基于深度强化学习的托卡马克等离子体磁控制
　　磁约束核聚变，特别是托卡马克结构核聚变是一种有前景的可持续能源。一个核心挑战是塑造和维持托卡马克容器内的高温等离子体。这需要使用磁致动器线圈进行高维、高频、闭环控制，更复杂的是等离子体结构的不同要求。
　　作者介绍了一个此前尚未描述的托卡马克磁控制器设计的架构，它可以自主学习命令全套控制线圈。该体系结构满足在高层指定的控制目标，同时满足物理和操作约束。这种方法在问题规范方面具有前所未有的灵活性和通用性，并显著减少了生产新等离子体配置的设计工作。
　　相关论文信息：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04301-9
　　活动星系核的统一模型得到确认
　　荷兰莱顿大学的Violeta Gamez Rosas和合作者对临近星系中心黑洞周围浓密遮挡的尘埃进行了观察，确认了活动星系核的统一模型。作者通过对这个星系的高分辨率图像分析得到了这一结论，这些图像提供了研究活动星系核的新机遇。
　　活动星系核是一些星系中心的高能区域，人们认为它由超大质量黑洞驱动。这些核发出的光产生的光谱特征，与光发出的区域有关；不同光谱可用于将活动星系核区分成两类：Ⅰ型和Ⅱ型天体。但统一模型认为，这种区分会产生，是因为观测视线可能有时被围绕和涌入中央黑洞的尘埃环遮挡了。
　　作者观察支持了统一模型。他们获得了原型星系NGC 1068的高分辨率图像，统一理论最初即由此建立。他们使用一个称为MATISSE的仪器，结合了4台欧洲南方天文台的望远镜的光，以获得活动星系核的最佳视图。对这些图像和射电图的分析揭示了环状尘埃云的存在，并帮助确定了其特性，大多与统一模型预测相符。作者还定位了黑洞在尘埃环之下的位置，同样符合模型。
　　相关论文信息：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04311-7
　　固态量子位的核自旋波量子寄存器
　　围绕单个光可寻址量子位的固态核自旋是量子网络、计算和模拟的重要资源。虽然具有稀疏核自旋槽的宿主通常被用于减缓量子位退相干，但在核自旋丰富的宿主上开发相干量子系统，可为量子信息应用探索更广泛的材料。这些致密核自旋系综的集体模式为量子存储提供了自然基础，但用它们作为单自旋量子位元的资源迄今仍难以捉摸。
　　作者通过使用一个高相干、光学寻址的171Yb3+量子比特掺杂到一个核自旋丰富的原钒酸钇晶体中，开发了一个鲁棒的量子控制协议来操纵邻近的51V5+晶格离子的多级核自旋态。通过动态设计的自旋交换相互作用，他们极化这个核自旋系综，产生集体自旋激发，然后使用其实现一个量子存储器。作者表示，该方法为利用高密度核自旋浴的复杂结构提供了一个框架，为利用单个稀土离子量子位构建大规模量子网络铺平了道路。
　　相关论文信息：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04293-6
　　毫米尺度原子样本的引力红移解析
　　爱因斯坦的广义相对论指出，时钟在不同的引力势下，相对于实验室坐标的速度是不同的——这一效应被称为引力红移。作为空间和时间的基本探测器，原子钟长期以来被用于在30厘米到数千公里的距离尺度上检验这一预测。
　　一旦时钟对弯曲时空中振荡的量子物体的有限波函数变得敏感，将使广义相对论和量子力学的结合研究成为可能。
　　作者在一个毫米尺度的超冷锶样品中测量了与引力红移一致的线性频率梯度。通过将分数频率测量的不确定度提高10倍以上，达到7.6×10-21，研究结果得以实现。这预示着一种新的时钟操作方式，需要对引力扰动进行样品内校正。
　　相关论文信息：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04349-7
　　高强度铝合金的脆化
　　交通运输业对温室气体排放的限制越来越严格，这促使人们重新审视汽车材料。高强度铝合金常用于飞机，有助于减轻汽车的重量，但容易受到环境退化的影响。氢“脆化”常被认为是主要原因；但其失效的确切机制尚不清楚。因为对合金内部H的原子尺度分析仍然是一个挑战，这阻碍了采用合金设计策略来提高材料的耐久性。
　　作者对高强度7xxx铝合金中第二相颗粒和晶界处的H进行了近原子尺度的分析。他们利用这些观察结果来指导原子从头计算，结果表明合金元素与H的共偏析有利于晶界脱聚，H强分块进入第二相粒子，将溶质H从基体中去除，从而防止H脆断。该见解进一步推进了对铝合金中H辅助脆化机理的理解，强调了H陷阱在减少开裂和指导新合金设计方面的作用。
　　相关论文信息：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04343-z