其他
2022年世界科技进展100项
The following article is from 三思派 Author 李万，钱娅妮
01
生命、生物、医药健康
一
新冠疫情
1.奥密克戎的后代推动大流行
2022年奥密克戎及其后代主导了所有其他冠状病毒变种。这种快速传播的毒株于2021年11月在南部非洲首次被发现，并迅速传播到全球。从早期开始，奥密克戎明显比以前的变种更成功地逃避免疫系统防御，这意味着疫苗预防效果将大打折扣。2022年，SARS-CoV-2的奥密克戎变种催生了一系列亚变异株，这使得预测即将到来的激增变得更加困难。XBB变体和BQ.1家族的分支在世界部分地区引发了新的感染浪潮。这些变体使科学家能够精确定位有助于病毒传播的逃避免疫的突变。一些国家已经推出了基于奥密克戎变异株的疫苗，希望它们能提供比以前的疫苗更大的保护。针对COVID-19的鼻腔喷雾剂也已成为疫苗库中的工具。9月，中国和印度批准了通过鼻子或嘴巴输送的无针COVID-19疫苗，许多类似的疫苗正处于不同的开发阶段。这被《自然》称为“2022年科学界的决定性时刻”之一。2.新冠病毒突变株免疫逃逸机制
中国科学家率先研究报道新冠奥密克戎及其亚型变异株的体液免疫逃逸特征与分子机制。该系列研究增进了世界新冠疫情防控的科学认识，为广谱新冠疫苗和抗体药物的研发方向提供了重要数据参考和理论支持。该研究成果入选2022 年中国生命科学十大进展之一。3.成功研发对所有新冠变异毒株全能抗体
日本科学家成功以新冠病毒感染症康复患者的血液为基础，制成了能抑制奥密克戎毒株亚型“BA.5”等迄今发现的所有变异毒株在体内增殖的 “广谱中和抗体”。据称，该抗体有望作为预防感染和防止重症化的治疗药进行应用。研究团队使用县立医院的新冠康复患者中，显示出对各种变异毒株具有较高的中和抗体效价的3人血液，人工制成了10种抗体。从中检测出了对所有变异毒株都显示出较高中和活性的广谱中和抗体。4.猴痘走向全球
今年猴痘（最近被世界卫生组织更名为“mpox”）在全球迅速蔓延，让许多科学家措手不及。此前，该病毒主要局限于中非和西非，但从今年5月开始，欧洲，美国，加拿大和许多其他国家开始出现感染，主要是与男性发生性关系的年轻和中年男性。各国正在进行可能的治疗方法试验。在一些国家，现有的天花疫苗也被用来抑制病毒。在mpox感染首次开始增加六个月后，疫苗接种工作和行为改变似乎遏制了其在欧洲和美国的传播。研究人员预测病毒将在未来几个月或几年内在非流行国家消失。该项成果入选2022年《自然》十大科学新闻之一。二
基因、细胞、胚胎
5.基因突变可能并非随机产生
德国研究人员发现，DNA的突变并不是随机的，在基因组中的一些重要区域，DNA突变频率显著降低。这改变了我们对进化的理解，这些发现可能帮助科学家培育出更好的作物，甚至帮助人类对抗癌症。研究团队在受保护的实验室环境中种植拟南芥标本，使得在自然界中可能无法生存的具有缺陷的拟南芥能够在受控环境中生存。通过对数百种拟南芥的测序，发现了超过100万个突变，在这些突变中揭示了一种非随机突变模式。6.首个完整人类基因组序列公布
国际科研团队公布了首个完整、无间隙的人类基因组序列。美国研究表明人类基因组含有约30亿个DNA碱基对，完成这些碱基对的完整、无间隙测序，对于了解人类基因组变异全谱、掌握基因对某些疾病的影响至关重要。人类基因组测序项目的重要意义被视为与阿波罗登月计划相当。人类基因组蕴藏人类遗传信息，破译它能够为疾病诊断、新药研发、新疗法探索等带来革命性进步。该研究成果入选两院院士评选的“2022年中国/世界十大科技进展新闻”之一。7.体长2厘米的最大细菌
美国科学家在加勒比群岛的红树林中发现了一种体长可达2厘米的巨型细菌，这种细菌被命名为Thiomargaritamagnifica（意为巨大嗜硫珠菌），体型是任何已知细菌的至少5000倍。研究人员发现，这类细菌的体内有巨大的囊泡状结构，这很可能是帮助它们维持生命活动的关键。这一发现颠覆了我们对细菌的认知，并使得原核生物与真核生物的界限变得模糊。该研究成果入选《科学》十大突破之一。8.新技术改变细胞生物力学研究
癌症和阿尔茨海默氏症等疾病的早期症状通常与细胞硬度的变化有关。来自德国和美国的两个研究小组分别发表了一项研究，展示了一种利用布里渊显微镜测量细胞硬度的方法。这项技术的发展显著提高了成像速度和分辨率，减少了光损伤，该方法现在广泛适用于观察活动物细胞机械性能的变化。这种方法将为癌症、动脉粥样硬化和阿尔茨海默氏症等疾病的早期诊断提供强大的工具。它还将彻底改变科学家如何测量和跟踪细胞在正常发育过程中的机械变化，并极大地提高人们对机械力在生物学中的重要性的理解。该研究成果入选英国《卫报》发布的2022年度十项重大科学进展之一。9.首次绘制人类早期胚胎发育的翻译图谱
中国科学家通过开发超灵敏翻译组与转录组联合测序技术，首次绘制人类早期胚胎发育的翻译图谱。该研究通过寻找基因组激活时期高翻译的转录因子，鉴定出TPRX1/2/L家族蛋白，证明其对人类合子基因组激活和早期胚胎发育起到重要调控作用。该成果解决了人类胚胎程序第一次是如何启动的重大基础科学问题，并为未来治疗不孕不育、改善辅助生殖技术提供重要的理论基础和研究工具。该研究成果入选中国生命科学十大进展之一。10.世界首张“扰动图谱”
中国研究团队将“CRISPR基因编辑”和“Cre基因重组”两大底层工具，融合成颠覆性的“高通量、泛组织”基因功能解码技术iMAP，能将小鼠基因的解码速度提高至少100倍。该研究工作还利用iMAP，成功描绘出世界首张“扰动图谱”，展示小鼠90个蛋白编码基因分别在39种组织细胞的基本功能，将催生覆盖全部基因和组织，并解码整部“生命天书”的“全景扰动图”，后者将成为未来人们探索生命奥秘时必不可少的“世界地图”。iMAP性能稳健、操作简单、易于普及、用途广泛，实现基因解码领域从“0到1”的技术突破。该研究成果入选2022年中国生命科学十大进展之一。11.多年生水稻解放劳动力
中国科学家通过将亚洲水稻的商业品种与生长在非洲的多年生野生稻杂交，培育得到多年生水稻23（PR23），并花费2年多时间提高其产量和质量。之后的大规模农业实践证明，PR23跳过了秧苗移栽的环节，把每个季节每公顷的工作量减少了多达77人·日（person-day），并帮助将农民的成本降低一半；此外，在种植多年生水稻的田地中，土壤养分也有所增加。该项成果入选《科学》年度十大突破之一。三
恶性疾病的预防与治疗
12.首次用于人体的FLASH质子治疗病
美国科学家团队致力于FAST-01试验，以进行FLASH放疗的首次临床试验和FLASH质子治疗的首次人体使用。FLASH放疗是一种新兴的治疗技术，它以超高剂量率进行辐射，这种方法被认为可保护健康组织，同时仍能有效杀死癌细胞。使用质子提供超高剂量率辐射将允许治疗位于身体深处的肿瘤。该试验包括10名手臂和腿部骨转移疼痛的患者，他们接受了单次质子治疗，剂量为40Gy/s或更高，大约是传统光子放射治疗剂量率的1000倍。该团队展示了临床工作流程的可行性，并表明FLASH质子疗法在缓解疼痛方面与传统放射疗法一样有效，而且不会引起意想不到的副作用。该研究成果入选《物理世界》十大突破之一。13.RSV疫苗取得重大进展
呼吸道合胞病毒（RSV）疫苗研发工作曾因严重致病致死事件而中断数十年。科学家找到关键原因：过去的疫苗由全病毒的化学灭活版本制成，只引发相对较弱的抗体，不仅无法阻止病毒，还会通过鲜为人知的机制帮助RSV破坏气道。最新研制的疫苗避开了这一问题，其所用的病毒表面蛋白在停靠至细胞受体后会改变形状，病毒会与细胞融合，从而建立感染。此外，新疫苗能引发高水平的强效抗体。此研究入选2022年度《科学》十大突破之一。14.EB病毒竟是多发性硬化症元凶
来自上千万美国新兵的医学数据表明，一种常见的人类疱疹病毒，EB病毒（Epstein-Barr virus，简称EBV）是多发性硬化症（简称MS）的重要参与者，几乎所有MS病例都由常见EB病毒引起。多发性硬化症是一种常见的中枢神经脱髓鞘疾病，会导致免疫系统攻击保护大脑和脊髓神经元的髓鞘，引发神经炎、眼肌麻痹、肢体瘫痪等一系列症状，且病情往往随着时间推移而恶化，但MS的具体成因尚不清楚，也暂无明确治愈方法。目前全球有280万多发性硬化症患者，约95%的人都在生命的某个阶段感染了EB病毒。今年的新发现有望带来治疗和预防多发性硬化症的新方法。该研究入选《科学》十大科学突破之一。15.黑死病对人类的自然选择
科学家分析了来自伦敦和丹麦的500多具遗骨中的古DNA。这些遗骨埋葬于黑死病之前、期间和之后。分析结果显示，幸存者携带的某些突变增强了他们对鼠疫耶尔森菌的免疫反应。伦敦样本的免疫基因中，有35种突变比中性突变传播得快得多，其中4种在丹麦样本间也迅速传播。研究团队相信，这些突变发挥了重要的抗瘟疫作用。有一种名为ERAP2的基因表现特别突出。该基因负责编码的蛋白质叫内质网氨基肽酶-2，已被证明能帮助免疫细胞识别和对抗病毒威胁。根据研究团队的说法，大多数人只有1份ERAP2基因，若某人携带2个保护性ERAP2等位基因，他在黑死病中存活下来的可能性增加40%-50%。该研究成果入选《科学》十大突破之一。16.新型RNA生物计算机
美国研究人员可能已经开发出了强大、持久的RNA生物计算机，它能够持续在细胞内运行。一旦这项技术成熟，它将彻底改变人类诊断和治疗一系列疾病的方式。在该项研究中，研究人员放弃了传统的基于DNA的方法，而是选择使用核糖核酸（RNA）来构建新型生物计算机。研究人员需要证明RNA也具有和DNA同样的“锁门”和“开门”功能。为了实现这一目标，研究人员通过设计DNA并将其插入细胞的基因组，细胞通过转录过程产生RNA，RNA链随后发生折叠成为双链结构，表现为“锁门”。研究人员在细胞内引入核酸酶，核酸酶在嵌入折叠的RNA双链后自行将双链切断，使双链变为两条独立的链，表现为“开门”。通过对RNA电路的测试以及跟踪电路处理输入，研究人员最终证实，通过特定的设计，细胞内的RNA电路可以与DNA电路一样发挥作用，并且RNA电路的功能更为持久。17.人工智能助力抗生素发现
抗菌药物耐药性被世界卫生组织列为人类面临的十大公共卫生威胁之一。抗菌肽（Antimicrobial peptide, AMP）是传统抗生素的公认替代品，因为它们不太可能引发耐药性；然而，只有数量有限的这类分子进入临床实践，其中数十个正在进行临床和临床前试验。中国科学家使用机器学习技术来识别由人类肠道微生物基因组序列编码的抗菌肽。该算法识别出2349个潜在的抗菌肽序列，其中，216个多肽是通过化学方法合成的，181个具有抑菌活性。利用人工智能克服抗药性、补充了有效抗菌剂库，与此同时得以开发新药且成功率惊人。该研究成果入选英国《卫报》发布的2022年度十项重大科学进展之一。18.改善镰状细胞病患者的贫血
镰状细胞病是一类遗传性疾病，患者的红细胞变成镰刀状并可能导致贫血。今年在镰状细胞病治疗方面，医学界取得了微小但重要的进展——一种用于治疗丙酮酸激酶缺乏症的药物，可以改善镰状细胞病患者的贫血和急性剧烈疼痛。虽然这项研究仍处于早期阶段，但研究人员指出，过往的疗法仅针对红细胞，但他们的新突破来自镰状细胞病患者本身的特征。这项研究可能为全世界数百万人，尤其为非洲、印度次大陆和南美洲的许多人们带来了希望。该研究成果入选英国《卫报》发布的2022年度十项重大科学进展之一。19.量子点用于医学与生物技术
量子点是十亿分之一米大小的半导体晶体，由数千个原子组成。它能够在很宽的光带内吸收光并在很窄的波长范围内发射光，波长范围取决于纳米晶体的尺寸，同时量子点以严格定义的颜色发光。量子点的这些特性使其几乎成为生物对象的超灵敏多色配准以及医学诊断的理想手段。然而，大多量子点含有重金属成分，并且通常只在有毒有机溶剂中稳定，这限制了它们在生物学和医学中的使用。俄罗斯科学家对建立半导体量子点的稳定结构进行了研究，开发了许多能够把量子点转移到水介质和生物流体中的外壳，例如硅酸盐外壳不仅有助于完整保持半导体晶体，把其光学特性维持在过去的水平上，而且富含生物活性元素。这有助于使用新技术来确定化疗期间人体血液中癌症药物是否过量并调整剂量，显着降低治疗的副作用。到2024年底，研究人员计划证明基于量子点的分析系统在调整用于治疗乳腺癌、淋巴瘤和肝癌的药物米托蒽醌剂量方面的效果。20.通用型癌症疫苗
美国研究团队设计出一种新的癌症疫苗，旨在诱导免疫细胞，靶向多种类型的肿瘤，包括某些耐药的肿瘤。这种通用型癌症疫苗针对的是癌细胞表面普遍表达的应激蛋白MICA和MICB，通过提升MICA/B蛋白的水平，使得T细胞和NK细胞这两种免疫细胞协同攻击癌细胞。在动物模型中，使用该疫苗可以激活有效的肿瘤免疫，显著减少小鼠体内的肿瘤转移，降低癌细胞的生长速度。这种新型疫苗具有广谱性，也就意味着无需根据每个患者来定制疫苗，具有令人期待的临床前景。21.缺血性脑血管病精准治疗方案
高复发是缺血性脑血管病防治的世界难题，中国研究团队在国际上首次提出的阿司匹林叠加氯吡格雷的短程双通道双效应联合治疗方案，改写了欧美等多国指南。团队基于此方案发现氯吡格雷吸收与代谢通路的关键基因ABCB1、CYP2C19和F2R均显著影响药物疗效，并针对携带氯吡格雷功能缺失等位基因的人群提出“绕行基因”的替格瑞洛替代治疗方案，该方案可使复发风险相对降低23%，被评价为开启脑血管病基因指导治疗的新时代。22.磁共振成像新技术“看清”大脑神经活动
韩国研究团队在fMRI的基础上，将检测的时间分辨率提升至毫秒级别，从而实现对大脑内神经活动的直接成像。这项被命名神经活动直接成像（direct imaging of neuronal activity，简称DIANA）的新技术没有用到任何全新的仪器设备，而是仅仅基于软件的提升就取得了重大突破。如果DIANA技术最终得到更多实验室的验证，它将在神经科学领域开辟一条全新的道路。只需让受试者进入仪器，就能以非侵入的方式直接读取神经活动——这项革命性的突破将为理解大脑的机制及疾病提供前所未有的工具。23.CAR-T疗法在体内修复心脏功能
每年，全球有数十万人死于心肌纤维化导致的疾病。现在，一项创新性疗法为心肌纤维化带来了新的希望。美国研究团队利用一次mRNA注射在体内直接实现CAR-T治疗，而无需将细胞从体内取出。相比于传统CAR-T疗法，这一新策略更加可控、T细胞不会持续攻击心肌成纤维细胞。在这项研究中，科学家已经成功修复了患心衰小鼠的心脏功能，朝着更易获取的个体化免疫疗法迈出重要一步。24.二甲双胍靶点的发现及其延缓衰老的机制阐明
中国团队历经7年科研攻关，发现一种称为PEN2的蛋白质是二甲双胍的靶蛋白。该研究不仅发现二甲双胍的直接作用靶点，还从分子角度勾画出二甲双胍行使功能的路线图。团队还筛选到一个能模拟辟谷效应(卡路里限制)的化学药物(俗称“辟谷精”)，具有降糖、治疗脂肪肝、延寿的效果；发现“辟谷精”和二甲双胍均借道先前发现的葡萄糖(卡路里限制)感知通路，从而偶联到AMPK长寿相关通路，达到治疗糖尿病和脂肪肝等重大代谢性疾病以及延缓衰老等作用。该研究成果入选中国生命科学十大进展之一。04
仿生学、器官移植
25.首次定义了器官发育的指标
德国和奥地利的联合科研团队首次定义了器官发育的指标，揭示了组织中三维结构的连通性和结构的出现之间的联系，将有助于科学家设计模仿人体器官的自组织组织。研究团队利用成像技术研究来自小鼠胚胎干细胞的类器官，这些起屏障作用的类器官形成复杂的上皮细胞网络。研究人员发现组织中的连接是由两个不同的过程形成的：要么是两个独立的上皮细胞融合，要么是单个上皮细胞通过将其两端连接在一起而自身融合，从而形成一个环。根据上皮表面理论，研究人员认为上皮细胞的刚性可能是控制上皮融合从而控制组织网络发展的关键参数。26.首个具有螺旋排列跳动心脏细胞的心脏模型
美国生物工程师使用一种新的增材纺织品制造方法（FRJS），开发了第一个具有螺旋排列跳动心脏细胞的人类心室生物杂交模型，并证明其肌肉排列确实会显著增加每次收缩时心室泵出的血液量。研究的目标是建立一个模型，测试心脏的螺旋结构是否对达到大的射血分数（即每次收缩时心室泵送的血液百分比）至关重要，并研究心脏螺旋结构的相对重要性。这项工作是朝着器官生物制造迈出的重要一步，使人们更接近于建立用于移植的人体心脏的最终目标。27.首例活人成功植入基因编辑猪心脏的手术
美国公布了世界首例活人成功植入基因编辑猪心脏的手术，57岁的心脏病患者大卫·贝内特（David Bennett）接受了一颗经过基因编辑的猪心脏——这是确定动物能否为需要它们的人提供器官来源的关键第一步。贝内特在移植后又存活了八周，但研究人员对他活了那么久印象深刻，因为人类免疫系统在几分钟内攻击非转基因猪器官。几个月后，两个美国研究小组独立报告将猪肾移植到三个因没有大脑功能而被宣布合法死亡的人身上。器官没有被排斥并开始产生尿液。研究人员表示，下一步是临床试验，在活人身上彻底测试这些结论。该研究成果入选《自然》十大科学新闻之一。28.猪蛋白角膜让人重见光明
瑞典研究人员通过提取猪胶原蛋白制成的人工角膜，成功使失明或视力受损的人恢复了视力，且手术两年后，患者没有严重并发症或副作用的报告。他们通过从猪皮中提取和纯化胶原蛋白，制造了一种柔韧有弹性的类似隐形眼镜的人工角膜。在相关实验成功后，研究小组开始在志愿者中对人工角膜进行测试。在接受人工角膜移植后，每个人的视力都有所提高，其中有3名失明患者术后视力恢复到正常人水平。该研究结果有助于开发出一种符合人类植入物标准、可以大规模生产并储存长达两年的生物材料，从而惠及更多有视力问题的人。这一成果入选两院院士评选的世界十大科技进展之一。五
生物合成
29.收集细菌来制造“活的”合成细胞
六
考古与远古生命生态
30.重建200万年前的绿洲格陵兰
丹麦科学家从北极荒漠冻土中提取出有至少200万年历史的古DNA片段。在此之前，DNA的保质期一直都是大约100万年，更古老的遗传材料会因严重降解而无法读取。研究团队运用已打磨数年的技术，从冻土矿物中提取DNA片段，然后通过高通量测序对其进行解码，最终重建得到一个失落的世界——200万年前的格陵兰岛北部处于温暖气候时期，森林茂密，植被丰富，杨树、金钟柏和其他针叶树蓬勃生长，你能看到多种动物活跃的身影，有黑雁、马蹄蟹、驯鹿、旅鼠等，还有已经灭绝的乳齿象。该研究成果入选《科学》十大突破之一。31.首次确认地外存在“生命之源”
2020年12月，日本探测器“隼鸟2号”搭载的回收舱从距离地球3亿多公里的小行星“龙宫”返回地球，并带回重量约5.4克的行星表面样本。2022年，日本团队分析了样本后，从中检测到20多种氨基酸。这是首个在地外存在多种氨基酸的证据，暗示“生命可能诞生在宇宙中比以前认为的更多的地方”。32.“从鱼到人”探源研究领域取得重大突破
中国科学家团队在重庆、贵州等地志留纪早期距今约4.4亿年的地层中发现“重庆特异埋藏化石库”和“贵州石阡化石库”，增添了中国又一个世界级的特异埋藏化石库，填补了全球志留纪早期有颌类化石记录的空白，首次为有颌类的崛起与最早期辐射分化提供确切证据。团队采用新技术新方法对这些鱼类化石开展了详细研究，在有颌类最早期分化、重要器官和身体构型演化等重要科学问题的探索中取得新进展，刷新了传统认知。《自然》杂志于9月29日以封面文章形式同期发表团队的4篇学术论文，集中报道了这批有关有颌类起源与最早期演化的研究成果。此研究入选2022年度国内十大科技新闻之一。02
深空、深海、新空间拓展
33.银河系中心黑洞的首张照片面世
全球多地天文学家同步公布了一个超大质量黑洞——人马座 A*（Sgr A*）的照片。相关研究成果以特刊形式发表在《天体物理学杂志通讯》上。这是人类“看见”的第二个黑洞（点这里了解这个银河系中心的黑洞），也是银河系中心超大质量黑洞真实存在的首个直接视觉证据。这个超大质量黑洞距离太阳系约2.7万光年，质量超过太阳质量的400万倍。这一成果入选两院院士评选的世界十大科技进展之一。34.人类首次成功改变小行星轨道
美国宇航局（NASA）利用双小行星重定向测试（DART）航天器，撞击了一颗近地双小行星系统中较小的小行星——Dimorphos，以期改变其运行轨道。这是世界上首个旨在防御地球免受小行星撞击威胁的测试任务。10月11日，NASA证实这次任务取得成功——DART航天器的撞击，将Dimorphos推向其伴星Didymos，并将前者近12小时的轨道周期缩短了32分钟。据悉，NASA在撞击开始前表示，将轨道周期缩短73秒就代表任务成功。大多数天文学家则预测，撞击可能导致轨道周期缩短10分钟。但该撞击造成的偏斜程度远远大于预期。这也在一定程度上表明，动能撞击是行星防御的可行方法。这一成果入选两院院士评选的世界十大科技进展之一、《物理世界》、《科学》十大突破之一。35.绘制出银河系早期形成与演化的图像
基于郭守敬望远镜（LAMOST）和盖亚望远镜（Gaia）的巡天观测数据，研究人员获取了迄今为止最为精确的大样本恒星年龄信息，清晰描绘了银河系幼年和青少年时期的形成与演化图像——130亿年前到80亿年前银河厚盘形成，110亿年前银晕形成，80亿年前至今银河薄盘形成。这一研究刷新了人们对银河系早期形成历史的认知。该研究成果入选2022年度国际十大科技新闻之一。36.詹姆斯·韦布空间望远镜顺利入轨并首次传回照片
詹姆斯·韦布空间望远镜是由美国宇航局与欧洲空间局、加拿大航天局联合研究开发，是NASA建造的迄今最大、功能最强的空间望远镜。2022年1月24日顺利进入围绕日地系统第二拉格朗日点的运行轨道，并于7月12日正式公布了其拍摄的一批宇宙全彩色照片。此后，韦布空间望远镜还拍摄到距离地球约280亿光年的最遥远恒星的新图像并首次在系外行星上明确探测到二氧化碳。据悉，韦布空间望远镜任务目标主要有4个方面：寻找135亿多年前的宇宙中诞生的第一批星系；研究星系演化的各阶段；观察恒星及行星系统的形成；测定包括太阳系行星系统在内的行星系统的物理、化学性质，并研究其他行星系统存在生命的可能性。这一成果入选两院院士评选的世界十大科技进展之一、《物理世界》、《科学》十大突破之一、《自然》十大科学新闻之一。37.全球商业航天发展
英国国防部发布新版《国防太空战略》，商业技术发展是重要驱动。美国商务部发布更新《2022-2026年战略计划》，该计划战略目标是“推进美国在全球商业航天工业中的领导地位”。商业航天介入军事领域渐成趋势。在俄乌冲突中，美国太空探索技术公司（SpaceX）为乌克兰军队提供了大量“星链”服务。随着冲突演进，从商业成像到无线电信号监测等，商业航天的各种能力都在冲突中得到充分应用。2022年12月3日，SpaceX公司发布“星盾”计划，拟为美国军政部门提供遥感、通信和载荷托管等服务。美国测试商业卫星与军事网络相整合，用于战术和战略通信，将与英国一网（OneWeb）和的SpaceX公司“星链”（Starlink）合作，目的是为了“在北极地区增强通信能力”。美国国家侦察局和英国国防部将在维珍轨道公司的LauncherOne火箭上启动一项联合任务。维珍轨道公司将使用从一架改装的波音747飞机上部署的LauncherOne小型发射平台将九个有效载荷送入轨道。印度太空促进和授权中心(IN-SPACe)已经开始授权印度私人公司发射卫星，标志着印度私人太空发射的开始。IN-SPACe是促进、授权、监测和监督印度非政府私营实体空间活动的政府机构。位于海德拉巴的Dhruva太空公司和位于班加罗尔的Digantara研究和技术公司获得IN-SPACe授权，允许发射有效载荷。2022年3月，中国首次批量研制的六颗低轨宽带通信卫星——银河航天02批卫星成功在西昌卫星发射中心发射，验证了中国具备建设卫星互联网巨型星座所必需的卫星低成本批量研制及组网运营能力，迈出了星地融合网络建设的重要一步。2022年9月，深蓝航天完成中国商业航天首次可重复使用液氧煤油发动机二次起动试车，标志着发动机已具备可重复使用能力。在商业航天基础设施建设方面，中国首个商业航天发射场海南商业航天发射场开工建设。未来宇航正式发布中国首个商业空间飞行器“FutureX未来探索空间飞行器”，为迎接太空经济时代的来临提供了一种全新的太空运输工具。38.月亮复兴计划
月球已成为今年太空任务的热门目的地。韩国的Danuri探测器于8月首次发射升空，12月抵达目的地并绕月运行一年。该任务是该国首次超越地球轨道。美国国家航空航天局 (NASA) 备受期待的阿尔忒弥斯计划——旨在在未来几年内将宇航员送上月球——最终启动了与欧洲航天局 (European Space Agency) 的合资企业——名为猎户座的无人太空舱的发射。作为测试该系统是否能够将人安全送上月球的试飞的一部分，太空舱飞越了月球，并于本月安全返回地球。一家日本公司制造的月球飞船本月发射升空。ispace 的M1着陆器的目标是成为明年登陆月球表面的几家私人企业中的第一个。着陆器将携带两辆漫游车，一辆用于阿拉伯联合酋长国，另一辆用于日本宇宙航空研究开发机JAXA。这些漫游车将是两国的首创。该研究入选《自然》十大科学新闻之一。39.“中国天眼”(FAST)取得系列重要进展
中国研究团队采用原创的中性氢窄线自吸收方法首次获得原恒星核包层中具有高置信度的塞曼效应测量结果；首次提出能够统一解释重复快速射电暴偏振频率演化的机制，为最终确定FRB起源提供关键观测证据；国际合作团队发现迄今唯一一例持续活跃的重复快速射电暴，并确认近源区域拥有目前已知的最大电子密度；FAST快速射电暴优先和重大项目科学研究团队，对一例位于银河系外的快速射电暴开展深度观测，首次探测到距离快速射电暴中心仅1个天文单位(即太阳到地球的距离)的周边环境的磁场变化，向着揭示快速射电暴中心引擎机制迈出重要一步；国际团队对致密星系群“斯蒂芬五重星系”及周围天区的氢原子气体进行成像观测，发现一个尺度大约为200万光年的巨大原子气体结构，比银河系大20倍，这是迄今在宇宙中探测到的最大的原子气体结构。系列成果入选两院院士评出2022年中国/世界十大科技进展新闻之一。40.太阳探测领域重要科学发现
2022年，多国对于太阳的研究取得显著成果。2022年3月，欧空局发布了号称“有史以来最高分辨率的太阳图像”，由太阳轨道飞行器在距离太阳大约7500万公里的距离拍摄。2022年12月13日，中国公布了“夸父一号”先进天基太阳天文台卫星若干对太阳的科学观测图像，创下多个国际首次。此外，中国首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”再获两项重要发现，即同时测量到太阳光球和色球的较差自转以及成功捕捉到一次罕见的X1级大耀斑。2022年12月6日美国国家航空航天局的帕克太阳探测器开始了 24 次计划中的第14次近距离太阳接近，最终到达太阳表面530万英里以内。03
物质、材料、化学
一
物质世界
41.“四中子态”存在最明确证据
由数十个国家的科学家组成的联合团队发现了迄今“四中子态”（tetraneutron）奇异物质存在的最明确证据，相关论文6月22日发表于《自然》。20年前，科学家意外发现了一种奇异物质“四中子态”的存在迹象，该物质由4个中子组成。此次，国际联合团队找到了迄今“四中子态”存在的最明确证据。德国研究人员利用不同的粒子碰撞，制造出平常多出4个中子的氦原子，然后与质子碰撞，在碰撞后，只剩下四个中子，并且可以结合成一个“四中子态”。据悉，这一发现将有助于物理学家对核力本质的理论进行微调。这一成果入选两院院士评选的世界十大科技进展之一、《物理世界》十大突破之一。42.中微子质量上限新纪录
德国国际氚中微子实验（KATRIN）打破了中微子物理学中与粒子物理学和宇宙学相关的一个重要“界限”——1电子伏特（eV）。德国科学家已获得了中微子质量新上限：0.8 eV，首次将中微子的质量推向sub-eV级，这使得KATRIN能以前所未有的精度限定了这一“宇宙轻量级”的质量。这将有助于发现超越标准模型的新物理定律。43.中性原子量子计算进展：捕获原子的新方法
美国研究团队首次证明可以使用一种新型的小型化版本的“光镊”（一种使用激光束作为筷子来抓取原子的系统）捕获单个原子。研究团队使用了一个长约4毫米的方形玻璃晶片而非典型的透镜，上面印有数百万个高度只有几百纳米的柱子，它们共同充当微小的镜头。这些被称为超表面的压印表面聚焦激光以捕获、操纵和成像蒸汽中的单个原子。研究团队分别捕获了九个单一的铷原子。通过使用多个超表面或一个具有大视场的超表面来扩大规模，应该能够限制数百个单一原子，并且可以引领使用芯片级光学系统常规捕获原子阵列的方式。通过以精确的精度聚焦光，超表面可以将单个原子引导到特殊的量子态，为特定的原子捕获实验量身定制。44.开创超冷化学新纪元
中国和美国科学家创造了第一个超冷多原子分子。尽管30多年来物理学家一直在将原子冷却到绝对零度以上的一小部分，并且第一个超冷双原子分子出现在2000年代中期，但制造包含3个或更多原子的超冷分子的目标依然是很难实现。中美科学家团队使用不同且互补的技术，分别制作了220nK的3原子钠钾分子样品和110µK的氢氧化钠样品。他们的成就为物理学和化学的新研究铺平了道路，超冷化学反应的研究、量子模拟的新形式以及基础科学的测试都得益于这些多原子分子平台，从而也更接近于实现。该项成果入选《物理世界》十大突破之一。45.首次确定由中子星合并合成的稀土
日本研究人员使用Aterui II进行了细致的数值模拟来计算千新星的光谱，确认了镧（La，原子序数57）和铈（Ce，原子序数58）这两种稀土元素在千新星的红外波段产生的吸收线。这些稀土可以很好地解释在GW170817千新星光谱中可见的吸收线的特征。这项研究首次能够直接识别出被称为镧和铈的稀土确实是中子星合并产生的。这次的研究结果表明，宇宙中存在重元素合成的证据可以直接从千新星光谱中获得。随着未来引力波观测的发展，我们预计会观察到更多的中子星合并现象。通过使用本研究中确立的方法，人类必将会大幅加深对宇宙中重元素起源的认知。46.首次发现了神秘的“X”粒子
美国科学家借助机器学习算法，通过分析大型强子对撞机（LHC）2018年获得的130多亿次重离子碰撞产生的数据，首次发现了神秘的“X”粒子。这一最新发现有助科学家分析其结构并进一步揭示宇宙的奥秘。47.世界上第一个室温连续波激光发射
日本科学家与Asahi Kasei公司合作，成功地进行了世界上第一个室温下的深紫外线激光二极管（deep－ultraviolet laser diode）（波长至UV－C区域）的连续波激光发射。这些结果发表在Applied Physics Letters上，代表着一项具有广泛应用潜力的技术向实际落地迈出了一步，包括灭菌和医学。48.史上最冷的冷却物质
日本和美国科学家在实验室将镱原子冷却到绝对零度之上十亿分之一摄氏度，这一温度甚至比最深的深空还要冷，他们造出的冷却物质甚至比太空中已知最冷的区域——旋镖星云还要冷。图｜镱原子 来源：美国莱斯大学官网
49.首次发现并证实玻色子奇异金属
中美科学家协同攻关，成功突破费米子体系的限制，首次在玻色子体系中诱导出奇异金属态。在宇宙中，基本粒子分为费米子与玻色子两种。其中，人类社会目前赖以生存的电子工业与器件发展几乎完全基于费米子体系，但由于能耗高、损耗大，物理尺寸已近极限，面临性能持续提升的瓶颈问题，无法满足快速增长的信息传输需求。而以高温超导体为代表的玻色子器件，具有完美的零损耗能量传递特性，有望带来电子信息工业的革命性变化。该研究成果入选两院院士评选的2022年中国十大科技进展之一。二
新型材料
50.完美的光传输和吸收
奥地利和法国科学家团队创造了一种抗反射结构，可通过复杂介质实现完美传输；而以色列的一项研究，旨在开发一种“抗激光”，使任何材料都能从各种角度吸收所有光线。在第一项研究中，研究人员设计了一种抗反射层，该层经过数学优化以匹配波从物体前表面反射的方式。将这种结构放置在随机无序的介质前面可完全消除反射，并使物体对所有入射光波都是半透明的。在第二项研究中，团队开发了一种基于一组镜子和透镜的相干完美吸收器，可将入射光捕获在空腔内。由于精确计算的干涉效应，入射光束与镜子之间反射回来的光束发生干涉，使反射光束几乎完全消失。该研究成果入选《物理世界》十大突破之一。51.首次成功使用DNA折叠法制造出分子马达
德国科学家首次成功使用DNA折叠法制造出了一款分子马达。这种由遗传物质制成的新型纳米马达可以自我组装并将电能转换为动能，可以开关，还能通过施加电场控制其转速和旋转方向，未来有望用于驱动化学反应。汽车、钻机等机器内的马达能帮人们完成日常生活中的各种任务，人体内也有天然分子马达在执行重要任务，如一种被称为ATP合成酶的马达蛋白产生三磷酸腺苷（ATP）分子，供人体短期储存和传递能量。天然分子马达不可或缺，但在微观尺度上重建机械性能与ATP合成酶相当的马达则非常困难。现在，研究人员借助DNA折叠术构建了一个能工作的纳米级旋转马达。52.最小的工作齿轮
德国研究人员现在已经开发出世界上最小的工作齿轮。该装置由两个互锁的部件组成，包括一个结构像螺旋桨的三蝶烯分子，与之垂直的是一个像板子一样的硫靛分子的扁平部分。分子机器和纳米机器人在未来几十年可能会非常有用，有助于构建电子元件，在体内运输药物，或操纵单个细胞或分子。为此，科学家们已经开发了许多机器部件的纳米级版本，如电机、活塞、泵、扳手和螺旋桨。53.安全且廉价的热电材料
法国研究人员开发出安全且廉价的热电材料，该材料由铜、锰、锗和硫组成，生产过程相当简单。他们使用球磨机简单将铜、锰、锗、硫粉末机械合金化，形成一个预结晶相，然后在600℃下烧结使其致密化，所生产的新型材料可将热能转化为电能且在400℃下仍能保持稳定。研究人员发现，用铜代替一小部分锰会产生复杂的微结构，具有相互连接的纳米域、缺陷和相干界面，会影响材料的电子和热传输特性。未来研究人员将进一步改进这种新型无毒热电材料，替代传统含铅、碲等有毒元素的材料。54.6G通信元器件的“元表面”最佳纳米材料
韩国科研团队研发出可作为6G通信元器件的“元表面”新纳米材料。“元表面”材料是平面光学器件中新型的纳米结构材料，以二氧化钒为基础，呈透明状。实验表明，该二氧化钒“元表面”透明电极在保持一定的太赫兹波通过的同时，还可调谐电导率至数千倍左右，成为6G通信元件或太赫兹波、近红外线混合通信技术的最佳器件材料。该方法还可用于其他二维物质材料的研发和应用。55.薄膜硅光伏电池吸收率创纪录
英国与荷兰科学家合作，借助一种纳米纹理结构，使薄膜硅光伏电池变得不透明并增强了其吸收太阳光的效率。实验表明这种薄膜电池能吸收65%的阳光，是迄今薄硅膜表现出的最高光吸收率，接近约70%的理论吸收极限，有望催生柔性、轻质且高效的硅光伏电池。56.最佳半导体材料
美国研究团队发现，立方砷化硼兼具导电和导热优势，可能是迄今发现的最佳半导体材料，可在室温下实现从导体到绝缘体的“量子转换”，有助于开发新一代量子设备和超高效电子设备。该研究成果入选2022年《物理世界》十大突破之一。57.新材料带来更强壮灵活人造肌肉
创建人造肌肉来完成工作并检测力和触觉，一直是科学和工程界的巨大挑战之一。美国研究团队利用市售化学品并采用紫外线光固化工艺，创造了一种改进的丙烯酸基材料，该材料更柔韧、可调节且更易于扩展，且没有损失其强度和耐用性。丙烯酸能形成更多的氢键，从而使材料更容易变形，但研究人员调整了聚合物链之间的交联，使弹性体更柔软、更灵活。然后将得到的薄薄的、可加工的高性能介电弹性体薄膜（PHDE）夹在两个电极之间，将电能转换为致动器的动能。58.全球首块柔性有机发光二极管显示屏
美国研究人员使用定制打印机，3D打印出了首块柔性有机发光二极管显示屏，无需以往昂贵的微加工设备。研究人员开发出一种将电子电路直接印刷到弯曲和波纹表面上的新技术，并使用该技术制造了原型“智能”隐形眼镜、压敏乳胶手套和透明电极，这为各种新的柔性电子技术铺平了道路。三
其他
59.首次实现基于液态金属颗粒组装网络的复合电极
韩国研究团队开发了一种在聚合物中制造导电液态金属颗粒网络的方法，并利用该方法实现了具有橡胶特性的可伸缩性印刷电路板。研究组利用超声波在高分子支撑体内组装液体金属粒子，形成了导电网络，并开发出了在伸缩过程中电阻不变的电极。由于这一点，它在世界上首次表明可应用于像橡胶一样自由变形的（增长5倍以上的）伸缩性印刷电路板上。研究团队证实，如果对绝缘性复合材料使用超声波，液态金属颗粒/聚合物/液体金属颗粒的界面上就会形成密集的纳米级液态金属颗粒，形成导电颗粒组装网络。60.使用盐3D打印可降解聚合物
美国研究人员正在使用3D打印和盐来制造环保聚合物，这些聚合物会随着时间的推移而自然降解。为了制造可降解聚合物，科研人员使用二氧化碳和食盐来制造用于3D打印过程的墨水。打印后，用水清洗结构以溶解盐并固化结构。虽然结构的外部看起来仍然很光滑，但该过程会产生数千个小孔，使化合物能够以更快的速度降解。同时，聚合物主链上的烯烃侧基可以通过紫外线诱导的硫醇-烯表面官能化和交联进一步改性。随着研究的进展，研究人员希望利用这一过程来制造包装材料，这样盒子和胶带等物品就可以快速降解，而不是在未来几年内被埋在垃圾填埋场。61.3D打印出第一种高性能纳米结构合金
美国研究人员3D打印出了一种双相纳米结构高熵合金，其强度和延展性超过了其他最先进的增材制造材料。实验室团队将HEA与最先进的3D打印技术（称为激光粉末床融合）相结合，开发出具有前所未有性能的新材料。由于与传统冶金相比，该工艺能使材料非常迅速地熔化和凝固。在未来，利用3D打印技术和HEAs巨大的合金设计空间，为直接生产用于生物医学和航空航天应用的终端组件提供了大量机会。62.3D打印技术可用光线创造玻璃微结构
美国研究人员开发了一种3D打印玻璃微结构的新方法。这种方法速度更快，生产的物体具有更高的光学质量、设计灵活性和强度。研究人员与德国科学家们合作，扩展了他们三年前开发的3D打印工艺——计算轴向光刻技术（CAL）的能力，以打印更精细的特征，并在玻璃中打印。他们把这个新系统称为“micro-CAL”。通过micro-CAL，可以在聚合物中打印物体，其特征小到约2000万分之一米，约为人类头发宽度的四分之一。而且，这种方法不仅可以在聚合物中打印，还可以在玻璃中打印，其特征可缩小至约五千万分之一米。63.新型流式按需合成系统
日本首次成功开发出以氯仿为前体的新型流式按需合成系统，使用这个系统能够合成光气衍生的化学产品。此外，他们实现了超过96%的高转化率，在短时间内（一分钟或更短的曝光时间）合成了这些有用的化合物。该系统具有多重优势，安全、廉价且简单，对环境影响小，可用于合成各种化工产品并连续大量生产。研究人员预计，该系统可以在不久的将来扩大为工业生产的模型系统。64.最快的光电开关
德国和奥地利科学家团队，定义和探索了物理设备中光电开关的“速度限制”。该团队使用仅持续一飞秒（10的负15次方秒）的激光脉冲以实现每秒运行1000万亿次（1拍赫兹）的开关所需的速度，将介电材料样品从绝缘状态切换为导电状态。尽管驱动这种超快速开关所需的公寓大小的设备意味着它不会很快出现在实际应用中，但结果暗示了经典信号处理的基本限制，并表明拍赫兹固态光电技术在原则上是可行的。此项成果入选《物理世界》十大突破之一。04
智能、信息、通信
一
芯片
65.单芯片作为光源传输数据的新纪录
丹麦、瑞典和日本的科学家将数据分成一系列色彩包，使单个计算机芯片能通过光纤电缆，在7.9公里范围内，每秒传输1.84千万亿比特（PB）数据，创下单芯片作为光源传输数据的新纪录，有望催生性能更优异芯片，提升现有互联网的性能。这项研究创造了使用单个计算机芯片作为光源传输数据新纪录，有望催生简单的单芯片，其能发送比现有芯片多得多的数据，从而降低能源成本，增加带宽。66.首次制成栅极长度最小的晶体管
中国研究团队首次制备出亚1纳米栅极长度晶体管，该晶体管具有良好的电学性能。利用石墨烯单原子层厚度作为栅极，通过石墨烯侧向电场调控垂直的MoS2沟道开关，从而实现等效物理栅长为0.34 nm。这项工作将有助于推动摩尔定律进一步发展到亚1纳米。该成果发表于《自然》杂志。67.首个使用偏振的光子计算处理器面世
英国研究团队合作开发了一种HAD(混合活性电介质)纳米线，使用了一种混合玻璃材料，其在光脉冲的照射下显示出可切换的材料属性。纳米线是一种具有在横向上被限制在100纳米以下（纵向没有限制）的一维结构。在这项研究中，每条纳米线都对特定的偏振方向产生了选择性的响应，团队因此可以借助不同方向的多个偏振，对信息进行同时处理。基于前述概念，研究团队开发出首个利用光偏振的光子计算处理器。光子计算通过多个偏振通道进行，实现了与传统电子芯片相比提高几个数量级的计算密度，并利用由纳秒级光脉冲调制的纳米线，实现了更快的计算速度。68.全球最先进量子芯片
中国研究人员采用新型量子比特fluxonium的两比特门操控精度已达到99.72%，基于fluxonium，研究人员成功设计并制造出了两比特量子芯片，实现了单比特操控精度99.97%，两比特iSWAP门操控精度最高达99.72%，成功打破美国量子芯片精准度99.2%的纪录，成功斩获全球第一。69.首个8英寸碳化硅晶圆工厂
美国正式启用其位于纽约州马西的莫霍克谷碳化硅制造厂，作为全球首个、最大、也是唯一的8英寸（200mm）碳化硅晶圆工厂，这家8英寸晶圆厂将有助于推动整个行业从硅基半导体向碳化硅基半导体的转型。二
量子与通信
70.硅量子计算机保真度达99%以上
荷兰研究团队使用由硅和硅锗合金堆栈形成的材料，创造了一个双量子位系统。其中，量子信息被编码在限制于量子点的电子自旋中，并最终实现了99.87%的单量子位保真度和99.65%的双量子位保真度。团队使用变分量子本征求解算法(VQE)来执行运算，并达到99%以上的双量子位门保真度。这有利于半导体量子位在容错量子计算方面发挥作用，未来可能应用在中等规模的量子器件上。多国科学家联合发布硅量子计算机领域获重大突破入选2022国际十大科技新闻第四位。71.首次用量子计算机模拟全息虫洞
美国科学家用一台量子处理器对全息虫洞进行量子“模拟”。该量子模拟利用一台量子计算机进行，有一个9量子比特的电路。量子比特在这台处理器上传输时的动力学特征与量子比特穿过可穿越虫洞时所该有的动力学特征相同。此次演示使用的是谷歌的“悬铃木”（Sycamore）处理器，这一成果代表着人们距离在实验室研究量子引力的目标又近了一步，同时首次演示了今后使用量子计算机测试量子引力理论的潜在可行性。72.最大规模的量子化学计算
美国科学家开发出一种新型量子存储器，能纠错且寿命或相干时间超过2秒，为创建可扩展的量子网络铺平了道路。美国研究人员还公布了一种经典—量子混合算法，可减少量子比特在处理化学方程式时产生的统计误差或噪音，这是有史以来在真正的量子设备上进行的最大规模的量子化学计算。73.检测引力的阿哈罗诺夫—玻姆效应
美国研究团队检测了引力的阿哈罗诺夫—玻姆效应。最初的阿哈罗诺夫—玻姆效应于1949年首次预测，是一种量子现象，即带电粒子的波函数即使处于零电场和零磁场区域时也会受到电势或磁势的影响。自1960年代以来，人们通过分裂一束电子并将两束电子束发送到包含完全屏蔽磁场的区域的任一侧来观察到这种效应。当光束在检测器处重新组合时，阿哈罗诺夫—玻姆效应显示为光束之间的干涉。科学家已使用超冷原子观察到了这种效应的引力版本。该团队将原子分成两组，每组相距约25厘米，其中一组与大质量物质发生引力相互作用。当重新组合时，原子显示出与引力的阿哈罗诺夫—玻姆效应一致的干涉。该效应可用于以非常高的精度确定牛顿的万有引力常数。该研究入选《物理世界》十大突破之一。74.首个可编程光学量子存储器
德国研究人员合作，开发出首个可编程光学量子存储器。新技术的工作原理类似于纠缠“装配线”，其中纠缠的光子对会按顺序创建并与存储的光子结合。在实验装置中，一个小的量子态可被存储，直到产生另一个状态，然后两者可纠缠在一起。这使得一个大的、纠缠的量子态能够逐个粒子地“成长”。研究团队使用这种方法来纠缠4个和6个粒子，使其比以前的任何实验都更有效率，成功率分别是传统方法的9倍和35倍。75.首次实现对两个逻辑量子位的一组计算操作
奥地利和德国研究团队展示了容错量子计算的基本构建模块，首次成功地实现了对两个逻辑量子位的一组计算操作，可以用来实现任何可能的操作，意味着无差错量子计算机或将成为现实。量子计算机本质上更容易受到来自环境的干扰，因此可能总是需要纠错机制，否则错误将在系统中不受控制地传播，信息将丢失。量子不可克隆定理表明，对任意一个未知的量子态进行完全相同的复制的过程是不可实现的，因此可以通过将逻辑量子信息分配到多个物理系统的纠缠态来实现冗余，例如多个单独的原子。76.首个主权端到端天基量子密钥分发系统
欧洲支持端到端安全量子密钥分发（QKD）系统的EAGLE-1卫星，最早将于2024年第四季度发射，完成三年在轨任务。在欧空局和欧盟委员会的支持下， 20家欧洲公司组成的联盟设计、开发、发射和运行基于EAGLE-1卫星的端到端天基安全量子密钥分发系统。利用EAGLE-1系统，欧空局和欧盟成员国将演示和验证从近地轨道到地面量子密钥分发技术的第一步。在其运行阶段，该卫星将使欧盟各国政府和机构以及关键业务部门能够尽早使用远程量子密钥分发技术，助力实现超安全数据传输的欧盟星座。EAGLE-1项目将为下一代量子通信基础设施提供有价值的任务数据，有助于欧盟部署一个主权、自主的跨境量子安全通信网络。77.首台百亿亿次超级计算机打破速度纪录
美国超级计算机“前沿”在2022年国际超算Top500榜单中拔得头筹，成为现今世界上运行速度最快的超级计算机，算力高达每秒1.1百亿亿次，也是目前国际上公告的首台每秒能执行百亿亿次浮点运算的计算机。据悉，普通笔记本电脑每秒只能进行几万亿次运算，而“前沿”的运行速度是其100多万倍。百亿亿次超级计算机也被称为E级超级计算机，每秒计算次数超过1018，它的研制占据了国际高端信息技术创新和竞争的制高点，可用于对气候变化、核聚变模型进行精确建模，有助于新药的研发以及加密技术破解，因此也将成为国家安全的重要工具。这一成果入选两院院士评选的世界十大科技进展之一。78.功能最强大的量子计算机Osprey
美国推出迄今为止功能最强大的量子计算机Osprey，其量子比特数为433个，是去年发布的Eagle的三倍。量子比特(又称量子位)是衡量量子计算机能力的一个指标。量子计算机有望比当今最快的超级计算机的计算速度还要快数百万倍。IBM仍在按计划推出一款超过1000个量子位的计算机，但为了进一步扩展，正在研究一种新方法。Quantum System Two是第一个真正模块化的量子计算系统，因此随着时间的推移，可以继续扩展到更大的系统。该系统的目标是在明年年底前上线，通过连接其中三个系统，它可以构建一个拥有16,632个量子位的系统。79.单个神经元构建神经网络
德国研究团队用一个神经元构建神经“网络”，即一个神经元扮演所有虚拟神经元的角色。他们称之为“分布在时间而不是空间上”的一类全新的神经网络。研究人员在计算机上模拟了数千个神经细胞的神经网络，只有一个神经元被编程到软件代码中。神经元被激活并延迟读取，于是可以在几分之一秒内扮演所有虚拟神经元的角色。他们期望用这个方法解决目前人工智能发展过程中面对的两个硬件挑战——芯片的算力限制与超级计算机的电力消耗。80.十四个光子有效纠缠首次实现
德国物理学家称以一种确定的方式，让14个光子有效地发生纠缠，这是迄今实验室获得的最多的纠缠光子数量。量子力学中一个著名原理就是量子纠缠：两个处于纠缠状态的粒子就像有“心灵感应”，无论相隔多远，一个粒子的状态发生变化，另一个也会随之改变，爱因斯坦称之为“鬼魅般的超距作用”。最新研究使用的方法让科学家们可产生任意数量的纠缠光子，有助未来实现可扩展的量子计算，或许也可应用于量子通信等领域。由于散射和吸收等光学效应，光在光纤内传播时会出现损失，这限制了数据传输的距离。使用新方法，量子信息可被封装在纠缠的光子内，在一定程度降低了光损失，并实现远距离安全通信。81.DARPA“黑杰克”项目成功完成星间激光通信演示
美国国防高级研究计划局（DARPA）“黑杰克”项目的两颗小卫星“曼德拉2号”于近40分钟的试验中成功建立光学链路，在114千米距离内传输了280Gb以上的数据。该演示的成功意义重大，验证了利用商业卫星平台和激光终端建立网状网络的可行性，同时也为美国太空发展局“传输层”的星间光学交叉链路提供了重要技术验证。“黑杰克”项目未来还将进行天地激光通信演示。而在星间激光通信测试取得初步成果后，美国太空发展局亦将尝试进行空间对空激光通信。82.6G数据传输距离记录翻了三倍
韩国研究人员现在已经创造了6G数据传输的新距离记录。在155和175GHz之间的频率下，该团队在室外传输了超过320m(1050ft)的数据。超过三个比该团队一年前创下的纪录高出数倍。鉴于6G的主要缺点之一是短距离，这一点尤其令人印象深刻。为了解决这个问题，该团队在每一端使用放大器来增强信号。发射器放大器被提升到20分贝-毫瓦(dBm)的输出，从之前的测试中的15dBm提高到15dBm。接收器还配备了一个新的放大器，可降低噪声，从而可以更清晰地接收信号。这些进步使研究人员能够将传输距离推至320米的新纪录。重要的是，这意味着它通过了一个技术里程碑——城市地区的6G基站将相距约250米（820英尺），因此超过在现实世界中部署这些的关键一步。83.实现100公里的量子通信系统
中国科学家团队首次实现通信距离达到100公里的量子直接通信新系统，这是目前世界上最长的量子直接通信距离，该发现将有助于实现无中继条件下城际量子直接通信。该成果如果得到推广应用，则可以在无中继条件下实现城市之间的点对点量子直接通信，同时可以支撑基于安全经典中继建立的广域量子网络的一些应用。三
智能
84.AI玩转艺术，探索科学
2022年的人工智能领域可谓突飞猛进、与人抢食，在艺术表达和科学探索方面频繁高光。OpenAI实验室推出了升级版的文本生成图像软件，DALL-E 2。利用了机器学习的扩散模型，能借助文本引导，有效地从“噪声”中生成逼真且美观的图片。也有艺术家用扩散模型创作出惊艳的美术作品；而Meta和谷歌等公司都推出了可供生成视频的扩散模型。DeepMind发布的一款名为AlphaTensor的工具，能设计更有效的矩阵乘法算法——这在计算机图形学、物理仿真与机器学习方面都有广泛应用，发现了被人类数学家忽略了几十年的计算捷径。同样由DeepMind推出的AlphaCode，能通过编程解决一些数值问题，其代码水准与普通人类程序员相当。此项研究入选2022年《科学》十大突破之一。85.人工智能预测蛋白质结构
美国研究人员已经使用革命性的人工智能(AI)网络AlphaFold预测了来自大约100万个物种的2亿多种蛋白质的结构，几乎涵盖了基因组保存在数据库中的所有生物体的所有已知蛋白质。同样AI网络ESMFold能预测来自细菌、病毒和其他尚未分离或培养的微生物的大约6亿种可能蛋白质的形状。科学家们正在使用这些工具来构想可以构成新药和疫苗基础的蛋白质。这一成果入选两院院士评选的世界十大科技进展之一、《自然》十大科学新闻之一。86.AI能有效简化量子问题任务量,10万个方程减为4个
意大利物理学家利用人工智能，将一个迄今为止需要10万个方程的量子问题，压缩为一个只需4个方程的小任务，而所有这些都在不牺牲准确率的情况下完成，这项研究于近日发表在《物理评论快报》上。研究人员使用一种被称为神经网络的机器学习工具来使重正化组更易于管理。神经网络就像一个疯狂的总机操作员和适者生存的进化之间的交叉。首先，机器学习程序在全尺寸重正化组内创建连接。然后，神经网络调整这些连接的强度，直到它找到一个小的方程组，产生与原始的、大尺寸的重正化组相同的解决方案。该程序的输出捕获了哈伯德模型的物理学，即使只有四个方程。87.首个可协同工作分子机器人开发完成
日本科学家成功开发出世界上第一个利用集群策略工作的微型机器人，首次证明分子机器人能够通过采用集群策略完成货物递送，运输效率是单个机器人的5倍。该团队建造了大约500万台单分子机器。这些机器由两个生物组件组成：连接到DNA的微管，使它们能够聚集；以及驱动蛋白，作为能够运输微管的致动器。DNA与一种名为偶氮苯的光敏化合物结合在一起，这种化合物起到传感器的作用，可以控制集群。当暴露在可见光下时，偶氮苯的结构变化导致DNA形成双链，并导致微管形成群体。暴露在紫外光下会逆转这一过程。通过证明分子机器可被设计成集群并协作高效地运送货物，这项研究为微型机器人在各个领域的应用奠定了基础。在不久的将来，预计将看到微型机器人群被用于药物输送、污染物收集、分子发电设备和微型检测设备。88.全球首次手术机器人自主完成猪体内腹腔镜手术
腔镜手术机器人被誉为“医疗器械领域的航空母舰”，是目前手术机器人领域系统极为复杂、技术难度极大、临床与商用价值极高的研发方向之一。尤其是在腹腔手术中，由于目标组织的进入和可见度有限，加上呼吸运动造成的伪影干扰，手术难度极大。美国研究团队设计出一款智能组织自主机器人STAR，该机器人在没有人类指导的情况下，成功完成对一头猪的软组织腹腔镜手术。为检测手术效果，研究人员对小猪进行了为期 1 周的术后存活期监测，并进行了有限的尸检。生存研究结果表明，STAR 系统可以在无泄漏吻合和管腔通畅等指标上与专家外科医生的表现相媲美，系统甚至表现出更高的一致性水平。89.首个由计算机设计并进入临床试验阶段的抗体
美国公司使用人工智能技术设计的抗体“AU-007”已在澳大利亚开展临床试验，成为人类首个由计算机设计并进入临床试验阶段的抗体，结果显示，“AU-007”在包括19只小鼠的动物实验中完全消除其中10只的肿瘤组织，并显著抑制了其他9只的肿瘤发展。90.首个可抓取多种物体的象鼻机器人
韩国科学家开发出世界上第一个能够进行所有抓取动作的抓手，其灵感来自象鼻。具体来说，它是模仿大象用鼻尖捏住并捡起小物体，或通过象鼻深深吸入空气来抓住大物体。这种象鼻抓手，可利用其柔软的结构、可拉伸的薄壁和允许抓手改变形状的电线，通过捏吸融合机制抓取物体。研究团队希望这项新技术能够适用于各个领域，因为它不仅能有效运输各种尺寸的物体，而且能以稳定的方式抓取和组装物体，而不需要使用任何复杂的机械装置或传感器。图｜象鼻机器人 来源：韩国机械材料研究所
05
生态能源、交通与建设工程
一
生态与能源
91.首次成功在核聚变反应中实现“净能量增益”
美国科学家团队首次在可控核聚变实验中实现核聚变反应的净能量增益，即通过核聚变产生的能量比激发聚变所使用的能量更多，这项突破将为美国国防的发展和清洁能源的未来铺平道路。美国国家点火装置团队用192束激光束，向一个微型燃料颗粒输送了205万焦耳的激光能量，点燃核聚变燃料，最终产生了315万焦耳的聚变能量输出，实现净能量增益，首次证实了惯性核聚变能（IFE）的基本科学原理和可行性。这一成果入选两院院士评选的世界十大科技进展之一。92.氢燃料电池成本大降
英国科学团队开发出一种氢燃料电池，它使用的催化剂由铁而非稀有昂贵的铂制成，降低了氢燃料电池的成本。该技术让氢燃料广泛部署成为可能，并最终将减少温室气体排放推进世界走上净零排放的道路。在这种新型催化剂中，所有的铁都以单原子的形式分散在导电碳基质中。其中所有原子都聚集在一起，使其更具反应性。这些特性意味着铁促进了燃料电池所需的反应，是铂的良好替代品。在实验室测试中，该团队表明，在真实的燃料电池系统中，单原子铁催化剂的性能接近铂基催化剂。93.效率超过40%的热光伏电池
美国科学家团队构建了效率超过40%的热光伏（TPV）电池。新型TPV电池是首款将红外光转化为电能的固态热力发动机，比基于涡轮的发电机更有效，并且它可在各种可能的热源下运行。这些热源包括热能存储系统、太阳辐射（通过中间辐射吸收器）和废热以及核反应或燃烧。因此，该设备可成为更清洁、更环保的电网的重要组成部分，以及对可见光太阳能光伏电池的补充。该项成果入选2022年《物理世界》十大突破之一。94.首次实现锂离子电池极速充电
美国科学家团队在动力电池极速充电(XFC)技术领域再次取得重大突破：首次实现高能量密度锂离子电池（265 Wh/kg）十分钟极速充电，且循环寿命高达2000次以上，相关成果发表于全球顶尖科学杂志《自然》。这项工作首次揭示了高比能动力电池极速充电只需要空气冷却，从而大大提高了电池系统的集成度、可靠性、安全性。值得指出的是，该成果所有实验均采用现有的工业级量产化电池材料，可快速应用于商业化动力电池产品。该研究成果入选英国《卫报》发布的2022年度十项重大科学进展之一。图｜在加利福尼亚州莫哈韦沙漠的布里斯托尔湖提取锂 来源：Getty
95.首次MCH形式的氢气海上运输
日本在利用化学品运输船将甲基环己烷(MCH)运往海外方面取得了“世界首个”里程碑式的成就。第一艘化学品船于2022年2月4日通过新加坡的一个中转港抵达炼油厂接收设施，并在现有的室外储罐中存放数月，然后才被装载。MCH将被送入具有脱氢功能的炼油厂，以确认对其运营的影响，并对MCH的使用量进行全面研究。这一成就表明，在全球范围内，以甲基环己烷(MCH)的形式长期储存和运输氢是可行的，这对实际的氢运输至关重要，并表明，新的资本投资并不一定是必要的，因为现有设施足以使用。建立一个国际供应链，释放氢作为全球清洁能源解决方案的潜力，实现脱碳社会，现在又近了一步。96.海水直接电解制氢
中国科学家团队以物理力学与电化学相结合的全新思路，建立了相变迁移驱动的海水无淡化原位直接电解制氢全新原理与技术。该技术彻底隔绝了海水离子，实现了无淡化过程、无副反应、无额外能耗的高效海水原位直接电解制氢，即可在海水里原位直接电解制氢。未来有望与海上可再生能源相结合，构建无淡化、无额外催化剂工程、无海水输运、无污染处理的海水原位直接电解制氢工厂。该研究成果入选两院院士评选的2022年中国十大科技进展之一。97.环境计划开始推动
环境保护和政治领导人正试图敲定一项保护环境的全球协议。联合国生物多样性公约缔约方会议（COP15）正在加拿大蒙特利尔举行。由于COVID-19大流行，一项名为2020年后全球多样性框架的新生物多样性条约已被推迟两年多。达成协议的进展缓慢，6月在内罗毕举行的国际会谈期间谈判因融资问题停滞不前，该协议似乎受到威胁。一些国家的财政承诺支持生物多样性有助于推进讨论，但估计表明每年还需要7000亿美元来保护自然世界。在会议上，代表们有望就到2030年稳定物种数量下降并在本世纪中叶扭转这一趋势的目标达成一致。该研究入选《自然》十大科学新闻之一。二
建设工程
98.在珠峰成功架设世界最高海拔气象站
中国科考队员成功在珠峰海拔超过8800米处架设自动气象观测站，气象站已成功传回实时数据。这是全世界海拔最高的自动气象观测站，也是“巅峰使命”珠峰科考活动中架设的最后一个气象站。在青藏高原科学考察研究历史上具有划时代意义。入选2022年国内十大科技新闻之一。99.中国世纪工程
1800多年的梦想、近70年的酝酿、6年的建设，万名建设者的奋战，2022年12月30日，承载着千年梦想的“世纪工程”——引江济淮工程试通水通航。引江济淮工程的八大枢纽分别是枞阳引江枢纽、凤凰颈引江枢纽、兆河节制枢纽、庐江节制枢纽、白山节制枢纽、派河口泵站枢纽、蜀山泵站枢纽、东淝河枢纽。2022年9月，在合肥市肥西县境内，世界跨度最大的钢结构渡槽——引江济淮工程淠河总干渠钢结构渡槽首次通航，形成了“河上有河”的奇观。2022年11月10日，亚洲装机、流量最大的混流泵站——引江济淮蜀山泵站主体已完工，正在进行装机。100.创造场强45.22万高斯的稳态强磁场
中国国家重大科技基础设施“稳态强磁场实验装置”实现重大突破，创造场强45.22万高斯的稳态强磁场，超越已保持了23年之久的45万高斯稳态强磁场世界纪录，达到国际领先水平。该研究成果入选两院院士评选的2022年中国十大科技进展之一。李万，上海科学院科技发展部部长、研究员；钱娅妮，上海社会科学院研究生。文章观点不代表主办机构立场。
来源：三思派
编辑：种 瑞
审核：蒋秀娟
终审：李建荣
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