科創中國·成果

數字3D重構首個完整人類原腸胚模型

中國科學院動物研究所、北京干細胞與再生醫學研究院以及中國農業大學的研究人員，首次用數字3D重構了首個完整人類原腸胚模型。4月23日，相關研究成果發表在《細胞》雜志上。

研究發現，通過人類原腸胚的3D重構，可以精確地看到每一種細胞在胚胎中的相對分布位置。研究將空間位置信息與細胞類群信息、基因表達信息相結合，可以更加精確地定義不同的細胞類型，并分析其與周圍細胞的作用關系。以中胚層細胞的形成為例，該研究借助3D重構胚胎并依據空間位置和特征基因進行分析表明中胚層可能在尚未遷出原條時便已發生細胞命運決定，并依據決定好的命運遷移到相應位置上。此項研究成果填補了原腸胚階段人類胚胎各細胞譜系發育知識空白。

出于生命倫理的考慮，人類胚胎的體外培養被限制在14天內，即“14天規則”。而人類原腸運動發生在受精后14～21天，被認為是人類發育的“黑匣子”。基于多能干細胞體外構建的類胚胎結構能夠在一定程度上幫助科學家認識這一過程，但受到技術的限制，目前類胚胎尚不能完全真實地反映胚胎發育軌跡。

因此，研究自然情況下胚胎原腸運動發育景觀，對探討早期胚胎發育異常導致的流產和胎兒疾病的發病機制具有重要的臨床意義，并有望為構建體外類胚胎模型提供藍圖。

我國推力最大液體動力點火試驗圓滿成功

4月28日，由中國航天科技集團六院自主研制的130噸泵后擺液氧煤油發動機完成四機并聯點火試驗，發動機總推力超500噸，這是我國液體動力發展史上推力最大、系統最為復雜的一次發動機點火試驗，是首次大推力液氧煤油發動機四機并聯點火試驗，對四機并聯方案進行了“全面體檢”，為今年新型火箭首飛奠定了堅實的動力基礎。

六院研制團隊突破高溫高壓大流量富氧燃氣搖擺裝置等關鍵技術，并進一步優化了泵后擺發動機系統方案，解決了大功率旋轉機械振動控制等難題。六院研制團隊還通過深入的機理分析和大量的數字仿真，攻破了起動同步性、復雜力熱耦合環境、故障識別與處置、垂直裝配與整體交付、試驗及測控等多項技術難題，確保了發動機和四機并聯方案的穩妥可靠。

試驗后，發動機經檢測處理，將交付飛行應用。

地表最強“空氣充電寶”來了

4月30日，中國科學院研發的國際首套300兆瓦先進壓縮空氣儲能國家示范電站在山東肥城首次并網發電成功。這是目前國際上規模最大、效率最高、性能最優、成本最低的新型壓縮空氣儲能電站。

據介紹，該電站建設規模為300兆瓦/1800兆瓦時，采用中國科學院工程熱物理研究所自主研發的先進壓縮空氣儲能技術，利用山東肥城市豐富的地下鹽穴資源，通過空氣為介質在電網側進行大規模電力儲能，具有規模大、效率高、壽命長、清潔無污染、安全性高等優點，并可實現連續放電6小時，年發電約6億千瓦時，可有效提升區域電網的調峰能力，促進風電、光電等新能源消納，每年可節約標準煤約18.9萬噸，減少二氧化碳排放約49萬噸。

“香山”開源“芯”貢獻

4月29日下午，2024中關村論壇年會重大成果專場發布會在中關村國際創新中心舉辦。會上發布由中國科學院計算技術研究所、北京開源芯片研究院開發的第三代“香山”開源高性能RISC-V處理器核，是國際上首次基于開源模式、使用敏捷開發方法、聯合開發的處理器核。

第三代“香山”主頻達到3GHz@7nm，SPECINT2006評分為15分/GHz，性能水平已進入全球第一梯隊，可廣泛應用于服務器芯片、AI芯片、GPU、DPU等高端芯片領域，為先進計算生態提供開源共享的共性底座技術支撐。

中國科學院計算技術研究所副所長、北京開源芯片研究院首席科學家包云崗進一步介紹稱，“目前香山已經初步形成了一種應用態勢，預計2025年會有一批基于‘香山’的高端芯片進入市場進而被應用。”

光子的分數量子反常霍爾態實現

日前，中國科學技術大學潘建偉院士團隊，在國際上首次實現了光子的分數量子反常霍爾態，為高效開展更多、更新奇的量子物態研究提供了新路徑，助力推進“第二次量子革命”。相關研究成果在線發表于《科學》雜志。

人工搭建的量子系統結構清晰、靈活可控，是一種“自底而上”研究復雜量子物態的新范式。“這種方法的優勢在于它提供了更高的靈活性和可控性，研究者可以精確地控制每一個組件，從而更好地理解和操縱量子系統。”論文共同通訊作者、中國科學技術大學教授陸朝陽說，這類技術被稱為量子模擬，是“第二次量子革命”的重要內容，有望在近期應用于模擬經典計算困難的量子系統并達到“量子計算優越性”。

可批量制造的新型光學“硅”與芯片技術誕生

5月8日，中國科學院上海微系統與信息技術研究所研究員歐欣團隊在鉭酸鋰異質集成晶圓及高性能光子芯片制備領域取得突破性進展。相關研究成果發表在《自然》雜志上。

鈮酸鋰有“光學硅”之稱，以硅光技術和薄膜鈮酸鋰光子技術為代表的集成光電技術近年來備受關注。據歐欣介紹：“相較于薄膜鈮酸鋰，薄膜鉭酸鋰更易制備，且制備效率更高。同時，鉭酸鋰薄膜具有更寬的透明窗口、強電光調制、弱雙折射、更強的抗光折變特性，這種先天的材料優勢擴展了鉭酸鋰平臺的光學設計自由度。”

歐欣團隊采用基于“萬能離子刀”的異質集成技術，通過氫離子注入結合晶圓鍵合的方法，制備了高質量硅基鉭酸鋰單晶薄膜異質晶圓。進一步，與合作團隊瑞士洛桑聯邦理工學院開發了超低損耗鉭酸鋰光子器件微納加工方法，使對應器件的光學損耗降低至5.6dB·m-1。該研究結合晶圓級流片工藝，探討了鉭酸鋰材料內低雙折射對于模式交叉的有效抑制，并驗證了可以應用于整個通信波段的鉭酸鋰光子微腔諧振器。鉭酸鋰光子芯片展現出與鈮酸鋰薄膜相當的電光調制效率，同時基于鉭酸鋰光子芯片，該研究首次在X切型電光平臺中產生了孤子光學頻率梳，結合電光可調諧性質，有望在激光雷達和精密測量等方面實現應用。