迄今最大生物學(xué)

AI模型面世

科技日?qǐng)?bào)2025年2月27日?qǐng)?bào)道，英國《自然》網(wǎng)站近日?qǐng)?bào)道了迄今最大的生物學(xué)人工智能（AI）模型Evo 2。該模型基于12.8萬個(gè)基因組的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，具備從頭編寫整個(gè)染色體和小基因組的能力，為設(shè)計(jì)全新基因組開辟了一條新路。

在前一代模型Evo1的基礎(chǔ)上，來自美國弧形研究所、斯坦福大學(xué)和英偉達(dá)公司的科學(xué)家攜手開發(fā)出Evo 2。相較于Evo 1在8萬個(gè)細(xì)菌、古細(xì)菌及病毒的基因組數(shù)據(jù)上進(jìn)行的訓(xùn)練，Evo 2的訓(xùn)練數(shù)據(jù)量大幅提升，涵蓋了12.8萬個(gè)基因組。這些基因組廣泛涉及人類、動(dòng)植物及真核生物，囊括了9.3萬億個(gè)核苷酸。

團(tuán)隊(duì)表示，鑒于解析這些數(shù)據(jù)及其他特征所需的龐大算力，Evo 2是迄今發(fā)布最大的生物學(xué)AI模型。Evo 1和Evo 2模型作為“生成式生物學(xué)”這一新興領(lǐng)域的重要成果，將進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)生命基本組成部分的了解。

在醫(yī)療保健和新藥研發(fā)領(lǐng)域，Evo 2模型可幫助了解與特定疾病有關(guān)的基因變體。在針對(duì)與乳腺癌相關(guān)的BRCA1基因變體測(cè)試中，Evo 2在預(yù)測(cè)良性突變和潛在致病突變方面的準(zhǔn)確率達(dá)90%以上。這將有助于節(jié)省大量時(shí)間，精確設(shè)計(jì)出靶向這些變體的新型分子。

此外，在農(nóng)業(yè)方面，Evo 2模型可提供有關(guān)植物生物學(xué)的新見解，助力開發(fā)出更具氣候適應(yīng)性

或營養(yǎng)更豐富的作物品種，為解決全球糧食短缺問題貢獻(xiàn)力量。在材料科學(xué)領(lǐng)域，Evo 2模型可用于設(shè)計(jì)生物燃料或分解石油、塑料的蛋白質(zhì)。

團(tuán)隊(duì)表示，Evo 2已向全球科研人員開放，他們可通過網(wǎng)頁便捷使用該模型，或免費(fèi)下載該模型的源代碼、訓(xùn)練數(shù)據(jù)及參數(shù)，共同探索生物學(xué)的奧秘。

（2025年2月27日 劉霞 科技日?qǐng)?bào)）

磁性半導(dǎo)體在三維材料中保留

二維量子特性

科技日?qǐng)?bào)2025年3月2日?qǐng)?bào)道，美國賓夕法尼亞州立大學(xué)和哥倫比亞大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的國際團(tuán)隊(duì)在新一期《自然·材料》雜志上發(fā)表了一項(xiàng)重要研究成果，展示了磁性半導(dǎo)體在三維材料中保持特殊的二維量子特性。這一突破為現(xiàn)實(shí)世界中的光學(xué)系統(tǒng)和高級(jí)計(jì)算應(yīng)用提供了新的可能性。

盡管二維材料如石墨烯展示了廣泛的功能，并具有革命性的潛力，但維持其在二維極限之外的優(yōu)異性能仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。這類材料通常只有一個(gè)原子厚的晶體層，可用于柔性電子、儲(chǔ)能和量子技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域。因此，實(shí)現(xiàn)、理解和控制納米級(jí)限制，對(duì)于量子物理的研究和未來量子技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。

團(tuán)隊(duì)專注于研究半導(dǎo)體材料中的激子（一種攜帶能量而不帶電荷的準(zhǔn)粒子）。然而，傳統(tǒng)塊體材料中的激子結(jié)合能較小，導(dǎo)致它們不夠穩(wěn)定且難以觀察到。激子在二維單層中表現(xiàn)最為穩(wěn)定并展現(xiàn)出優(yōu)異性能。傳統(tǒng)的二維材料制備方法涉及手工剝離和堆疊每一層，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且效率低下。

為了克服這些挑戰(zhàn)，團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)向了另一種物理學(xué)現(xiàn)象——磁性。他們特別關(guān)注了一種稱為鉻硫化溴化物（CrSBr）的層狀磁性半導(dǎo)體。在室溫下，CrSBr作為普通半導(dǎo)體工作。將其冷卻至約131.5開爾文時(shí)，CrSBr轉(zhuǎn)變?yōu)榉磋F磁系統(tǒng)，其中各層以規(guī)則、重復(fù)的方式排列其磁矩（自旋），從而有效地抵消磁矩并使材料對(duì)外部磁場(chǎng)不敏感。

這種反鐵磁排序確保每一層交替其磁排列，使得激子傾向于停留在具有相同自旋方向的層中，而不是圍繞具有相反自旋的相鄰層。通過這種方式，團(tuán)隊(duì)無需手動(dòng)剝離即可創(chuàng)建單層原子材料，同時(shí)仍可保留清晰的界面。這意味著可以在塊體材料中實(shí)現(xiàn)與二維材料相同的受限激子行為。

團(tuán)隊(duì)利用光譜技術(shù)、理論建模和計(jì)算確定，無論系統(tǒng)有多少層，這種磁約束都能牢固地將激子限制在其共享相同自旋方向的層中。這一發(fā)現(xiàn)得到了德國另一研究團(tuán)隊(duì)的獨(dú)立驗(yàn)證，兩個(gè)團(tuán)隊(duì)使用不同晶體材料在各自實(shí)驗(yàn)室中獲得了高度一致的結(jié)果。

通過這種方法，人們可以更高效地開發(fā)出具有卓越性能的新型材料，從而推動(dòng)下一代高性能計(jì)算和光學(xué)設(shè)備的發(fā)展。

（2025年3月2日 張夢(mèng)然 科技日?qǐng)?bào)）

納米增材制造工藝

可大幅降低芯片生產(chǎn)成本

科技日?qǐng)?bào)2025年3月2日?qǐng)?bào)道，據(jù)美國東北大學(xué)官網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，該校研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種新工藝及打印設(shè)備，能在納米尺度上更高效地制造先進(jìn)的電子產(chǎn)品和芯片，其制造成本僅為傳統(tǒng)技術(shù)的1%。

傳統(tǒng)微電子制造的基本流程是將材料沉積到薄膜內(nèi)，再“蝕刻”掉多余部分。每層材料構(gòu)成電子電路的一部分，多層材料疊加構(gòu)建，最終形成一個(gè)微處理器或存儲(chǔ)芯片。而且，每種材料需要不同工藝進(jìn)行處理。

團(tuán)隊(duì)表示，上述工藝流程存在幾個(gè)明顯缺點(diǎn)。首先是成本高昂。目前，先進(jìn)電子設(shè)備和芯片制造設(shè)施的建造成本約為200億至400億美元，每年的運(yùn)營成本也高達(dá)10億美元。其次是采用現(xiàn)有方法制造芯片需要半年到一年時(shí)間，測(cè)試后的修改同樣需要這么長時(shí)間。第三是該流程能耗極高。由于制造過程需要在真空和高溫條件下進(jìn)行，一個(gè)典型晶圓廠的耗電量與5萬個(gè)家庭的耗電量相當(dāng)。

為了降低電子產(chǎn)品和芯片的制造成本，團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種增材“自下而上”的制造工藝。他們形象地比喻道，傳統(tǒng)方法就像在石頭上鑿刻出新事物；而新方法則如同用黏土建造新物體。新工藝無需剔除任何材料，只需在合適位置按需放置材料即可。這些材料可使用非常小的顆?？焖俪练e，可在一分鐘內(nèi)建造出小至25納米的結(jié)構(gòu)。新方法不僅產(chǎn)量高，而且成本極低。

（2025年3月2日 張夢(mèng)然 科技日?qǐng)?bào)）

生物混合機(jī)器人

能做出“剪刀手”動(dòng)作

科技日?qǐng)?bào)2025年3月2日?qǐng)?bào)道，一個(gè)對(duì)人類來說很容易做到的“剪刀手”，生物混合機(jī)器人卻需要復(fù)雜的動(dòng)作組合才能完成。日本東京大學(xué)和早稻田大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)公布了一項(xiàng)突破性成果：一種能夠移動(dòng)物體并做出“剪刀手”手勢(shì)的生物混合機(jī)器人手問世。這一創(chuàng)新為未來的生物混合假肢、藥物測(cè)試以及新型機(jī)器人的應(yīng)用開辟了更大可能性。研究發(fā)表在新一期《科學(xué)·機(jī)器人學(xué)》雜志上。

生物混合手由3D打印的塑料底座制成，配備人體肌肉組織的肌腱，可以靈活地移動(dòng)手指。以往的生物混合設(shè)備通常規(guī)模較?。s1厘米長），僅限于簡(jiǎn)單的單關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。相比之下，這款生物混合手長18厘米，具有多關(guān)節(jié)手指，可以單獨(dú)或組合移動(dòng)以做出各種手勢(shì)或操縱物體。

該研究的核心成就在于開發(fā)了多肌肉組織致動(dòng)器（MuMuTA）。這些細(xì)條肌肉組織在培養(yǎng)基中生長后，像壽司卷一樣卷成一束，形成每根肌腱，確保手指有足夠的力量進(jìn)行收縮。通過防水電纜傳輸電流刺激這些肌肉，團(tuán)隊(duì)成功地使手指執(zhí)行了“剪刀手”手勢(shì)，還用手指抓住并移動(dòng)了移液器的尖端，表明該手能夠模仿一系列復(fù)雜動(dòng)作。其多關(guān)節(jié)手指可以單獨(dú)或同時(shí)彎曲，具有前所未有的靈活性。

MuMuTA目前僅限于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，但其展示了在多個(gè)領(lǐng)域的潛力，包括幫助開發(fā)新型假肢、對(duì)肌肉組織進(jìn)行藥物測(cè)試，并擴(kuò)展生物混合機(jī)器人模仿真實(shí)形態(tài)的能力。盡管只是看似簡(jiǎn)單的“石頭、剪刀、布”游戲中的一個(gè)手勢(shì)，但它代表了生物混合體和假肢領(lǐng)域正向更高水平的真實(shí)感和可用性邁進(jìn)，同時(shí)也展示了人們?nèi)绾卫孟冗M(jìn)材料和技術(shù)，來創(chuàng)建更加逼真和功能強(qiáng)大的機(jī)械裝置，為未來的醫(yī)療和機(jī)器人技術(shù)帶來了新希望。

（2025年3月2日 張夢(mèng)然 科技日?qǐng)?bào)）

谷歌硅光子芯片

實(shí)現(xiàn)無電纜數(shù)據(jù)傳輸

科技日?qǐng)?bào)2025年3月3日?qǐng)?bào)道，據(jù)美國趣味科學(xué)工程網(wǎng)站2日消息，谷歌X實(shí)驗(yàn)室近期推出其下一代硅光子芯片Taara。這款芯片無需電纜，僅通過光束即實(shí)現(xiàn)了高達(dá)10Gbps（千兆比特每秒）的數(shù)據(jù)傳輸速度，或?qū)⒅匦露x連接和使用互聯(lián)網(wǎng)的方式。

第一代Taara技術(shù)，主要依賴鏡子、傳感器和硬件系統(tǒng)等物理方式控制光束。而最新一代Taara芯片則采用了硅光子技術(shù)，其工作原理與傳統(tǒng)光纖電纜相似，但無需實(shí)體電纜，而是利用光來傳輸數(shù)據(jù)。這款芯片通過軟件控制數(shù)百個(gè)微型發(fā)光器，以操縱光波陣面，無需笨重的移動(dòng)部件，實(shí)現(xiàn)精確引導(dǎo)、控制、跟蹤和校正光束。

由于該芯片使用光作為數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)，因此能在光譜的中段提供近乎無限的帶寬。它利用的是紅外光和可見光之間的電磁波譜部分，這部分光譜雖肉眼不可見，卻能讓Taara同時(shí)以高達(dá)20Gbps的速度在長達(dá)20公里的距離上傳輸數(shù)據(jù)。

谷歌在保留第一代Taara芯片核心功能的基礎(chǔ)上，大幅縮小了芯片尺寸，從交通信號(hào)燈大小縮小至一個(gè)指甲蓋大小，極大提升了使用的便捷性。此外，新芯片的安裝和設(shè)置僅需數(shù)小時(shí)，而傳統(tǒng)光纖基礎(chǔ)設(shè)施的安裝則需要數(shù)月甚至數(shù)年時(shí)間。

谷歌X實(shí)驗(yàn)室已研發(fā)Taara芯片多年。Taara最初是為X實(shí)驗(yàn)室的“熱氣球網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃”而開發(fā)的。該計(jì)劃旨在將AI技術(shù)與超壓氣球相結(jié)合，為更多地區(qū)提供低價(jià)且高速的無線互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。然而，“字母表”公司在2021年停止了該項(xiàng)目，轉(zhuǎn)而專注于Taara芯片的研發(fā)。

在實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試中，團(tuán)隊(duì)利用兩塊Taara芯片，在戶外成功實(shí)現(xiàn)了1公里距離上速率為10Gbps的數(shù)據(jù)傳輸。

Taara總經(jīng)理馬赫什·克里希納斯瓦米表示，這項(xiàng)芯片技術(shù)可解決人口密集區(qū)互聯(lián)網(wǎng)帶寬不足、速度減慢的問題，為終端用戶提供10倍甚至100倍于“星鏈”的帶寬，且成本只是其一小部分。此外，Taara或?qū)樽詣?dòng)駕駛汽車提供更快、更安全的通信服務(wù)。

按計(jì)劃，新款Taara芯片預(yù)計(jì)將于2026年面市。

（2025年3月17日 劉霞 科技日?qǐng)?bào)）

高分辨率分光計(jì)

精確限定暗物質(zhì)“壽命”

科技日?qǐng)?bào)2025年3月3日?qǐng)?bào)道，日本東京都立大學(xué)、PhotoCross株式會(huì)社、京都產(chǎn)業(yè)大學(xué)等機(jī)構(gòu)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)，發(fā)布了近紅外高分辨率分光計(jì)WINERED的暗物質(zhì)觀測(cè)結(jié)果。此次研究對(duì)質(zhì)量在1.8到2.7電子伏特之間的暗物質(zhì)粒子的“壽命”設(shè)定了迄今最嚴(yán)格的限制。相關(guān)論文發(fā)表于近期出版的《物理評(píng)論快報(bào)》雜志。

團(tuán)隊(duì)表示，這項(xiàng)研究不僅完善了現(xiàn)有暗物質(zhì)理論模型，還開辟出一條全新的觀測(cè)途徑，可應(yīng)用于其他望遠(yuǎn)鏡和觀測(cè)目標(biāo)。

宇宙只有不到5%是常規(guī)物質(zhì)，剩下95%都由暗物質(zhì)和暗能量構(gòu)成。暗物質(zhì)研究是當(dāng)前粒子物理學(xué)、宇宙學(xué)、天體物理學(xué)等學(xué)科的前沿研究課題。暗物質(zhì)和原子物質(zhì)不同，它不參與電磁相互作用，不發(fā)光，也不會(huì)被光照亮。如果暗物質(zhì)是一種粒子，它可能會(huì)發(fā)生衰變、湮滅，進(jìn)而可能轉(zhuǎn)化為可觀測(cè)的光子或其他可探測(cè)的粒子。

利用安裝在智利麥哲倫望遠(yuǎn)鏡上的WINERED高色散光譜儀，團(tuán)隊(duì)搜尋暗物質(zhì)粒子衰變?yōu)楣庾訒r(shí)可能會(huì)出現(xiàn)的極窄譜線，從而對(duì)暗物質(zhì)“壽命”進(jìn)行了精確限定。

觀測(cè)側(cè)重于矮球狀星系，這些星系被認(rèn)為富含暗物質(zhì)。為提高搜索準(zhǔn)確性，團(tuán)隊(duì)采用新技術(shù)，從WINERED光譜儀收集的數(shù)據(jù)中剔除了不相干的背景信號(hào)。通過組合來自多個(gè)目標(biāo)的數(shù)據(jù)，他們校正了數(shù)據(jù)中的誤差，成功從來自地球的其他信號(hào)中分離出可能的暗物質(zhì)信號(hào)。

團(tuán)隊(duì)計(jì)劃繼續(xù)探索可能有助于檢測(cè)與暗物質(zhì)相關(guān)信號(hào)的技術(shù)，如開發(fā)專門用于搜索暗物質(zhì)的新光譜儀等。

（2025年3月3日 劉霞 科技日?qǐng)?bào)）

低能耗自旋波信息

傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)

科技日?qǐng)?bào)2025年3月2日?qǐng)?bào)道，瑞典哥德堡大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在最新一期《自然·物理學(xué)》上發(fā)表了室溫下實(shí)現(xiàn)低能耗自旋波技術(shù)的重要研究成果。他們證明信息可以利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的磁波運(yùn)動(dòng)進(jìn)行傳輸，這有望成為量子計(jì)算機(jī)的低能耗替代方案，也為下一代伊辛機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

伊辛機(jī)是一種計(jì)算系統(tǒng)，旨在模擬物理材料中磁自旋的自我組織過程，以解決復(fù)雜的優(yōu)化問題。與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)相比，伊辛機(jī)能夠更高效地找到解決方案。它通過編程不同自旋之間的連接強(qiáng)度來運(yùn)作：正耦合使自旋同向排列，負(fù)耦合則導(dǎo)致反向排列。最終的自旋方向代表了問題的最佳解決方案。

研究團(tuán)隊(duì)此次實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)自旋霍爾納米振蕩器之間的相位控制同步。通過調(diào)節(jié)這些自旋波的相位，他們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)中生成二元相位模式，展示了首次實(shí)現(xiàn)的同相和異相調(diào)節(jié)能力。這種調(diào)節(jié)可以通過改變磁場(chǎng)、電流、施加的柵極電壓或振蕩器間的距離來完成。

這項(xiàng)研究開啟了構(gòu)建由數(shù)十萬個(gè)振蕩器組成網(wǎng)絡(luò)的可能性，從而推動(dòng)開發(fā)出更加高效的伊辛機(jī)。由于這些振蕩器能在室溫下工作，且體積小至納米級(jí)別，其可以輕松適應(yīng)從大型系統(tǒng)到小型設(shè)備（如手機(jī)）的應(yīng)用場(chǎng)景。

此外，這項(xiàng)研究聚焦于自旋電子學(xué)領(lǐng)域，特別是磁性材料納米薄層中的磁性現(xiàn)象以及由外部刺激（如磁場(chǎng)、電流和電壓）產(chǎn)生的自旋波。自旋電子學(xué)的進(jìn)步有望對(duì)包括人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、電信及金融系統(tǒng)在內(nèi)的多個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，例如推動(dòng)更強(qiáng)大、更高效的傳感器以及高頻交易系統(tǒng)的開發(fā)。

本文的研究團(tuán)隊(duì)證明了自旋波可以作為一種“信息傳輸者”，這不僅提高了數(shù)據(jù)處理速度，還大大降低了能耗，使得大規(guī)模應(yīng)用成為可能。而它對(duì)伊辛機(jī)的推動(dòng)同樣令人矚目。較之當(dāng)前的計(jì)算機(jī)，伊辛機(jī)能更快速地找到最優(yōu)解，在未來越來越多處理大數(shù)據(jù)和復(fù)雜算法的應(yīng)用場(chǎng)景中，這一能力將尤為關(guān)鍵——包括在AI領(lǐng)域加速模型訓(xùn)練，以及在電信行業(yè)提高網(wǎng)絡(luò)性能與服務(wù)響應(yīng)速度，讓金融機(jī)構(gòu)能在毫秒級(jí)甚至微秒級(jí)的時(shí)間尺度上作出反應(yīng)……因此我們相信，不僅計(jì)算領(lǐng)域有望迎來革新，眾多其他行業(yè)也將被惠及。

（2025年3月4日 張夢(mèng)然 科技日?qǐng)?bào)）

高能同步輻射光源

年底投入試運(yùn)行

科技日?qǐng)?bào)2025年3月8日?qǐng)?bào)道，被譽(yù)為“超級(jí)顯微鏡”的高能同步輻射光源今年將迎來關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。3月6日，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院高能物理所研究員王貽芳代表在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)透露，目前，高能同步輻射光源已經(jīng)基本建成，一期規(guī)劃的14條光束線正在加緊調(diào)試，預(yù)計(jì)今年年底將完成全部設(shè)備調(diào)試，并投入試運(yùn)行。

作為中國第一臺(tái)高能量同步輻射光源，它也是世界上亮度最高的第四代同步輻射光源之一。該裝置由注入器、儲(chǔ)存環(huán)和光束線站等部分組成，擁有看透物質(zhì)的“超能力”，是前沿基礎(chǔ)科學(xué)、工程材料和裝備制造等戰(zhàn)略高技術(shù)研究不可或缺的手段。

“通俗地講，高能同步輻射光源就像科學(xué)家手中的大號(hào)‘顯微鏡’，可以滿足不同領(lǐng)域用戶的需求。”王貽芳說，比如它能看清材料在極端條件下的原子排列變化，指導(dǎo)科學(xué)家設(shè)計(jì)出更堅(jiān)硬的合金；也能檢查芯片里比頭發(fā)絲細(xì)千倍的電路有沒有瑕疵，確保手機(jī)電腦不卡頓。

其實(shí)，我國此前已經(jīng)建成多臺(tái)同步輻射裝置，比如上海光源、合肥同步輻射光源等。那么，為什么還要建設(shè)高能同步輻射光源？它與其他同步輻射裝置有什么不同？

對(duì)此，王貽芳解釋道：“從光束線指標(biāo)看，高能同步輻射光源超過了國內(nèi)所有的同步輻射光源。它的能量很高，達(dá)到60億電子伏特，能夠‘看清’厚重的樣品。同時(shí)，它的亮度也非常高，比第三代光源高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)（百倍）以上，能夠捕捉萬億分之一秒的分子運(yùn)動(dòng)，看樣品所用的時(shí)間也更短?！?/p>

更讓人欣喜的是，我國科研人員在建設(shè)高能同步輻射光源的過程中，攻克了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)核心設(shè)備的國產(chǎn)化?！氨热?，我們自主研發(fā)了數(shù)字束流探測(cè)器，其精度達(dá)0.1微米；聯(lián)合國內(nèi)相關(guān)企業(yè)攻克了真空腔體鍍膜工藝、硅像素探測(cè)器和讀出芯片等。過去這些技術(shù)、設(shè)備全部依賴進(jìn)口，現(xiàn)在都實(shí)現(xiàn)了自主可控?！蓖踬O芳舉例道。

王貽芳還透露，高能同步輻射光源設(shè)計(jì)壽命為30年，建成后還會(huì)不斷升級(jí)改造，預(yù)期工作壽命可達(dá)50年甚至更長。未來它將與美國先進(jìn)光子源、歐洲同步輻射裝置、日本SPring-8、德國PETRA-Ⅲ一起，構(gòu)成世界五大高能同步輻射光源。

（2025年3月4日 張佳欣 科技日?qǐng)?bào)）