2016年,在一個個有望改變人們未來生活的領域,中國科學家從未停止追逐的腳步,取得了一次又一次的突破。
今天,就一起來了解改變未來的三大前沿科技,未來,它們很可能影響你的生活!
捕捉神秘馬約拉納費米子
首先來認識一種名叫馬約拉納費米子的粒子,由於狀態非常穩定,這種粒子是製造量子電腦的完美選擇之一,但是為了捕捉它,科學家們已經潛心追蹤了80年。
在上海交通大學的一所實驗室裏,賈金鋒正帶領他的團隊研究一種神奇的粒子:馬約拉納費米子。溫度一點點提高,磁場逐步改變,賈金鋒教授要隨時追蹤馬約拉納費米子的狀態。
儘管很多人在談論量子計算的超強性能,比如一秒鐘就能完成現在超級電腦幾年的計算任務,但是迄今沒有製造出一台真正意義上的量子電腦,其中一個很重要的原因就是,用於量子計算的粒子狀態並不穩定,任何電磁或物理干擾都可以輕易打亂它的工作。而馬約拉納費米子的狀態非常穩定,這使它成為製造量子電腦的完美選擇之一。六個月前在上海交大的實驗室裏,賈金鋒成功捕捉到了它。
提起當時的情景,賈金鋒說:“其實我剛開始聽到這個馬約拉納費米子的時候,我覺得這個東西,可能20年也不一定做得出來。”
利用特殊的材料製備方法,賈金鋒研究團隊在超導體上生長5個奈米厚度的拓撲絕緣體,製備出拓撲超導體材料,最終在拓撲超導體的界面上發現了馬約拉納費米子。迷蹤80年的神秘粒子被成功捕獲,也讓賈金鋒更加堅定了用其製造量子電腦的信心。
說起對未來的打算,賈金鋒說:“希望能在幾年之內把拓撲量子比特做出來!(此前)全世界還沒有,所以我們要是從這一點開始切入的話,我們跟全世界是同一個起跑線,對我們國家來說,這是能夠趕上量子計算世界腳步的一個切入點。”
液態金屬站起來 電影場景或成現實
喜歡科幻電影的朋友對液態金屬機器人應該不會陌生,然而讓液態金屬站起來,像科幻電影裏一樣成為任意改變形態的機器人,是科學家們正在努力的方向。在中科院的研究所裏,我國科學家也同樣在這一領域裏不斷探索、不斷突破。
中科院理化所研究員、清華大學教授劉靜介紹說:“柔性機器應該說是機器人領域裏面最具挑戰性的,而且應該是終極目標,液態金屬近年來為這個柔性機器打開很多視野。”
劉靜課題組研究的是國際最前沿的鎵銦合金。金屬的熔點較高,通常除了水銀,常規環境下的金屬多呈固態。而鎵銦這兩種金屬的合金即使在室溫下也能保持液態,而且具有很多神奇特性。現在劉靜最大的目標就是要讓他的液態金屬能站起來,“現在咱們液態金屬的力量還偏弱,但是怎麼讓它有10倍甚至20倍更大的(力量)?”
然而要想研製出像電影中一樣的液態金屬機器人,劉靜卻遇到了一個最大的坎,“需要它站立起來,它馬上就在這個桌面上可以立起來,需要它趴下去,它就像一灘水一樣,迅速匍匐在這個桌面上,這是我們現在一個最基本的難點。”
劉靜嘗試著往液態金屬中添加固體金屬,就好像人體的骨骼一樣,這樣液態金屬就有了支撐自身的力量,同時,劉靜還希望能用柔性材料將液態金屬封裝起來,就好像在液態金屬外面加一層皮膚。朝著這一目標,劉靜團隊在2016年實現了液態金屬的一系列成果。柔性液態金屬可以節律性地振蕩跳躍,可以在電場中做各種複雜的運動。
劉靜說, 2017年的目標是希望能夠把液態金屬組裝起來,讓它站立起來,“就像類似于科幻電影裏面可變形的液態金屬機器,這是完全有可能的。”
醫療領域新方向:細胞再生
在不久的將來,生病了,吃藥可能就不是唯一選擇了,或許還可以通過特殊的材料和治療手段,讓人類的細胞得到再生,修復受損部位、治愈疾病,而在這一醫療前沿領域,我國的科學家也在積極探索治病救人的新方法。
位於北京的中科院遺傳發育所,戴建武研究員的獨門絕技——組織再生和損傷修復功能生物材料研究技術,已經在臨床取得了令人驚喜的成績。最近,一名今年5月不幸遭遇車禍、頸段損傷、下肢完全不能活動的病人,在進行完“神經膠原支架”幹細胞移植手術後,已經逐步恢復其下肢功能,神經信號能夠跨越損傷部位進行傳導。
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戴建武介紹說,在再生這個領域,大家認為最難再生的或者最不能夠再生的組織大概就是中樞神經,在自然界,壁虎的尾巴斷了,可以自己生長出來。然而幹細胞和生長因子也具有修復損傷的能力,但是由於體積只有奈米級,在豐富血流迴圈的作用下很難作用於受損部位。因此,修復再生一直是個難點。戴建武瞄準了這個難點下手,製作了固定和連接損傷部位的生物支架,“我是另辟蹊徑,它可以確確實實通過我們設計的這個功能,結合幹細胞或者結合生長因子,就可以確定這些有效成分在空間的定位,形成微環境。”
2013年,戴建武設計了全球首個子宮內膜再生臨床手術,10名因子宮內膜受損而導致不育的育齡婦女,8每人平均正常懷孕產子,取得了再生醫學的巨大突破。
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△戴建武設計的子宮內膜再生臨床手術讓不孕婦女正常懷孕產子
從特殊材料到幹細胞,前沿科學研究的奇跡正發生在每一個地方、每一個領域。中國科學家們將他們的創造力悉數傾注到一個又一個未知世界裏,為了探索科學,也為了改變著我們的生活,以及未來。
[責任編輯：韓靜]
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