前沿掃描六則

2019年度國家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)公布

2019年度國家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)于2020年1月10日在北京人民大會(huì)堂舉行，中國工程院院士、著名核潛艇專家黃旭華，中國科學(xué)院院士、著名大氣科學(xué)家曾慶存，共同榮獲本年度國家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)，每人獎(jiǎng)金800萬元人民幣。中國國家最高科技獎(jiǎng)每年授予人數(shù)不超過2 名，1999 年設(shè)立、2000 年度首次評選頒獎(jiǎng)，之前共有31位著名科技專家獲此殊榮。當(dāng)天的獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，2019年度國家科技獎(jiǎng)勵(lì)其他獎(jiǎng)項(xiàng)也一一揭曉并頒獎(jiǎng)。其中，國家自然科學(xué)獎(jiǎng)46項(xiàng)，包括一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)45項(xiàng)；國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)65項(xiàng)，包括一等獎(jiǎng)3項(xiàng)、二等獎(jiǎng)62項(xiàng)；國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)185項(xiàng)，包括特等獎(jiǎng)3項(xiàng)、一等獎(jiǎng)22項(xiàng)、二等獎(jiǎng)160項(xiàng)；中華人民共和國國際科學(xué)技術(shù)合作獎(jiǎng)授予英國、美國、俄羅斯、意大利、奧地利、芬蘭、挪威、巴基斯坦等國的10位科學(xué)家。

嗆一口海水，喝下塑料微粒四百多

美國加州大學(xué)海洋學(xué)家詹妮弗·布蘭登日前發(fā)表論文稱，嗆一口海水，你將喝下400多個(gè)塑料微粒。美國國家海洋和大氣管理局將塑料微粒定義為直徑小于5毫米的塑料塊。此前研究認(rèn)為，每立方米海水中的塑料微?？赡苡袔讉€(gè)到上百個(gè)。但是，傳統(tǒng)的測量方式是用網(wǎng)過濾海水，且90%的相關(guān)實(shí)驗(yàn)中使用的是同一類型的網(wǎng)，這種網(wǎng)只能捕獲直徑大于333微米（三分之一毫米）的塑料塊。于是，布蘭登將研究目標(biāo)定為直徑在5微米到333微米之間的塑料微粒。她采用孔徑只有5微米的聚碳酸酯過濾器過濾海水，并使用特殊的熒光顯微鏡尋找塑料微粒。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，每立方米海水中的塑料微粒數(shù)量高達(dá)830萬個(gè)，是之前測量數(shù)據(jù)的幾萬倍甚至上百萬倍。一般情況下，成人喝下一口水的體積是50毫升左右。按照布蘭登的統(tǒng)計(jì)，一口海水中的塑料微粒超過400個(gè)。

可再現(xiàn)生物神經(jīng)元行為的硅芯片出現(xiàn)

科學(xué)家們花了多年的時(shí)間來制造更加酷似生物神經(jīng)元的芯片模型。但是，試圖在現(xiàn)代硅片上模擬天然構(gòu)造時(shí)，依然存在著一定缺陷。因?yàn)樾酒m然在處理某些計(jì)算任務(wù)時(shí)可能比任何人都要快數(shù)百萬倍，但是神經(jīng)元芯片的響應(yīng)活動(dòng)一旦與真實(shí)生物神經(jīng)元差之毫厘，很可能最終執(zhí)行效果就謬以千里。最近，英國巴斯大學(xué)研究人員阿蘭·諾格里特及其同事，設(shè)計(jì)了一種微電路模仿離子通道，其可以像生物神經(jīng)元一樣整合原始神經(jīng)刺激并做出響應(yīng)。之后，研究團(tuán)隊(duì)在硅芯片中再現(xiàn)了單個(gè)海馬神經(jīng)元和呼吸神經(jīng)元的活動(dòng)。通過60個(gè)電刺激方案，他們發(fā)現(xiàn)固態(tài)神經(jīng)元產(chǎn)生的電響應(yīng)，幾乎和生物神經(jīng)元一模一樣。研究人員認(rèn)為，利用該方法或?qū)㈤_發(fā)出仿生芯片來修復(fù)神經(jīng)系統(tǒng)中因病而導(dǎo)致功能異常的生物電路。

“萬物DNA”材料問世

全球的數(shù)據(jù)量不斷增加，傳統(tǒng)的存儲(chǔ)架構(gòu)，如硬盤和磁帶，越來越難以跟上數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需要。隨著這些裝置逐漸達(dá)到存儲(chǔ)極限，DNA被當(dāng)作一種長期存儲(chǔ)方案提出來。以色列計(jì)算遺傳學(xué)家亞尼夫·埃爾利赫和羅伯特·格拉斯等人，開發(fā)了“萬物DNA”存儲(chǔ)架構(gòu)，它可以生成具有不變記憶的材料。為了檢驗(yàn)這一方法，他們將常見的計(jì)算機(jī)圖形測試模型“斯坦福兔子”的藍(lán)圖編碼為DNA兼容格式，再將其存儲(chǔ)在DNA分子中，進(jìn)而將DNA分子封裝在二氧化硅小球內(nèi)，將小球嵌入可生物降解的熱塑性聚酯中，最后使用所得的熱塑性聚酯3D打印了“兔子”。之后，團(tuán)隊(duì)利用存儲(chǔ)在“兔子”中的DNA進(jìn)行復(fù)制：從3D打印兔身上截下一小塊，解碼其中包含的DNA分子。這樣創(chuàng)造出了5代的“兔子”，且沒有任何信息損失。

120億年前已形成巨大星系核

宇宙中存在著眾多星系，這些星系分為兩大類別，即“活潑”星系和“寂靜”星系。星系是由氣體形成恒星的造星工廠，許多星系都在活躍地制造恒星并明亮發(fā)光，是“活潑”的星系。而另一類星系則由于某些原因停止了造星運(yùn)動(dòng)，被稱為“寂靜”的星系。日本研究小組利用“昴”天文望遠(yuǎn)鏡對稱為“斯巴魯XMM牛頓深場”的宇宙區(qū)域進(jìn)行長時(shí)間觀測，發(fā)現(xiàn)了寂靜星系，然后通過凱克望遠(yuǎn)鏡的近紅外光譜儀進(jìn)行詳細(xì)觀測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該星系位于120億光年遠(yuǎn)方，即120億年前的宇宙中。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)該星系的“核”在120 億年前基本形成。這是迄今為止發(fā)現(xiàn)的寂靜星系中最遠(yuǎn)、最古老的星系。一般認(rèn)為在宇宙歷史中最初停止形成恒星并變得寂靜的星系是非常重的星系，而此次發(fā)現(xiàn)的星系也非常重，這對了解寂靜星系意義重大。

兩個(gè)硅量子比特可以在相對較遠(yuǎn)距離內(nèi)通信

量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力遠(yuǎn)超傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，這源于其應(yīng)用的量子比特可以同時(shí)處在多個(gè)狀態(tài)。要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子計(jì)算，未來的量子計(jì)算機(jī)需要有成千上萬個(gè)可以相互通信的量子比特。目前谷歌、IBM開發(fā)的原型量子計(jì)算機(jī)已經(jīng)擁有了數(shù)十個(gè)甚至近百個(gè)量子比特。而許多技術(shù)專家認(rèn)為，相較谷歌、IBM 原型機(jī)使用的超導(dǎo)量子比特，從長遠(yuǎn)來看，基于硅的量子比特更有前途，其制造成本更低，保持量子態(tài)的時(shí)間也更長。但硅自旋量子比特由單電子組成，非常小，如何在多個(gè)量子比特之間布線是大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)面臨的一個(gè)主要挑戰(zhàn)。近日，普林斯頓大學(xué)教授杰森·佩塔帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)證明，硅自旋量子位在計(jì)算機(jī)芯片上相距較遠(yuǎn)時(shí)也可以相互作用，這為解決量子比特間的互連問題奠定了基礎(chǔ)。