中国科大两项成果入选2021中国重大科学进展！

为盘点2021年中国重大科学、技术和工程进展，《科技导报》编辑部从国内外重要科技期刊和科技新闻媒体2021年1月1日至12月31日间发表、公布或报道的中国科技成果中，遴选、推荐27项重大科学进展、28项重大技术进展、27项重大工程进展候选条目，由《科技导报》编委、审稿人等专家通信评选，根据每项进展的得票情况，推选出2021年中国重大科学进展10项、重大技术进展10项、重大工程进展10项。中国科学技术大学共有两项成果入选2021中国重大科学进展。

1

实现基于吸收型量子存储器的量子中继架构

实现远程量子纠缠传输，是构建全球量子通信网络的核心任务。

但由于不可克服的信道损耗，单光子在光纤传输中会呈现指数级衰减，导致目前量子态在光纤中传输的距离被限制在100 km左右。

量子中继方案是解决该问题的有效措施，中国科学技术大学郭光灿团队李传锋、周宗权研究组实现了首个基于吸收型量子存储的量子中继。

基于吸收型量子存储的量子中继实验装置 

来源：Nature

研究人员设置了间距为3.5 m的2个量子节点，每个节点内包括1个偏振纠缠光子源和1个1 GHz带宽的固态量子存储器。

当量子存储器捕获并存储纠缠光子对中的一个光子，另一个光子同时通过光纤传输至中间站点进行贝尔态检验。

一次成功的贝尔态检验会完成一次成功的纠缠交换操作，使得这2个空间分离的固态量子存储器之间建立起量子纠缠。

量子中继基本链路的演示实验中实现了4个时间模式的复用，使得纠缠分发的速率提升了4倍，实测的纠缠保真度达到80.4%。

该成果证实了基于吸收型量子存储器的量子中继架构的可行性，并首次展现了多模式复用在量子中继中的加速作用。

Nature审稿人评价该发现是对量子中继器基本链路的一次非常直接和清晰的演示，是在地面上实现远距离量子网络的一项重大成就，为后续的量子中继研究以及实用化高速量子网络的构建打下基础。

相关研究成果作为封面文章于2021年6月2日发表在Nature上。

2

研制出系列高性能铂合金催化剂

催化剂等关键材料是氢燃料电池的“芯片”，其性能直接决定燃料电池的发电能力及寿命。

中国科学技术大学梁海伟、林岳和北京航空航天大学水江澜等研发出一类高效低铂燃料电池催化剂材料，解决了传统铂合金催化剂高温合成难题。

高温硫锚定合成法 来源：Science

研究人员以硫掺杂碳（S-C）为载体，设计出一种高温硫锚定合成方法，实现了小尺寸金属间化合物（intermetallic compounds，IMCs）燃料电池催化剂的普适性合成。

基于此方法，研究团队构建出由46种小尺寸Pt基IMCs催化剂组成的材料库，包括20种二元（囊括了所有3d过渡金属元素和数种p区元素）以及26种多元IMCs。

基于该庞大、完备的材料库，研究人员发现IMCs氧还原活性随着压缩应变的增加呈现单调上升趋势并，揭示了铂合金燃料电池氧还原活性与其二维晶面应力之间的强关联性。

特别地，所制备的部分IMCs催化剂表现出优异的电催化氧还原性能。

例如，氢氧燃料电池测试表明，PtNi IMC催化剂展现出记录性催化活性；氢空燃料电池测试表明，PtCo IMCs催化剂表现出与Pt/C催化剂相当的电池性能。

这项研究为氢燃料电池中铂合金催化剂的合成提供了一种新的方法，有望提高燃料电池性能的同时减少铂的使用量，从而降低燃料电池的成本，对推动燃料电池大规模产业化具有重要意义。

相关成果于2021年10月22日发表在Science上。

本次推选2021中国重大科学进展，还有两位中国科学技术大学校友的研究成果入选，他们分别是饶子和（73级本科）及李献华（79级本科）团队。

3

阐明新冠病毒逃逸抗病毒药物的分子机制

随着新冠肺炎疫情的蔓延，不断出现的病毒突变株给疫情防控和疫苗研发带来了严峻挑战。

阐明新冠病毒逃逸抗病毒药物的分子机制，开发能够有效应对各型突变株的广谱药物是当前亟待解决的问题。

新冠病毒转录复制的核心结构是由复制酶组成的转录复制复合体（RTC）。

该结构是一种复杂的超分子蛋白质机器，在各型突变株中高度保守，也是开发广谱抗病毒药物的关键靶点。

清华大学饶子和（1977年毕业于中国科学技术大学）、娄智勇和上海科技大学高岩等对新冠病毒的转录复制机制开展了深入研究，先后阐明了“核心转录复制复合体”（C-RTC）、“延伸转录复制复合体”（E-RTC）和“加帽中间态转录复制复合体”[Cap(-1)'-RTC]的工作机制。

新冠病毒mRNA“帽结构合成”复合物结构 来源：Cell

研究团队通过解析新冠病毒mRNA“帽结构合成”过程的关键复合物Cap(-1)'-RTC的2.8 Å的冷冻电镜结构，证实聚合酶nsp12的NiRAN结构域在“帽结构合成”过程中起到重要催化作用，首次明确了mRNA合成过程中全部的关键酶分子。

在此基础上，研究团队解析了RTC关键状态的三维结构，阐明病毒mRNA加帽、基因组复制矫正和逃逸核苷类抗病毒药物的分子机制。

研究揭示了新冠病毒“反式回溯”剔除错配碱基和抗病毒药物的机制，提出这可能是瑞德西韦等抗病毒药物效果不良的原因。

研究团队通过深入研究新冠病毒逃逸核苷类抗病毒药物的分子机制，为开发广谱、高效的抗病毒药物提供了关键的科学依据。

相关成果分别于2021年1月7日和2021年5月24日发表于Cell。

4

“嫦娥五号”月球样品研究为揭示月球演化提供新依据

月球的起源与演化是人类关注的自然科学的基本问题之一。

2021年7月12日，第一批“嫦娥五号”月球科研样品正式发放，研究人员通过对样品进行基础物性、岩相学等多方面的综合分析，证明“嫦娥五号”月球样品为一类新的月海玄武岩。

中国科学院地质与地球物理研究所李献华（1983年毕业于中国科学技术大学地球和空间科学系地球化学专业）、杨蔚、胡森、林杨挺和中国科学院国家天文台李春来等，对“嫦娥五号”月球样品玄武岩展开了一系列研究。

“嫦娥五号”岩石碎屑主要矿物图像 

来源：Nature

研究团队采用超高空间分辨率的定年和同位素分析技术，分别对年代学、岩石地球化学及岩浆水含量3个科学问题设计了新的研究途径。

科研人员对“嫦娥五号”月球样品玄武岩岩屑中50余颗富铀矿物进行分析，确定玄武岩形成年龄为20.30±0.04亿年，表明月球的岩浆活动持续到20亿年前，比以往月球样品限定的岩浆活动停止时间延长了约8亿年。

研究还揭示“嫦娥五号”玄武岩初始熔融时并没有卷入富集钾、稀土元素、磷的“克里普物质”，揭示了月球晚期岩浆活动的源区并不富集放射性元素。

研究还发现，月幔源区的水含量仅为1~5 μg/g，证明月幔源区几乎没有水。

多位国际专家表示，这一系列研究成果填补了地球岩浆活动数据的空白，改变了人类对月球热历史和岩浆历史的认识，为未来进一步探索月球的起源和演化开辟了新的方向。

相关研究成果于2021年10月19日同期发表在Nature上。

文章来源：科技导报

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