近日，南方科技大學的研究團隊相繼在Nature和Science上發文，實體、環境、化學、生物各1篇。
Nature
3月22日，南方科技大學俞大鵬，徐源，福州大學鄭仕标及清華大學孫麓岩共同通訊在Nature 線上發表題為“Beating the break-even point with a discrete-variable-encoded logical qubit”的研究論文，該研究示範了一個電路量子電動力學架構中的QEC過程，其中邏輯量子位以微波腔的光子數狀态二項編碼，色散耦合到輔助超導量子位。
論文連結：
https://www.nature.com/articles/s41586-023-05784-4
建構量子計算機的主要障礙之一是環境誘導的退相幹（decoherence），它會破壞存儲在量子位中的量子資訊。由退相幹引起的誤差可以通過重複應用量子誤差校正(QEC)程式來糾正，其中邏輯量子比特被編碼在高維希爾伯特空間中，這樣不同的錯誤将系統投射到不同的正交子空間中，是以可以明确地識别和糾正，而不會幹擾存儲的量子資訊。在傳統的QEC方案中，邏輯量子比特的碼字是由幾個實體量子比特的兩個高度對稱的糾纏态組成的，這些糾纏态用一些離散變量編碼。
在過去的二十年中，這種QEC代碼在不同系統中的實驗示範取得了顯著的進展，包括核自旋、金剛石中的氮空位中心、俘獲離子、光子量子比特、矽自旋量子比特和超導電路。然而，在這些實驗中，邏輯量子比特的壽命還需要大大延長，才能達到可用的最佳實體元件的壽命，這被視為判斷QEC代碼是否有利于量子資訊存儲和處理的盈虧平衡點。
具有最低階二項編碼邏輯量子位的QEC過程示意圖（圖源自Nature ）
另一種QEC編碼方案是利用振蕩器的大空間，它可以用來編碼連續變量或離散變量量子位。這兩種類型的代碼都可以容忍由于能量量子的損失和獲得而導緻的錯誤，進而使QEC能夠以一種硬體高效的方式執行。電路量子電動力學(QED)系統代表了實作這種編碼方案的理想平台：通過将量子資訊分布在連續變量編碼的光子量子比特的無限維希爾伯特空間上，已經在兩個突破性實驗中超過了保本點，但該光子量子比特的碼字不是嚴格正交的。
這種固有的限制可以用離散變量編碼方案克服，其中邏輯量子位的碼字是用振蕩器的互相正交的福克狀态編碼的。這一特性，加上它們與糾錯的内在相容性，以及它們在邏輯連接配接量子網絡中的子產品方面的有用性，使得這種離散變量量子位在容錯量子計算中很有前途。隻有當編碼的邏輯量子位的生命周期超過盈虧平衡點時，這些優勢才能在真正的量子資訊進行中轉化為實際利益，然而，這仍然是一個難以實作的結果，盡管人們已經為此做出了持久的努力。
頻率梳式控制測量錯誤症狀（圖源自Nature ）
該研究示範了一個離散變量光子量子比特在微波腔中通過實時回報修正超過QEC損虧平衡點，其碼字保持互相正交，可以明确區分。邏輯量子位的主要誤差，單光子損失，被映射到一個基于約瑟夫森結的非線性振蕩器的狀态，該振蕩器色散耦合到腔體，并作為一個輔助量子位，由一個連續脈沖實作，涉及一個巧妙定制的頻率成分梳。
當驅動頻率指向發生光子損失事件的錯誤空間時，邏輯量子位上的擾動在編碼的邏輯空間中被高度抑制。這種錯誤症狀檢測的另一個内在優勢是連續驅動保護系統不受輔助量子比特的失相噪聲的影響。研究人員用最低階二項式代碼示範了這一過程，并将存儲的量子資訊壽命延長了16%，比最佳實體量子位長16%，編碼在兩個最低的Fock狀态中，被稱為Fock量子位。與這種錯誤檢測過程相關的一個更重要的特征是，無論是邏輯空間還是錯誤空間都不需要有明确的奇偶校驗，這使得QEC代碼的實作可以容忍多個光子的損失。
Nature
3月20日，南方科技大學劉心元教授團隊在Nature線上發表題為Enantioconvergent Cu-catalyzed N-alkylation of aliphatic amines的研究論文，該研究報道了利用手性三羧酸陰離子配體實作了脂肪族胺與α-羰基烷基氯化物在銅催化下的化學選擇性和對映收斂N-烷基化反應。
論文連結：
https://www.nature.com/articles/s41586-023-05950-8
研究人員觀察到優異的對映選擇性和官能團耐受性。該方法可以在溫和、穩定的條件下，直接将包括氨和藥用相關胺在内的原料化學品轉化為非天然手性α-氨基酰胺。具有良好的對映選擇性和官能團耐受性。該方法的能力在許多複雜的設定中得到了證明，包括後期功能化和在不同胺類藥物分子的加速合成中。目前的方法表明，"多齒"陰離子配體是克服過渡金屬催化劑中毒的一般解決方案。
本文的通訊作者劉心元，是南方科技大學講席教授，國家自然科學傑出青年基金獲得者，國自然優秀青年基金獲得者，入選教育部特聘教授（青年）。劉心元團隊自從南科大開展獨立工作以來，圍繞“不對稱自由基催化化學”這一科學難題開展了深入系統的研究，提出了獨具特色的“手性陰離子-金屬單電子催化劑”新政策，開發了簡單化工原料參與的不對稱自由基催化反應，解決了高活性自由基手性控制難題，并拓展了其在資源分子高效利用和手性藥物合成中的應用示範研究。
南方科技大學劉心元教授所在的南方科技大學化學系，已獨立承擔超過400餘項國家級、地方級的科研項目，包括國家自然科學基金項目150項，總競争性科研經費超過4.4億元。化學系專職教師以南科大為依托機關以第一或通訊作者身份發表SCI論文1500餘篇，其中在化學學科頂級期刊等影響因子超過10的期刊上發表論文370餘篇，部分研究成果先後得到Nature、Angewandte Chemie International Edition等期刊的重點推薦或亮點報道。
Science
3月9日，南方科技大學生命科學學院教授杜嘉木課題組進一步針對RdDM下遊Pol V獨特的性質開展研究取得了重大突破，相關研究成果以“Structure and mechanism of the plant RNA polymerase V”為題線上發表在Science上。
南科大生命科學學院博士生謝國輝、進階研究學者杜璇和通路學者胡泓淼為該論文共同第一作者，南科大為論文第一機關，杜嘉木為論文的通訊作者，加州大學洛杉矶分校院士Steven E. Jacobsen、中國科學院遺傳發育所院士曹曉風和深圳大學教授李思思參與了課題。
論文連結：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf8231
總體來講，該工作解析了最後一種結構未知的真核RNA聚合酶，Pol V，的功能機制，提出其通過滞留在染色質上而招募下遊作用因子引起DNA甲基化和基因沉默的工作模型。該工作得到了深圳市科創委、中國博士後基金會、國家自然科學基金及中科院的支援，冷凍電鏡資料采集和質譜實驗分别獲得了南方科技大學冷凍電鏡中心和分析測試中心的支援。
Nature
3月1日，南方科技大學環境科學與工程學院副教授馮煉團隊通過利用衛星遙感長時序、周期性、大範圍等觀測優勢，彌補了目前對全球海岸帶藻華變化趨勢的認知缺陷。該團隊的研究揭示了2003-2020年全球海岸帶藻華的整體增加趨勢，并量化了藻華發生頻率與海表溫度、海洋中尺度環流以及農業化肥施用、水産養殖等人類活動之間的潛在關系，其研究成果以"Coastal phytoplankton blooms expand and intensify in the 21st century"為題發表在Nature雜志并入選當期封面文章。
nature雜志封面
研究團隊建構了基于葉綠素熒光與CIE顔色空間的藻華遙感自動分類算法，并利用2003-2020年間76萬景日尺度MODIS衛星遙感資料，實作了全球海岸帶藻華的一緻性動态監測。結果顯示，海岸帶藻華頻繁暴發于海洋東邊界流區域、美國東北部沿海、拉丁美洲沿海、波羅的海、黑海北部以及阿拉伯海等區域。在研究覆寫的153個鄰海國家中，126個國家的海岸帶區域曾暴發過藻華。
2003~2020年間，全球海岸帶浮遊植物藻華分布圖。a：基于MODISAqua遙感日尺度觀測資料的全球年平均藻華發生次數空間分布圖；b：基于全球和各大洲的藻華發生次數統計結果（SA：南美洲，AF：非洲，EU：歐洲，NA：北美洲，AS：亞洲，AU：澳洲）；c：各大洲受藻華影響面積的多年平均統計結果。其中，百分比數字表示各大洲藻華面積在全球的占比。
2003到2020年間，海岸帶藻華全球影響面積與發生頻率分别增加了13.2%與59.2%。
2003年至2020年間，全球海岸帶浮遊植物藻華變化趨勢。a：全球1°×1°格網尺度下藻華頻率變化趨勢的空間分布；b：藻華頻率年中值和全球藻華總面積的年際變化和趨勢。
文章還從量化的角度分析了影響藻華形成的潛在原因：
- 海洋溫度和環流的變化會改變海洋分層狀态與營養物質的運輸，進而影響浮遊植物的生長和藻華的形成。
- 全球極端氣候也對全球沿海藻華有一定影響。
- 類活動導緻的營養鹽變化也可能是海岸帶藻華趨勢的影響因素。
南方科技大學是深圳在中國高等教育改革發展的時代背景下建立的一所高起點、高定位的公辦新型研究型大學。2022年2月14日，教育部等三部委公布第二輪“雙一流”建設高校及建設學科名單，南方科技大學及數學學科入選“雙一流”建設高校及建設學科名單。
南方科技大學借鑒世界一流理工科大學的學科設定和辦學模式，以理、工、醫為主，兼具商科和特色人文社科的學科體系，在一系列新的學科方向上開展研究，使學校成為引領社會發展的思想庫和新知識、新技術的源泉。