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世界科学

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2024年09期

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卷首语 | 量子计算的机遇与挑战

卷首语 | 量子计算的机遇与挑战

量子计算是利用量子力学原理进行计算的一种全新计算范式，它采用名为量子比特的数据处理单元。不同于传统计算机的0和1比特，量子比特能够通过其叠加性质同时表示和处理多种状态，从而实现高效并行计算。通过量子比特之间的纠缠与干涉，量子计算在特定问题上展现出超越经典计算的优势，有望为攻克传统计算机难以解决的复杂问题带来突破。目前量子计算已成为世界主要国家竞相布局的战略制高点，多个国家将发展量子信息科技上升
专稿 | 量子计算机进入复利时代

专稿 | 量子计算机进入复利时代

量子计算机的实际应用在化学领域涌现，有望加速物质材料、催化剂和各类药物的发展。在美国科罗拉多州布鲁姆菲尔德的这台量子计算机的核心部分看上去相当熟悉：一块邮票大小的硅芯片。然而，这台量子计算机与你的笔记本电脑的相似之处也就到此为止了。前者的那块芯片层层包裹在一个真空室中，被冷却到接近绝对零度，上面有198个黄金做的电极，排列成一条椭圆形的跑道。在“跑道”上方，一系列电脉冲、射频脉冲和激光脉冲
专稿 | 为什么联合国宣布2025年是“量子科学和技术国际年”？

专稿 | 为什么联合国宣布2025年是“量子科学和技术国际年”？

听到量子力学这个术语的时候，你的脑海里一定会泛起一些怪异和反直觉的东西，比如既是波又是粒子的电子，还有既生又死的猫。然而，虽然这些亚原子“灵异”事件确实怪异到几乎令人难以置信，但要是量子力学并不正确，那么我们的现代社会压根不会存在。为纪念量子力学诞生100周年，联合国宣布2025年是“量子科学和技术国际年”，既是为了庆贺这个理论在过去一个世纪中收获的成功，也是为了规划全球人民未来怎样从至关重要
天文学 | 五种捕捉引力波的新方法

天文学 | 五种捕捉引力波的新方法

蓬勃发展中的天文观测实验和技术正帮助我们发现难以检测的时空涟漪。 2015年9月，一次仅持续了五分之一秒的振动改变了物理学的历史。这是人类第一次直接探测到引力波——以光速穿越宇宙的一种时空扰动。天文学家说，这就像获得了一种新的感官——在2015年之前，他们只能“看到”宇宙事件，而现在可以“听到”它们了。从那时起，在路易斯安那州和华盛顿州的激光干涉引力波天文台（LIGO）的两个大型设施，以及它
物理学 | 温室效应的量子起源

物理学 | 温室效应的量子起源

二氧化碳强大的吸热效应可以追溯到其量子结构的一个奇异特性。这一发现可能比任何计算机模型都能更好地解释气候变化。 1896年，瑞典物理学家斯万特 · 阿累尼乌斯（Svante Arrhenius）意识到二氧化碳会在地球大气层中积蓄热量，这种现象现在被称为温室效应。从那以后，越来越复杂的现代气候模型证实了阿累尼乌斯的结论：每当大气中的二氧化碳浓度翻一番，地球的温度就会上升2到5摄氏度。然而，直到
生命科学 | 啄木鸟为什么不会遭受脑震荡？

生命科学 | 啄木鸟为什么不会遭受脑震荡？

与广为流传的看法相反，啄木鸟头部并没有天生的减震器。当啄木鸟啄落硬质树皮寻找食物，在树干上挖洞筑巢，制造鼓声吸引配偶或宣告领地时，它们通常会以每小时20公里的速度用喙撞击树木，制造鼓声时的频率甚至可以达到每秒30次。这样的突然减速，至少对于人类的大脑来说，会超过造成震荡的阈值。然而，从许多流传甚广的故事、博客、动物园展示栏信息和电视教育节目中，我们了解到啄木鸟的头骨具有减震结构，这使得它们的大
医学与健康 | 放射性药物精准攻击癌症

医学与健康 | 放射性药物精准攻击癌症

肿瘤放射性药物正开辟肿瘤学新方向，有望实现副作用更少的靶向治疗。那是1896年1 月下旬的一个星期三早晨，美国芝加哥一家小型灯泡厂里，一位名叫罗斯 · 李（Rose Lee）的中年女性接受了当时最前沿的创新医疗：X射线管被放置在她左乳房肿瘤上方，用高能粒子束穿透恶性肿块，以实现治疗。罗斯 · 李的主治医生后来写道：“没有欢庆喝彩，X射线疗法就这样诞生了。” 自诞生以来，放射治疗已经取得了
医学与健康 | 抗艾滋领域重大突破：一年两针，百分百有效

医学与健康 | 抗艾滋领域重大突破：一年两针，百分百有效

在南非和乌干达进行的一项大规模临床试验表明，一年两次注射一种新的艾滋病暴露前预防药物（PrEP）可以让年轻女性免受艾滋病毒感染。该试验测试了每六个月注射一次来那卡帕韦（Len LA）是否比另外两种药物（均为每日口服片剂）能更好地预防艾滋病毒感染。这三种药物都是PrEP药物。该试验南非分部首席研究员、医师兼科学家琳达-盖尔 · 贝克（Linda-Gail Bekker）在接受采访时向本文作者奈丁
地球科学 | 海面以下4000多米处正在产生“暗”氧

地球科学 | 海面以下4000多米处正在产生“暗”氧

2013年，一艘船在太平洋的偏远地区首次观测到了一种神秘现象，它太过荒谬，以至于海洋科学家安德鲁 · 斯威特曼（Andrew Sweetman）确信是他的监测设备出了故障。传感器的读数似乎显示，距离海面4000多米的海底正在生成氧气，但没有光线可以照射到那里。之后，在三次前往克拉里昂-克利珀顿区的航行中，发生了同样的状况。 “基本上，我都是告诉我的学生，把传感器收回盒子里，我们得把它们寄回给
计算科学 | 量子密码技术引发全球竞逐

计算科学 | 量子密码技术引发全球竞逐

中国、印度、欧盟和美国正各自采取不同的策略。 2024年夏天，在科技界翘首以待美国国家标准与技术研究院（NIST）发布最新的“后量子”加密（PQC）标准时，研究者也在同时开发基于量子技术的加密系统，也就是所谓的量子密钥分发（QKD）系统。中国、印度以及欧盟和美国的众多技术组织正在研究和开发QKD，并对这一新兴加密替代方案的标准进行权衡。其中最大的问题在于，QKD是否能够、如何能够融入一个稳健
考古学 | 尼安德特人是如何消失的？《科学》有新发现

考古学 | 尼安德特人是如何消失的？《科学》有新发现

2010年，科学家报道了一项重磅发现：尼安德特人曾与智人，也就是解剖学意义上的现代人类杂交。后来，研究者又揭示了现代人体内尼安德特人基因的作用，包括对昼夜节律、免疫系统功能以及疼痛敏感性的影响。那么，智人的基因是否也影响了尼安德特人呢？两个种群的融合怎样塑造了尼安德特人？是否推动了他们的灭绝过程？这些都是很难解答的疑问，不过借助新技术，研究者正在描绘出更清晰的图景。一项于2024年7月发表
走近科学 | 效法自然超越自然

走近科学 | 效法自然超越自然

本文围绕2019年国家自然科学奖二等奖“碳纳米管复合纤维锂离子电池”展开，该奖项由复旦大学彭慧胜院士领衔的团队获得。根据中国考古发现，我们5000多年前就开始使用高分子纤维材料，也就是大家所熟知的蚕丝，这是我们中华民族为人类作出的伟大贡献。把纤维材料做成织物标志着人类文明的进步，如今5000多年过去了，纤维除了能做成织物拥有防寒保暖的基本功能，它还能做成什么？或者说你还希望你的衣服拥有什么功能
大家·科技前沿 | 聚焦超声：妇产科的“隔山打牛超能力”

大家·科技前沿 | 聚焦超声：妇产科的“隔山打牛超能力”

说到超声，可能很多人都比较熟悉，在体检中我们常常会接触到。而从应用的角度来看，也许很多人不知道，医学超声可以分为诊断超声和治疗超声。诊断超声主要是以高频低能量形式应用于医学领域，以探查和提取人体信息为目的，一般不会在人体组织内产生不可逆转的生物变化；而治疗超声主要是以低频（相对诊断超声而言）高能量的形式作用于人体，使人体组织发生某种有利于疾病治疗或是身体康复的变化。根据所用超声强度的不同，治疗超声
今日启明星 | 专攻房颤疗效，只为众生心安

今日启明星 | 专攻房颤疗效，只为众生心安

姜兆磊上海交通大学医学院附属新华医院心胸外科行政副主任 2024年5月，“健康科普进校园，人工智能助医疗”的义诊活动每晚通过网络视频报告和网上接诊答疑等形式回应广大网友的问题。该活动由2020级星友、同济大学电子与信息工程学院副教授齐鹏发起，30位上海市各大医院的各科医学专家（其中有多位星友）响应，2022级星友、来自上海交通大学医学院附属新华医院心胸外科的行政副主任姜兆磊名列其中。后得
今日启明星 | 心源性猝死的防治和急救小常识

今日启明星 | 心源性猝死的防治和急救小常识

心源性猝死（SCD），这个听起来非常严肃的词汇，实际上与我们每个人的生活息息相关。据现有统计，我国人群心源性猝死的年发生率为41.84/10万，以我国13亿人口估算，每年有54.4万人死于心源性猝死，相当于每分钟就有1人猝死。因此，了解如何预防和应对心源性猝死，可能会在关键时刻挽救生命。让我们从了解心源性猝死的基本知识开始，再到防治策略，最后深入到急救步骤，帮助大家提升应对心源性猝死的能力。
科学学探索 | 刘昌胜：高度重视科学学研究，加速科技成果向新质生产力转化

科学学探索 | 刘昌胜：高度重视科学学研究，加速科技成果向新质生产力转化

大力培育新质生产力，必须牢牢抓住科技创新“牛鼻子”。在前沿科技领域和关键技术领域，产业的力量日益凸显，发挥着越来越重要的作用，许多突破性的创新成果都诞生于此。过去，高校是创新的引领者，但现在，高校想继续担当引领者，正面临着严峻的挑战。中国科学院院士、上海大学校长刘昌胜在接受专访时谈到，推动新质生产力加快发展，高校的首要任务是从源头加大原始创新的供给：一方面，要充分认识创新本身具有高度的不确定性
科技传播智见 | 打通科普与科技创新协同发展的堵点

科技传播智见 | 打通科普与科技创新协同发展的堵点

科技是国家强盛之基，创新是民族进步之魂。当今时代，科普与科技创新前所未有地紧密结合，习近平总书记关于“科技创新、科学普及是实现创新发展的两翼，要把科学普及放在与科技创新同等重要的位置”“科学普及是实现创新发展的重要基础性工作”等重要论断充分阐明了科普之于创新的重要战略地位，开创性地提出科技创新、科学普及同为我国创新体系的重要组成部分。科学普及和科技创新应该是相互依存、相互促进、紧密联系且同等重
科学家访谈 | 微生物、情绪和心理健康之间的联系

科学家访谈 | 微生物、情绪和心理健康之间的联系

最新研究显示，若要维持健康的大脑，我们应该照顾好我们的肠道微生物群系。目前，实现这个目标的最佳方法不是通过药片和营养补剂，而是摄取更好的食物。科学家越来越清楚地认识到，我们肠道中的无数微生物帮助我们消化食物，吸收和生成必要的营养物质，也防止有害的有机体乘虚而入。不那么符合直觉（甚至可能显得古怪）的想法是，那些微生物也可能影响我们的情绪、我们的心理健康和我们在认知测试中的表现。但是，有越来越
科学评论 | 世界上最成功的实验室用了怎样的策略？

科学评论 | 世界上最成功的实验室用了怎样的策略？

英国剑桥大学分子生物学实验室（LMB）培养出十几位诺贝尔奖得主，并给生物医学领域带来突破性进展。它是如何做到的？有人研究并发现了其中缘由。英国剑桥大学医学研究理事会（MRC）分子生物学实验室（LMB）成立于1940年代末，目前有约700名员工，称得上基础生物学研究领域的全球领先者。从DNA和蛋白质结构到基因测序，LMB取得了诸多令人歆羡的突破；它也培养出十几位诺贝尔奖获得者，包括揭示“生命秘密
科学史 | 科坛巨星映耀壮美申城

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1843年11月17日，上海正式开埠，随后迅速发展成为颇具全球影响力的国际化大都市。人杰地灵的壮美上海已孕育出五位诺贝尔奖、泰勒奖和图灵奖得主，他们分别是李政道、埃德蒙 · 费希尔、高锟、张德慈、姚期智。熠熠生辉的科坛巨星们攀登上了科学巅峰，他们饱览了科学最高境界的至臻之美。出生于上海的诺贝尔奖得主声名显赫的诺贝尔奖（简称诺奖）是根据瑞典工业化学家、发明家、国际实业家和慈善家阿尔弗雷德 ·
微科幻 | 穿针引线

微科幻 | 穿针引线

作者在小说里提出一种“刺绣隐喻”，多重宇宙中的两个宇宙（或者是平行宇宙？）就像被一层布料隔开。从布料的一边只能看到刺绣出的图案和密密麻麻的孔眼，无法知道眼前的图案是怎么来的；而布料的另一边，就是无数凌乱缠结的线头。经由那些线头和孔眼（时空穿梭的通道），就能往来于布料的两边。而在布料另一边的观察者看来，这些穿梭者来无影去无踪，不可捉摸。在小说中，观察者便是“我”，而穿梭者就是这个叫埃利奥 · 菲格罗
科学人物 | 李政道（1926—2024）

科学人物 | 李政道（1926—2024）

李政道和杨振宁因提出弱相互作用中宇称不守恒定律，而共同荣获诺贝尔物理学奖。这一发现与科学家的普遍认知相悖，也改变了世人对对称性的认识。李政道和杨振宁因推翻了被视为自然基本法则之一的宇称守恒定律，共同荣获1957年诺贝尔物理学奖。当地时间2024年8月4日，李政道先生在位于美国旧金山的家中辞世，享年97岁。宇称守恒定律认为，任何现象及其镜像在表现上应当完全一致。李政道和杨振宁于1956年对该

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