这一年,中国成就闪亮科研“世界榜”

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一年有365个日出,中国科技好消息层出不穷。最新统计显示,中国科学论文的被引用数量总和,首次跃居世界第二位,表明中国科技成果的内涵已相当充实。从“墨子”发信到“小太阳”发热,从可燃冰开采到“慧眼”开启,2017年,中国创新队伍由跟跑到领跑,脚步越发轻快。

光量子计算机原型诞生、时速350公里的“复兴号”高铁列车服役、国产大飞机C919首飞、“中国天眼”发现脉冲星……回首2017这一年,中国亮出的科研创新成绩单让世界瞩目,新时代的创新曲正在奏响。

光量子计算机

01 “墨子号”实现星地量子通信

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1月18日,世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”正式交付用户单位使用。仅仅数月后的6月16日,一项重大科研成果就发布了——中国科学家在国际上率先成功实现千公里级的星地双向量子纠缠分发。之后不久,“墨子号”的地星量子隐形传态实验成果发布。“墨子号”又在国际上首次成功实现从卫星到地面的高速量子密钥分发,为建立最安全保密的全球量子通信网络奠定了可靠基础。这也是“墨子号”最难做的一项实验,它还常常被人联想到科幻电影《星际迷航》中的超时空传输。

“慧眼”升空

世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”在国际上首次成功实现千公里级的星地双向量子通信。

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至此,“墨子号”量子卫星提前、圆满地完成了预先设定的全部三大科学目标。这标志着我国在量子通信领域的研究达到全面领先的优势地位。

3月10日,国际知名学术期刊《科学》以封面文章的形式报告,中国科学家利用化学物质合成4条人工设计的酿酒酵母染色体,这标志着人类向“再造生命”又迈进一大步,也意味着我国成为继美国之后第二个具备真核基因组设计与构建能力的国家。

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“墨子号”是我国自主研制的世界上第一颗量子科学实验卫星,于去年8月16日发射升空,今年1月开始实验。其星地单向、星地双向、地星单向量子信道,系统信道效率、时间同步精度、跟踪瞄准精度指标均超过要求。7月,潘建伟团队公布打破量子隐形传输的纪录。9月,墨子卫星将光子传送到北京和维也纳,并生成量子加密密钥,使这些城市的团队能够安全地进行视频聊天。

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中科院院长白春礼表示,从卫星到地面的量子密钥分发和从地面到卫星的量子隐形传态,安全通信速率比传统技术提升万亿亿倍,为构建覆盖全球的量子保密通信网络奠定了坚实的科学和技术基础,同时向着空间尺度的量子物理和量子引力的实验探索迈出了第一步。

4月22日12时23分,在距地面393公里的太空轨道,天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室顺利完成自动交会对接。这是天宫二号自2016年9月15日发射入轨以来,首次与货运飞船进行的交会对接,也是我国第一艘货运飞船的首次“送货”并“停泊”到“太空之家”。

“悟空”探测暗物质

中国物理学家潘建伟也因量子通信研究的卓越成果入选《自然》2017年度十大科学人物。《自然》报道潘建伟的开头写道:“在中国,有人称他为‘量子之父’。在潘建伟的带领下,中国已成为远距离量子通信技术的领导者。”

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2017年,我国一系列重大科研突破不仅创造了我国历史上的多个第一,也突破世界上多个“首次”。从深海的可燃冰开采、航母下水,到深空的墨子量子通信、天眼探空、大飞机冲天,我国的重大科技项目取得了举世瞩目的成就。

07 硬X射线调制望远镜卫星“慧眼”发射

5月3日,世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机在上海亮相。它到底有多快?也许一个比喻就能说清:如果将传统计算机比作自行车,量子计算机就好比飞机。使用亿亿次的“天河二号”超级计算机求解一个亿亿亿变量的方程组,所需时间为100年;而使用一台万亿次的量子计算机求解同一个方程组,仅需0.01秒。

正如在暗物质粒子探测卫星“悟空”成果发布会上,中国科学院院长白春礼所言:“也许在人类科学发展的历史上,大家会记住今天,因为中国科学家已经从自然科学前沿重大发现和理论的学习者、继承者、围观者,逐渐走到了舞台中央。”

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首台光量子计算机诞生

“借我借我一双慧眼吧,让我把这纷扰看个清清楚楚明明白白真真切切。”歌里唱出了收到“黑信息”却读不懂的迷茫,随着中国“慧眼”卫星上天,我们有望看到宇宙X光片上的疤痕和旧伤。

5月5日,国产大飞机C919成功首飞,这是我国首款具备国际主流水准的干线客机。从1970年自主研制的“运十”立项,到C919成功首飞,中国人的“大飞机梦”穿越了47个春秋。

5月3日,中科院在上海召开新闻发布会,会上宣布世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机在我国诞生。这是历史上第一台超越早期经典计算机的基于单光子的量子模拟机,为最终实现超越经典计算能力的量子计算奠定了基础。

6月15日,酒泉卫星发射中心成功发射首颗空间X射线天文卫星“慧眼”。这是继中欧合作地球空间探测双星、“悟空”号暗物质粒子探测卫星和“墨子号”量子科学实验卫星之后,我国又一颗重要的空间科学卫星。作为国防科工局牵头的重大空间科学任务,“慧眼”填补了中国空间X射线探测卫星的空白。

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量子计算机是指利用量子相干叠加原理,理论上具有超快的并行计算和模拟能力的计算机。曾有人打过一个比方:如果现在传统计算机的速度是自行车,量子计算机的速度就好比飞机。因为与电子计算机相比,光子计算机具有极为理想的光辐射源——激光器,光子的传导是可以不需要导线的,而且即使在相交的情况下,它们之间也不会产生丝毫的相互影响。所以其信息通过能力是全世界现有电话电缆通道的许多倍。

目前人类能接收到的宇宙信息,基本都是各种电磁波,比如可见光、红外光、紫外光、无线电信号等等。X射线和γ射线的能量更高,宇宙中横飞着这两种信号,“慧眼”全称硬X射线调制望远镜卫星,就是专门看人眼看不到的射线图像的。

5月18日,官方宣布,我国在南海北部神狐海域进行的可燃冰试采获得成功,这也标志着我国成为全球第一个实现在海域可燃冰试开采中获得连续稳定产气的国家。11月3日,可燃冰正式获批成为我国第173个矿种。

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