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2020年 第42卷 第4期    刊出日期：2020-08-25

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特约专稿

分子机器研究前沿

刘月, 王巧纯

2020, 42(4):  277-287.  doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2020.04.001

摘要 ( 1539 )   PDF (3369KB) ( 750 )  

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分子机器以其在微观层面上可精准操控的特点，在分子器件、纳米发动机、医疗、智能材料等领域具有重大应用价值并引起了广泛的关注。分子机器研究虽然已获2016年诺贝尔化学奖，但目前其离真正实用化还有很长的一段路要走。文章聚焦近年来分子机器在合成、表征、构建固态以及能做功功能体系等方向的研究成果，并对该领域的未来进行了展望。




专题综述

量子人工智能：量子计算和人工智能相遇恰逢其时

唐豪, 金贤敏

2020, 42(4):  288-294.  doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2020.04.002

摘要 ( 1549 )   PDF (2403KB) ( 937 )  

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量子人工智能，是由量子计算和人工智能交叉发展起来的新兴学科和技术。过去几十年来，量子计算和人工智能技术各自经历了起起落落、螺旋上升的发展历程，而现在正逐渐落地，有望给人类的技术革新、生产和生活带来颠覆性改变。我们正迎来二者深度交叉的最好时机，一个量子人工智能研究的最好时代！




量子计算、量子优势与有噪中程量子时代

施郁

2020, 42(4):  295-300.  doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2020.04.003

摘要 ( 1080 )   PDF (594KB) ( 186 )  

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文章用通俗而准确的语言，简要介绍了有关量子计算的相关概念，包括量子比特、量子态、基矢态或基本量子态、量子测量、概率幅、幺正变换、量子态不可复制、量子计算、量子门、量子算法、退相干或量子噪声、量子纠错、有噪中程量子技术、量子优势等，并对有噪中程量子时代和量子优势研究的前景进行了展望。


超导与量子计算

金贻荣

2020, 42(4):  301-310.  doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2020.04.004

摘要 ( 1311 )   PDF (2505KB) ( 489 )  

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基于量子力学态叠加性和纠缠性的量子计算，以其指数级增长的庞大计算空间和更高级的信息抽象能力，为计算提供了新的范式。这一新技术有可能解决一些经典计算无法解决的计算难题，同时解决经典计算的功耗问题。超导效应作为一种宏观量子效应，为量子态相干操控提供了绝佳的无损耗环境，而约瑟夫森结为构建量子比特提供了必要的能级分立性和非线性。经过二十余年的高速发展，基于超导量子电路的量子计算技术已经在退相干时间、量子态操控和读取、量子比特间可控耦合、中大规模扩展等关键技术上取得大量突破，成为构建通用量子计算机和量子模拟机最有前途的候选技术路线之一。文章就这一技术做一个简要的介绍和梳理，以令读者了解整个技术脉络为目标，尽可能不涉及复杂的符号和公式。最后，还简要讨论了超导量子计算发展的未来，并指出其中部分关键技术难点。




量子计算机的0到N

张辉, 杨夏

2020, 42(4):  311-320.  doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2020.04.005

摘要 ( 1228 )   PDF (3027KB) ( 265 )  

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众所周知，量子计算机在处理某些特定问题时的速度将快于传统计算机。由于各国争相布局量子计算，它将成为世界科技发展的新高地。作为新一代信息技术，具有颠覆性质的“它”能够给人类带来多少魅力？近年来，国内外针对量子计算的研究风起云涌，如今的量子计算又发展到了什么阶段?文章作为引玉之砖，对量子计算从底层研究跨越到技术路线的发展以及未来的产业动向作初步的探讨。




量子计算与人工智能

张辉 , 李蕾, 窦猛汉, 方圆

2020, 42(4):  321-330.  doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2020.04.006

摘要 ( 1761 )   PDF (2399KB) ( 1028 )  

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文章探讨了量子计算在人工智能中的一些潜在应用，并回顾量子理论与人工智能之间的相互作用。通过介绍一些著名而简单的量子算法，让读者了解量子计算的能力。此外，文章对量子计算做了一个简单的概述，使读者对量子计算有一个全貌的认识。对于AI研究人员来说，此文将会是一座更加深入地探索AI与量子计算以及量子理论之间联系的桥梁。


量子计算行业教育的发展

杨夏 , 张辉

2020, 42(4):  331-339.  doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2020.04.007

摘要 ( 650 )   PDF (2548KB) ( 199 )  

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2020年，欧洲战略咨询委员会的量子旗舰计划成员正式向欧盟委员会提交了战略研究议程，提倡全欧推广覆盖高中教育、大学教育和产业工人培训的量子教育项目。国内外类似的量子教育措施正不断涌现，给中国量子教育的发展提供了一定的参考。文章主要对量子计算、量子教育行业的发展、量子教学工具的现状等内容进行了综述性梳理，试图探寻目前量子计算行业教育发展的困境，以期为推进中国量子计算教育寻找思路。


科技进展

天然“转基因”使小麦获得赤霉病抗性

葛文扬, 孙思龙, 王宏伟, 孔令让

2020, 42(4):  340-346.  doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2020.04.008

摘要 ( 1393 )   PDF (1291KB) ( 533 )  

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小麦赤霉病被称作小麦“癌症”，不仅严重危害小麦的产量和品质，而且会导致脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)等真菌毒素的严重污染，而挖掘应用抗赤霉病基因培育抗病小麦品种是抵御病原菌侵害最有效的方法之一。本研究基于组装的二倍体长穗偃麦草参考基因组、BAC文库等，利用图位克隆技术克隆了一个主效抗小麦赤霉病基因Fhb7。该基因编码一个具有广谱催化作用的谷胱甘肽S-转移酶，通过去环氧化机制对单端孢霉烯族毒素起到解毒作用。令人惊奇的是，在植物界没有发现Fhb7的同源基因，但多个证据表明二倍体长穗偃麦草早期可能与Epichloë属的内生真菌形成共生体，通过水平基因转移将Epichloë Fhb7的DNA序列整合到长穗偃麦草基因组中，从而进化出抗镰刀菌属病原菌侵染的功能。Fhb7基因导入小麦后，在不同的遗传背景下，不会造成产量的明显损失，同时对小麦赤霉病和茎基腐病具有广谱抗性，因此在小麦抗病育种中具有广阔的应用前景。




白垩纪大洋缺氧事件与富氧事件

刘昕羽, 胡修棉 , 李娟

2020, 42(4):  347-354.  doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2020.04.009

摘要 ( 1691 )   PDF (3585KB) ( 540 )  

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白垩纪期间出现过多次大洋缺氧事件与大洋富氧事件，其沉积记录分别对应于黑色页岩和大洋红层。文章在国内外学者前期工作的基础上，对国际上白垩纪大洋缺氧事件和大洋富氧事件的最新研究进展进行回顾与总结，主要包括黑色页岩和大洋红层的岩石特征与成因、大洋缺氧事件和大洋富氧事件形成机制及两者之间的关联，希望能够为理解和预测未来的全球气候环境变化提供借鉴和依据。