作为世界前沿技术，量子科技将给人类的生活和社会生产带来怎样的改变？7月13日晚东方卫视将播出的第七期《未来中国》聚焦量子世界，邀请中国科学院院士、中科院量子信息与量子科技创新研究院院长、中国科学技术大学常务副校长潘建伟，介绍我国量子科技的发展与突破。

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潘建伟院士

2016年，全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”顺利发射，圆满完成量子密钥分发等三大科学目标，刷新了我国在量子通信领域研究的国际地位。“墨子号”量子科学实验卫星的建造与命名，对量子科技研究有何意义？

2001年，留学深造的潘建伟学成归国，克服重重困难组建了我国第一个量子实验室，带领中国量子梦之队先后研发“墨子号”量子卫星，“九章号”“祖冲之号”量子计算机，使中国崛起成为国际量子科研版图上的重要力量。

对于中国的量子科技发展，潘建伟院士自豪地表示我国不仅在量子通信方面处于领跑阶段，而且在量子计算中的“光量子计算”“超导计算”等方面实现了“量子计算优越性”。他认为，科学研究是个持续的过程，做研究也可以从容一点。他表示，通过科普引起大家对科学的兴趣是非常重要的。在谈及如何学习量子力学时，他认为，量子力学作为很多学科的支柱，小孩应该从小学习；而成年人通过学习量子力学，更多的可以改变处理事情的态度，这个世界并不是黑白分明的，很多事情并不是绝对的。

人民日报客户端上海频道 曹玲娟 2022-07-12

日常生活中，如果我们感觉疼痛的时候会采取哪些措施来缓解呢？或许有人尝试过“听广播”“听音乐”等，认为这样做可以分散注意力，一定程度上达到缓解疼痛的作用。那么这种解释对吗？声音可以镇痛的原理究竟是什么呢？

近日，中国科学技术大学生命科学与医学部张智教授团队、美国国立卫生研究院刘元渊教授团队以及安徽医科大学陶文娟副教授团队合作在《科学》上发表论文，揭示了声音镇痛的关键因素及神经机制。那么，声音是如何影响大脑从而减轻疼痛的？什么样的声音在怎样的前提下能达到效果？中国之声专访论文第一作者、中国科学技术大学生命科学与医学部特任副研究员周文杰博士。

研究声音的镇痛作用有什么意义？

为什么会研究声音是如何起到镇痛作用的？周文杰说，因为这个课题，有趣且实用。有趣之处就在于，它属于生活中常见的“知其然不知其所以然”。“之所以研究这个课题，主要基于两个原因。第一是比较贴近我们的生活，我们都知道声音和音乐可以有效缓解疼痛，这可能也是大自然给我们的馈赠。但是为什么会有效呢？大家有时候反而讲不清楚，所以我觉得当时也是一个好奇心驱使，从而选择了开始这个课题研究。第二是目前临床上用的止痛药虽然有效，但长期的药物使用也会无可避免地带来一些副作用，并且对长期的慢性疼痛效果也有限，而使用音乐镇痛基本上是没有什么副作用的，同时也易获取，因此我希望通过我们的研究，促进临床采用音乐作为辅助治疗手段缓解疼痛，包括降低手术后慢性疼痛的发生率，所以我就选择坚持把这个课题深入做下去。”

事实上，早在1960年，《科学》杂志就发表过一篇论文，发现在牙科手术过程中，音乐能够调控病人情绪，并且指出甚至是噪音，例如手术电钻的声音，也能够产生镇痛效果。然而，半个多世纪以来，声音可以减轻疼痛的关键因素，以及声音如何影响我们的大脑从而减轻疼痛的神经机制，尚不清楚。而通常意义上的解释，包括分散注意力、降低焦虑情绪，也缺少明确的神经学机制证据。

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周文杰告诉记者，此前，相关的研究大都通过人来进行，这在一定程度上限制了操作方法的选择和使用，而通过小鼠来进行系统深入研究并有所发现尚属首次。“这篇论文属于是第一次在小鼠层面去深入解析。因为使用小鼠，我们可以进行各种条件和大脑手术操作的尝试，比如给予小鼠不同类型的声音刺激，以及在小鼠脑袋里插入内窥镜，就可以直观地看到小鼠在听音乐的时候它脑袋里面到底发生了什么样的变化，这些在人身上是没有办法做到的。”

治疗的声音比环境声高出5分贝就有镇痛效果

那么，什么样的声音能有效缓解疼痛呢？研究人员首先给爪子发炎的小鼠播放3种不同类型的声音，分别是舒缓的音乐，人为拼接编排的不悦耳的音乐以及白噪音，结果周文杰和同事们发现：“对于小鼠来讲，它实际上是区分不出来这三种类型的声音旋律，对它来讲可能都是一样的，都是噪音，这样我们就可以得出来一个结论，就是人类的音乐旋律或者节拍对于老鼠可能是没有作用的，小鼠可能对听到的声音的强度更敏感。”

原来对小鼠而言，决定声音镇痛作用的重要因素竟然不是声音的旋律或者悦耳程度，而是音量大小。这个声强又该如何把握呢？从研究结果来看，与身处45分贝环境声中的小鼠相比，50分贝的声音可以提高小鼠对后爪疼痛的忍耐阈值，而60分贝的声音效果不佳。周文杰解释，具体来讲就是，治疗的声音比环境声高出5分贝就有镇痛效果。“这个是我们首次发现的，之前没有报道过的研究数据，高于环境音的5db的声音有多强？类似于两个人窃窃私语的声音。”

为什么是5分贝的声强差？周文杰解释，过大的音量会让小鼠感到不适甚至受到惊吓，发生逃避行为。因此，研究人员在实验过程中也选择了50或60分贝的声音，并用特定的设备检测小鼠对声音的反应。

周文杰说：“对于动物（小鼠）来讲，如果听到的声音特别高，它可能会感到害怕，就像人听到打雷的声音也可能会害怕。只有听到比较舒缓的低强度声音的时候才有效果，太高了就没有这个效果，这是我们首次发现的一个现象。”

低强度声音降低躯体感觉丘脑活性，进而缓解疼痛

既然如此，声音发挥镇痛作用的神经机制到底是什么呢？在解释这个问题之前，我们需要先了解两个关键词，第一个是，听皮层。周文杰解释，听皮层是声音处理的最高级大脑中枢。“我们听到的声音是从耳朵听到的，这些声音信号从耳朵会进入大脑，我们要对这个声音信号进行分析，比如它是什么类型的声音，在哪个地方，有多强，这些信号的分析就是在听皮层里完成的。”

第二个关键词是，躯体感觉丘脑。周文杰说，这里负责接收来自身体的感觉信号，包括疼痛。“疼痛的信号它是从我们外周包括四肢或者其他地方，往上传递经过躯体感觉丘脑，因此躯体感觉丘脑被称为痛觉信号传递的中继站，是疼痛感知的大脑中枢。”

研究结果表明，低强度的声音通过抑制听皮层到躯体感觉丘脑的神经投射，降低躯体感觉丘脑的活性，进而起到缓解疼痛的作用。也就是说，低强度的声音导致传递疼痛的信号没那么强，我们自然也就感觉不到更多的疼痛，起到了镇痛作用。那么细心的朋友可能又要问了，既然接受疼痛信号是在躯体感觉丘脑，为什么声音抑制疼痛作用是在听皮层，而不是听觉丘脑？周文杰也为我们解答了这个问题，丘脑就好像一个中继站它会传递各种信号，除嗅觉外，来自全身各种感觉的传导通路都在丘脑内汇集和处理，再投送到大脑皮层，大脑皮层才对感觉进行精细的分析与综合。丘脑内部，听觉处理的脑区和躯体感觉处理的脑区并没有通路联系，所以声音无法起到作用。

周文杰说：“很有意思的是我们发现它们（听觉丘脑、躯体感觉丘脑）在脑袋里面没有形成联系。我们以为在丘脑内部它们可能已经联系到一起，但是我们做实验的时候发现，它们内部实际上没有形成联系，只有从听皮层过来的，它才与躯体感觉丘脑形成联系。这是一个很有意思的现象。”

通过小鼠实验，搞清楚了声音可以镇痛的基础神经学机制后，这对于人类将有怎样的意义呢？针对此项研究，《科学》杂志做了专文评述，“通过创建一个研究机制基础的模型，为音乐/声音引起镇痛的研究开辟了新的方向”。周文杰说，除声音强度外，声音的旋律，对人类感知疼痛的作用值得进一步研究。“希望通过我们的研究给临床一些提示，让他们尝试用一些音乐作为辅助治疗的手段，用于缓解患者的疼痛或者焦虑情绪。但是音乐该怎么用效果会更好，我们需要再进一步探索。”

（总台记者 孙鲁晋 王利）

中国之声 2022-07-13

日前，中国科学技术大学潘建伟及其同事彭承志、陆朝阳、曹原应邀在国际物理学权威综述期刊《现代物理评论》上发表题为“基于‘墨子号’卫星的空间量子实验”长篇综述论文。

论文全面介绍了国际空间量子科学研究近二十年来取得的成就，重点阐述了“墨子号”量子科学实验卫星从前期关键技术攻关，包括卫星系统、科学应用系统等六大系统的量子科学实验卫星的建设和研制，到卫星在轨运行后所取得的系统性科研成果，为国际学术界提供了宝贵的资料。

未来量子星座蓝图 课题组供图

论文从量子信息理论的基本概念、早期量子通信和量子信息相关原理性实验、面向卫星的地面大空间尺度验证实验，以及“墨子号”卫星从立项、研制、在轨运行到最终在国际上率先完成一系列星地量子科学实验，进行了系统性的阐述和总结。

同时，综述论文还对国际空间量子科学的研究进展进行了梳理。“墨子号”的成功激励了国际空间量子科学的研究热潮，美国、欧盟、日本等国际上的各方力量随后皆开始探索自己的广域量子通信之路，提出或加速了一系列空间量子科学布局。

综述论文的最后，对未来空间量子科学的主要发展方向进行了展望，提出空间量子科学研究必将从低轨道平台跨越到中高轨平台，甚至是深空平台。在此基础上，利用中高轨卫星平台覆盖范围广、实验时间长、微重力环境好等优势，将空间量子通信技术同时交叉应用于远距离高精度时频传递和空间超冷原子物理等领域，在量子精密测量、量子物理与广义相对论融合等基础科学问题方面获得更丰富的科学产出。

据悉，由于在远距离量子通信特别是“墨子号”量子卫星方面所取得的一系列具有开创性意义的工作，潘建伟等受邀为《现代物理评论》撰写的这篇46页的综述论文。

《现代物理评论》是国际物理学界最权威的综述性期刊，每年仅发表约四十篇学术论文。该期刊一般不接受自由投稿，主要是邀请在各领域卓有建树的物理学家执笔，旨在对当今物理研究的重大热点问题做历史总结、原理阐述、现状分析和趋向预测。此论文是潘建伟团队在该期刊上继2012年的“多光子纠缠和干涉度量学”以及2020年的“基于现实器件的安全量子密钥分发”之后，发表的第三篇综述论文。

相关论文链接：

作者：王敏

来源：中国科学报 发布时间：2022/7/13

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