研制具有實用價值的量子計算機，是量子計算領域最重要的發展目標。國防科技大學計算機學院QUANTA團隊聯合軍事科學院、中山大學等國內外單位，研發成功新型可編程硅基光量子計算芯片，可實現多種圖論問題的量子算法求解，有望未來在大數據處理等領域獲得應用。北京時間2月27日，國際權威期刊《科學進展》發表了這一重要成果。

 

        量子比特數目少、有效量子操作深度淺，是現階段量子技術水平存在的制約性問題。在這種受限條件下，如何最大化利用量子資源、設計可編程運行有實用前景量子算法的量子裝置，是量子計算領域的重要挑戰。

 

        據介紹，量子漫步是一種量子物理世界的獨特數學模型，也是一類重要的量子計算模型，是許多量子算法的重要內核。該新型可編程光量子計算芯片研制過程中，科研人員提出可動態編程實現多粒子量子漫步的光量子芯片結構，能夠對量子漫步演化時間、哈密頓量、粒子全同性、粒子交換特性等要素進行完全調控，實現不同參數的量子漫步過程，從而支持運行一系列基于量子漫步模型的量子算法。基于所提結構，科研人員采用硅基集成光學技術，設計實現了可編程光量子計算芯片。芯片上集成了糾纏光子源、可配置光學網絡等，通過電學調控片上元件實現對光量子態的操控，從而實現量子信息的編碼和量子算法的映射，具有高集成度、高穩定性、高精確度等優勢。通過對所研制光量子計算芯片的編程運行，演示了頂點搜索、圖同構等圖論問題量子算法的求解。未來，隨著芯片規模和光子數目的增加，芯片可支持實現的圖問題規模將快速增長。借助多種先進的科技手段，我們首次識別了古代藏紙中瑞香狼毒纖維的生物標記物，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，這是迄今發現最早以瑞香狼毒為原料的藏紙。

 

        作為藏族聚居地區所產紙的統稱，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。在第一批國家級非物質文化遺產名錄中，就有藏族造紙技藝。然而，藏紙的起源和發展歷程少有文字記載和考古實證分析。

 

        為了豐富對古代藏紙的認識，中國科學院大學人文學院考古學與人類學系楊益民教授課題組與西藏博物館等單位的學者合作，對西藏桑耶寺發現的古代藏紙殘片開展了綜合分析。該項研究的論文日前發表在《考古科學：報告》（Journal of Archaeological Science: Reports）上。

 

       “借助多種先進的科技手段，我們首次識別了古代藏紙中瑞香狼毒纖維的生物標記物，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，這是迄今發現最早以瑞香狼毒為原料的藏紙。”楊益民2月22日在接受科技日報記者采訪時表示，這項研究還首次在古代藏紙中發現了由“奶+小麥淀粉”組成的獨特的施膠劑。

 

       高科技“透視”古藏紙

 

       過去，古藏紙的科技分析工作主要由歐洲學者開展，包括對新疆和田安迪爾古城藏紙和敦煌藏經洞藏紙的分析。2012年前后，德國洪堡大學的學者對出自敦煌藏經洞的古代藏紙樣品進行纖維分析，發現其纖維來源可以分為3類：麻類、瑞香科以及構皮。

 

       “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，我們認為可以通過對桑耶寺發現的古代藏紙殘片進行研究，了解其原料與工藝。這也是這項研究的緣起。”楊益民回憶道。

 

       面對這一組古代藏紙殘片，科研人員關注的是與之相關的生產時間、地點、原料、工藝。而這些潛在的信息，僅僅通過肉眼觀察是難以獲取的，需要借助現代科技手段。

 

       測定藏紙的年代，主要有兩種方法，一種是通過藏文的字體及內容判定大致年代，還有一種是碳14測年技術。論文第一作者、中國科學院大學特別研究助理韓賓博士介紹，他們在請藏文專家進行文字預判的基礎上，在兩個不同的實驗室對藏紙樣品開展了碳14測年。結果表明該組殘片為12—13世紀古紙殘片。測年數據的一致性，也表明碳14測年技術可以很好地判定藏紙的年代，為后續藏紙的研究提供了參考。

 

       明確藏紙年代之后，科學家迫切想知道它們是用什么原料制成的。關于造紙纖維的鑒定，常用的方法是用顯微鏡對造紙植物纖維進行形貌觀察分析，但顯微觀察有時難以區分鑒定形貌相近的造紙纖維，如構皮纖維與桑皮纖維，瑞香與結香、狼毒纖維等就比較難以區分。

 

       “我們在造紙纖維鑒定過程中綜合利用了熱裂解-氣質聯用、熱裂解-全二維氣質聯用等技術分析紙張纖維的裂解產物，通過鑒定有機小分子建立瑞香狼毒纖維的鑒定依據。利用此方法，我們發現這組殘片是迄今最早以瑞香狼毒為原料的藏紙。”韓賓說。

 

       熱裂解-氣質聯用技術主要用于高分子材料的表征分析，也用于藝術品、古代有機殘留物分析。熱裂解-全二維氣質聯用技術主要用于石化及食品領域的復雜樣品分離。韓賓指出，在國內而言，這兩種技術是首次用于古紙的分析；在國際上而言，熱裂解-全二維氣質聯用技術也是首次用于古紙的分析。

 

       “此前的研究認為古代藏紙中含有瑞香科植物纖維，我們的研究則進一步細化，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，但主要分布在非洲南部、地中海沿岸至大洋洲。

 

       發現紙張中特殊黏合劑

 

       初步觀察殘片表面墨的浸染狀態，可以看到墨只在表面浸染，沒有進入紙張內部，表明殘片經過了施膠處理。研究人員在偏光顯微鏡下觀察發現紙張中存在大量的淀粉粒，說明紙張使用淀粉施膠。通過全二維-氣相色譜質譜分析，發現其中存在蛋白質裂解的成分。

 

       但上述研究分析，仍無法確認淀粉粒以及蛋白質的來源。于是，科研人員又進行了蛋白質組學分析。通過特異性肽段分析，確認紙張中的淀粉來源于小麥，而蛋白質來源于奶，進一步推測可能來源于當地的牦牛奶。除了淀粉、蛋白質等有機成分，電鏡-能譜分析中還發現紙面以及內部存在含鈣、碳、氧等元素的物質，通過進一步的X射線衍射分析，確認該物質為碳酸鈣。

 

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

 

       值得一提的是，20世紀初，維也納植物學家威斯納在分析安迪爾古城遺址的古藏紙時曾發現有大量淀粉，認為古代藏紙使用了大量未經糊化的大米淀粉。威斯納的這一結論被國內外紙史學家廣泛引用。

 

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

 

       “我們分析認為，小麥淀粉并非沒有經過糊化，而是酪蛋白的加入，影響了小麥淀粉的糊化過程，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。

 

       植物資源決定造紙原料

 

       一般認為，文成公主進藏，加速了中原文化、技術等傳入吐蕃。據《舊唐書》記載，唐高宗繼位后，吐蕃使者來唐“請蠶種及造酒、碾、磑、紙、墨之匠”，高宗“并許焉”。

 

       造紙，從本質上講，是將植物纖維解離分散、濾水成型為薄片狀材料。充足、優良的植物纖維供應是手工造紙的前提。在藏區造紙，首先面對的問題，可能就是某些優良造紙纖維原料短缺的問題。比如構樹、桑樹、青檀、竹子等植物纖維都適于造紙，在中原地區傳統手工造紙中有大量使用，但這些植物種類在青藏高原卻難以大面積種植生長。

 

       因此，造紙工匠因地制宜，選取青藏高原分布廣泛的瑞香科植物，如瑞香、結香、狼毒等植物纖維作為造紙原料，逐漸形成具有濃厚地域特色的藏紙。在這其中，瑞香狼毒全株有毒，可防蟲蛀，利于文書長時間保存。

 

       “可以想象，中原地區的紙匠入藏后，在缺乏優質植物纖維資源的情況下，改進技藝，將分布廣泛的瑞香狼毒試用于造紙，然后逐漸推廣開來。當然，這只是一個可能性的推測。事實上，藏紙原料選擇的緣起，仍是一個待解的學術問題。”韓賓認為。

 

       在韓賓看來，藏區和中原地區植物資源分布的不同，導致了造紙原料選取的不同。這充分體現了當地造紙工匠的智慧，也是高原地區人地關系的一個側面寫照。（本文來源于新華網）