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              科創動態

              【科技日報】2023年國內十大科技新聞解讀

              發布時間:2023-12-27

                “中國天眼”發現納赫茲引力波存在的關鍵證據、清華大學團隊研制出新款憶阻器存算一體芯片、全球首座第四代核電站正式投產……2023年注定是中國科技史上格外閃亮的一年。這一年,基礎研究取得重大原創成果,關鍵核心技術攻關實現新突破,科技創新支撐高質量發展交出精彩答卷。凡是過往,皆為序章。展望未來,廣大科技工作者定將踔厲奮發、勇毅前行、團結奮斗,以高水平科技自立自強譜寫中國式現代化的嶄新篇章。

                中央科技委員會組建 

                2023年3月,《黨和國家機構改革方案》(以下簡稱《改革方案》)印發,提出加強黨中央對科技工作的集中統一領導,組建中央科技委員會,重新組建科學技術部,聚焦科技工作前瞻性謀劃、系統性布局、整體性推進,加快實現高水平科技自立自強。

                科技創新在我國現代化建設全局中居于核心地位。面對國際科技競爭和外部遏制打壓的嚴峻形勢,必須進一步理順科技領導和管理體制,更好統籌科技力量在關鍵核心技術上攻堅克難,加快實現高水平科技自立自強。

                《改革方案》明確,組建中央科技委員會。加強黨中央對科技工作的集中統一領導,統籌推進國家創新體系建設和科技體制改革,研究審議國家科技發展重大戰略、重大規劃、重大政策,統籌解決科技領域戰略性、方向性、全局性重大問題,研究確定國家戰略科技任務和重大科研項目,統籌布局國家實驗室等戰略科技力量。

                《改革方案》明確,中央科技委員會辦事機構職責由重組后的科學技術部整體承擔。

                作物主效耐堿基因及其作用機制首次揭示 

                鹽堿地變良田,這是人類千百年的夢。如今,我國科學家的最新成果讓人類朝這個目標更進一步——他們以耐鹽堿作物高粱為材料,首次發現主效耐堿基因AT1及其作用機制。大田實驗證明,該基因可顯著提升高粱、水稻、小麥、玉米和谷子等作物在鹽堿地的產量,有望大幅提升鹽堿地綜合利用水平。

                該研究由中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員謝旗、中國農業大學教授于菲菲、華中農業大學教授歐陽亦聃等領銜的科研團隊與多家合作單位共同完成。相關成果3月24日在《科學》和《國家科學評論》發表。

                “世界范圍內存在數億公頃的鹽堿地,優質耐鹽堿作物品種的培育與推廣,將有效提升鹽堿地產能,對保障糧食安全意義重大?!敝x旗介紹。目前,全球在作物耐鹽研究方面已取得大量成果,但在作物耐堿機制方面,仍知之甚少。

                研究團隊對高粱遺傳資源進行了全基因組大數據關聯分析,發現一個主效耐堿基因AT1。該基因與水稻的粒形調控基因GS3同源,研究團隊還揭示了作物耐鹽堿的分子機制。隨后的研究發現,AT1/GS3基因在主要糧食作物水稻、小麥、玉米、谷子中的調控機制也高度類似。

                國產大飛機C919完成商業首飛 

                5月28日,是一個值得載入史冊的日子。這一天,國產C919大型客機圓滿完成首次商業載客飛行,正式進入民航市場,開啟市場化運營、產業化發展新征程。

                大型客機被譽為“現代制造業的明珠”,是一個國家科技能力、工業水平和綜合實力的集中體現。C919大型客機是我國首次按照國際通行適航標準自行研制、具有自主知識產權的噴氣式干線客機,于2007年立項,2017年首飛,2022年9月完成全部適航審定工作后,獲中國民用航空局頒發型號合格證。

                從設計、研發、制造到完成數百個試飛科目、數千個小時飛行的適航取證審定工作,再到首次商業載客飛行,16年來,C919一棒接著一棒跑,闖過了一道道險關難關,讓中國的“大飛機夢”一步步照進現實。

                通過C919的設計研制,我國掌握了民機產業5大類、20個專業、6000多項民用飛機技術,帶動新技術、新材料、新工藝群體性突破。

                風雨兼程十余載,逐夢藍天向未來。C919首次商業載客飛行,標志著C919的“研發、制造、取證、投運”全面貫通,中國民航商業運營國產大飛機正式“起步”,中國大飛機的“空中體驗”正式走進廣大消費者。未來,C919必將在新征程上高飛遠航。

                “中國天眼”發現納赫茲引力波存在關鍵證據 

                搜尋納赫茲引力波是國際物理和天文領域備受關注的焦點問題之一。利用被譽為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠鏡,我國脈沖星測時陣列(CPTA)研究團隊發現納赫茲引力波存在的關鍵證據。這是納赫茲引力波搜尋的一個重要突破,表明我國納赫茲引力波研究與國際同步達到領先水平。相關研究成果6月29日在線發表于《天文與天體物理研究》。

                作為一種低頻引力波,波長可長達幾光年的納赫茲引力波是宇宙里亙古恒久的背景噪音。比起2016年人類最早發現的高頻引力波,它們更難被“收聽”到,需要基于長達數年的數據采集。

                利用大型射電望遠鏡對一批自轉極其規律的毫秒脈沖星進行長期測時觀測,是目前已知唯一的納赫茲引力波探測手段。

                “利用‘中國天眼’,我們對57顆毫秒脈沖星開展了長期系統性監測,同時將這些毫秒脈沖星組成了銀河系尺度大小的引力波探測器,以搜尋納赫茲引力波?!闭撐耐ㄓ嵶髡?、中國科學院國家天文臺/北京大學研究員李柯伽說,功夫不負有心人,在深入分析“中國天眼”收集的3年5個月的數據后,CPTA團隊找到了納赫茲引力波存在的關鍵證據。

                北京大學講席教授、美國藝術與科學院院士何子山認為,這一重大科學突破對星系演化和超大質量黑洞研究具有深遠影響,也為引力波天體物理學打開了全新的窗口。

                51個超導量子比特簇態制備刷新世界紀錄 

                繼實現10比特、12比特、18比特的真糾纏態制備之后,來自中國科學技術大學等單位的研究人員又取得了重要突破——成功實現51個超導量子比特簇態制備和驗證,刷新了所有量子系統中真糾纏比特數目的世界紀錄。相關成果7月12日在線發表于《自然》雜志。

                超導量子計算被普遍認為是最有可能率先實現實用化量子計算的方案之一,因而備受關注。作為量子計算的基本單元,量子比特不同于非0即1的經典比特,它可以“同時”處于0和1疊加態,即量子相干疊加態。

                當人們把量子疊加拓展到多量子比特體系,自然就導致了量子糾纏的概念。多個量子比特一旦實現了相干疊加,其代表的狀態空間將會隨著量子比特的數目增多而呈指數增長。這被認為是量子計算加速效應的根源。多年以來,實現大規模的多量子比特糾纏一直是各國科學家奮力追求的目標。

                然而,由于更大規模的真糾纏態制備要求高連通性的量子系統、高保真的多比特量子門以及高效準確的量子態保真度表征手段,此前真糾纏比特的規模未能突破24個量子比特。

                該研究將量子系統中真糾纏比特數目的紀錄由24個大幅突破至51個,充分展示了超導量子計算體系優異的可擴展性,對研究多體量子糾纏、實現大規模量子算法以及基于測量的量子計算等具有重要意義。

                國家太空實驗室正式運行 

                “天宮課堂”為我們帶來了奇妙、有趣的太空實驗,而更多關于太空奧秘的探索正在國家太空實驗室里有序開展。

                在8月18日舉行的載人航天工程空間應用與發展情況介紹會上,中國載人航天工程新聞發言人、中國載人航天工程辦公室副主任林西強表示,中國國家太空實驗室目前已正式運行,并建立起獨具中國特色的近地空間科學與應用體系,空間應用正有序展開、成果頻現。

                2022年底,中國空間站完成全面建造,進入為期10年以上的應用與發展階段。在這一階段,我國將常態化開展載人飛行,航天員將長期在軌飛行,在很多領域開展大規模的空間科學實驗和技術實驗任務。全面建成的中國空間站,是我國覆蓋空間科學相關學科領域最全、在軌支撐能力最強、兼備有人參與和上下行運輸等獨特優勢的國家太空實驗室。

                6月4日,神舟十五號順利返回地球。此次“太空出差”,神舟十五號3名航天員順利進駐中國空間站,與神舟十四號航天員乘組首次實現“太空會師”。10月29日,一場“太空會師”再次上演,神舟十七號與神舟十六號兩個乘組在中國空間站勝利會面。這是在我國首艘載人飛船神舟五號實現中華民族千年飛天夢20周年之際,我國第一批、第二批和第三批航天員首次在中國空間站同框。

                人體免疫系統發育圖譜繪制 

                作為防止病毒細菌等病原體入侵的“衛士”,免疫細胞是人體免疫系統中不可或缺的組成部分。明確免疫細胞類型、分化及功能狀態,對了解免疫力和揭示免疫相關疾病的發生發展機制具有重要意義。

                9月12日,《細胞》在線發表一項關于免疫細胞的重要進展。來自中國科學院深圳先進技術研究院等單位的科研人員成功繪制了覆蓋組織范圍最廣、時間跨度最長、采樣密度最高的人體免疫系統發育圖譜,有望推動全球免疫學和發育生物學領域的發展。

                在這項研究中,科研人員利用自動化、高通量的合成生物研究大科學裝置,自主搭建單細胞轉錄組測序平臺,對發育中的免疫細胞開展“解碼”,并以這樣的海量數據為基礎繪制人體免疫系統發育圖譜。

                同時,他們還發現了免疫細胞的兩個新類型:廣泛存在于多個組織臟器、促進血管生成的巨噬細胞,以及存在于中樞神經系統之外的類小膠質細胞。

                對于這項研究,中國科學院院士、廈門大學教授韓家淮給予了高度評價。他說:“這項研究拓展了人們對人體免疫發育特別是巨噬細胞多樣性、分化和功能的認知,有助于深入理解免疫系統的功能和調控機制,為疾病診斷、免疫治療和新療法開發提供重要的基礎?!?/p>

                新款憶阻器存算一體芯片成功研制 

                10月10日,一個消息不脛而走,沖上微博熱搜:基于存算一體計算范式,清華大學集成電路學院教授吳華強、副教授高濱團隊研制出全球首款全系統集成、支持高效片上學習(機器學習能在硬件端直接完成)的憶阻器存算一體芯片。相關研究成果在線發表于《科學》雜志。

                “我們研發的這款存算一體芯片,展示出高適應性、高能效、高通用性、高準確率等特點,能有效強化智能設備在實際應用場景下的學習適應能力?!备邽I在接受記者采訪時介紹。

                據了解,這款芯片包含支持完整片上學習所必需的全部電路模塊,成功完成圖像分類、語音識別和控制任務等多種片上增量學習功能驗證。相關成果可應用于手機等智能終端設備,還可以應用于邊緣計算場景,比如汽車、機器人等。

                更重要的是,相同任務下,這款芯片實現片上學習的能耗僅為先進工藝下專用集成電路系統的3%,展現出卓越的能效優勢,具有滿足人工智能時代高算力需求的應用潛力;它揭示了人工智能時代下邊緣學習的新范式,為突破馮 諾依曼傳統計算架構下的能效、算力瓶頸提供了一種創新發展路徑。

                國產首艘大型郵輪命名交付 

                建造中國人自己的大型郵輪,是中國幾代造船人的夙愿。今年,造船人夙愿得償。11月4日,我國首艘國產大型郵輪“愛達 魔都號”正式命名交付。這標志著我國從此實現了國產大型郵輪制造“零的突破”。

                據悉,“愛達 魔都號”總噸位13.55萬噸,長323.6米,寬37.2米,最大高度72.2米;全船搭載107個系統、5.5萬個設備,包含2500萬個零部件,完工敷設4750公里電纜;船上有客房2125間,可容納乘客5246人……這艘龐然大物猶如一座“海上現代化城市”。

                大型郵輪與大型液化天然氣運輸船、航空母艦并稱為造船工業“皇冠上的三顆明珠”,設計、建造難度極高,是體現一個國家工業實力和科技水平的標志性工程。此次“愛達 魔都號”的設計建造成功,標志著我國造船業自主實現了大型郵輪重量控制、減震降噪等主要核心技術的突破。

                全球首座第四代核電站投產 

                12月6日,山東榮成傳來好消息:華能石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程在穩定電功率水平上正式投產,轉入商業運行。這是我國具有完全自主知識產權的全球首座第四代核電站,標志著我國在高溫氣冷堆核電技術領域已處于全球領先地位。

                這座核電站由中國華能牽頭,聯合清華大學、中核集團共同建設,于2012年12月開工,2021年12月首次并網發電。目前,石島灣高溫氣冷堆核電站首臺(套)設備達2200多臺(套),創新型設備有600余臺(套),設備國產化率達到93.4%。

                據悉,華能山東石島灣核電站集聚了設計研發、工程建設、設備制造、生產運營等產業鏈上下游500余家單位,先后攻克多項世界級關鍵技術。核電站的商運投產,對促進我國核電安全發展、提升我國核電科技創新能力等具有重要意義和積極影響。

                依托這一工程,我國系統掌握了高溫氣冷堆設計、制造、建設、調試、運維技術,中國華能和清華大學共同研發了高溫氣冷堆特有的調試運行六大關鍵核心技術,培養了一批具備高溫氣冷堆建設和運維管理經驗的專業人才隊伍,形成一套可復制、可推廣的標準化管理體系,并建立起以專利、技術標準、軟件著作權為核心的自主知識產權體系。


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