兩院院士評出2021年中國十大科技進(jìn)展 探火、空間站等入選

在中國科學(xué)院和中國工程院兩院院士的心目中，2021年的中國和世界在科技領(lǐng)域取得的最重要進(jìn)展成果有哪些？

1月18日，由兩院院士投票評選的2021年中國十大科技進(jìn)展新聞、世界十大科技進(jìn)展新聞在北京揭曉。其中，首次火星探測、中國空間站等入選2021年中國十大科技進(jìn)展。

兩院院士評出的2021年中國十大科技進(jìn)展新聞分別是：

——中國首次火星探測任務(wù)取得圓滿成功。6月11日，國家航天局在京舉行天問一號探測器著陸火星首批科學(xué)影像圖揭幕儀式，公布了由祝融號火星車拍攝的著陸點(diǎn)全景、火星地形地貌、“中國印跡”和“著巡合影”等影像圖。首批科學(xué)影像圖的發(fā)布，標(biāo)志著中國首次火星探測任務(wù)取得圓滿成功。據(jù)悉，中國首次火星探測任務(wù)于2013年全面啟動論證，2016年1月批準(zhǔn)立項(xiàng)。2020年7月23日天問一號探測器于海南文昌成功發(fā)射，歷經(jīng)地火轉(zhuǎn)移、火星捕獲、火星停泊、離軌著陸和科學(xué)探測等階段，工程任務(wù)按計劃順利開展。

——中國空間站開啟有人長期駐留時代。6月17日和10月16日，神舟十二號、神舟十三號載人飛船相繼發(fā)射成功，順利將航天員送入太空。神舟十二號與天和核心艙對接形成組合體，3名航天員進(jìn)駐核心艙，進(jìn)行了為期3個月的駐留，開展了一系列空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)，在軌驗(yàn)證了航天員長期駐留、再生生保、空間物資補(bǔ)給、出艙活動、艙外操作、在軌維修等空間站建造和運(yùn)營關(guān)鍵技術(shù)。神舟十三號入軌后，與天和核心艙和天舟二號、天舟三號組合體完成自主快速交會對接，3位航天員開啟為期6個月的在軌駐留，其間將開展機(jī)械臂操作、出艙活動、艙段轉(zhuǎn)位及空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)與技術(shù)試驗(yàn)等工作，進(jìn)一步驗(yàn)證航天員長期在軌駐留、再生生保等一系列關(guān)鍵技術(shù)，中國空間站有人長期駐留時代到來。

——中國實(shí)現(xiàn)二氧化碳到淀粉的從頭合成。淀粉是“粥飯”中最主要的碳水化合物，是面粉、大米、玉米等糧食的主要成分，也是重要的工業(yè)原料。其主要合成方式是由綠色植物通過光合作用固定二氧化碳來進(jìn)行。長期以來，科研人員一直在努力改進(jìn)光合作用這一生命過程，希望提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化速率和光能的利用效率，最終提升淀粉的生產(chǎn)效率。中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究人員提出了一種顛覆性的淀粉制備方法，不依賴植物光合作用，以二氧化碳、電解產(chǎn)生的氫氣為原料，成功生產(chǎn)出淀粉，在國際上首次實(shí)現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的從頭合成，使淀粉生產(chǎn)從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植模式向工業(yè)車間生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變成為可能，取得原創(chuàng)性突破。相關(guān)研究成果9月24日在線發(fā)表于《科學(xué)》雜志。

——中國團(tuán)隊?wèi){打破“量子霸權(quán)”的超算應(yīng)用摘得2021年度“戈登貝爾獎”。11月18日下午于美國密蘇里州圣路易斯舉行的全球超級計算大會(SC21)上，國際計算機(jī)協(xié)會(ACM)將2021年度“戈登貝爾獎”授予中國超算應(yīng)用團(tuán)隊。這支由之江實(shí)驗(yàn)室、國家超算無錫中心等單位研究人員組成的聯(lián)合科研團(tuán)隊，基于新一代神威超級計算機(jī)的應(yīng)用“超大規(guī)模量子隨機(jī)電路實(shí)時模擬”(SWQSIM)獲此殊榮。在這項(xiàng)工作中，研究人員引入了一個系統(tǒng)的設(shè)計過程，涵蓋了模擬所需的算法、并行化和系統(tǒng)架構(gòu)。使用新一代神威超級計算機(jī)，研究團(tuán)隊有效模擬了一個深度為10x10(1+40+1)隨機(jī)量子電路。與谷歌量子計算機(jī)“懸鈴木”200秒完成百萬0.2%保真度采樣任務(wù)相比較，“頂點(diǎn)”需要一萬年完成同等復(fù)雜度的模擬，該團(tuán)隊SWQSIM應(yīng)用則可在304秒以內(nèi)得到百萬更高保真度的關(guān)聯(lián)樣本，在一星期內(nèi)得到同樣數(shù)量的無關(guān)聯(lián)樣本，一舉打破其所宣稱的“量子霸權(quán)”。

——1400萬億電子伏特，中國科學(xué)家觀測到迄今最高能量光子。中國科學(xué)院高能物理研究所牽頭的國際合作組依托國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“高海拔宇宙線觀測站(LHAASO)”，在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)12個超高能宇宙線加速器，并記錄到能量達(dá)1.4拍電子伏(PeV，拍=千萬億)的伽馬光子，這是人類迄今觀測到的最高能量光子，突破了人類對銀河系粒子加速的傳統(tǒng)認(rèn)知，揭示了銀河系內(nèi)普遍存在能夠把粒子加速到超過1PeV的宇宙線加速器，開啟了“超高能伽馬天文”觀測時代。相關(guān)成果5月17日發(fā)表于《自然》。

——嫦娥五號樣品重要研究成果先后出爐。10月19日，中國科學(xué)院發(fā)布嫦娥五號月球科研樣品最新研究成果。中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所和國家天文臺主導(dǎo)，聯(lián)合多家研究機(jī)構(gòu)通過3篇《自然》論文和1篇《國家科學(xué)評論》論文，報道了圍繞月球演化重要科學(xué)問題取得的突破性進(jìn)展。在最新的研究中，科研人員利用超高空間分辨率鈾—鉛(U-Pb)定年技術(shù)，對嫦娥五號月球樣品玄武巖巖屑中50余顆富鈾礦物(斜鋯石、鈣鈦鋯石、靜海石)進(jìn)行分析，確定玄武巖形成年齡為20.30±0.04億年，表明月球直到20億年前仍存在巖漿活動，比以往月球樣品限定的巖漿活動延長了約8億年。研究顯示，嫦娥五號月球樣品玄武巖初始熔融時并沒有卷入富集鉀、稀土元素、磷的“克里普物質(zhì)”，嫦娥五號月球樣品富集“克里普物質(zhì)”的特征，是由于巖漿后期經(jīng)過大量礦物結(jié)晶固化后，殘余部分富集而來。這一結(jié)果排除了嫦娥五號著陸區(qū)巖石的初始巖漿熔融熱源來自放射性生熱元素的主流假說，揭示了月球晚期巖漿活動過程。據(jù)悉，此次研究采用的超高空間分辨率的定年和同位素分析技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平，為珍貴地外樣品年代學(xué)等研究提供了新的技術(shù)方法。

——異源四倍體野生稻快速從頭馴化獲得新突破。隨著世界人口的快速增長，至2050年糧食產(chǎn)量或?qū)⒃黾?0%才能完全滿足需求。與此同時，近年來世界氣候變化加劇，全球氣候變暖、極端天氣頻發(fā)等都為糧食安全帶來了巨大挑戰(zhàn)。在此背景下，如何進(jìn)一步提高作物單產(chǎn)成為亟待解決的嚴(yán)峻問題。中國科學(xué)院種子創(chuàng)新研究院／遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋院士團(tuán)隊首次提出了異源四倍體野生稻快速從頭馴化的新策略，旨在最終培育出新型多倍體水稻作物，從而大幅提升糧食產(chǎn)量并增加作物環(huán)境變化適應(yīng)性。本項(xiàng)研究為未來應(yīng)對糧食危機(jī)提出了一種新的可行策略，開辟了全新的作物育種方向。相關(guān)研究成果2月4日發(fā)表于《細(xì)胞》。

——中國研發(fā)成功-271℃超流氦大型低溫制冷裝備。4月15日，由中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所承擔(dān)的國家重大科研裝備研制項(xiàng)目“液氦到超流氦溫區(qū)大型低溫制冷系統(tǒng)研制”通過驗(yàn)收及成果鑒定，標(biāo)志著中國具備了研制液氦溫度(零下269攝氏度)千瓦級和超流氦溫度(零下271攝氏度)百瓦級大型低溫制冷裝備的能力，可滿足大科學(xué)工程、航天工程、氦資源開發(fā)等國家戰(zhàn)略高技術(shù)發(fā)展的迫切需要。項(xiàng)目的成功實(shí)施，還帶動了中國高端氦螺桿壓縮機(jī)、低溫?fù)Q熱器和低溫閥門等行業(yè)的快速發(fā)展，提高了一批高科技制造企業(yè)的核心競爭力，使相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了從無到有、從低端到高端的提升，在中國初步形成了功能齊全、分工明確的低溫產(chǎn)業(yè)群。

——植物到動物的功能基因轉(zhuǎn)移首獲證實(shí)。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所張友軍團(tuán)隊經(jīng)過20年追蹤研究，發(fā)現(xiàn)被聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)認(rèn)定的迄今唯一“超級害蟲”煙粉虱，具有一種類似“以子之矛、攻子之盾”的本領(lǐng)：其從寄主植物那里獲得了防御性基因。這是現(xiàn)代生物學(xué)誕生100多年來，首次研究證實(shí)植物和動物之間存在功能性基因水平轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。相關(guān)科研成果3月25日在線發(fā)表于《細(xì)胞》，并作為《細(xì)胞》封面文章于4月1日出版。這是中國農(nóng)業(yè)害蟲研究領(lǐng)域在《細(xì)胞》雜志的首篇論文，揭示了昆蟲如何利用水平轉(zhuǎn)移基因來克服宿主的防御，為探索昆蟲適應(yīng)性進(jìn)化規(guī)律開辟了新的視角，也為新一代靶標(biāo)基因?qū)虻臒煼凼镩g精準(zhǔn)綠色防控技術(shù)研發(fā)提供全新思路。

——稀土離子實(shí)現(xiàn)多模式量子中繼及1小時光存儲。量子不可克隆定律賦予了量子通信基于物理學(xué)原理的安全性。而這一定律也決定了光子傳輸損耗不能使用傳統(tǒng)的放大器來克服，使得遠(yuǎn)程量子通信成為當(dāng)今量子信息科學(xué)的核心難題之一。量子中繼和可移動量子存儲是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程量子通信的兩種可行方案，其共性需求是高性能的量子存儲器。在量子中繼方面，國際已有實(shí)驗(yàn)研究都聚焦于發(fā)射型存儲器的架構(gòu)，無法同時滿足確定性發(fā)光和多模式復(fù)用這兩個關(guān)鍵技術(shù)需求。可移動量子存儲方面，國際上光存儲的時間最長僅1分鐘，無法滿足可移動量子存儲小時量級存儲時間的需求。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊李傳鋒、周宗權(quán)研究組基于稀土離子摻雜晶體研制出高性能的固態(tài)量子存儲器，并在上述兩條技術(shù)路線上取得了重要進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了一種基于吸收型存儲器的多模式量子中繼，并成功將光存儲時間提升至1小時。相關(guān)成果于4月22日和6月2日分別發(fā)表于《自然—通訊》和《自然》。

據(jù)了解，兩院院士評選年度中國和世界十大科技進(jìn)展活動由中國科學(xué)院、中國工程院主辦，中國科學(xué)院學(xué)部工作局、中國工程院辦公廳、中國科學(xué)報社承辦。這項(xiàng)年度評選活動至今已舉辦28次，為公眾進(jìn)一步了解中外科技發(fā)展動態(tài)，以及普及科學(xué)技術(shù)起到積極作用。 中新網(wǎng)北京1月18日電 (記者 孫自法)