两类不同量子资源间实现相互循环转化

从中国科学技术大学获悉,该校郭光灿院士团队李传锋、项国勇研究组与新加坡南洋理工大学、北京大学、清华大学的合作者,提出量子相干性与量子关联之间的循环转化方法,并在光子系统中实验验证了该方案。该研究成果日前在线发表在国际期刊《物理评论快报》上。

不同物理资源之间转换一直是物理学研究的一项重要内容。其中最著名的例子就是由热能转换成动能的蒸汽机。在量子信息领域,量子资源(量子关联、量子相干性等)不仅对量子力学基本问题研究有着极其重要的作用,而且在各种量子任务中也扮演着不可或缺的角色。量子相干性是量子系统区别于经典系统的根源。作为两种重要的量子资源,量子相干性和量子关联之间能不能相互转化以及如何转化等问题近年来受到广泛关注。

科研人员将两个不相关的过程结合起来,理论上提出了在上述两个协议下实现量子相干性和量子关联之间无损失循环转化的线路图。考虑一个两体系统A和B,B是一个非相干的附属粒子。在量子相干性到量子关联的转化中,通过一个两体的非相干量子操作,使A上的量子相干性完全转化到A与B之间的量子关联上。在量子关联到量子相干性的转化中,通过对B的投影测量加上对A的非相干量子操作,使A的量子相干性最大化。项国勇等人设计了光学实验,最终,该实验完整展示了量子相干性和量子关联两种量子资源之间的循环转化。为什么牦牛等生物可以在强辐射、缺氧等极端环境中繁衍生息?它们的基因结构有哪些不同?记者1日从中科院成都生物所获悉,我国科学家已首次完成全球海拔分布最高的青藏高原温泉蛇基因组测序,解析了这种变温动物适应高海拔极端环境的遗传机制。

由于极端环境生物的生活环境独特,因此长期的适应性进化使得它们在基因结构组成、酶特性及代谢功能等方面均不同于其它生物。作为我国特有珍稀保护物种,在青藏高原海拔3500米至4400米区域的温泉附近石堆、水边和沼泽草甸中生存的温泉蛇,是世界上分布海拔最高的蛇类之一。

科学家通过对温泉蛇进行全基因测序,在高海拔温泉蛇属3个物种中,发现了27个不同蛋白中的27个共有氨基酸替换,而这项基因突变则大多与免疫、低氧适应应答和DNA修复等功能相关。研究同时发现,与DNA修复相关的FEN1基因的突变型,在紫外照射下具有更强的稳定性,推测这种基因突变有助于温泉蛇属物种在高海拔环境中对紫外线的抵抗。此外,温泉蛇EPAS1基因的突变,减弱了其调节下游基因红细胞生成素表达的能力,进而导致温泉蛇血红蛋白浓度处于较低水平,是温泉蛇适应高海拔低氧条件的重要原因。

“青藏高原是一座研究生物适应高原环境变化机制的自然实验室。从恒温动物和变温动物等方面,综合开展高原极端环境的遗传机制研究,将为人类高原病的预防和治疗提供一定参考。”探究团队牵头人、中国科学院成都生物研究所研究员李家堂说。

目前,其相关研究成果《比较基因组学研究解析变温动物蛇类对高海拔环境的适应》已在国际学术期刊《美国科学院院刊》在线发表。