一天3篇第一部門Nature！985團隊獲開創性發現

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來源：學之策綜合自 Nature、中科大、中大、中科院生物物理所

7 月 12 日晚，中山大學王猛團隊、中國科學院生物物理研究所薛願超團隊和中科大潘建偉團隊分别在 Nature 發表最新成果。

北京時間 7 月 12 日晚上 11 點，《自然》雜志（Nature）刊登中山大學王猛教授團隊主導的科學成果：首次發現液氮温區鎳氧化物超導體。

這是中國科學家在全球率先發現的全新高温超導體系，是人類目前發現的第二種液氮温區非常規超導材料，是基礎研究領網域 " 從 0 到 1" 的突破，将有望推動破解高温超導機理，使設計和預測高温超導材料成為可能，實現更廣泛更大規模的產業化應用。

" 這次發現高温超導的鎳氧化物，鎳的價态為 +2.5 價，超出傳統預期，其電子結構、磁性與銅氧化物完全不同。通過比較研究，将有可能确定高温超導的關鍵因素，推動科學家破解高温超導機理。" 王猛教授介紹，" 根據機理，有望與計算機、AI 技術等學科交叉後，設計、合成新的更多的更容易應用的高温超導材料，實現更加廣泛的應用。"

La3Ni2O7 單晶樣品高壓下的電阻、抗磁性及超導上臨界磁場拟合

這個發現在審稿階段于科研論文預印平台公布後，迅速受到全球超導領網域研究人員廣泛關注和跟進研究，在一個月左右的時間裏已有十餘篇相關理論和實驗工作相繼公布。論文也得到了《自然》雜志審稿人的高度評價，認為它 " 具有突出重要性 "" 是開創性發現 "" 業内将廣泛關注 "。

本工作由中山大學物理學院教授王猛領導完成。中山大學物理學院副研究員孫華蕾、博士研究生霍夢五為論文的共同第一作者，王猛和清華大學教授張廣銘為論文共同通訊作者。實驗方面，王猛教授團隊得到華南理工大學唐玲雲、毛忠泉，中國科學院物理研究所程金光團隊，美國亞利桑那州立大學博士韓藝豐支持；理論方面中山大學教授姚道新和博士研究生胡訓武開展了基于密度泛函理論的材料結構和能帶計算，清華大學張廣銘教授提出了一個理解實驗和計算結果的物理影像。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06408-7

2023 年 7 月 12 日，中國科學院生物物理研究所薛願超團隊在《Nature》雜志在線發表了題為 "Complementary Alu sequences mediate enhancer-promoter selectivity" 的研究論文。

轉錄調控在維持細胞功能和正常發育過程中起着關鍵作用。其中，增強子（enhancer）作為調控基因轉錄的重要元件，往往需要通過遠距離染色質環化與目标啓動子（promoter）相互作用，從而決定基因的時空表達特異性。這一過程不僅參與了細胞命運的決定，還在多種疾病的發生發展中扮演着重要角色。增強子能夠精确地選擇需要激活的目标啓動子，以準确調節特定基因的轉錄時間和轉錄水平。然而，增強子和啓動子配對選擇的特異性是如何實現的依然是未解之謎。

為了解決這一關鍵科學問題，薛願超團隊利用實驗室之前開發的 RNA 原位構象測序技術 RIC-seq（Nature, 2020），系統捕獲了增強子 RNA（eRNA）和啓動子來源的非編碼 RNA（uaRNA 或 PROMPTs）之間的相互作用，并構建了高分辨率增強子 - 啓動子 RNA 互作（EPRI）圖譜。與傳統的染色質構象捕獲技術如 Hi-C、HiChIP、ChIA-PET 等不同，RIC-seq 技術可直接鑑定增強子和啓動子非編碼 RNA 之間的空間互作位點，并據此推導增強子 - 啓動子的鏈接網絡，因此在解析增強子 - 啓動子互作的序列特征方面具有更高的分辨率。

基于 EPRI 圖譜，該研究團隊發現增強子與啓動子之間的配對選擇特異性受到基因組重復序列 Alu 的調控。Alu 序列是哺乳動物尤其是人類基因組中廣泛分布的重復元件。研究人員發現，增強子和啓動子 RNA 中的 Alu 序列充當了增強子 - 啓動子之間相互交流的中介，并通過多種實驗證明增強子 RNA 和啓動子 RNA 中反向互補的 Alu 序列可通過鹼基配對形成 RNA 雙鏈，從而決定了增強子 - 啓動子的配對選擇特異性。這一發現不僅揭示了 Alu 在基因表達調控中的新機制，還為理解增強子和啓動子非編碼 RNA 在轉錄激活的功能提供了新視角。

此外，研究人員通過将非編碼區突變映射到增強子 - 啓動子 RNA 互作（EPRI）圖譜，構建了 " 突變 - 功能 " 圖譜，系統地注釋了非編碼突變（尤其是 Alu 元件的删除和插入）影響的靶标基因，為理解疾病發生提供了寶貴的資源。研究團隊進一步發現，位于 Alu 元件中的突變可能會影響眾多蛋白質編碼基因的轉錄，從而對細胞命運產生重要影響。如癌基因 PTK2 增強子中的多态性 Alu 元件删除能夠顯著降低癌細胞增殖和侵襲能力，這為 Alu 元件突變與癌症易感性之間的關聯提供了重要線索。

" 增強子 - 啓動子互作圖譜 " 以及 " 突變 - 功能圖譜 " 構建

該研究工作從非編碼 RNA 的角度上揭示了增強子 - 啓動子配對選擇特異性的原則，并将非編碼風險變異與其分子功能聯系了起來，為我們深入理解基因轉錄調控的分子機制，以及疾病發生發展提供了新範式。

該項工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金委、中科院先導項目和王寬誠教育基金等多項基金資助。中國科學院生物物理所博士後梁良，副研究員曹唱唱、吉蕾，特别研究助理蔡兆奎為本文共同第一作者，薛願超研究員為唯一通訊作者。河南師範大學碩士研究生王若言和白志博參與了該項研究工作。該研究工作還得到了廣東省人民醫院朱平教授和河南師範大學楊獻光教授的幫助和指導。此外，生物物理所生物成像平台和實驗動物平台也為該研究提供了技術支持。

文章鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-0632

中國科大成功實現最大規模的 51 比特量子糾纏态制備

中國科學技術大學中國科學院量子信息與量子科技創新研究院潘建偉、朱曉波、彭承志等組成的研究團隊與北京大學袁骁合作，成功實現了 51 個超導量子比特簇态制備和驗證，刷新了所有量子系統中真糾纏比特數目的世界紀錄，并首次實現了基于測量的變分量子算法的演示。該工作将各個量子系統中真糾纏比特數目的紀錄由原先的 24 個大幅突破至 51 個，充分展示了超導量子計算體系優異的可擴展性，對于多體量子糾纏研究、大規模量子算法實現以及基于測量的量子計算具有重要意義。相關研究成果于 7 月 12 日在線發表在國際學術期刊《自然》雜志上。

量子糾纏是量子力學中最神秘也是最基礎的性質之一，同時也是量子信息處理的核心資源，是量子計算加速效應的根本來源之一。多年以來，實現大規模的多量子比特糾纏一直是各國科學家奮力追求的目标。自 1998 年人們首次利用核磁共振系統實現 3 比特 GHZ 态的制備開始，真多體糾纏态的制備成為包括光子、離子阱、NV 色心、中性原子及超導量子比特等各種物理系統規模化擴展的重要表征手段。其中，超導量子比特具有規模化拓展的優勢，在近年來發展迅速。我國科學家在超導量子比特多體糾纏制備方面取得了一系列重要成果，自 2017 年起先後完成了 10 比特、12 比特、18 比特的真糾纏态制備，不斷刷新超導量子計算領網域的糾纏比特數目紀錄。

然而，更大規模的真糾纏态制備要求高連通性的量子系統、高保真的多比特量子門操作、以及高效準确的量子态保真度表征手段。高連通性保證了大規模量子态生成的可能性，避免了因缺陷和連通性不足限制量子态規模；通過高保真量子門才能夠将量子比特連接起來形成高保真的多體量子糾纏态；而高效的量子态表征是克服随比特數指數級增長的量子态規模復雜度、進行量子态保真度準确估計的重要保證。這些要求對量子系統的性能、操控能力以及驗證手段提出了很高的要求，使此前真糾纏比特的規模停留在約 20 個量子比特的水平。

圖 1 量子真糾纏态比特數目的發展歷史

研究團隊在前期構建的 " 祖衝之二号 " 超導量子計算原型機的基礎上，進一步将并行多比特量子門的保真度提高到 99.05%、讀取精度提高到 95.09%，并結合研究團隊所提出的大規模量子态保真度驗證判定方案，成功實現了 51 比特簇态制備和驗證。最終 51 比特一維簇态保真度達到 0.637 ± 0.030，超過 0.5 糾纏判定阈值 13 個标準差。這一結果将各個量子系統中真糾纏比特數目的紀錄由原先的 24 個大幅突破至 51 個，充分展示了超導量子計算體系優異的可擴展性。在此基礎上，研究團隊通過結合基于測量的變分量子本征求解器，開展了對于小規模的擾動平面碼的本征能量的求解，首次實現了基于測量的變分量子算法，為基于測量的量子計算方案走向實用奠定了基礎。

本研究工作得到了科技部、安徽省、上海市、自然科學基金委和中科院等的資助。