南方科技大学，连发四篇NS顶刊！

　　近日， 南方科技大学 的研究团队相继在 Nature 和 Science 上发文，物理、环境、化学、生物各1篇。
　　Nature
　　3月22日，南方科技大学俞大鹏，徐源，福州大学郑仕标及清华大学孙麓岩 共同通讯在 Nature  在线发表题为＂Beating the break-even point with a discrete-variable-encoded logical qubit ＂的研究论文，该研究演示了一个电路量子电动力学架构中的QEC过程，其中逻辑量子位以微波腔的光子数状态二项编码，色散耦合到辅助超导量子位。
　　论文链接：
　　https://www.nature.com/articles/s41586-023-05784-4
　　构建量子计算机的主要障碍之一是环境诱导的退相干（decoherence），它会破坏存储在量子位中的量子信息。由退相干引起的误差可以通过重复应用量子误差校正(QEC)程序来纠正，其中逻辑量子比特被编码在高维希尔伯特空间中，这样不同的错误将系统投射到不同的正交子空间中，因此可以明确地识别和纠正，而不会干扰存储的量子信息。在传统的QEC方案中，逻辑量子比特的码字是由几个物理量子比特的两个高度对称的纠缠态组成的，这些纠缠态用一些离散变量编码。
　　在过去的二十年中，这种QEC代码在不同系统中的实验演示取得了显著的进展，包括核自旋、金刚石中的氮空位中心、俘获离子、光子量子比特、硅自旋量子比特和超导电路。然而，在这些实验中，逻辑量子比特的寿命还需要大大延长，才能达到可用的最佳物理组件的寿命，这被视为判断QEC代码是否有利于量子信息存储和处理的盈亏平衡点。
　　具有最低阶二项编码逻辑量子位的QEC过程示意图（图源自  Nature   ）
　　另一种QEC编码方案是利用振荡器的大空间，它可以用来编码连续变量或离散变量量子位。这两种类型的代码都可以容忍由于能量量子的损失和获得而导致的错误，从而使QEC能够以一种硬件高效的方式执行。电路量子电动力学(QED)系统代表了实现这种编码方案的理想平台：通过将量子信息分布在连续变量编码的光子量子比特的无限维希尔伯特空间上，已经在两个突破性实验中超过了保本点，但该光子量子比特的码字不是严格正交的。
　　这种固有的限制可以用离散变量编码方案克服，其中逻辑量子位的码字是用振荡器的相互正交的福克状态编码的。这一特性，加上它们与纠错的内在兼容性，以及它们在逻辑连接量子网络中的模块方面的有用性，使得这种离散变量量子位在容错量子计算中很有前途。只有当编码的逻辑量子位的生命周期超过盈亏平衡点时，这些优势才能在真正的量子信息处理中转化为实际利益，然而，这仍然是一个难以实现的结果，尽管人们已经为此做出了持久的努力。
　　频率梳式控制测量错误症状（图源自  Nature   ）
　　该研究演示了一个离散变量光子量子比特在微波腔中通过实时反馈修正超过QEC损亏平衡点，其码字保持相互正交，可以明确区分。逻辑量子位的主要误差，单光子损失，被映射到一个基于约瑟夫森结的非线性振荡器的状态，该振荡器色散耦合到腔体，并作为一个辅助量子位，由一个连续脉冲实现，涉及一个巧妙定制的频率成分梳。
　　当驱动频率指向发生光子损失事件的错误空间时，逻辑量子位上的扰动在编码的逻辑空间中被高度抑制。这种错误症状检测的另一个内在优势是连续驱动保护系统不受辅助量子比特的失相噪声的影响。研究人员用最低阶二项式代码演示了这一过程，并将存储的量子信息寿命延长了16%，比最佳物理量子位长16%，编码在两个最低的Fock状态中，被称为Fock量子位。与这种错误检测过程相关的一个更重要的特征是，无论是逻辑空间还是错误空间都不需要有明确的奇偶校验，这使得QEC代码的实现可以容忍多个光子的损失。
　　Nature
　　3月20日， 南方科技大学刘心元教授团队 在 Nature  在线发表题为Enantioconvergent Cu-catalyzed N-alkylation of aliphatic amines的研究论文，该研究报道了利用手性三羧酸阴离子配体实现了脂肪族胺与α-羰基烷基氯化物在铜催化下的化学选择性和对映收敛N-烷基化反应。
　　论文链接：
　　https://www.nature.com/articles/s41586-023-05950-8
　　研究人员观察到优异的对映选择性和官能团耐受性。该方法可以在温和、稳定的条件下，直接将包括氨和药用相关胺在内的原料化学品转化为非天然手性α-氨基酰胺。具有良好的对映选择性和官能团耐受性。该方法的能力在许多复杂的设置中得到了证明，包括后期功能化和在不同胺类药物分子的加速合成中。 目前的方法表明，＂多齿＂阴离子配体是克服过渡金属催化剂中毒的一般解决方案。
　　本文的 通讯作者刘心元，是南方科技大学讲席教授，国家自然科学杰出青年基金获得者， 国自然优秀青年基金获得者，入选教育部特聘教授（青年）。刘心元团队自从南科大开展独立工作以来，围绕＂不对称自由基催化化学＂这一科学难题开展了深入系统的研究，提出了独具特色的＂手性阴离子-金属单电子催化剂＂新策略， 开发了简单化工原料参与的不对称自由基催化反应，解决了高活性自由基手性控制难题，并拓展了其在资源分子高效利用和手性药物合成中的应用示范研究。
　　南方科技大学刘心元教授所在的南方科技大学化学系 ，已独立承担超过400余项国家级、地方级的科研项目，包括国家自然科学基金项目150项，总竞争性科研经费超过4.4亿元。化学系专职教师以南科大为依托单位以第一或通讯作者身份发表SCI论文1500余篇，其中在化学学科顶级期刊等影响因子超过10的期刊上发表论文370余篇，部分研究成果先后得到Nature、Angewandte Chemie International Edition等期刊的重点推荐或亮点报道。
　　Science
　　3月9日， 南方科技大学生命科学学院教授杜嘉木课题组 进一步针对RdDM下游Pol V独特的性质开展研究取得了重大突破，相关研究成果以＂Structure and mechanism of the plant RNA polymerase V＂为题在线发表在 Science 上。
　　南科大生命科学学院博士生谢国辉、高级研究学者杜璇和访问学者胡泓淼为该论文共同第一作者，南科大为论文第一单位，杜嘉木为论文的通讯作者 ，加州大学洛杉矶分校院士Steven E. Jacobsen、中国科学院遗传发育所院士曹晓风和深圳大学教授李思思参与了课题。
　　论文链接：
　　https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf8231
　　总体来讲，该工作解析了最后一种结构未知的真核RNA聚合酶，Pol V，的功能机制，提出其通过滞留在染色质上而招募下游作用因子引起DNA甲基化和基因沉默的工作模型。该工作得到了深圳市科创委、中国博士后基金会、国家自然科学基金及中科院的支持，冷冻电镜数据采集和质谱实验分别获得了南方科技大学冷冻电镜中心和分析测试中心的支持。
　　Nature
　　3月1日，  南方科技大学环境科学与工程学院副教授冯炼团队通过利用卫星遥感长时序、周期性、大范围等观测优势，弥补了目前对全球海岸带藻华变化趋势的认知缺陷 。 该团队的研究揭示了2003-2020年全球海岸带藻华的整体增加趋势，并量化了藻华发生频率与海表温度、海洋中尺度环流以及农业化肥施用、水产养殖等人类活动之间的潜在关系，其研究成果以＂Coastal phytoplankton blooms expand and intensify in the 21st century＂为题发表在Nature杂志并入选当期封面文章。
　　nature杂志封面
　　研究团队构建了基于叶绿素荧光与CIE颜色空间的藻华遥感自动分类算法，并利用2003-2020年间76万景日尺度MODIS卫星遥感数据，实现了全球海岸带藻华的一致性动态监测。结果显示，海岸带藻华频繁暴发于海洋东边界流区域、美国东北部沿海、拉丁美洲沿海、波罗的海、黑海北部以及阿拉伯海等区域。在研究覆盖的153个邻海国家中，126个国家的海岸带区域曾暴发过藻华。
　　2003~2020年间，全球海岸带浮游植物藻华分布图。a：基于MODISAqua遥感日尺度观测数据的全球年平均藻华发生次数空间分布图；b：基于全球和各大洲的藻华发生次数统计结果（SA：南美洲，AF：非洲，EU：欧洲，NA：北美洲，AS：亚洲，AU：澳大利亚）；c：各大洲受藻华影响面积的多年平均统计结果。其中，百分比数字表示各大洲藻华面积在全球的占比。
　　2003到2020年间，海岸带藻华全球影响面积与发生频率分别增加了13.2%与59.2%。
　　2003年至2020年间，全球海岸带浮游植物藻华变化趋势。a：全球1°×1°格网尺度下藻华频率变化趋势的空间分布；b：藻华频率年中值和全球藻华总面积的年际变化和趋势。
　　文章还从量化的角度分析了影响藻华形成的潜在原因： 海洋温度和环流的变化会改变海洋分层状态与营养物质的运输，进而影响浮游植物的生长和藻华的形成。 全球极端气候也对全球沿海藻华有一定影响。 类活动导致的营养盐变化也可能是海岸带藻华趋势的影响因素。
　　南方科技大学 是深圳在中国高等教育改革发展的时代背景下创建的一所高起点、高定位的公办新型研究型大学 。2022年2月14日，教育部等三部委公布第二轮＂双一流＂建设高校及建设学科名单， 南方科技大学及数学学科入选＂双一流＂建设高校及建设学科名单 。
　　南方科技大学 借鉴世界一流理工科大学的学科设置和办学模式，以理、工、医为主，兼具商科和特色人文社科的学科体系，在一系列新的学科方向上开展研究，使学校成为引领社会发展的思想库和新知识、新技术的源泉。