美国IBM(国际商业机器公司)已研制出世界上最先进的量子计算机。量子计算机是一种基于原子所具有的神秘量子物理特性的装置,这些特性使得原子能够通过相互作用起到计算机处理器和存储器的作用。
IBM公司称,这台利用5个原子来作为处理器和存储器的计算机首次证明了此类装置有可能以明显快于常规计算机的速度来解决某些问题。这台试验机被认为是朝着具有高速度运算能力的新一代计算装置迈出了新的一步。
IBM公司研究人员艾萨克说:“量子计算机最终可用于诸如数据库搜索之类的实际用途,包括网络搜索的速度可以大大提高,但很可能不适用于执行像字处理之类的普通任务。”艾萨克正领导着一个由IBM、斯坦福大学和卡尔加利大学三个机构的科学家组成的小组,进行量子计算机的研究。
量子计算机还可用子密码技术,即密码的编制和破译。这一用途已经引起美国国家安全局和国防部的兴趣,这两个部门正在资助斯坦福大学的量子计算机研制工作。
艾萨克在接受采访时说,他的研究小组使用这台量子计算机的样机解决了密码技术中的一个典型的数学问题,即求解函数的周期。这台计算机能够一次性地解决这一问题的任何例题,而常规的计算机需要重复数次才能解决这样的问题。
量子计算机依据的是电子或原子核的旋转以及量子粒子的奇异特性。在不被观测的情况下,量子粒子可以同时向不同的方向旋转。
当粒子的旋转方向是向上的,其状态可以读作“1"。如果是向下,则可以读作“0”,于是它们便与组成传统计算机二进制的语言“1”和“0”相对应。传统计算机采用的是晶体管,利用晶体管的开和关来表示"1"和“0”。不过,量子计算机的独特之处,在于量子粒子还能够处于一种“超级状态”一同时向上和向下旋转。这种状态将同时表示“0”和“I"以及两者之间的任何状态。在解决问题时,量子计算机并不是依次把全部的数字加起来,而是在同一时间把所有的数字加起来。
不过,还不清楚这样的计算机何时能够实现商业化。艾萨克说,今后两年内可望出现使用7到10个原子的更先进的量子计算机。
[方留民译自《路透社纽约》2000年8月15日]
新的征程
对于我们的事业来说,今天既是最好的时代,又是最坏的时代。基因科学、古气候学、材料科学、天体物理学、神经生物学和纳米科学等各门科学都取得了前所未有的进展;而且,通过对人类起源与人类社会演化进程的揭示,科学对人类越来越重要。不过,虽然科学活动业绩骄人,但日新月异的科学手段和科学成就也日益令公众为矛盾心理所困扰。例如,公众对基因改良作物的用途及其安全性存在诸多疑问,对以革新生物医学技术为目的动物研究价值半信半疑,甚至有人建议在开设进化理论课程的同时,还应开设“造物科学”课程。此外,经验表明,在对有关科学及其应用的政策进行决策的过程中,非科学界人士的作用十分重要。因此,我们一定要很负责任地、充满热情地与公众进行沟通,告诉他们科学事业的价值,争取他们的支持。
当然,公众对科学心存怀疑还有其他原因,而杂志则有责任消除所有这些疑虑。公众既是我们的主顾,又是我们的监督者,他们关注着我们的工作和我们对自己的工作所做的评述。我们很注重专业性,这是报道科学活动(以寻求真理为己任)所必不可少的。值得注意的是,所有与科学传统不符的事情都会迅速引起公众的反响,如研究行为失当、过分商业化和新型利益冲突等。
也许迄今最有害的事情,就是把科学视为一种激烈的竞争行为,认为争夺第一名比寻求科学真理更为重要。例如,人类基因组测序活动就是在政府支持的HGP计划和私人资助的塞莱拉公司之间开展的一场竞赛。诚然,这场竞赛有积极作用,如使测序工作得以提早完成,并引起了公众的普遍关注。但是消极作用也不容低估,如测序结果因时间仓促而不够完善,研究人员因分心从事口舌之争而无法专心致志地工作。
目前公众已经认识到人类基因组测序工作的重要性,并且热切期待测序能够顺利完成、测序成果能以多种方式共享以及测序能引发更为重大的科学探索活动。
[戴雪梅译自Science,2000年6月16日]
DNA发动机
一个国际科学家小组最近宣布,他们做成了世界上第一台DNA发动机,这为分子电子电路的面世铺平了道路,如果成功的话,这种电路将比目前的硅芯片小数千倍而且速度也快数千倍。
朗讯科技公司的研究与开发机构——贝尔实验室的伯纳德——尤尔克说:“你将会拥有非常小非常快的计算机。在同一面积内你可以多安装数量高出10,000倍的组件”。
DNA又称为脱氧核糖核酸,是细胞核中的携带生物生长指令的遗传物质。尤尔克和牛津大学的物理学家安德鲁 · 特伯费尔德说,这种DNA发动机的样子与DNA本身相似,它为开发由分子开关及其他元件组成的微电子系统铺平了道路,把这些组件在试管中混合就可生成这种系统。
单链的DNA只能与另一条与其碱基排列互补的DNA单链相结合,形成稳定的双链螺旋。因此,将三条特殊设计的DNA单链在试管中混合就可以制成一~把DNA“钳子”。每条DNA单链会找到各自的互补对象并结合在一起形成一种“V”形结构,它比针头还要小100,000倍。
这种“钳子”就是分子计算机的先驱,特伯费尔德说:“我们的想法是给每个分子组件加上DNA标签,然后,当你把它们在容器中混合时标签互补的一对就会找到对方,然后它们就会按指定的设计方案组合起来。”这种DNA“钳子”的开合是通过一条“燃料”链完成的,它被固定在钳子的把手位置的一条DNA单链上,能够像拉链一样让“钳子”合上。科学家们还设计了一个负责拆除的单链,它可以将“燃料”链从“钳子”上移去使“钳子”张开。
尤尔克说,现在要制造可以实用的分子设备只有两点需要解决:分子组件的装配技术一一这可以通过“钳子”方面的知识得到解决,另外就是能够作为晶体管的分子。研究人员已经创造出了分子导线、逻辑门和开关,可以连接在一起形成一个可以工作的电脑,大小只相当于基于硅芯片的计算机的一部分。
特伯费尔德说:“分子电路的开发至关重要,必须对电子电路的装配进行大的改革,因为常规的程序在今后10到20年中将成为一个难以逾越的障碍。”
[方留民译自《路透社伦敦》2000年8月9日]
新型口服艾滋病疫苗将问世
美国国家卫生研究院所属的人类病毒学研究所所长罗伯特 · 加洛前不久透露,他们计划2年内分别在巴尔的摩市和非洲加纳测试一种新型艾滋病疫苗。与大多数人体免疫缺陷病毒疫苗不同,新研制的疫苗可以吞服。此外新型疫苗还利用一种减弱毒性的伤寒沙门氏菌Salmonella typhi输送一批HIV基因。
加洛认为,这种以沙门氏菌为载体的口服用药方法可能会特别有效,因为它似乎在人体分泌粘液的粘膜中可以激发强烈的免疫反应,据悉这是预防性交感染艾滋病的关键措施。性交感染艾滋病是非洲和广大发展中国家传播这种流行病最为常见的方式。
不过在宣布预期测试计划时,加洛极力设法不作过多承诺。这多少反映了过去试验的结果:尽管进行过10多种预防艾滋病疫苗的临床测试,却没有任何一种备选疫苗显现出可以遏制这种流行病的蔓延。
这种新型疫苗系由人类病毒学研究所疫苗分部主任乔治 · 刘易斯及其同行戴维 · 霍恩合作研制的。疫苗含有不会致病的伤寒杆菌菌株,同时可以为一种称为张口的人类免疫缺陷病毒蛋白质和数种其他病毒蛋白质片断运载基因。英国牛津大学安德鲁 · 迈克米切尔曾经选用这种杆菌作为一种“裸露”DNA疫苗的外壳。
一旦进入人体细胞,减弱毒性伤寒杆菌的细胞壁就会破裂并释放出人体免疫缺陷病毒DNA。宿主细胞随之转录这种DNA,以便产生激发免疫反应的大量HV蛋白质。其目的并非去诱发产生对付HV的抗体,而是促使细胞毒性T淋巴细胞识别和摧毁被病毒感染的任何细胞。
然而伤寒杆菌系统的优势之一是相对较大的细菌可以运载一套不同的基因。加洛期望在实验室测试的同时,看它能否修复其他可能的基因成份。
[易家康译自Nature,2000年5月25日]