。我们的技术原则上可以扩展到更大数量的量子比特,并且成为未来量子互联网中无记忆量子中继器的决定性一步。

▲Abstract:

SmallgraphstatessuchasBellorlinearclusterstateshavebeenproducedwithphotons,buttheproposedquantum-computingandquantum-networkingapplicationsrequirefusionofsuchstatesintolargerandmorepowerfulstatesinaprogrammablefashion.Hereweachievethisgoalbyusinganopticalresonatorcontainingtwoindividuallyaddressableatoms.Ringandtreegraphstateswithuptoeightqubits,withthenamesreflectingtheentanglementtopology,areefficientlyfusedfromthephotonicstatesemittedbytheindividualatoms.Thefusionprocessitselfusesacavity-assistedgatebetweenthetwoatoms.Ourtechniqueis,inprinciple,scalabletoevenlargernumbersofqubitsandisthedecisivesteptowards,forinstance,amemory-lessquantumrepeaterinafuturequantuminternet.

建筑学uArchitecture

Arrestingfailurepropagationinbuildingsthroughcollapseisolation

通过隔离崩塌阻止建筑物内破坏蔓延

▲作者:NirvanMakoond,AndriSetiawan,ManuelBuitrago&JoseM.Adam

▲链接:

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07268-5

▲摘要:

在此,我们提出了一种原始的设计方法来阻止主要初始故障后的崩塌蔓延。当倒塌开始时,该方法确保在整体稳定的最关键组成部分失效之前,特定要素会失效。这样,结构体系就分裂成不同的部分,并在其蔓延不可避免时隔离崩塌。

通过对一个专门建造的全尺寸建筑物进行实验测试,我们证明了该方法的有效性。我们还证明,如果按照当前方式的建议增加连接性,那么大的初始故障将导致测试建筑的完全崩塌。我们提出的方法可以为更具弹性的建筑建立最后一道防线。

▲Abstract:

Herewepresentanoriginaldesignapproachtoarrestcollapsepropagationaftermajorinitialfailures.Whenacollapseinitiates,theapproachensuresthatspecificelementsfailbeforethefailureofthemostcriticalcomponentsforglobalstability.Thestructuralsystemthusseparatesintodifferentpartsandisolatescollapsewhenitspropagationwouldotherwisebeinevitable.Theeffectivenessoftheapproachisprovedthroughuniqueexperimentaltestsonapurposelybuiltfull-scalebuilding.Wealsodemonstratethatlargeinitialfailureswouldleadtototalcollapseofthetestbuildingifincreasedconnectivitywasimplementedasrecommendedbypresentguidelines.Ourproposedapproachenablesincorporatingalastlineofdefenceformoreresilientbuildings.

能源科学EnergyScience

Ahigh-densityandhigh-confinementtokamakplasmaregimeforfusionenergy

可用于聚变能的高密度高约束托卡马克等离子体

▲作者:S.Ding,A.M.Garofaloetal.

▲链接:

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07313-3

▲摘要:

在此,我们报告了稳定的托卡马克等离子体的演示,其线平均密度比格林沃尔德密度高约20%,能量约束质量比标准高约束模式提升约50%,这是通过利用高极向—β情景下高密度梯度对湍流输运的增强抑制实现的。

此外,我们的实验结果显示了极低边缘瞬态扰动,与高归一化密度和约束核心的积分。我们报告的运行机制支持世界上许多聚变反应堆设计的关键要求,并为经济可行的聚变能源开辟了潜在的途径。

▲Abstract:

Herewereportthedemonstrationofstabletokamakplasmaswithaline-averageddensityapproximately20%abovetheGreenwalddensityandanenergyconfinementqualityofapproximately50%betterthanthestandardhigh-confinementmode,whichwasrealizedbytakingadvantageoftheenhancedsuppressionofturbulenttransportgrantedbyhighdensity-gradientsinthehigh-poloidal-betascenario.Furthermore,ourexperimentalresultsshowanintegrationofverylowedgetransientperturbationswiththehighnormalizeddensityandconfinementcore.Theoperatingregimewereportsupportssomecriticalrequirementsinmanyfusionreactordesignsallovertheworldandopensapotentialavenuetoanoperatingpointforproducingeconomicallyattractivefusionenergy.

地球科学Earthscience

One-thirdofSouthernOceanproductivityissupportedbydustdeposition

沙尘沉积支撑了南大洋三分之一的生产力

▲作者:JakobWeis,ZannaChaseetal.

▲链接:

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07366-4

▲摘要:

在此,我们结合了11年来自主生物地球化学的海洋剖面浮标的硝酸盐观测数据和南半球的尘埃模拟,以经验推导出铁有限的南大洋中尘埃—铁沉积与年净群落产量(ANCP)之间的关系。利用这一信息,我们确定了目前和末次盛冰期(LGM)期间南大洋中上层常年无冰地区对尘埃—铁的生物响应。

我们估计尘埃—铁现在支持这南大洋年净群落产量的33%±15%。在末次盛冰期期间,当沙尘沉降比今天高5—40倍时,沙尘对南大洋年净群落产量的贡献要大得多,估计为64%±13%。

▲Abstract:

Herewecombined11yearsofnitrateobservationsfromautonomousbiogeochemicaloceanprofilingfloatswithaSouthernHemispheredustsimulationtoempiricallyderivetherelationshipbetweendust-irondepositionandannualnetcommunityproduction(ANCP)intheiron-limitedSouthernOcean.Usingthisrelationship,wedeterminedthebiologicalresponsetodust-ironinthepelagicperenniallyice-freeSouthernOceanatpresentandduringthelastglacialmaximum(LGM).Weestimatethatdust-ironnowsupports33%±15%ofSouthernOceanANCP.DuringtheLGM,whendustdepositionwas5–40-foldhigherthantoday,thecontributionofdusttoSouthernOceanANCPwasmuchgreater,estimatedat64%±13%.

生物学Biology

Sleeppressuremodulatessingle-neuronsynapsenumberinzebrafish

睡眠压力调节斑马鱼单神经元突触数

▲作者:AnyaSuppermpool,DeclanG.Lyons,ElizabethBroom&JasonRihel

▲链接:

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07367-3

▲摘要:

在此,通过反复对斑马鱼幼体睡眠—清醒状态下单个神经元上的所有兴奋性突触进行成像,我们发现在清醒期间会获得突触,在睡眠期间以神经元亚型依赖的方式丢失突触。

然而,在长时间清醒后,与高睡眠压力相关的睡眠期间突触损失最大,而在未受干扰的夜晚后半段,突触损失最低。与此相反,在低睡眠压力时期,药物导致的睡眠不足以引发突触丢失,除非腺苷水平被提高,去甲肾上腺素能张力被抑制。

由此我们认为,睡眠依赖的突触损失是由单个神经元水平的睡眠压力调节的,并不是所有的睡眠时期都能达成突触稳态的功能。

▲Abstract:

Here,byrepeatedlyimagingallexcitatorysynapsesonsingleneuronsacrosssleep–wakestatesofzebrafishlarvae,weshowthatsynapsesaregainedduringperiodsofwake(eitherspontaneousorforced)andlostduringsleepinaneuron-subtype-dependentmanner.However,synapselossisgreatestduringsleepassociatedwithhighsleeppressureafterprolongedwakefulness,andlowestinthelatterhalfofanundisruptednight.Conversely,sleepinducedpharmacologicallyduringperiodsoflowsleeppressureisinsufficienttotriggersynapselossunlessadenosinelevelsareboostedwhilenoradrenergictoneisinhibited.Weconcludethatsleep-dependentsynapselossisregulatedbysleeppressureatthelevelofthesingleneuronandthatnotallsleepperiodsareequallycapableoffulfillingthefunctionsofsynaptichomeostasis.

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