近日，清华大学交叉信息研究院濮云飞和段路明研究组，在冷原子系统中实现了12公里光纤长度上多模式增强的预报式原子-光子纠缠。其工作创造了多项城际（>10公里）量子互联网的世界纪录。
一花一世界，一胞一乾坤。我们体内的细胞如同大千世界不同的人，各有其独特的命运和身份。细胞在退出有丝分裂进入分裂间期时，是如何精确、及时地重建其独特的基因调控网络的呢？北京大学生命科学学院宋艳课题组研究了神经发育过程中，神奇的有丝分裂书签是如何维持神经干细胞命运记忆的。
基于国际科技创新中心网络服务平台科创热榜每日榜单形成的一周科技记忆，我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。今天，为大家带来第122期。
1、《Nature Communications》丨12公里量子中继节点，刷新多项世界纪录！
多模复用的量子中继架构。通过依次激发70个独立可寻址的空间阵列存储器单元，产生280个时分（time-bin）光子模式。光子模式通过波长转换装置转换为通讯波段，在经过12公里光纤传输后在探测器上被探测。
近日，清华大学交叉信息研究院濮云飞和段路明研究组，在冷原子系统中实现了12公里光纤长度上多模式增强的预报式原子-光子纠缠。其工作创造了多项城际（>10公里）量子互联网的世界纪录，包括城际距离上的原子-光子纠缠产生速率达到1.95kHz，城际距离上原子-光子纠缠产生速率和量子存储器退相干速率的比值达到0.46（信道效率），纠缠效率通过多模复用的增强倍数达到140倍（280模式）。特别值得关注的是，当未来使用两个此种量子中继节点来实现双节点网络时，信道效率可达到0.92，接近于信道效率大于1的扩展阈值。
量子网络和量子中继是未来实现超大规模量子计算、洲际量子通讯、全球量子互联网、超高精度量子精密测量的必经之路。量子网络规模扩展的难点在于，网络节点之间通过光子干涉产生预报式纠缠所消耗的时间必须小于量子网络节点的相干时间（即“信道效率”大于1），在这种情况下量子网络才能通过纠缠交换的方法实现规模扩展，以及有效利用多对（大于等于2）远距离量子纠缠。目前全世界已经实现的城际距离量子网络最高的信道效率也小于0.01。
濮云飞、段路明研究组通过对总共280个DLCZ量子存储器模式（70个独立可寻址的存储单元和4个不同的角度模式）的时分复用，将12公里的长光纤全部填满。在这种情况下，单次纠缠尝试所需要的时间从120微秒降低到850纳秒，将实验重复率提高了140倍，从而实现远程原子-光子量子纠缠的超快分发。信道效率达到目前世界最佳的0.46。同时这也是城际量子网络信道效率首次达到接近于1这个量级的里程碑。未来如果通过单光子纠缠的方式连接两个这种量子中继节点，可以达到0.92的信道效率，将有望达到城际量子网络的扩展阈值，使未来的多节点（>2）量子中继和量子网络成为可能。
2、《Molecular Cell》丨细胞“失忆”后的“重生”，隐藏着命运基因创造的奇迹
有丝分裂书签TBP通过调控局部染色质结构维持神经干细胞命运记忆
一花一世界，一胞一乾坤。我们体内的细胞如同大千世界不同的人，各有其独特的命运和身份。细胞的命运和身份主要由其独特的基因调控网络决定和维持。细胞命运决定或维持过程出现错误均可能导致疾病发生。然而，有丝分裂作为多细胞生物生长和维持的基石，却给细胞命运或身份的跨代继承带来了巨大挑战。细胞在进入有丝分裂后，染色质高度凝集成染色体，绝大多数构成基因调控网络的元件，如转录因子和染色质重塑因子等，从染色体上剥离或降解，转录活动几乎完全停滞。随着其独特基因调控网络在有丝分裂期的“分崩离析”，细胞好似进入短暂失忆状态。那么，细胞在退出有丝分裂进入分裂间期时，是如何精确、及时地重建其独特的基因调控网络的呢？关乎细胞命运或身份的“记忆”在有丝分裂期如何被精确储存，在分裂间期又如何被及时唤醒呢？
特定的转录因子或染色质重塑因子可以在有丝分裂期保留在染色体上，作为书签因子特异“标记”关键命运基因以促进其转录的快速重新激活，从而确保细胞命运记忆的精确、及时传递。北京大学生命科学学院宋艳课题组研究发现，在神经发育过程中，转录因子TBP通过招募染色质重塑因子EP400增加局部染色质可及性，作为有丝分裂书签保留在神经干细胞染色体上，进而维持神经干细胞的命运记忆。
这项研究首次揭示了有丝分裂书签对神经发育的重要生理学意义，阐明了书签蛋白通过调控局部染色质可及性实现染色体保留的新机制。值得一提的是，研究团队建立了一个全新的技术方案，实现对发育脑中书签蛋白在染色体上的保留位点的精确鉴定。这一新方法将助力有丝分裂书签在其它物种和其它组织器官中的发现及其生理学功能和机制研究的开展。
3、《Nature Communications》丨治疗白塞病，老药如何新用？
白塞病（BD）是一种慢性系统性血管炎，兼具自身免疫和自身炎症性疾病的特征，以反复发作的口腔、生殖器溃疡和皮损为特征，其发病机制尚不明确。北京协和医院风湿免疫科郑文洁团队与清华大学免疫学研究所刘万里团队开展相关研究。他们整合分析白塞病既有的多组学数据，发现中性粒细胞代谢异常可能参与疾病发病，并通过干预实验筛选出关键代谢物——法尼基焦磷酸（FPP），发现其在BD血清和PMN中异常增多，且与炎症指标、疾病活动指数和严重程度评分正相关。
其研究表明，BD患者血清中异常升高的细胞因子——TNF-α可以诱导中性粒细胞表达TRPM2通道，而经典的靶向药物TNF抑制剂可以阻断该效应，减轻白塞病-中性粒细胞的过度活化及血管炎症。这一发现从免疫代谢的角度诠释了“老药”TNF抑制剂的新作用。
4、《MNRAS，Letters》丨太阳系究竟是怎么来的？两种理论你pick谁？
两个~0.5倍地球质量的原行星发生大碰撞的模拟。切片图展示了赤道平面附近的物质分布，厚度为现今地球半径 (R⊕) 的0.2倍。图中颜色表示目标体（原始地球）与撞击体（Theia）之间的物质混合情况，不同颜色对应地核和地幔的物质来源。
亚厘米大小的尘埃（或称为卵石）广泛存在于原行星盘中。经过盘中的流体力学不稳定性，它们可以聚集形成几十到几百公里大小的岩石行星星子。这些星子可以通过碰撞并合形成原始行星，进而发展成类地行星。这种碰撞增长过程构成了经典的太阳系类地行星形成理论的基础，值得注意的是，地球的生长最终以一次非常剧烈的巨型碰撞结束，这也导致了月球的形成；另一方面，星子也可以通过吸积大量的卵石迅速增长，这一发现引发了行星形成理论的模式转变。新提出的卵石吸积模型允许地球在几个百万年内形成，质量增生由卵石吸积主导。这两种泾渭分明的理论，对地球的物质组成和演化历史有截然不同的预言，但受限于目前少量的观测证据，很难区分哪种理论更合理。对此，中国科学院上海天文台与成都理工大学的研究团队开展一系列研究。近期他们发表了内太阳系形成演化的新进展，利用月球的形成限制了太阳系类地行星的质量增生历史，为评估不同的太阳系形成理论提供了新的视角。
研究团队认为，月球的形成由于原始地球（Proto-Earth）与一个假想的行星（Theia）之间的一次巨大碰撞。这一事件不仅导致了月球的形成，还对地球的结构和成分产生了影响。在卵石吸积模型中，原始地球与Theia，从雪线（Snow Line）附近形成并迁移到目前位置，只有两者相距较近时（Δ<20）才可能发生碰撞，此处距离以两者间的希尔半径为单位。这些碰撞发生在合理的月球形成时间窗口、合理的碰撞角度的概率极低，小于1‰。其研究结果更倾向于支持传统的星子碰撞生长模型，认为内太阳系的行星，包括地球和月球，是通过一系列复杂的碰撞并合过程形成的，卵石吸积不起主导作用。
5、《Matter》丨开脑洞！多金属气凝胶可以这样 “升级”
Au50Pt50凝胶电催化剂的制备及在醇氧化反应中的电催化性能。
金属气凝胶是一种具有独特纳米级多孔结构的材料，有着三维连续的导电/传质网络、优异的催化性质、大比表面积，在电催化、储能及传感等领域具有重要应用价值。这种材料通常通过溶胶-凝胶法或水热法制备，其中金属盐和有机物在溶剂中混合，然后通过一系列化学反应形成凝胶状物质。多金属气凝胶（Multimetallic metal Aerogels, MMAs）是金属气凝胶中的一类，因其多金属协同作用所带来的可调节性质与多功能性引发广泛关注。目前大多数研究通过一步法制备MMAs。一步法简单、高效，却缺乏对合成过程的控制，无法对溶胶-凝胶过程、气凝胶特征尺寸等精确调控。
近日，北京理工大学材料学院杜然与化学与化工学院张磊宁课题组合作，探究了多金属效应在金属气凝胶结构调控方面的功能与作用机制，开发出一种基于重力驱动沉降的非破坏性制备方法。该方法避免了传统滴铸法中超声过程对MAs完整性的破坏，成功保留了气凝胶的完整3D网络结构，从而显著提高了其电催化性能，是一种高效、无损金属气凝胶基电催化剂的新型制备方法。
6、《Water Research》丨纳米催化剂“膜”法成节水新策略
水资源是我们生活中不可或缺的一部分，随着全球经济发展，水污染问题日益严重，淡水资源紧缺。科学家由此提出一种名为高级氧化工艺（AOPs）的技术，让水资源得以循环利用，借助活性氧（ROS）这种具有强氧化性的物质有效地分解水中的污染物。这种技术通过使用纳米催化剂来产生活性氧，从而达到净化水质的目的。
由于ROS在水中的有限质子转移和极短寿命，该技术应用仍受低活性效率和低自由基利用率的限制，并且受限于粉末催化剂难以回收的难点。对此，山东大学环境科学与工程学院常家乐发现，通过将纳米催化剂固定在膜/柱/过滤器上形成各种催化宏观结构可以解决AOPs的困境，其核心原理是控制微污染物、氧化剂分子与催化剂表面之间的纳米尺度距离。
研究人员从基础科学到未来应用策略等角度，对基于纳米限域催化宏观结构的类芬顿催化进行了综合评述，对纳米限域催化宏观结构的制备策略、成本控制和大规模应用前景进行了系统说明，对水环境修复技术的发展具有重要意义。
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