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    2018年,这些重大科技成果被科技部点赞

    2019-01-10 10:29:12 来源: 中国科技网
    聊聊

    1月9日,2019年全国科技工作会议在京召开,在总结2018年科技工作时,工作报告提出,我国的科技实力实现新跃升,重点领域研发布局更加优化,基础研究进一步加强,战略高技术领域取得重要突破,科技重大专项深入实施,科技支撑重大工程和产业升级取得新突破。同时点赞了多项重大创新成果。动源君为你一一解读这些重要科技成就。

    01

    首次在半导体量子点体系中实现三量子比特逻辑门

    中国科学技术大学获郭光灿院士团队创新性地制备了半导体六量子点芯片,在国际上首次实现了半导体体系中的三量子比特逻辑门操控,为未来研制集成化半导体量子芯片迈出坚实一步。郭光灿团队中的郭国平教授研究组长期致力于半导体量子芯片研发,郭国平与教授肖明、研究员李海欧、曹刚等人合作,通过理论计算分析,创新性地设计了T型电极开口式六量子点结构,该结构使得控制比特与目标比特有较强的耦合,同时两个目标比特之间的耦合较小,很好地满足了实现两个控制比特对目标比特受控非门的操控要求。他们利用优化设计的高频脉冲量子测控电路,成功实现了世界上首个基于半导体量子点体系的三电荷量子比特逻辑门,进一步提升量子计算的效率,为可扩展、可集成化半导体量子芯片的研制奠定了坚实基础。

    国际应用物理学权威期刊《物理评论应用》日前发表了该成果。《物理评论应用》审稿人认为,这项工作是半导体量子点量子计算方向的一个重要进展,详细、清楚地展示了高水平的实验技术,将引起学界对该领域极高的研究热情。

    02

    首次发现铁基超导体中的马约拉纳束缚态,实现拓扑量子计算机重大突破

    1937年,物理学家马约拉纳(Ettore Majorana)把描写费米子的基本运动方程(狄拉克方程)分解成电荷共轭不变的两部分(即马约拉纳方程),得到了“自己是自己的反粒子”的马约拉纳费米子。八十一年来,马约拉纳费米子的相关研究一直是物理学最前沿的问题之一。

    高能物理领域一直在寻找中微子是马约拉纳费米子的实验证据,如果证实,将是继发现希格斯波色子后的又一重大发现。缚态清晰干净地直接观测提供希望。中科院物理研究所的一个研究团队利用极低温-强磁场-扫描探针显微系统在铁基超导体中发现了马约拉纳束缚态。

    图为马约拉纳束缚态的空间及能量特征

    与以往的实验结果不同,探测到的马约拉纳束缚态峰位不随空间位置变化,实验峰宽接近于系统的能量分辨率。他们随后验证了马约拉纳束缚态在不同隧道结、磁场以及温度下的行为。理论拟合显示磁通涡旋中的马约拉纳束缚态来源于拓扑表面态超导的准粒子激发。与此同时,体态磁通涡线的准粒子热激发会抑制表面的马约拉纳束缚态。这些结果表明,实验观测到的马约拉纳束缚态不与平庸的低能激发态混合,首次清晰地观测到了纯的马约拉纳束缚态。其较高的零能峰观测温度,暗示未来可以调控实现液氦温度的马约拉纳束缚态。研究报告(PDF)发表在《科学》期刊上。 

    03 

    首次人工创建单条染色体真核细胞 

    酿酒酵母大家都不陌生,我们日常做啤酒做面包都离不开它,它本来有16条染色体,可你见过只有单条染色体的酿酒酵母吗? 

    中科院植物生理生态研究所在国际上首次人工创建了单条染色体的真核细胞。这是合成生物学领域具有里程碑意义的突破,打开了“改造”生命的大门。 

    图为:覃重军团队成员在电子显微镜前观察单条染色体真核细胞形态 

    2010年,美国科学家J. Craig Venter团队在《科学》上报道了世界上首个“人造生命”——含有全人工化学合成的与天然染色体序列几乎相同的原核生物支原体,引起轰动。而这一次,以覃重军研究组为主的研究团队完成了将单细胞真核生物酿酒酵母天然的16条染色体人工创建为具有完整功能的单条染色体。这意味着,天然复杂的生命体系可以通过人工干预变得简约,自然生命的界限可以被人为打破,甚至可以人工创造全新的自然界不存在的生命。 

    该研究成果是通过经典分子生物学“假设驱动”与合成生物学“工程化研究模式”来探索解析生命起源与进化中重大基础科学问题的一个新范例。对天然复杂的酵母染色体实施人工改造,赋予其全新的简约化形式,这是继原核细菌“人造生命”之后的一个重大突破。 

    单染色体酵母的“诞生”,意味着中国学者再一次利用合成科学策略,回答生命科学领域一个重大的基础问题,即建立原核生物与真核生物之间基因组进化的桥梁,为人类对生命本质的研究开辟了新方向。 

    04 

    磁约束核聚变大科学装置多项实验取得突破,首台散裂中子源建成并投入运行 

    8月23日,中国散裂中子源项目通过国家验收,正式投入运行。它好比一个大显微镜,方便我们观察世间万物。 

    图为:散裂中子源 

    光穿过透明的样品,可带出样品内部的信息;同样,中子流也可以穿透目标,带出信息。中子不带电,不与电子和质子作用,所以即使材料很厚,中子也能轻松穿透。 

    一开始,人们用核反应堆生产中子,但核反应速度不能太快。散裂中子源应运而生。它用电磁场加速质子,像炮弹一样狠狠砸向钨、汞等重金属原子核。巨大的原子核就“散裂”出一些自由的中子。 

    散裂中子源还可以观察高铁轮子是否质量过关——它能透视零件内部的应力是否释放。中子源还能实时观察飞机发动机怎样疲劳受损的,以便改进设计。 

    散裂中子源对中国探索前沿科学问题、攻克核心技术、解决“卡脖子”问题有重要意义。目前只有美、日、中、英拥有该技术。 

    中国散裂中子源是我国“十一五”期间重点建设的十二大科学装置之首。它总投资23亿元,包括一台直线加速器、一台快循环同步加速器、一个靶站,以及一期建设的三台不同类型的中子谱仪。 

    中国散裂中子源的国产化率超过90%,它的制造直接拉升了中国在磁铁、电源、探测器和电子学方面的水准。 

    05 

    “嫦娥四号”探测器首次成功登陆月球背面 

    2019年1月3日上午10点26分,“嫦娥四号”探测器成功着陆在月球背面东经177.6度、南纬45.5度附近的预选着陆区,并通过“鹊桥”中继星传回了世界第一张近距离拍摄的月背影像图,揭开了古老月背的神秘面纱。 

    此次任务实现了人类探测器首次月背软着陆,首次月背与地球的中继通信,开启了人类月球探测新篇章。 

    11时40分,嫦娥四号着陆器获取了月背影像图并传回地面。这是人类探测器首次在月球背面拍摄的图片,第一次揭开古老月背的神秘面纱。 

    06 

    国产大型水陆两栖飞机水上首飞 

    由中国航空工业集团有限公司自主研制的国产首款大型水陆两栖飞机——“鲲龙”AG600(以下简称“AG600”)在湖北荆门漳河机场成功进行了水上首飞。这是继2017年12月24日AG600成功实现陆上首飞后又一历史性时刻。 

    据了解,作为中国大飞机“三兄弟”之一的大型水陆两栖飞机AG600是中国为满足森林灭火和水上救援的迫切需要,首次研制的大型特种用途民用飞机,是国家应急救援体系建设急需的重大航空装备。 

    其以水陆两用、装载量大、航程远、升限适中、速度范围广、超低空飞行性能好等诸多特点,特别适用于火情监测和森林灭火、海难搜索和救援、海洋权益维护、海洋环境监测和保护等用途。AG600还可用于海洋监测、海关缉私、环境和资源监测、航空运输、航空游览/观光和私人公务等方面,具有十分广阔的应用前景。 

    据了解,AG600的陆上、水上成功首飞,是继中国自主研制的大型运输机运20实现交付列装、C919大型客机实现首飞之后,在大飞机领域取得的又一个重大突破,填补了中国在大型水陆两栖飞机的研制空白。 

    07 

    “北斗三号”基本系统完成建设,开始提供全球服务 

    27日,中国卫星导航系统管理办公室主任、北斗卫星导航系统新闻发言人冉承其宣布,北斗三号基本系统已完成建设,于当日开始提供全球服务。“这标志着北斗系统服务范围由区域扩展为全球,北斗系统正式迈入全球时代。”冉承其在国务院新闻办公室举行的新闻发布会上说。 

    北斗系统是中国自主建设、独立运行,与世界其他卫星导航系统兼容共用的全球卫星导航系统,可在全球范围,全天候、全天时,为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务。  

    截至2018年12月,北斗系统在轨工作卫星共33颗,包含15颗北斗二号卫星和18颗北斗三号卫星。冉承其介绍说,2019至2020年,我国还将发射11颗北斗三号卫星和1颗北斗二号卫星,在巩固亚太区域服务同时,还将进一步提升全球服务性能。 

    根据计划,我国将于2020年全面完成北斗三号全球组网建设,2035年将建成以北斗系统为核心的,更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时(PNT)体系。 

    08 

    “地壳一号”万米钻机完成松科二井项目,钻井深度达7018米 

    6月2日,吉林大学负责研发的“地壳一号”万米钻机正式宣布完成首秀,在松辽盆地科学钻探二井(以下简称“松科二井”)工程中成功应用。完钻井深7018米,创造了亚洲国家大陆科学钻井新纪录,这标志着我国在“向地球深部进军”的路上取得了新的重大突破。 

    “地壳一号”万米钻机填补了我国在深部大陆科学钻探装备领域的空白,大大提高了我国超深科学井钻探装备的技术水平,使我国成为世界上第三个拥有实施万米大陆科学钻探计划专用装备和相关技术的国家。 

    科学钻探是探索地球深部奥秘和开发地下资源唯一最直接的技术手段,深部大陆科学钻探装备是打开地球奥秘之门的钥匙。“地壳一号”万米钻机就是这样一把开启地球奥秘之门的“金钥匙”。作为我国首台万米大陆科学钻探专用装备,“地壳一号”万米钻机由吉林大学于2013年设计完成,中国航天科工集团下属四川宏华石油设备有限公司加工制造。 

    09 

    亚洲最大自航绞吸挖泥船“天鲲号”完成首次试航 

    经过为期近4天的海上航行,首艘由我国自主设计建造的亚洲最大自航绞吸挖泥船——“天鲲号”于12日成功完成首次试航。这标志着“天鲲号”向着成为一艘真正的疏浚利器迈出了关键一步。此次试航经由长江口北角开往浙江花鸟山海域。 

    据介绍,“天鲲号”全船长140米,宽27.8米,最大挖深35米,总装机功率25843千瓦,设计每小时挖泥6000立方米,绞刀额定功率6600千瓦。  

    10 

    新药创制实现重大突破,全球首个抗艾滋病长效融合抑制剂艾博韦泰获批上市 

    艾滋病是危害性极大的严重的传染病,由感染艾滋病病毒(HIV病毒)引起。HIV是一种能攻击人体免疫系统的病毒。HIV在人体内的潜伏期平均为八到九年,患艾滋病以前,可以没有任何症状地生活和工作多年。而治疗艾滋病药物品很稀缺,这是一个很空白的医药领域,每出现一种治疗艾滋病的新药,都是医学史上的重大事件。 

    2018年7月13日,一种全新长效HIV-1融合抑制剂艾可宁获批上市,国家药品监督管理局网站表明,此次批准其用于与其他抗逆转录病毒药物联合使用,治疗经抗病毒药物治疗仍有病毒复制的HIV-1感染患者。 

    艾可宁又称艾博韦泰,是全球首个抗艾滋病长效融合抑制剂,在全球范围内具有知识产权,也是中国首个自主性研发的针对抗艾滋病的药物,表明了近年来中国在世界医药学上巨大贡献。艾可宁的问世,也打破了这一类药物的外国垄断的局面,使得中国的艾滋病患者有了更大的选择权利,不用在吉利德、默沙东和葛兰素三大制药企业中三选一。 

    早在2017年,国家就尝试着带动国内医药企业去研制一种全新的抗艾滋病新药物,并将这一目标列在了下一个五年发展规划之中,指定了国内的四家大型的医药企业,联手进行“治疗艾滋病创新药及临床急需药物的研发”这一项目。 

    11 

    原创抗阿尔茨海默症新药进入上市申请 

    一款抗阿尔茨海默症新药GIBH130及其片剂,已获得国家食品药品监督管理局颁发的“药物临床试验批件”。该成果由中科院广州生物医药与健康研究院胡文辉课题组设计与合成,由华南新药创制中心主导临床前研究。 

    阿尔茨海默症俗称老年痴呆症,是一种中枢神经系统退行性疾病,引发患者的认知障碍和记忆能力损害,导致患者日益恶化的生活能力减退和死亡。 

    国际阿尔茨海默症联合会有数据称,2013年,全球患者共计4435万;到2030年,将增至7562万;到2050年,将增至13546万,其中中国患者3000万名。 

    由于发病机制仍不明确,目前缺乏有效的治疗方法和预防措施。“临床上的药物主要为胆碱脂酶抑制剂(AChEI)和N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体拮抗剂等。”胡文辉说,这些药物仅能在一定程度上减轻症状,提高患者的认知力,并不能治愈疾病或延缓疾病的恶化进程。 

    12 

    港珠澳大桥开通 创多项工程纪录 

    很少有一座桥的开通如此吸引全国的注视,很多人只为去桥上看看,专门安排一趟行程。它就是建筑史上里程最长、投资最多、施工难度最大的跨海大桥——港珠澳大桥。它创造了一连串世界纪录: 

    全长55公里:世界最长跨海大桥。 

    15公里的全钢结构钢箱梁:世界最长钢铁大桥。钢材用量相当于60座埃菲尔铁塔。 

    海底沉管隧道全长6.7公里:世界最长海底隧道;沉管隧道每节长180米,重约8万吨:世界最大沉管隧道;隧道最深处在海平面以下48米,也是世界纪录…… 

    跨越伶仃洋的港珠澳大桥,东接香港,西接珠海和澳门,总长约55公里,它集桥、岛、隧于一体,从设计到建设前后历时14年,攻克一系列难题。比如大桥设计东西两个人工岛,用海底沉管隧道连接。隧道由33个巨型沉管组成。沉管在海平面以下13米至48米无人对接,误差控制在2厘米内,精准程度史无前例。 

    港珠澳大桥的设计寿命长达120年,打破了国内大桥的“百年寿命惯例”。钢管桩确保在海泥中120年不损坏,是一个工程奇迹。它还能抗8级地震,16级台风。今年几次超强台风丝毫未撼动它。 

    另外,港珠澳大桥是“积木”搭出来的。工厂预制桥墩、桥面、钢箱梁和钢管桩,风平浪静时现场组装,首次在如此大工程实现这一模式。 

    13 

    先进激光制造工艺取得突破,首次使用紫外光源实现22纳米分辨率。 

    11月29日,中科院光电技术研究所承担的国家重大科研装备研制项目“超分辨光刻装备研制”通过验收,这是世界上首台用紫外光源实现了22纳米分辨率的光刻机。 

    光刻机相当于一台投影仪,将精细的线条图案投射于感光平板,光就是一把雕刻刀。但线条精细程度有极限——不能低于光波长的一半。“光太胖,门缝太窄,光就过不去了。”参与研究的科学家杨勇说。 

    使用深紫外光源的光刻机是主流,其成像分辨率极限为34纳米,分辨率进一步提高要用多重曝光等技术,很昂贵。 

    2003年光电所开始研究一种新办法:金属和非金属薄膜贴合,交界面会有无序的电子;光线照射金属膜,使这些电子有序振动,产生波长短得多的电磁波,可用于光刻。 

    如此一来,“宽刀”就变成了“窄刀”。光电所研制的光刻机,在365纳米波长光源下,单次曝光最高线宽分辨率达到22纳米,相当于1/17波长。 

    光刻机为人所熟悉,因为它是集成电路制造业的核心角色。目前荷兰ASML公司垄断的尖端集成电路光刻机,加工极限为7纳米。光电所的光刻机分辨率为22纳米,但定位有所不同。 

    光电所的光刻机擅长加工一系列纳米功能器件,包括大口径薄膜镜、超导纳米线单光子探测器、切伦科夫辐射器件、生化传感芯片和超表面成像器件,这对中国的遥感成像、生化痕量测量、特种表面材料等领域有重要意义。 

    “ASML的EUV光刻机使用的13.5纳米的极紫外光源,价格高达3000万元,还要在真空下使用。”项目副总师胡松说,“而我们使用的365纳米紫外光的汞灯,只要几万元一只。我们整机价格在百万元级到千万元级,加工能力介于深紫外级和极紫外级之间,让很多用户大喜过望。” 

    光电所走高分辨、大面积的技术路线,掌握了超分辨光刻镜头、精密间隙检测、纳米级定位精度工件台、高深宽比刻蚀和多重图形配套光刻工艺等核心专利,技术完全自主可控,在超分辨成像光刻领域国际领先。

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