兩院院士評出2021年中國十大科技進展 探火、空間站等入選

在中國科學院和中國工程院兩院院士的心目中，2021年的中國和世界在科技領域取得的最重要進展成果有哪些？

1月18日，由兩院院士投票評選的2021年中國十大科技進展新聞、世界十大科技進展新聞在北京揭曉。其中，首次火星探測、中國空間站等入選2021年中國十大科技進展。

兩院院士評出的2021年中國十大科技進展新聞分別是：

——中國首次火星探測任務取得圓滿成功。6月11日，國家航天局在京舉行天問一號探測器著陸火星首批科學影像圖揭幕儀式，公佈了由祝融號火星車拍攝的著陸點全景、火星地形地貌、“中國印跡”和“著巡合影”等影像圖。首批科學影像圖的發佈，標誌著中國首次火星探測任務取得圓滿成功。據悉，中國首次火星探測任務于2013年全面啟動論證，2016年1月批准立項。2020年7月23日天問一號探測器于海南文昌成功發射，歷經地火轉移、火星捕獲、火星停泊、離軌著陸和科學探測等階段，工程任務按計劃順利開展。

——中國空間站開啟有人長期駐留時代。6月17日和10月16日，神舟十二號、神舟十三號載人飛船相繼發射成功，順利將航天員送入太空。神舟十二號與天和核心艙對接形成組合體，3名航天員進駐核心艙，進行了為期3個月的駐留，開展了一系列空間科學實驗和技術試驗，在軌驗證了航天員長期駐留、再生生保、空間物資補給、出艙活動、艙外操作、在軌維修等空間站建造和運營關鍵技術。神舟十三號入軌後，與天和核心艙和天舟二號、天舟三號組合體完成自主快速交會對接，3位航天員開啟為期6個月的在軌駐留，其間將開展機械臂操作、出艙活動、艙段轉位及空間科學實驗與技術試驗等工作，進一步驗證航天員長期在軌駐留、再生生保等一系列關鍵技術，中國空間站有人長期駐留時代到來。

——中國實現二氧化碳到澱粉的從頭合成。澱粉是“粥飯”中最主要的碳水化合物，是麵粉、大米、玉米等糧食的主要成分，也是重要的工業原料。其主要合成方式是由綠色植物通過光合作用固定二氧化碳來進行。長期以來，科研人員一直在努力改進光合作用這一生命過程，希望提高二氧化碳的轉化速率和光能的利用效率，最終提升澱粉的生産效率。中國科學院天津工業生物技術研究所研究人員提出了一種顛覆性的澱粉製備方法，不依賴植物光合作用，以二氧化碳、電解産生的氫氣為原料，成功生産出澱粉，在國際上首次實現了二氧化碳到澱粉的從頭合成，使澱粉生産從傳統農業種植模式向工業車間生産模式轉變成為可能，取得原創性突破。相關研究成果9月24日在線發表于《科學》雜誌。

——中國團隊憑打破“量子霸權”的超算應用摘得2021年度“戈登貝爾獎”。11月18日下午于美國密蘇裏州聖路易斯舉行的全球超級計算大會(SC21)上，國際計算機協會(ACM)將2021年度“戈登貝爾獎”授予中國超算應用團隊。這支由之江實驗室、國家超算無錫中心等單位研究人員組成的聯合科研團隊，基於新一代神威超級計算機的應用“超大規模量子隨機電路實時模擬”(SWQSIM)獲此殊榮。在這項工作中，研究人員引入了一個系統的設計過程，涵蓋了模擬所需的演算法、並行化和系統架構。使用新一代神威超級計算機，研究團隊有效模擬了一個深度為10x10(1+40+1)隨機量子電路。與谷歌量子計算機“懸鈴木”200秒完成百萬0.2%保真度採樣任務相比較，“頂點”需要一萬年完成同等複雜度的模擬，該團隊SWQSIM應用則可在304秒以內得到百萬更高保真度的關聯樣本，在一星期內得到同樣數量的無關聯樣本，一舉打破其所宣稱的“量子霸權”。

——1400萬億電子伏特，中國科學家觀測到迄今最高能量光子。中國科學院高能物理研究所牽頭的國際合作組依託國家重大科技基礎設施“高海拔宇宙線觀測站(LHAASO)”，在銀河系內發現12個超高能宇宙線加速器，並記錄到能量達1.4拍電子伏(PeV，拍=千萬億)的伽馬光子，這是人類迄今觀測到的最高能量光子，突破了人類對銀河系粒子加速的傳統認知，揭示了銀河系內普遍存在能夠把粒子加速到超過1PeV的宇宙線加速器，開啟了“超高能伽馬天文”觀測時代。相關成果5月17日發表于《自然》。

——嫦娥五號樣品重要研究成果先後出爐。10月19日，中國科學院發佈嫦娥五號月球科研樣品最新研究成果。中國科學院地質與地球物理研究所和國家天文臺主導，聯合多家研究機構通過3篇《自然》論文和1篇《國家科學評論》論文，報道了圍繞月球演化重要科學問題取得的突破性進展。在最新的研究中，科研人員利用超高空間解析度鈾—鉛(U-Pb)定年技術，對嫦娥五號月球樣品玄武岩岩屑中50余顆富鈾礦物(斜鋯石、鈣鈦鋯石、靜海石)進行分析，確定玄武岩形成年齡為20.30±0.04億年，表明月球直到20億年前仍存在岩漿活動，比以往月球樣品限定的岩漿活動延長了約8億年。研究顯示，嫦娥五號月球樣品玄武岩初始熔融時並沒有捲入富集鉀、稀土元素、磷的“克裏普物質”，嫦娥五號月球樣品富集“克裏普物質”的特徵，是由於岩漿後期經過大量礦物結晶固化後，殘余部分富集而來。這一結果排除了嫦娥五號著陸區岩石的初始岩漿熔融熱源來自放射性生熱元素的主流假説，揭示了月球晚期岩漿活動過程。據悉，此次研究採用的超高空間解析度的定年和同位素分析技術處於國際領先水準，為珍貴地外樣品年代學等研究提供了新的技術方法。

——異源四倍體野生稻快速從頭馴化獲得新突破。隨著世界人口的快速增長，至2050年糧食産量或將增加50%才能完全滿足需求。與此同時，近年來世界氣候變化加劇，全球氣候變暖、極端天氣頻發等都為糧食安全帶來了巨大挑戰。在此背景下，如何進一步提高作物單産成為亟待解決的嚴峻問題。中國科學院種子創新研究院／遺傳與發育生物學研究所李家洋院士團隊首次提出了異源四倍體野生稻快速從頭馴化的新策略，旨在最終培育出新型多倍體水稻作物，從而大幅提升糧食産量並增加作物環境變化適應性。本項研究為未來應對糧食危機提出了一種新的可行策略，開闢了全新的作物育種方向。相關研究成果2月4日發表于《細胞》。

——中國研發成功-271℃超流氦大型低溫製冷裝備。4月15日，由中國科學院理化技術研究所承擔的國家重大科研裝備研製項目“液氦到超流氦溫區大型低溫製冷系統研製”通過驗收及成果鑒定，標誌著中國具備了研製液氦溫度(零下269攝氏度)千瓦級和超流氦溫度(零下271攝氏度)百瓦級大型低溫製冷裝備的能力，可滿足大科學工程、航天工程、氦資源開發等國家戰略高技術發展的迫切需要。項目的成功實施，還帶動了中國高端氦螺桿壓縮機、低溫換熱器和低溫閥門等行業的快速發展，提高了一批高科技製造企業的核心競爭力，使相關技術實現了從無到有、從低端到高端的提升，在中國初步形成了功能齊全、分工明確的低溫産業群。

——植物到動物的功能基因轉移首獲證實。中國農業科學院蔬菜花卉研究所張友軍團隊經過20年追蹤研究，發現被聯合國糧農組織(FAO)認定的迄今唯一“超級害蟲”煙粉虱，具有一種類似“以子之矛、攻子之盾”的本領：其從寄主植物那裏獲得了防禦性基因。這是現代生物學誕生100多年來，首次研究證實植物和動物之間存在功能性基因水準轉移現象。相關科研成果3月25日在線發表于《細胞》，並作為《細胞》封面文章于4月1日出版。這是中國農業害蟲研究領域在《細胞》雜誌的首篇論文，揭示了昆蟲如何利用水準轉移基因來克服宿主的防禦，為探索昆蟲適應性進化規律開闢了新的視角，也為新一代靶標基因導向的煙粉虱田間精準綠色防控技術研發提供全新思路。

——稀土離子實現多模式量子中繼及1小時光存儲。量子不可克隆定律賦予了量子通信基於物理學原理的安全性。而這一定律也決定了光子傳輸損耗不能使用傳統的放大器來克服，使得遠程量子通信成為當今量子信息科學的核心難題之一。量子中繼和可移動量子存儲是實現遠程量子通信的兩種可行方案，其共性需求是高性能的量子記憶體。在量子中繼方面，國際已有實驗研究都聚焦于發射型記憶體的架構，無法同時滿足確定性發光和多模式復用這兩個關鍵技術需求。可移動量子存儲方面，國際上光存儲的時間最長僅1分鐘，無法滿足可移動量子存儲小時量級存儲時間的需求。中國科學技術大學郭光燦院士團隊李傳鋒、周宗權研究組基於稀土離子摻雜晶體研製出高性能的固態量子記憶體，並在上述兩條技術路線上取得了重要進展，實現了一種基於吸收型記憶體的多模式量子中繼，並成功將光存儲時間提升至1小時。相關成果于4月22日和6月2日分別發表于《自然—通訊》和《自然》。

據了解，兩院院士評選年度中國和世界十大科技進展活動由中國科學院、中國工程院主辦，中國科學院學部工作局、中國工程院辦公廳、中國科學報社承辦。這項年度評選活動至今已舉辦28次，為公眾進一步了解中外科技發展動態，以及普及科學技術起到積極作用。 中新網北京1月18日電 (記者 孫自法)