2024年度中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展

3月27日，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)在2025中關(guān)村論壇年會(huì)開(kāi)幕式上發(fā)布了2024年度“中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”。本次發(fā)布的“中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”主要分布在數(shù)理天文信息、化學(xué)材料能源、地球環(huán)境和生命醫(yī)學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域。

進(jìn)展1

嫦娥六號(hào)返回樣品揭示月背28億年前火山活動(dòng)

中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所李秋立、中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所徐義剛和中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)李春來(lái)等發(fā)布首批嫦娥六號(hào)（CE-6）月球背面樣品的研究成果，結(jié)果表明CE-6月壤樣品包含玄武巖、角礫巖、粘結(jié)巖、玻璃和淺色巖屑等，密度明顯偏低，粒度呈雙峰式分布，其成分與當(dāng)?shù)匦鋷r成分存在較大差異，顯示月壤來(lái)源的復(fù)雜性。當(dāng)?shù)匦鋷r屬低鈦低鋁類型，Sr-Nd-Pb同位素顯示其來(lái)自極度虧損的月幔源區(qū)，形成于約28億年前的火山噴發(fā)。

進(jìn)展2

實(shí)現(xiàn)大規(guī)模光計(jì)算芯片的智能推理與訓(xùn)練

針對(duì)人工智能推理與訓(xùn)練面臨的算力、能效雙重桎梏，清華大學(xué)方璐、戴瓊海提出了廣度光計(jì)算架構(gòu)，建立了光子干涉—衍射聯(lián)合傳播模型，研制了大規(guī)模通用智能“太極”光計(jì)算芯片，系統(tǒng)級(jí)能效為每焦耳160萬(wàn)億次運(yùn)算；提出了全前向智能光訓(xùn)練方法，創(chuàng)建了光子傳播對(duì)稱性模型，擺脫了對(duì)離線電訓(xùn)練的依賴，賦能高效精準(zhǔn)的原位光訓(xùn)練。該團(tuán)隊(duì)研制的“太極”光芯片實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模光子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的推理與訓(xùn)練，為后摩爾時(shí)代高速高能效智能計(jì)算探索了新路徑。

進(jìn)展3

闡明單胺類神經(jīng)遞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制

及相關(guān)精神疾病藥物調(diào)控機(jī)理

神經(jīng)遞質(zhì)在大腦信號(hào)傳導(dǎo)中經(jīng)歷“釋放—回收—再裝載”的循環(huán)過(guò)程，該過(guò)程的紊亂會(huì)引發(fā)多種精神疾病。神經(jīng)遞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)體在該循環(huán)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，因此調(diào)控其活性是治療精神疾病的核心策略，但現(xiàn)有藥物存在一定副作用和成癮風(fēng)險(xiǎn)。為闡明神經(jīng)遞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制和藥物作用機(jī)制，中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所趙巖團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院物理研究所姜道華等，闡明了多種神經(jīng)遞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)體介導(dǎo)多巴胺、去甲腎上腺素、甘氨酸和囊泡單胺的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程。該系列研究加深了對(duì)神經(jīng)遞質(zhì)循環(huán)的理解，為設(shè)計(jì)副作用小、成癮性低的精神疾病治療藥物提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，并將推動(dòng)我國(guó)精神疾病藥物研發(fā)的進(jìn)程。

進(jìn)展4

實(shí)現(xiàn)原子級(jí)特征尺度

與可重構(gòu)光頻相控陣的納米激光器

激光器的微型化開(kāi)啟了光子技術(shù)發(fā)展的新紀(jì)元，深刻變革了人類的科技與生活。經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的不懈探索，科研人員成功將激光器的特征尺度縮減至約10納米。北京大學(xué)馬仁敏等提出了奇點(diǎn)色散方程，構(gòu)建了介電體系突破光學(xué)衍射極限的理論框架，并研制出迄今模式體積最小的激光器。所研發(fā)的奇點(diǎn)介電納米激光器將激光器的特征尺度推進(jìn)至原子級(jí)。該研究還構(gòu)建了基于納米激光器的可重構(gòu)光頻相控陣，展示了納米激光器能夠以“中”“國(guó)”等圖形生成可重構(gòu)的陣列化相干激射。與常規(guī)激光器相比，納米激光器還具有更低能耗、更快調(diào)制速度等特點(diǎn)，有望在信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

進(jìn)展5

發(fā)現(xiàn)自旋超固態(tài)巨磁卡效應(yīng)與極低溫制冷新機(jī)制

極低溫制冷在空間探測(cè)、物質(zhì)科學(xué)、量子科技和大科學(xué)裝置等研究領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，但該技術(shù)高度依賴全球極其短缺的氦3資源。中國(guó)科學(xué)院理論物理研究所/中國(guó)科學(xué)院大學(xué)蘇剛、李偉，中國(guó)科學(xué)院物理研究所孫培杰和北京航空航天大學(xué)金文濤等，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期探索，在鈷基三角晶格量子磁性材料中發(fā)現(xiàn)了兼具固體和超流體特征的新奇量子物態(tài)—自旋超固態(tài)，首次在固體物質(zhì)中發(fā)現(xiàn)自旋超固態(tài)存在的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)自旋超固態(tài)可引起巨磁卡效應(yīng)，通過(guò)調(diào)控磁場(chǎng)獲得了94mK（－273.056℃）的極低溫，成功實(shí)現(xiàn)了亞開(kāi)溫區(qū)無(wú)氦3極低溫固態(tài)制冷，開(kāi)辟了極限制冷新途徑。目前，正基于該效應(yīng)開(kāi)展新型極低溫制冷器件的研制與實(shí)際應(yīng)用探索。

進(jìn)展6

異體CAR-T細(xì)胞療法治療自身免疫病

長(zhǎng)期以來(lái)，如何緩解和治愈自身免疫性疾病是全球共同面臨的醫(yī)學(xué)難題。CAR-T細(xì)胞療法帶來(lái)了新希望，但傳統(tǒng)自體CAR-T細(xì)胞療法存在個(gè)性化生產(chǎn)周期長(zhǎng)、費(fèi)用高等局限性，限制了其廣泛應(yīng)用。海軍軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院（上海長(zhǎng)征醫(yī)院）徐滬濟(jì)、華東師范大學(xué)杜冰、浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院吳華香和華東師范大學(xué)劉明耀等采用自主研發(fā)的異體CAR-T細(xì)胞開(kāi)展臨床研究，成功治療了1名難治性免疫介導(dǎo)的壞死性肌炎患者和2名重癥彌漫型系統(tǒng)性硬化癥患者。這是國(guó)際上首次報(bào)道使用健康供者來(lái)源的異體通用型CAR-T細(xì)胞治療自身免疫病，在臨床上取得了顯著療效，對(duì)廣泛使用CAR-T細(xì)胞療法和降低其治療費(fèi)用起到推動(dòng)作用。

進(jìn)展7

額外X染色體多維度影響男性生殖細(xì)胞發(fā)育

X染色體的基因表達(dá)量對(duì)生殖發(fā)育至關(guān)重要。克氏綜合征（47，XXY）是男性不育最常見(jiàn)的遺傳學(xué)原因，其額外的X染色體損害男性生殖細(xì)胞發(fā)育的分子機(jī)制數(shù)十年來(lái)始終未解。北京大學(xué)喬杰、袁鵬、閆麗盈、魏瑗等研究發(fā)現(xiàn)，克氏綜合征男性生殖細(xì)胞的發(fā)育缺陷始于胎兒期，其生殖細(xì)胞的額外X染色體未發(fā)生失活，導(dǎo)致X染色體基因表達(dá)失衡，減數(shù)分裂等分化基因被抑制，迫使細(xì)胞滯留于幼稚狀態(tài)。該研究為克氏綜合征患者不育的發(fā)病機(jī)制提供了重要見(jiàn)解。

進(jìn)展8

凝聚態(tài)物質(zhì)中引力子模的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)

根據(jù)波粒二象性，引力子被視為引力波所對(duì)應(yīng)的自旋2的假想粒子，是連接廣義相對(duì)論與量子力學(xué)的關(guān)鍵。南京大學(xué)杜靈杰等自主設(shè)計(jì)、組裝了極低溫強(qiáng)磁場(chǎng)共振非彈性偏振光散射系統(tǒng)，基于砷化鎵量子阱，在分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)中觀察到了引力子模。這種類引力子的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)從二維空間角度揭示了度規(guī)擾動(dòng)的量子是自旋2的低能激發(fā)，為在凝聚態(tài)物質(zhì)中研究量子引力問(wèn)題提供了新思路，也有助于理解引力子物理的量子規(guī)律。

進(jìn)展9

高能量轉(zhuǎn)化效率錒系輻射光伏微核電池的創(chuàng)制

微型核電池因持久穩(wěn)定的電力供應(yīng)特性，在極端環(huán)境和長(zhǎng)期運(yùn)作需求中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。錒系核素因其長(zhǎng)半衰期和高衰變能，成為該類電池的理想“燃料”。蘇州大學(xué)王殳凹、王亞星和西北核技術(shù)研究所/湘潭大學(xué)歐陽(yáng)曉平等提出了一種基于“聚結(jié)型能量轉(zhuǎn)換器”的錒系微型核電池架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了錒系核素與能量轉(zhuǎn)換單元的分子級(jí)耦合。該研究結(jié)合光伏電池技術(shù)將輻射自發(fā)光轉(zhuǎn)化為電力輸出，開(kāi)發(fā)出新型錒系輻射光伏核電池，達(dá)到了此類電池最高的能量轉(zhuǎn)換效率。

進(jìn)展10

發(fā)現(xiàn)超大質(zhì)量黑洞影響宿主星系形成演化的重要證據(jù)

星系是構(gòu)成宇宙的基本單位，探索星系中恒星形成的觸發(fā)和停止機(jī)制是星系宇宙學(xué)的核心任務(wù)之一。理論推測(cè)星系中心的超大質(zhì)量黑洞生長(zhǎng)過(guò)程中釋放的能量是影響星系從“生”（恒星形成星系）到“死”（寧?kù)o星系）轉(zhuǎn)變的重要機(jī)制，但長(zhǎng)期缺乏觀測(cè)支持。南京大學(xué)王濤等發(fā)現(xiàn)星系中心黑洞的質(zhì)量是調(diào)制星系中冷氣體含量的最關(guān)鍵物理量：黑洞質(zhì)量越高的星系，其冷氣體含量越低。該研究揭示了中心黑洞主要通過(guò)限制冷氣體這一恒星形成的原料來(lái)調(diào)控星系演化。