2016年,在一個個有望改變?nèi)藗兾磥砩�活的領(lǐng)域,中國科學(xué)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(rèn)識一種名叫馬約拉納費米子的粒子,由于狀態(tài)非常穩(wěn)定,這種粒子是制造量子計算機的完美選擇之一,但是為了捕捉它,科學(xué)家們已經(jīng)潛心追蹤了80年。

　　在上海交通大學(xué)的一所實驗室里,賈金鋒正帶領(lǐng)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(tài)。

　　盡管很多人在談?wù)摿孔佑嬎愕某瑥娦阅?比如一秒鐘就能完成現(xiàn)在超級計算機幾年的計算任務(wù),但是迄今沒有制造出一臺真正意義上的量子計算機,其中一個很重要的原因就是,用于量子計算的粒子狀態(tài)并不穩(wěn)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(tài)非常穩(wěn)定,這使它成為制造量子計算機的完美選擇之一。六個月前在上海交大的實驗室里,賈金鋒成功捕捉到了它。

　　提起當(dāng)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。”

　　利用特殊的材料制備方法,賈金鋒研究團隊在超導(dǎo)體上生長5個納米厚度的拓撲絕緣體,制備出拓撲超導(dǎo)體材料,最終在拓撲超導(dǎo)體的界面上發(fā)現(xiàn)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制造量子計算機的信心。

　　說起對未來的打算,賈金鋒說:“希望能在幾年之內(nèi)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(tài)金屬站起來 電影場景或成現(xiàn)實

　　喜歡科幻電影的朋友對液態(tài)金屬機器人應(yīng)該不會陌生,然而讓液態(tài)金屬站起來,像科幻電影里一樣成為任意改變形態(tài)的機器人,是科學(xué)家們正在努力的方向。在中科院的研究所里,我國科學(xué)家也同樣在這一領(lǐng)域里不斷探索、不斷突破。

　　中科院理化所研究員、清華大學(xué)教授劉靜介紹說:“柔性機器應(yīng)該說是機器人領(lǐng)域里面最具挑戰(zhàn)性的,而且應(yīng)該是終極目標(biāo),液態(tài)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(guī)環(huán)境下的金屬多呈固態(tài)。而鎵銦這兩種金屬的合金即使在室溫下也能保持液態(tài),而且具有很多神奇特性。現(xiàn)在劉靜最大的目標(biāo)就是要讓他的液態(tài)金屬能站起來,“現(xiàn)在咱們液態(tài)金屬的力量還偏弱,但是怎么讓它有10倍甚至20倍更大的(力量)?”

　　然而要想研制出像電影中一樣的液態(tài)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(xiàn)在一個最基本的難點。”

　　劉靜嘗試著往液態(tài)金屬中添加固體金屬,就好像人體的骨骼一樣,這樣液態(tài)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(tài)金屬封裝起來,就好像在液態(tài)金屬外面加一層皮膚。朝著這一目標(biāo),劉靜團隊在2016年實現(xiàn)了液態(tài)金屬的一系列成果。柔性液態(tài)金屬可以節(jié)律性地振蕩跳躍,可以在電場中做各種復(fù)雜的運動。

　　劉靜說, 2017年的目標(biāo)是希望能夠把液態(tài)金屬組裝起來,讓它站立起來,“就像類似于科幻電影里面可變形的液態(tài)金屬機器,這是完全有可能的。”

　　醫(yī)療領(lǐng)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(fù)受損部位、治愈疾病,而在這一醫(yī)療前沿領(lǐng)域,我國的科學(xué)家也在積極探索治病救人的新方法。

　　位于北京的中科院遺傳發(fā)育所,戴建武研究員的獨門絕技——組織再生和損傷修復(fù)功能生物材料研究技術(shù),已經(jīng)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(jīng)膠原支架”干細胞移植手術(shù)后,已經(jīng)逐步恢復(fù)其下肢功能,神經(jīng)信號能夠跨越損傷部位進行傳導(dǎo)。

　　7

　　戴建武介紹說,在再生這個領(lǐng)域,大家認(rèn)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(jīng),在自然界,壁虎的尾巴斷了,可以自己生長出來。然而干細胞和生長因子也具有修復(fù)損傷的能力,但是由于體積只有納米級,在豐富血流循環(huán)的作用下很難作用于受損部位。因此,修復(fù)再生一直是個難點。戴建武瞄準(zhǔn)了這個難點下手,制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(shè)計的這個功能,結(jié)合干細胞或者結(jié)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(huán)境。”

　　2013年,戴建武設(shè)計了全球首個子宮內(nèi)膜再生臨床手術(shù),10名因子宮內(nèi)膜受損而導(dǎo)致不育的育齡婦女,8人均正常懷孕產(chǎn)子,取得了再生醫(yī)學(xué)的巨大突破。

　　8

　　△戴建武設(shè)計的子宮內(nèi)膜再生臨床手術(shù)讓不孕婦女正常懷孕產(chǎn)子

　　從特殊材料到干細胞,前沿科學(xué)研究的奇跡正發(fā)生在每一個地方、每一個領(lǐng)域。中國科學(xué)家們將他們的創(chuàng)造力悉數(shù)傾注到一個又一個未知世界里,為了探索科學(xué),也為了改變著我們的生活,以及未來。