2023年國內(nèi)十大科技新聞解讀

本報記者 陸成寬

“中國天眼”發(fā)現(xiàn)納赫茲引力波存在的關(guān)鍵證據(jù)、清華大學(xué)團(tuán)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(chǎn)……2023年注定是中國科技史上格外閃亮的一年。這一年，基礎(chǔ)研究取得重大原創(chuàng)成果，關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)實現(xiàn)新突破，科技創(chuàng)新支撐高質(zhì)量發(fā)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(fā)、勇毅前行、團(tuán)結(jié)奮斗，以高水平科技自立自強(qiáng)譜寫中國式現(xiàn)代化的嶄新篇章。

1中央科技

委員會組建

今年3月，《黨和國家機(jī)構(gòu)改革方案》(以下簡稱《改革方案》)印發(fā)，提出加強(qiáng)黨中央對科技工作的集中統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)，組建中央科技委員會，重新組建科學(xué)技術(shù)部，聚焦科技工作前瞻性謀劃、系統(tǒng)性布局、整體性推進(jìn)，加快實現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)。

科技創(chuàng)新在我國現(xiàn)代化建設(shè)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(yán)峻形勢，必須進(jìn)一步理順科技領(lǐng)導(dǎo)和管理體制，更好統(tǒng)籌科技力量在關(guān)鍵核心技術(shù)上攻堅克難，加快實現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)。

《改革方案》明確，組建中央科技委員會。加強(qiáng)黨中央對科技工作的集中統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)，統(tǒng)籌推進(jìn)國家創(chuàng)新體系建設(shè)和科技體制改革，研究審議國家科技發(fā)展重大戰(zhàn)略、重大規(guī)劃、重大政策，統(tǒng)籌解決科技領(lǐng)域戰(zhàn)略性、方向性、全局性重大問題，研究確定國家戰(zhàn)略科技任務(wù)和重大科研項目，統(tǒng)籌布局國家實驗室等戰(zhàn)略科技力量。

《改革方案》明確，中央科技委員會辦事機(jī)構(gòu)職責(zé)由重組后的科學(xué)技術(shù)部整體承擔(dān)。

2作物主效耐堿

基因及其作用

機(jī)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(xué)家的最新成果讓人類朝這個目標(biāo)更進(jìn)一步——他們以耐鹽堿作物高粱為材料，首次發(fā)現(xiàn)主效耐堿基因AT1及其作用機(jī)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(chǎn)量，有望大幅提升鹽堿地綜合利用水平。

該研究由中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員謝旗、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教授于菲菲、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)教授歐陽亦聃等領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊與多家合作單位共同完成。相關(guān)成果3月24日在《科學(xué)》和《國家科學(xué)評論》發(fā)表。

“世界范圍內(nèi)存在數(shù)億公頃的鹽堿地，優(yōu)質(zhì)耐鹽堿作物品種的培育與推廣，將有效提升鹽堿地產(chǎn)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(jī)制方面，仍知之甚少。

研究團(tuán)隊對高粱遺傳資源進(jìn)行了全基因組大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)一個主效耐堿基因AT1。該基因與水稻的粒形調(diào)控基因GS3同源，研究團(tuán)隊還揭示了作物耐鹽堿的分子機(jī)制。隨后的研究發(fā)現(xiàn)，AT1/GS3基因在主要糧食作物水稻、小麥、玉米、谷子中的調(diào)控機(jī)制也高度類似。

3國產(chǎn)大飛機(jī)C919

完成商業(yè)首飛

5月28日，是一個值得載入史冊的日子。這一天，國產(chǎn)C919大型客機(jī)圓滿完成首次商業(yè)載客飛行，正式進(jìn)入民航市場，開啟市場化運營、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展新征程。

大型客機(jī)被譽為“現(xiàn)代制造業(yè)的明珠”，是一個國家科技能力、工業(yè)水平和綜合實力的集中體現(xiàn)。C919大型客機(jī)是我國首次按照國際通行適航標(biāo)準(zhǔn)自行研制、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的噴氣式干線客機(jī)，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(fā)型號合格證。

從設(shè)計、研發(fā)、制造到完成數(shù)百個試飛科目、數(shù)千個小時飛行的適航取證審定工作，再到首次商業(yè)載客飛行，16年來，C919一棒接著一棒跑，闖過了一道道險關(guān)難關(guān)，讓中國的“大飛機(jī)夢”一步步照進(jìn)現(xiàn)實。

通過C919的設(shè)計研制，我國掌握了民機(jī)產(chǎn)業(yè)5大類、20個專業(yè)、6000多項民用飛機(jī)技術(shù)，帶動新技術(shù)、新材料、新工藝群體性突破。

風(fēng)雨兼程十余載，逐夢藍(lán)天向未來。C919首次商業(yè)載客飛行，標(biāo)志著C919的“研發(fā)、制造、取證、投運”全面貫通，中國民航商業(yè)運營國產(chǎn)大飛機(jī)正式“起步”，中國大飛機(jī)的“空中體驗”正式走進(jìn)廣大消費者。未來，C919必將在新征程上高飛遠(yuǎn)航。

4“中國天眼”發(fā)現(xiàn)

納赫茲引力波

存在關(guān)鍵證據(jù)

搜尋納赫茲引力波是國際物理和天文領(lǐng)域備受關(guān)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(yuǎn)鏡，我國脈沖星測時陣列(CPTA)研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)納赫茲引力波存在的關(guān)鍵證據(jù)。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(dá)到領(lǐng)先水平。相關(guān)研究成果6月29日在線發(fā)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(dá)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(fā)現(xiàn)的高頻引力波，它們更難被“收聽”到，需要基于長達(dá)數(shù)年的數(shù)據(jù)采集。

利用大型射電望遠(yuǎn)鏡對一批自轉(zhuǎn)極其規(guī)律的毫秒脈沖星進(jìn)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(tǒng)性監(jiān)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(xué)院國家天文臺/北京大學(xué)研究員李柯伽說，功夫不負(fù)有心人，在深入分析“中國天眼”收集的3年5個月的數(shù)據(jù)后，CPTA團(tuán)隊找到了納赫茲引力波存在的關(guān)鍵證據(jù)。

北京大學(xué)講席教授、美國藝術(shù)與科學(xué)院院士何子山認(rèn)為，這一重大科學(xué)突破對星系演化和超大質(zhì)量黑洞研究具有深遠(yuǎn)影響，也為引力波天體物理學(xué)打開了全新的窗口。

551個超導(dǎo)量子

比特簇態(tài)制備

刷新世界紀(jì)錄

繼實現(xiàn)10比特、12比特、18比特的真糾纏態(tài)制備之后，來自中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)等單位的研究人員又取得了重要突破——成功實現(xiàn)51個超導(dǎo)量子比特簇態(tài)制備和驗證，刷新了所有量子系統(tǒng)中真糾纏比特數(shù)目的世界紀(jì)錄。相關(guān)成果7月12日在線發(fā)表于《自然》雜志。

超導(dǎo)量子計算被普遍認(rèn)為是最有可能率先實現(xiàn)實用化量子計算的方案之一，因而備受關(guān)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(jīng)典比特，它可以“同時”處于0和1疊加態(tài)，即量子相干疊加態(tài)。

當(dāng)人們把量子疊加拓展到多量子比特體系，自然就導(dǎo)致了量子糾纏的概念。多個量子比特一旦實現(xiàn)了相干疊加，其代表的狀態(tài)空間將會隨著量子比特的數(shù)目增多而呈指數(shù)增長。這被認(rèn)為是量子計算加速效應(yīng)的根源。多年以來，實現(xiàn)大規(guī)模的多量子比特糾纏一直是各國科學(xué)家奮力追求的目標(biāo)。

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

該研究將量子系統(tǒng)中真糾纏比特數(shù)目的紀(jì)錄由24個大幅突破至51個，充分展示了超導(dǎo)量子計算體系優(yōu)異的可擴(kuò)展性，對研究多體量子糾纏、實現(xiàn)大規(guī)模量子算法以及基于測量的量子計算等具有重要意義。

6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(guān)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(yīng)用與發(fā)展情況介紹會上，中國載人航天工程新聞發(fā)言人、中國載人航天工程辦公室副主任林西強(qiáng)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(xué)與應(yīng)用體系，空間應(yīng)用正有序展開、成果頻現(xiàn)。

2022年底，中國空間站完成全面建造，進(jìn)入為期10年以上的應(yīng)用與發(fā)展階段。在這一階段，我國將常態(tài)化開展載人飛行，航天員將長期在軌飛行，在很多領(lǐng)域開展大規(guī)模的空間科學(xué)實驗和技術(shù)實驗任務(wù)。全面建成的中國空間站，是我國覆蓋空間科學(xué)相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域最全、在軌支撐能力最強(qiáng)、兼?zhèn)溆腥藚⑴c和上下行運輸?shù)泉毺貎?yōu)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(jìn)駐中國空間站，與神舟十四號航天員乘組首次實現(xiàn)“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(xiàn)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。

7人體免疫系統(tǒng)

發(fā)育圖譜繪制

作為防止病毒細(xì)菌等病原體入侵的“衛(wèi)士”，免疫細(xì)胞是人體免疫系統(tǒng)中不可或缺的組成部分。明確免疫細(xì)胞類型、分化及功能狀態(tài)，對了解免疫力和揭示免疫相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展機(jī)制具有重要意義。

9月12日，《細(xì)胞》在線發(fā)表一項關(guān)于免疫細(xì)胞的重要進(jìn)展。來自中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)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(tǒng)發(fā)育圖譜，有望推動全球免疫學(xué)和發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域的發(fā)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(xué)裝置，自主搭建單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序平臺，對發(fā)育中的免疫細(xì)胞開展“解碼”，并以這樣的海量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)繪制人體免疫系統(tǒng)發(fā)育圖譜。

同時，他們還發(fā)現(xiàn)了免疫細(xì)胞的兩個新類型：廣泛存在于多個組織臟器、促進(jìn)血管生成的巨噬細(xì)胞，以及存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)之外的類小膠質(zhì)細(xì)胞。

對于這項研究，中國科學(xué)院院士、廈門大學(xué)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(fā)育特別是巨噬細(xì)胞多樣性、分化和功能的認(rèn)知，有助于深入理解免疫系統(tǒng)的功能和調(diào)控機(jī)制，為疾病診斷、免疫治療和新療法開發(fā)提供重要的基礎(chǔ)。”

8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(xué)集成電路學(xué)院教授吳華強(qiáng)、副教授高濱團(tuán)隊研制出全球首款全系統(tǒng)集成、支持高效片上學(xué)習(xí)(機(jī)器學(xué)習(xí)能在硬件端直接完成)的憶阻器存算一體芯片。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《科學(xué)》雜志。

“我們研發(fā)的這款存算一體芯片，展示出高適應(yīng)性、高能效、高通用性、高準(zhǔn)確率等特點，能有效強(qiáng)化智能設(shè)備在實際應(yīng)用場景下的學(xué)習(xí)適應(yīng)能力。”高濱在接受記者采訪時介紹。

據(jù)了解，這款芯片包含支持完整片上學(xué)習(xí)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(wù)等多種片上增量學(xué)習(xí)功能驗證。相關(guān)成果可應(yīng)用于手機(jī)等智能終端設(shè)備，還可以應(yīng)用于邊緣計算場景，比如汽車、機(jī)器人等。

更重要的是，相同任務(wù)下，這款芯片實現(xiàn)片上學(xué)習(xí)的能耗僅為先進(jìn)工藝下專用集成電路系統(tǒng)的3%，展現(xiàn)出卓越的能效優(yōu)勢，具有滿足人工智能時代高算力需求的應(yīng)用潛力；它揭示了人工智能時代下邊緣學(xué)習(xí)的新范式，為突破馮·諾依曼傳統(tǒng)計算架構(gòu)下的能效、算力瓶頸提供了一種創(chuàng)新發(fā)展路徑。

9國產(chǎn)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(chǎn)大型郵輪“愛達(dá)·魔都號”正式命名交付。這標(biāo)志著我國從此實現(xiàn)了國產(chǎn)大型郵輪制造“零的突破”。

據(jù)悉，“愛達(dá)·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(tǒng)、5.5萬個設(shè)備，包含2500萬個零部件，完工敷設(shè)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(xiàn)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(yè)“皇冠上的三顆明珠”，設(shè)計、建造難度極高，是體現(xiàn)一個國家工業(yè)實力和科技水平的標(biāo)志性工程。此次“愛達(dá)·魔都號”的設(shè)計建造成功，標(biāo)志著我國造船業(yè)自主實現(xiàn)了大型郵輪重量控制、減震降噪等主要核心技術(shù)的突破。

10全球首座第四代

核電站投產(chǎn)

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(wěn)定電功率水平上正式投產(chǎn)，轉(zhuǎn)入商業(yè)運行。這是我國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的全球首座第四代核電站，標(biāo)志著我國在高溫氣冷堆核電技術(shù)領(lǐng)域已處于全球領(lǐng)先地位。

這座核電站由中國華能牽頭，聯(lián)合清華大學(xué)、中核集團(tuán)共同建設(shè)，于2012年12月開工，2021年12月首次并網(wǎng)發(fā)電。目前，石島灣高溫氣冷堆核電站首臺(套)設(shè)備達(dá)2200多臺(套)，創(chuàng)新型設(shè)備有600余臺(套)，設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)到93.4%。

據(jù)悉，華能山東石島灣核電站集聚了設(shè)計研發(fā)、工程建設(shè)、設(shè)備制造、生產(chǎn)運營等產(chǎn)業(yè)鏈上下游500余家單位，先后攻克多項世界級關(guān)鍵技術(shù)。核電站的商運投產(chǎn)，對促進(jìn)我國核電安全發(fā)展、提升我國核電科技創(chuàng)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(tǒng)掌握了高溫氣冷堆設(shè)計、制造、建設(shè)、調(diào)試、運維技術(shù)，中國華能和清華大學(xué)共同研發(fā)了高溫氣冷堆特有的調(diào)試運行六大關(guān)鍵核心技術(shù)，培養(yǎng)了一批具備高溫氣冷堆建設(shè)和運維管理經(jīng)驗的專業(yè)人才隊伍，形成一套可復(fù)制、可推廣的標(biāo)準(zhǔn)化管理體系，并建立起以專利、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、軟件著作權(quán)為核心的自主知識產(chǎn)權(quán)體系。（來源：科技日報）