研究人員成功讀取了儲存在 Majorana 量子比特中的信息，這是一種拓撲量子比特。來自西班牙國家研究委員會的研究團隊展示了他們使用一種稱為量子電容的新技術來訪問 Majorana 量子比特中的信息。這一重要進展由馬德里材料科學研究所（ICMM）的 CSIC 研究員 Ramón Aguado 解釋，他是該研究的作者之一。他指出，我們的工作是開創性的，因為我們展示了如何使用這種新的量子電容技術來讀取儲存在 Majorana 量子比特中的信息。這種技術“作為一個全球探測器，對系統的整體狀態敏感”。

拓撲量子比特就像量子信息的保險箱。為了更好地理解這一成就，Aguado 解釋道，拓撲量子比特就像量子信息的保險箱，不同之處在於，它們並不在特定位置儲存數據，而是將其非局部地分布在一對特殊狀態中，這些狀態被稱為 Majorana 零模。這一特徵使它們在量子計算機中具有極大的價值。Aguado 表示，它們本質上對局部噪聲具有很強的抗干擾能力，因為要破壞信息，故障必須對系統產生全球影響。然而，這一優勢卻成為了它們在實驗中的 Achilles 腱：如何“讀取”或“檢測”一個不在任何特定點的性質？

這項研究發表在《自然》期刊中，研究人員引入了一種測量技術，通過量子電容來讀取其偶性。這種方法將兩個 Majorana 模式耦合起來，並實時解析它們的偶性，這一過程可見於隨機電報開關，壽命超過一毫秒。同步電荷感測確認這兩個偶性狀態是電荷中性的，並且對於不耦合這些模式的探測器來說，這兩者仍然不可區分。根據新聞稿，這些結果為 Majorana 量子比特的時間域控制建立了基本的讀取步驟，解決了一個長期存在的實驗挑戰。

一旦創建了最小的 Kitaev 鏈，並使用這種量子電容探測器，研究人員首次能夠在單次測量中實時區分由兩個 Majorana 模式形成的非局部量子狀態是偶數還是奇數，即其是充滿還是空的，這被認為是量子比特的基礎。研究團隊成員 Gorm Steffensen 表示，這一實驗優雅地確認了保護原則：雖然局部電荷測量對這一信息是盲目的，但全球探測器清楚地揭示了這一點。

這次實驗的另一個重要結果是觀察到“隨機偶性跳躍”，這使得測量“超過一毫秒的偶性相干成為可能”，這被認為對未來基於 Majorana 模式的拓撲量子比特操作是一個非常有前景的值，根據新聞稿的說明。

保持準確的時間比聽起來更為複雜。當今世界上最先進的時鐘，主要用於 GPS 導航、衛星通信及基礎物理測試，依賴於精確控制的原子和激光。這些時鐘雖然極其精確，但體積龐大，耗能亦高，並且難以在專業實驗室外運行。最近一項新的數學研究顯示，一種被稱為時間晶體的特殊物質狀態，可能提供一種更穩定且潛在簡化的計時方法。研究指出，時間晶體在原則上可以超越傳統量子時鐘設計的精確性，特別是在測量極短時間間隔方面。

研究作者指出：「量子時間晶體確實是真正的量子時鐘，其性能因時間平移對稱的自發破缺而增強。」時間平移對稱的意思是物理規則不隨時間而改變。現代的原子時鐘較為複雜。在深入了解研究者的工作之前，首先需要明白當今最佳時鐘的運作原理。現代光學原子時鐘利用激光將原子或離子冷卻至極低溫度，隨後，激光激發這些原子內部的電子，將其推向更高的能量水平。當電子回落時，會以非常特定的頻率發出光。

由於這些光學頻率極為穩定，且遠高於舊型原子時鐘所使用的微波信號，因此能夠進行更精確的時間測量。然而，這樣的系統需要持續的外部驅動、強大的激光以及小心的環境噪音隔離。維持這種穩定性在技術上具有挑戰性，且耗能巨大。

時間晶體則提供了另一種思路。在物理學中，晶體是任何在空間中有重複模式的系統，如鹽或鑽石中原子的有序排列。然而，時間晶體則是在時間中重複的。其內部結構以規律的節奏振盪，而不需要像通常的方式那樣不斷消耗能量。自2016年首次進行實驗性展示以來，時間晶體吸引了物理學家的興趣，因為其運動似乎源於系統自身的內部相互作用。

研究團隊希望探討這種自我維持的節奏是否可以作為機械時鐘。為了測試這一點，他們建立了一個包含100個量子粒子的數學模型。每個粒子可以處於兩種自旋狀態之一——向上或向下。即使只有這兩種可能性，100個粒子也能組合成大量的集體自旋排列。研究者研究了這些組合狀態隨時間的演變，並分析了系統的兩個不同操作相位。

首個相位為傳統相位，集體自旋僅在外部激光場驅動下振盪。接著是時間晶體相位，集體行為中的重複模式自動出現，無需持續的外部激勵。團隊隨後評估了每個相位測量時間的能力。實際上，他們檢查了系統能多精確地區分越來越短的時間間隔。當他們向更細微的分辨率推進時，傳統相位的準確性迅速下降，而時晶體相位則保持更強的穩定性。

因此，這項研究成功顯示，時間晶體內部生成的振盪可能比外部驅動系統更能抵抗精確性的損失。儘管這些結果是理論性的，建造一個運作正常的時間晶體時鐘仍需重大的技術進步。實際系統受到噪音、缺陷及環境擾動的影響，這些因素難以完美建模。然而，這項研究為時間晶體可能成為新型量子時鐘的基礎提供了堅實的數學基礎。若能在實驗中實現，這類時鐘可能會影響從安全通信到先進導航等眾多技術。該研究發表於《物理評論快報》期刊。

位於華盛頓的一家公司 Helion 創下了行業首個融合能源的新里程碑，成為首個成功展示可測量氘-氚（D-T）融合的私營融合能源機構。Helion 在其實驗中達到 1 億 5,000 萬攝氏度的等離子體溫度，這兩項成就標誌著 Helion 在實現商業化融合能源的願景中取得了重大突破，並是私營融合行業的首次。

Helion 的聯合創始人兼首席執行官 David Kirtley 表示：「我們相信，實現融合商業化的最佳途徑是快速建設、學習和迭代。我們已經建造和運行了七個原型機，每次都設定並超越了更具挑戰性的技術和工程目標。」在 Polaris 上的氘-氚測試活動中取得的歷史性成果，證實了他們在高功率融合開發方面的方法以及工程的卓越性。

Helion 在 2024 年底開始運行其第七代 Polaris 原型機，今年一月，它成為首個也是唯一一個使用氘-氚燃料的私營融合能源機構，展示了該公司在不同燃料之間的運行和擴展能力。此外，Helion 也是首個獲得監管批准以擁有和使用氚以展示融合能源生產的公司。

在 Polaris 的測試計劃中，使用氘-氚燃料實現熱核融合是其一個步驟。根據新聞稿，該公司將繼續進行測試，以達到氘-氦-3融合的最佳溫度，這是 Helion 將在商業運營中使用的燃料。知名的 FRC 等離子體專家 Dr. Alan Hoffman 評論道：「在查看 Polaris 原型機的 D-T 運行最新結果後，我對自 UW 和洛斯阿拉莫斯早期 FRC 工作以來這個領域的進步感到自豪。」

美國的 FRC 研究最初在洛斯阿拉莫斯開始，後來在私人公司 Math Sciences North West 繼續進行，並因為鼓舞人心的結果，推進到在華盛頓大學建造大型 S 裝置，這項工作由 Dr. Hoffman 主導，並獲得了美國能源部的資助。他表示：「我仍然看到技術的擴展，Helion 的等離子體能量回收使這項技術能夠實現商業規模。」

隨著最新的技術成就，Helion 繼續引領融合行業的步伐，創造出低成本、無碳融合電力的商業化路徑。在 2025 年 7 月，Helion 在華盛頓州馬拉加的 Orion 建設其首個商業機器，這台機器將向微軟的電網提供融合電力。Helion 表示，隨著最新的技術成就，計劃在融合行業中設立步伐，推動商業用低成本、無碳電力的生產。

美國海軍陸戰隊正對其老舊的 F/A-18C/D Hornet 機隊進行有效且具成本效益的升級。這些傳統戰鬥機將很快配備 70mm 先進精確打擊武器系統 II (APKWS II) 的空對空版本，以應對日益增長的敵方無人機和巡航導彈威脅。通過採用這些激光制導火箭，海軍陸戰隊能夠以相對傳統導彈更低的成本獲得高密度武器。

現代空戰面臨著一個經濟問題，使用價值 100 萬美元的導彈擊落一架廉價無人機是不可持續的。APKWS II 則成功填補了這一經濟空白。單個導引部分的成本介於 15,000 至 20,000 美元之間，火箭發動機的額外成本僅為 2,000 美元。相比之下，目前的武器庫中，單個 AIM-9X Sidewinder 的價格約為 450,000 美元，而最新的 AIM-120 AMRAAM 的價格接近 100 萬美元。海軍陸戰隊現在將低成本的高密度反無人機/巡航導彈能力作為首要任務。

這種空對空變體稱為 AGR-20F，有些人稱其為 FALCO 系統。它使用接近引信來摧毀目標，而無需直接命中。美國空軍已經證明該系統在實戰中有效，F-16 Viper、F-15E Strike Eagle 和 A-10 Warthog 均已使用此技術。

整合這些火箭後，Hornet 的彈藥深度將發生改變。傳統 Hornet 最多可攜帶 12 顆空對空導彈，但燃油箱和傳感器往往限制了這一數量。APKWS II 以七發火箭彈艙的形式出現，將一顆導彈替換為一個火箭彈艙，飛行員便可多出六發火箭。這一額外容量對於應對蜂群攻擊至關重要。近期中東衝突顯示，防禦方可能會迅速耗盡導彈。在某些情況下，飛行員必須在威脅仍在空中時降落補給。

海軍陸戰隊的 125 架傳統 Hornet 現在將能夠更長時間參與戰鬥。海軍陸戰隊發言人向 TWZ 表示，Legacy Hornet 透過其最終裝配持續提升致命性、相關性和生存能力。發言人進一步解釋了機隊的計劃，指出針對 C-UAS 和巡航導彈能力，F/A-18 已經有資金支持的美國法典第十條合規要求，將 APKWS 整合到空對空模式中。

這些火箭需要飛行員在目標上持續激光鎖定，這限制了飛行員快速應對多個獨立無人機的能力。然而，工程師們已經在尋找解決方案。主要承包商 BAE Systems 正在開發一種雙模導引系統，該版本在火箭中添加了成像紅外線尋標器，從而創造出類似「發射後自動追蹤」的能力。飛行員用激光瞄準目標，然後火箭便可接管控制。這些升級確保了 Hornet 在其退役之前仍然能夠保持相關性，海軍陸戰隊計劃在本世紀末之前繼續駕駛這些戰機，配備新型 AESA 雷達和激光火箭，這些老兵已準備好迎接現代無人機戰爭的挑戰。

研究人員開發了一種微流體裝置，能夠直接從受污染的固體中萃取污染物。這一突破性技術消除了環境測試中對複雜過濾的需求。來自韓國化學技術研究院（KRICT）及忠南國立大學的聯合團隊在《ACS Sensors》期刊上發佈了他們的研究成果。由金周賢博士和柳在範教授領導的團隊，成功解決了分析化學中長期存在的難題。標準的水和食品測試在存在沙子、土壤或食品殘渣時，往往無法提供準確的結果。這些固體會降低測試的準確性，並在過濾過程中捕獲微量污染物。

目前的分析方法遵循一個僵化的多步驟工作流程，包括固體去除、萃取和分析。這一流程不僅增加了時間和成本，同時也降低了可靠性。這些限制在與公共健康密切相關的領域造成了重大挑戰，包括環境監測和飲用水安全。傳統方法依賴液-液萃取（LLE）來尋找有害污染物，這些過程需要大量溶劑，且難以實現自動化。雖然存在液-液微萃取（LLME）技術，但其實用性仍然有限，含有固體顆粒的樣本在萃取前仍需經過過濾步驟。

新開發的基於微流體的分析裝置使用了一種基於捕捉的設計，以繞過這些障礙。它在特定的微腔內限制了一小滴萃取液，同時樣本溶液則流經鄰近的微通道。這使得目標分析物可以進入萃取液，而固體顆粒則可順利通過。這一設計能夠實現快速且選擇性的質量轉移，無需受到顆粒的干擾。萃取後，研究人員只需取回這滴萃取液進行後續分析。

研究團隊將該裝置應用於全氟辛酸（PFOA）和藥物卡馬西平（CBZ）的測試。PFOA屬於當前面臨美國嚴格法規的PFAS類永恆化學物質。該裝置在五分鐘內檢測到PFOA信號。研究人員還從含沙漠的漿液中提取了CBZ，且無需任何預先過濾。他們使用高效液相色譜法（HPLC）清晰地識別出該化合物。結果顯示這一平台在保持高可靠性的同時，顯著減少了所需步驟，使其成為緊湊型自動監測系統的理想選擇。

這一系統可以處理通常會阻塞標準實驗室設備的複雜混合物。金博士認為，將多個預處理步驟整合為一個過程，將徹底改變現場分析的方式。KRICT總裁李永國也對這一發展表示讚賞，強調其對社會的益處。這項技術能提高環境和食品安全分析的可靠性，並直接影響公共健康。這一工程成就為更快的食品安全檢測提供了途徑，未來可能成為美國環境監測的主要工具。通過去除對重型實驗室設備的需求，該裝置將實驗室級的精確度直接帶到現場，確保公眾的水和食品供應更加安全。這一技術為我們日常環境中的隱形污染物提供了堅實的解決方案。該研究已發佈於《ACS Sensors》期刊。

香港城市大學的科學家們剛剛突破了電動車（EV）產業的一個重大障礙。由劉啟教授領導的研究團隊最近在RAISe+計劃下獲得資金，以商業化一種新的電池材料。這項技術有望提高能量密度，同時大幅降低全球製造商的成本。該項目針對富鋰層狀氧化物（LLOs）。工程師通常稱LLOs為理想的陰極材料，因為其具有高容量和低成本的特點。然而，這些材料通常會遭遇電壓衰減的問題，從而縮短電池壽命。劉教授的團隊找到了解決方法。

團隊專注於原子層面，穩定電池的內部蜂窩結構。他們向陰極材料中添加了特定的過渡金屬離子。這一改進可以阻止氧氣釋放，防止在使用過程中的結構劣化。通過解決這些微觀變化，團隊有效地消除了電壓衰減的核心問題。其次，他們還採用工程技術來保護電池免受表面磨損。在生產過程中，研究人員應用了碳涂層，形成了一道保護屏障，抵禦電解質腐蝕和金屬溶解。這兩項創新確保了高性能能量儲存的長期穩定性。

劉教授表示：「我們的研究團隊使LLOs這一陰極材料實現了其真正的商業潛力。」他指出，這項技術使電池能以更低的成本提供更高的能量密度。根據劉教授的說法，這一突破為電動車和能量儲存應用開辟了新的可能性。

這項研究對美國及全球市場具有重大意義。專家預測，鋰離子電池行業到2030年將達到1500億美元的市場規模。陰極材料在電池製造中佔據了最大的成本。城市大學的新品系統旨在將傳統電池的能量密度提高超過30%。為了滿足這一需求，團隊成立了蘇芳新能源科技有限公司，已經運營一條年產100噸的生產線。隨著政府新一輪的支持，他們計劃在東南亞或韓國建設一座規模達1,000噸的大型設施。這一擴張將創造大約100個工程和製造方面的新工作崗位。

劉教授認為，這一舉措鞏固了香港在競爭激烈的高科技生態系統中的領先地位。他表示：「這個項目展示了香港在下一代能源技術方面的優勢。」該項目並不僅限於目前的液體電解質電池，團隊還在開發專門針對固態電池的第二產品系列。這些下一代電源電池提供更高的安全標準和功率輸出。通過將實驗室突破轉化為工業規模應用，團隊預期在三年內實現全面優化。這一時間表與全球推動更快電動車採用和可再生能源儲存的趨勢相一致。

這項研究最初發表在2023年的《自然能源》期刊上，如今正從學術頁面走向生產線。

根據最新研究，土星最大的衛星泰坦（Titan）可能是在與另一顆衛星碰撞後形成的，這一事件也可能隨後促成了土星明亮環的形成。這項研究由SETI研究所主導，將幾個長期未解的謎團聯繫在一起，包括土星環的年輕年齡、泰坦的不尋常軌道以及小衛星如海伯里昂（Hyperion）和伊阿佩圖斯（Iapetus）所表現出的奇特行為。

研究人員使用計算機模擬，認為泰坦可能是兩顆早期衛星合併的產物。這一想法建立在美國國家航空暨太空總署（NASA）卡西尼（Cassini）任務所收集的數據之上，該任務在土星周圍運行了13年。卡西尼在任務結束前測量了土星的內部質量分佈，結果顯示土星的質量比科學家預期的更集中於其中心，這改變了其緩慢自轉軸搖擺的速度，即歲差。

多年來，科學家認為土星的歲差與海王星匹配，這讓兩顆行星之間的引力互動逐漸傾斜土星，並使其環在地球上可見。然而，卡西尼的最終數據顯示這種匹配不再存在。為了解釋這一差異，早期研究者提出，土星曾經擁有一顆額外的衛星，該衛星在與泰坦相互作用後被驅逐，最終分裂形成了環。

新研究測試了這顆額外衛星是否可能與泰坦碰撞。模擬結果顯示，合併的可能性高於簡單的驅逐。海伯里昂這顆小而不規則的衛星在此過程中扮演了關鍵角色。它與泰坦鎖定在軌道共振中，研究小組的成員Ćuk表示，海伯里昂是土星主要衛星中最小的一顆，提供了該系統歷史上最重要的線索。

在許多模擬中，當額外衛星變得不穩定時，海伯里昂便被拋棄。研究團隊發現，泰坦與海伯里昂的軌道鎖定看起來相對年輕，僅有幾億年，這一時間與提出的額外衛星的消失重合。如果這顆額外衛星與泰坦合併，則可能在泰坦的軌道附近產生碎片，而這正是海伯里昂形成的位置。

研究者提出，泰坦是由一顆接近泰坦大小的原始泰坦（Proto-Titan）和一顆較小的原始海伯里昂（Proto-Hyperion）合併形成的。這一衝擊可能解釋了泰坦相對平滑的表面和有限的撞擊坑數量。重大碰撞會重新塑造這顆衛星的表面。泰坦稍微拉長的軌道也顯示出最近的擾動，這與合併的情況一致。

該研究還進一步建議，在消失之前，原始海伯里昂可能使伊阿佩圖斯的軌道傾斜，這可能解決了另一個長期未解的難題。對於土星環的形成，這一模型提供了一個新的思路。先前的研究表明，中型內衛星之間的碰撞可能產生碎片，一些材料向內擴散形成環。

新研究認為，泰坦合併後的軌道可能會通過軌道共振使較小的內衛星不穩定。當它們的軌道週期以簡單的分數與泰坦的週期對齊時，引力效應會加強，拉伸它們的軌道並觸發碰撞。大部分來自這些碰撞的碎片會重新聚集成新的衛星，而小部分則會以冰碎片的形式留在軌道上，形成環。

這一第二次擾動的時間尚不確定，但可能發生在泰坦合併之後，與土星環約一億年的年齡估算相符。NASA的Dragonfly任務計劃於2034年抵達泰坦，將有助於檢驗這一假設。這架核能驅動的旋翼機將研究泰坦的表面和化學成分，可能會發現重大衛星之間碰撞的證據。這項研究已被《行星科學期刊》接受發佈。