中科院2021年度科技創(chuàng)新亮點成果共14項，分別為：

完成單位：中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所、物理研究所

由中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所承擔(dān)的國家重大科研裝備研制項目“液氦到超流氦溫區(qū)大型低溫制冷系統(tǒng)研制”于2021年4月通過驗收及成果鑒定，標(biāo)志著我國具備了研制液氦溫度（零下269攝氏度）千瓦級和超流氦溫度（零下271攝氏度）百瓦級大型低溫制冷裝備的能力。項目取得一系列核心技術(shù)突破，在應(yīng)用和成果轉(zhuǎn)化方面也取得重要進展，打造了“邊研究、邊應(yīng)用、邊轉(zhuǎn)化”的發(fā)展模式。百瓦級大型制冷機成功實現(xiàn)應(yīng)用，包括用于寧夏鹽池液化天然氣閃蒸氣提氦項目、中科院高能物理研究所超導(dǎo)磁體測試平臺，以及出口應(yīng)用于韓國核聚變大科學(xué)裝置（KSTAR）等，得到用戶廣泛認(rèn)可，支撐了相關(guān)行業(yè)發(fā)展。

無液氦稀釋制冷機有別于傳統(tǒng)的濕式稀釋制冷機，無需使用大量稀缺資源液氦輔助降溫，樣品空間大、連續(xù)運行時間長且運維方便，在最近十年迅速普及成為主流。中科院物理研究所團隊攻克了無液氦稀釋制冷機熱交換器制作等多項核心技術(shù)，完全自主研制的無液氦稀釋制冷原型機已實現(xiàn)10.9mK的長時間穩(wěn)定連續(xù)運行，單沖程模式可達8.7mK，達到國際主流產(chǎn)品水平。該技術(shù)突破有望為我國量子計算等前沿研究提供低溫條件保障。

驗收專家現(xiàn)場考察大型低溫制冷設(shè)備

完成單位：中國科學(xué)院微生物研究所、武漢病毒研究所、生物物理研究所、上海藥物研究所、上海科技大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、北京基因組研究所

中國科學(xué)院2021年在新冠肺炎疫苗、藥物研發(fā)及新冠病毒數(shù)據(jù)庫建設(shè)等方面取得重要進展。

在疫苗研發(fā)方面，與企業(yè)聯(lián)合研發(fā)的新冠病毒重組亞單位蛋白疫苗成為國內(nèi)第四款獲批臨床緊急使用的新冠病毒疫苗，也是國際上第一個獲批臨床使用的新冠病毒重組亞單位蛋白疫苗；與企業(yè)合作研發(fā)的兩種新冠病毒滅活疫苗獲批在國內(nèi)附條件上市，其中一種獲世衛(wèi)組織批準(zhǔn)通過緊急使用認(rèn)證；與企業(yè)聯(lián)合研發(fā)的重組新冠病毒融合蛋白疫苗完成二期臨床試驗。

在藥物研發(fā)方面，研發(fā)的針對新冠病毒關(guān)鍵靶標(biāo)主蛋白酶的候選新藥FB2001在美獲批開展臨床試驗；與企業(yè)共同研發(fā)的針對新冠病毒關(guān)鍵靶標(biāo)RNA聚合酶的候選藥物VV116獲批在中國開展臨床試驗，在烏茲別克斯坦開展臨床使用許可；研發(fā)的臨床“托珠單抗+常規(guī)治療”免疫治療方案獲得英國國家衛(wèi)生研究所授權(quán)，作為新冠重癥患者首選藥物應(yīng)用。

在病毒數(shù)據(jù)庫建設(shè)方面，2019新型冠狀病毒信息庫（RCoV19）上線以來，已收錄全球范圍內(nèi)超689萬條非冗余的基因組序列信息，收集新冠病毒相關(guān)文獻情報22.8萬篇，為全球179個國家或地區(qū)近140萬余訪客提供數(shù)據(jù)服務(wù)，累計數(shù)據(jù)下載近21.3億次，始終保持全球最新最完整的新冠病毒基因組數(shù)據(jù)動態(tài)更新。

完成單位：中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院

2021年5月，有中國“人造太陽”之稱的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）創(chuàng)造新的世界紀(jì)錄，成功實現(xiàn)可重復(fù)的1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運行，將1億攝氏度20秒的原紀(jì)錄延長了5倍。12月底，EAST又實現(xiàn)電子溫度近7000萬攝氏度的長脈沖高參數(shù)等離子體運行1056秒，這是目前世界上托卡馬克裝置高溫等離子體運行的最長時間。這些紀(jì)錄進一步證明核聚變能源的可行性，也將為邁向商用奠定物理和工程基礎(chǔ)。

目前，EAST裝置是國際上唯一具備與國際熱核聚變實驗堆（ITER）類似加熱方式和偏濾器結(jié)構(gòu)的磁約束核聚變實驗裝置，也是唯一能在百秒量級條件上全面演示和驗證ITER未來400秒科學(xué)研究的實驗裝置，其系列創(chuàng)新成果和技術(shù)積累將為我國自主建造聚變工程實驗堆提供堅實的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)。

EAST物理實驗成果現(xiàn)場

完成單位：中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院、國家空間科學(xué)中心、上海微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院等

2021年11月5日，全球首顆專門服務(wù)聯(lián)合國2030年可持續(xù)發(fā)展議程的科學(xué)衛(wèi)星“可持續(xù)發(fā)展科學(xué)衛(wèi)星1號”（SDGSAT-1）成功發(fā)射。該星的發(fā)射是紀(jì)念我國恢復(fù)聯(lián)合國合法席位50周年系列活動之一。

SDGSAT-1衛(wèi)星由中國科學(xué)院“地球大數(shù)據(jù)科學(xué)工程”先導(dǎo)專項研制，是可持續(xù)發(fā)展大數(shù)據(jù)國際研究中心規(guī)劃的首發(fā)星。該衛(wèi)星搭載了熱紅外、微光和多譜段成像儀三個有效載荷，并設(shè)計了多種數(shù)據(jù)獲取模式和星上定標(biāo)模式，可以實現(xiàn)對人類活動與自然環(huán)境相互作用過程的精細(xì)刻畫，滿足服務(wù)全球可持續(xù)發(fā)展的數(shù)據(jù)獲取效率和定量化探測需求。12月20日，SDGSAT-1首批影像在京正式發(fā)布，包括我國長三角、山東半島、西藏納木錯、新疆阿克蘇、北京、上海及法國巴黎等多個地區(qū)和城市的微光、多譜段與熱紅外成像儀影像。

目前，SDGSAT-1處于在軌測試階段，各項功能正常，性能指標(biāo)滿足任務(wù)要求。在軌正常運行后，衛(wèi)星將為可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的監(jiān)測、評估和科學(xué)研究提供持續(xù)穩(wěn)定的全球數(shù)據(jù)支撐。未來，該星的數(shù)據(jù)產(chǎn)品將提供全球共享，為落實2030年可持續(xù)發(fā)展議程、推動構(gòu)建人類命運共同體和“全球發(fā)展倡議”做出貢獻。

北京市微光遙感衛(wèi)星影像圖

完成單位：中國科學(xué)院沈陽自動化研究所等

由中國科學(xué)院沈陽自動化研究所主持研制的“海斗一號”全海深自主遙控潛水器，在馬里亞納海溝成功完成多次連續(xù)、穩(wěn)定、可靠的萬米下潛，并實現(xiàn)科考應(yīng)用。“海斗一號”在國際上首次實現(xiàn)了對“挑戰(zhàn)者深淵”西部凹陷區(qū)的大范圍全覆蓋聲學(xué)巡航探測，獲取了珍貴的深淵海底地形地貌圖像，并以遙控模式創(chuàng)造了我國潛水器在萬米海底連續(xù)工作時間紀(jì)錄（超10小時），以自主模式創(chuàng)造了萬米海底連續(xù)巡航時間（超8小時）、萬米航行距離（超14公里）和最大下潛深度（10908米）等多項世界紀(jì)錄。

同樣由沈陽自動化所主持研制的“探索4500”自主水下機器人（AUV）成功完成北極科考應(yīng)用，獲取了近底高分辨多波束、水文及磁力數(shù)據(jù)，為北極深海相關(guān)前沿科學(xué)研究提供了一種先進的探測技術(shù)手段。這是我國首次利用自主水下機器人在北極高緯度地區(qū)開展近海底科考應(yīng)用，其成功下潛為我國不斷深化對北極洋中脊多圈層物質(zhì)能量交換及地質(zhì)過程的探索和認(rèn)知獲取了重要數(shù)據(jù)資料，也將為我國深度參與北極環(huán)境保護提供重要科學(xué)支撐。

“海斗一號”

“探索4500”

完成單位：中國科學(xué)院高能物理研究所等

中國科學(xué)院高能物理研究所牽頭的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“高海拔宇宙線觀測站”（LHAASO）和中國首顆X射線天文衛(wèi)星“慧眼”在探索極端宇宙方面取得重要突破。

LHAASO在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)了12個超高能宇宙線加速器，并記錄到能量達1.4拍（千萬億）電子伏的伽馬光子，這是人類迄今觀測到的最高能量光子。同時，還精確測量了被稱為高能天文學(xué)“標(biāo)準(zhǔn)燭光”的蟹狀星云的亮度，最高能量超過1拍電子伏，達到了人工加速器最高電子束能量的兩萬倍左右。相關(guān)成果分別發(fā)表在《自然》和《科學(xué)》雜志上。這些成果開啟了“超高能伽馬天文”觀測時代，被譽為研究高能宇宙線起源“世紀(jì)之謎”的里程碑。

“慧眼”衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)首個與快速射電暴相關(guān)聯(lián)的X射線暴來自銀河系內(nèi)的一顆磁陀星，并在國際上首先證認(rèn)該X射線暴包含的兩個X射線脈沖是快速射電暴的高能對應(yīng)體，證明磁陀星可以產(chǎn)生快速射電暴，破解了快速射電暴的起源之謎。該成果發(fā)表在《自然-天文學(xué)》上。

LHAASO測到的12個拍電子伏加速器以及最高能量光子示意圖

完成單位：中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所

2021年9月，中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所在《科學(xué)》雜志發(fā)表重大研究成果，在國際上首次實現(xiàn)二氧化碳到淀粉的從頭合成。研究團隊利用化學(xué)催化劑將高濃度二氧化碳在高密度氫能作用下還原成碳一化合物，然后通過設(shè)計構(gòu)建碳一聚合新酶，依據(jù)化學(xué)聚糖反應(yīng)原理將碳一化合物聚合成碳三化合物，最后通過生物途徑優(yōu)化，將碳三化合物又聚合成碳六化合物，再進一步合成直鏈和支鏈淀粉。這一人工途徑的淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍，為創(chuàng)建新功能的生物系統(tǒng)提供了新的科學(xué)基礎(chǔ)，有望對糧食生產(chǎn)產(chǎn)生革命性影響，對生物制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有里程碑式的意義。該成果目前尚處于實驗室階段，離實際應(yīng)用還有相當(dāng)長的距離。

在中科院重點部署項目、天津市財政專項支持下，天津工生所聯(lián)合中科院大連化學(xué)物理研究所等單位集中力量攻堅克難，探索了一條跨單位、跨領(lǐng)域聯(lián)合攻關(guān)，通過項目制、工程化的管理方式開展基礎(chǔ)研究的科研組織新模式。

人工合成的淀粉樣品

完成單位：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)幾何與物理研究中心創(chuàng)始主任陳秀雄與合作者程經(jīng)睿在偏微分方程和復(fù)幾何領(lǐng)域取得“里程碑式結(jié)果”，他們解出了一個四階完全非線性橢圓方程，成功證明“強制性猜想”和“測地穩(wěn)定性猜想”這兩個國際數(shù)學(xué)界60多年懸而未決的核心猜想，解決了若干有關(guān)凱勒流形上常標(biāo)量曲率度量和卡拉比極度量的著名問題。兩篇論文發(fā)表于國際著名刊物《美國數(shù)學(xué)會雜志》。同行專家評論上述工作“屬于凱勒幾何里最重要結(jié)果中的上乘之作”“必將成為幾何和分析兩個領(lǐng)域經(jīng)典”。

陳秀雄近年來在偏微分方程和復(fù)幾何領(lǐng)域取得了一系列重要進展，改變了該領(lǐng)域的面貌；他與王兵合作證明了法諾凱勒里奇流極限的弱緊性，繼而與孫崧和王兵合作證明了極限的唯一性，并給出了丘成桐猜想的一個基于凱勒里奇流的新證明。

論文在線發(fā)表

完成單位：中國科學(xué)院近代物理研究所

加速器驅(qū)動核能系統(tǒng)（ADS）可高效解決核電安全、清潔、可持續(xù)發(fā)展所面臨的核燃料循環(huán)利用和核廢料安全處理問題，為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供有效解決方案。實現(xiàn)該系統(tǒng)首先要具備的關(guān)鍵裝置就是“粒子束大炮”——強流高功率加速器。中國科學(xué)院近代物理研究所堅持自主創(chuàng)新，經(jīng)過十年科技攻關(guān)成功研制了ADS超導(dǎo)直線加速器樣機（設(shè)計能量20兆電子伏特），并在國際上首次實現(xiàn)了10毫安連續(xù)波質(zhì)子束加速和百千瓦、百小時穩(wěn)定運行，最高束流功率達205千瓦，可用性好于93%。這一工作將連續(xù)波束流強度較原有世界最好指標(biāo)提高近5倍，確立了我國在該領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢，也標(biāo)志著我國科學(xué)家推動國際強流質(zhì)子超導(dǎo)直線加速器實質(zhì)性進入10毫安連續(xù)波穩(wěn)定運行時代。這是自上世紀(jì)八十年代ADS概念提出以來，“粒子束大炮”流強首次達到可工業(yè)化應(yīng)用的指標(biāo)，將推動ADS概念從夢想走進現(xiàn)實。

ADS超導(dǎo)直線加速器樣機

完成單位：中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所、沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所等

以“梨樹模式”為代表的保護性耕作技術(shù)的核心是秸稈覆蓋少免耕，它可有效減少風(fēng)蝕水蝕，增強土壤抗旱保水性，防治土壤退化，逐步培肥土壤。中國科學(xué)院相關(guān)研究所作為保護性耕作梨樹模式的發(fā)起及核心研發(fā)團隊，聯(lián)合相關(guān)研究與推廣單位，歷經(jīng)15年先后總結(jié)研發(fā)了保護性耕作四大主體技術(shù)體系，即秸稈覆蓋免耕技術(shù)、秸稈覆蓋寬窄行免耕技術(shù)、秸稈覆蓋壟作少耕技術(shù)、秸稈覆蓋條耕技術(shù)；研制出高性能免耕播種機、秸稈覆蓋條耕機等配套機具；為東北地區(qū)保護性耕作技術(shù)示范推廣提供了適宜的技術(shù)模式及配套機具。

通過產(chǎn)學(xué)研政用多維度一體化示范推廣，2020年東北保護性耕作推廣面積達到7100萬畝，有效降低了示范區(qū)土壤侵蝕和退化。研發(fā)的免耕播種機不僅能夠?qū)嵤┙斩捀采w下的免耕播種，而且在播種施肥精度、出苗率及苗整齊度上也有質(zhì)的提升，出苗率平均提高5個百分點，畝增產(chǎn)5%以上。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前東北地區(qū)免耕播種機市場保有量8萬臺，年完成播種面積7500萬畝以上。

免耕播種機在作業(yè)中

完成單位：中國科學(xué)院過程工程研究所、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)科大訊飛股份有限公司、贛江創(chuàng)新研究院、西北生態(tài)環(huán)境資源研究院、空天信息創(chuàng)新研究院等

中國科學(xué)院多家單位利用自身優(yōu)勢和相關(guān)科技成果，助力北京打造綠色冬奧、科技冬奧。

中科院過程工程研究所等使用長壽命、高儲熱密度一致熔融型水合鹽相變材料，在冬奧會張家口賽區(qū)山地轉(zhuǎn)播中心建成小體積、模塊化相變儲熱-谷電清潔供暖示范工程，為在極寒、山地條件下綠色、高效供暖提供技術(shù)支撐；

科大訊飛股份有限公司等通過技術(shù)創(chuàng)新，攻克大量小語種面臨的專家知識匱乏和資源稀缺難題，把中文語音語言技術(shù)拓展到60個語種，將助力冬奧會跨語言溝通和多語種信息發(fā)布；

贛江創(chuàng)新研究院等開發(fā)出高儲氫密度和放氫速率的合金儲氫材料，將延長手持氫氣火炬續(xù)航時間，助力冬奧會火炬?zhèn)鬟f；

西北生態(tài)環(huán)境資源研究院在滑雪場造雪、儲雪、雪質(zhì)保障和賽道維護等方面，為冬奧會雪上項目提供技術(shù)支撐和服務(wù)保障；

空天信息創(chuàng)新研究院在自由式滑雪空中技巧、跳臺滑雪、冬季兩項等外場雪上競技體育項目上，攻克了精準(zhǔn)、實時、可視化氣象保障技術(shù)，為國家隊訓(xùn)練和比賽提供全方位氣象保障支撐和輔助決策支持。

科大訊飛雙屏翻譯機

谷電-相變儲熱清潔供暖系統(tǒng)

完成單位：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)

精確測定分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)、識別其化學(xué)物種一直是表面科學(xué)的核心問題。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)單分子科學(xué)團隊侯建國、王兵、譚世倞等科研人員在前期工作基礎(chǔ)上，采用融合STM、AFM、TERS等掃描探針技術(shù)策略，發(fā)展了STM-AFM-TERS聯(lián)用技術(shù)，突破了單一顯微成像技術(shù)的探測局限；利用這一高分辨的綜合表征技術(shù)，以并五苯分子及其衍生物作為模型體系，結(jié)合電、力、光等不同相互作用，實現(xiàn)了對電子態(tài)、化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)和振動態(tài)、化學(xué)反應(yīng)等多維度內(nèi)稟參量的精密測量。研究團隊通過集成高靈敏度的單光子計數(shù)器，將拉曼光譜的實空間成像速度提高了2個數(shù)量級，成功實現(xiàn)了并五苯分子化學(xué)反應(yīng)前后的動態(tài)跟蹤與測量。結(jié)合理論計算，揭示了分子化學(xué)反應(yīng)過程的機理，驗證了實驗觀測結(jié)果。

這一融合多維度表征技術(shù)策略有望為表面催化、表面合成和二維材料中的化學(xué)結(jié)構(gòu)與物種識別以及構(gòu)效關(guān)系的構(gòu)建提供可行的解決方案，在表面化學(xué)、多相催化等研究領(lǐng)域具有重要科學(xué)價值。相關(guān)成果發(fā)表在《科學(xué)》雜志上，審稿人評價該技術(shù)“將具有跨領(lǐng)域的影響力”。

基于掃描探針的單分子多參量測量示意圖

完成單位：中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所、國家天文臺

2020年12月，嫦娥五號帶回1731克月球樣品，這是我國首次完成地外天體樣品采集，也是人類44年來再次獲得新的月球樣品，為月球相關(guān)科學(xué)問題的解決提供了機會。

2021年，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所、國家天文臺等對嫦娥五號月球樣品玄武巖進行了精確的年代學(xué)、巖石地球化學(xué)及巖漿水含量研究并取得突破性進展。研究證明，月球最“年輕”玄武巖年齡為20億年，為撞擊坑統(tǒng)計定年曲線提供了關(guān)鍵錨點；月球晚期巖漿活動的源區(qū)并不富集放射性元素，并且月幔源區(qū)幾乎沒有水。這一系列由我國科學(xué)家主導(dǎo)獨立完成的研究成果得到國際專家的高度評價，包括“提供了迄今為止月球上確定的最年輕的玄武巖的證據(jù)”“改變了我們對月球的熱歷史和巖漿歷史的認(rèn)識”“對我們認(rèn)識月球起源和演化具有重要意義”。這些發(fā)現(xiàn)也對未來的月球探測和研究提出了新的方向。相關(guān)成果發(fā)表在《國家科學(xué)評論》和《自然》雜志上。

嫦娥五號月海玄武巖巖屑電子背散射照片

超導(dǎo)量子比特與光量子比特是國際公認(rèn)的有望實現(xiàn)可擴展量子計算的物理體系。量子計算機對特定問題的求解超越超級計算機即量子計算優(yōu)越性，是量子計算發(fā)展的第一個里程碑。

中國科學(xué)院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院潘建偉等組成的科研團隊，與中科院上海技術(shù)物理研究所合作，在超導(dǎo)量子和光量子兩種系統(tǒng)的量子計算方面取得重要進展，使我國成為目前世界上唯一在兩種物理體系達到“量子計算優(yōu)越性”里程碑的國家。

經(jīng)過研究攻關(guān)，超導(dǎo)量子計算研究團隊構(gòu)建了66比特可編程超導(dǎo)量子計算原型機“祖沖之二號”，實現(xiàn)了對“量子隨機線路取樣”任務(wù)的快速求解，比目前最快的超級計算機快一千萬倍，計算復(fù)雜度比谷歌的超導(dǎo)量子計算原型機“懸鈴木”高一百萬倍，使得我國首次在超導(dǎo)體系達到了“量子計算優(yōu)越性”里程碑。

同時，光量子計算研究團隊構(gòu)建了113個光子144模式的量子計算原型機“九章二號”，處理特定問題的速度比超級計算機快億億億倍，并增強了光量子計算原型機的編程計算能力。

九章二號144模式干涉儀實驗

“祖沖之二號”量子處理器