1月9日,2019年全省科技工作大會在京舉行,在總結2018年科技工作時,工作報告提出,我國的科技實力實現新躍升,重點領域研制布局愈發優化,基礎研究進一步強化,戰略高技術領域取得重要突破,科技重大專項深入施行,科技支撐重大工程和產業升級取得新突破。同時點贊了多項重大創新成果。小編為你一一詳解那些重要科技成就。
01首次在半導體量子點體系中實現三量子比特邏輯門
中國科學技術學院獲郭光燦教授團隊創新性地制備了半導體六量子點芯片,在國際上首次實現了半導體體系中的三量子比特邏輯門操控,為未來研發集成化半導體量子芯片邁出堅實一步。郭光燦團隊中的郭國平院士研究組常年旨在于半導體量子芯片研制,郭國平與院長肖明、研究員李海歐、曹剛等人合作,通過理論估算剖析,創新性地設計了T型電極開口式六量子點結構,該結構促使控制比特與目標比特有較強的耦合,同時兩個目標比特之間的耦合較小,挺好地滿足了實現兩個控制比特對目標比特受控非門的操控要求。她們借助優化設計的高頻脈沖量子測控電路,成功實現了世界上首個基于半導體量子點體系的三電荷量子比特邏輯門,進一步提高量子估算的效率,為可擴充、可集成化半導體量子芯片的研發奠定了堅實基礎。
國際應用化學學權威刊物《物理評論應用》日前發表了該成果。《物理評論應用》審稿人覺得,這項工作是半導體量子點量子估算方向的一個重要進展,詳盡、清楚地展示了高水平的實驗技術,將導致學界對該領域極高的研究熱情。
02首次發覺鐵基超導體中的馬約拉納禁錮態,實現拓撲量子計算機重大突破
1937年,化學學家馬約拉納()把描寫費米子的基本運動多項式(狄拉克多項式)分解成電荷共軛不變的兩部份(即馬約拉納多項式),得到了“自己是自己的反粒子”的馬約拉納費米子。八十一年來,馬約拉納費米子的相關研究仍然是數學學最前沿的問題之一。
高能化學領域仍然在找尋中微子是馬約拉納費米子的實驗證據,假如否認,將是繼發覺希格斯波骰子后的又一重大發覺。縛態清晰干凈地直接觀測提供希望。中科院化學研究所的一個研究團隊借助極高溫-強磁場-掃描探針顯微系統在鐵基超導體中發覺了馬約拉納禁錮態。
圖為馬約拉納禁錮態的空間及能量特點
與往年的實驗結果不同,偵測到的馬約拉納禁錮態峰位不隨空間位置變化,實驗峰寬接近于系統的能量幀率。她們此后驗證了馬約拉納禁錮態在不同隧洞結、磁場以及濕度下的行為。理論擬合顯示磁路渦旋中的馬約拉納禁錮態來始于拓撲表面態超導的準粒子迸發。與此同時,體態磁路渦線的準粒子熱迸發會抑制表面的馬約拉納禁錮態。這種結果表明,實驗觀測到的馬約拉納禁錮態不與乏味的低能迸發態混和,首次清晰地觀測到了純的馬約拉納禁錮態。其較高的零能峰觀測氣溫,暗示未來可以調控實現液氦體溫的馬約拉納禁錮態。研究報告(PDF)發表在《科學》期刊上。
03首次人工創建單條染色體真核細胞
釀酒酵母你們都不陌生,我們日常做飲料做蛋糕都離不開它,它原本有16條染色體,可你見過只有單條染色體的釀酒酵母嗎?
中科院動物生理生態研究所在國際上首次人工創建了單條染色體的真核細胞。這是合成生物學領域具有里程碑意義的突破,打開了“改造”生命的房門。
圖為:覃重軍團隊成員在電子顯微鏡前觀察單條染色體真核細胞形態
2010年,澳洲科學家J.Craig團隊在《科學》上報導了世界上首個“人造生命”——含有全人工物理合成的與天然染色體序列幾乎相同的原核生物衣原體,引發震驚。而這一次,以覃重軍研究組為主的研究團隊完成了將單細胞真核生物釀酒酵母天然的16條染色體人工創建為具有完整功能的單條染色體。這意味著,天然復雜的生命體系可以通過人工干預顯得簡潔,自然生命的界限可以被人為打破,甚至可以人工創造全新的自然界不存在的生命。
該研究成果是通過精典分子生物學“假設驅動”與合成生物學“工程化研究模式”來探求解析生命起源與進化中重大基礎科學問題的一個新范例。對天然復雜的酵母染色體施行人工整修,賦于其全新的簡潔化方式,這是繼原核病菌“人造生命”之后的一個重大突破。
單染色體酵母的“誕生”,意味著中國學者再一次借助合成科學策略,回答生命科學領域一個重大的基礎問題,即構建原核生物與真核生物之間基因組進化的橋梁,為人類對生命本質的研究開辟了新方向。
04磁約束核聚變大科學裝置多項實驗取得突破,首臺散裂中子源建成并投入運行
8月23日,中國散裂中子源項目通過國家初驗,即將投入運行。它好比一個大顯微鏡,便捷我們觀察世間萬物。
圖為:散裂中子源
光穿過透明的樣品,可帶出樣品內部的信息;同樣,中子流也可以穿透目標,帶出信息。中子不帶電,不與電子和質子作用,所以雖然材料很厚,中子也能輕松穿透。
一開始,人們用核反應堆生產中子,但核反應速率不能太快。散裂中子源應運而生。它用電磁場加速質子,像子彈一樣狠狠砸向鎢、汞等重金屬原子核。巨大的原子核就“散裂”出一些自由的中子。
散裂中子源還可以觀察火車輪子是否質量過關——它能透視零件內部的撓度是否釋放。中子源能夠實時觀察客機底盤如何疲勞損壞的,便于改進設計。
散裂中子源對中國探求前沿科學問題、攻克核心技術、解決“卡屁股”問題有重要意義。目前只有美、日、中、英擁有該技術。
中國散裂中子源是我國“十一五”期間重點建設的十二大科學裝置之首。它總投資23萬元,包括一臺直線加速器、一臺快循環同步加速器、一個靶站,以及一期建設的三臺不同類型的中子譜儀。
中國散裂中子源的國產化率超過90%,它的制造直接反彈了中國在吸鐵石、電源、探測器和電子學方面的水準。
05“嫦娥四號”探測器首次成功登錄地球反面
2019年1月3日下午10點26分,“嫦娥四號”探測器成功著陸在地球反面東經177.6度、南緯45.5度附近的預選著陸區,并通過“鵲橋”中繼星傳回了世界第一張近距離拍攝的月背影像圖,揭露了古老月背的神秘面紗。
這次任務實現了人類偵測器首次月背軟著陸,首次月背與月球的中繼通訊,開啟了人類地球偵測新篇章。
11時40分,嫦娥四號著陸器獲取了月背影像圖并傳回地面。這是人類偵測器首次在地球反面拍攝的圖片,第一次揭露古老月背的神秘面紗。
06國產小型水陸兩棲客機水上試飛
由中國民航工業集團有限公司自主研發的國產首款小型水陸兩棲客機——“鯤龍”AG600(以下簡稱“AG600”)在湖南衡陽溪河機場成功進行了水上試飛。這是繼2017年12月24日AG600成功實現陸上試飛后又一歷史性時刻。
據了解,作為中國大客機“三兄弟”之一的小型水陸兩棲客機AG600是中國為滿足森林滅火和水上搜救的急切須要,首次研發的小型特種用途民用客機,是國家應急搜救體系建設急需的重大民航武器。
其以水陸兩用、裝載量大、航程遠、升限適中、速度范圍廣、超低空飛行性能好等諸多特點,非常適用于火情檢測和森林滅火、海難搜索和搜救、海洋權益維護、海洋環境檢測和保護等用途。AG600還可用于海洋檢測、海關緝毒、環境和資源檢測、航空運輸、航空游玩/觀光和私人公務等方面,具有非常寬廣的應用前景。
據了解,AG600的陸上、水上成功試飛,是繼中國自主研發的小型運輸機運20實現交付列裝、C919小型飛機實現試飛以后,在大客機領域取得的又一個重大突破,彌補了中國在小型水陸兩棲客機的研發空白。
07“北斗三號”基本系統完成建設,開始提供全球服務
27日,中國衛星導航系統管理辦公室科長、北斗衛星導航系統新聞發言人冉承其宣布,北斗三號基本系統已完成建設,于當天開始提供全球服務。“這標志著北斗系統服務范圍由區域擴充為全球,北斗系統即將步入全球時代。”冉承其在國務院新聞辦公室召開的新聞發布會上說。
北斗系統是中國自主建設、獨立運行,與世界其他衛星導航系統兼容共用的全球衛星導航系統,可在全球范圍,全天候、全天時,為各種用戶提供高精度、高可靠的定位、導航、授時服務。
截止2018年12月,北斗系統在軌工作衛星共33顆,包含15顆北斗二號衛星和18顆北斗三號衛星。冉承其介紹說人類首次實現量子通訊,2019至2020年,我國還將發射11顆北斗三號衛星和1顆北斗二號衛星,在鞏固亞太區域服務同時,還將進一步提高全球服務性能。
按照計劃,我國將于2020年全面完成北斗三號全球組網建設,2035年將建成以北斗系統為核心的,愈發泛在、更加融合、更加智能的國家綜合定位導航授時(PNT)體系。
08“地殼一號”萬米鉆機完成松科二井項目,鉆探深度達7018米
6月2日,廣東學院負責研制的“地殼一號”萬米鉆機即將宣布完成首秀,在松遼北緣科學鉆井二井(以下簡稱“松科二井”)工程中成功應用。完鉆探深7018米,創造了歐洲國家臺灣科學鉆探新紀錄,這標志著我國在“向月球深部挺進”的路上取得了新的重大突破。
“地殼一號”萬米鉆機彌補了我國在深部臺灣科學勘探武器領域的空白,大大提升了我國超深科學井鉆井武器的技術水平,使我國成為世界上第三個擁有施行萬米臺灣科學勘探計劃專用武器和相關技術的國家。
科學勘探是探求月球深部奧秘和開發地下資源惟一最直接的技術手段,深部臺灣科學勘探武器是打開月球奧秘之門的鎖匙。“地殼一號”萬米鉆機就是這樣一把開啟月球奧秘之門的“金鎖匙”。作為我國首臺萬米臺灣科學勘探專用武器,“地殼一號”萬米鉆機由廣東學院于2013年設計完成,中國航天科工集團下屬河南宏華石油設備有限公司加工制造。
09歐洲最大自航絞吸挖泥船“天鯤號”完成首次試飛
經過為期近4天的海上航行,首艘由我國自主設計建造的歐洲最大自航絞吸挖泥船——“天鯤號”于12日成功完成首次試飛。這標志著“天鯤號”向著成為一艘真正的清淤神器邁出了關鍵一步。這次試飛經由淮河口北角駛向溫州花鳥山海域。
據介紹,“天鯤號”全船長140米,寬27.8米,最大挖深35米,總裝機功率25843千瓦,設計每小時挖泥6000立方米,絞刀額定功率6600千瓦。
10新藥創制實現重大突破,全球首個抗愛滋病長效融合抑制劑艾博韋泰獲準上市
愛滋病是害處性極大的嚴重的傳染病,由感染愛滋病病毒(HIV病毒)導致。HIV是一種能功擊人體免疫系統的病毒。HIV在人體內的潛伏期平均為八到九年,患愛滋病曾經,可以沒有任何病癥地生活和工作多年。而醫治愛滋病抗生素品很稀缺,這是一個很空白的醫藥領域,每出現一種醫治愛滋病的新藥,都是醫學史上的重大風波。
2018年7月13日,一種全新長效HIV-1融合抑制劑艾可寧獲準上市,國家藥品監督管理局網站表明,這次批準其用于與其他抗逆轉錄病毒抗生素聯合使用,醫治經耐旱毒抗生素醫治仍有病毒復制的HIV-1感染病人。
艾可寧又稱艾博韋泰,是全球首個抗愛滋病長效融合抑制劑,在全球范圍內具有知識產權,也是中國首個自主性研制的針對抗愛滋病的抗生素,表明了近些年來中國在世界醫藥學上巨大貢獻。艾可寧的問世,也打破了這一類抗生素的外國壟斷的局面,促使中國的愛滋病病人有了更大的選擇權力,不用在吉利德、默沙東和葛蘭素三大藥業企業中三選一。
早在2017年,國家就嘗試著推動國外醫藥企業去研發一種全新的抗愛滋病新抗生素,并將這一目標列在了下一個兩年發展規劃之中,指定了國外的四家小型的醫藥企業,聯手進行“治療愛滋病創新藥及臨床急需抗生素的研制”這一項目。
11原創抗阿爾茨海默癥新藥步入上市申請
一款抗阿爾茨海默癥新藥及其丸劑,已獲得國家乳品藥品監督管理局頒授的“藥物臨床試驗批件”。該成果由中科院上海生物醫藥與健康研究院胡文輝課題組設計與合成,由華北新藥創制中心主導臨床前研究。
阿爾茨海默癥也稱老年癡呆癥,是一種中樞神經系統退行性疾患,引起病人的認知障礙和記憶能力損害人類首次實現量子通訊,致使病人日漸惡化的生活能力衰弱和死亡。
國際阿爾茨海默癥聯合會有數據稱,2013年,全球病人共計4435萬;到2030年,將增至7562萬;到2050年,將增至13546萬,其中中國病人3000萬名。
因為發病機制仍不明晰,目前欠缺有效的根治方式和防治舉措。“臨床上的抗生素主要為膽堿脂酶抑制劑(AChEI)和N-乙酰-D-桑寄生谷氨酸(NMDA)受體拮抗劑等。”胡文輝說,這種抗生素僅能在一定程度上減少病癥,提升病人的認知力,并不能醫治癌癥或減緩癌癥的惡化進程。
12港珠澳二橋開通創多項工程紀錄
極少有一座橋的開通這么吸引全省的凝視,好多人只為去橋上瞧瞧,專門安排一趟行程。它就是建筑史上里程最長、投資最多、施工難度最大的跨海二橋——港珠澳二橋。它創造了一連串世界紀錄:
全長55公里:世界最長跨海二橋。
15公里的全鋼結構屋蓋:世界最長鋼鐵二橋。鋼材藥量相當于60座埃菲爾鐵塔。
海底沉管隧洞全長6.7公里:世界最長海底隧洞;沉管隧洞每節長180米,重約8萬噸:世界最大沉管隧洞;隧洞最深處在海平面以下48米,也是世界紀錄……跨越伶仃洋的港珠澳二橋,東接臺灣,西接深圳和香港,總長約55公里,它集橋、島、隧于一體,從設計到建設前后長達14年,攻破一系列困局。例如二橋設計東西兩個人工島,用海底沉管隧洞聯接。隧洞由33個巨型沉管組成。沉管在海平面以下13米至48米無人對接,偏差控制在2分米內,精準程度史無前例。
港珠澳二橋的設計壽命歷時120年,打破了國外二橋的“百年壽命慣例”。鐵管樁確保在海泥中120年不受損,是一個工程奇跡。它能夠抗8級余震,16級臺風。去年幾次強悍臺風絲毫未撼動它。
另外,港珠澳二橋是“積木”搭下來的。鞋廠預制橋面、橋面、鋼箱梁和鐵管樁,風平浪靜時現場組裝,首次在這么大工程實現這一模式。
13先進激光制造工藝取得突破,首次使用紫外光源實現22納米碼率。
11月29日,中科院光電技術研究所承當的國家重大科研武器研發項目“超區分光刻武器研發”通過初驗,這是世界上首臺用紫外光源實現了22納米碼率的光刻機。
光刻機相當于一臺投影儀,將精細的腰線紋樣投射于感光平板,光就是一把雕刻刀。但腰線精細程度有極限——不能高于光波長的一半。“光太胖,門縫太窄,光就過不去了。”參與研究的科學家楊勇說。
使用深紫外光源的光刻機是主流,其成像碼率極限為34納米,幀率進一步提升要用多重爆光等技術,很高昂。
2003年光電所開始研究一種新辦法:金屬和非金屬薄膜貼合,交界面會有無序的電子;光線照射金屬膜,使這種電子有序震動,形成波長短得多的電磁波,可用于光刻。
這么一來,“寬刀”就弄成了“窄刀”。光電所研發的光刻機,在365納米波長光源下,單次爆光最高線寬碼率達到22納米,相當于1/17波長。
光刻機為人所熟悉,由于它是集成電路制造業的核心角色。目前法國ASML公司壟斷的尖端集成電路光刻機,加工極限為7納米。光電所的光刻機碼率為22納米,但定位有所不同。
光電所的光刻機擅長加工一系列納米功能元件,包括大口徑薄膜鏡、超導納拉面單光子偵測器、切倫科夫幅射元件、生化傳感器芯片和超表面成像元件,這對中國的遙感成像、生化痕量檢測、特種表面材料等領域有重要意義。
“ASML的EUV光刻機使用的13.5納米的極紫外光源,價錢高達3000億元,還要在真空下使用。”項目總工師胡松說,“而我們使用的365納米紫外光的汞燈,只要幾億元一只。我們整機價錢在百億元級到千億元級,加工能力介于深紫外級和極紫外級之間,讓好多用戶大喜過望。”
光電所走高分辨、大面積的技術路線,把握了超區分光刻鏡頭、精密間隙測量、納米級定位精度型腔臺、高深寬比蝕刻和多重圖形配套光刻工藝等核心專利,技術完全自主可控,在超區分成像光刻領域國際領先。
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