2021年已经步入尾声
过去的一年
是科技界屡创新高、收获满仓的一年
这一年
恰逢中国共产党百年华诞
我国科技界更是取得多项重要突破
量子计算获得重大进展
使我国成为唯一在两个物理体系中
实现量子计算优越性的国家
“中国天眼”正式向全世界开放
尽显大国风度
成功实现二氧化碳人工合成淀粉
为人类未来提供了全新的可能……
地球模拟装置启用看清地球的过去、现在、未来
6月23日
国家重大科技基础设施
“地球系统数值模拟装置”
在北京怀柔科学城落成启用
这是我国研制成功的
首个具有自主知识产权的
地球系统模拟大科学装置
地球系统模拟装置
又称地球模拟实验室
是对地球系统进行数值模拟
即以地球系统观测数据为基础
利用描述地球系统的物理、化学
和生命过程及其演化的规律
在超级计算机上进行大规模科学计算
科学家们由此得以重现地球的过去
模拟地球的现在、预测地球的未来
此次新落成启用的地球模拟实验室
整体性能与国际先进水平相当
是我国首个具有自主知识产权
以地球系统各圈层数值模拟软件为核心
软、硬件协同设计
规模及综合技术水平
位于世界前列的专用地球系统数值模拟装置
其具备地球表层各圈层的模拟能力
能够更全面地考虑地球系统的各种过程
尤其是在当下
最为紧迫的气候变化应对与碳中和领域
该系统能够全方位关注全球生态
和生物地球化学过程
及其与气候系统的相互作用
并在此基础上建立起
“生态—气温—二氧化碳浓度—碳排放量”
的清晰关系
对温室气体核算、未来升温预估
提供有力的模拟支撑
助力碳达峰、碳中和愿景目标的实现
并且它还将为我国未来在气候与环境领域的
谈判提供依据
友：这也太厉害了
“冰光纤”问世既可灵活弯曲又能高效导光
7月9日
权威学术期刊《科学》杂志发表的成果显示
浙江大学光电科学与工程学院童利民教授团队
联合浙江大学交叉力学中心
和美国加州大学伯克利分校的科研人员
在-50℃环境中
制备出了高质量冰单晶微纳光纤
其既能够灵活弯曲
又可以低损耗传输光
在性能上与玻璃光纤相似
研究团队制备的直径均匀的冰单晶微纳光纤。受访者供图
光纤作为一种将光约束
和自由传输的功能结构
是目前光场操控最有效的工具之一
常规玻璃光纤的主要成分氧化硅（石英砂）
是地壳中含量最丰富的物质之一
但实际上
在地球及诸多地外星体中
比石英砂更普遍的物质是冰或液态水
因此用冰制备光纤
具有广泛的应用前景
本次研究中
童利民团队自行搭建了生长装置
在大量实验基础上
改进了已有的电场诱导冰晶制备方法
在低温高压电场中
辅之以一定的湿度条件
通过静电促使水分子朝电场方向运动
改变其无序的运动状态
从而诱发单晶生长
最终在-50℃的环境中
成功制备出直径在800纳米到10微米的
冰单晶微纳光纤
并且，该团队还利用
新发明的低温微纳操控和转移技术
在-150℃的环境中
使冰微纳光纤获得了10.9%的弹性应变
接近冰的理论弹性极限
童利民认为
该项研究结果将拓展人们对冰的认知边界
激发人们开展冰基光纤在光传输
光传感、冰物理学等方面的研究
以及发展适用于特殊环境的微纳尺度冰基技术
“九章”“祖冲之”上新在两个物理体系实现量子优越性
研发具有实用价值的量子计算机
一直是量子计算领域最重要的发展目标之一
也是当下各国竞相角逐的焦点
过去一年
我国在量子计算机研发领域
取得了多项重大进展
2月27日
国际权威期刊《科学进展》发表成果
由国防科技大学、军事科学院
中山大学等机构研究人员
研发出的一款新型
可编程硅基光量子计算芯片
实现了多种图论问题的量子算法求解
有望未来在大数据处理等领域获得应用
5月7日
《科学》杂志发表
中国科学技术大学潘建伟团队研究成果
其成功研制出了量子计算原型机“祖冲之 ”
操纵的超导量子比特达到62个
并在此基础上实现了可编程的二维量子行走
该成果为在超导量子系统上
实现量子优越性
以及后续研究具有重大实用价值的量子计算
奠定了技术基础
10月底
潘建伟团队进一步研制出了
66比特的可编程超导量子计算原型机
“祖冲之2.0”
在随机线路采样任务上
实现了量子计算优越性
所完成任务的难度较2019年谷歌“悬铃木”
高出2—3个数量级
与此同时
潘建伟团队升级版的“九章2.0”
也极大提高了其量子优势
对于高斯玻色采样问题
1年前的“九章”一分钟可以完成的任务
世界上最强大的超级计算机
需要花费亿年时间
而“九章2.0”一分钟完成的任务
超级计算机花费的时间
要再增加百亿倍
并且“九章2.0”还具有了部分可编程的能力
“九章2.0”和“祖冲之2.0”的出现
使我国成为唯一在两个物理体系中
实现量子计算优越性的国家
光存储时间达1小时向量子U盘迈出重要一步
2021年4月
中国科学技术大学郭光灿团队
李传锋、周宗权研究组
将光存储时间提升至1小时
大幅刷新2013年德国团队所创造的
光存储1分钟的世界纪录
向实现量子U盘迈出重要一步
该成果于4月下旬
发表于权威学术期刊《自然·通讯》
光已成为现代信息传输的基本载体
光速高达每秒30万公里
“降低”光速乃至让光“停留”下来
是国际学术界一直不懈奋斗的目标
光的存储在量子通信领域尤其重要
通过将光子储存在
超长寿命的量子存储器即量子U盘中
实现通过直接运输量子U盘的方式
来传输量子信息
而考虑到飞机和高铁等交通工具的速度
量子U盘的光存储时间
至少需达到小时量级
李传锋、周宗权研究组
在2015年便自制光学拉曼外差探测核磁共振谱仪
依托该仪器
其精确刻画了
掺铕硅酸钇晶体光学跃迁的完整哈密顿量
并在理论上预测了
一阶塞曼效应为零（ZEFOZ）
磁场下的能级结构
未来
依靠更加成熟的量子U盘
人类有望实现
基于经典交通运输工具的量子信息传输
从而建立起一种全新的量子信道
找回水稻“祖先”基因有助培育更优秀的水稻品种
快速从头驯化异源四倍体野生稻
发挥多倍体优势
找回当下栽培稻已经丢失的部分优秀基因
培育出产量更高
环境适应能力更强的新型水稻作物
——中国科学院种子创新研究院
遗传与发育生物学研究所
2月4日在国际知名学术期刊《细胞》发表
异源四倍体野生稻的快速从头驯化，中国科学院种子创新研究院/遗传与发育生物学研究所供图
多倍化是植物进化的重要机制
今天我们所种植的栽培稻
经过了数千年的人工驯化
其农艺性状不断改良
但同时也损失了大量的遗传多样性
造成优势基因资源缺失
而异源四倍体相比二倍体多2个染色体组
异源四倍体野生稻
具有生物量大、自带杂种
环境适应能力强等优势
但其具有的非驯化特征
也让它无法直接应用于农业生产
李家洋团队从综合表现
更好的四倍体野生稻出发
将几千至上万年的水稻驯化史
在短时间内“重演”
并且避免了部分基因丢失
首次设计并完成了异源四倍体野生稻
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