本周Nature封面故事 | 2020年4月16日刊

封面图片：东京大学宇宙射线研究所神冈天文台。

封面故事

中微子震荡中的物质-反物质对称性破坏相的约束

围绕宇宙形成的一个基本问题是，为何物质多于反物质。一般认为这种失衡与基本物理学定律被打破有关。物理定律本质上是对称的——适用于宇宙中物质粒子的也应适用于镜像宇宙中的反物质粒子。但事实并非总是如此，现已证明夸克的行为与镜像的反夸克的行为不尽相同。这种对称性破坏——电荷共轭与宇称反演（CP）破坏——尚未在轻子中得到证明，轻子是包括电子、μ子和中微子在内的一类基本粒子。

本期《自然》将带来搜寻CP破坏的重大进展：T2K协作组织报告了关于中微子与反中微子之间差异的测量结果，置信度为99.7%，意味着在95%的置信度水平上显现出CP破坏。T2K协作组织利用超级神冈探测器（如封面所示）捕获了日本东海的J-PARC加速器设施在295公里外产生的中微子，确定了μ子中微子变为电子中微子的概率似乎不同于μ子反中微子变成电子反中微子的概率，展现了轻子存在CP破坏的迹象。如果将来有更精确的测量结果证实这一点，那么这种破坏或许有助于解释宇宙中多余的物质是如何形成的。

↓长按并提取二维码阅读

论文：Constraint on the matter–antimatter symmetry-violating phase in neutrino oscillations

量子比特告别超冷

《自然》本周发表的两篇论文演示了能在目前技术可达到温度的15倍温度下运作的量子计算平台。虽然相对升温幅度很小，但对于将现有原型扩展至更大更强的量子计算机来说，研究结果或能带来极大影响。

量子比特对应经典的计算比特，可以通过超导电路实现或在半导体（比如硅）内形成。这类固态平台需要冷却至极低温度，因为热量产生的振动会干扰量子比特，进而影响性能。一般来说，固态平台需要在约0.1开尔文（零下273.05摄氏度）的温度下运转——这需要非常昂贵的制冷技术。

两项独立研究分别报道了各自的概念验证性实验，成功让硅基量子计算平台在超过1开尔文的温度下运行。Menno Veldhorst和同事制作了一个能在1.1开尔文运作的量子电路；Andrew Dzurak和同事演示的一个系统则能在约1.5开尔文的温度下运作。两项研究都把限制在硅中的电子自旋作为量子比特，并与周围能在超过1开尔文温度下正常运作的材料很好地隔离开来。在这个温度下，冰箱足够强大，可以引入定域电子来操控量子比特，作者认为这是将这类量子处理器扩展至百万量子比特的先决条件。

将运行温度提至1开尔文以上是一个重要的里程碑，因为冷却到这一阈值以下既不容易也不便宜。随着温度提高到1开尔文以上，成本将大幅下降，效率将显著提升。此外，硅基平台也是很有诱惑力的选择，因为这将有利于集成利用现有硅基硬件的经典系统。

↓长按并提取二维码阅读

论文：Universal quantum logic in hot silicon qubits

↓长按并提取二维码阅读

论文：Operation of a silicon quantum processor unit cell above one kelvin

测定某非洲古人类头骨化石的年代 

20世纪20年代，人们在赞比亚一处未定年的洞穴沉积物中，发现了一种关键的非洲古人类的头骨化石。

《自然》发表的一篇论文报告称，现在最新的测年结果显示该化石有29.9万年的历史。《自然》在近100年前便首次对该化石进行了描述，此次的测年结果有助于确定这块布罗肯山（现称卡布韦）头骨在古人类演化图谱上的位置。

布罗肯山头骨是在1921年的一次金属矿挖掘中，在一处洞穴沉积物中发现的。它原本被认定为一种新物种——罗德西亚人（Homo rhodesiensis），但是近来被划归为海德堡人（Homo heidelbergensis）——一种来自欧洲和非洲的中更新世人种。要测定布罗肯山头骨的年代，一直是一个挑战，因为当初它所在的沉积物已经不复存在。此外，化石样本本身包含高浓度的重金属，导致极难使用放射性测年法。因此，该头骨的年代一直存有争议；部分研究人员认为它有50万年的历史。

Rainer Grün、Chris Stringer及同事分析了在布罗肯山头骨被发现的第二天，在相同地区发现的其他人类遗骸化石（包括胫骨和股骨碎片）；还分析了近期在伦敦自然历史博物馆发现的、研究人员在上世纪20年代从头骨上直接刮下来的物质。作者得出的结论是，这块头骨约有29.9万年的历史。

以上发现表明，与欧洲和亚洲相似，中更新世的非洲同时期可能存在多个古人类谱系，海德堡人/罗德西亚人或许不能可信地代表我们自身物种的最后共同祖先。

↓长按并提取二维码阅读

论文：Dating the skull from Broken Hill, Zambia, and its position in human evolution

点击“阅读原文”发现更多最新Nature精彩内容