science杂志封面

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最近公布了一种全新的3D打印技术，能在液体中直接、持续而迅速地打印，颠覆了过去几十年来逐层堆叠的3D打印方式，速度提高了25～100倍，并能打印许多前所未有的几何形状。

CLIP打印出埃菲尔铁塔

这种新技术称为 CLIP（Continuous Liquid Interface Production），登上了3月20日Science杂志封面。

目前的3D打印存在很多问题，比如速度太慢，表面粗糙。这是由于，普通的3D打印实际上是2D打印，一般使用液态树脂逐层堆叠，也就是说，打印好一层后，等待它固化，再进行下一层打印，然后层间黏合在一起。每层的边缘之间往往不能完全光滑过度，因此整体看起来较为粗糙。

这两个问题在Carbon3D开发的CLIP技术面前迎刃而解。 CLIP不仅速度提高了几十倍，并且表面光滑细腻。那么，CLIP技术的原理是什么呢？

CLIP的原理与光固化技术很相似，利用的是光敏树脂在一定波长紫外线作用下会产生聚合反应、从而固化的性质。但它还利用了另一个性质：氧气会抑制光敏树脂的固化。二者的平衡就是CLIP技术成功的关键。

秘诀就在于CLIP打印机的水槽底部。水槽底部有一个窗口，其特殊之处在于，既能透过氧气，又能透过紫外线，因此称为「透氧窗口」（Oxygen Permeable Window）。水槽中装有液态光敏树脂，水槽下方有一个紫外线投射仪。氧气会抑制光敏树脂的固化过程，因此，水槽底部的液态树脂由于接触氧气而成为固化的「盲区」（dead zone），始终保持着液态，形成一层液态薄膜（约2～3个红细胞厚度）。这层薄膜不能透过氧气，但能透过紫外线，因此上层处于低氧状态的液态树脂就可以在紫外线的作用下固化。这样，就不会有固化的树脂黏在底板上。随着打印平台往上升，更多低氧状态的树脂被吸到底部，打印过程可以持续而迅速的进行，就像从液体中“生长”出来一样，而不需要像传统的方法那样分层固化。

Carbon3D的工程师还声称，CLIP技术可以打印非常精细的物品，精度小于20微米，与丙烯酸纤维或者一张纸的1/4厚度相当。这种技术为扩展3D打印适用的材料范围提供了蓝图，比如合成橡胶、硅氧树脂、尼龙、陶瓷和可降解生物材料等，这是目前的3D打印技术望尘莫及的。

DeSimone说：除了可以采用新材料以外，CLIP技术还能打印出强度更高、形状独特的物体，这是其他技术做不到的，比如根据病人个体情况量身定做的心脏支架。由于CLIP打印速度很快，只需要几分钟，而不是几小时或者几天，有可能再过几年，我们就能随时打印出个性化的冠状动脉支架、牙种植体或假肢，以满足医疗的需求。

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谷歌量子计算突破登Science封面对谷歌有何影响？

近日，有国外媒体报道称，谷歌AI量子技术研究团队在量子计算机上完成了有史以来规模最大的化学模拟数据分析。据了解，这是量子计算机第一次参与到化学模拟反应中，该研究成果引起了计算机领域、化学领域和量子技术领域的轰动，并于本月28日登上了《Science》杂志封面。

对于传统计算机来说，模拟复杂多变、计算量呈指数级增长的化学反应是一项极其艰巨的任务。而信息处置能力和运算速度都远超传统机器的量子计算机，虽然是理论上进行计算量庞大且复杂的化学反应的最优选择，但是在模拟精度方面，科学界普遍持怀疑态度。

面对科学界的质疑，谷歌AI量子技术团队圆满完成了化学模拟反应的研究实验，向科学界界展示了量子计算机优异的计算能力。论文在《Science》发表后，谷歌AI量子技术团队的研究成功也被全球各大媒体进行广泛报道。

《Science》刊登的研究论文中详细介绍了具体的研究方法。谷歌AI量子技术团队使用了搭载Sycamor处理器的量子计算机，运用了Hartree-Fock模型运算方程进行了分子电子能量计算。该过程中谷歌研究团队通过应用噪声鲁棒的变分量子本征求解（VQE，variational quantum eigensolver）计算方法来模拟化学反应机制，对研究成果进行了完善纠错处理。基本研究方向是两个重氮原子和两个重氢原子发生重组反应时，氢原子围绕氮原子不停运动从而形成了各式各样的结构。实验结果检测，运用量子计算机进行化学模拟产生的数据与过去在传统计算机上进行模拟的数据基本吻合。

谷歌AI量子研究团队对化学反应的成功模拟，将改变理论化学体系，同时也推动了化学相关产业的发展。研究团队向媒体表示，本次研究为化学模拟计算描绘了量子技术的蓝图，其中运用的物理虚拟模型也向科学界证明了物理模拟具有难以代替的优势。在未来，量子计算机将承担更艰巨的科学运算任务。

内容来源：

登上Science封面的3D打印到底是怎么回事

UNC-Chapel Hill的研究人员在《科学》(Science)杂志上介绍了这种名为CLIP的新工艺，将其描述为“连续液态界面生产”。3D打印有两个非常令人恼火的不足之处：一是要等待好几个小时才能完成制作，二是打印出来的东西表面很粗糙，而这个新方法可以大大改进这两个方面。 CLIP可以在相对很短的时间里打印出顺滑的复杂物品，而且可以使用更多的材料来打印物品。

　　现有的3D打印工艺使用液态树脂，在一个缓慢的过程中逐层打制作出物品：先打印一层，固化它，补充树脂材料，然后再打印一层，周而复始，直到打印完成。而在CLIP工艺中，一个投影机从下方用紫外线显示连续的、极薄的物品横截面。紫外线在一缸液态树脂中以横截面方式硬化液体。与此同时，一台升降机不断将成形的物体捞出树脂缸。

CLIP打印机的关键之处位于树脂缸的底部：那里有一个窗口让氧气和紫外线通过。因为氧气可以阻碍固化过程，缸底的树脂连续形成一个“死区”，不会固化。而这个“死区”非常之薄，只有几个红细胞那么厚。因此紫外线可以通过，并固化其上方没有接触氧气的树脂。不会有树脂粘在缸底，而打印速度变得非常快，因为它不是在空气中，而是在树脂里打印的（在空气中打印，由于氧气存在，固化速度就会减缓）。当打印机捞起成形的物品时，吸嘴会往缸底添加低氧树脂。
　　CLIP不仅大大加快了固化过程，同时也能打印出更顺滑的3D物品。这种工艺不是等待3D物品一层层地固化，而是采取了连续打印的方式，制作出来的物品可以和注塑零件媲美。 CLIP的发明者还表示，他们可以生产更精细的物品——小于20微米（和丙烯酸纤维一样厚）——而且可以使用弹性材料，以及某些 生物 材料。目前的大部分3D打印机都无法使用这些材料。此外，CLIP的打印过程看起来真的很炫酷——发明者甚至说，他们从电影《终结者2》中著名的液态金属机器人T-1000那里受到了启发。
　　但最重要的是，这种新工艺大大提升了打印速度。 CLIP的发明者说，它打印物品的速度是老式3D打印方法的25到100倍。

　
　　CLIP正在申请专利，研究人员也正在一家名为Carbon3D的初创公司中研制采用这项工艺的设备。该公司计划在今年年底前生产出CLIP打印机的商用版。目前我们尚不知道它的价格和技术规格，但我们预计，第一批Carbon3D设备的客户会是那些亟需高品质快速原型制作设备的创业公司和研究机构。总而言之，Carbon3D的钱景非常看好。

谷歌量子计算突破登Science封面意味着什么？

意味着能更快地解决各种难题。 因为分子遵循的是量子力学，用量子计算来模拟也更为合理。只需更少的运算量和信息，就能计算出化学物质的性质。量子计算机模拟化学分子用处巨大。除了谷歌外，其他拥有量子计算技术的公司也在也研究，微软就是其中一员。而用量子计算帮助化学家寻找催化剂，将二氧化碳转化为甲醛。展示了量子计算与化学结合的应用前景。

1.量子计算机 是基础：

量子化学还是得用量子计算机，因为薛定谔方程是量子化学的基础，也是化学分子遵循的基本规律，求出方程的解，就能得到物质的具体化学性质。但是求解薛定谔方程谈何容易，随着分子里原子数量的增多，解方程的运算量呈指数级增长。比如：化学里比较简单的苯分子（C6H6）来说，它只有12个原子，但是计算维度达到1044，这是任何超级计算机都无法处理的。

2.模拟化学反应 ：

谷歌先计算6到10个氢原子组成的氢链的结合能。原始方法（下图中的黄色）效果一般，与VQE等算法结合后，量子计算机求得的结果与真实值几乎完全吻合。二氮烯在顺式和反式之间跃迁的能隙是40.2毫哈特里，量子计算机给出的结果是41±6毫哈特里。虽然精确度上比前面模拟氢原子链要差不少，但谷歌表示，这是“第一次使用量子计算机预测化学反应机理”。

3.演示量子计算优越性 ：

科学家们利用国际最高效率和最高品质单光子源、最大规模和最高透过率的多通道光学干涉仪，在国际上首次实现了20光子输入60×60模式干涉线路的玻色取样量子计算。输出态空间维数高达370万亿，其复杂度相当于48个量子比特，逼近谷歌近期公布的53个超导量子比特。

在传统计算机中，信息量的基本单位是比特，它只能取 0 或 1 中的一个值。在量子计算机中，信息量的基本单位为量子比特或量子位。通过量子力学现象，这些量子位可以同步进行大量计算。理论上，利用量子力学现象，量子计算可以极大地改进信息存储和处理方式，算法比传统计算更高效，从而能更快地解决各种难题。