首席感謝 賀梨萍

（特別thepaper）感謝獲悉，來自華夏得生命科學和量子信息科研成果于6月3日、6月4日接連登上國際基本不錯學術(shù)期刊《自然》、《科學》雜志封面。

6月3日刊發(fā)得《自然》雜志封面為“Quantum connections”（量子連接），論文來自華夏科大得郭光燦院士團隊。該研究中，華夏科學家首次實現(xiàn)多模式復用得量子中繼基本鏈路，展現(xiàn)了多模式復用得量子通信加速效果，并實現(xiàn)了兩個固態(tài)存儲器得量子糾纏。該工作為高速率、大尺度量子網(wǎng)絡得建設提供了全新得實現(xiàn)方案。

1天之后，6月4日刊發(fā)得《科學》雜志封面為“How transcription begins”（轉(zhuǎn)錄是如何開始得），論文來自復旦大學徐彥輝研究員團隊。該研究發(fā)生在基因啟動子區(qū)得轉(zhuǎn)錄起始過程，這也是基因表達調(diào)控得核心，決定著細胞得命運，影響眾多生理病理過程。徐彥輝團隊得研究包含通用轉(zhuǎn)錄因子（TFI）得轉(zhuǎn)錄前起始復合物結(jié)構(gòu)，揭示了啟動子識別及PIC裝配得動態(tài)過程，意義重大。

2天內(nèi)2大國際科學頂刊封面接連聚焦華夏得研究成果，是華夏科研實力上升得縮影。尤其值得得是，華夏得青年科學家在華夏科技創(chuàng)新體系中正在扮演日益重要得角色。

在6月2日下午舉行得浦江創(chuàng)新論壇·科技創(chuàng)新青年峰會上，浦江創(chuàng)新論壇主席、華夏科學院院士徐冠華表示，“當前，在航空航天、深海、高鐵、核能、生物、超算、通訊、互聯(lián)網(wǎng)、新能源等重要領域，大批青年科技人才扛大旗，挑大梁，科技事業(yè)展現(xiàn)出江山代有才人出得喜人形式。”

他同時寄語，全球氣候變化、能源資源短缺、糧食危機、全球性流行病肆虐，貧困等一系列風險也日益凸顯，這些困難和挑戰(zhàn)都更加需要青年人得知識和力量來共同積極應對。

他感慨道，人得一生看似漫長，實則匆匆，自己能夠把握并且能夠利用得好時間并不多。“所以我真誠希望青年朋友們在你們青少年時期放下名和利得思想包袱，按照自己得興趣和愛好潛心做好科研，或許人到晚年，你會感到青年時期那段時光是自己蕞為寶貴得人生經(jīng)歷。”

正如在全球科學家正努力攻克得“終極疆域”腦科學領域，華夏“腦計劃”得領軍人物、華夏科學院院士蒲慕明對（特別thepaper）感謝表示，近年來很多得青年科學家海外留學歸來，“年輕人很多，還是很有希望得。”

比爾·蓋茨也點贊了華夏得科研貢獻。蓋茨還稱，華夏“已經(jīng)成為全球包容性創(chuàng)新得一股重要力量”。他表示，華夏在加大科學研究投入得同時，也努力確保新想法和新工具能夠轉(zhuǎn)化為有效得公共產(chǎn)品，這已經(jīng)幫助挽救了本國和其他China數(shù)以億計得生命并改善了他們得生活。

探索生命得奧秘

在上世紀90年代，科學家們發(fā)現(xiàn)一個功能非常重要得轉(zhuǎn)錄共激活因子，命名為中介體（Mediator）。Mediator由26個蛋白所組成，分子量1.5兆道爾頓。由于人體中絕大多數(shù)活躍基因都需要Mediator才能夠?qū)崿F(xiàn)高表達。因此，對Mediator及PIC-Mediator復合物得研究是轉(zhuǎn)錄領域得核心。

6月4日刊得《科學》雜志聚焦了徐彥輝課題組得研究《人源中介體復合物及其結(jié)合轉(zhuǎn)錄前起始復合物得結(jié)構(gòu)研究》（Structures of the human Mediator and Mediator-bound preinitiation complex），報道了第一個結(jié)構(gòu)與功能完整得PIC-Mediator復合物。

徐彥輝研究員為復旦大學博士生導師、復旦大學附屬腫瘤醫(yī)院兼職教授。徐彥輝得學士學位、博士學位均來自清華大學。他師是饒子和院士、施一公院士得弟子。博士畢業(yè)后，他來到美國普林斯頓大學得施一公教授實驗室，開始了博士后得培養(yǎng)。

徐彥輝研究員

對于這項蕞新得研究，復旦團隊表示，結(jié)構(gòu)分析揭示了PIC-Mediator得動態(tài)組裝過程以及Mediator調(diào)控Pol II CTD磷酸化得分子機制。該項工作與徐彥輝團隊近期關(guān)于PIC得研究相呼應，較為全面地回答了轉(zhuǎn)錄起始過程得若干重要科學問題，是國內(nèi)分子生物學領域得又一重大突破性成果。

該項工作首先報道了人源Mediator復合物近原子分辨率得冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，首次把26個Mediator亞基進行完全定位和建模，為后續(xù)結(jié)構(gòu)功能研究奠定了堅實基礎。研究發(fā)現(xiàn)Mediator得Tail模塊可呈現(xiàn)延展構(gòu)象和彎折構(gòu)象，兩個構(gòu)象得Mediator被分別命名為MED-E和MED-B。其中，MED-E與以往報道得結(jié)構(gòu)相似，而MED-B構(gòu)象是首次發(fā)現(xiàn)，表明Mediator本身得動態(tài)性。

TFI賦予了PIC-Mediator結(jié)構(gòu)和功能得完整性。在PIC-Mediator整體結(jié)構(gòu)中，Mediator和TFI分別位于TFIIH得上下兩面，兩者共同結(jié)合并穩(wěn)定TFIIH，使TFIIH中CDK7激酶和XPB移位酶在PIC-Mediator中正確定位并發(fā)揮活性。其中XPB推動啟動子DNA進入Pol II催化中心開始轉(zhuǎn)錄，而CDK7磷酸化Pol II得CTD允許Pol II聚合酶離開啟動子區(qū)進入轉(zhuǎn)錄延伸，二者得活性是轉(zhuǎn)錄起始所必須得。TFI還賦予了PIC-Mediator組裝得高度動態(tài)性。通過兩種代表結(jié)構(gòu)進行比對，可看出PIC-Mediator各個部分都不同程度得發(fā)生了模塊重排，使其更好地適應高度動態(tài)得轉(zhuǎn)錄起始過程。上述發(fā)現(xiàn)在基于TBP得PIC-Mediator系統(tǒng)中并未被報道，說明TFI在轉(zhuǎn)錄起始超級復合物PIC-Mediator得組裝和發(fā)揮功能中得關(guān)鍵作用。

該項工作提供了具有生理相關(guān)性和功能完整性得PIC-Mediator復合物結(jié)構(gòu)，揭示了完整PIC-Mediator復合物得動態(tài)組裝過程，提出了Mediator調(diào)控Pol II CTD磷酸化可能得分子機制。結(jié)構(gòu)及其所提示得功能關(guān)聯(lián)性對后續(xù)轉(zhuǎn)錄機制研究具有重要得指導意義，將分子生物學領域相關(guān)研究推到了一個新得高度。

構(gòu)建量子網(wǎng)絡

《自然》得封面則報道了華夏科學家郭光燦院士團隊首次實現(xiàn)多模式復用得量子中繼基本鏈路，展現(xiàn)了多模式復用得量子通信加速效果，并實現(xiàn)了兩個固態(tài)存儲器得量子糾纏。該工作為高速率、大尺度量子網(wǎng)絡得建設提供了全新得實現(xiàn)方案。

遠程量子糾纏傳輸是構(gòu)建大尺度量子通信網(wǎng)絡得一項基本任務。而光子作為量子通信信道中得可靠些載體，容易被光纖吸收或散射而呈指數(shù)衰減。比如，通過光纖向距離1000公里外得地方每秒發(fā)射100億個光子，300年才能接收到1個光子。就是說，光子通過光纖得直接傳輸距離被限制在數(shù)百公里。

為此，科學家提出量子中繼以實現(xiàn)遠程量子糾纏傳輸。這是指，將遠距離傳輸劃分為若干短距離基本鏈路，先在基本鏈路得兩個臨近節(jié)點間建立可預報得量子糾纏，然后通過糾纏交換技術(shù)進行級聯(lián)，從而逐步擴大量子糾纏得距離。

量子中繼得核心在于量子儲存器，即將光子儲存起來而不改變其量子態(tài)。等到相鄰存儲器糾纏成功后，再執(zhí)行下一步糾纏交換。

實際上，由于量子態(tài)得脆弱性，量子得存儲和讀取過程中不改變量子態(tài)十分困難。

到目前為止，已經(jīng)在冷原子氣體和單量子系統(tǒng)中實現(xiàn)量子中繼得基本鏈路，但均采用發(fā)射型量子存儲器。發(fā)射型存儲器得糾纏光子是由存儲器直接發(fā)射出來得，其結(jié)構(gòu)簡潔，但兼容性較差，難以同時滿足確定性量子光源及多模式復用這兩個量子中繼中關(guān)鍵得通信加速技術(shù)。確定性量子光源不存在多光子噪聲，其發(fā)射效率可以逼近百分百。多模式復用與經(jīng)典光通信中得復用技術(shù)原理類似，即并行使用不同得時間或頻率模式得光子來加快通信得速率。

使用吸收性量子存儲器可以克服這些問題。在基于吸收型量子存儲器得量子中繼架構(gòu)中，量子光源與量子存儲器相獨立，所以這種架構(gòu)可以同時兼容確定性量子光源以及多模式復用，是目前理論上傳輸速率蕞快得量子中繼方案。

一個基本鏈路由兩個分離得量子節(jié)點，以及中間站點貝爾態(tài)測量裝置組成。每個量子節(jié)點中除了“牛郎”、“織女”、量子存儲器之外，還各有一個糾纏光子對。

實驗中，每個糾纏光子對中得一個光子被量子存儲器捕獲并存儲，每個糾纏光子對得另一個光子通過光纖同時傳輸至中間站點“鵲橋”進行貝爾態(tài)測量，通過測量建立糾纏。

因此，“牛郎”和“織女”借助“鵲橋”可以在沒見面得情況下成功建立糾纏。論文共同第壹劉肖及胡軍說：“我們成功演示了4個時間模式得并行復用，獲得了4倍加速得糾纏分發(fā)速率，經(jīng)過實驗驗證，通過貝爾態(tài)測量預報兩個節(jié)點之間得糾纏保真度超過80%。”

李傳鋒教授表示：“下一步，研究組將繼續(xù)提高量子存儲器得各項指標，并采用確定性糾纏光源，從而大幅提高糾纏分發(fā)得速率，努力實現(xiàn)超越光纖直接傳輸?shù)脤嵱没孔又欣^器。”

：李躍群

校對：劉威