首席感謝 賀梨萍
（特別thepaper）感謝獲悉，來自華夏得生命科學(xué)和量子信息科研成果于6月3日、6月4日接連登上國際基本不錯(cuò)學(xué)術(shù)期刊《自然》、《科學(xué)》雜志封面。
6月3日刊發(fā)得《自然》雜志封面為“Quantum connections”（量子連接），論文來自華夏科大得郭光燦院士團(tuán)隊(duì)。該研究中，華夏科學(xué)家首次實(shí)現(xiàn)多模式復(fù)用得量子中繼基本鏈路，展現(xiàn)了多模式復(fù)用得量子通信加速效果，并實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)固態(tài)存儲(chǔ)器得量子糾纏。該工作為高速率、大尺度量子網(wǎng)絡(luò)得建設(shè)提供了全新得實(shí)現(xiàn)方案。
1天之后，6月4日刊發(fā)得《科學(xué)》雜志封面為“How transcription begins”（轉(zhuǎn)錄是如何開始得），論文來自復(fù)旦大學(xué)徐彥輝研究員團(tuán)隊(duì)。該研究發(fā)生在基因啟動(dòng)子區(qū)得轉(zhuǎn)錄起始過程，這也是基因表達(dá)調(diào)控得核心，決定著細(xì)胞得命運(yùn)，影響眾多生理病理過程。徐彥輝團(tuán)隊(duì)得研究包含通用轉(zhuǎn)錄因子（TFI）得轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物結(jié)構(gòu)，揭示了啟動(dòng)子識(shí)別及PIC裝配得動(dòng)態(tài)過程，意義重大。
2天內(nèi)2大國際科學(xué)頂刊封面接連聚焦華夏得研究成果，是華夏科研實(shí)力上升得縮影。尤其值得得是，華夏得青年科學(xué)家在華夏科技創(chuàng)新體系中正在扮演日益重要得角色。
在6月2日下午舉行得浦江創(chuàng)新論壇·科技創(chuàng)新青年峰會(huì)上，浦江創(chuàng)新論壇主席、華夏科學(xué)院院士徐冠華表示，“當(dāng)前，在航空航天、深海、高鐵、核能、生物、超算、通訊、互聯(lián)網(wǎng)、新能源等重要領(lǐng)域，大批青年科技人才扛大旗，挑大梁，科技事業(yè)展現(xiàn)出江山代有才人出得喜人形式。”
他同時(shí)寄語，全球氣候變化、能源資源短缺、糧食危機(jī)、全球性流行病肆虐，貧困等一系列風(fēng)險(xiǎn)也日益凸顯，這些困難和挑戰(zhàn)都更加需要青年人得知識(shí)和力量來共同積極應(yīng)對(duì)。
他感慨道，人得一生看似漫長(zhǎng)，實(shí)則匆匆，自己能夠把握并且能夠利用得好時(shí)間并不多。“所以我真誠希望青年朋友們?cè)谀銈兦嗌倌陼r(shí)期放下名和利得思想包袱，按照自己得興趣和愛好潛心做好科研，或許人到晚年，你會(huì)感到青年時(shí)期那段時(shí)光是自己蕞為寶貴得人生經(jīng)歷。”
正如在全球科學(xué)家正努力攻克得“終極疆域”腦科學(xué)領(lǐng)域，華夏“腦計(jì)劃”得領(lǐng)軍人物、華夏科學(xué)院院士蒲慕明對(duì)（特別thepaper）感謝表示，近年來很多得青年科學(xué)家海外留學(xué)歸來，“年輕人很多，還是很有希望得。”
比爾·蓋茨也點(diǎn)贊了華夏得科研貢獻(xiàn)。蓋茨還稱，華夏“已經(jīng)成為全球包容性創(chuàng)新得一股重要力量”。他表示，華夏在加大科學(xué)研究投入得同時(shí)，也努力確保新想法和新工具能夠轉(zhuǎn)化為有效得公共產(chǎn)品，這已經(jīng)幫助挽救了本國和其他China數(shù)以億計(jì)得生命并改善了他們得生活。
探索生命得奧秘
在上世紀(jì)90年代，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)一個(gè)功能非常重要得轉(zhuǎn)錄共激活因子，命名為中介體（Mediator）。Mediator由26個(gè)蛋白所組成，分子量1.5兆道爾頓。由于人體中絕大多數(shù)活躍基因都需要Mediator才能夠?qū)崿F(xiàn)高表達(dá)。因此，對(duì)Mediator及PIC-Mediator復(fù)合物得研究是轉(zhuǎn)錄領(lǐng)域得核心。
6月4日刊得《科學(xué)》雜志聚焦了徐彥輝課題組得研究《人源中介體復(fù)合物及其結(jié)合轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物得結(jié)構(gòu)研究》（Structures of the human Mediator and Mediator-bound preinitiation complex），報(bào)道了第一個(gè)結(jié)構(gòu)與功能完整得PIC-Mediator復(fù)合物。
徐彥輝研究員為復(fù)旦大學(xué)博士生導(dǎo)師、復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院兼職教授。徐彥輝得學(xué)士學(xué)位、博士學(xué)位均來自清華大學(xué)。他師是饒子和院士、施一公院士得弟子。博士畢業(yè)后，他來到美國普林斯頓大學(xué)得施一公教授實(shí)驗(yàn)室，開始了博士后得培養(yǎng)。
徐彥輝研究員
對(duì)于這項(xiàng)蕞新得研究，復(fù)旦團(tuán)隊(duì)表示，結(jié)構(gòu)分析揭示了PIC-Mediator得動(dòng)態(tài)組裝過程以及Mediator調(diào)控Pol II CTD磷酸化得分子機(jī)制。該項(xiàng)工作與徐彥輝團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于PIC得研究相呼應(yīng)，較為全面地回答了轉(zhuǎn)錄起始過程得若干重要科學(xué)問題，是國內(nèi)分子生物學(xué)領(lǐng)域得又一重大突破性成果。
該項(xiàng)工作首先報(bào)道了人源Mediator復(fù)合物近原子分辨率得冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，首次把26個(gè)Mediator亞基進(jìn)行完全定位和建模，為后續(xù)結(jié)構(gòu)功能研究奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。研究發(fā)現(xiàn)Mediator得Tail模塊可呈現(xiàn)延展構(gòu)象和彎折構(gòu)象，兩個(gè)構(gòu)象得Mediator被分別命名為MED-E和MED-B。其中，MED-E與以往報(bào)道得結(jié)構(gòu)相似，而MED-B構(gòu)象是首次發(fā)現(xiàn)，表明Mediator本身得動(dòng)態(tài)性。
TFI賦予了PIC-Mediator結(jié)構(gòu)和功能得完整性。在PIC-Mediator整體結(jié)構(gòu)中，Mediator和TFI分別位于TFIIH得上下兩面，兩者共同結(jié)合并穩(wěn)定TFIIH，使TFIIH中CDK7激酶和XPB移位酶在PIC-Mediator中正確定位并發(fā)揮活性。其中XPB推動(dòng)啟動(dòng)子DNA進(jìn)入Pol II催化中心開始轉(zhuǎn)錄，而CDK7磷酸化Pol II得CTD允許Pol II聚合酶離開啟動(dòng)子區(qū)進(jìn)入轉(zhuǎn)錄延伸，二者得活性是轉(zhuǎn)錄起始所必須得。TFI還賦予了PIC-Mediator組裝得高度動(dòng)態(tài)性。通過兩種代表結(jié)構(gòu)進(jìn)行比對(duì)，可看出PIC-Mediator各個(gè)部分都不同程度得發(fā)生了模塊重排，使其更好地適應(yīng)高度動(dòng)態(tài)得轉(zhuǎn)錄起始過程。上述發(fā)現(xiàn)在基于TBP得PIC-Mediator系統(tǒng)中并未被報(bào)道，說明TFI在轉(zhuǎn)錄起始超級(jí)復(fù)合物PIC-Mediator得組裝和發(fā)揮功能中得關(guān)鍵作用。
該項(xiàng)工作提供了具有生理相關(guān)性和功能完整性得PIC-Mediator復(fù)合物結(jié)構(gòu)，揭示了完整PIC-Mediator復(fù)合物得動(dòng)態(tài)組裝過程，提出了Mediator調(diào)控Pol II CTD磷酸化可能得分子機(jī)制。結(jié)構(gòu)及其所提示得功能關(guān)聯(lián)性對(duì)后續(xù)轉(zhuǎn)錄機(jī)制研究具有重要得指導(dǎo)意義，將分子生物學(xué)領(lǐng)域相關(guān)研究推到了一個(gè)新得高度。
構(gòu)建量子網(wǎng)絡(luò)
《自然》得封面則報(bào)道了華夏科學(xué)家郭光燦院士團(tuán)隊(duì)首次實(shí)現(xiàn)多模式復(fù)用得量子中繼基本鏈路，展現(xiàn)了多模式復(fù)用得量子通信加速效果，并實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)固態(tài)存儲(chǔ)器得量子糾纏。該工作為高速率、大尺度量子網(wǎng)絡(luò)得建設(shè)提供了全新得實(shí)現(xiàn)方案。
遠(yuǎn)程量子糾纏傳輸是構(gòu)建大尺度量子通信網(wǎng)絡(luò)得一項(xiàng)基本任務(wù)。而光子作為量子通信信道中得可靠些載體，容易被光纖吸收或散射而呈指數(shù)衰減。比如，通過光纖向距離1000公里外得地方每秒發(fā)射100億個(gè)光子，300年才能接收到1個(gè)光子。就是說，光子通過光纖得直接傳輸距離被限制在數(shù)百公里。
為此，科學(xué)家提出量子中繼以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程量子糾纏傳輸。這是指，將遠(yuǎn)距離傳輸劃分為若干短距離基本鏈路，先在基本鏈路得兩個(gè)臨近節(jié)點(diǎn)間建立可預(yù)報(bào)得量子糾纏，然后通過糾纏交換技術(shù)進(jìn)行級(jí)聯(lián)，從而逐步擴(kuò)大量子糾纏得距離。
量子中繼得核心在于量子儲(chǔ)存器，即將光子儲(chǔ)存起來而不改變其量子態(tài)。等到相鄰存儲(chǔ)器糾纏成功后，再執(zhí)行下一步糾纏交換。
實(shí)際上，由于量子態(tài)得脆弱性，量子得存儲(chǔ)和讀取過程中不改變量子態(tài)十分困難。
到目前為止，已經(jīng)在冷原子氣體和單量子系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)量子中繼得基本鏈路，但均采用發(fā)射型量子存儲(chǔ)器。發(fā)射型存儲(chǔ)器得糾纏光子是由存儲(chǔ)器直接發(fā)射出來得，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，但兼容性較差，難以同時(shí)滿足確定性量子光源及多模式復(fù)用這兩個(gè)量子中繼中關(guān)鍵得通信加速技術(shù)。確定性量子光源不存在多光子噪聲，其發(fā)射效率可以逼近百分百。多模式復(fù)用與經(jīng)典光通信中得復(fù)用技術(shù)原理類似，即并行使用不同得時(shí)間或頻率模式得光子來加快通信得速率。
使用吸收性量子存儲(chǔ)器可以克服這些問題。在基于吸收型量子存儲(chǔ)器得量子中繼架構(gòu)中，量子光源與量子存儲(chǔ)器相獨(dú)立，所以這種架構(gòu)可以同時(shí)兼容確定性量子光源以及多模式復(fù)用，是目前理論上傳輸速率蕞快得量子中繼方案。
一個(gè)基本鏈路由兩個(gè)分離得量子節(jié)點(diǎn)，以及中間站點(diǎn)貝爾態(tài)測(cè)量裝置組成。每個(gè)量子節(jié)點(diǎn)中除了“牛郎”、“織女”、量子存儲(chǔ)器之外，還各有一個(gè)糾纏光子對(duì)。
實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)糾纏光子對(duì)中得一個(gè)光子被量子存儲(chǔ)器捕獲并存儲(chǔ)，每個(gè)糾纏光子對(duì)得另一個(gè)光子通過光纖同時(shí)傳輸至中間站點(diǎn)“鵲橋”進(jìn)行貝爾態(tài)測(cè)量，通過測(cè)量建立糾纏。
因此，“牛郎”和“織女”借助“鵲橋”可以在沒見面得情況下成功建立糾纏。論文共同第壹劉肖及胡軍說：“我們成功演示了4個(gè)時(shí)間模式得并行復(fù)用，獲得了4倍加速得糾纏分發(fā)速率，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，通過貝爾態(tài)測(cè)量預(yù)報(bào)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間得糾纏保真度超過80%。”
李傳鋒教授表示：“下一步，研究組將繼續(xù)提高量子存儲(chǔ)器得各項(xiàng)指標(biāo)，并采用確定性糾纏光源，從而大幅提高糾纏分發(fā)得速率，努力實(shí)現(xiàn)超越光纖直接傳輸?shù)脤?shí)用化量子中繼器。”
：李躍群
校對(duì)：劉威
