《物理评论A》

科学家实现超图态纠缠纯化

德国锡根大学Lina Vandré等人实现了超图态的纠缠纯化。相关研究12月14日发表于《物理评论A》。

研究人员提出了超图态纯化的优化协议，超图态是多量子比特态的一个系列，从多个角度来看都与之相关。研究人员用图形语言重新表述了现有的纯化协议，提出了3个改进方向，这样就可以进行系统优化。首先，可以根据各方的排序优化协议序列。其次，可以使用自适应方案，即利用在协议中获得的测量结果来修改协议。最后，可以在效率方面改进协议，减少达到特定目标状态所需的噪声状态副本。

据悉，纠缠纯化描述了量子信息处理中的一种原始方法，即通过局部运算和经典通信，将几份嘈杂的量子态提炼成几份高质量的近似纯态。特别是在多粒子情况下，纠缠纯化的任务非常复杂，因为存在许多不等价的纯态纠缠形式，需要针对不同的目标态定制纯化协议。

相关论文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevA.108.062417

《光：科学与应用》

基于生成式AI的活体器官相位荧光图像转换

美国马萨诸塞州总医院的Nima Saeidi小组利用相位荧光图像转换，实现了基于生成式人工智能（AI）的活体器官相位荧光图像转换。相关研究12月14日发表于《光：科学与应用》。

研究人员开发了一个名为PhaseFIT（相位荧光图像转换）的虚拟绘画系统，该系统利用定制的形态丰富的 2.5D 肠道有机体，通过可访问的低成本有机体相位图像生成虚拟荧光图像，用于表型量化。驱动该系统的是一个新颖的、基于分割的深度生成模型，该模型实现了从相位对比到多通道荧光图像的无注释数字转换。通过生成细粒度的视觉内容，PhaseFIT在细胞核、分泌细胞标记物和干细胞的虚拟绘画方面优于现有的基于深度学习的染色转换模型。

研究人员进一步验证了 PhaseFIT 在量化3种化合物对隐窝形成、细胞数量和细胞干性的影响方面的效率和准确性。PhaseFIT是首个专注于活体器官的深度学习虚拟绘画系统，可实现大规模、信息丰富、高效的器官表型量化。PhaseFIT 将使有机体应用于高通量药物筛选。

据悉，类器官模型为研究器官发育和功能的基本生物学过程提供了强大的平台。然而，尽管基于图像的有机体表型量化具有潜力，但为其复杂的三维结构以及免疫荧光染色耗时耗力的特性带来了巨大挑战。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41377-023-01296-y

《科学》

石墨烯中列维子的发射和相干控制

法国巴黎萨克雷大学P. Roulleau等人实现了石墨烯中列维子的发射和相干控制。相关研究12月15日发表于《科学》。

研究人员设计了按需注入单个电子飞行量子比特态及其在布洛赫球上的操纵。飞行的量子比特是在高迁移率单层石墨烯的量子霍尔边缘通道中传播的列维子。虽然要可行地操纵飞行量子比特仍需要单次量子比特读出和双量子比特操作，但在单电子水平上对巡回电子态进行相干操纵是一种极有前途的传统量子比特替代方法。

据悉，飞行量子比特以传播模式而非静止离散状态编码量子信息。虽然已经有了光子飞行量子位，但光子之间微弱的相互作用限制了条件量子门的效率。相反，电子飞行量子位可以利用库仑相互作用，但传统半导体中较弱的量子相干性阻碍了它们的实现。

相关论文信息：https://doi.org/10.1126/science.adf9887

微生物群多样性通过阻断营养抵御病原体

英国牛津大学Kevin R. Foster等人发现，微生物群多样性通过阻断营养来抵御病原体。相关研究12月15日发表于《科学》。

研究人员揭示了人类肠道细菌如何在体外和悉生小鼠体内影响两种主要细菌病原体的定植。单个物种的影响可以忽略不计，而随着群落多样性的增加，定植抵抗力也大大提高。此外，这种群落级的抗性关键取决于某些物种的存在。研究人员通过抗性群落消耗营养物质的集体能力来解释这些生态模式，这些营养物质与病原体使用的营养物质相重叠。

此外，研究人员还利用这些发现成功预测了抵抗新型目标菌株的群落。这项工作揭示了微生物群落多样性有益的原因，并为合理设计抗病原体群落提供了途径。

据悉，人类肠道微生物群在抵御病原体对宿主的定植方面发挥着重要作用，但人们缺乏预测哪些群落具有保护作用的能力。

相关论文信息：https://doi.org/10.1126/science.adj3502