中国科技重大突破2021年度大盘点,中国科大3项成果入选!
这一年,是科技工作者们步履不停的一年,他们在追寻科学真理的道路上百折不挠,不断刷新着人类所能达到的新高度。科技界必将乘着时代的东风再启航,向着更加多姿多彩的未来昂首前进。
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找回水稻“祖先”基因
有助培育更优秀的水稻品种
异源四倍体野生稻的快速从头驯化,中国科学院种子创新研究院/遗传与发育生物学研究所供图
李家洋团队从综合表现更好的四倍体野生稻出发,利用现代基因组编辑技术,将几千至上万年的水稻驯化史在短时间内“重演”,并且避免了部分基因丢失,首次设计并完成了异源四倍体野生稻快速从头驯化的框架图,有望培育出产量高、环境适应能力强的新型水稻作物。研究团队突破了基因组解析、高效遗传转化、高效基因组编辑等技术瓶颈,在异源四倍体高秆野生稻基因组中注释了系列驯化基因和重要农艺性状基因,成功创制了落粒性降低、芒长变短、株高降低、粒长变长、茎秆变粗、抽穗时间不同程度缩短的多种基因组编辑异源四倍体野生稻材料。
“九章”“祖冲之”上新
在两个物理体系实现量子优越性
2月27日,国际权威期刊《科学进展》发表成果,由国防科技大学、军事科学院、中山大学等机构研究人员研发出的一款新型可编程硅基光量子计算芯片,实现了多种图论问题的量子算法求解,有望未来在大数据处理等领域获得应用。
5月7日,《科学》杂志发表中国科学技术大学潘建伟团队研究成果,其成功研制出了量子计算原型机“祖冲之号”,操纵的超导量子比特达到62个,并在此基础上实现了可编程的二维量子行走。该成果为在超导量子系统上实现量子优越性,以及后续研究具有重大实用价值的量子计算奠定了技术基础。
二维超导量子比特芯片示意图, 每个橘色十字代表一个量子比特。图片来源:潘建伟团队
与此同时,潘建伟团队升级版的“九章2.0”也极大提高了其量子优势,对于高斯玻色采样问题,1年前的“九章”一分钟可以完成的任务,世界上最强大的超级计算机需要花费亿年时间;而“九章2.0”一分钟完成的任务,超级计算机花费的时间要再增加百亿倍。并且“九章2.0”还具有了部分可编程的能力。
“九章2.0”和“祖冲之2.0”的出现,使我国成为唯一在两个物理体系中实现量子计算优越性的国家。
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可编程超导量子计算原型机“祖冲之号”来了!“比超级计算机快亿亿亿倍!” 中国科大在量子计算优越性研究取得重要进展
“中国天眼”迎全球科学家
3月底开始征集观测申请
“中国天眼”3月31日起向全球天文学家征集观测申请。新华社记者 欧东衢 摄
通过国家验收启动运行以来,中国天眼设施运行稳定可靠,发现的脉冲星数量已达到500余颗,并在快速射电暴等研究领域取得重大突破。中国天眼的研制和建设,不仅体现了我国的自主创新能力,还推动了我国天线制造技术、微波电子技术、并联机器人、大尺度结构工程、公里范围高精度动态测量等众多高科技领域的发展。
中国科学院院士、FAST科学委员会主任武向平表示,FAST面向全球开放使用,彰显了充分合作的理念,以及对人类命运共同体理念的实践。
用液氦造出-271℃世界
大型低温制冷装备“中国造”
国产化液氦温区大型低温制冷系统。图片来源:中科院理化所
2015年12月,中科院理化所开始启动液氦到超流氦温区大型低温制冷设备的研制工作。在几十年低温技术积累的基础上,经过5年艰苦攻关,坚持走自主创新道路,最终成功研制出技术指标先进的大型氦制冷机。
光存储时间达1小时
向量子U盘迈出重要一步
资料图。图片来源:pixabay
李传锋、周宗权研究组2015年便自制光学拉曼外差探测核磁共振谱仪,依托该仪器,其精确刻画了掺铕硅酸钇晶体光学跃迁的完整哈密顿量,并在理论上预测了一阶塞曼效应为零(ZEFOZ)磁场下的能级结构。
未来,依靠更加成熟的量子U盘,人类有望实现基于经典交通运输工具的量子信息传输,从而建立起一种全新的量子信道。
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中国科大刷新世界纪录,实现“留光一小时”!
“人造太阳”刷新世界纪录
实现可重复1.2亿℃燃烧101秒
“人造太阳”实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行。新华社记者 周牧 摄
但制造“人造太阳”面临一个突出的现实问题:用什么容器来承载核聚变?人工控制条件下等离子体的离子温度需达到1亿℃以上。而目前地球上最耐高温的金属材料钨的熔化温度是3000多℃。这意味着,需要造出一个同时承载大电流、强磁场、超高温、超低温、高真空、高绝缘等复杂环境的装置,这对工艺设计和材料提出了极高的要求。
为了达到聚变实验装置所要求的条件,EAST团队的科学工作者自主创新,自主设计、研发了大部分具有自主知识产权的关键技术,创造性地完成了EAST装置主机的总体工程设计。世界上新一代全超导托卡马克核聚变实验装置在中国率先建成并正式投入运行,为未来清洁能源的利用和发展提供实验研究平台。
地球模拟装置启用
看清地球的过去、现在、未来
图片来源:中科院大气所
地球系统模拟装置,又称地球模拟实验室,是对地球系统进行数值模拟,即以地球系统观测数据为基础,利用描述地球系统的物理、化学和生命过程及其演化的规律在超级计算机上进行大规模科学计算。科学家们由此得以重现地球的过去、模拟地球的现在、预测地球的未来。
此次新落成启用的地球模拟实验室整体性能与国际先进水平相当,是我国首个具有自主知识产权,以地球系统各圈层数值模拟软件为核心,软、硬件协同设计,规模及综合技术水平位于世界前列的专用地球系统数值模拟装置。其具备地球表层各圈层的模拟能力,能够更全面地考虑地球系统的各种过程。尤其是在当下最为紧迫的气候变化应对与碳中和领域,该系统能够全方位关注全球生态和生物地球化学过程及其与气候系统的相互作用,并在此基础上建立起“生态—气温—二氧化碳浓度—碳排放量”的清晰关系,对温室气体核算、未来升温预估提供有力的模拟支撑,助力碳达峰、碳中和愿景目标的实现。并且它还将为我国未来在气候与环境领域的谈判提供依据,提升我国的国际话语权。
“冰光纤”问世
既可灵活弯曲又能高效导光
研究团队制备的直径均匀的冰单晶微纳光纤。受访者供图
本次研究中,童利民团队自行搭建了生长装置,在大量实验基础上,改进了已有的电场诱导冰晶制备方法,在低温高压电场中,辅之以一定的湿度条件,通过静电促使水分子朝电场方向运动,改变其无序的运动状态,从而诱发单晶生长。最终在-50℃的环境中,成功制备出直径在800纳米到10微米的冰单晶微纳光纤。并且,该团队还利用新发明的低温微纳操控和转移技术,在-150℃的环境中,使冰微纳光纤获得了10.9%的弹性应变,接近冰的理论弹性极限。
童利民认为,该项研究结果将拓展人们对冰的认知边界,激发人们开展冰基光纤在光传输、光传感、冰物理学等方面的研究,以及发展适用于特殊环境的微纳尺度冰基技术。
“甩开”光合作用合成淀粉
节约资源同时提升生产效率
中国科学家在实验室中首次实现从二氧化碳到淀粉分子的全合成。新华社记者 金立旺 摄
为提高生产效率,中国科学院天津工业生物所研究人员从头设计了11步主反应的非自然二氧化碳固定与人工合成淀粉新途径,在实验室中首次实现了从二氧化碳到淀粉分子的全合成。这一人工途径的淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍。并且在充足能量供给的条件下,按照目前的技术参数推算,理论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于我国5亩土地玉米种植的平均年产量。
证明凯勒几何核心猜想
解开数学界60多年“悬案”
几何物理中心创始主任陈秀雄教授(中)与程经睿(左)在一起。安徽网 陶冬青 摄
求出一类四阶完全非线性椭圆方程的解,就能证明常标量曲率度量的存在性。陈秀雄、程经睿的工作恰恰就是在K-能量强制性或测地稳定性的假设下,证明了这类方程解的存在。他们不仅求出了方程的解,而且建立了一套系统研究此类方程的方法,为探索未知的数学世界提供了一种新工具。此外,他们还给出了环对称凯勒流形上稳定性猜想的证明,将唐纳森在环对称凯勒曲面上的经典定理推广到了高维,并对一般稳定性猜想的证明提出可能的解决方案,让一般稳定性猜想的完全解决成为可能。
点击回顾:中国科大陈秀雄团队成功证明凯勒几何两大核心猜想
文章来源:科技日报
科技日报实习记者 都芃
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