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  2016年,在一个个有望改变人们未来生活的领域,中国科学家从未停止追逐的脚步,取得了一次又一次的突破。

  今天,就一起来了解改变未来的三大前沿科技,未来,它们很可能影响你的生活!

  捕捉神秘马约拉纳费米子

  首先来认识一种名叫马约拉纳费米子的粒子,由于状态非常稳定,这种粒子是制造量子计算机的完美选择之一,但是为了捕捉它,科学家们已经潜心追踪了80年。

  在上海交通大学的一所实验室里,贾金锋正带领他的团队研究一种神奇的粒子:马约拉纳费米子。温度一点点提高,磁场逐步改变,贾金锋教授要随时追踪马约拉纳费米子的状态。

  尽管很多人在谈论量子计算的超强性能,比如一秒钟就能完成现在超级计算机几年的计算任务,但是迄今没有制造出一台真正意义上的量子计算机,其中一个很重要的原因就是,用于量子计算的粒子状态并不稳定,任何电磁或物理干扰都可以轻易打乱它的工作。而马约拉纳费米子的状态非常稳定,这使它成为制造量子计算机的完美选择之一。六个月前在上海交大的实验室里,贾金锋成功捕捉到了它。

  提起当时的情景,贾金锋说:“其实我刚开始听到这个马约拉纳费米子的时候,我觉得这个东西,可能20年也不一定做得出来。”

  利用特殊的材料制备方法,贾金锋研究团队在超导体上生长5个纳米厚度的拓扑绝缘体,制备出拓扑超导体材料,最终在拓扑超导体的界面上发现了马约拉纳费米子。迷踪80年的神秘粒子被成功捕获,也让贾金锋更加坚定了用其制造量子计算机的信心。

  说起对未来的打算,贾金锋说:“希望能在几年之内把拓扑量子比特做出来!(此前)全世界还没有,所以我们要是从这一点开始切入的话,我们跟全世界是同一个起跑线,对我们国家来说,这是能够赶上量子计算世界脚步的一个切入点。”

  液态金属站起来 电影场景或成现实

  喜欢科幻电影的朋友对液态金属机器人应该不会陌生,然而让液态金属站起来,像科幻电影里一样成为任意改变形态的机器人,是科学家们正在努力的方向。在中科院的研究所里,我国科学家也同样在这一领域里不断探索、不断突破。

  中科院理化所研究员、清华大学教授刘静介绍说:“柔性机器应该说是机器人领域里面最具挑战性的,而且应该是终极目标,液态金属近年来为这个柔性机器打开很多视野。”

  刘静课题组研究的是国际最前沿的镓铟合金。金属的熔点较高,通常除了水银,常规环境下的金属多呈固态。而镓铟这两种金属的合金即使在室温下也能保持液态,而且具有很多神奇特性。现在刘静最大的目标就是要让他的液态金属能站起来,“现在咱们液态金属的力量还偏弱,但是怎么让它有10倍甚至20倍更大的(力量)?”

  然而要想研制出像电影中一样的液态金属机器人,刘静却遇到了一个最大的坎,“需要它站立起来,它马上就在这个桌面上可以立起来,需要它趴下去,它就像一滩水一样,迅速匍匐在这个桌面上,这是我们现在一个最基本的难点。”

  刘静尝试着往液态金属中添加固体金属,就好像人体的骨骼一样,这样液态金属就有了支撑自身的力量,同时,刘静还希望能用柔性材料将液态金属封装起来,就好像在液态金属外面加一层皮肤。朝着这一目标,刘静团队在2016年实现了液态金属的一系列成果。柔性液态金属可以节律性地振荡跳跃,可以在电场中做各种复杂的运动。

  刘静说, 2017年的目标是希望能够把液态金属组装起来,让它站立起来,“就像类似于科幻电影里面可变形的液态金属机器,这是完全有可能的。”

  医疗领域新方向:细胞再生

  在不久的将来,生病了,吃药可能就不是唯一选择了,或许还可以通过特殊的材料和治疗手段,让人类的细胞得到再生,修复受损部位、治愈疾病,而在这一医疗前沿领域,我国的科学家也在积极探索治病救人的新方法。

  位于北京的中科院遗传发育所,戴建武研究员的独门绝技——组织再生和损伤修复功能生物材料研究技术,已经在临床取得了令人惊喜的成绩。最近,一名今年5月不幸遭遇车祸、颈段损伤、下肢完全不能活动的病人,在进行完“神经胶原支架”干细胞移植手术后,已经逐步恢复其下肢功能,神经信号能够跨越损伤部位进行传导。

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  戴建武介绍说,在再生这个领域,大家认为最难再生的或者最不能够再生的组织大概就是中枢神经,在自然界,壁虎的尾巴断了,可以自己生长出来。然而干细胞和生长因子也具有修复损伤的能力,但是由于体积只有纳米级,在丰富血流循环的作用下很难作用于受损部位。因此,修复再生一直是个难点。戴建武瞄准了这个难点下手,制作了固定和连接损伤部位的生物支架,“我是另辟蹊径,它可以确确实实通过我们设计的这个功能,结合干细胞或者结合生长因子,就可以确定这些有效成分在空间的定位,形成微环境。”

  2013年,戴建武设计了全球首个子宫内膜再生临床手术,10名因子宫内膜受损而导致不育的育龄妇女,8人均正常怀孕产子,取得了再生医学的巨大突破。

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△戴建武设计的子宫内膜再生临床手术让不孕妇女正常怀孕产子

  从特殊材料到干细胞,前沿科学研究的奇迹正发生在每一个地方、每一个领域。中国科学家们将他们的创造力悉数倾注到一个又一个未知世界里,为了探索科学,也为了改变着我们的生活,以及未来。

责任编辑:瞿崑 SN117

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