2021年度中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展（下）

科學(xué)進(jìn)展

FAST捕獲世界最大快速射電暴樣本

FRB121102是人類所知的第一個(gè)重復(fù)快速射電暴，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)李菂等使用“中國(guó)天眼”FAST成功捕捉到FRB121102的極端活動(dòng)期，最劇烈時(shí)段達(dá)到每小時(shí)122次爆發(fā)，累計(jì)獲取了1652個(gè)高信噪比的爆發(fā)信號(hào)，構(gòu)成目前最大的FRB爆發(fā)事件集合。FAST樣本排除了FRB121102爆發(fā)在一毫秒至一小時(shí)之間的周期性或準(zhǔn)周期性，嚴(yán)格限制了重復(fù)快速射電暴由單一致密天體起源的可能性。

入選理由

快速射電暴（FRB）是無(wú)線電波段宇宙最明亮的爆發(fā)現(xiàn)象。該研究首次展現(xiàn)了FRB的完整能譜，深入揭示了FRB的基礎(chǔ)物理機(jī)制。

素材解讀

科技發(fā)展是實(shí)現(xiàn)強(qiáng)國(guó)的根基。假設(shè)有一口和FAST一樣大小的“鍋”，把它都裝上米飯，那么全世界每個(gè)人大概可以分兩碗。我國(guó)為什么要建這么大的望遠(yuǎn)鏡？因?yàn)檠鐾强眨菐状煳娜说膲?mèng)想。FAST作為全球最大且最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡，助力我國(guó)射電天文學(xué)科從追趕到領(lǐng)先。就像FAST捕獲世界最大快速射電暴樣本，這項(xiàng)成果對(duì)于整個(gè)快速射電暴研究領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于“盲人摸象摸到了一條腿”。射電天文學(xué)科發(fā)展迅速，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)激烈，F(xiàn)AST要堅(jiān)持不斷地進(jìn)行科技創(chuàng)新，積小勝為大勝，才能保持這種領(lǐng)先的地位。

實(shí)現(xiàn)高性能纖維鋰離子電池規(guī)?；苽?/p>

如何通過(guò)設(shè)計(jì)新結(jié)構(gòu)（如創(chuàng)建纖維鋰離子電池）滿足電子產(chǎn)品高度集成化和柔性化發(fā)展要求，是鋰離子電池領(lǐng)域面臨的重大挑戰(zhàn)。復(fù)旦大學(xué)彭慧勝、陳培寧等發(fā)現(xiàn)纖維鋰離子電池內(nèi)阻與長(zhǎng)度之間獨(dú)特的雙曲余切函數(shù)關(guān)系，即內(nèi)阻隨長(zhǎng)度增加并不增大，反而先下降后趨于穩(wěn)定。

入選理由

在此理論指導(dǎo)下構(gòu)建的纖維鋰離子電池具有優(yōu)異且穩(wěn)定的電化學(xué)性能，能量密度較過(guò)去提升了近2個(gè)數(shù)量級(jí)，彎折10萬(wàn)次后容量保持率超過(guò)80%;建立的世界上首條纖維鋰離子電池生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了其規(guī)?；B續(xù)制備;編織集成得到的纖維鋰離子電池系統(tǒng)，電化學(xué)性能與商業(yè)鋰離子電池相當(dāng)，而穩(wěn)定性和安全性更加優(yōu)異。

素材解讀

如果能將電池制備成柔性可彎曲的“纖維”，再把“電池纖維”編織成柔軟透氣的衣物穿在身上，我們就可以隨時(shí)隨地為手機(jī)等各種電子設(shè)備充電，告別“電量焦慮”。若這種“電池織物”具有高柔性、透氣性，并表現(xiàn)出較高能量密度和高安全性，則有望進(jìn)一步推動(dòng)可穿戴電子產(chǎn)品的發(fā)展?！翱纱┐骼w維鋰離子電池的很多功能已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，但對(duì)于真正的推廣普及來(lái)說(shuō)，依然任重道遠(yuǎn)?！迸砘蹌僬f(shuō)。

對(duì)于未知事物，人類總是抱著極大的好奇心，正是這種好奇心，促使人類有了破解難題的信念和決心，有了勇攀科學(xué)高峰的志向。從新現(xiàn)象到新規(guī)律，到連續(xù)構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)的突破，到幾乎所有核心設(shè)備的自主研發(fā)，再到工程化連續(xù)制備路線的不斷提高……彭慧勝、陳培寧團(tuán)隊(duì)從未止步。

可編程二維62比特超導(dǎo)處理器“祖沖之號(hào)”的量子行走

量子行走是經(jīng)典隨機(jī)行走的量子力學(xué)模擬，是實(shí)現(xiàn)量子模擬、量子搜索算法乃至通用量子計(jì)算的工具。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)朱曉波、潘建偉等通過(guò)研發(fā)兼容平面工藝的三維引線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了量子比特結(jié)構(gòu)從一維向二維的拓展，設(shè)計(jì)并制作了一個(gè)由62個(gè)比特組成的8×8的二維結(jié)構(gòu)超導(dǎo)量子比特陣列，構(gòu)建了“祖沖之號(hào)”量子計(jì)算原型機(jī)，并通過(guò)該裝置演示高保真的單粒子和雙粒子連續(xù)時(shí)間量子行走。

入選理由

該工作是世界范圍內(nèi)公開發(fā)表的首個(gè)比特?cái)?shù)超過(guò)60的超導(dǎo)量子計(jì)算領(lǐng)域的成果，為研制“祖沖之二號(hào)”、實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”奠定了基礎(chǔ)。

素材解讀

科技探索需要不忘初心，砥礪前行。懷著對(duì)量子世界的探索和對(duì)我國(guó)量子科技發(fā)展的追求，我國(guó)科學(xué)家不斷突破創(chuàng)新，努力探索更加靈活高效、資源整合的協(xié)同創(chuàng)新之路，使我國(guó)量子科技發(fā)展始終走在世界前列。量子計(jì)算機(jī)與經(jīng)典計(jì)算機(jī)的顯著差異在于，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方式是0或者1，這就好比一個(gè)開關(guān)，只有“開”和“關(guān)”兩種狀態(tài);而量子計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)方式可以是介于0和1之間的任何狀態(tài)，令其速度更快。未來(lái)，量子計(jì)算機(jī)有望通過(guò)特定算法，提供高于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)指數(shù)級(jí)別的加速能力，并有望用于天氣預(yù)報(bào)、材料設(shè)計(jì)、密碼破譯、大數(shù)據(jù)優(yōu)化、藥物分析等領(lǐng)域。

自供電軟機(jī)器人成功挑戰(zhàn)馬里亞納海溝

深海機(jī)器人與裝備需要高強(qiáng)度金屬耐壓外殼或壓力補(bǔ)償系統(tǒng)來(lái)保護(hù)內(nèi)部機(jī)電系統(tǒng)。浙江大學(xué)李鐵風(fēng)等從深海獅子魚“頭部骨骼分散融合在軟組織中”這一生理特性汲取仿生靈感，揭示了深海極端壓力條件下，軟機(jī)器人功能器件破壞及驅(qū)動(dòng)失效的內(nèi)在機(jī)制;提出了硬質(zhì)器件分散融入軟基體實(shí)現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力調(diào)控的方法，以及適應(yīng)深海低溫、高壓環(huán)境的電驅(qū)動(dòng)人工肌肉融合制造方法;建立了萬(wàn)米深海軟機(jī)器人的系統(tǒng)構(gòu)造方法和驅(qū)動(dòng)理論。所研制的自供電軟機(jī)器人成功挑戰(zhàn)馬里亞納海溝，實(shí)現(xiàn)了10900米海底深潛和驅(qū)動(dòng)，在南海海平面以下3224米實(shí)現(xiàn)深海航行。

入選理由

該研究大幅度降低了深海機(jī)器人的重量及經(jīng)濟(jì)成本，推動(dòng)了軟體機(jī)器人在深海工程領(lǐng)域的應(yīng)用。

素材解讀

展望未來(lái)，人們可以預(yù)測(cè)海洋生物學(xué)研究的發(fā)展方向，即軟體機(jī)器人在珊瑚礁或水下洞穴中安全航行，在不損壞珊瑚礁或洞穴的情況下采集精致的標(biāo)本;成群的軟體機(jī)器人能夠在海床上爬行，將自己固定在特定的結(jié)構(gòu)上或在特定的區(qū)域游走探索。這將有助于其他應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步為推動(dòng)海洋監(jiān)測(cè)、清理和防治海洋污染、保護(hù)海洋生物多樣性等提供更多創(chuàng)新方案。對(duì)于軟體機(jī)器人的未來(lái)，李鐵風(fēng)說(shuō)：“新興技術(shù)并不是一蹴而就的，我們應(yīng)該保持一定的耐心，堅(jiān)持基礎(chǔ)科學(xué)的鉆研與探索，不急功近利，逐漸積累，同時(shí)也利用好創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)帶來(lái)的方法和資源，讓科研成果更好地回饋社會(huì)?！?/p>

揭示鳥類遷徙路線成因和長(zhǎng)距離遷徙關(guān)鍵基因

中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物所詹祥江等歷時(shí)12年，利用衛(wèi)星追蹤數(shù)據(jù)和基因組信息，建立了一套北極游隼遷徙研究系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)游隼主要使用5條路線穿越亞歐大陸，西部游隼表現(xiàn)為短距離遷徙，東部為長(zhǎng)距離遷徙。在末次冰盛期到全新世的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，冰川消退所導(dǎo)致的繁殖和越冬地變遷，可能是遷徙路線形成的主要?dú)v史原因。研究還發(fā)現(xiàn)，遷徙距離更長(zhǎng)的游隼攜帶ADCY8優(yōu)勢(shì)等位基因，該基因與長(zhǎng)時(shí)記憶形成有關(guān)，表明長(zhǎng)時(shí)記憶可能是鳥類長(zhǎng)距離遷徙的重要基礎(chǔ)。

入選理由

“遷徙生物如何發(fā)現(xiàn)其遷徙路線”一直是社會(huì)和學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注的議題，也是《科學(xué)》雜志提出的125個(gè)最具挑戰(zhàn)性的科學(xué)問(wèn)題之一。該研究結(jié)合遙感衛(wèi)星追蹤、基因組學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)等研究手段，通過(guò)多學(xué)科整合分析方法闡明了鳥類遷徙路線變遷成因和遺傳基礎(chǔ)。

素材解讀

以往的鳥類遷徙研究都是人們通過(guò)觀察來(lái)記錄鳥類遷徙的時(shí)節(jié)和方向，一路上人類的觀察和記錄逐漸形成了鳥類遷徙的路線和規(guī)律，但仍然有一些鳥種的遷徙依然是謎。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類了解鳥類的遷徙和自然史變得更加便捷和準(zhǔn)確，許多更有意思的鳥類遷徙之謎和自然史被人們逐漸發(fā)現(xiàn)和了解。中國(guó)科學(xué)家的這次研究發(fā)現(xiàn)，更是展現(xiàn)了學(xué)科交叉型的創(chuàng)新性研究在遷徙鳥類保護(hù)中的重要作用。我們也相信，這對(duì)于人類認(rèn)識(shí)自然、與自然和諧相處有很重要的意義。