清华、复旦连续发表3篇Nature和1篇Science，系列科研新进展

近期，来自清华大学、复旦大学、中科院植物所等团队的中国科学家近一周内连续发表的1篇Science和3篇Nature研究论文值得我们关注。其中，清华大学以第一单位发表2篇Nature和1篇Science，其中1篇Science与中科院植物所合作完成，复旦大学以第一单位发表1篇Nature。

第一作者：皮雄、赵松浩、王文达

通讯作者：隋森芳、沈建仁、匡廷云

通讯单位：清华大学、中科院植物所

硅藻是海洋主要的浮游生物之一，贡献了地球上每年原初生产力的20%左右，且在生物地球化学循环中起着重要作用，这些特征与其光系统（Photosystem，PS）以及外周捕光天线的功能密切相关。然而硅藻FCPII天线蛋白的结构及其与PSII核心复合体的结合方式，以及它们之间的相互作用机制并不清楚，因此硅藻PSII-FCPII超级复合体的能量传递、转换和光保护机制也未得到阐明。

硅藻PSII-FCPII超级复合体在类囊体膜上的示意图

8月2日，清华大学隋森芳团队和中科院植物所沈建仁和匡廷云团队在Science发表论文，利用单颗粒冷冻电镜技术解析了一种中心纲硅藻，国际上首次解析硅藻光系统II-捕光天线超级复合体原子水平三维结构。

隋森芳，生物物理学家。清华大学生命科学学院教授。2009年当选中国科学院院士。长期从事蛋白质及生物膜的结构与功能的研究。主要利用冷冻电子显微学，结合生物化学、生物物理学和细胞生物学等技术手段研究（1）蛋白质复合体、复杂蛋白质机器及膜蛋白的结构、功能与工作机制；（2）囊泡运输中的分子机制，蛋白质与膜脂的相互作用，生物膜与重大疾病的关系。

第一作者：孙泽元、易扬帆

通讯作者：吴施伟、许晓栋

通讯单位：复旦大学、华盛顿大学

尽管二维磁性材料的铁磁性质已有研究，但反铁磁态由于不具有宏观磁化，材料体系整体对外不表现出磁性，加之样品既薄又小，其实验研究是领域内的一大难题。

双层三碘化铬（CrI3）的二次谐波光学显微图

8月1日，复旦大学吴施伟课题组联合华盛顿大学许晓栋课题组在Nature报道了在二维磁性材料双层三碘化铬中观测到源于层间反铁磁结构的非互易二次谐波非线性光学响应，并揭示了三碘化铬中层间反铁磁耦合与范德瓦尔斯堆叠结构的关联。

吴施伟，复旦大学物理系教授、博士生导师。吴施伟课题组长期致力于开发和利用各种先进的扫描探针技术及光学技术来研究小尺度体系中的物理，并从微观角度解决凝聚态物理和表面科学中的一些前沿的或疑难的问题。关注的研究问题或对象包括原子级尺度的光物理，二维量子材料和碳纳米结构的显微光谱和超快动力学，一维或准一维纳米结构中的奇异物理，复杂氧化物中的相变和相分离，低维等离激元纳米结构等。课题组运用的技术包括扫描隧道显微镜，原子力显微镜，近场和共聚焦光学显微镜等。为了更好的满足实验在不同情况下的各种苛刻条件，课题组相当一部分仪器需要自行设计和研制或改装。课题组关于石墨烯中无质量狄拉克费米子三阶非线性光学响应的电学调控的工作 (Nature Photonics 12, 430-436 (2018)) 被选为2018年中国光学十大进展（基础研究类）。

第一作者：裴京、邓磊、宋森、赵明国、张悠慧、吴双、王冠睿

通讯作者：施路平

通讯单位：清华大学

人工智能技术的迅猛发展使人们在多个领域实现了前所未有的突破。但目前占主流的专有人工智能有很大局限性，可以赋能各行各业的人工通用智能是未来的发展方向，但至今尚无有效解决方案。发展人工通用智能主要有基于计算机和基于神经科学两个主要方向，二者各有优缺点，目前将两者融合被公认为是最佳解决方案之一，而其基础则为支持融合计算的平台硬件。

8月1日，清华大学类脑计算中心施路平教授团队借鉴脑科学的基本原理，提出了符合脑科学基本规律的新型类脑计算架构——异构融合的天机类脑计算芯片架构，可同时支持计算机科学和神经科学的神经网络模型，例如人工神经网络和脉冲神经网络，发挥它们各自的优势。“天机芯”有望促进人工通用智能发展，并被选为Nature封面文章。

施路平，清华大学教授，清华大学类脑计算中心主任，光盘国家工程研究中心主任，国际光学工程学会（SPIE）会士。研究领域包括类脑计算、智能仪器，半导体非易失性存储器、光存储、集成光电子学、自旋电子学、纳米科学与技术等。

因其在类超晶格相变材料和器件的杰出贡献而于2004年获颁新加坡国家科技奖（当年唯一，第一获奖人）。

第一作者：路尧、张帅宁、张宽

通讯作者：路尧、金奇奂

通讯单位：清华大学

对于量子系统控制的规模和精确度日益提升，使得量子计算机的实现不再遥不可及，建立更高效的多量子比特纠缠操作的方法对于实现实用量子计算有促进作用。理论研究中，已有许多研究人员指出了多量子比特纠缠门，特别是其中的全局纠缠门的实用意义，但这些方案还缺乏实验验证。

全局纠缠门可以有效的对量子线路进行化简

7月24日，清华大学交叉信息研究院金奇奂副教授研究组在Nature报道了在离子阱系统中实验演示了超过两比特的全局纠缠逻辑门。金奇奂组在实验系统中对一种基于离子阱系统的全局纠缠门实现方案进行了演示与性能测试。离子阱系统作为实现大规模通用量子计算最具潜力的系统之一，具有最长的量子比特相干时间，能够执行高保真度的量子态测量与量子门操作。通过在单个势阱中囚禁多个离子，量子比特数可以扩展至数十至上百个，而基于此的小规模可编程量子计算机也在近日实现。

金奇奂，清华大学交叉信息研究院副教授（Tenure）。

参考来源：

1.ZeyuanSun et al. Giant nonreciprocal second-harmonic generation fromantiferromagnetic bilayer CrI3. Nature 2019.

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1445-3

2.Jing Pei et al. Towards artificial general intelligence with hybridTianjic chiparchitecture. Nature 2019, 572, 106-111.

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1424-8

3.Yao Lu et al. Global entangling gates on arbitrary ion qubits. Nature 2019.

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1428-4

4.Xiong Pi et al. The pigment-protein network of a diatom photosystemII–light-harvesting antenna supercomplex. Science 2019, 365, eaax4406.

https://science.sciencemag.org/content/365/6452/eaax4406

5.隋森芳课题组官网，施路平课题组官网、吴施伟课题组官网、金奇奂课题组官网、

6.清华大学新闻网、复旦大学新闻网、中科院植物所新闻网