這一年我們不斷提升創(chuàng)新實力

2024年，中國科技界捷報頻傳，大國重器亮點紛呈，科技成果競相涌現(xiàn)。一項項科技成果，不僅標注著科技發(fā)展的中國高度，也為全球科技發(fā)展注入強勁動力。

2024年，中國科技界捷報頻傳，大國重器亮點紛呈，科技成果競相涌現(xiàn)。從全球最大26兆瓦級海上風力發(fā)電機組下線，到自主研制的300兆瓦級F級重型燃氣輪機順利點火；從我國首顆可重復使用返回式技術試驗衛(wèi)星成功回收，到全球首例介入式腦機接口傳感器血管內(nèi)取出試驗獲得成功……一項項科技成果，不僅標注著科技發(fā)展的中國高度，也為全球科技發(fā)展注入強勁動力。

“本源悟空”量子計算機上線運行

2024年1月6日，我國第三代自主超導量子計算機——“本源悟空”上線運行。“本源悟空”搭載72位自主超導量子芯片“悟空芯”，共有198個量子比特，其中包含72個工作量子比特和126個耦合器量子比特。這是目前我國最先進的可編程、可交付超導量子計算機。

“本源悟空”還搭載了我國首個量子計算機操作系統(tǒng)——本源司南3.0版本。這一系統(tǒng)在國內(nèi)首次實現(xiàn)了對量子計算任務批處理的支持，不僅支持量超協(xié)同計算，還可高效調度量子計算資源，大幅提升量子計算機整機運行效率。

4月10日，“本源悟空”成功裝備國內(nèi)首個PQC（后量子密碼）“抗量子攻擊護盾”。從算力提升到“攻守兼?zhèn)洹保覈孔佑嬎銠C制造鏈更加完備。

10月25日，我國科學家在“本源悟空”上，成功完成了全球最大規(guī)模的量子計算流體動力學仿真，標志著國產(chǎn)量子算力在解決實際問題方面取得重要進展。相關成果發(fā)表在國際期刊《應用力學與工程中的計算機方法》上。中國科學院量子信息重點實驗室副主任、“本源悟空”科研團隊主要負責人郭國平表示：“此次研究不僅證明我國自主超導量子計算機具備開展大規(guī)模、高精度流體動力學研究的能力，也為我們探索更多復雜科學問題提供了新工具和新方法。”

目前，“本源悟空”已與多個國家級超算中心以及金融、通信、電力、航空、航天等部門和單位展開合作。

空間環(huán)境地面模擬裝置驗收

北國冰城，一座“地面空間站”拔地而起。2024年2月27日，由哈爾濱工業(yè)大學、中國航天科技集團聯(lián)合建設的空間環(huán)境地面模擬裝置在哈爾濱通過驗收。這是我國航天領域首個國家重大科技基礎設施。

空間環(huán)境地面模擬裝置被稱為“地面空間站”，是“十二五”時期開始建設的國家重大科技基礎設施之一。它可以模擬真空、高低溫、帶電粒子、電磁輻射、空間粉塵、等離子體、弱磁場、中性氣體、微重力等九大類空間環(huán)境因素，旨在聚焦航天領域重大基礎性科學技術問題，構建空間綜合環(huán)境與航天器、生命體和等離子體作用科學領域的大型研究基地。

空間環(huán)境地面模擬裝置國家重大科技基礎設施項目，聚焦航天領域的重大基礎性科學技術問題，構建我國首個空間綜合環(huán)境與航天器、生命體和等離子體作用科學領域的大型研究基地，形成國際領先水平的空間環(huán)境耦合效應試驗研究平臺。相較于把實驗儀器設備搬到太空，“地面空間站”既能節(jié)省成本、減少安全隱患，又可以根據(jù)科學問題和工程需要，設置特定的環(huán)境因素，不受時空限制進行多次重復驗證，從而創(chuàng)造更加安全便捷的實驗條件和科研手段。

空間環(huán)境地面模擬裝置2005年開始論證，2024年正式通過驗收，整個建設過程歷時18年。去年試運行以來，裝置已經(jīng)服務了國內(nèi)外多家單位，支撐了我國多款宇航電子元器件的研發(fā)和一系列國家重大航天任務的實施，取得了多項標志性成果。驗收委員會認為，這一項目突破了空間環(huán)境模擬及其與物質作用領域的系列關鍵技術，項目總體建設指標處于國際先進水平，部分關鍵技術指標處于國際領先水平。

第一口突破萬米的科探井誕生

3月4日，在新疆塔克拉瑪干沙漠腹地，中國石油塔里木油田深地塔科1井，經(jīng)過279天的艱苦工作，鉆探深度突破1萬米。這是我國第一口垂直深度超過1萬米的井，不僅刷新了亞洲最深井紀錄，也創(chuàng)造了當今世界上鉆探1萬米深井用時最短紀錄。這標志著我國自主攻克了萬米級特深井鉆探技術瓶頸，深地油氣鉆探能力及配套技術躋身國際先進水平。

深地塔科1井位于新疆阿克蘇地區(qū)沙雅縣境內(nèi)，設計井深11100米，其主要任務是進行地球深部科學探索和超深層油氣勘探。

深地塔科1井的鉆探過程，不僅要面對復雜多變的地質構造，還要跨越地下“萬重山”，穿越多套不同巖性、不同壓力系統(tǒng)的巖層。深地塔科1井自上而下要鉆穿塔里木盆地13個地層。進入8000米深度后，地層異常堅硬，先后更換了15只鉆頭才艱難鉆進到萬米。最極端時，井下的鉆工具要面對170多兆帕壓力的沖擊，同時經(jīng)受近220攝氏度的超高溫考驗。在這樣惡劣的井下環(huán)境中，一般鉆井設備儀器的電子元器件、橡膠件等，均會損壞或失效。

為了打成這口萬米深井，塔里木油田采用了我國自主研制的全球首臺12000米特深井自動化鉆機，創(chuàng)新研發(fā)了220攝氏度超高溫鉆井液、抗高溫螺桿等工藝技術，同時儲備了萬米取芯裝備、特高壓壓裂車等一批關鍵核心裝備。

“天眸芯”研制成功

5月30日，“天眸芯”相關成果作為封面文章，發(fā)表于國際學術期刊《自然》。這款芯片由清華大學科研團隊研制，是世界首款類腦互補視覺芯片。

為了打成這口萬米深井，塔里木油田采用了我國自主研制的全球首臺12000米特深井自動化鉆機，創(chuàng)新研發(fā)了220攝氏度超高溫鉆井液、抗高溫螺桿等工藝技術，同時儲備了萬米取芯裝備、特高壓壓裂車等一批關鍵核心裝備。

論文通訊作者、清華大學精密儀器系教授施路平介紹，在開放世界中，智能系統(tǒng)不僅要應對龐大的數(shù)據(jù)量，還需要應對如駕駛場景中的突發(fā)危險、隧道口的劇烈光線變化和夜間強閃光干擾等極端事件。而傳統(tǒng)視覺感知芯片面對此類場景往往出現(xiàn)失真、失效或高延遲，限制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

為更好應對上述問題，清華大學類腦計算研究中心團隊聚焦類腦視覺感知芯片技術，提出了一種基于視覺原語的互補雙通路類腦視覺感知新范式。

“天眸芯”采用先進的類腦計算架構，能夠在光照變化大、動態(tài)范圍高、遮擋、噪聲、模糊等復雜視覺環(huán)境下，通過模擬人腦神經(jīng)元和突觸的連接方式，實現(xiàn)對視覺信息的層次化、并行化、自適應處理。該芯片集成了數(shù)十萬個神經(jīng)元和數(shù)百萬個突觸，能夠在低功耗下實現(xiàn)高效的視覺信息處理，其性能超越了傳統(tǒng)計算機視覺算法。

“天眸芯”具有強大的自適應學習能力，能夠根據(jù)環(huán)境變化和任務需求，自動調整神經(jīng)元的連接權重和突觸的傳遞效率，實現(xiàn)對復雜視覺環(huán)境的快速適應和魯棒處理。此外，該芯片還具有高度的可擴展性和可編程性，可以方便地應用于不同領域的視覺信息處理任務。“天眸芯”的成功研制，標志著我國在類腦計算領域取得了重要進展，更展現(xiàn)了其在智能無人系統(tǒng)領域的巨大應用潛力。

介入式腦機接口傳感器取出

8月16日，南開大學公布，全球首例介入式腦機接口傳感器血管內(nèi)取出試驗日前在北京圓滿成功。該試驗由南開大學醫(yī)學院副院長、人工智能學院教授段峰及其團隊牽頭，與中國人民解放軍空軍特色醫(yī)學中心、中國人民解放軍總醫(yī)院等聯(lián)合完成。

2022年6月25日，團隊牽頭完成了國內(nèi)首款介入式腦機接口動物羊試驗，突破了介入式腦電電極、血管內(nèi)腦電采集等核心技術，完成了支架、導管等神經(jīng)介入器械產(chǎn)品研制，解決了傳統(tǒng)侵入式腦機接口對腦區(qū)造成不可逆損傷的弊端。2023年5月4日，團隊牽頭完成了全球首例非人靈長類動物介入式腦機接口試驗，實現(xiàn)了介入式腦電信號從被動采集到主動控制的技術飛躍，突破了血管內(nèi)腦電信號采集、介入式腦電信號識別等核心技術。

據(jù)介紹，此次試驗是在前期兩項試驗基礎上取得的進一步成果。內(nèi)容包括涉及將無線傳輸設備植入實驗動物皮下，并將采集到的介入式腦電信號通過無線傳輸設備傳出，實現(xiàn)了穩(wěn)定、高效的信號傳輸；通過介入手術將先前導入羊顱內(nèi)血管壁上的介入式腦機接口傳感器安全取出。整個過程在DSA造影引導下進行，確保了手術過程的安全性。

此次試驗的成功，不但驗證了無線傳輸設備與介入式腦機接口系統(tǒng)的安全性和生物兼容性，而且驗證了介入式腦機接口傳感器可以在不損傷腦組織和血管的情況下被安全取出，為未來介入式腦機接口技術的臨床應用提供了堅實基礎。

據(jù)介紹，無線傳輸技術的應用將幫助介入式腦機接口系統(tǒng)變得更加便攜和易用，通過識別運動皮層腦電信號控制康復運動輔助機器人工作，可大大提升腦卒中、腦損傷、截癱等運動功能障礙患者的生活質量，將來還會通過醫(yī)工結合打造高端醫(yī)療設備民族品牌，為腦疾病醫(yī)療康復領域帶來廣闊的市場前景和長遠的社會效益。

300兆瓦級F級重型燃氣輪機點火

10月7日，我國自主研制的300兆瓦級F級重型燃氣輪機在上海臨港點火成功。

超大型燃氣輪機被公認為世界上最難造的機械裝備之一，被譽為“制造業(yè)皇冠上的明珠”。該款300兆瓦級F級重型燃氣輪機，是我國首次自主研制的最大功率、最高技術等級重型燃氣輪機，技術指標與國際主流F級重型燃氣輪機基本相當。該機型采用的新技術、新材料、新工藝對我國燃氣輪機基礎學科進步、產(chǎn)業(yè)技術發(fā)展有顯著的輻射帶動作用，對保障我國能源安全和綠色發(fā)展具有重要意義。

燃氣輪機點火試驗是整機試驗驗證階段的首個重大試驗，主要任務是驗證整機設計、制造的有效性和試驗測試系統(tǒng)的功能完整性，為全面開展整機驗證奠定基礎。這次成功點火，是繼今年2月首臺樣機總裝下線以來取得的又一重要成果，標志著項目研制全面進入整機試驗驗證階段。

“夢想”號建成入列

“打穿地殼、進入地球深部”，這是人類長久以來的科學夢想。如今，中國最新入列的科考船“夢想”號有望將這一夢想變成現(xiàn)實。11月17日，這艘擁有最大11000米的鉆深能力、我國自主設計建造的首艘大洋鉆探船在廣州正式入列。

全長179.8米、寬32.8米、排水量42600噸的“夢想”號，是我國目前噸位最大的科考船，其續(xù)航力15000海里，能夠搭載180名船員。“夢想”號穩(wěn)定性和結構強度按16級超強臺風安全要求設計，可在6級海況下正常作業(yè)，具備全球海域無限航區(qū)作業(yè)能力。

“夢想”號采用模塊化設計理念，攻克多項世界級船舶設計難題，在國際上首次創(chuàng)新集成大洋科學鉆探、深海油氣勘探和天然氣水合物勘查試采等多種功能，構建起我國自主的超深水鉆探裝備設計建造技術體系。經(jīng)兩輪海試驗證，“夢想”號主要性能指標優(yōu)于設計要求。

作為全球領先的深海作業(yè)平臺，“夢想”號堪稱海上移動實驗室，科考實驗功能和信息化水平國際領先。全船建有基礎地質、古地磁、無機地化、有機地化、微生物、海洋科學、天然氣水合物、地球物理、鉆探技術九大功能實驗室，總面積超3000平方米，配置有全球首套船載巖芯自動傳輸存儲系統(tǒng)，可滿足海洋領域全學科研究需求。