專家帶你讀懂 “2017年度中國科學十大進展”

2月27日，科技部公布“2017年度中國科學十大進展”。本次入選項目完成時間為2016年12月1日至2017年11月30日，且絕大多數項目成果在《自然》、《科學》等國際頂尖刊物發表，得到國際學術界高度評價。

“中國科學十大進展”遴選活動由科技部基礎研究管理中心牽頭，聯合《中國基礎科學》等5家刊物編輯部共同組織。經兩院院士等2200余名專家學者投票，得票數排名前10位的科學進展最終入選“2017年度中國科學十大進展”。經專家層層遴選、投票上榜的這十大進展有何神奇之處？這些項目為何能贏得全球科技界點贊？“重大突破”“填補空白”等高度評價背后的科技創新點是什么？為幫助公眾更好地理解和支持基礎研究，10位專家分別對十大進展進行了解讀。

NO.1 實現星地千公里級量子糾纏和密鑰分發及隱形傳態

亮點解讀：為構建量子保密通信網絡打下基礎

眾所周知，“墨子號”量子科學實驗衛星已正式交付開展科學實驗，中國科學技術大學潘建偉和彭承志研究組聯合中國科學院上海技術物理研究所王建宇研究組等，利用“墨子號”在國際上率先實現了千公里級星地雙向量子糾纏分發，以及實現千公里級星地量子密鑰分發和地星量子隱形傳態。

“這是很聰明的一個辦法。”清華大學王向斌教授評價說，這支研究團隊打破傳統傳輸距離的限制，實現關鍵技術瓶頸的創新性突破，為構建覆蓋全球的天地一體化量子保密通信網絡提供了可靠的技術支撐，也讓我國未來繼續引領世界量子通信技術發展增添了保障。

研究成果一經發表，即得到國際學術界高度評價，入選了《自然》雜志點評的和美國著名科學媒體Science News評選的“2017年度重大科學事件”。

NO.2 將病毒直接轉化為活疫苗及治療性藥物

亮點解讀：我國找到“馴服病毒”的革命性手段

自出生后，孩子就要開始接種疫苗，因為疫苗是預防病毒感染的最有效手段之一。北京大學藥學院周德敏、張禮和研究組以流感病毒為模型，實現流感病毒由致病性傳染源向預防性疫苗和治療性藥物的重大轉變。

生物、化學理論過去一直由西方主導。中國醫學科學院藥物研究所蔣建東研究員說，這是我國在生物醫藥領域的首次重大突破，該方法將是研發活病毒疫苗的一種通用方法，并可針對幾乎所有病毒。

《科學》雜志評述該進展為病毒疫苗領域的革命性突破。《自然》雜志稱其為“馴服病毒的新方法”。

NO.3 首次探測到雙粲重子

亮點解讀：世界又“撞”出了新粒子

繼2012年發現“上帝粒子”后，歐洲核子研究中心又撞出了新粒子——雙粲重子。由清華大學高原寧領導的中國研究團隊與國內理論家密切合作，主導了此次發現工作。

“這是長期不懈努力、堅持，并與理論相結合的重大成果。”中國科學院理論物理研究所張肇西院士認為，對雙粲重子性質的研究將有助于人類深入理解物質的構成和強相互作用力的本質，有助于我們理解構成這個世界的最基本的力。

《物理評論快報》審稿人評價：“該論文給出了期待已久的重要結果——首次觀測到雙粲重子。”美國《物理》雜志同時以“倍加迷人的粒子”為題進行了專論報道，認為該發現“為科研人員提供了檢驗量子色動力學的獨特體系”。

NO.4 實驗發現三重簡并費米子

亮點解讀：開發新型電子器件有了理論基礎

玻色子和費米子是組成宇宙的基本粒子，且現有理論認為宇宙中不存在三重簡并的費米子。然而，中國科學院物理研究所丁洪、錢天和石友國研究組與合作者，卻在磷化鉬晶體中首次觀測到一類具有三重簡并的費米子。

近年來，尋找新型費米子是凝聚態物理領域一個挑戰性的前沿科學問題。清華大學薛其坤院士認為，首次觀測到三重簡并費米子，為固體材料中電子拓撲態研究開辟了新方向。

薛其坤說，三重簡并費米子對外加磁場的反應非常敏感，未來對促進人們認識量子物態、發現新奇物理現象、開發新型電子器件具有重要意義。

NO.5 實現氫氣的低溫制備和存儲

亮點解讀：推動氫燃料電池廣泛應用

氫能被譽為下一代二次清潔能源，但氫氣的高效制備以及安全存儲和運輸一直困擾人類。北京大學化學與分子工程學院馬丁研究組與中國科學院山西煤化研究所溫曉東以及大連理工大學石川等合作，針對甲醇和水液相制氫反應的特點，開發出新型原子級分散的鉑-碳化鉬雙功能催化劑，實現了在低溫下高效產氫效率。

眾所周知，氫氣的儲存是氫燃料電池走向應用的關鍵。中國科學院化學研究所宋衛國研究員認為，這種催化體系思路可以用于其他化學反應中，推動解決氫燃料電池技術難題。

美國化學會C&E News雜志和英國皇家化學會Chemistry World雜志分別以“氫能源：制備氫燃料新過程”和“新型催化劑點亮氫能汽車未來”為題進行了報道，認為“這是氫能儲存和運輸體系的一個重大突破”。

NO.6 研發出基于共格納米析出強化的新一代超高強鋼

亮點解讀：不尋常的超高強韌“中國鋼”

從航空母艦到大飛機，都離不開超高強鋼。北京科技大學呂昭平研究組與合作者針對低成本高性能的目標，研發出共格納米析出強化的新一代超高強鋼。

中國鋼研科技集團有限公司雍歧龍研究員表示，航空航天、交通運輸、先進核能以及國防裝備等重要領域對超高強鋼都有緊迫需求。但相關技術一直被國外壟斷，長久以來超高強鋼大多依靠進口。新一代超高強鋼大幅降低制備成本，具有高的有序抗力，極大增強了合金的強度，但不犧牲其延展性能，未來前景廣闊。

《自然·材料》發表專門評述文章指出，該研究“為研發具有優異的強度、塑性和成本相結合的結構材料提供了新的途徑”。

NO.7 利用量子相變確定性制備出多粒子糾纏態

亮點解讀：冷原子研究重大突破

量子糾纏既是實現量子計算和量子模擬的重要資源，也有助于實現超越經典干涉儀（如引力波探測的光學干涉儀LIGO）的測量精度極限。實現多粒子糾纏是量子物理實驗研究的一大追求。

清華大學物理系尤力和鄭盟錕研究組領導的冷原子研究團隊，在國際上首次利用原子玻色-愛因斯坦凝聚體中的量子相變確定性地制備出對精密測量具有重要意義的量子糾纏態。創造了目前能確定性制備的量子糾纏粒子數目的世界紀錄。

中國科學院物理研究所向濤院士說，利用量子相變確定性制備多體糾纏態是一種嶄新的嘗試。這一全新的理解和糾纏態制備方法為未來其他多粒子糾纏態的制備提供了一種思路。

NO.8 中國發現新型古人類化石

亮點解讀：中國的古人類學研究不再邊緣化

長期以來，古人類學界對在中國境內發現的中更新世晚期至晚更新世早期過渡階段古人類成員的演化地位一直存在爭議。河南靈井遺址發現的兩件古人類頭骨化石——許昌人，為探討這一階段中國古人類的演化模式提供了重要信息。

中國科學院古脊椎動物與古人類研究所吳秀杰研究組與美國華盛頓大學Erik Trinkaus等合作的研究顯示，晚更新世早期中國境內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。

北京大學考古文博學院吳小紅教授表示，許昌人化石為中國古人類演化的地區連續性以及與歐洲古人類之間的交流提供了一定程度的支持。《科學》雜志認為這項研究“是中國學者在古人類研究領域取得的一項重大突破。”

NO.9 酵母長染色體的精準定制合成

亮點解讀：染色體疾病有了研究模型

基因組設計合成推動生命科學研究由理解生命向創造生命延伸。然而，基因組合成面臨長染色體難以精準合成、合成染色體導致細胞失活等難題。

天津大學元英進、清華大學戴俊彪、深圳華大基因楊煥明等團隊與合作者利用多級模塊化和標準化人工基因組合成方法，成功設計構建了4條釀酒酵母長染色體。在此基礎上，構建了人工環形染色體，為當前無法治療的染色體成環疾病發生機理和潛在治療手段建立了研究模型。

清華大學劉磊教授說，該研究為深化理解生命進化、基因組與功能關系等基礎科學問題提供了新的思路。多家國際學術期刊高度評價本工作，認為這是第一個全合成真核生物基因組的重要里程碑。

NO.10 研制出可實現自由狀態腦成像的微型顯微成像系統

亮點解讀：解碼大腦有了“看得見”的利器

大腦學習、記憶、決策、思維的過程可以“看得見”？北京大學生物膜與膜生物工程國家重點實驗室程和平及陳良怡研究組與電子工程與計算機科學學院張云峰和王愛民等合作，成功研制出2.2克微型化佩戴式雙光子熒光顯微鏡，并佩戴在小白鼠頭上，在國際上首次記錄了小鼠大腦神經元和神經突觸活動的高速高分辨圖像。

清華大學祁海教授認為，它為腦科學的研究提供了重要的高端儀器。可在動物自然行為條件下，實現對神經突觸、神經元、神經網絡、多腦區等多尺度、多層次動態信息處理的長時程觀察，這樣不僅可以“看得見”大腦活動過程，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機制發揮重要作用。

該成像系統被2014年諾貝爾生理學或醫學獎得主Edvard I. Moser稱之為研究大腦的空間定位神經系統的革命性新工具。