前沿掃描六則

2019年度國家最高科學技術獎公布

2019年度國家科學技術獎勵大會于2020年1月10日在北京人民大會堂舉行，中國工程院院士、著名核潛艇專家黃旭華，中國科學院院士、著名大氣科學家曾慶存，共同榮獲本年度國家最高科學技術獎，每人獎金800萬元人民幣。中國國家最高科技獎每年授予人數不超過2 名，1999 年設立、2000 年度首次評選頒獎，之前共有31位著名科技專家獲此殊榮。當天的獎勵大會上，2019年度國家科技獎勵其他獎項也一一揭曉并頒獎。其中，國家自然科學獎46項，包括一等獎1項、二等獎45項；國家技術發明獎65項，包括一等獎3項、二等獎62項；國家科學技術進步獎185項，包括特等獎3項、一等獎22項、二等獎160項；中華人民共和國國際科學技術合作獎授予英國、美國、俄羅斯、意大利、奧地利、芬蘭、挪威、巴基斯坦等國的10位科學家。

嗆一口海水，喝下塑料微粒四百多

美國加州大學海洋學家詹妮弗·布蘭登日前發表論文稱，嗆一口海水，你將喝下400多個塑料微粒。美國國家海洋和大氣管理局將塑料微粒定義為直徑小于5毫米的塑料塊。此前研究認為，每立方米海水中的塑料微粒可能有幾個到上百個。但是，傳統的測量方式是用網過濾海水，且90%的相關實驗中使用的是同一類型的網，這種網只能捕獲直徑大于333微米（三分之一毫米）的塑料塊。于是，布蘭登將研究目標定為直徑在5微米到333微米之間的塑料微粒。她采用孔徑只有5微米的聚碳酸酯過濾器過濾海水，并使用特殊的熒光顯微鏡尋找塑料微粒。統計發現，每立方米海水中的塑料微粒數量高達830萬個，是之前測量數據的幾萬倍甚至上百萬倍。一般情況下，成人喝下一口水的體積是50毫升左右。按照布蘭登的統計，一口海水中的塑料微粒超過400個。

可再現生物神經元行為的硅芯片出現

科學家們花了多年的時間來制造更加酷似生物神經元的芯片模型。但是，試圖在現代硅片上模擬天然構造時，依然存在著一定缺陷。因為芯片雖然在處理某些計算任務時可能比任何人都要快數百萬倍，但是神經元芯片的響應活動一旦與真實生物神經元差之毫厘，很可能最終執行效果就謬以千里。最近，英國巴斯大學研究人員阿蘭·諾格里特及其同事，設計了一種微電路模仿離子通道，其可以像生物神經元一樣整合原始神經刺激并做出響應。之后，研究團隊在硅芯片中再現了單個海馬神經元和呼吸神經元的活動。通過60個電刺激方案，他們發現固態神經元產生的電響應，幾乎和生物神經元一模一樣。研究人員認為，利用該方法或將開發出仿生芯片來修復神經系統中因病而導致功能異常的生物電路。

“萬物DNA”材料問世

全球的數據量不斷增加，傳統的存儲架構，如硬盤和磁帶，越來越難以跟上數據存儲的需要。隨著這些裝置逐漸達到存儲極限，DNA被當作一種長期存儲方案提出來。以色列計算遺傳學家亞尼夫·埃爾利赫和羅伯特·格拉斯等人，開發了“萬物DNA”存儲架構，它可以生成具有不變記憶的材料。為了檢驗這一方法，他們將常見的計算機圖形測試模型“斯坦福兔子”的藍圖編碼為DNA兼容格式，再將其存儲在DNA分子中，進而將DNA分子封裝在二氧化硅小球內，將小球嵌入可生物降解的熱塑性聚酯中，最后使用所得的熱塑性聚酯3D打印了“兔子”。之后，團隊利用存儲在“兔子”中的DNA進行復制：從3D打印兔身上截下一小塊，解碼其中包含的DNA分子。這樣創造出了5代的“兔子”，且沒有任何信息損失。

120億年前已形成巨大星系核

宇宙中存在著眾多星系，這些星系分為兩大類別，即“活潑”星系和“寂靜”星系。星系是由氣體形成恒星的造星工廠，許多星系都在活躍地制造恒星并明亮發光，是“活潑”的星系。而另一類星系則由于某些原因停止了造星運動，被稱為“寂靜”的星系。日本研究小組利用“昴”天文望遠鏡對稱為“斯巴魯XMM牛頓深場”的宇宙區域進行長時間觀測，發現了寂靜星系，然后通過凱克望遠鏡的近紅外光譜儀進行詳細觀測，結果發現該星系位于120億光年遠方，即120億年前的宇宙中。同時也發現該星系的“核”在120 億年前基本形成。這是迄今為止發現的寂靜星系中最遠、最古老的星系。一般認為在宇宙歷史中最初停止形成恒星并變得寂靜的星系是非常重的星系，而此次發現的星系也非常重，這對了解寂靜星系意義重大。

兩個硅量子比特可以在相對較遠距離內通信

量子計算機的計算能力遠超傳統計算機，這源于其應用的量子比特可以同時處在多個狀態。要實現大規模量子計算，未來的量子計算機需要有成千上萬個可以相互通信的量子比特。目前谷歌、IBM開發的原型量子計算機已經擁有了數十個甚至近百個量子比特。而許多技術專家認為，相較谷歌、IBM 原型機使用的超導量子比特，從長遠來看，基于硅的量子比特更有前途，其制造成本更低，保持量子態的時間也更長。但硅自旋量子比特由單電子組成，非常小，如何在多個量子比特之間布線是大規模量子計算機面臨的一個主要挑戰。近日，普林斯頓大學教授杰森·佩塔帶領研究團隊證明，硅自旋量子位在計算機芯片上相距較遠時也可以相互作用，這為解決量子比特間的互連問題奠定了基礎。