研制具有實(shí)用價(jià)值的量子計(jì)算機(jī)，是量子計(jì)算領(lǐng)域最重要的發(fā)展目標(biāo)。國(guó)防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院QUANTA團(tuán)隊(duì)聯(lián)合軍事科學(xué)院、中山大學(xué)等國(guó)內(nèi)外單位，研發(fā)成功新型可編程硅基光量子計(jì)算芯片，可實(shí)現(xiàn)多種圖論問(wèn)題的量子算法求解，有望未來(lái)在大數(shù)據(jù)處理等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。北京時(shí)間2月27日，國(guó)際權(quán)威期刊《科學(xué)進(jìn)展》發(fā)表了這一重要成果。

 

        量子比特?cái)?shù)目少、有效量子操作深度淺，是現(xiàn)階段量子技術(shù)水平存在的制約性問(wèn)題。在這種受限條件下，如何最大化利用量子資源、設(shè)計(jì)可編程運(yùn)行有實(shí)用前景量子算法的量子裝置，是量子計(jì)算領(lǐng)域的重要挑戰(zhàn)。

 

        據(jù)介紹，量子漫步是一種量子物理世界的獨(dú)特?cái)?shù)學(xué)模型，也是一類(lèi)重要的量子計(jì)算模型，是許多量子算法的重要內(nèi)核。該新型可編程光量子計(jì)算芯片研制過(guò)程中，科研人員提出可動(dòng)態(tài)編程實(shí)現(xiàn)多粒子量子漫步的光量子芯片結(jié)構(gòu)，能夠?qū)α孔勇窖莼瘯r(shí)間、哈密頓量、粒子全同性、粒子交換特性等要素進(jìn)行完全調(diào)控，實(shí)現(xiàn)不同參數(shù)的量子漫步過(guò)程，從而支持運(yùn)行一系列基于量子漫步模型的量子算法。基于所提結(jié)構(gòu)，科研人員采用硅基集成光學(xué)技術(shù)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了可編程光量子計(jì)算芯片。芯片上集成了糾纏光子源、可配置光學(xué)網(wǎng)絡(luò)等，通過(guò)電學(xué)調(diào)控片上元件實(shí)現(xiàn)對(duì)光量子態(tài)的操控，從而實(shí)現(xiàn)量子信息的編碼和量子算法的映射，具有高集成度、高穩(wěn)定性、高精確度等優(yōu)勢(shì)。通過(guò)對(duì)所研制光量子計(jì)算芯片的編程運(yùn)行，演示了頂點(diǎn)搜索、圖同構(gòu)等圖論問(wèn)題量子算法的求解。未來(lái)，隨著芯片規(guī)模和光子數(shù)目的增加，芯片可支持實(shí)現(xiàn)的圖問(wèn)題規(guī)模將快速增長(zhǎng)。借助多種先進(jìn)的科技手段，我們首次識(shí)別了古代藏紙中瑞香狼毒纖維的生物標(biāo)記物，并利用此方法鑒定此次研究的古代藏紙以瑞香狼毒為原料，這是迄今發(fā)現(xiàn)最早以瑞香狼毒為原料的藏紙。

 

        作為藏族聚居地區(qū)所產(chǎn)紙的統(tǒng)稱(chēng)，藏紙不僅是藏文化的重要載體，也是藏文化的重要組成部分。在第一批國(guó)家級(jí)非物質(zhì)文化遺產(chǎn)名錄中，就有藏族造紙技藝。然而，藏紙的起源和發(fā)展歷程少有文字記載和考古實(shí)證分析。

 

        為了豐富對(duì)古代藏紙的認(rèn)識(shí)，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)人文學(xué)院考古學(xué)與人類(lèi)學(xué)系楊益民教授課題組與西藏博物館等單位的學(xué)者合作，對(duì)西藏桑耶寺發(fā)現(xiàn)的古代藏紙殘片開(kāi)展了綜合分析。該項(xiàng)研究的論文日前發(fā)表在《考古科學(xué)：報(bào)告》（Journal of Archaeological Science: Reports）上。

 

       “借助多種先進(jìn)的科技手段，我們首次識(shí)別了古代藏紙中瑞香狼毒纖維的生物標(biāo)記物，并利用此方法鑒定此次研究的古代藏紙是以瑞香狼毒為原料，這是迄今發(fā)現(xiàn)最早以瑞香狼毒為原料的藏紙。”楊益民2月22日在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪(fǎng)時(shí)表示，這項(xiàng)研究還首次在古代藏紙中發(fā)現(xiàn)了由“奶+小麥淀粉”組成的獨(dú)特的施膠劑。

 

       高科技“透視”古藏紙

 

       過(guò)去，古藏紙的科技分析工作主要由歐洲學(xué)者開(kāi)展，包括對(duì)新疆和田安迪爾古城藏紙和敦煌藏經(jīng)洞藏紙的分析。2012年前后，德國(guó)洪堡大學(xué)的學(xué)者對(duì)出自敦煌藏經(jīng)洞的古代藏紙樣品進(jìn)行纖維分析，發(fā)現(xiàn)其纖維來(lái)源可以分為3類(lèi)：麻類(lèi)、瑞香科以及構(gòu)皮。

 

       “顯然，已有的藏紙分析所獲取的信息并不充分。在和西藏博物館娘吉加研究員的交流中，我們認(rèn)為可以通過(guò)對(duì)桑耶寺發(fā)現(xiàn)的古代藏紙殘片進(jìn)行研究，了解其原料與工藝。這也是這項(xiàng)研究的緣起。”楊益民回憶道。

 

       面對(duì)這一組古代藏紙殘片，科研人員關(guān)注的是與之相關(guān)的生產(chǎn)時(shí)間、地點(diǎn)、原料、工藝。而這些潛在的信息，僅僅通過(guò)肉眼觀(guān)察是難以獲取的，需要借助現(xiàn)代科技手段。

 

       測(cè)定藏紙的年代，主要有兩種方法，一種是通過(guò)藏文的字體及內(nèi)容判定大致年代，還有一種是碳14測(cè)年技術(shù)。論文第一作者、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)特別研究助理韓賓博士介紹，他們?cè)谡?qǐng)藏文專(zhuān)家進(jìn)行文字預(yù)判的基礎(chǔ)上，在兩個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)室對(duì)藏紙樣品開(kāi)展了碳14測(cè)年。結(jié)果表明該組殘片為12—13世紀(jì)古紙殘片。測(cè)年數(shù)據(jù)的一致性，也表明碳14測(cè)年技術(shù)可以很好地判定藏紙的年代，為后續(xù)藏紙的研究提供了參考。

 

       明確藏紙年代之后，科學(xué)家迫切想知道它們是用什么原料制成的。關(guān)于造紙纖維的鑒定，常用的方法是用顯微鏡對(duì)造紙植物纖維進(jìn)行形貌觀(guān)察分析，但顯微觀(guān)察有時(shí)難以區(qū)分鑒定形貌相近的造紙纖維，如構(gòu)皮纖維與桑皮纖維，瑞香與結(jié)香、狼毒纖維等就比較難以區(qū)分。

 

       “我們?cè)谠旒埨w維鑒定過(guò)程中綜合利用了熱裂解-氣質(zhì)聯(lián)用、熱裂解-全二維氣質(zhì)聯(lián)用等技術(shù)分析紙張纖維的裂解產(chǎn)物，通過(guò)鑒定有機(jī)小分子建立瑞香狼毒纖維的鑒定依據(jù)。利用此方法，我們發(fā)現(xiàn)這組殘片是迄今最早以瑞香狼毒為原料的藏紙。”韓賓說(shuō)。

 

       熱裂解-氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)主要用于高分子材料的表征分析，也用于藝術(shù)品、古代有機(jī)殘留物分析。熱裂解-全二維氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)主要用于石化及食品領(lǐng)域的復(fù)雜樣品分離。韓賓指出，在國(guó)內(nèi)而言，這兩種技術(shù)是首次用于古紙的分析；在國(guó)際上而言，熱裂解-全二維氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)也是首次用于古紙的分析。

 

       “此前的研究認(rèn)為古代藏紙中含有瑞香科植物纖維，我們的研究則進(jìn)一步細(xì)化，明確古代藏紙中含有瑞香狼毒草的纖維。”楊益民介紹，瑞香科植物約有50屬、500種左右，廣布于全世界熱帶和溫帶地區(qū)，但主要分布在非洲南部、地中海沿岸至大洋洲。

 

       發(fā)現(xiàn)紙張中特殊黏合劑

 

       初步觀(guān)察殘片表面墨的浸染狀態(tài)，可以看到墨只在表面浸染，沒(méi)有進(jìn)入紙張內(nèi)部，表明殘片經(jīng)過(guò)了施膠處理。研究人員在偏光顯微鏡下觀(guān)察發(fā)現(xiàn)紙張中存在大量的淀粉粒，說(shuō)明紙張使用淀粉施膠。通過(guò)全二維-氣相色譜質(zhì)譜分析，發(fā)現(xiàn)其中存在蛋白質(zhì)裂解的成分。

 

       但上述研究分析，仍無(wú)法確認(rèn)淀粉粒以及蛋白質(zhì)的來(lái)源。于是，科研人員又進(jìn)行了蛋白質(zhì)組學(xué)分析。通過(guò)特異性肽段分析，確認(rèn)紙張中的淀粉來(lái)源于小麥，而蛋白質(zhì)來(lái)源于奶，進(jìn)一步推測(cè)可能來(lái)源于當(dāng)?shù)氐年笈Ｄ獭３说矸邸⒌鞍踪|(zhì)等有機(jī)成分，電鏡-能譜分析中還發(fā)現(xiàn)紙面以及內(nèi)部存在含鈣、碳、氧等元素的物質(zhì)，通過(guò)進(jìn)一步的X射線(xiàn)衍射分析，確認(rèn)該物質(zhì)為碳酸鈣。

 

       “至此，我們已將這組古代藏紙殘片的施膠以及加填物質(zhì)分析清楚，即使用了‘奶+小麥淀粉’這一特殊的施膠劑，同時(shí)使用了碳酸鈣作為填料。”楊益民說(shuō)。

 

       值得一提的是，20世紀(jì)初，維也納植物學(xué)家威斯納在分析安迪爾古城遺址的古藏紙時(shí)曾發(fā)現(xiàn)有大量淀粉，認(rèn)為古代藏紙使用了大量未經(jīng)糊化的大米淀粉。威斯納的這一結(jié)論被國(guó)內(nèi)外紙史學(xué)家廣泛引用。

 

       但未經(jīng)糊化的淀粉黏度低，難以與紙張纖維結(jié)合緊密，也無(wú)法形成較好的阻滯墨水暈染的性能。而且，通過(guò)顯微鏡觀(guān)察鑒定古藏紙的施膠劑為大米淀粉，可能會(huì)受到其他因素影響而導(dǎo)致誤判。

 

       “我們分析認(rèn)為，小麥淀粉并非沒(méi)有經(jīng)過(guò)糊化，而是酪蛋白的加入，影響了小麥淀粉的糊化過(guò)程，使得淀粉粒不易于吸水膨脹破裂，糊化后留存了粒徑較小的淀粉粒。其次，某些小麥品種抗旱抗凍，是青藏高原主要糧食作物之一，就作物地理分布而言，用小麥淀粉做藏紙施膠劑也更為合理。”韓賓分析道。

 

       植物資源決定造紙?jiān)?/div>