今日科技話題：中國冷原子鐘、神奇靈武龍、火星上發現第一個液態水湖、中國超算雲、我國首次利用四維糾纏態實現量子密集編碼
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中國冷原子鐘將太空計時精度提高1個數量級以上
中國天宮二號空間實驗室2016年成功發射入軌後已開展一系列科學任務。中國科研人員7月24日報告說，空間實驗室搭載的高性能冷原子鐘實現了超高精度，將目前人類在太空的時間計量精度提高1至2個數量級，有助推動導航和空間基礎物理前沿研究的發展。
由中國科學院牽頭負責的載人航天工程空間應用系統，在天宮二號上開展了14項體現國際科學前沿和高技術發展方向的空間科學與應用任務，其中包括國際上首台在軌運行並開展科學實驗的空間冷原子鐘。
據中科院團隊在英國《自然·通訊》雜誌上發表的論文，在近兩年時間裡，冷原子鐘完成了全部既定在軌測試任務，團隊成功驗證了在空間環境下高性能冷原子鐘的運行機制與特性，同時實現了天穩定度7.2乘以10的負16次方的超高精度。
論文通訊作者、中科院上海光學精密機械研究所研究員劉亮對新華社記者說：「目前在天上應用的原子鐘都是熱原子鐘，其最高天穩定度在10的負15次方量級，我們是用冷原子鐘，因此可以獲得更高精度。」
冷原子鐘把原子某兩個能級之間的躍遷信號作為參考頻率輸出信號，同時利用激光使原子溫度降至接近絕對零度（約等於零下273.15攝氏度），使原子能級躍遷頻率受到更小的外界干擾，從而實現更高精度。
研究團隊表示，這種能在空間環境下可靠運行的高精度原子鐘應用於導航定位系統將會提升系統自主運行能力、提高導航定位精度；在基礎物理研究方面，對推進基本物理常數測量、廣義相對論驗證等的發展具有重要意義。
——新華社
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科學家發布「神奇靈武龍」研究結果
中國科學院古脊椎動物與古人類研究所研究員徐星團隊7月24日在《自然—通訊》上發表了有關蜥腳類恐龍演化的最新成果。該論文報告了一種來自中國中侏羅世早期（1.74億年前）的梁龍類新屬種——神奇靈武龍，這一發現挑戰了關於梁龍類恐龍和其他新蜥腳類恐龍的起源和擴散的傳統觀點。
新發現表明，梁龍類恐龍曾廣泛分布在包括東亞在內的盤古大陸上，東亞在中晚侏羅世的動物群也許沒有人們認為的那樣獨特，過去的認知很可能是由於化石採樣的影響，即由於地質和人為因素，導致基於採集到的化石推測的生物群面貌和地質歷史時期真實的生物群面貌出現差異，這彰顯了更多野外工作的重要性。
對神奇靈武龍的演化和生物地理學分析表明，在中侏羅世（大約1.74億至1.64億年前），新蜥腳類恐龍已經呈現出多樣化並且分布廣泛，這挑戰了蜥腳類恐龍演化的傳統觀點，即新蜥腳類恐龍在中侏羅世晚期到晚侏羅世早期的一個很短時間內出現並快速分化，最終佔據了陸地生態系統的主導地位。新發現表明，主要的蜥腳類亞類群可能起源於早侏羅世，在成為地球陸地生態系統的主導類群之前，已經有很長的演化歷史。
蜥腳類恐龍是一類植食性恐龍，其中包括地球歷史上體型最大的陸地動物。傳統意義上認為，包括梁龍類在內的一些動物類群，在東亞與其他大陸隔離之前尚未擴散到東亞，其隔離導致了中晚侏羅世東亞地區形成了其獨特的恐龍動物群，這被稱為東亞隔離假說。神奇靈武龍化石最早於2004年被發現，2005年經徐星鑒定確認為恐龍骨骼化石，隨後，徐星等人在該地區組織了數次野外發掘，先後共發現了8~10個大小不同、代表不同年齡階段的個體。
劉亮說：「我們將把這類冷原子鐘小型化，從而可應用於衛星，不久的將來這類原子鐘將應用於北斗導航系統，未來北斗導航衛星上的原子鐘性能有望比目前提高一個數量級。」
——《中國科學報》
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火星上發現第一個液態水湖
▲使用雷達探測器發現埋於火星地表之下的水
據法新社7月25日報道，歐洲航天局(ESA)的研究員稱，火星上發現了第一個液態地下水湖，增加了該星球存在更多水乃至生命的可能性。
報道稱，該湖位於火星冰層之下1500米深，直徑約20公里。該項目的首席研究員羅伯托·敖羅塞說，這是他的團隊最接近於確定液態水為真正的水的一次，且不需要通過冰川鑽探來取得樣本。
敖羅塞表示，他的團隊利用雷達探測器獲得的信號與地球進行對比，確定了火星冰層下有液態水的存在。「這一地區的雷達剖面與南極和格陵蘭島冰蓋下發現的液態水的湖泊相似，這表明此處存在一個冰下湖。」
澳大利亞斯威本大學副教授阿蘭·杜菲對法新社表示，這個發現表明火星上的水不是暫時性的存在於其表面，而是保有了持久的狀態。「這為生命的誕生和發展提供了條件。」
但科學家表示，由於液態水處於極深的冰蓋之下，其水文環境極其嚴酷寒冷，並不適宜微生物生存。由於含有大量鎂、鈣和鈉，這些水在低於純水冰點許多的情況下仍然可以保持液態。
「能讓水在冰點下維持液態的鹽濃度對於任何微生物來說都是致命的，」澳大利亞天文台研究員弗雷德·沃特森說。
同時有其他科學家對該項目提出了質疑。美國西南研究院太空所專家大衛·斯蒂爾曼認為，研究該項目所使用的雷達無法穿透火星表面的冰蓋。「這對該研究帶來了疑問。」
火星是一顆乾燥、寒冷、貧瘠的星球。但科學研究表明，至少在36億年以前，該星球溫暖潮濕，有大量液態水分布於地表。
——新華網
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整合超算雲資源 中國科技雲建設再獲進展
▲圖為發布會現場
從中科院計算機網路信息中心獲悉，中國科技雲·超算雲7月23日在京發布，並正式對外提供服務。
中科院網路安全與信息化領導小組辦公室副主任陳明奇介紹，中國科技雲是基於雲計算的國家科研信息化基礎設施，是為我國科技界傾力打造的專有雲，自上線發布以來，已集成基礎設施、科研軟體、信息資源、科研社區、超融合通訊等5大類科研支撐平台。
「此次『超算雲』的加入，將為中國科技雲注入源頭活水。」陳明奇表示，「中國科技雲·超算雲」從提高科技工作者的易用性的角度出發，讓科學家不需要了解雲計算，甚至不需要知道計算機資源在哪裡，就可以方便地使用到各家的超算資源，提升科研效率。
「超算雲實現了從計算全過程到應用發布的高效科學計算工作模式。」作為用戶方之一，中國原子能科學研究院反應堆工程技術研究部科研所副所長楊文說，超算雲的發布為廣大科研用戶構建了一個方便易用的雲上科研工作環境，讓科學家可以更加聚焦到科研工作本身。
據了解，中國科技雲·超算雲匯聚了國家超算中心、互聯網雲中心和用戶自建私有雲中心等海量資源，用戶可以根據需要定製所使用的資源。同時，它還通過優化的網路互連、便捷的管理平台、快速響應的人工服務等，為科學家節省更多精力。
——人民網
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我首次利用四維糾纏態實現量子密集編碼
從中國科大獲悉，該校郭光燦院士團隊的李傳鋒、柳必恆等人，首次利用四維糾纏態實現量子密集編碼，達到2.09的信道容量，創造了當前國際最高水平。該成果充分展示了高維糾纏在量子通信中的優勢。該成果日前發表在國際權威期刊《科學·進展》上。
量子密集編碼是最重要的量子保密通信過程之一。例如，初始時A和B兩人共享一對糾纏光子，A編碼2比特的經典信息在其光子上，並把光子發送到B，然後B對其手裡的兩個光子進行貝爾基測量，解碼得到A發送的2比特信息。在這個過程中A只發送了1個量子比特到B，但是B卻接收到了2比特的經典信息。衡量密集編碼的重要指標是信道容量，即A向B發送一個光子所能傳輸的比特數。在比特系統中，量子密集編碼的信道容量極限為2。
相比比特系統的二維糾纏，高維糾纏具有信道容量高、抵抗竊聽能力強等優勢，近年來被學術界廣泛關注。量子密集編碼的思想自1992年提出，1996年在光學系統中首次實現。由於無法實現完全的貝爾基測量，當時利用一對糾纏光子僅傳送1.13個經典比特，直到2017年，基於完全的貝爾基測量，這一紀錄才被更新為1.665。
李傳鋒、柳必恆等人在自主研製的高品質三維糾纏源基礎上，進一步製備出偏振—路徑複合的四維糾纏源，保真度達到98%。他們利用這種四維糾纏源成功識別了5類貝爾態，並實驗演示了量子密集編碼，一舉把量子密集編碼的信道容量紀錄提升到了2.09，超過了兩維糾纏能達到的理論極限2，充分展示了高維糾纏在量子通信中的優勢，為高維糾纏在量子信息領域的深入研究打下重要基礎。
——《科技日報》
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讓「天真」袋鼬厭惡有毒敵人
在澳大利亞北部—中部海岸附近的一座島嶼上，研究人員正在開展一項史無前例的試驗：將進化出能對抗最大敵人的基因防禦能力的瀕危動物和未進化出這種能力的動物混合在一起，以期它們的後代能仿效較為聰明的父母一方。
該試驗的對象是澳大利亞最瀕危的有袋類動物之一 ——北澳袋鼬。這種大小和松鼠相當的食肉動物正掙扎著從入侵的有毒甘蔗蟾蜍的攻擊中倖存下來。北澳袋鼬經常誤將甘蔗蟾蜍作為獵物。
如今，在印第安島上工作的研究人員在圈養的北澳袋鼬中成功測試了這項配對技術，並在日前出版的《保護生物學》雜誌上報告了相關發現。
如果目前正在野生北澳袋鼬中進行的深入研究是成功的，那麼它或許首次提供了一些真實世界的證據，即有針對性的基因流動——涉及在危險種群中促成適應特性以增強恢復力——可被用於拯救瀕危物種。
美國密歇根州立大學凱爾若歌生物實驗站保護生物學家Sarah Fitzpatrick認為，圈養袋鼬研究朝證明有針對性基因流動是助力袋鼬保護的可行策略邁出了重要一步。
受圈養研究結果的鼓舞，Kelly和Phillips同墨爾本大學的同事Chris Jolly在2017年5月決定在野外觀察厭惡蟾蜍的袋鼬和「天真」的袋鼬能否產生反感蟾蜍的後代。他們在蟾蜍泛濫的印第安島上釋放了54隻袋鼬——「天真」的北方領地袋鼬、厭惡蟾蜍的昆士蘭袋鼬以及雜交後代的混合。
當研究人員在今年4月檢查這些袋鼬時，他們發現了喜憂參半的消息。倖存下來的袋鼬數量遠低於該團隊預期——根據研究人員對種群的估測，僅有16隻活下來。但鼓舞人心的是，這個種群包括了看上去厭惡蟾蜍的後代。這表明，它們從「父母」那裡繼承了這一特性。目前，該團隊正在分析從倖存者身上採集的基因樣本。
——《中國科學報》
來源：轉載自今日科協
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