北大團隊連發(fā)4篇《自然》、2篇《科學》
2026-01-31 09:05北京時間1月29日凌晨
北大共有4篇成果在Nature網(wǎng)站上線
分別是
北京大學化學與分子工程學院雷曉光團隊合作解碼的
人體內(nèi)膽汁酸轉(zhuǎn)運機制
北京大學人工智能研究院燕博南團隊與合作者研發(fā)的
全柔性存算一體人工智能芯片
北京大學計算機學院黃鐵軍團隊與合作者主導的
多模態(tài)大模型成果
北京大學物理學院趙宏政團隊與合作者
在超導量子模擬平臺實現(xiàn)可控預熱化
今天凌晨
Science網(wǎng)站發(fā)表新一批成果
北大又有2篇在列
北京大學化學與分子工程學院雷曉光團隊
實現(xiàn)了酰胺鍵的變革性生物合成
北京大學化學與分子工程學院彭海琳團隊發(fā)布的
晶圓級超薄且均勻的范德華鐵電氧化物
共計6篇成果
先后在Nature和Science上發(fā)表
其中化學學院雷曉光團隊實現(xiàn)了兩日連發(fā)，首次解析人源OSTα/β高分辨率結(jié)構(gòu)
生命體內(nèi)高效的營養(yǎng)循環(huán)體系，離不開關(guān)鍵“物流專員”——轉(zhuǎn)運蛋白的精準協(xié)作。其中負責膽汁酸“回收”的OSTα/β蛋白尤為特殊，它必須由α和β兩個亞基搭檔才能工作，且不消耗能量即可完成轉(zhuǎn)運，這種“雙人協(xié)作、節(jié)能環(huán)保”的模式一直是極為重要的科學議題。
北京大學化學與分子工程學院雷曉光團隊與合作者在Nature上發(fā)表的研究，成功破譯了這位“物流專員”的運作密碼。研究團隊利用低溫冷凍電鏡技術(shù)（cryo-EM），首次解析了人源OSTα/β蛋白的高分辨率三維結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)它以一種獨特的“2+2”異源四聚體形式存在，其緊密的亞基界面相互作用，大大增強了復合物的穩(wěn)定性。
該研究回答了長期以來關(guān)于OSTα/β組裝方式和轉(zhuǎn)運機制的根本問題，為理解膽汁酸的跨膜運輸提供了全新的結(jié)構(gòu)框架，也為針對OSTα/β的靶向藥物開發(fā)奠定了堅實的理論基礎。
OSTα/β的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)運機制
全柔性存算一體人工智能芯片
當人工智能遇見柔性電子，未來的智能硬件將不再是冰冷的機器，而是能夠彎曲、折疊，甚至與人體共融的“第二層皮膚”。然而，在這條充滿想象的科技道路上，一直存在一個關(guān)鍵瓶頸：如何為這類柔性系統(tǒng)打造一個既能高效運行AI算法，又兼具超薄、可彎曲、高可靠性的“大腦”？
北京大學人工智能研究院燕博南團隊與合作者，在Nature上發(fā)表了題為“A flexible digital compute-in-memory chip for edge intelligence”的研究成果，成功研制出世界首款基于量產(chǎn)工藝的大規(guī)模全柔性存算一體人工智能芯片“FLEXI”，為這一問題提供了突破性的答案。
FLEXI芯片的核心突破在于其獨特的跨層級協(xié)同優(yōu)化策略。團隊通過工藝-電路-算法的深度協(xié)同，將高性能的數(shù)字存內(nèi)計算技術(shù)首次成功引入柔性電子領(lǐng)域。
更令人驚嘆的是其卓越的性能表現(xiàn)。這款厚度僅約25微米的芯片可承受超過4萬次彎曲，在連續(xù)執(zhí)行百億次運算后仍能保持零錯誤。其獨特的“一鍵部署”特性，讓訓練好的AI模型能一次性植入芯片，運行時無需重復寫入權(quán)重，大大降低了功耗與延遲。
在實際應用中，僅1kb大小的最小版本FLEXI芯片就能實現(xiàn)心律失常檢測（準確率99.2%）和人體活動識別（準確率97.4%）等復雜任務，展現(xiàn)出在可穿戴醫(yī)療、柔性機器人等領(lǐng)域的巨大應用潛力。
這項研究不僅攻克了柔性AI芯片的技術(shù)難題，更標志著我們向真正意義上的“環(huán)境智能”邁出了關(guān)鍵一步，為下一代智能系統(tǒng)的創(chuàng)新發(fā)展奠定了堅實的硬件基礎。
生成式人工智能路線統(tǒng)一到自回歸
生成式人工智能的技術(shù)路線之爭，正迎來歷史性的統(tǒng)一時刻，自GPT以來，“預測下一個詞元”的自回歸路線統(tǒng)治了語言模型，但在處理圖像、視頻等多模態(tài)任務時，業(yè)界長期依賴對比學習、擴散模型等專門路線。一個根本問題懸而未決：自回歸是否可以作為通用路線統(tǒng)一多模態(tài)？
由北京大學計算機學院黃鐵軍團隊與合作者完成，發(fā)表于Nature的研究給出了答案。這項我國科研機構(gòu)首次主導發(fā)表于該刊的大模型成果表明，僅采用“預測下一個詞元”這一種核心范式，即可直接訓練出強大的原生多模態(tài)大模型Emu。它成功統(tǒng)一了文本、圖像與視頻的理解與生成，其性能可與針對特定任務設計的專用模型媲美。
Nature編輯評價指出，Emu3僅基于預測下一個詞元（Next-token prediction），實現(xiàn)了大規(guī)模文本、圖像和視頻的統(tǒng)一學習，其在生成與感知任務上的性能可與使用專門路線相當，這一成果對構(gòu)建可擴展、統(tǒng)一的多模態(tài)智能系統(tǒng)具有重要意義。
研究的突破性更在于其可擴展性。在后續(xù)的迭代版本Emu3.5中，通過大規(guī)模時序視頻訓練，模型實現(xiàn)了從“預測下一個詞元”到“預測下一個狀態(tài)”的能力躍遷，展現(xiàn)出對物理世界時空與因果關(guān)系的建模潛力，向著通用世界模型與具身智能邁出了關(guān)鍵一步。
這項研究簡化了復雜的多模態(tài)系統(tǒng)設計，聚焦于統(tǒng)一的訓練目標，在訓練與推理階段均展現(xiàn)出顯著的擴展優(yōu)勢，為開發(fā)下一代原生多模態(tài)助手、世界模型及具身智能系統(tǒng)指明了清晰且可擴展的演進路徑。
Emu3架構(gòu)圖
量子系統(tǒng)，可控預熱化
駕馭量子系統(tǒng)，猶如在風暴中保持燭火不滅�，F(xiàn)實中的量子比特極其脆弱，外界任何驅(qū)動或擾動都會使其迅速吸收能量、“升溫熱化”，最終喪失所有奇特的量子特性。這一“加熱問題”是量子計算與量子模擬走向?qū)嵱没缆飞系暮诵恼系K。
北京大學物理學院趙宏政團隊與合作者在Nature上發(fā)表的研究，為這一難題提供了創(chuàng)新的解決方案。研究團隊提出并實驗驗證：通過精心設計驅(qū)動場的內(nèi)部頻譜結(jié)構(gòu)，可以為量子系統(tǒng)創(chuàng)造出一個受保護的“能量緩沖帶”，從而顯著延緩其熱化進程。
實驗平臺及驅(qū)動方案設計
相關(guān)實驗在“莊子二號”超導量子處理器上完成。研究人員跟蹤了系統(tǒng)經(jīng)歷上千次驅(qū)動周期，并觀察到一個持續(xù)存在的“預熱化”階段，在這一階段中，系統(tǒng)能量吸收極慢，卻能維持高度有序的量子狀態(tài)。實驗結(jié)果還驗證了此前的理論預言：這種穩(wěn)定狀態(tài)的持續(xù)時間遵循普適的物理規(guī)律，而不依賴于系統(tǒng)的精細調(diào)節(jié)。
動力學演化以及熱化時間標度率
這項工作不僅加深了人們對非平衡量子多體物理的理解，也為解決量子系統(tǒng)含時操控不穩(wěn)定這一核心瓶頸問題提供了全新方案，為未來量子技術(shù)的發(fā)展奠定了重要基礎。
全新生物催化策略，開啟酰胺鍵的高效、綠色合成新時代
生物催化技術(shù)的演進，正迎來歷史性轉(zhuǎn)折。北京大學化學與分子工程學院雷曉光團隊在Science上發(fā)表一篇研究長文，文章標題為“Engineered aldehyde dehydrogenases for amide bond formation”。他們發(fā)明了一種全新方式，通過重寫酶的源代碼，提出并驗證了一種前所未有的生物催化策略，徹底顛覆了制造藥物關(guān)鍵部件“酰胺鍵”的方法。
該策略對經(jīng)典ALDH催化路徑進行了根本重構(gòu)。天然ALDH催化醛向羧酸轉(zhuǎn)化的過程中，會短暫形成一個與活性半胱氨酸相連的硫酯中間體。該中間體在自然體系中被水分子迅速水解生成羧酸產(chǎn)物。研究團隊提出，通過精準改造酶的活性位點結(jié)構(gòu)并引入胺分子這一非天然底物，使胺類底物優(yōu)先于水分子進攻該中間體，從而直接生成酰胺。基于這一設想，研究人員對ALDH中四個高度保守的關(guān)鍵氨基酸殘基進行了理性突變。X射線晶體學結(jié)構(gòu)解析表明，這些突變顯著拓寬并疏水化了酶的催化口袋，為胺底物的進入和定位提供了有利條件。正是這一微環(huán)境的改變，使得原本天然的生成羧酸的反應路徑被重新導向為新于自然的氧化酰胺化反應。
將醛脫氫酶改造為新于自然的氧化酰胺合成酶
在溫和的水相條件下，OxiAm能夠高效催化多種結(jié)構(gòu)多樣的醛與胺底物，展現(xiàn)出良好的底物普適性和化學選擇性。與傳統(tǒng)化學氧化酰胺化方法相比，該體系無需貴金屬催化劑或有毒氧化劑；與已有生物酰胺合成方法相比，則完全擺脫了對羧酸底物、ATP 或高能酰基供體的依賴，代表了一種全新的生物催化反應類型。更具突破性的是，研究團隊進一步將OxiAm與醇脫氫酶相結(jié)合，構(gòu)建了兩步酶級聯(lián)反應體系。在該體系中，常見、穩(wěn)定且來源廣泛的醇類底物首先被氧化為相應的醛，隨后在同一反應體系中直接轉(zhuǎn)化為酰胺產(chǎn)物。這一設計使酰胺鍵的構(gòu)建起點進一步前移至更低活化態(tài)的醇類原料，顯著拓展了合成原料的選擇空間。
新型化學酶法合成伊馬替尼關(guān)鍵中間體
基于這一全新的“醇/醛邏輯”，研究人員對以電影《我不是藥神》描述的抗白血病明星藥物伊馬替尼（格列衛(wèi)）作為代表性的藥物分子的合成路線進行了從頭設計。與傳統(tǒng)以羧酸為核心的合成路線相比，新策略在減少反應步驟、降低副產(chǎn)物生成以及提升整體原子經(jīng)濟性方面均表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，展示了其在藥物研發(fā)與工業(yè)制造中的現(xiàn)實應用潛力。
鉍基鐵電晶體管，實現(xiàn)低耗能新突破
鉍基鐵電晶體管的出現(xiàn)，使得未來芯片不再受限于傳統(tǒng)硅基器件。然而，在這條實現(xiàn)新突破的必經(jīng)之路上，如何建立一個兼具原子級平整界面、超薄厚度以及超高耐久性的鐵電/半導體異質(zhì)結(jié)構(gòu)？北京大學化學與分子工程學院彭海琳教授研究團隊，給出了答案。
彭海琳團隊在Science上發(fā)表了一篇研究長文，文章標題為“Wafer-scale ultrathin and uniform van der Waals ferroelectric oxide”。他們成功研制出一種名為“α-硒酸鉍”的新型高介電常數(shù)范德華鐵電材料，攻克了兼容現(xiàn)有芯片工藝的晶圓級超薄膜制備難題。
過去的實際應用中，鐵電層與半導體層之間的異質(zhì)界面容易受損，難以完美融合。彭海琳研究團隊另辟蹊徑，利用自主開發(fā)的高遷移率鉍基二維半導體Bi2O2Se晶圓材料，開發(fā)出一種精準可控的自氧化制備方法，首次建構(gòu)了具有原子級平整界面和超薄鐵電層（單晶胞厚度，~1納米）的晶圓級鐵電/半導體異質(zhì)結(jié)構(gòu)，巧妙解決了這一難題。
該工作基于研究團隊自主開發(fā)的高遷移率鉍基二維半導體Bi2O2Se晶圓材料，建立了精準可控的自氧化制備方法，首次構(gòu)筑出具有原子級平整界面和超薄鐵電層（單晶胞厚度，~1納米）的晶圓級鐵電/半導體異質(zhì)結(jié)構(gòu)，并構(gòu)筑了工作電壓超低（0.8V）、耐久性極高（1.5×1012次循環(huán)）的高速鐵電晶體管，其綜合性能全面超越了現(xiàn)有工業(yè)級鉿基鐵電體系。并成功構(gòu)建出可動態(tài)重構(gòu)的存內(nèi)邏輯運算電路，在CMOS常規(guī)電壓以下（＜1V）即可實現(xiàn)可切換的邏輯功能。
該類器件是目前已知工作電壓最小、能耗最低且耐久性最優(yōu)的鐵電晶體管，標志著二維鐵電器件性能達到了新的高度。此項成果構(gòu)建了全球首個晶圓級二維鐵電材料體系，突破了后摩爾時代非馮·諾依曼架構(gòu)芯片在新材料合成與異質(zhì)集成方面的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。
二維α-Bi₂SeO₅/Bi₂O₂Se鐵電晶體管器件及性能
該研究不僅有力回應了“超越摩爾定律”路線下新型計算架構(gòu)，與大規(guī)模神經(jīng)形態(tài)計算系統(tǒng)在可擴展性、可靠性三維集成等方面的多重挑戰(zhàn)，更為開發(fā)高能效先進芯片提供了突破性材料基石與技術(shù)路徑。有望推動人工智能硬件向更高算力、更低功耗的方向持續(xù)發(fā)展。
信息來源： 北京大學融媒體中心
