编者按：

科技兴则民族兴，科技强则国家强。为了更好的展现学校科研动态，增强广大科研工作者的认同感、归属感、自豪感，激发科研创新活力、促进学科交叉融合，科学研究院将持续汇总报道校内各单位重要科研进展，诚邀各单位积极来稿。

内容速览

1. 物理学院项泽亮教授课题组在量子计算和量子网络研究上取得重要进展

2. 微电子科学与技术学院先进传感器设计与应用实验室发表关于自供电柔性压力传感器研究论文

3. 材料科学与工程学院阎兴斌教授团队在新颖超级电容器构筑方向取得新进展

4. 农学院蔡高潮副教授在国际植物学期刊Plant, Cell & Environment发表论文

5. 中山医学院赵萌教授团队发现PD-1标记白血病干细胞

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物理学院项泽亮教授课题组在量子计算和量子网络研究上取得重要进展

在量子计算领域，不同玻色模式之间的线性幺正变换在众多量子信息处理应用中扮演着不可或缺的角色。当前，大多数对玻色模式的幺正变换是通过由分束器和移相器组成的线路来实现的，由于分束器和移相器一旦固定便很难变化，所以往往不具备良好的可调性。在此项工作中，项泽亮教授基于量子网络，首次提出了一种在不同玻色模式之间实现可控幺正变换的理论模型和方案，并将运算时间由原先的N平方相关缩减到N线性相关，大大提高了运算效率。该工作为实现通用量子计算、构建量子网络开辟了一条全新的路径。

项泽亮教授通过量子网络中可控多光子发射与吸收过程，实现了多节点间的线性幺正变换，包含复幺正变换。项泽亮教授证明了必然存在一套耦合强度的控制函数可实现任意目标幺正变换U，并给出了解析解，同时编写了数值计算该控制函数的程序。该方案考虑了具体实验参数和干扰，在模拟中展现了极高的保真度，并免疫通道热噪声影响，为实验实现提供了指导和支持。

（a）多节点玻色量子网络示意图；（b）通用线性幺正变换U的实现方法；（I）让光子通过一个由N(N-1)/2个分束器组成的网络实现，时间尺度为t~N^2；（II）也可以利用设计含时控制函数实现，时间尺度缩短为t~N

另外，该研究还揭示了这种实现任意线性幺正变换的方案，具有比传统由分束器和移相器组成的线路更快的运算时间。传统方案中运算时间与计算尺寸N的平方相关，但在该方案中运算时间和计算尺寸N是线性相关。这就意味着在计算尺寸变大的情况下，该方案除了能够调节目标幺正变换，还更加快速高效，为今后量子计算和量子网络的构建提供了全新思路。

该研究成果于2023年2月1日以“Universal Time-Dependent Control Scheme for Realizing Arbitrary Linear Bosonic Transformations”为题发表在Physical Review Letters上。几位审稿人均高度评价该成果是量子计算中非常及时且重要的工作。该工作由中山大学项泽亮教授作为第一作者，与西班牙国立研究学会基础物理研究所的J.J. García-Ripoll教授以及奥地利维也纳技术大学维也纳量子科学中心的P. Rabl教授合作完成，物理学院为第一单位。

来源：中山大学物理

“科研动态 | 项泽亮教授课题组在量子计算和量子网络研究上取得重要进展”

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微电子科学与技术学院先进传感器设计与应用实验室发表关于自供电柔性压力传感器研究论文

以传感器为代表的柔性可穿戴器件是现代信息技术的重要支柱，在生物医学、健康监测、机器人等领域有广泛的应用。近日，微电子科学与技术学院黄媛老师和北京大学周航教授课题组联合在npj Flexible Electronics上发表了题为“Highly sensitive active-powering pressure sensor enabled byintegration of double-rough surface hydrogel and flexible batteries”的研究论文。

该研究提出采用无毒且生物相容的刺豆胶天然聚合物差异化制备出电学及机械特性不同的两种水凝胶(高离子电导率且具有良好机械柔性的刺豆胶水凝胶；电子导电且具有良好弹性的刺豆胶/聚乙烯醇/碳管水凝胶)，分别作为储能单元(柔性锌离子电池)的固态电解质和压阻传感单元的压阻材料，并通过实现双表面粗糙的水凝胶制备来提高压阻传感单元的灵敏度，最终将电池和压阻传感单元以堆叠方式集成，实现“储能-传感”一体化的自供电柔性压阻传感器。其中，刺豆胶是从刺槐树种子中提取出的一种天然半乳甘露聚糖，耐盐性强，吸水性强，稳定性高，成本低。在水性介质中，以刺豆胶为主体，可通过引入功能单体或其它聚合物并基于化学或物理相互作用形成交联网络，同时可通过添加金属离子盐或碳材料来改变电学特性。由于合成环境、胶体骨架、功能单体、聚合物、添加剂、交联剂等多种因素具有显著的可调性，因此可以差异化制备出具有高离子电导率和良好机械柔性的水凝胶以及电子导电型且具有良好力学弹性的水凝胶，满足“储能-传感”一体化器件中固态电解质和压阻材料的要求。该研究实现了具有高灵敏度(20 kPa-1在<10 kPa的范围内)、宽线性工作区间(0.1–100 kPa))、高稳定性(1000 次循环) 、良好生物兼容性和自供电的柔性压力传感器，为高性能自供电柔性压力传感器的设计提供参考。

制造步骤和形态学特征：(a) LBG/PVA/CNTs水凝胶的制造示意图 (b)水凝胶的示意图 (c)水凝胶的上表面SEM图像 (d)水凝胶下表面SEM图像 水凝胶的顶面(e)和底面(f)的二维轮廓 (g)水凝胶顶部和底部表面的平均粗糙度 (h)LBG/PVA/CNTs质量比为1:2、1:4和1:8的水凝胶顶部表面的平均粗糙度

来源：中山大学微电子科学与技术学院

“微电科研｜我院先进传感器设计与应用实验室发表关于自供电柔性压力传感器研究论文”

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材料科学与工程学院阎兴斌教授团队在新颖超级电容器构筑方向取得新进展

超级电容器是一类能够快速存储能量的功率型电化学储能设备。为了进一步促进超级电容器的快速发展，开发具有新颖功能的超级电容器具有重要意义。近期，材料科学与工程学院阎兴斌教授课题组融合了离子二极管的整流特性和赝电容器的快速充放电特性，在国际上首次提出了赝电容器二极管的概念。该器件内部通过碳电极表面的离子物理吸附以及ZnCo2O4电极/电解液界面的法拉第反应来存储电荷，而整流功能是基于尖晶石ZnCo2O4在KOH水系电解液中发生的离子选择性表面氧化还原效应来实现。该赝电容器二极管能够有效地阻挡反向偏置电流，并表现出较高的整流比（在200 mV s-1的扫描速率下，整流比 Ⅰ 为3.4，整流比II为0.79）和可观的循环寿命（1000次循环后容量保留93%）。此外，作者成功地展示了器件在离子逻辑电路（AND, OR）中的新应用，这对促进新型电容型离子二极管的发展具有重要意义。

赝电容器二极管工作示意图。(a)ZnCo2O4作为工作电极，YP-50F碳作为对电极；(b)YP-50F碳作为工作电极，ZnCo2O4作为对电极

此项研究丰富了超级电容器二极管的类型，并首次证实了超级电容器二极管在新兴离子逻辑电路中的应用可行性。该工作以“A Pseudocapacitor Diode Based on Ion-Selective Surface Redox Effect”为题发表在材料领域国际权威期刊Advanced Materials。文章第一作者是中山大学材料科学与工程学院2022级博士研究生唐培，第二作者为2020级本科生谭吴洋，阎兴斌教授为唯一通讯作者。中山大学为第一完成单位。

来源：中山大学材料科学与工程学院

“阎兴斌教授团队在新颖超级电容器构筑方向取得新进展”

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农学院蔡高潮副教授在国际植物学期刊Plant, Cell & Environment发表论文

植物的水分关系中存在一个假设，在输送水分和实现气体交换的最大能力与该输送系统对低水势的脆弱性之间有一个权衡，即水力效率-安全权衡，反映了植物对水分胁迫的反应和用水策略。水力效率与最大气孔导度（gmax）密切相关，且气孔较小和较密的植物表现出较高的最大气孔导度。这种植物在应对干旱时其气孔关闭相对比较保守，最大气孔导度与其下降到50%的叶水势（ψgs50）间存在权衡，但其水力学机制尚不明确。

最大气孔导度（gmax）与叶水势（ψleaf）之间的假设关系：(a) 相比于gmax较低的植物（gmax_low），gmax较高的植物（gmax_high）在土壤干燥时其气孔导度较早地减少到其50%（gs50），且叶水势（ψgs50）也较高 (b) gmax和ψgs50之间的权衡关系

结合前期研究与土壤-植物水力学模型发现，在干旱过程中，气孔的关闭是由土壤-植物水力导度的降低触发的，gmax的增加伴随着ψgs50的降低。具有较高gmax的植物（同时蒸腾量也较高）需要大量的水在根际中移动，这导致土壤-根系界面的水势急剧下降，从而引起叶水势的下降。gmax-ψgs50的权衡可以根据土壤-植物水力进行预测。作者进一步发现这种权衡关系并受到植物水力特性的影响，如植物水力导度、根长和栓塞阻力。该研究对理解植物调整其生长和/或其水力特性以适应不同的生长和气候条件有重要的意义。

近日，该研究成果以“Soil-plant hydraulics explain stomatal efficiency-safety tradeoff”为题，在国际植物学期刊Plant, Cell & Environment在线发表。蔡高潮副教授为本文的第一作者，中山大学农学院为本文的第一完成单位。

来源：中山大学农学院

“蔡高潮副教授在国际植物学期刊Plant, Cell & Environment连发两篇论文”

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中山医学院赵萌教授团队发现PD-1标记白血病干细胞

白血病干细胞（leukemic stem cell, LSC）是具有疾病发生、化疗耐药和分化能力的特殊细胞类型，也是白血病治疗的关键。2023年1月Nature Cell Biology杂志以封面文章的形式发表了中山医学院赵萌教授团队的研究成果“PD-1 signaling defines and protects leukemic stem cells from T-cell-receptor-induced cell death in T-cell acute lymphoblastic leukemia”，并配发了同期评论文章。该研究明确了PD-1分子是T-ALL白血病LSC的标记物，并证实PD-1阻断疗法是清除LSC治疗T-ALL的有效手段，揭示了PD-1不依赖其肿瘤免疫作用的新功能。

肿瘤细胞的程序性死亡配体-1（PD-L1）与T细胞的程序性死亡蛋白-1（PD-1）结合后抑制正常T细胞的免疫监视作用，阻断PD-1/PD-L1是有效的肿瘤免疫治疗手段。然而PD-1在T-ALL白血病T细胞中的作用尚不清楚。赵萌教授课题组发现T-ALL白血病中有少量细胞表达PD-1，通过单细胞移植、谱系示踪、体内成像、细胞清除等一系列技术手段，证实表达PD-1的T-ALL细胞是具有疾病发生、化疗耐药和分化能力的LSC，且PD-1+LSC对常规化疗不敏感，是导致化疗后复发的关键细胞群体。该团队还首次证实了肿瘤干细胞与群体肿瘤细胞的谱系层级关系，PD-1+LSC细胞周期相对静止可长期自我更新，并不断分化为PD-1阴性的群体白血病细胞。

该研究团队发现NOTCH1信号在激活MYC的同时也上调PD-1的表达。由于Notch1-Myc是T-ALL干细胞的关键维持信号，因此PD-1阳性的LSC具有较高的NOTCH1-MYC活性，富集了肿瘤干性基因，具有极强的肿瘤发生能力。另一方面， PD-1信号抑制T-ALL细胞TCR过度活化及相关细胞凋亡，从而赋予PD-1+LSC长期自我更新能力。

最后，研究团队提出了利用常规化疗靶向快速增殖的群体白血病细胞，结合PD-1阻断靶向清除相对静止LSC的“双管齐下”的联合治疗方案，并证实该方案是治疗肿瘤、抑制复发的关键。

来源：中山大学中山医学院

转自：“中大科研”微信公众号

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