作者:孟凌霄 来源:科学网微信公众号 发布时间:2023/12/29 13:54:36
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年度科技盘点,中国科学院这些成果上榜了!

 

文 | 《中国科学报》记者 孟凌霄

年终岁末,2023年度国内、国际“年终科技盘点”榜单最近陆续发布。

在本年度最亮眼的科技新闻中,有一个高频出现的名字:中国科学院。


上可仰观,借“中国天眼”FAST探测宇宙,下可俯察,在盐碱地上实现粮食增产;


于致广处,可支撑国家太空实验室,于尽微处,可绘制人体免疫系统发育图谱。


这是中国科学院身为“国家队”“国家人”,心系“国家事”、肩扛“国家责”,履行好国家战略科技力量主力军的职责与担当。

一、12月26日,《人民日报》发布的《这一年,我们的重大科技成就(二〇二三特别报道)》中,中国科学院有5项成果入选,其中3项独立完成、1项牵头完成、1项参与完成。

“拉索”完整记录“宇宙烟花”爆发全过程 
精确测量迄今最亮伽马暴的高能辐射能谱
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高海拔宇宙线观测站“拉索”的广角切伦科夫望远镜阵列(WFCTA)。任晖摄

编辑感言

约20亿光年外的宇宙深处,一颗“超级太阳”在燃料耗尽时坍缩爆炸,发出持续几百秒的绚烂“宇宙烟花”——伽马射线暴GRB 221009A。我国高海拔宇宙线观测站“拉索”首次完整记录迄今最亮伽马暴的万亿电子伏特伽马射线爆发全过程,“拉索”国际合作组在此基础上精确测量了迄今最亮伽马暴的高能辐射能谱,刷新了对伽马暴的认知。(陈圆圆)


亲历者说

系列重大发现使“拉索”成为国际宇宙线研究的中心,开启了“超高能伽马天文学”的新纪元。——“拉索”项目首席科学家 曹臻

中国空间站进入应用与发展阶段 
首次公布中国空间站全貌高清图像 
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中国空间站组合体全貌。中国载人航天工程办公室供图

编辑感言

在动辄以亿年为计量单位的浩瀚宇宙,载人航天三十余载或许只是弹指之间,却把一个文明古国对科学探索的崭新高度标注在了无垠苍穹。2023年,中国空间站进入应用与发展阶段,中国空间站全貌高清图像首次公布,“夜空中最亮的星”让曾经的遥不可及变得近在眼前。(管璇悦)


亲历者说

身体可以失重,但心灵永远不能失重,唯有全力以赴才能不负时代、不负梦想。——神舟十七号乘组指令长 汤洪波

构建量子计算原型机“九章三号” 
刷新光量子信息技术世界纪录
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量子计算原型机“九章三号”实验装置示意图(部分)。中国科学技术大学供图

编辑感言

从《九章算术》,到如今的“九章”量子计算机,几千年时光镌刻着中国人对运算的求索。中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等组成的研究团队与中国科学院上海微系统与信息技术研究所、国家并行计算机工程技术研究中心合作,成功构建255个光子的量子计算原型机“九章三号”,再度刷新光量子信息技术世界纪录,求解高斯玻色取样数学问题比当时最快的超级计算机快1亿亿倍。(陈世涵)


亲历者说

要做需要非常努力跳起来才够得着的科研,并坚持做到极致。——中国科学技术大学教授 陆朝阳

墨子巡天望远镜正式投入观测 
全球光学时域巡天能力最强设备
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墨子巡天望远镜。中国科学技术大学供图

编辑感言

2000多年前,墨子最早记录并解释了小孔成像现象。今天,以“墨子”命名的大视场巡天望远镜,让人们可以仰望同一片天空。9月17日,目前全球光学时域巡天能力最强的墨子巡天望远镜在青海冷湖天文观测基地正式投入观测,每3个晚上能巡测整个北天球一次。仰观宇宙之大,探索璀璨群星,逐梦苍穹,人类步履不停。(曹雪盟)


亲历者说

我们将利用墨子巡天望远镜,开展高能时域巡天观测和近地小天体监测预警,推动我国时域天文观测能力达到国际先进水平。——墨子巡天望远镜总设计师 孔旭

中国天眼看到“时空的涟漪”   
发现纳赫兹引力波存在的关键性证据
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中国天眼。图源中国科学院国家天文台

编辑感言

引力波被称作“时空的涟漪”,携带着宇宙的奥秘。中国脉冲星测时阵列研究团队利用中国天眼FAST,探测到纳赫兹引力波存在的关键性证据,这是纳赫兹引力波搜寻的重要突破,有助于理解宇宙结构的起源。中国天眼成果频出,不断拓展人类观测宇宙的视野极限。(陈圆圆)


亲历者说

我国大型科研设施的发展给科学界带来巨大机遇,也是巨大挑战,未来我们将更加努力探索,不负时代的使命。——中国科学院国家天文台研究员 李柯伽

二、中央广播电视总台发布的2023年度国内、国际十大科技新闻,中国科学院有6项科研成果入选,其中2项独立完成、2项牵头完成、2项参与完成。

【国内入选5项】

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【国际入选1项】
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三、12月25日,由科技日报社主办、部分两院院士和媒体人士共同评选出的2023年国内、国际十大科技新闻揭晓。中国科学院6项科研成果入选,其中1项独立完成、2项牵头完成、3项参与完成。


【国内入选5项】


作物主效耐碱基因及其作用机制首次揭示

盐碱地变良田,这是人类千百年的梦。如今,我国科学家的最新成果让人类朝这个目标更进一步——他们以耐盐碱作物高粱为材料,首次发现主效耐碱基因AT1及其作用机制。大田实验证明,该基因可显著提升高粱、水稻、小麦、玉米和谷子等作物在盐碱地的产量,有望大幅提升盐碱地综合利用水平。


该研究由中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员谢旗、中国农业大学教授于菲菲、华中农业大学教授欧阳亦聃等领衔的科研团队与多家合作单位共同完成。相关成果3月24日在《科学》和《国家科学评论》发表。


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吉林白城,种上AT1/GS3改良过水稻的实验田(航拍图)。图片来源:中国科学院遗传与发育生物学研究所


“世界范围内存在数亿公顷的盐碱地,优质耐盐碱作物品种的培育与推广,将有效提升盐碱地产能,对保障粮食安全意义重大。”谢旗介绍。目前,全球在作物耐盐研究方面已取得大量成果,但在作物耐碱机制方面,仍知之甚少。


研究团队对高粱遗传资源进行了全基因组大数据关联分析,发现一个主效耐碱基因AT1。该基因与水稻的粒形调控基因GS3同源,研究团队还揭示了作物耐盐碱的分子机制。随后的研究发现,AT1/GS3基因在主要粮食作物水稻、小麦、玉米、谷子中的调控机制也高度类似。


“中国天眼”发现纳赫兹引力波存在关键证据


搜寻纳赫兹引力波是国际物理和天文领域备受关注的焦点问题之一。利用被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜,我国脉冲星测时阵列(CPTA)研究团队发现纳赫兹引力波存在的关键证据。这是纳赫兹引力波搜寻的一个重要突破,表明我国纳赫兹引力波研究与国际同步达到领先水平。相关研究成果6月29日在线发表于《天文与天体物理研究》。


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中国天眼。图片来源:中国科学院国家天文台


作为一种低频引力波,波长可长达几光年的纳赫兹引力波是宇宙里亘古恒久的背景噪音。比起2016年人类最早发现的高频引力波,它们更难被“收听”到,需要基于长达数年的数据采集。

利用大型射电望远镜对一批自转极其规律的毫秒脉冲星进行长期测时观测,是目前已知唯一的纳赫兹引力波探测手段。

“利用‘中国天眼’,我们对57颗毫秒脉冲星开展了长期系统性监测,同时将这些毫秒脉冲星组成了银河系尺度大小的引力波探测器,以搜寻纳赫兹引力波。”论文通讯作者、中国科学院国家天文台/北京大学研究员李柯伽说,功夫不负有心人,在深入分析“中国天眼”收集的3年5个月的数据后,CPTA团队找到了纳赫兹引力波存在的关键证据。

北京大学讲席教授、美国艺术与科学院院士何子山认为,这一重大科学突破对星系演化和超大质量黑洞研究具有深远影响,也为引力波天体物理学打开了全新的窗口。


51个超导量子比特簇态制备刷新世界纪录


继实现10比特、12比特、18比特的真纠缠态制备之后,来自中国科学技术大学等单位的研究人员又取得了重要突破——成功实现51个超导量子比特簇态制备和验证,刷新了所有量子系统中真纠缠比特数目的世界纪录。相关成果7月12日在线发表于《自然》杂志。


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量子真纠缠态比特数目的发展历史。图片来源:中国科学技术大学


超导量子计算被普遍认为是最有可能率先实现实用化量子计算的方案之一,因而备受关注。作为量子计算的基本单元,量子比特不同于非0即1的经典比特,它可以“同时”处于0和1叠加态,即量子相干叠加态。


当人们把量子叠加拓展到多量子比特体系,自然就导致了量子纠缠的概念。多个量子比特一旦实现了相干叠加,其代表的状态空间将会随着量子比特的数目增多而呈指数增长。这被认为是量子计算加速效应的根源。多年以来,实现大规模的多量子比特纠缠一直是各国科学家奋力追求的目标。


然而,由于更大规模的真纠缠态制备要求高连通性的量子系统、高保真的多比特量子门以及高效准确的量子态保真度表征手段,此前真纠缠比特的规模未能突破24个量子比特。


该研究将量子系统中真纠缠比特数目的纪录由24个大幅突破至51个,充分展示了超导量子计算体系优异的可扩展性,对研究多体量子纠缠、实现大规模量子算法以及基于测量的量子计算等具有重要意义。


国家太空实验室正式运行

“天宫课堂”为我们带来了奇妙、有趣的太空实验,而更多关于太空奥秘的探索正在国家太空实验室里有序开展。


在8月18日举行的载人航天工程空间应用与发展情况介绍会上,中国载人航天工程新闻发言人、中国载人航天工程办公室副主任林西强表示,中国国家太空实验室目前已正式运行,并建立起独具中国特色的近地空间科学与应用体系,空间应用正有序展开、成果频现。


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神舟十六号航天员拍摄空间站组合体全景图像。图片来源:中国载人航天工程办公室


2022年底,中国空间站完成全面建造,进入为期10年以上的应用与发展阶段。在这一阶段,我国将常态化开展载人飞行,航天员将长期在轨飞行,在很多领域开展大规模的空间科学实验和技术实验任务。全面建成的中国空间站,是我国覆盖空间科学相关学科领域最全、在轨支撑能力最强、兼备有人参与和上下行运输等独特优势的国家太空实验室。


6月4日,神舟十五号顺利返回地球。此次“太空出差”,神舟十五号3名航天员顺利进驻中国空间站,与神舟十四号航天员乘组首次实现“太空会师”。10月29日,一场“太空会师”再次上演,神舟十七号与神舟十六号两个乘组在中国空间站胜利会面。这是在我国首艘载人飞船神舟五号实现中华民族千年飞天梦20周年之际,我国第一批、第二批和第三批航天员首次在中国空间站同框。


人体免疫系统发育图谱绘制


作为防止病毒细菌等病原体入侵的“卫士”,免疫细胞是人体免疫系统中不可或缺的组成部分。明确免疫细胞类型、分化及功能状态,对了解免疫力和揭示免疫相关疾病的发生发展机制具有重要意义。


9月12日,《细胞》在线发表一项关于免疫细胞的重要进展。来自中国科学院深圳先进技术研究院等单位的科研人员成功绘制了覆盖组织范围最广、时间跨度最长、采样密度最高的人体免疫系统发育图谱,有望推动全球免疫学和发育生物学领域的发展。


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构建人类免疫系统发育时空图谱。图片来源:中国科学院深圳先进技术研究院


在这项研究中,科研人员利用自动化、高通量的合成生物研究大科学装置,自主搭建单细胞转录组测序平台,对发育中的免疫细胞开展“解码”,并以这样的海量数据为基础绘制人体免疫系统发育图谱。


同时,他们还发现了免疫细胞的两个新类型:广泛存在于多个组织脏器、促进血管生成的巨噬细胞,以及存在于中枢神经系统之外的类小胶质细胞。


对于这项研究,中国科学院院士、厦门大学教授韩家淮给予了高度评价。他说:“这项研究拓展了人们对人体免疫发育特别是巨噬细胞多样性、分化和功能的认知,有助于深入理解免疫系统的功能和调控机制,为疾病诊断、免疫治疗和新疗法开发提供重要的基础。”


【国际入选1项】

中国国家太空实验室正式运行

今年是中国首次载人飞行任务成功20周年。8月18日,中国载人航天工程办公室传来喜讯:中国国家太空实验室正式运行,空间应用正有序展开、成果频现。


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第十四届中国航展上拍摄的中国空间站组合体展示舱的问天实验舱。新华社记者 刘大伟 摄


中国载人航天工程新闻发言人、中国载人航天工程办公室副主任林西强说,当前空间站科学实验设施基本完成在轨测试,在轨运行稳定可靠,具备了大规模开展空间科学研究的能力。截至目前,空间站已开展了60余个实验项目、上万次在轨实验,获得了近60TB原始实验数据,下行了300余个科学实验样品。


作为中国航天史上规模最大、长期有人照料的空间实验平台,运行后的国家太空实验室将利用太空中的环境优势展开科研,其中多数在地球上都无法模拟。而问天实验舱、梦天实验舱、天和核心舱部署的多个实验柜将开展上千项科学实验,探索宇宙中的奥秘,并将孵化的科技成果,转化为实实在在的应用,惠及地球上普通人的生活。


四、12月26日,共青团中央发布评选出“十大国之重器”,其中,中国科学院3项成果入选,其中独立完成1项、牵头完成1项、参与完成1项。

观天神器”+1

9月27日,位于四川稻城的圆环阵太阳射电成像望远镜顺利通过工艺测试,正式建成。整个望远镜状如一颗巨大的“千眼天珠”,是目前全球规模最大的综合孔径射电望远镜。


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作为“观天神器”,该工程由中国科学院国家空间科学中心牵头建设,是国家重大科技基础设施子午工程二期的标志性设备之一,将对太阳开展连续监测,对空间天气进行预报和预警。


未来这个“观天神器”还将与贵州的FAST中国天眼,还有中国复眼以及三亚的非相干散射雷达进行联合的监测,在低频射电、脉冲星和小行星的监测防御预警中发挥重要作用。


自主研发上新!

新一代国产CPU发布

11月28日,新一代国产CPU——龙芯3A6000在北京发布。龙芯3A6000采用我国自主设计的指令系统和架构,无需依赖任何国外授权技术,是我国自主研发、自主可控的新一代通用处理器,可运行多种类的跨平台应用。


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龙芯3A6000可满足各类大型复杂桌面应用场景,它的推出,标志着我国自主研发的CPU在自主可控程度和产品性能方面达到新高度,性能达到国际主流产品水平。


首次!中国空间站“全家福”


11月28日,中国载人航天工程办公室发布了神舟十六号乘组返回地面前手持高清相机通过飞船绕飞拍摄的空间站组合体全景照片。这是我国首次在轨获取以地球为背景的空间站组合体全貌图像,也是中国空间站的第一组全构型工作照。


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五、12月14日,Science杂志公布了编辑团队评选的2023年度十大科学突破,中国科学院上海天文台参与完成了入选的“大规模黑洞合并产生的星际信号”成果。

大规模黑洞合并产生的星际信号
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AURORE SIMONNET/NANOGRAV COLLABORATION


今年,天体物理学家发现了一种微弱的、被人们寻找已久的宇宙轰鸣声。这是宇宙中的超大质量黑洞相互摩擦产生的引力波。这一观测结果是迄今对它们存在的最有力支持,也是一种利用遥远恒星信号探测引力波方法的有力证明。


超大质量黑洞位于星系的中心,其质量是太阳的数百万倍或数十亿倍。当星系合并时,它们中心的黑洞最终可能会被引力锁定在一个不断收缩的轨道上。在这一被称为“死亡螺旋”的最初阶段,地面的仪器无法探测到相关信号,但当黑洞彼此接近到几光年以内时,它们的相互运动会释放引力波。


这些引力波无法被激光干涉仪引力波天文台(LIGO)探测到,LIGO在2015年首次探测到两个恒星大小的黑洞合并产生的引力波。为了感知这些毫秒级的波,LIGO测量了激光束沿着4千米长的真空管传播的距离。但捕获超大质量黑洞产生的波需要测量更长的距离。


因此,天文学家转向脉冲星,这是一种燃尽的恒星,每秒旋转数百次,同时喷射出携带无线电波的粒子射流。当灯塔般的波掠过地球时,射电望远镜会记录下像原子钟一样规律的脉冲。过去20年间,天文学家定期监测几十颗最具节律性的脉冲星,以寻找脉冲节律的微小变化。经过的引力波会压缩或拉伸脉冲星和地球之间的空间,细微地改变脉冲到达地球的时间。


今年6月,全球5个团队联合宣布,经过15年的观测,他们已经将数据中的噪声降到了足够低的水平, 剩下的数据反映的是宇宙中超大质量黑洞合并所引起的轰鸣声。


资料来源:

1.https://paper.people.com.cn/rmrb/html/2023-12/26/nw.D110000renmrb_20231226_1-08.htm
2.https://mp.weixin.qq.com/s/1EURtDuG7w3BgRUW17jGFg
3.https://mp.weixin.qq.com/s/OD4UumkrTwC9wMX452EFRw
4.https://mp.weixin.qq.com/s/-YM0v3NGB4NtK85pDKYsGg
5.https://mp.weixin.qq.com/s/uMsctMa022nykuIqEhfN2g
6.https://news.sciencenet.cn//sbhtmlnews/2023/12/377559.shtm?id=377559


 
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