2019年中国重大科学、技术和工程进展
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《科技导报》编辑部从国内外重要科技期刊和科技新闻媒体2019年1月1日至12月31日间发表、公布或报道的中国科技成果中 ， 遴选、推荐30项重大科学进展、40项重大技术进展、36项重大工程进展候选条目 ， 由《科技导报》编委、审稿人等专家通信评选 ， 根据每项进展的得票情况 ， 推选出2019年中国重大科学进展10项、重大技术进展10项、重大工程进展10项 ， 以下按发表、公布及报道的时间先后逐一介绍 。
2019年中国重大科学进展
01、破解硅藻、绿藻捕光新机制
硅藻光合膜蛋白结构如何 ， 怎样高效捕捉和转化光能等问题一直未得到明确解决 ， 限制了科学家破解硅藻光合作用机制的脚步 。 2019年中国科学院植物研究所沈建仁和匡廷云等多位科学家在此方向上取得了突破 ， 包括揭示了硅藻捕光天线蛋白捕光的结构基础、解析了光系统-捕光天线（PSII-FCPII）超级复合体的三维结构等 。
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中心纲硅藻PSII-FCPII超级复合物结构（图片来源：《Science》）
这些研究对进一步揭示光合生物光能高效捕获、传递及其对环境适应的分子机制具有重要意义 。
02、实现快速搜索并建立拓扑材料数据库
2019年 ， 曾屡次受诺贝尔奖青睐的拓扑物理学迎来拓扑材料物种大爆发之年 。 2019年2月27日出版的《Nature》同时报道了3篇有关拓扑材料理论和设计方法的论文 ， 其中2篇由中国科学家主导完成：中国科学院物理研究所方辰、翁红明团队开发出了一套能够自动获得材料拓扑不变量信息的完整、快速、可以全自动运行的计算流程 ， 改变了拓扑量子材料的研究范式；南京大学万贤纲团队证实了自然界中约24%的材料可能具有拓扑结构 ， 颠覆了拓扑量子材料可能很稀缺的传统观念 。
03、发现基于cGAS调控的自身免疫疾病潜在治疗方案
对外源DNA的免疫识别及应答 ， 是细胞感知和抵御病毒感染的重要手段 。 这一免疫应答过程在哺乳动物当中普遍存在 。 高等哺乳动物的天然免疫系统包含多种DNA模式识别受体 ， 用于对外源侵染DNA的识别 ， 其中cGAS（cyclicGMP-AMPsynthase ， 受体环鸟苷酸-腺苷酸合成酶）是胞内DNA的关键感受器 。 军事医学研究院国家生物医学分析中心张学敏和李涛研究组揭示了乙酰化修饰是控制cGAS活性的关键分子 。
04、制备“三高”量子纠缠光子对源
量子光源是制备量子信息和量子光电集成芯片必不可少的基本量子器件 ， 但产生量子光源的传统方法效率低、可重复性低 ， 限制了量子光源研究 。 中山大学物理学院王雪华团队基于量子光辐射控制理论 ， 提出了一种新型微纳“射灯”结构该新型光源可以避免光子侧向和背向泄露 ， 极大地提高了光子前向出射的效率 。
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产生极化纠缠光子对的量子点光源（图片来源：《NatureNanotechnology》）
05、在青藏高原发现丹尼索瓦古老型智人活动证据
史前人类对青藏高原高海拔环境的适应历史是近年来国际研究关注的热点 。 中国科学院青藏高原研究所陈发虎团队通过应用古DNA和古蛋白等古人类学研究的新技术 ， 证实青藏高原东北部甘肃省夏河县出土的古人类下颌骨化石为距今16万年的青藏高原丹尼索瓦人 。
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丹尼索瓦古老型智人下颌骨化石（图片来源：《Nature》）
该研究揭示 ， 尼索瓦人先于现代智人来到青藏高原 ， 且在第四纪最大冰期时已在此成功定居和活动 。
06、首次在碲化锆中观测到三维量子霍尔效应
迄今为止 ， 已经有4次诺贝尔物理学奖颁发给与量子霍尔效应研究相关的成果 。 2019年 ， 南方科技大学张立源团队与中国科技大学乔振华团队等首次在mm级的碲化锆块体单晶体材料中观测到三维量子霍尔效应 ， 并实现金属-绝缘体的转换 。 这一工作将三维量子霍尔效应这一理论付诸实践 ， 有望为未来的凝聚态物理的发展以及应用注入新的活力 。
07、基于“嫦娥四号”探测数据发现月球背面幔源物质初步证据
2019年1月3日“嫦娥四号”探测器成为人类历史上首个着陆于月球背面的无人探测器 。 基于“嫦娥四号”探测数据 ， 中国科学院国家天文台李春来研究组及其合作者证实了月幔的主要成分是橄榄石 ， 对于确定月幔的组成具有重要的意义 ， 加深了人类对月球内部形成与演化的理解 。
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【2019年中国重大科学、技术和工程进展】嫦娥四号着陆点的位置和VNIS的测量（图片来源：《Nature》）
08、揭示氦-水化合物的多重超离子状态
超离子状态是物质的相 ， 其中化合物可以同时表现出液体和固体的特殊物态 。 近年来 ， 超离子态已成为全球研究的热点 。 研究证明 ， 例如水和氨等 ， 在一定的温度和压力条件下都能够出现超离子态 。 南京大学物理学院孙建和王慧田等利用基于量子力学的晶体结构搜索和第一性原理分子动力学模拟等方法预言了氦和水在高压下可形成稳定化合物 ， 并发现这些化合物在高温、高压极端条件下会出现多个超离子态 。 该发现将为人们重新认识氦在高压下的物理化学性质 ， 以及天王星和海王星这类天体的结构演化提供重要的参考 ， 展示了其在天文学和宇宙学的价值 。
09、合成超高能量密度无机介电薄膜
随着新型电子电学系统不断集成化和微型化 ， 提高介质电容器的能量密度也成为了介电材料领域亟待解决的问题 。 清华大学林元华和南策文等用多态纳米结构设计的超高能量密度介质 ， 显著提升了能量密度的纳米畴结构 。
10、解析非洲猪瘟病毒三维结构并揭示其组装机制
非洲猪瘟病毒可在猪之间快速有效地传播 ， 发病率和死亡率接近100％ ， 对生猪的养殖和社会的经济发展造成巨大损失 。 中国科学院生物物理研究所饶子和、王祥喜团队和中国农业科学院哈尔滨兽医研究所步志高团队等合作 ， 首次解析了非洲猪瘟病毒全颗粒的三维结构 ， 为进一步研发高效、安全的新型非洲猪瘟疫苗提供依据 。
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ASFV病毒颗粒的结构（图片来源：《Science》）
2019年中国重大技术进展
01、揭示600多种植物“癌症”病原机理
大丽轮枝菌是一种毁灭性的植物维管束土传病原真菌 ， 在我国造成棉花年均减产20%以上 ， 直接经济损失达数百亿元 。 中国农业科学院植物保护研究所戴小枫团队经全基因组重测序分析发现 ， 大丽轮枝菌通过“掠取”与其长期混生的棉花枯萎病菌的基因组片段 ， 从而获得了对棉花的超强侵染能力 。
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“全球大丽轮枝菌基因组学研究国际大科学计划”解析来源不同国家、不同寄主大丽轮枝菌（图片来源：《New
02、EWGS实现常温常压制备高纯度氢气
在温和条件下直接制备高纯氢气是氢能源发展的迫切需求 ， 但也极具挑战 。 中国科学院大连化学物理研究所邓德会团队首次提出了一种能在常温常压下高能量效率制备高纯氢气（>99.99%）的新策略：室温电化学水汽变换（EWGS）反应 。
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EWGS与传统WGS工艺对比示意（图片来源：《NatureCommnications》）
03、铕离子对可大幅提升铅碘钙钛矿太阳能电池工作寿命
钙钛矿太阳能电池是广受关注的新一代光伏技术 ， 而其工作稳定性是目前产业化的主要障碍 。 北京大学工学院周欢萍课题组、化学与分子工程学院严纯华/孙聆东课题组及其合作者提出 ， 通过在钙钛矿活性层中引入铕离子对（Eu3+/Eu2+） ， 可大幅提升器件使用寿命 。
04、石墨烯-碳纳米管复合支架可模拟脑神经网络
三维碳神经支架能帮助医生将神经干细胞精准放置到病变地点 ， 实现干细胞替代治疗的目的 。 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所程国胜等联合意大利、美国学者组成的研究团队 ， 成功构建了“互联互通”三维石墨烯-碳纳米管复合网络支架 ， 真正意义上实现了碳纳米管三维空间网络的构建 。
05、首创具有原子级精度的全碳电子器件制备技术
碳基器件被认为是最有希望替代现有硅基技术的未来信息器件方向之一 ， 如何制备具有原子级精度的全碳电子器件是未来碳基芯片领域的发展瓶颈 。 针对这一关键技术问题 ， 厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室洪文晶和谢素原团队构筑了由富勒烯和石墨烯组成的全碳电子器件 ， 从而将碳基电子器件推进至亚纳米的极限尺寸 ， 对于全碳电子学的发展具有重要意义 。
06、基于材料基因工程方法研制出高温块体金属玻璃
金属玻璃在接近玻璃转变温度（软化温度）时会发生塑性流动 ， 导致机械强度显著降低 ， 严重限制了它们的高温应用 。 中国科学院物理研究所柳延辉研究组与合作者设开发了具有高效、无损、易推广等特点的高通量实验方法 ， 获得了高温块体金属玻璃 ， 其玻璃转变温度高达1162K ， 颠覆了金属玻璃领域60年来“炒菜式”的材料研发模式 ， 为解决金属玻璃新材料高效探索的难题开辟了新的途径 。
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Ir-Ni-Ta-(B)高温非晶合金的设计及高通量实验方法（图片来源：《Nature》）
07、自主研发临床全数字PET/CT装备获准进入市场
2019年5月31日 ， 华中科技大学谢庆国团队发明的全数字PET/CT通过国家药品监督管理局注册审批 ， 获得市场准入和对外销售资质 。 首台临床全数字PET/CT的取证上市 ， 意味着国产全数字PET打破国际技术垄断 ， 中国高端医疗仪器开发取得重大突破 。
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人体临床数字PET装机（图片来源：中新网）
08、开发出全球首款异构融合类脑计算芯片
清华大学施路平团队借鉴脑科学的基本原理 ， 提出了符合脑科学基本规律的新型类脑计算架构——异构融合的天机类脑计算芯片架构 ， 开发出全球首款异构融合类脑计算芯片——“天机芯片” 。 该芯片可同时支持计算机科学和神经科学的神经网络模型 ， 这种融合技术有望极大发挥基于计算机科学的人工神经网络和基于神经科学的脉冲神经网络的优势 ， 促进了人工通用智能的进一步研究和发展 。
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天机芯片（图片来源：清华大学新闻网）
09、开创基于自噬选择性降解亨廷顿病致病蛋白的药物研发新路径
细胞自噬是所有真核细胞保守的一种内源性降解径 ， 可以降解包括致病蛋白在内的多种致病物质 ， 但是缺乏选择性 。 复旦大学鲁伯埙、丁澦和费义艳等研究组合作 ， 提出并证明的利用自噬小体绑定化合物降低致病蛋白水平这一概念 ， 可以拓展至无法靶向的致病蛋白 ， 甚至非蛋白的致病物质 ， 开创了一条药物研发新途径 。
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以致病蛋白mHTT为例 ， 该细胞自噬过程示意（图片来源：《Nature》）
10、光量子计算输出态空间维数提高百亿倍
中国科学技术大学潘建伟研究团队成功实现了20光子输入60×60模式（60个输入口 ， 60层的线路深度 ， 包括396个分束器和108个反射镜）干涉线路的玻色取样实验 ， 首次将玻色取样推进到一个全新的区域 。
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60×60模式光子网络的结构与特性（图片来源：《PhysicalReviewLetters》）
2019年中国重大工程进展
01、高能同步辐射光源验证装置（HEPS-TF）通过验收
2019年1月31日 ， 高能同步辐射光源验证装置（HEPS-TF）通过验收 ， 为未来建设先进高能同步辐射光源奠定了坚实的技术基础 。 中国科学院高能物理研究所作是HEPS-TF项目的法人单位 ， 北京科技大学是联合共建单位 。
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高能同步辐射光源效果图（图片来源：****）
作为第四代同步辐射光源 ， 即将开始建设的HEPS发射度比先前的同步辐射光源更小 ， 因而具有更高亮度 ， 该光源将为基础科学和工程科学等领域原创性、突破性创新研究提供重要支撑平台 ， 让更多的科学实验成为可能 。
02、200t推力固体火箭发动机地面热试车成功
2019年3月5号 ， 由中国航天科技集团研制的200t推力固体火箭发动机地面热试车获得圆满成功 。 多项新技术的采用 ， 使该发动机的综合性能达到世界一流水平 ， 为中国未来固体运载火箭提供了更强劲、性价比更高的先进动力 。
03、自升式碎石铺设整平船“一航津平2”下水
2019年4月26日 ， 由中交第一航务工程局有限公司研发、上海振华重工建造的世界最大、最先进的自升式碎石铺设整平船“一航津平2”在南通下水 ， 投产后将进一步巩固中国在海底隧道基础施工领域的世界领先地位 。
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在建中的自升式碎石铺设整平船“一航津平2”（图片来源：中国交通新闻网）
2019年11月18日 ， “一航津平2”顺利交船 ， 标志着中国深水整平技术与装备实力提升至新高度 。
04、中国首次固体运载火箭海上发射成功
2019年6月5日 ， 中国在黄海海域用长征十一号海射运载火箭 ， 这是中国首次在海上实施运载火箭发射技术试验 ， 填补了中国运载火箭海上发射的空白 。
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固体运载火箭海上发射（图片来源：***）
05、天宫二号空间实验室阶段全部任务圆满完成
2019年7月19日 ， 天宫二号空间实验室受控离轨并再入大气层 ， 少量残骸落入南太平洋预定安全海域 。 天宫二号受控再入大气层 ， 标志着中国载人航天工程空间实验室阶段全部任务圆满完成 。
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天宫二号空间实验室（来源：中国航天科技集团微信公众号）
06、自主研制最大直径泥水平衡盾构机成功始发
2019年8月13日 ， 中国自主研制的最大直径泥水盾构机——“春风号”在深圳春风隧道正式投入使用 。 该设备是迄今为止中国自主设计制造的最大直径泥水平衡盾构机 ， 其设计制造技术达到了世界先进水平 。
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“春风号”在深圳春风隧道正式投入使用（图片来源：《河南日报》）
07、“南海深部计划”取得丰硕成果
2019年8月14日 ， 中国海洋科学第一个大规模的基础研究计划——“南海深海过程演变”（“南海深部计划”）取得丰硕成果 。 中国科学家在南海深部重大科学问题上 ， 提出了挑战传统认识的新观点 ， 取得了南海深部研究的科学主导权 。 通过“南海深部计划”的实施 ， 中国还广泛开展了国际合作 ， 培养锻炼出一支多学科门类 ， 跨越古今界限、海陆界限、地球和生命科学界限等时空尺度的研究队伍 ， 推动中国地球与海洋科学的创新研究呈现出勃勃生机 。
08、北斗三号系统核心星座部署完成
2019年12月16日 ， 北斗三号在该轨道上规划的24颗卫星全部到位 ， 标志着全球系统核心星座部署完成 ， 将全面开启“全球时代” 。 中国已启动了北斗系统接续发展的总体论证和关键技术攻关 ， 计划于2035年前建成以北斗系统为核心的综合定位、导航、授时体系 ， 为世界导航发展提供“中国方案” 。
09、长征五号遥三运载火箭发射成功
2019年12月27日 ， 长征五号遥三运载火箭（“胖五”）升空 ， 成功将实践二十号卫星送入预定轨道 。 作为中国首型5m芯级直径的大推力运载火箭 ， 长征五号运载火箭运载能力位居世界前列 。 其成功发射 ， 为中国航天“超级2020”打下坚实基础 。 2020年 ， 按照计划 ， 载人空间站建设、“嫦娥五号”月球采样返回、火星探测等航天大剧都将陆续揭幕 。
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长征五号遥三运载火箭发射（图片来源：《****》）
10、世界首条智能高铁“京张线”开通运营
2019年12月30日 ， 京张铁路开通运营 ， 世界首列自动驾驶的复兴号G8811次和G2505次在北京北站分别开往太子城和张家口 。 京张高铁是继青藏铁路、京沪高铁之后 ， 中国铁路工程第3个里程碑 ， 它实现了智能建造、智能装备和智能运营 ， 开启了世界智能铁路的先河 。
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复兴号动车组列车驶过京张高铁官厅水库特大桥（图片来源：河北新闻网）
致谢本次遴选中 ， “2019年重大科学进展”候选条目 ， 是从科学技术部基础研究管理中心主办 ， 《中国基础科学》《科技导报》《中国科学院院刊》《中国科学基金》《科学通报》协办的2019年度“中国科学十大进展”候选条目中产生的 。《科技导报》编辑部：陈广仁 ， 刘志远 ， 祝叶华 ， 徐丽娇
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