~【中國化工儀器網(wǎng) 行業(yè)動(dòng)態(tài)】近日，2017年度中國科學(xué)進(jìn)展在京發(fā)布。經(jīng)專家遴選、投票，10項(xiàng)具有水平的重大科學(xué)進(jìn)展從30個(gè)候選項(xiàng)目中脫穎而出。其中，中國科學(xué)院主導(dǎo)或參與完成的多項(xiàng)成果入選，“實(shí)現(xiàn)星地千公里級(jí)量子糾纏和密鑰分發(fā)及隱形傳態(tài)”位列。根據(jù)得票高低，2017年度中國科學(xué)進(jìn)展分別為：實(shí)現(xiàn)星地千公里級(jí)量子糾纏和密鑰分發(fā)及隱形傳態(tài)，將病毒直接轉(zhuǎn)化為活疫苗及治療性藥物，探測到雙粲重子，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)三重簡并費(fèi)米子，實(shí)現(xiàn)氫氣的低溫制備和存儲(chǔ)，研發(fā)出基于共格納米析出強(qiáng)化的新一代超高強(qiáng)鋼，利用量子相變確定性制備出多粒子糾纏態(tài)，中國發(fā)現(xiàn)新型古人類化石，酵母長染色體的定制合成，研制出可實(shí)現(xiàn)自由狀態(tài)腦成像的微型顯微成像系統(tǒng)。 1、實(shí)現(xiàn)星地千公里級(jí)量子糾纏和密鑰分發(fā)及隱形傳態(tài) 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉和彭承志研究組聯(lián)合中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所王建宇研究組等，創(chuàng)新性地突破了包括天地雙向高精度光跟瞄、空間高亮度量子糾纏源、抗強(qiáng)度漲落誘騙態(tài)量子光源以及空間長壽命低噪聲單光子探測等多項(xiàng)的關(guān)鍵技術(shù)，利用“墨子號(hào)”在上實(shí)現(xiàn)了千公里級(jí)星地雙向量子糾纏分發(fā)，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)空間尺度嚴(yán)格滿足“愛因斯坦定域性條件”的量子力學(xué)非定域性檢驗(yàn)；實(shí)現(xiàn)了千公里級(jí)星地量子密鑰分發(fā)和地星量子隱形傳態(tài)，密鑰分發(fā)速率比地面同距離光纖量子通信水平提高了20個(gè)數(shù)量級(jí)，為構(gòu)建覆蓋的天地一體化量子保密通信網(wǎng)絡(luò)提供了可靠的技術(shù)支撐，為我國在未來繼續(xù)世界量子通信技術(shù)發(fā)展和空間尺度量子物理基本問題檢驗(yàn)前沿研究奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)。 相關(guān)研究進(jìn)展分別發(fā)表在2017年6月16日《科學(xué)》[Science, 356(6343):1140—1144]和2017年9月7日《自然》[Nature,549(7670):43—47]和[Nature, 549(7670):70—73]。“墨子號(hào)”科學(xué)家潘建偉教授也入選了Nature雜志評(píng)選的“2017年度改變世界的科學(xué)人物”，被稱之為“讓量子通信馳騁于天地之間的物理學(xué)家”。 2、將病毒直接轉(zhuǎn)化為活疫苗及治療性藥物 北京大學(xué)藥學(xué)院周德敏、張禮和研究組以流感病毒為模型，在保留病毒完整結(jié)構(gòu)和感染力的情況下，僅突變病毒基因的一個(gè)三聯(lián)遺傳密碼為終止密碼，流感病毒就由致病性傳染源變?yōu)轭A(yù)防性疫苗，再突變多個(gè)三聯(lián)碼為終止密碼，病毒就變?yōu)橹委熜运幬铩Ｏ嚓P(guān)研究進(jìn)展發(fā)表在2016年12月2日《科學(xué)》[Science, 354(6316):1170—1173] 該研究進(jìn)展是我國長期支持基礎(chǔ)研究、并鼓勵(lì)基礎(chǔ)研究進(jìn)行臨床轉(zhuǎn)化的典型范例。Science評(píng)述該進(jìn)展為病毒疫苗領(lǐng)域的革命性突破，Nature稱其為“馴服病毒的新方法”。 3、探測到雙粲重子 歐洲核子研究中心于2017年7月6日宣布，來自大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上底夸克探測器合作組的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種被稱為雙粲重子的新粒子。與質(zhì)子和中子類似，新發(fā)現(xiàn)的雙粲重子由三個(gè)夸克組成，但其夸克組分不同：質(zhì)子由兩個(gè)上夸克和一個(gè)下夸克組成，中子由兩個(gè)下夸克和一個(gè)上夸克組成，而雙粲重子則由兩個(gè)較重的粲夸克和一個(gè)上夸克組成。底夸克探測器合作組由來自16個(gè)國家的超過1000名科學(xué)家組成，清華大學(xué)、華中師范大學(xué)、中國科學(xué)院大學(xué)和武漢大學(xué)是合作組的成員單位。由清華大學(xué)高原寧領(lǐng)導(dǎo)的中國研究團(tuán)隊(duì)通過與國內(nèi)理論家密切合作，主導(dǎo)了此次雙粲重子發(fā)現(xiàn)的物理分析工作，對(duì)該粒子的發(fā)現(xiàn)做出了關(guān)鍵性貢獻(xiàn)。相關(guān)研究進(jìn)展發(fā)表在2017年9月11日《物理評(píng)論快報(bào)》[Physical Review Letters, 119, 112001]。 4、實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)三重簡并費(fèi)米子 中國科學(xué)院物理研究所丁洪、錢天和石友國研究組與合作者在上海光源“夢(mèng)之線”和瑞士光源上利用角分辨光電子能譜實(shí)驗(yàn)技術(shù)，在磷化鉬晶體中觀測到一類具有三重簡并的費(fèi)米子。組成宇宙的基本粒子可分為玻色子和費(fèi)米子。現(xiàn)有的理論認(rèn)為宇宙中只可能存在三種類型的費(fèi)米子，即狄拉克費(fèi)米子、外爾費(fèi)米子和馬約拉納費(fèi)米子，其中狄拉克費(fèi)米子具有四重簡并，外爾費(fèi)米子和馬約拉納費(fèi)米子具有兩重簡并，而三重簡并的費(fèi)米子在宇宙中是不存在的。尋找新型費(fèi)米子是近年來凝聚態(tài)物理領(lǐng)域一個(gè)挑戰(zhàn)性的前沿科學(xué)問題，也是該領(lǐng)域競爭的焦點(diǎn)之一。此研究進(jìn)展開辟了探索凝聚態(tài)體系中非傳統(tǒng)費(fèi)米子的途徑，對(duì)促進(jìn)人們認(rèn)識(shí)量子物態(tài)、發(fā)現(xiàn)新奇物理現(xiàn)象、開發(fā)新型電子器件具有重要的意義。相關(guān)研究進(jìn)展發(fā)表在2017年6月29日《自然》[Nature, 546(7660):627—631] 5、實(shí)現(xiàn)氫氣的低溫制備和存儲(chǔ) 北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院馬丁研究組與中國科學(xué)院山西煤化研究所溫曉東以及大連理工大學(xué)石川等合作的研究表明，將鉑單原子分散在面心立方結(jié)構(gòu)的碳化鉬上制備的催化劑可用于甲醇的液相重整，在較低溫度下(150—190攝氏度)能夠表現(xiàn)出很高的產(chǎn)氫活性，可達(dá)每摩爾鉑每小時(shí)產(chǎn)氫18046摩爾。這種*的制氫能力遠(yuǎn)大于以前報(bào)道的低溫甲醇重整催化劑(高出近兩個(gè)數(shù)量級(jí))。同時(shí)，該研究團(tuán)隊(duì)在水煤氣變換產(chǎn)氫過程中也突破了低溫條件下高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率與高反應(yīng)速率不能兼得的難題。 氫能被譽(yù)為下一代二次清潔能源，但氫氣的制備以及安全存儲(chǔ)和運(yùn)輸一直以來是阻礙氫能源大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸。此研究進(jìn)展是氫能儲(chǔ)存和輸運(yùn)體系的一個(gè)重大突破，點(diǎn)亮了氫能汽車的未來。相關(guān)研究進(jìn)展分別發(fā)表在2017年4月6日《自然》[ Nature,544(7648):80—83]和2017年7月28日《科學(xué)》[Science, 357(6349):389—393]。 6、研發(fā)出基于共格納米析出強(qiáng)化的新一代超高強(qiáng)鋼 北京科技大學(xué)呂昭平研究組與合作者針對(duì)低成本高性能的目標(biāo)，創(chuàng)新性提出利用高密度共格納米析出相來強(qiáng)韌化超高強(qiáng)合金的設(shè)計(jì)思想，采用輕質(zhì)且便宜的鋁元素替代馬氏體時(shí)效鋼中昂貴的鈷和鈦等元素，大幅降低成本的同時(shí)通過簡單的熱處理促進(jìn)*密度、全共格納米相析出，研發(fā)出共格納米析出強(qiáng)化的新一代超高強(qiáng)鋼。他們通過調(diào)控晶格錯(cuò)配度使得析出相在產(chǎn)生極低共格畸變的同時(shí)又具有高的有序抗力，這極大增強(qiáng)了合金的強(qiáng)度但不犧牲其延展性能。所涉及的顛覆性合金設(shè)計(jì)思想也可應(yīng)用于其它結(jié)構(gòu)材料的研發(fā)。 超高強(qiáng)鋼在航空航天、交通運(yùn)輸、先進(jìn)核能以及國防裝備等國民經(jīng)濟(jì)重要領(lǐng)域發(fā)揮支撐作用，而且也是未來輕型化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安全防護(hù)的關(guān)鍵材料。該研究“以的*馬氏體鋼設(shè)計(jì)思想，簡化的合金元素及析出相強(qiáng)化本質(zhì)，為研發(fā)具有優(yōu)異的強(qiáng)度、塑性和成本相結(jié)合的結(jié)構(gòu)材料提供了新的途徑”。 相關(guān)研究進(jìn)展發(fā)表在2017年4月27日在《自然》[ Nature, 544(7651):460—464]。 7、利用量子相變確定性制備出多粒子糾纏態(tài) 實(shí)現(xiàn)多粒子糾纏是量子物理實(shí)驗(yàn)研究的一大追求。清華大學(xué)物理系尤力和鄭盟錕研究組，通過調(diào)控銣-87原子玻色-愛因斯坦凝聚體中的自旋混合過程，使其連續(xù)發(fā)生兩次量子相變，實(shí)現(xiàn)了包含約11000個(gè)原子的雙數(shù)態(tài)的確定性制備。通過直接觀測該糾纏態(tài)，他們表征其不同內(nèi)態(tài)間原子數(shù)的差值的漲落低于經(jīng)典極限10.7±0.6分貝，其集體自旋的歸一化長度為近似的0.99±0.01。這兩個(gè)指標(biāo)反映該多體糾纏態(tài)可以提供超越標(biāo)準(zhǔn)量子極限約6分貝的相位測量靈敏度，以及至少910個(gè)的糾纏原子數(shù)——創(chuàng)造了目前能確定性制備的量子糾纏粒子數(shù)目的世界紀(jì)錄。利用量子相變確定性制備多體糾纏態(tài)是一種嶄新的嘗試。由于連續(xù)量子相變點(diǎn)處有限系統(tǒng)的能隙很小，系統(tǒng)穿過相變點(diǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的激發(fā)。他們的研究顯示即使這種激發(fā)會(huì)發(fā)生，量子相變點(diǎn)兩邊迥異的多體能級(jí)結(jié)構(gòu)依然能夠幫助制備出高品質(zhì)的多粒子糾纏態(tài)。 這一全新的理解和糾纏態(tài)制備方法為未來其它多粒子糾纏態(tài)的制備提供了一種思路。另外，雙數(shù)態(tài)的確定性制備為超越標(biāo)準(zhǔn)量子極限的測量科學(xué)與技術(shù)的實(shí)用化發(fā)展，比如實(shí)現(xiàn)海森堡極限精度的原子鐘和原子干涉儀等提供了一種可能。相關(guān)研究進(jìn)展發(fā)表在2017年2月10日《科學(xué)》[Science, 355(6318):620—623]。 8、中國發(fā)現(xiàn)新型古人類化石 中國科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所吳秀杰研究組與美國華盛頓大學(xué)Erik Trinkaus等合作的研究顯示，許昌人顱骨既具有東亞古人類低矮的腦穹隆、扁平的顱中矢狀面、zui大顱寬的位置靠下的古老特征，同時(shí)又兼具歐亞大陸西部尼安德特人一樣的枕骨(枕圓枕上凹/項(xiàng)部形態(tài))和內(nèi)耳迷路(半規(guī)管)形態(tài)，呈現(xiàn)出演化上的區(qū)域連續(xù)性和區(qū)域間種群交流的動(dòng)態(tài)變化。此外，許昌人超大的腦量(1800 cc)和纖細(xì)化的腦顱結(jié)構(gòu)，又體現(xiàn)出中更新世人類生物學(xué)特征演化的一般趨勢(shì)。目前還無法將其歸入任何已知的古人類成員之中，許昌人可能代表一種新型的古老型人類。 這項(xiàng)研究*古老型人類向早期現(xiàn)代人過渡階段中國古人類演化上的空白，表明晚更新世早期中國境內(nèi)可能并存有多種古人類成員，不同群體之間有雜交或者基因交流。許昌人化石為中國古人類演化的地區(qū)連續(xù)性以及與歐洲古人類之間的交流提供了一定程度的支持。 相關(guān)研究進(jìn)展發(fā)表在2017年3月3日《科學(xué)》[Science, 355(6328): 969—972]。 9、酵母長染色體的定制合成 天津大學(xué)元英進(jìn)、清華大學(xué)戴俊彪、深圳華大基因楊煥明等團(tuán)隊(duì)與合作者利用多級(jí)模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化人工基因組合成方法，基于一步法大片段組裝技術(shù)和并行式染色體合成策略，實(shí)現(xiàn)了由小分子核苷酸到活體真核長染色體的定制合成，建立了基于多靶點(diǎn)片段共轉(zhuǎn)化的基因組修復(fù)技術(shù)和DNA大片段重復(fù)的修復(fù)技術(shù)，成功設(shè)計(jì)構(gòu)建了4條釀酒酵母長染色體，實(shí)現(xiàn)了真核長染色體合成序列與設(shè)計(jì)序列的*匹配；原創(chuàng)性地建立了基因組缺陷靶點(diǎn)快速定位方法，提供了表型和基因型關(guān)聯(lián)分析的新策略，通過缺陷靶點(diǎn)的定位與排除，解決了合成基因組導(dǎo)致細(xì)胞失活的難題；在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了人工環(huán)形染色體，為當(dāng)前無法治療的染色體成環(huán)疾病發(fā)生機(jī)理和潛在治療手段建立了研究模型。該研究為深化理解生命進(jìn)化、基因組與功能關(guān)系等基礎(chǔ)科學(xué)問題提供了新的思路。相關(guān)研究進(jìn)展以4篇論文形式發(fā)表在2017年3月10日《科學(xué)》[Science, 355(6329): eaaf4704, eaaf4706, eaaf4791,eaaf3981] 10、研制出可實(shí)現(xiàn)自由狀態(tài)腦成像的微型顯微成像系統(tǒng) 北京大學(xué)生物膜與膜生物工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室程和平及陳良怡研究組與電子工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院張?jiān)品搴屯鯋勖竦群献鳎\(yùn)用微集成、微光學(xué)、超快光纖激光和半導(dǎo)體光電子學(xué)等技術(shù)，在高時(shí)空分辨在體成像系統(tǒng)研制方面取得突破性技術(shù)革新，成功研制出2.2克微型化佩戴式雙光子熒光顯微鏡，在上記錄了懸尾、跳臺(tái)、社交等自然行為條件下，小鼠大腦神經(jīng)元和神經(jīng)突觸活動(dòng)的高速高分辨圖像。 此項(xiàng)突破性技術(shù)將開拓新的研究范式，在動(dòng)物自然行為條件下，實(shí)現(xiàn)對(duì)神經(jīng)突觸、神經(jīng)元、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、多腦區(qū)等多尺度、多層次動(dòng)態(tài)信息處理的長時(shí)程觀察，這樣不僅可以“看得見”大腦學(xué)習(xí)、記憶、決策、思維的過程，還將為可視化研究自閉癥、阿爾茨海默病、癲癇等腦疾病的神經(jīng)機(jī)制發(fā)揮重要作用。相關(guān)研究進(jìn)展發(fā)表在2017年7月《自然·方法學(xué)》[Nature Methods, 14(7):713—719] (資料來源：科技部、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、在線)