2021年已经结束了。
过去的一年
这是科技界屡创新高、收获满仓的一年。
今年
恰逢中国共产党成立一百周年。
中国科技界取得了许多重要突破。
量子计算取得重大进展。
使我国成为两个物理系统中唯一的一个
意识到量子计算优越性的国家
“五百米口径球面射电望远镜(FAST)”正式对外开放。
展现大国风范
用二氧化碳成功合成淀粉。
它为人类的未来提供了一种新的可能性...
地球模拟装置启动
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”
在北京怀柔科学城建成开业。
这是中国研制成功的。
第一个拥有自主知识产权的
地球系统模拟科学仪器
图片:中国科学院大气科学研究所
地球系统模拟器
也被称为地球模拟实验室
这是地球系统的数值模拟。
也就是基于地球系统的观测数据。
描述地球系统的物理、化学
以及生命过程及其进化的规律。
在超级计算机上进行大规模科学计算
科学家因此能够重现地球的过去。
模拟地球的现在，预测地球的未来。
新建成的地球模拟实验室
整体性能相当于国际先进水平。
它是中国第一台拥有自主知识产权的。
核心是地球系统各层的数值模拟软件。
软硬件协同设计
规模和综合技术水平
世界前沿的专用地球系统数值模拟装置
它具有模拟地球表层的能力。
我们可以更全面地考虑地球系统的过程。
尤其是现在。
应对气候变化和碳中和最紧迫的领域
该系统可以充分关注全球生态。
和生物地球化学过程。
以及它与气候系统的相互作用。
在此基础上成立。
“生态-温度-二氧化碳浓度-碳排放量”
明确关系。
温室气体的计算和未来变暖的预测
提供强大的模拟支持。
帮助实现二氧化碳排放峰值和碳中和的愿景。
这也将是我们国家在气候和环境领域的未来。
为谈判提供基础。
网友:这个太厉害了。
“冰纤维”问世
柔性弯曲和高效光导。
7月9日
权威学术期刊《科学》公布的结果显示，
浙江大学光电科学与工程学院童立民教授
浙江大学交叉力学中心
和加州大学伯克利分校的研究人员。
在-50℃环境下
制备了高质量的冰单晶微纳纤维。
它可以灵活弯曲
而且可以低损耗地传输光。
性能类似于玻璃纤维。
研究团队制备了直径均匀的冰单晶微纳纤维。照片由受访者提供
作为一种限制光线的方法
和免费传输。
目前是光场操控最有效的工具之一。
二氧化硅，传统玻璃纤维的主要成分
它是地壳中最丰富的物质之一。
但事实上
在地球和许多外星星球中
比石英砂更常见的物质是冰或液态水。
所以光纤是冰做的。
具有广阔的应用前景。
本研究
童利民的团队建造了自己的生长装置。
在大量实验基础上
改进了现有的电场诱导冰晶制备方法。
在低温高压电场中
辅以一定的湿度条件。
静电促使水分子向电场移动。
改变其无序运动状态。
从而诱导单晶生长。
最后，在-50℃的环境中
成功制备了直径为800纳米到10微米。
冰单晶微纳纤维
此外，该小组还使用
新型低温微纳操纵和转移技术
在-150℃的环境中
冰微纳纤维的弹性应变为10.9%。
接近冰的理论弹性极限
童利民认为
这项研究成果将拓展人们对冰的认知边界。
刺激人们开展冰基光纤的光传输。
光传感、冰物理等方面的研究。
开发适用于特殊环境的微纳尺度冰基技术。
《九章》《祖冲之》更新
在两个物理系统中实现量子优势
具有实用价值的量子计算机的研究与发展
一直是量子计算领域最重要的发展目标之一。
也是目前各国竞争的焦点。
在过去一年里
中国在量子计算机领域的研发
已经取得了重大进展。
2月27日
国际权威期刊《科学进展》发表的成果
军事科学院国防科技大学
中山大学和其他机构的研究人员
一种新型的开发出来了。
可编程硅基光量子计算芯片
量子算法解决了各种各样的图论问题。
未来有望在大数据处理等领域得到应用。
5月7日
发表在《科学》杂志上
中国科学技术大学潘建伟团队研究成果
它成功开发了量子计算原型“祖冲之”
已经操控了62个超导量子比特。
在此基础上，实现了可编程的二维量子行走。
结果是在超导量子系统上
实现量子优势
以及后续具有重大实用价值的量子计算研究。
奠定了技术基础。
二维超导量子位芯片示意图，每个橙色十字代表一个量子位。图片:潘建伟团队
在十月底
潘建伟团队进一步发展
66位可编程超导量子计算原型
祖冲之2.0
关于随机线抽样任务
实现了量子计算优越性。
2019年完成任务比谷歌法国梧桐还难。
高出2-3个数量级。
同时
潘建伟团队升级版《九章2.0》
并大大提高其量子优势。
对于高斯玻色采样问题
1年前的“九章”可以在1分钟内完成
世界上最强大的超级计算机
需要几亿年的时间。
而《九章2.0》一分钟就完成了任务。
超级计算机花费的时间
增加了一百亿倍。
而《九章2.0》也有一些可编程的能力。
“九章2.0”和“祖冲之2.0”的出现
使我国成为两个物理系统中唯一的一个
意识到量子计算优越性的国家
蓄光时间长达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
李传峰、周宗权课题组
将光存储时间增加到1小时。
大幅刷新德国队2013年创造的。
存储1分钟世界纪录。
向量子u盘的实现迈出重要一步
结果是在4月下旬。
发表在权威学术期刊《自然·通讯》上。
资料图。图片:pixabay
光已经成为现代信息传递的基本载体。
光速达到每秒30万公里。
“降低”光速，甚至“停止”光。
这是国际学术界不懈努力的目标。
光存储在量子通信领域尤为重要。
通过将光子储存在
超长寿命量子存储器，也就是量子u盘。
通过直接运输量子u盘
来传输量子信息。
考虑到飞机、高铁等交通工具的速度
量子u盘的光存储时间
至少在几个小时内。
李传峰、周宗权课题组
2015年，我们自制了光学拉曼外差探测核磁共振谱仪。
依靠这个仪器
它准确地描绘了
掺铕硅酸钇晶体光学跃迁的完全哈密顿量
并从理论上预测。
一阶塞曼效应为零。
磁场下的能级结构
将来的
依靠更成熟的量子u盘
人类应该意识到
基于经典交通工具的量子信息传输
从而建立一个全新的量子通道。
寻找水稻的“祖先”基因
有助于培育更好的水稻品种。
从零开始快速驯化异源四倍体野生稻
利用多倍体
找回目前栽培稻中已经丢失的一些优良基因。
且栽培产量较高。
环境适应性更好的水稻新品种
——中国科学院种子创新研究所
遗传和发育生物学研究所
李佳阳团队和合作者的这一突破。
2月4日发表在国际知名学术期刊《细胞》上。
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所/遗传与发育生物学研究所提供
繁殖是植物进化的一个重要机制。
我们今天种植的水稻
经过几千年的人工驯化。
其农艺性状不断得到改良。
但同时也丧失了大量的遗传多样性。
导致显性基因资源的丧失。
然而，异源四倍体比二倍体多两个基因组。
异源四倍体野生稻
拥有大量的生物量和独立的杂交体。
对环境适应能力强等。
但它具有非驯化的特点。
不能直接应用于农业生产。
李佳阳团队从综合表现来看
更好的四倍体野生稻。我们走吧
使用现代基因组编辑技术
驯化水稻几千到几万年
短时间内“重复”
避免部分基因丢失。
首次设计并完成了异源四倍体野生稻。
快速从头驯化框架图
有望培育高产。
环境适应性强的水稻新品种
研究团队突破了基因组分析。
高效遗传转化、高效基因组编辑等技术瓶颈。
在异源四倍体高秆野生稻的基因组中
注释了一系列驯化基因和重要农艺性状基因。
成功创造了减少落粒和缩短芒长的新方法。
较低的株高，较长的粒长，较粗的茎和抽穗期。
各种各样的基因组被不同程度地缩短
编辑异源四倍体野生稻材料
“五百米口径球面射电望远镜(FAST)”欢迎全球科学家
观察申请将于3月底收集。
本着开放日空的原则
被称为“五百米口径球面射电望远镜(FAST)”，是国家重大科技基础设施。
五百米口径球面望远镜
北京时间2021年3月31日零时起
向全世界的天文学家发出邀请。
征集观察申请
所有国外申请项目都将参与评审。
观察时间从今年8月开始。
“五百米口径球面射电望远镜(FAST)”于3月31日开始向全球天文学家征集观测数据。新华社记者欧摄
五百米口径球面射电望远镜(FAST)位于
贵州省黔南州平塘县大窝凼
2016年完成
拥有自主知识产权。
世界上最大的单孔径和最灵敏的射电望远镜
射电望远镜和光学望远镜一样。
光圈越大，接收的电磁波越多。
灵敏度越高。
探测能力越强。
抓住这个机会
五百米口径球面射电望远镜(FAST)可以监测宇宙中微弱的无线电信号。
自通过国家验收投产以来。
500米口径球面射电望远镜(FAST)设备运行稳定可靠。
发现的脉冲星数量已经达到500多颗。
并在快速射电爆发等研究领域取得重大突破。
500米口径球面射电望远镜(FAST)的研制
这不仅体现了中国的自主创新能力
而且促进了我国天线制造技术发展。
微波技术，并联机器人，大型结构工程
公里范围的高精度动态测量等。
许多高科技领域的发展
中国科学院院士、FAST科学委员会主任
吴湘平说
FAST向全世界开放。
它显示了充分合作的概念。
以及人类共享未来共同体理念的实践。
用液氦创造-271℃的世界
大型低温制冷设备“中国制造”
4月15日
中国科学院理化技术研究所
承担国家重大科研设备研制项目。
“从液氦到超流氦温区大型低温制冷系统的发展”
通过验收和成果鉴定。
项目评估专家组认为
项目整体技术达到国际先进水平。
这表明我国已经
液氦的发展温度是千瓦级。
和数百瓦的超流氦温度。
大型低温制冷设备的容量
液氦温区国产大型低温制冷系统。图片:中国科学院理化研究所
液氦是制造超低温的“神器”。
随着社会经济的快速发展
中国已经成为大型低温制冷设备的使用大国。
然而，由于缺乏大规模的低温制冷系统
关键设备和集成技术
我国大型低温制冷设备长期被国外垄断。
高度依赖进口
2015年12月
中科院理化所启动液氦。
超流氦温区大型低温制冷设备的研制
在几十年低温技术积累的基础上
经过五年的艰苦研究
坚持走自主创新之路
最终成功研制出技术指标先进的大型氦制冷机。
“人造太阳”创造新的世界纪录
可实现1.2亿℃重复燃烧101秒。
5月28日
来自中国科学院合肥物质科学研究所的好消息
被称为“人造太阳”
全超导托卡马克核聚变实验装置
取得新的突破
成功实现了101秒可重复1.2亿摄氏度。
16000万摄氏度持续20秒。
创造托卡马克实验装置运行新的世界纪录。
向核聚变能源的应用迈出重要一步
“人造太阳”实现了1.2亿摄氏度101秒，1.6亿摄氏度20秒的可重复等离子体运行。新华社记者周目摄
地球上万物赖以生长的光和热。
都源于太阳核聚变反应后释放的能量。
以及支持这种聚变反应的燃料氘
地球上的储量极其丰富。
足够人类使用数百亿年。
如果氘可以用来制造“人造太阳”来发电
人类有望彻底实现能源自由。
但是制造“人造太阳”
面对一个突出的现实问题
用什么容器来装核聚变？
人工控制下的等离子体离子温度
它需要达到1亿多度
目前，地球上最耐高温的金属材料
钨的熔化温度超过3000℃
这意味着
有必要创造一个同时承载
大电流、强磁场、超高温
超低温、高保真空和高绝缘等复杂环境下的器件。
这对工艺设计和材料提出了极高的要求。
为了满足聚变实验装置的要求
东方团队科学家的自主创新
大部分都是独立设计开发的。
拥有自主知识产权的关键技术
创造性地完成了EAST设备主机的整体工程设计。
世界新一代全超导托卡马克核聚变实验装置
它首先在中国建造并正式投入运营。
为了未来清洁能源的利用和发展
提供实验研究平台
“开放”光合合成淀粉
节约资源，提高生产效率。
9月23日
中国科学院宣布重大成果
天津工业生物技术研究所研究员。
提出了一种颠覆性的淀粉制备方法。
独立于植物光合作用
以电解产生的二氧化碳和氢气为原料
成功生产出淀粉。
世界上第一次。
从二氧化碳到淀粉的从头合成
使淀粉生产改变传统的农业种植模式。
有可能向工业车间生产模式转变。
相关研究成果于9月24日在线发表在《科学》杂志上。
中国科学家首次在实验室实现了二氧化碳到淀粉分子的全合成。新华社记者金摄
淀粉主要是绿色植物通过光合作用产生的。
固定二氧化碳用于合成
在玉米等农作物中
将二氧化碳转化为淀粉
以及超过60步的代谢反应和复杂的生理调节。
太阳能的理论利用率不到2%
庄稼的种植需要几个月的时间。
使用大量土地、淡水、化肥等资源。
提高生产效率
中国科学院天津工业生物研究所研究员
11步主反应是从零开始设计的
非天然二氧化碳固定及人工合成淀粉的新途径
首次在实验室实现。
从二氧化碳到淀粉分子的全合成
这种人工途径的淀粉合成速率
是玉米淀粉合成速率的8.5倍。
在能源供应充足的情况下
按照目前的技术参数
理论上1立方米生物反应器每年可以生产淀粉。
相当于中国5亩土地上种植玉米的平均年产量。
证明凯勒几何的核心猜想
解决60多年的数学“悬案”
十一月初
中国科学技术大学几何物理中心
创始人陈秀雄教授和合作者程
在偏微分方程和复杂几何领域
取得里程碑式的成果
它求解一个四阶完全非线性椭圆方程。
强制性猜想的成功证明
和测地线稳定性猜想。
这两个国际数学界搞了60多年。
未解决的核心猜想
解决了Keller流形上关于常数量曲率的一些度量。
和卡拉比极值测量。
两篇论文发表于
国际著名期刊《美国数学会学报》
几何中心创始主任陈秀雄教授与程在一起。安徽网陶摄
Keller流形上常数量曲率度量的存在性
是近60年来几何学的核心问题之一。
关于它的存在有三个著名的猜想。
稳定性猜想、强制猜想和测地线稳定性猜想。
经过许多著名数学家近20年的工作
强制性猜想和测地稳定性猜想的必要性
已经完全清楚了。
但其充分性的证明是在那之前。
被认为遥不可及
求一类四阶完全非线性椭圆方程的解。
我们可以证明常数量曲率测度的存在性。
陈秀雄和程的作品
恰恰是在K- energy强制
或者测地线稳定性。
证明了这类方程解的存在性。
他们不仅找到了方程的解
此外，还建立了一套系统研究这类方程的方法。
为探索未知的数学世界提供了新的工具。
此外，他们还放弃了
对称Keller流形上稳定性猜想的证明
圆对称凯勒曲面上的唐纳森
经典定理被推广到高维。
以及一般稳定性猜想的证明。
提出了可能的解决方案。
使彻底解决一般稳定性猜想成为可能。
中国科技界
已经取得了许多重要突破。
离不开那些默默学习和付出的人。
向中国科研人员致敬！
来源:共青团中央、科技日报、微博@中国科学报、@中国科学院之声、@天津日报、@央视看看、@新华社、@新快报、哔哩哔哩@中科院科普博览、@美丽浙江、@中国科技大学、中国新闻网
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